本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种用于低频吸声的稀土氧化物/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫双层复合材料及其制备方法。
背景技术：
作为世界三大污染之一，长时间接触噪声污染，不仅会对听力造成损伤，还可能诱发多种致癌致命的疾病。由于人们对生活品质的要求，对噪音的合理控制是非常重要的。同时，降噪和吸声又是一些工业生产和科技研究所必需的条件，因此，研究制备高效的吸声减振材料就显得尤为重要。
吸声材料是一种靠材料本体阻尼作用或结构共振作用吸收声波的材料。常见的吸声材料有多孔吸声材料和共振吸声材料：共振吸声材料低频吸声性能好但结构复杂、加工性能差；多孔吸声材料制造工艺简单、中高频吸声系数高，但强度较差、低频吸声系数较低。多孔吸声材料的吸声原理是：当声波入射到多孔材料上，声波能顺着微孔进入材料的内部，引起空隙中空气的振动。由于空气的黏滞阻力、空气与孔壁的摩擦和热传导作用等，使相当一部分声能转化为热能而被损耗，从而达到吸声的目的。共振吸声结构的吸声原理是：当声波的频率与共振吸声结构的自振频率一致时，发生共振，声波激发共振吸声结构产生振动，并使振幅达到最大，从而消耗声能，达到吸声的目的。两者的吸声特性不同之处在于，前者是通过摩擦消耗声能，而后者是通过振动消耗声能。聚氨酯多孔吸声材料虽然在高频具有较好的吸声性能，但低频的吸声性能均较差，而生活中最主要的噪声区间又恰好在中低频范围内，因此开发低频吸声性能优良的吸声材料是很有必要的。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种用于低频吸声的稀土氧化物/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫双层复合材料及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于低频吸声的稀土氧化物/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫复合双层复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)稀土氧化物粉体的预处理：将稀土氧化物粉体和偶联剂混合，通过高速球磨预处理得到改性后的稀土氧化物粉体；
(2)在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂、促进剂、炭黑、改性后的稀土氧化物粉体、硫磺，经混炼处理后得到混炼胶，再将混炼胶硫化处理后，得到用于低频吸声的稀土氧化物/丁腈橡胶复合材料；
(3)双层结构材料的复合：按照面朝声波一侧为稀土氧化物/丁腈橡胶复合材料、另一侧为聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得稀土氧化物/丁腈橡胶复合材料与聚氨酯泡沫利用粘合剂复合得到稀土氧化物/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫双层复合材料。
上述方案中，步骤(1)中所述稀土氧化物为la2o3、y2o3和gd2o3中的一种或几种。
上述方案中，步骤(1)中所述稀土氧化物的纯度大于99.5wt％，球磨前的颗粒粒径为0.3～4μm。
上述方案中，步骤(1)中所述偶联剂为钛酸酯偶联剂，所述偶联剂与稀土氧化物粉体的质量比1～5:100。
上述方案中，步骤(2)中各原料组分按重量份数计为：丁腈橡胶100份；氧化锌3～8份；硬脂酸锌0.5～3份；硬脂酸0.5～3份；防老剂0.5～2份；硫磺1.5～3份；促进剂：1.5～3份；炭黑15～30份；改性后的稀土氧化物粉体25～100份。其中，所述防老剂为防老剂rd；所述促进剂由促进剂tmtd和促进剂cz按照1～2:0.5～1的比例组成。
上述方案中，步骤(2)所述混炼处理为：30～80℃，混炼15～40min；所述硫化处理的硫化温度为150～170℃，硫化压力为10～15mpa，硫化时间为15～30min。
上述方案中，步骤(3)中所述面朝声波一侧的稀土橡胶复合材料的厚度为1～5mm，所述另一侧聚氨酯泡沫的厚度为5～45mm。
上述方案中，步骤(3)所述粘合剂为聚氨酯胶、氯丁-丁腈胶、或酚醛-丁腈胶。
上述制备方法制备所得用于低频吸声的稀土氧化物/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫双层复合材料。
