本发明属于轨道交通领域，尤其涉及一种用于轨道交通的层状隔音复合材料。
背景技术：
隔音材料能够大幅衰减噪音的传播，因此广泛应用于建筑、汽车、轨道交通、石油化工、电力电气等领域。
现有的高分子隔音材料主要有两种方案，第一种由聚氯乙烯树脂、阻燃剂、增塑剂和无机填料等组成，应用于轨道交通、建筑、石化管道等，其具有较好的减振降噪效果。但是该材料需要添加大量增塑剂导致环保性较差，另外由于聚氯乙烯燃烧时释放出大量氯化氢气体，其燃烧时的烟密度和烟毒性非常大，限制了该材料的大规模应用。第二种是由乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶等环保热塑性树脂、无机填料和助剂等组成，广泛应用于汽车、家电和电气设备等领域，该种材料可填充更多的填料，因此成本较低并具有很好的隔音性能，但是其阻燃性能一般不好，特别是阻尼减振性能不好，不能满足轨道交通等领域的应用。
应用于轨道交通的隔音材料，一般要求其具备高综合性能，现有技术中的隔音材料难以满足既具有高阻尼性能，又具有高阻燃性能。如专利cn106142781a中公开了一种交替层状复合隔音阻尼片材，其通过将隔音层与阻尼层交替复合，最终得到的片材兼顾优良的隔音性能与阻尼性能，但上述片材的阻燃性能不佳，难以满足高综合性能材料的需求。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种阻燃、阻尼和隔音等综合性能优异，绿色环保的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，所述复合材料为层状结构，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，所述阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：
其中，所述嵌段共聚物为苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物；
所述阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：
其中，所述膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐组成的混合物。
上述轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料中，优选的，所述苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的损耗因子tanδ峰大于0.6，峰值温度位于-5-30℃。更优选的，所述苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物的损耗因子tanδ峰大于0.8，峰值温度位于0-25℃。上述限定以尽量提高隔音复合材料在常温附近较宽温域内的阻尼损耗因子，既能增加复合材料的减振性能，又能有效提高材料低频隔声性能。
上述轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料中，所述焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐之间的比例关系为(1：4)-(5：1)，更优选的，所述焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐之间的比例关系为(1：2)-(4：1)，进一步优选的比例为2：1。当焦磷酸哌嗪与聚三聚氰胺磷酸盐的比例为2：1时，材料燃烧时形成的炭层最稳定，阻燃效果最好。
上述轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料中，优选的，所述热塑性树脂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚烯烃弹性体、三元乙丙橡胶、聚乙烯和聚丙烯中的一种或几种；所述无机填料为碳酸钙、硫酸钡和云母粉中的一种或几种；所述助剂包括以下质量比的组分：环烷油：硬脂酸：抗氧剂为(0.5-3)：(0.2-1)：(0.5-1)。采用上述环保型热塑性树脂，其燃烧时不会产生氯化氢等有毒气体，更加绿色环保。
上述轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料中，优选的，所述层状结构的层数为4-64层。
本发明还提供一种上述的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料的制备方法，根据多层共挤原理，通个倍增器实现，具体包括以下步骤：
(1)将阻尼材料层与阻燃材料层的各组分投入已经预热的密炼机中，将各组分混匀并塑化均匀分别得到阻尼塑化料与阻燃塑化料；
(2)将步骤(1)中得到的阻尼塑化料与阻燃塑化料分别送至两台挤出机进料口并通过锥形双螺杆喂料，经扁平模口挤出物料；
(3)步骤(2)中的挤出物料经三辊定型即得到上述轨道交通用阻燃隔音复合材料。
上述制备方法中，优选的，所述步骤(1)中密炼机预热至120-150℃；所述步骤(2)中，挤出机的转速为50-250rpm，温度为120-160℃，通过控制挤出机的转速，可以控制两层材料的进料速度，从而控制两层材料的厚度比。
本发明阻尼材料层中，在基体热塑性树脂中添加苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物，其分子结构中含有较大的侧基可以显著提高复合材料阻尼性能，在-20℃-40℃宽温度范围内复合材料损耗因子达到0.2以上，良好的阻尼性能提高了复合材料振动时的内摩擦和能量损耗，赋予材料优良的减振和隔音性能，特别是有效阻隔低频振动和噪声，应用于轨道交通时，可以大大提高乘坐舒适性。本发明阻燃材料层中采用的环保型无机膨胀型阻燃剂对材料进行阻燃改性，环保阻燃剂可以有效提高材料的阻燃性，特别表现在提高其极限氧指数和降低材料燃烧时的烟密度和烟毒性，在火灾发生情况下可为人员逃生赢得宝贵时间。
