一种复合隔音吸声材料及其制备方法与流程

本发明属于隔音吸声材料技术领域，具体涉及一种复合隔音吸声材料及其制备方法。

背景技术：

目前，随着工业、交通运输业的不断增长和城市化进程的不断发展，噪音污染逐渐引起人们的重视，此外，随着人们环境意识和对私人空间重视程度的提高，对各种噪音的容忍限度也逐渐降低。因此，增强对噪音的控制是发展的必然趋势。吸声材料一般为共振作用吸声的柔性材料，使声能无反射地进入吸声材料，并使入射声能绝大部分被吸收。隔声材料密实，难于吸收和透过声能而反射能强。吸声材料和隔声材料均能起到降低噪音的作用。迄今为止尚无一种兼具隔音吸声功能的较为良好的材料。

另一方面，随着城市建设的发展，在城区或城郊修建了变电站及输电线路，这部分输变电设施大规模使用复合绝缘子，在提升电力系统运行稳定性和安全性的同时，也给供电企业在绝缘子运行成本以及绝缘子更换后的处理带来了难题。由于更换下来的复合绝缘子的硅橡胶部分大量堆积，缺乏有效的处理手段，将造成资源的严重浪费。且硅橡胶在环境中具有较高的持久性性，难以降解，长期堆积将滋生细菌，受雨水等侵蚀后将严重污染土壤和地下水。因此，如何有效地重复利用从退役绝缘子上的废旧硅橡胶并将其应用于制备一种具有良好隔音吸声性能的吸音材料，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种新型的复合隔音吸声材料及其制备方法，不仅克服了现有隔音吸声材料吸声性能弱的问题，还重复利用了废弃的绝缘子硅橡胶，实现了变废为宝。

