專利名稱：一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬吸聲材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的吸聲材料中，一種是利用共振方式完成能量轉(zhuǎn)化而達(dá)到吸聲的目的，其常在特定頻率段具有較好的吸聲性能，而遠(yuǎn)離這頻率段的吸聲性能較差；另一種多孔性材料是聲波通過穿越材料的孔隙后，引起孔隙中的空氣與材料的振動(dòng)，通過摩擦和黏滯阻力， 將聲能轉(zhuǎn)化成熱能而加以吸收，其一般只在高頻段具有良好的吸聲性能，為了能在中低頻得到較好的吸聲性能，材料經(jīng)常需要做得很厚。在實(shí)際工程應(yīng)用中，人們總希望在材料較輕薄同時(shí)具有相當(dāng)?shù)牧W(xué)性能的前提下，獲得良好的吸聲性能，以降低工作場(chǎng)所、居住處的振動(dòng)和噪音污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，該吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的吸聲結(jié)構(gòu)可以在振動(dòng)時(shí)有效吸收能量，隨結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加，能充分利用多孔材料與薄膜共振兩種不同吸聲機(jī)理協(xié)同拓寬吸聲作用頻域；且制備簡(jiǎn)單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其組分包括氯化聚乙烯(CPE)/七孔滌綸短纖 (Seven-hole Hollow Polyester Staple Fiber, SHPS)復(fù)合材料和穿孔板；其中，氯化聚乙烯與七孔滌綸短纖的質(zhì)量比為4 1。所述的穿孔板的厚度為1 5mm ；孔徑為2 5mm ；孔隙率為40% 60% ；孔按三角形方式均勻分布，表面進(jìn)行光潔處理，不能有毛絲。所述氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的厚度為1 3mm。雙層結(jié)構(gòu)的穿孔板與復(fù)合材料的厚度比為1 3 5 1，多層結(jié)構(gòu)可按此比例進(jìn)行組合如三層穿孔板/復(fù)合材料/穿孔板結(jié)構(gòu)的厚度比為1 3 1 5 1 5。所述的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料為穿孔板與氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的雙重復(fù)合；其中穿孔板與復(fù)合材料的厚度比為1 3 5 1。所述的吸聲所述的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料為穿孔板與氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料與穿孔板的三層復(fù)合；其中穿孔板/復(fù)合材料/穿孔板的厚度比為1 3 1 5:1:5所述的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料為穿孔板與氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料與穿孔板與氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的四層復(fù)合。本發(fā)明的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括(1)穿孔板的制備將不銹鋼按三角形分布方式進(jìn)行打孔后，對(duì)表面進(jìn)行清潔即得穿孔板；(2)穿孔板與復(fù)合材料的復(fù)合制備
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在氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的表面平涂粘合劑，自然揮發(fā)一會(huì)，即得吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。所述步驟(1)中的打孔在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行。所述步驟O)中的氯化聚乙烯(CPE) /七孔滌綸短纖(Seven-hole Hollow Polyester StapleFiber, SHPS)復(fù)合材料的制備，包括在輥筒中先加入氯化聚乙烯粉末，同時(shí)用切刀作輔助性混合，制得薄片；加入七孔滌綸短纖，用切刀作輔助混煉，冷卻后得混煉薄片；將混煉薄片均勻地鋪在模子內(nèi)腔中，模子上下用鋼板夾住，且在鋼板與模子間用一層高溫防粘膜；將所述鋼板移入平板硫化機(jī)，卸載預(yù)熔、加壓，取下鋼板，連同混料用水冷卻，脫膜得氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料； 其中，氯化聚乙烯與七孔滌綸短纖的質(zhì)量比為4 1 ；作為優(yōu)選的技術(shù)方案所述的輥筒的溫度為60 70°C ；總混煉時(shí)間為40 60分鐘；卸載預(yù)熔條件為140 180°C，預(yù)熔10 30分鐘；硫化加壓條件為10 18Mpa壓力下加壓10 30分鐘；復(fù)合材料厚度1 3mm。