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72 发泡三元乙丙橡胶声争陛能研究 2010年7月 发泡三元乙丙橡胶声学性能研究 李新新,段宗荣,张娟,刘其霞 (东华大学纺织学院纺织面料技术教育部重点实验室,上海201620) 摘要:本文以三元乙丙橡胶(EPDM)为基体,利用发泡剂ADC#良好的发泡性能制取发泡复合材料,研究其声学特性及其 规律。结果表明,当发泡剂的含量为1%,热压温度为150oC,热压时间为8min时,声学性能达到最佳效果。 关键词:三元乙丙橡胶;发泡剂;吸声系数;隔声量 中图分类号:TQ333.4 文献标识码:A ——— 文章编号:10030999(2010)04007204 现代工业的日益发展使得噪声污染问题日趋凸 显,当前,在众多控制噪声污染的方法和途径中,利… 用吸声材料来降噪是最基本的手段。 吸声是指声波传播到某一边界面时,在边界材料 内转化为热能被消耗掉或是转化为振动能沿边界构造 传递转移,声能被边界面吸收。材料的吸声性能用吸 声系数表示,它与声音频率有关J。多孔吸声材料是 国内外广泛应用的一种降噪材料,其中以橡胶材料作 为基体制造的复合材料成为研究的热点。橡胶作为一 种粘弹性高分子材料,内耗相对较大,相对分子质量分 布可调,能适应各种频率声波的吸收。橡胶材料有一 定的物理l生能,可在不同的环境条件下使用I4』。三元 乙丙橡胶(EPDM)作为一种通用合成橡胶,具有优良的 化学稳定性、良好的耐臭氧、耐天候老化、耐热老化性 能以及优异的电绝缘性能,而且EPDM的密度很小 (0.86~0.87mg・cm。),可大量填充填料和软化剂, 因此可制得在性能和成本方面都有竞争优势的产 品,6]。本文利用三元乙丙橡胶作为基体,运用多 孔吸声理论研制一种多孔吸声材料,实现对噪声的 吸收,并对其影响因素进行了测试、分析。 1实验部分 1.1主要原料和仪器设备 三元乙丙橡胶,牌号8120E,日本三井化学公 司;发泡剂,ADC5#(偶氮二甲酰胺),上海厚励贸易 公司;双辊混炼机,SK.160B,上海电器成套厂;平板硫化机,QLB.D350×350× 2,上海大中华橡胶机械 公司;电焊条高温烘干箱,吴江亚泰烘箱制造厂;双 通道阻抗管声学分析仪,SW260,北京声望声电技术 有限公司。 1.2试验Jj ̄-r的工艺流程 备料、称重一双棍混炼一出片料一模压发泡一 冷却一脱模一烘干一性能测试。 1.3吸声、隔声性能测试 按照测试要求,用驻波管法测试声学性能。把 待测试样放人驻波管中,使声波垂直入射到试样上, 测试其吸声、隔声性能。 2结果与讨论 2.1发泡剂含量对材料声学性能的影响 2.1.1对材料吸声性能的影响 发泡剂是制备多孔吸声材料的重要组成部分。 在制备复合材料时,加入适量的发泡剂,可产生细 小、分布均匀且相互连通的微气泡,根据吸声机理, 这将大大提高吸声材料的性能。一般而言,发泡剂 用量大,放气量就大,制品的空隙率也就高,相对应 的材料吸声性能就越好,但是发泡剂的含量达到某一 个极限值后,含气量不再增大。因此,不是发泡剂 含量越大,材料吸声性能越好。 发泡剂选用ADC5#(偶氮二甲酰胺)。它具有 发泡工艺稳定、分解温度低、泡孔均匀、发气量大等 优点,具体参数见表1。分解时放出大量的氮气和 少量的二氧化碳及氨气等气体,无毒、无臭、不易燃, 对模具不腐蚀,容易控制温度,不影响固化或成型 速度。 表1发泡剂ADC5#参数 图1所示为发泡剂含量对吸声性能的影响。从 图1中可以看出,加入发泡剂之后,三元乙丙橡胶材 料的吸声性能明显提高。随着发泡剂的增加,吸声 — 收稿日期:2009-0517 本文作者还有晏雄。 