粉末丁腈橡胶复合材料吸声隔音性能的研究

粉末丁腈橡胶复合材料吸声隔音性能的研究 粉末丁腈橡胶复合材料吸声隔音性能的研 究 天津纺织科技总第193期 粉末丁腈橡胶复合材料吸声隔音性能的研究 李康张维杰晏雄 (纺织面料技术教育部重点 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 ,东华大学纺织学院,上海,201620) 摘要:本文研究了蛭石粉的含量,热压成型的时间和试样厚度对丁腈橡胶声学性能的影响,通过改变蛭石粉含量, 热压时间得到不同的丁腈橡胶/蛭石粉试样,然后对其进行声学测试.实验结果表明,试样厚度为2ram,蛭石粉含量 为35%,热压时间为12rain时的试样的声学性能最好,吸声系数最高值为0.588,隔音量为15,33dB,并且试样声学 性能在2,12ram厚度范围呈线性提高. 关键词:丁腈橡胶蛭石粉吸声性能隔音性能 1引言 环境噪声已经同空气污染,水污染一起成为社会三 大公害之一.在控制噪声的应用中,常用的材料主要有 吸声材料和隔音材料.橡胶因其特性阻抗小,粘度大, 吸收的能量能够很好地转变成热能,尤其在冲击频率比 较高的情况下,其吸声性能要比金属好,因此橡胶经常 被作为吸声材料来使用【1l. 为了提高材料的内损耗,橡胶材料【2J中加入一些气 泡性材料和金属微粒(如铝粉),使橡胶以软筋络的形式 存在,被气泡和金属微粒材料均匀地包围着.在橡胶基 体内部混入铝粉,铅粉等会引起阻抗变化,增加对入射 声能的衰减,但是在加工时容易引起粉尘污染环境【3; 在橡胶中混入气泡性填料时,材料声速显着下降,衰减 常数明显增加,在一定限度内,材料的声速随填料比例 增加而减少,衰减常数却随填料比例的增加而增大.蛭 石粉…是一种由云母在高温下(2000oC)膨胀形成的层 状颗粒,含有大小不同的气孔,可以作为填料来提高橡 胶的吸声性能.其优点是密度小,价格低廉,产地广, 混炼工艺简单,不飞扬,加入胶料中,可使硫化胶的有 效损耗因子增大,改善了低频的吸声性能,相应的增宽 了吸声频带. 张娟lJ等人对丁腈橡胶类复合材料进行了相关研 究,研究其加入发泡剂,改变厚度对其声学性能的影 响,但只对其在2mm,6mm时的声学性能进行比较,选 择范围较窄,同时加入发泡剂的试样吸声效果存在适应 频率范围窄的问题.赵书兰J从EPR,交联能的影响出 发,研究了EPR改性PP阻燃泡沫材料的吸声特性,结 果表明,吸声效果有所提高,最大吸声系数特征频率向 但并不是最好的效果,还有待进一步提 低频区域移动, 高.本文通过改变蛭石粉的含量,热压成型的时间和试 样厚度制备不同的丁腈橡胶/蛭石粉试样,并对用驻波管 测得吸声隔音参数进行分析,研究其对丁腈橡胶声学性 能的影响. 2实验原料及试样制备 2.1实验原料 粉末丁腈橡胶PNBR:上海博琪科贸有限公司,蛭 石粉灵寿县盛世嘉兴矿业加工厂. 2.2实验仪器 电子天秤,SK一16OB双辊炼塑机,QLB一平板硫化 机,双通道阻抗管声学分析仪SW260(北京声望声电技 术有限公司) 2.3实验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 分别对蛭石粉含量,热压时间,试样厚度对材料声 学性能的影响进行研究: 1)蛭石粉含量的影响 热压时间为10min,试样厚度为2mm,蛭石粉含量 分别取O%,30%,35%,40%,45%. 2)热压时间的影响 蛭石粉含量为35%,试样厚度为2mm,热压时间分 别取4min,6min,8min,10min,12min,14min. 3)试样厚度的影响 蛭石粉含量为35%,热压时间为12min,试样厚度 分别取2mm,4mm,6mm,8mm,1Omm. ?05? 总第193期粉末丁腈橡胶复合材料吸声隔音性能的研究 2.4试样制备 试样的制备过程分为以下几步:称重,混炼,热压 成型.