所述步驟O)中的粘合劑為樂泰496 (Loctite 496)；膠平涂于復(fù)合材料表面時(shí)， 量不能太多，以免復(fù)合時(shí)堵住穿孔板的孔眼。本發(fā)明的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于汽車、軌道交通、建筑及體育設(shè)施等領(lǐng)域。本發(fā)明融合多種吸聲機(jī)理，研制一種薄型含穿孔板的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。本發(fā)明設(shè)法將穿孔板和復(fù)合材料復(fù)合，有效利用多孔材料的吸聲機(jī)理，融合共振吸聲機(jī)理，拓展結(jié)構(gòu)材料的吸聲頻域。穿孔板與復(fù)合材料復(fù)合雙層吸聲結(jié)構(gòu)(如圖1)當(dāng)測(cè)試面為穿孔板時(shí)，由于穿孔板的后部沒有空氣層，此時(shí)結(jié)構(gòu)材料呈現(xiàn)多孔材料的吸聲特性， 并且隨材料厚度的增加，吸聲頻域又向低頻轉(zhuǎn)移的趨勢(shì)(如圖幻；當(dāng)測(cè)試面是復(fù)合材料薄片時(shí)，結(jié)構(gòu)材料呈現(xiàn)薄板共振的吸聲機(jī)理，隨薄片厚度的增加，共振頻率向低頻方向轉(zhuǎn)移的特點(diǎn)(如圖3)。當(dāng)采用四層復(fù)合時(shí)(如圖4)，此時(shí)第一層的穿孔板與復(fù)合材料構(gòu)成了多孔材料的吸聲效應(yīng)，猶如多孔復(fù)合材料與第三層的穿孔板形成薄板共振效應(yīng)，第四層的復(fù)合材料薄片又可使中頻段的吸聲性能提高，從而有效拓寬結(jié)構(gòu)材料的吸聲性能(如圖5)。從而使這種薄型復(fù)合結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用領(lǐng)域具有良好的吸聲效果和廣泛的應(yīng)用前景。有益效果(1)本發(fā)明的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的吸聲結(jié)構(gòu)可以有效吸收聲能，隨結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加，能充分利用多孔材料與薄膜共振兩種不同吸聲機(jī)協(xié)同拓寬吸聲作用頻域；(2)該制備方法操作簡(jiǎn)單，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1為本發(fā)明的穿孔板/復(fù)合材料雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的示意圖；圖2為本發(fā)明的穿孔板/復(fù)合材料復(fù)合雙層結(jié)構(gòu)材料的吸聲系數(shù)隨頻率變化的曲線.
一入 ，其中穿孔板的規(guī)格為孔徑5mm，厚度2mm，孔隙率60% ；圖3為本發(fā)明的復(fù)合材料/穿孔板雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的吸聲系數(shù)隨頻率變化的曲線，其中穿孔板的規(guī)格為孔徑5mm，厚度1. 5mm,孔隙率60% ；
圖4是本發(fā)明的穿孔板/復(fù)合材料/穿孔板/復(fù)合材料四層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料示意圖；圖5是本發(fā)明的四層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的吸聲系數(shù)隨頻率變化曲線，其中(0)是穿孔板(厚1. 5mm，孔徑5mm孔隙率50 % ) /復(fù)合材料(厚2mm) /穿孔板(厚1. 5mm，孔徑5mm孔隙率40% )/復(fù)合材料(厚Imm) ； (1)是穿孔板(厚1. 5mm，孔徑5mm孔隙率50 % )/復(fù)合材料(厚1mm) /穿孔板(厚1. 5mm,孔徑5mm孔隙率40 % ) /復(fù)合材料(厚2mm)；⑵是穿孔板(厚2mm，孔徑5mm孔隙率60 % ) /復(fù)合材料(厚3mm) /穿孔板(厚1. 5mm，孔徑5mm孔隙率60 % ) /復(fù)合材料(厚2mm)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。下述實(shí)施例中所用的材料(1)不銹鋼板，牌號(hào)0Crl3，規(guī)格厚度1 5mm ；(2)氯化聚乙烯(CPE)，牌號(hào) Hi;35A ；(3)七孔滌綸短纖(SPSF)，無硅型三維卷曲七孔中空滌綸短纖，規(guī)格細(xì)度 IOdtex,長(zhǎng)度 60mm ；(4)粘合劑牌號(hào)樂泰 496 (Loctite 496)。