本发明的有益效果如下：本发明利用稀土填料的磁声转化特性与高聚物的阻尼耗散特性制备得到稀土氧化物/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫双层复合材料。所述稀土氧化物-丁腈橡胶复合材料具有磁声转化、阻尼耗散等几种能量耗散机制，大大提高了对声波能量的消耗；通过结构设计，将稀土氧化物/丁腈橡胶复合材料与具有高阻尼效应的聚氨酯泡沫复合，制备双层复合材料，进一步提高的低频吸声性能，同时减轻材料的质量。本发明所述稀土氧化物/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫双层复合材料具有优异的中低频吸声效果，同时质量较轻、厚度较小，在吸声领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为实施例1、2、3、4、5中制备的稀土氧化物/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫双层复合材料的低频吸声性能。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种用于低频吸声的gd2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)稀土氧化物粉体的预处理：按各原料所占重量份数为：稀土氧化物100份、偶联剂1～5份，选取稀土氧化物和钛酸酯偶联剂；将各原料放入球磨机中以高速1500r/min球磨30min，得到改性后的稀土氧化物，备用；
(2)炼胶配方：丁腈橡胶100份；氧化锌5份；硬脂酸锌0.75份；硬脂酸0.75份；防老剂rd2份；硫磺1.5份；促进剂tmtd2份；促进剂cz1份；炭黑20份；改性后的gd2o3粉体25份；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂rd、促进剂tmtd、促进剂cz、炭黑、改性后的gd2o3粉体、硫磺和软化剂，在40～80℃的温度下混炼40min得到混炼胶，然后将混炼胶在160℃的温度和15mpa的压力下硫化15min得到用于低频吸声的gd2o3/丁腈橡胶复合材料；
(3)双层结构材料的复合：按照面朝声波一侧为1mmgd2o3/丁腈橡胶复合材料、另一侧为25mm聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得片状gd2o3/丁腈橡胶复合材料与片状聚氨酯泡沫，利用聚氨酯胶作粘合剂复合得到gd2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料。
对本实施例制备所得gd2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料进行效果评价，结果如图1所示。从图1看出：在500～1250hz频率下所述gd2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的平均吸声系数为0.48，800hz频率下吸声系数最大为0.90。
实施例2
一种用于低频吸声的la2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)稀土氧化物粉体的预处理：按各原料所占重量份数为：稀土氧化物100份、偶联剂1～5份，选取稀土氧化物和钛酸酯偶联剂；将各原料放入球磨机中以高速1500r/min球磨30min，得到改性后的稀土氧化物，备用；
(2)炼胶配方：丁腈橡胶100份；氧化锌5份；硬脂酸锌0.75份；硬脂酸0.75份；防老剂rd2份；硫磺1.5份；促进剂tmtd2份；促进剂cz1份；炭黑20份；改性后的la2o3粉体25份；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂rd、促进剂tmtd、促进剂cz、炭黑、改性后的la2o3粉体、硫磺和软化剂，在40～80℃的温度下混炼40min得到混炼胶，然后将混炼胶在150℃的温度和15mpa的压力下硫化15min得到用于低频吸声的la2o3/丁腈橡胶复合材料；
(3)双层结构材料的复合：按照面朝声波一侧为1mmla2o3/丁腈橡胶复合材料、另一侧为25mm聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得片状la2o3/丁腈橡胶复合材料与片状聚氨酯泡沫，利用聚氨酯胶作粘合剂复合得到la2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料。
对本实施例制备所得la2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料进行效果评价，结果如图1所示。从图1看出：在200～800hz频率下所述la2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的平均吸声系数为0.42，800hz频率下吸声系数最大为0.93。
实施例3
一种用于低频吸声的y2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)稀土氧化物粉体的预处理：按各原料所占重量份数为：稀土氧化物100份、偶联剂1～5份，选取稀土氧化物和钛酸酯偶联剂；将各原料放入球磨机中以高速1500r/min球磨30min，得到改性后的稀土氧化物，备用；