冷却脱模. 1】按照试验 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 称取所需的原料; 2)在双辊炼塑机上对称好的物料进行充分混合, 混炼温度为1054-5~C,混炼时间为7,1Omin然后出片; 3)在平板硫化机上进行热压成型,根据需要调整 上下热压板的温度与压强,温度为160?5?,预热时间 20min,热压时间根据试验计划调整; 4)静置冷却,脱模. 3试样测试与结果分析 3.1蛭石粉含量对声学性能的影响 025 02O 0.15 忸 . 0.5 000 05001000150020002500 频率1l_zJ 图1蛭石粉含量对吸声系数的 图1反应了蛭石粉含量对丁腈橡胶试样吸声性能的 影响.蛭石粉是多孔性粉末材料,在丁腈橡胶中加入这 类材料,可以增大材料的可压缩性.当声波入射到材料 时,会引起试样中微孔的空气压缩运动,由于空气的粘 滞性和孔壁与空气间的热传导作用,使声能衰减.另 外,气孔还将其周围介质的体积压缩形变转变为剪切形 变,可以增加试样的内耗,内耗大的橡胶宜于做吸声橡 胶.图1显示,随着蛭石粉含量的增加,试样吸声性能 得到改善,同时相对于纯丁腈橡胶制成的样品其吸声性 能向中低频移动.在蛭石粉含量为35%时,丁腈橡胶试 样的吸声性能有显着提高,在蛭石粉含量为45%时,虽 然高频得到提高,但是在中低频却损失很大.因此认 为,蛭石粉含量为35%时能够改善样品的吸声性能.蛭 石粉的添加对丁腈橡胶的拉伸强度,硬度,无明显影 响,永久变形随着蛭石粉含量增加而增大【6_6. ?06? 4. 35 .O 0 25 2. 'IIzJ 图2蛭石粉含量对隔音量的 图2为蛭石粉含量对丁腈橡胶试样隔音量的影响. 从图2可以看出,丁腈橡胶试样的隔音量随着频率的增 加而增加,在2000Hz一2500Hz之间,试样的隔音量出 现了一个转折,这是由于采用的丁腈橡胶种类以及大分 子链段运动耗散能量所引起的.丁腈橡胶的隔音性能较 好,当添加蛭石粉含量分别为30%,35%,40%,45% 时,其相对于纯橡胶试样而言,在整个频率范围内改善 效果明显,样品的隔音性能相比纯橡胶样品的性能好, 呈上升趋势,隔音性能随着蛭石粉含量的增加而提高. 但是综合考虑样品的吸声性能和隔音性能后认为,蛭石 粉含量为35%时,样品的吸声性能向低频移动,隔音性 能相对于纯丁腈橡胶试样有所改善,整体声学性能都得 到提高. 3.2热压时间对声学性能的影响 ?私【I1zJ 图3热压时间对吸声系数的影 图3为热压时间对丁腈橡胶试样吸声性能的影响. 试样有两个明显的变化,第一个是热压时间为4min一 12rnin时,随着热压时间的升高,吸声系数在中高频提 高,并且随着向中低频移动,I第二处变化是热压时间为 14min时,随着时间的延长,在低频处出现相应地递 减,高频处有一定程度的上升.产生这种现象的原因是 橡胶材料经过长时间的热压,橡胶大分子发生化学变 化,橡胶变糊,变硬,导致材料的声学性能发生改变, 因此,选择适当的热压时间热压会使混有蛭石粉的丁腈 粉末丁腈橡胶复合材料吸声隔音}生能的研究总第]93期 橡胶试样在热压成型时分布均匀,得到吸声效果良好的 试样,所以在12min的热压条件下,试样的吸声性能最 好. 05001000150020002500 频率(Hz) 图4热压时间对隔音量的影响 图4为热压时间对丁腈橡胶试样隔音量的影响.当 热压时间过长(为14min),试样的隔音量是最差的, . 原因是橡胶材料过长时间的热压,橡胶大分子发生化学 变化,橡胶变糊,变硬,导致材料的声学性能发生改 变,而一个结构的整体隔声效果会因为小面积隔声的薄 弱而大量地下降【川.当样品在热压时间为4min,12min 时,材料的隔音性能持续变好,因为随着热压时间的增 加,材料压制更均匀,材料内部的空气空隙越少,在隔 音测量的条件下,材料的隔音效果变好.另外随着热压 时间的提高,材料受压时间变长,材料内部的填充更加 充实,大分子问的作用更强,材料的密度有所提升,所 得材料在隔音性能方面表现更优秀.综合考虑试样的吸 声和隔音性能,选择在12min的热压条件下进行成型, 这样将使得试样的声学性能最好. 3.3厚度对试样声学性能的影响 图5为试样厚度对丁腈橡胶试样吸声系数的影响. 试样厚度的改变对试样中低频范围的吸声有很显着的影 响.