作者简介:李新新(1984 ̄),女,在读硕士研究生,主要从事橡胶复合材料方面的研究。  ̄RP/CU:2olo:N ̄4 2010年第4期 玻璃钢/复合材料 73 系数先增加,当其发泡剂的含量达到1%后,吸声系 数达到最大值,继续增加发泡剂的含量,吸声系数则 呈现明显的下降趋势。 扭 0 500 1000150020002500 频g/Hz 图1发泡剂含量对吸声性能的影响 这主要是因为橡胶具有低的模量和玻璃化转变 温度,发泡剂的加入使材料的内部产生了大量的气 泡,进而产生了很好的两相界面,当入射声波遇到两 相界面时就会发生折射、反射及衍射等现象,改变声 波传播路径,降低声波传播速度J。这样的反复作 用,延长了声波在材料中的传播时间,使能量不断转 换耗散,增加了材料对声波的衰减程度J。所以, 如图1所示在整个频率范围内,三元乙丙橡胶发泡 材料的吸声系数均高于三元乙丙橡胶材料的吸声系 数。由于相界面对于相对较低频声波的反射作用要 好于相对较高频声波的反射作用,材料内出现的大 量两相界面显然提高了其对声波的吸收作用,因此 在发泡剂含量为1%时,材料的吸声系数曲线及峰 值相对于基体来说向低频方向移动,且吸声系数显 著提高。 另外随着发泡剂的增加,在材料内部形成细小、 均匀、连通的气泡,更有利于声波的吸收。但是当发 泡剂继续增加时,材料内部就会发生并泡现象,从而 在试样内部生成大量的大气孔泡,影响吸声作用的 发挥,致使吸声系数下降。 2.1.2对材料隔声量的影响 图2所示为发泡剂含量对隔声量的影响。从图 2中可知,在三元乙丙橡胶材料中加入少量发泡剂 后其隔声性能没有明显变化,但是当加入的发泡剂 达到一定程度后,隔声量就随发泡剂含量的增加而 呈逐渐下降的趋势。 对于单一结构材料来说,其隔声量一般遵循质 量定律,即随材料面密度和声波频率的增加,材料对 噪声的隔声量也有所增加。所以如图2所示,材料 对于高频声波的隔声性能总是优于对较低频率的隔 声性能,且随发泡剂含量的增加,其隔声量大体上呈 0 500 l000 l500 2000 2500 频率/Hz 图2发泡剂含量对隔声量的影响 现下降的趋势。此外,由于泡孔结构的增强也使得 通过材料的透射声波有所增加,这也影响了材料的 隔声性能。然而由于发泡材料具有较好的吸声性 能,当其气泡结构不显著影响其透射波强度时,其隔 声性能会随其吸声吸能的增加而有所提高,所以当 发泡剂含量为0.5%时材料的隔声量会略微 上升10,11]。 2.2热压时间对材料声学性能影响 2.2.1对材料吸声性能的影响 图3所示为热压时间对复合材料吸声性能的影 响。由图3可看出,在其它条件一定的情况下,材料 的吸声性能随热压时间的变化而有明显的变化。随 着热压时间的增加,吸声系数先上升,到达8min的 时候达到最佳效果,而后随时间的延长呈现下降 趋势。 缸 o 500 1000150020002500 频率/Hz 图3热压时间对吸声系数的影响 首先,由于三元乙丙橡胶材料中气泡的存在对 较高频率的声波吸收起到一定的积极作用,因此在 较高的频率范围内,吸声系数有明显的变化。其次, 发泡剂在一定的温度下分解需要一定的时间,时间 越长发泡越充分,泡孔结构也较稳定,因此当热压时 间小于8min时吸声系数呈现上升趋势。但是,当发 泡剂浓度相对较高时发泡时间过长也会导致材料中 出现过多的气泡结构,反而会出现并泡等不利影响,“ ;*!i!ilii!!ililiiiii!]i … jiiii FRP/cM2olo・4 勰 加 H m∞ [p\捌攸匿 加弘 加掩¨ m O0OOOOO00O0OOOOOO ∞ 卯如加m 74 发泡三元乙丙橡胶声学性能研究 因此当热压时间超过8rain时吸声系数有所下降。 