本发明的具体技术方案如下：

本发明提供了一种复合隔音吸声材料，依次包括：第一材料层、第二材料层和第三材料层；

所述第一材料层为铝粉弹力胶层；

所述第二材料层为膨胀蛭石环氧硅烷层；

所述第三材料层为聚氯乙烯树脂硅橡胶层。

优选的，所述铝粉弹力胶层为铝粉和弹力胶的混合物，其制备方法为：

将弹力胶加热至熔融状态，加入铝粉，压制，得到所述铝粉弹力胶层；

按重量份数计，所述铝粉60～100份，所述弹力胶40～60份；

所述加热的温度为180～250℃。

优选的，所述膨胀蛭石环氧硅烷层由膨胀蛭石、环氧硅烷和固化剂混合、固化得到；

按重量份数计，所述膨胀蛭石60～100份，所述环氧硅烷60～100份，所述固化剂1～3份；

所述固化剂为聚醚胺、异佛尔酮二胺、3,3'-二甲基-4,4'-二氨基-二环己基甲烷。

优选的，所述聚氯乙烯树脂硅橡胶层的制备包括：

a)将硅橡胶粉末、偶氮二甲酸钡、对甲苯磺酸和抗氧化剂混合，得到混合物；

b)在氮气或惰性气体的保护条件下，将聚氯乙烯树脂加热至熔融状态，然后加入步骤a)中得到的混合物，搅拌，发泡，得到所述聚氯乙烯树脂硅橡胶层。

优选的，按重量份数计，硅橡胶粉末140～200份，偶氮二甲酸钡3～7份，对甲苯磺酸8～15份，抗氧化剂3～8份，聚氯乙烯树脂100～200份；

所述抗氧化剂为羧酸酯稀土或有机锡。

优选的，步骤b)中所述惰性气体为氦气或氩气；

所述加热的温度为200～220℃；

所述发泡的温度为240～300℃，所述发泡的时间为3～8min。

优选的，上述复合隔音吸声材料还包括：中间隔音吸声材料层；

所述中间隔音吸声材料层为水泥硅橡胶粉末白乳胶层、聚乙烯树脂层、酚醛树脂层和软木屑压制填充层中的一种或两种；

所述中间隔音吸声材料层设置于所述第一材料层和所述第二材料层之间。

优选的，所述水泥硅橡胶白乳胶层的制备包括：

将硅酸盐水泥、硅橡胶粉末、白乳胶、NaHCO₃硅橡胶粉和水混合，发泡，得到所述水泥硅橡胶粉末发泡层。

优选的，按重量份数计，硅酸盐水泥50～90份，硅橡胶粉末30～80份，白乳胶5～10份，NaHCO₃2～5份，水15～30份；

所述发泡的温度为40～65℃，发泡时间为30～120min。

本发明还提供了上述复合材料的制备方法，采用粘结剂依次将所述第一材料层、中间隔音吸声材料层、第二材料层和第三材料层粘接。

本发明所提供的复合隔音吸声材料为一种多层复合隔音吸声材料，与单层隔音吸声材料相比，多层复合隔音吸声材料具有明显的优势，能够消除来自于高频和低频的噪音，隔音吸声效果良好；同时，本发明材料采用回收绝缘子硅橡胶为原料进行制备，实现了资源重复利用和变废为宝，所用原材料均来源广泛，制造成本低。本发明材料的制备方法，工艺优化，操作步骤简单，二次污染小，可广泛应用于制备隔音吸声材料。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为实施例1的复合隔音吸声材料的剖面图；

图2为实施例2的复合隔音吸声材料的剖面图。

具体实施方式

本发明提供了一种复合隔音吸声材料，依次包括：第一材料层、第二材料层和第三材料层；

所述第一材料层为铝粉弹力胶层；

第二材料层为膨胀蛭石环氧硅烷层；

第三材料层为聚氯乙烯树脂硅橡胶层。

进一步的，所述铝粉弹力胶层为所述铝粉弹力胶层为铝粉和弹力胶的混合物，其制备方法优选为以下具体步骤：

1)将40～60份弹力胶在180～250℃条件下加热至熔融状态，铺平后控制温度在130～170℃范围内；

2)将铝粉均匀平铺于弹力胶表面，以0.5～2Mpa的机械压力将铝颗粒嵌入弹力胶中，脱模后得到所述铝粉弹力胶层。

本发明对铝粉和弹力胶的来源不作特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的铝粉和弹力胶即可，如市售来源。

更进一步的，本发明得到的铝粉弹力胶层的厚度优选为3～6mm。

进一步的，所述膨胀蛭石环氧硅烷层由膨胀蛭石、环氧硅烷和固化剂混合、固化得到，其制备方法优选为以下具体步骤：

1)将60～100份膨胀蛭石、60～100份环氧硅烷和1～3份固化剂置于机械搅拌器中以转速为50～150转/min混匀；

2)将混合物转移至模具中，在240～300℃条件下发泡3～8min，然后转入零下20～40℃条件下30～60min后脱模，得到膨胀蛭石环氧硅烷层。

更进一步的，所述固化剂优选为聚醚胺D-230、异佛尔酮二胺(IPDA)或3,3'-二甲基-4,4'-二氨基-二环己基甲烷；在本发明实施例中，所采用固化剂为聚醚胺D-230。

本发明对膨胀蛭石、环氧硅烷和固化剂的来源不作特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的膨胀蛭石、环氧硅烷和固化剂即可，如市售来源。在本发明中，所采用的膨胀蛭石来源于矿产品加工厂；所采用的环氧硅烷为市售工业级环氧硅烷，其分子量为221.4和分子式为C₉H₂₀O₅Si。

更进一步的，本发明的膨胀蛭石环氧硅烷层的厚度优选为5～10mm。

进一步的，所述聚氯乙烯树脂硅橡胶层的制备优选为以下具体步骤：

1)将退役绝缘子硅橡胶伞裙剪碎，依次置于稀酸溶液，稀碱溶液和清水中超声清洗15min，烘干后粉碎成20～40目硅橡胶粉末；

2)将100～200份聚氯乙烯树脂、140～200份硅橡胶粉、3～7份偶氮二甲酸钡、5～15份对甲苯磺酸，3～8份抗氧化剂置于机械搅拌器中，以50～200转/min速度搅拌混匀；

3)将聚氯乙烯树脂置于广口三角瓶中，并以氮气为保护气体，在200～300℃条件下加热至熔融状态，并控制温度在200～220℃范围内，在机械搅拌器以50～150转/min的转速条件下加入步骤2)中所制得的混合物，搅拌5～10min；