實(shí)施例1一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，組分包括穿孔板和CPE/SHSF(質(zhì)量百分比為4 1)；上述的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備步驟如下第一步復(fù)合材料制備1)將雙輥筒煉塑機(jī)上的輥筒溫度升到65°C并保持基體穩(wěn)定；加入CPE，通過輥筒表面溫度和輥筒間所形成的剪切力使CPE混合成片，在輥間呈粘流態(tài)；加入SHPF，以切刀作輔助混合，使組分混合均勻，合計(jì)混煉時(shí)間為45分鐘，從輥筒上剝離下來，以備熱壓硫化；2)將冷卻的混煉薄膜均勻地鋪在模子內(nèi)腔中，模子上下都用鋼板夾住，且在鋼板和模子之間用一層高溫防粘膜；將鋼板移入平板硫化機(jī)，卸載條件下在160°C預(yù)熱30分鐘， 使混煉料充分熔融；用ISMPa的壓力加壓30分鐘，使熔融混煉碎料流動(dòng)充滿模子內(nèi)腔；取下鋼板，連同混料用水冷卻，脫模得CPE/SHPF復(fù)合材料，其厚度分別為lmm、2mm和3mm ；第二步穿孔板材的制備將厚度2mm的不銹鋼板材在NT850數(shù)控機(jī)床上，利用Pro/E軟件上編制好的程序以三角形分布方式打孔徑為5mm的孔，其孔隙率分別為60%。加工后對(duì)穿孔鋼板表面進(jìn)行潔凈處理，以除去毛絲，得穿孔板以備用；第三步穿孔板與復(fù)合材料的膠合在1mm、2mm和3mm厚CPE/SPSF吸聲復(fù)合材料的表面分別平涂樂泰 496 (Loctite496)膠，待膠自然揮發(fā)一會(huì)，分別將上述制備的穿孔板與復(fù)合材料復(fù)合即得一種薄型含穿孔板的吸聲雙層復(fù)合結(jié)構(gòu)材料(測(cè)試面為穿孔板)。
實(shí)施例2一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，組分包括穿孔板和CPE/SHSF(質(zhì)量百分比為4 1)；復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于穿孔板厚度為1. 5mm，孔徑5mm，孔隙率60% ；測(cè)試面不是穿孔板而是薄膜。實(shí)施例3一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，組分包括穿孔板和CPE/SHSF(質(zhì)量百分比為4 1)；復(fù)合結(jié)構(gòu)材料制備步驟與實(shí)施例1相同，不同之處在于在于膠合過程中由二層變成了四層。具體組合為穿孔板(厚1.5mm，孔徑5mm孔隙率50%)/復(fù)合材料(厚2mm)/穿孔板(厚1. 5mm,孔徑5mm孔隙率40% ) /復(fù)合材料(厚Imm)；穿孔板(厚1. 5mm,孔徑5mm 孔隙率50% ) /復(fù)合材料(厚1mm) /穿孔板(厚1. 5mm,孔徑5mm孔隙率40% ) /復(fù)合材料 (厚2mm)；穿孔板(厚2mm，孔徑5mm孔隙率60 % ) /復(fù)合材料(厚3mm) /穿孔板(厚1. 5mm， 孔徑5mm孔隙率60% ) /復(fù)合材料(厚2mm)共計(jì)三種不同組合形式。(測(cè)試面為穿孔板)實(shí)施例1所制得的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料通過駐波管測(cè)試材料的吸聲性能，吸聲系數(shù)評(píng)價(jià)見圖2 ；實(shí)施例2所制得的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料通過駐波管測(cè)試材料的吸聲性能，吸聲系數(shù)評(píng)價(jià)見圖3 ；實(shí)施例3所制得的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料通過駐波管測(cè)試材料的吸聲性能，吸聲系數(shù)評(píng)價(jià)見圖5 ；從圖2可知結(jié)構(gòu)材料的吸聲性能呈現(xiàn)多孔材料的吸聲效果，穿孔板的后部由于沒有一定厚度的空氣層，無法呈現(xiàn)穿孔板共振形式的吸聲效應(yīng)，且隨復(fù)合材料厚度的增加中低頻段的吸聲效果均有了一定的提高。從圖3可知結(jié)構(gòu)材料的吸聲性能呈現(xiàn)共振方式的吸聲特征，這是由于復(fù)合材料作為測(cè)試面，復(fù)合材料后的穿孔鋼板的孔中的空氣在結(jié)構(gòu)材料中充當(dāng)了空氣層的作用，所以這種結(jié)構(gòu)材料呈現(xiàn)了薄片共振的吸聲效果，且隨復(fù)合材料厚度的增加，共振頻率向低頻方向轉(zhuǎn)移。從圖5可知結(jié)構(gòu)復(fù)合材料第一層穿孔板和第二層復(fù)合材料呈現(xiàn)多孔材料的吸聲特征，這是從圖2中得到的結(jié)論，此時(shí)這二層相當(dāng)于一層薄片，與第三層的多孔板構(gòu)成薄片共振吸聲特征，且隨第一、二層的厚度增加，共振頻度向低頻轉(zhuǎn)移，第四層復(fù)合材料是一種多孔材料特征的復(fù)合材料，所以當(dāng)前面共振頻率較大時(shí)，有利于中頻形成較寬的吸聲頻域； 當(dāng)共振頻率較小時(shí)，會(huì)出現(xiàn)吸聲效應(yīng)先回落再上升的趨勢(shì)。在低頻段其吸聲效果也有了明顯的提高。
權(quán)利要求