2.2.2对材料隔声量的影响 3O 28 26 兽24 忸20 窿l8 l6 l4 l2 0 500 1000 150020002500 频率/Hz 图4热压时I司对隔声量的影响 图4所示为热压时间对隔声性能的影响。从图 4中可看出,热压时间对材料隔声性能的影响呈先 上升而后下降的趋势。当热压时间为8min时隔声 效果达到最佳状态。 试样的隔声量在热压时间小于8min时呈现上 升趋势,这主要是由于随着时间的延长,材料内的气 泡增多且结构稳定,从而使吸声及反射性能有所提 高引起的;而后下降则可能是由于分解的发泡剂较 多,时间较长,出现并泡现象,气泡尺寸增大,声波的 透射能力增强且吸收和反射性能无明显变化甚至有 所减小所致。 2.3热压温度对材料声学性能影响 2.3.1对材料吸声性能的影响 热压温度是三元乙丙橡胶泡沫材料形成过程中一 个重要的因素,只有达到一定温度时发泡剂才能 够充分发泡,低于这一温度,发泡剂不能完全分解, 或只能部分分解,从而减弱了其发泡性能。但温度 也不宜过高,过高的温度会使气泡内的气体分子热 运动加快,气泡结构不稳定甚至出现并泡等现象,严 重影响泡沫材料的结构。 攸 0.46 0.44 O.42 040 O.38 O-36 O34 -32 -3O. 28. 26. 24. 22 20 l8. 16 14 0 500 1000 150020002500 频率/Hz 图5热压温度对吸声性能的影响 由图5可知,在温度较低时,发泡剂在材料内未 能充分分解发泡,三元乙丙橡胶材料内气泡较小且 FRY/CM2o10No.4 结构致密,这不利于各种吸声机理的综合发挥,所以 在温度低于150 ̄(2时,其吸声性能不够理想。但随 温度的升高吸声系数随之提高,这正是由于泡孔结 构随温度升高而不断完善的结果。继续升温后,发 泡剂的发气量会逐渐增加,气泡的尺寸也会逐渐变 大,出现橡胶筋络变薄甚至发生并泡等现象,影响吸 声作用的发挥,且透射量也随之增加,因而会使吸声性能呈现下降的趋势¨ 。 2.3.2对材料隔声量的影响 0 500 1000l50020002500 频率/Hz 图6热压温度对隔声量的影响 图6所示为热压温度对隔声性能的影响。从图 6中可知,随热压温度的增加,材料的隔声性能呈现 先上升而后下降的趋势。这主要是因为随着温度的 升高发泡剂的发气量逐渐增加,使气泡逐渐变大。 在温度低于150c【=时,发泡材料的吸声性能随温度 的升高而逐渐增强,且在其泡孔结构较均匀完善时, 材料对声波的反射性能也较好,因此会出现隔声性 能随温度上升而增强的现象。当温度超过150 ̄C 时,由于其内部气泡数量较少,气泡尺寸较大,使得 材料对声波的反射能力减弱而透射能力增强,因此 会出现隔声性能随温度升高而显著下降的现象。 3结论 (1)发泡剂的使用可明显提高材料的声学性 能,但是并不是随着发泡剂含量的增加,吸声系数及 隔声量一直增加,当发泡剂的含量为1%时,材料的 声学性能最好; (2)发泡剂的发泡过程需要一定的时间,只有 在合适的时间内,发泡剂的作用才能充分发挥,当材 料的热压时间为8rain时,材料达到最佳的声学 效果; ℃ (3)由于发泡剂的分解温度在130以上,所以 只有温度达到一定的要求,发泡剂才可以起作用,当 复合材料的热压温度为150 ̄C时,材料声学效果 最佳。 如勰 加=2Hm∞ [p\n窿 2010年第4期 玻璃钢/复合材料 75 参考文献 [1]胡俊民.吸声材料在改善建筑声环境质量中的作用及其发展趋 势[J].噪声与振动控制,1993,(3):24. 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