4)将混合物转移至模具中，在240～300℃条件下发泡3～8min，然后转入零下20～40℃条件下30～60min脱模，得到聚氯乙烯树脂硅橡胶层。

本发明对硅橡胶粉末、聚氯乙烯树脂、偶氮二甲酸钡、对甲苯磺酸和抗氧化剂的来源不作特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的硅橡胶粉末、聚氯乙烯树脂、偶氮二甲酸钡、对甲苯磺酸和抗氧化剂即可，如市售来源。在本发明中，所采用的硅橡胶粉末来源于常规的退役绝缘子硅橡胶，该硅橡胶弹性好，耐腐蚀，经磨碎筛分后得到不同粒径大小的硅橡胶粉末，其直径优选为0.425mm～2mm；所采用的聚氯乙烯树脂、偶氮二甲酸钡、对甲苯磺酸和抗氧化剂均为市售；所采用的抗氧化剂为市售工业级有机锡。

进一步的，所述对甲苯磺酸优选为8～15份；所述抗氧化剂优选为5～8份。

更进一步的，本发明的聚氯乙烯树脂硅橡胶层的厚度优选为3～6mm。

本发明还提供了上述复合隔音吸声材料的制备方法，本发明对其制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员所熟知的常规粘接剂依次将所述第一材料层、第二材料层和第三材料层进行粘接即可。所述粘接剂优选为水性聚氨酯乳粘接剂，其具体制备过程优选为：分别在三层材料层的粘接处涂覆水性聚氨酯乳粘接剂，在130～160℃加热粘接处至微熔融状态，然后按顺序依次将第一材料层、第二材料层和第三材料层在微熔融状态下加压进行复合层间的无缝衔接。

为增强本发明复合隔音吸声材料的隔音吸声性能，本发明还在第一材料层和第二材料层之间增加了一层至两层的中间隔音吸声材料层，用于增强前述复合隔音吸声材料层的隔音吸声效果。优选的，所述增强隔音吸声材料层为水泥硅橡胶白乳胶层、聚乙烯树脂、酚醛树脂和软木屑压制填充层中的一种或两种。因此，本发明所提供的隔音吸声材料为三层又不限于三层以上复合结构的复合材料。当中间隔音吸声材料层仅为水泥硅橡胶白乳胶材料时，以水泥浆液为粘接剂粘和第一材料层和第二材料层即可。

进一步的，所述水泥硅橡胶白乳胶层的具体制备过程优选为：

1)将50～90份硅酸盐水泥、30～80份硅橡胶粉末、5～10份白乳胶、2～5份NaHCO₃和15～30份水，经10～100转/min的机械搅拌拌匀，再按照水和水泥1:3的质量比搅拌至熔融状；

2)将熔融物转入模具中置于40～65℃恒温发泡30～120min，然后转入室温，按照常规水泥养护条件养护脱模。

本发明对硅酸盐水泥、白乳胶和NaHCO₃的来源不作特殊限制，采用本领域技术人员所熟知的硅酸盐水泥、白乳胶和NaHCO₃即可，如市售来源。在本发明中，所采用的硅酸盐水泥来源于市售普通硅酸盐水泥；所采用的白乳胶来源于工业白乳胶；所采用的NaHCO₃来源于市售工业级。

更进一步的，本发明的水泥硅橡胶白乳胶层的厚度优选为3～6mm。

下面将结合本发明具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本领域技术人员应当理解，对本发明的具体实施例进行修改或者对部分技术特征进行同等替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明保护的范围中。

实施例1

(1)将45份弹力胶在200℃条件下加热至熔融状态，铺平后控制温度在143℃范围内；然后，将70份铝粉均匀平铺于弹力胶表面，以0.5Mpa的机械压力将铝颗粒嵌入弹力胶中，脱模后得到铝粉弹力胶层。

(2)将70份膨胀蛭石、65份环氧硅烷和1份聚醚胺D-230置于机械搅拌器中以转速为80转/min混匀；然后，将混合物转移至模具中，在260℃条件下发泡4min，再转入零下25℃条件下45min后脱模，得到膨胀蛭石环氧硅烷层。