上述两种材料相互叠加复合后，得到的层状结构复合材料相比于直接将阻燃剂与嵌段共聚物直接均质混合的材料优势更明显，主要体现在以下几点：1)由于阻尼材料层和阻燃材料层的配比不一样，经交替层状复合后，存在大量连续层界面，界面层的摩擦和分子链滑移可进一步拓宽材料的阻尼性能和温域。2)复合材料中总的无机类粉体材料填充比例是固定的，因此在均质混合材料中必须同时考虑无机填料与阻燃剂的比例，二者是此消彼长的关系。但是在层状材料中，因为阻燃材料层中的无机填料可以较少，阻燃剂的填充量可以更大，相反阻尼材料层中无需考虑阻燃剂，可以最大限度填充无机填料，最大程度增加材料密度。由于阻燃剂填充量更大，单纯阻燃材料层的阻燃效率非常好，经交替层状组合后，相当于阻燃材料层将阻尼材料层夹在中间，当发生火灾燃烧时阻燃材料层膨胀有效隔绝空气和热量，对阻尼材料层起到很好的保护作用，因此整体上比均质混合结构的阻燃效果更好。3)在保证材料整体密度的情况下，可以在阻燃材料层中添加更多的树脂基体，因此材料具有更好的机械力学性能。4)在均质共混材料中，为了达到较好的阻尼和阻燃效果，需要同时提高嵌段共聚物和膨胀阻燃剂的含量，但在层状结构材料中嵌段共聚物和膨胀阻燃剂只分别存在阻尼材料层和阻燃材料层中，虽然各自在单层的含量都比均质共混材料中更高，但在整体材料配方中，这两种原料的含量却比均质共混材料中的更低。因此，通过交替层状复合方式，可降低嵌段共聚物和膨胀阻燃剂的用量，成本更低。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明通过阻尼材料层与阻燃材料层交替层状叠加复合，各层材料中的组分相互协同作用，最终制备得到的层状复合材料综合性能更好，特别是其减振性能、阻燃性能与隔音性能优异。
2、本发明的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料的所有组分均是绿色环保型的材料，最终制备得到的复合材料具备绿色环保、阻尼和隔音性能优异等性能优势。
3、本发明的制备方法简单，易于操作，重复性好。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1：
一种层状结构的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，总层数为16层。其中，阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂10100.5份。阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物40份，无机膨胀型阻燃剂50份，硫酸钡10份，环烷油2份，硬脂酸1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2；无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组成的混合物。
上述复合材料的制备方法包括以下步骤：
(1)密炼：将阻尼材料层与阻燃材料层的各组分按配比称重并投入预热至150℃的密炼机中，将各组分混匀并塑化均匀分别得到阻尼塑化料与阻燃塑化料；
(2)挤出：趁热将塑化好的阻尼塑化料与阻燃塑化料分别送至两台挤出机进料口并通过锥形双螺杆喂料，阻尼层材料挤出机转速230转/分钟，阻燃层材料挤出机转速230转/分钟，挤出机温度120-160℃，经扁平模口挤出物料；
(3)三辊定型：三辊预先调节至一定厚度并通冷却水，挤出的物料经三辊的适当拉伸和挤压定型形成平整的隔音材料，隔音材料的厚度为1mm。
实施例2：
一种层状结构的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，总层数为16层。其中，阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂10100.5份，偶联剂0.5份，分散剂1份。阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物30份，无机膨胀型阻燃剂40份，硫酸钡30份，环烷油2份，硬脂酸1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2；无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按1：1组成的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，制备的隔音材料的厚度为2mm。
实施例3：
一种层状结构的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，总层数为8层。其中，阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：聚烯烃弹性体10份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物15份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂10100.5份。阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：聚烯烃弹性体40份，无机膨胀型阻燃剂50份，硫酸钡10份，环烷油2份，硬脂酸1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为-5℃，峰值为0.7；无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组成的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，制备的隔音材料的厚度为1mm。
实施例4：
一种层状结构的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，总层数为64层。其中，阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：聚烯烃弹性体12份，聚丙烯3份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂10100.5份。阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：聚烯烃弹性体40份，无机膨胀型阻燃剂50份，硫酸钡10份，环烷油2份，硬脂酸1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为-5℃，峰值为0.7；无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按3：1组成的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，但是，阻尼层材料挤出机转速250转/分钟，阻燃层材料挤出机转速160转/分钟，制备的隔音材料的厚度为3mm。