当厚度从4mm,10mm,吸声系数在500Hz,2000 Hz范围内出现从O.15,0.75这样明显地升高,并且向低 频移动,高频时吸声系数有一定程度的下降;这是因为 当试样厚度增加,相对延长了声波在试样内部传播的路 径,使得其更多的能量有空间被吸收,充分地发挥了丁 腈橡胶的粘弹性对声速的衰减作用,内耗增大,加入的 蛭石粉使得胶料的有效损耗因子增大,改善了低频性 能;另外空腔还可将其周围介质的体积压缩形变转变为 剪切形变,同样也增加了材料的内耗. 05001000150020002500 频率(Hz) 图5试样厚度对吸声系数的影响 捌车(}1z1 图6试样厚度对隔音量的影响 图6为试样厚度对丁腈橡胶试样隔音量的影响.在 整个频率范围内,都有较好的隔音性能,并且在频率增 高的同时,试样的隔音量相应增加.在相同材料和相同 密度下,随着材料厚度的增加,隔音量增加.当增/Jl:I~0 一 定程度是出现转折,这可能跟所选用的橡胶种类有 关.结合吸声性能,可以认为:控制厚度在10mm,可 以让整个频率范围内吸声效果最好,隔音性能也较好. 4结论 通过对影响试样吸声性能的三个主要因素的测试, 分析研究,得到结论如下: 1)试样中添加蛭石粉的含量不是越多越好,只有 在蛭石粉含量为35%时,样品中频和高频吸声性能都有 所提高,同时相对于纯橡胶制成的样品,其吸声性能向 中低频移动: 2)热压时间对试样的声学性能也有一定的影响, 当热压时间为12min时,其吸声隔音效果都可以得到一 定程度的改善; 3)厚度是决定试样声学性能至关重要的一个因 素.随着厚度的增加,隔音性能相应提高,吸声性能也 得到很好的改善,并且向低频移动. 下转第12页 ?0'7? ?善号;号加侣侣住 _昱匿 总第193期肥皂的絮凝性研究 表5絮凝过程中加入不同有机酸的絮凝效果比较 由上表可以看出,肥皂液絮凝配方中加入醋酸(试 验?)时,絮凝效果较好,但其透光率,表面张力和加 入聚丙烯酸钠(试验?)条件下相比偏低,且标准偏差 与试验?条件下相比,透光率呈倍数关系,表面张力和 消耗比相差一个数量级,表明试验?絮凝效果稳定性较 差.将醋酸改为含有支链结构的有机酸(试验?,试验 ?)时,不加入聚丙烯酸钠,絮凝效果均接近于试验 ?,标准偏差与试验?相比也处于同一个水平内,选用 酸为聚马来酸时消耗比稍低,可推测是由于其分子中马 来酸酐水解不完全造成的. 聚丙烯酸钠分子中含有较多羧酸根,加入肥皂液中 会和絮凝剂S结合,经桥连作用形成网状结构使已形成 的絮状物聚集长大,增强絮凝效果.草酸,柠檬酸,丁 烷四羧酸和聚马来酸分子中也含有可形成支链结构的羧 酸根,可以起到和聚丙烯酸钠类似的桥连作用,絮凝效 果也较接近.醋酸为单羧酸根,无桥连作用.故絮凝效 果偏差.上述讨论表明,在肥皂液中加入含有支链结构 的有机酸,可以增强絮凝效果. 3结论 采用自制阳离子型有机高分子絮凝剂对肥皂液进行 絮凝,在振荡时间1Omin,温度30?,pH5,6条件下, 肥皂液经絮凝过滤后透光率接近100%,表面张力接近 软水;在絮凝过程中加入含有支链结构的有机酸,可以 经桥连作用增强絮凝效果. 参考文献: [1]陆大年.表面活性剂化学及纺织助剂[M].北京:中国纺 ?12? 织出版社,2009:7-8 [2]夏纪鼎.复合皂[H].北京:轻工业出版社,1987:1—3 [3]马青山,贾瑟,孙丽珉.絮凝化学和絮凝剂[M].北京: 中国环境科学出版社,1988:76-103 [4]刘云.洗涤剂一原理?原料?工艺?配方[M].北京:化学 工业出版社,l998:269—277 [5]轻工业部 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 院.日用化工理化数据手册[M].北京:轻 工业出版社,1981:484-485 [6]刘正超.染化药剂[].北京:中国纺织出版社,l959: 596-598 上接第7页 参考文献: [1]李法华.功能性橡胶材料及制品[H].北京:化学工业 出版社,2003. 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