(3)首先，将退役绝缘子硅橡胶伞裙剪碎，依次置于稀酸溶液，稀碱溶液和清水中超声清洗15min，烘干后粉碎成30目硅橡胶粉末；然后，将100份聚氯乙烯树脂、160份硅橡胶粉、4份偶氮二甲酸钡、10份对甲苯磺酸，5份有机锡置于机械搅拌器中，以150转/min速度搅拌混匀；接着，将聚氯乙烯树脂置于广口三角瓶中，并以氮气为保护气体，在250℃条件下加热至熔融状态，并控制温度在200℃范围内，在机械搅拌器以100转/min的转速条件下加入步骤2)中所制得的混合物，搅拌8min；最后，将混合物转移至模具中，在260℃条件下发泡8min，然后转入零下30℃条件下50min脱模，得到聚氯乙烯树脂硅橡胶层。

(4)分别采用水性聚氨酯乳粘接剂在三层材料层的相接处进行粘接，然后在150℃加热粘接处至微熔融状态，最后按顺序依次将铝粉弹力胶层、膨胀蛭石环氧硅烷层和聚氯乙烯树脂硅橡胶层在微熔融状态下加压进行复合层间的无缝衔接。

图1为本实施例得到的复合隔音吸声材料的剖面图，如图1所示，所制得三层复合隔音吸声材料中，弹力胶铝粉层的厚度为3mm，膨胀蛭石复合层的厚度为3mm，聚氯乙烯树脂硅橡胶层的厚度为5mm。根据国家标准(GB8485-87，GB/T 16731-1997)执行隔音吸声测试，该复合吸声材料的测试结果如表1所示：

表1

实施例2

(1)将60份弹力胶在200℃条件下加热至熔融状态，铺平后控制温度在170℃内；然后，将95份铝粉均匀平铺于弹力胶表面，以2Mpa的机械压力将铝颗粒嵌入弹力胶中，脱模后得到铝粉弹力胶层。

(2)将70份硅酸盐水泥、75份硅橡胶粉末、10份白乳胶、2份NaHCO₃和30份水，采用100转/min进行机械搅拌拌匀，按照水和水泥1:3的质量比搅拌至熔融状；然后，将熔融物转入模具中置于60℃恒温发泡100min，然后转入室温，按照水泥养护条件养护脱模，得到硅橡胶水泥发泡层。

(3)将100份膨胀蛭石、100份环氧硅烷和3份聚醚胺D-230置于机械搅拌器中以转速为100转/min混匀；然后，将混合物转移至模具中，在280℃条件下发泡8min，再转入零下35℃条件下60min后脱模，得到膨胀蛭石环氧硅烷层。

(4)首先，将退役绝缘子硅橡胶伞裙剪碎，依次置于稀酸溶液，稀碱溶液和清水中超声清洗15min，烘干后粉碎成40目硅橡胶粉末；然后，将200份聚氯乙烯树脂、200份硅橡胶粉、7份偶氮二甲酸钡、15份对甲苯磺酸，6份有机锡置于机械搅拌器中，以200转/min速度搅拌混匀；接着，将聚氯乙烯树脂置于广口三角瓶中，并以氮气为保护气体，在300℃条件下加热至熔融状态，并控制温度在220℃范围内，在机械搅拌器以150转/min的转速条件下加入步骤2)中所制得的混合物，搅拌10min；最后，将混合物转移至模具中，在300℃条件下发泡8min，然后转入零下40℃条件下60min脱模，得到聚氯乙烯树脂硅橡胶层。

(5)首先，采用水泥浆液依次将铝粉弹力胶层、硅橡胶水泥发泡层和膨胀蛭石环氧硅烷层粘接起来；然后，采用水性聚氨酯乳粘接剂将膨胀蛭石环氧硅烷层和聚氯乙烯树脂硅橡胶层粘接起来。

图2为本实施例得到的复合隔音吸声材料的剖面图，如图2所示，本实施例所提供的复合隔音吸声材料为四层结构，包括弹力胶铝粉复合层，厚度约2mm；硅橡胶水泥发泡层3mm，膨胀蛭石复合层，厚度3mm；第三层为聚氯乙烯树脂硅橡胶层，厚度为4mm；可将其应用于墙体外包装内装上、楼层隔音等建筑领域。