实施例5：
一种层状结构的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，总层数为16层。其中，阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：聚烯烃弹性体20份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物5份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂10100.5份。阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：聚烯烃弹性体40份，无机膨胀型阻燃剂40份，硫酸钡20份，环烷油2份，硬脂酸1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为25℃，峰值为1.0；无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组成的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，制备的隔音材料的厚度为1mm。
对比例1：
一种层状结构的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，总层数为16层。其中，阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，聚醋酸乙烯酯10份，硫酸钡40份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂10100.5份。阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物40份，无机膨胀型阻燃剂50份，硫酸钡10份，环烷油2份，硬脂酸1份。其中，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组成的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，制备的隔音材料的厚度为1mm。
对比例2：
一种层状结构的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，总层数为16层。其中，阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂10100.5份。阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物40份，氢氧化镁50份，硫酸钡10份，环烷油2份，硬脂酸1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，制备的隔音材料的厚度为2mm。
对比例3：
一种层状结构的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，总层数为64层。其中，阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物15份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物10份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂10100.5份。阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物40份，无机膨胀型阻燃剂50份，硫酸钡10份，环烷油2份，硬脂酸1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为20℃，峰值为1.2，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按1：3组成的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，制备的隔音材料的厚度为3mm。
对比例4：
一种层状结构的轨道交通用减振、阻燃、隔音复合材料，包括相互交替叠加的阻尼材料层与阻燃材料层，总层数为8层。其中，阻尼材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物10份，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物15份，硫酸钡75份，环烷油2份，硬脂酸1份，抗氧剂10100.5份。阻燃材料层以重量份计，包括以下组分：乙烯-醋酸乙烯共聚物40份，无机膨胀型阻燃剂50份，硫酸钡10份，环烷油2份，硬脂酸1份。其中，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物损耗因子tanδ峰的温度为-10℃，峰值为0.5，无机膨胀型阻燃剂为焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2：1组成的混合物。
上述复合材料的制备方法与实施例1相同，制备的隔音材料的厚度为1mm。
实施例1-5与对比例1-4中制备得到的复合材料的性能参数经测定如下表1、表2所示。
表1：实施例中制备得到的复合材料的性能测试方法及性能参数
表2：对比例中制备得到的复合材料的性能测试方法及性能参数
由表1、表2可知，苯乙烯-乙烯支化聚二烯-苯乙烯三嵌段共聚物使材料具有优异的阻尼性能，特别是20℃-40℃附近具有很高的tanδ损耗因子，从而使交替层状复合材料的具有相对更好的隔音性能。由对比例1可以看出，添加其他阻尼材料时，材料在20℃-40℃附近的tanδ损耗因子相对较低，导致隔音性能也较差。由对比例2和对比例3可以看出，阻燃层材料中仅添加氢氧化镁阻燃剂或者焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按比例为1：3时，交替层状复合材料的阻燃效果也劣于由焦磷酸哌嗪和聚三聚氰胺磷酸盐按2:1组成的膨胀阻燃剂的效果。