1.一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其特征在于該材料的組分包括，氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料和穿孔板；其中，氯化聚乙烯與七孔滌綸短纖的質(zhì)量比為4 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其特征在于所述的穿孔板的厚度為1 5mm ；孔徑為2 5mm ；孔隙率為40% 60% ；孔按三角形方式均勻分布，表面進(jìn)行光潔處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其特征在于所述氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的厚度為1 3mm，穿孔板的厚度為1 5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一權(quán)利要求所述的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其特征在于所述的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料為穿孔板與氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的雙重復(fù)合；其中穿孔板與復(fù)合材料的厚度比為1 3 5 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一權(quán)利要求所述的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其特征在于所述的吸聲所述的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料為穿孔板與氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料與穿孔板的三層復(fù)合；其中穿孔板/復(fù)合材料/穿孔板的厚度比為1 3 1 5 1 5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-2任一權(quán)利要求所述的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其特征在于所述的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料為穿孔板與氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料與穿孔板與氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的四層復(fù)合。
7.—種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備方法，包括(1)將不銹鋼按三角形分布方式進(jìn)行打孔后，對(duì)表面進(jìn)行清潔即得穿孔板；(2)在氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的表面平涂粘合劑，自然揮發(fā)一會(huì)，即得吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于所述步驟 (2)中的氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的制備，包括在輥筒中先加入氯化聚乙烯粉末，同時(shí)用切刀作輔助性混合，制得薄片；加入七孔滌綸短纖，用切刀作輔助混煉，冷卻后得混煉薄片；將混煉薄片均勻地鋪在模子內(nèi)腔中，模子上下用鋼板夾住，且在鋼板與模子間用一層高溫防粘膜；將所述鋼板移入平板硫化機(jī)，卸載預(yù)熔、加壓，取下鋼板，連同混料用水冷卻，脫膜得氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其特征在于所述的輥筒的溫度為60 70V ；總混煉時(shí)間為40 60分鐘；卸載預(yù)熔條件為140 180°C，預(yù)熔 10 30分鐘；硫化加壓條件為10 18Mpa壓力下加壓10 30分鐘；復(fù)合材料厚度1 3mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，其特征在于所述的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用于汽車、軌道交通、建筑及體育設(shè)施領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，該材料的組分包括，氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料和穿孔板。其中，氯化聚乙烯與七孔滌綸短纖的質(zhì)量比為4∶1；制備包括(1)將不銹鋼按三角形分布方式進(jìn)行打孔后，對(duì)表面進(jìn)行清潔即得穿孔板；(2)在氯化聚乙烯/七孔滌綸短纖復(fù)合材料的表面平涂粘合劑，即得。本發(fā)明的吸聲復(fù)合結(jié)構(gòu)材料可以有效吸收聲能，隨結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加，能充分利用多孔材料與薄膜共振兩種不同吸聲機(jī)理協(xié)同拓寬吸聲作用頻域；且制備簡(jiǎn)單，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B32B3/24GK102275346SQ201110125
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者周曉歐, 姜生, 張慧萍, 晏雄, 洪杰, 蔡永東, 魏建華 申請(qǐng)人:東華大學(xué), 南通紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院