(2)炼胶配方：丁腈橡胶100份；氧化锌5份；硬脂酸锌0.75份；硬脂酸0.75份；防老剂rd2份；硫磺1.5份；促进剂tmtd2份；促进剂cz1份；炭黑20份；改性后的y2o3粉体25份；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂rd、促进剂tmtd、促进剂cz、炭黑、改性后的y2o3粉体、硫磺和软化剂，在40～80℃的温度下混炼40min得到混炼胶，然后将混炼胶在160℃的温度和10mpa的压力下硫化15min得到用于低频吸声的y2o3/丁腈橡胶复合材料；
(3)双层结构材料的复合：按照面朝声波一侧为1mmy2o3/丁腈橡胶复合材料、另一侧为25mm聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得片状稀土橡胶复合材料与片状聚氨酯泡沫，利用聚氨酯胶作粘合剂复合得到y2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料。
对本实施例制备所得y2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料进行效果评价，结果如图1所示。从图1看出：在200～800hz频率下所述y2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的平均吸声系数为0.41，800hz频率下吸声系数最大为0.91。
实施例4
一种用于低频吸声的y2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)稀土氧化物粉体的预处理：按各原料所占重量份数为：稀土氧化物100份、偶联剂1～5份，选取稀土氧化物和钛酸酯偶联剂；将各原料放入球磨机中以高速1500r/min球磨30min，得到改性后的稀土氧化物，备用；
(2)炼胶配方：丁腈橡胶100份；氧化锌5份；硬脂酸锌0.75份；硬脂酸0.75份；防老剂rd2份；硫磺1.5份；促进剂tmtd2份；促进剂cz1份；炭黑20份；改性后的y2o3粉体25份；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂rd、促进剂tmtd、促进剂cz、炭黑、改性后的y2o3粉体、硫磺和软化剂，在40～80℃的温度下混炼40min得到混炼胶，然后将混炼胶在160℃的温度和15mpa的压力下硫化15min得到用于低频吸声的y2o3/丁腈橡胶复合材料；
(3)双层结构材料的复合：按照面朝声波一侧为1mmy2o3/丁腈橡胶复合材料、另一侧为10mm聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得片状y2o3/丁腈橡胶复合材料与片状聚氨酯泡沫，利用聚氨酯胶作粘合剂复合得到y2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料。
对本实施例制备所得y2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料进行效果评价，结果如图1所示。从图1看出：在200～500hz频率下所述y2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的平均吸声系数为0.33，630hz频率下吸声系数最大为0.78。
实施例5
一种用于低频吸声的la2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)稀土氧化物粉体的预处理：按各原料所占重量份数为：稀土氧化物100份、偶联剂1～5份，选取稀土氧化物和钛酸酯偶联剂；将各原料放入球磨机中以高速1500r/min球磨30min，得到改性后的稀土氧化物，备用；
(2)炼胶配方：丁腈橡胶100份；氧化锌5份；硬脂酸锌0.75份；硬脂酸0.75份；防老剂rd2份；硫磺1.5份；促进剂tmtd2份；促进剂cz1份；炭黑20份；改性后的la2o3粉体25份；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂rd、促进剂tmtd、促进剂cz、炭黑、改性后的la2o3粉体、硫磺和软化剂，在40～80℃的温度下混炼40min得到混炼胶，然后将混炼胶在160℃的温度和15mpa的压力下硫化10min得到用于低频吸声的la2o3/丁腈橡胶复合材料；
(3)双层结构材料的复合：按照面朝声波一侧为1mmla2o3/丁腈橡胶复合材料、另一侧为10mm聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得片状稀土橡胶复合材料与片状聚氨酯泡沫，利用聚氨酯胶作粘合剂复合得到la2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料。
对本实施例制备所得la2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料进行效果评价，结果如图1所示。从图1看出：在200～500hz频率下所述la2o3/丁腈橡胶复合材料-聚氨酯泡沫双层复合材料的平均吸声系数为0.38，630hz频率下吸声系数最大为0.74。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。