[发明专利]用于低频吸声的稀土氧化物/橡胶复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于低频吸声材料领域，尤其是涉及一种用于低频吸声的稀土氧化物/橡胶复合材料的制备方法。

背景技术

噪声污染同水污染、大气污染被列为世界三大污染，严重影响着人类生活环境的质量。目前，工业生产、交通运输所产生的噪声主要是中高频噪声，噪声的监测与治理主要是针对中高频噪声，而对于分贝不高的低频(＜250HZ)噪声还未引起人们足够认识。实际上，低频噪声对人体的危害不亚于中高频噪声，长时间接触低频噪声容易造成神经衰弱、失眠、头痛等神经官能症，对于频率低于20HZ的次声波来说，其噪声对人体危害则更为严重。由于人体内脏固有的振动频率和次声波频率相近(～20Hz)，当外来的次声波频率与人体内脏的振动频率相似，就会引起人体内脏的“共振”，从而使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心等一系列症状，次声波还可能破坏脑神经系统，造成脑组织的重大损伤，同时对心脏影响也较为严重，甚至出现死亡。因此，一些国家越来越关注低频噪声尤其是次生波对人类生活和健康的影响。至今为止，很多材料对中高频声波有很好的吸收作用，但对低频声波特别是次声波有效吸收的材料却很少。如聚氨酯泡沫材料能很好吸收中高频噪声，但如有效地吸收低频噪声，需制成1m厚的材料。当前抑制低频噪声一般是采用硬而重的材料，如混凝土、重金属板材等。

橡胶具有高的粘弹性和阻尼特性，当声波在橡胶中传播时，声能被传递给大分子链，引起大分子链段的热运动，从而将入射的声能衰减吸收。而且，橡胶易于发泡、压制和挤出等加工成型，可以通过选取不同的胶料及配合剂的种类和比例，有效地控制其声学特性，一般来说，内耗大、阻尼性能好的橡胶材料适宜作吸声材料，如丁基橡胶、丁腈橡胶和聚氨酯橡胶等。材料的吸声性能除依赖于选用的橡胶外，还与所添加的填料密切相关。因此，在橡胶中加入各种无机或有机填料，如软木粉、金属粉、蛭石粉、空心玻璃微珠等含气泡性的填料，以形成均匀空腔，增大内耗，可提高吸声效果。由于最大的声波速度梯度往往发生在填料与橡胶的界面处，界面作用的增加可导致粘滞性吸收和热传导吸收系数的增大，从而提高橡胶材料的吸声性能。研究显示，在橡胶基体加入功能性无机填料有利于低频声波吸收，上海交通大学蔡俊从高分子复合材料压电导电耗能的机理出发，用锆钛酸铅(PZT)和炭黑(CB)分别作为压电相和导电相，与聚氯乙烯树脂复合，制备了PZT/CB/PVC高分子复合压电吸声材料。在125Hz～500Hz的中低频率内，复合材料的吸声系数可达0.7。日本东京工业大学住田雅夫用压电粒子锆钛酸铅(PZT)和导电粒子炭黑(CB)填充热塑性树脂制备一种低频吸声材料，但是锆钛酸铅填充量需超过50％，才能很好吸收低频声波，且价格昂贵，仅用于声学元件和医学上低频声波诊断。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对上述现有技术而提出一种用于低频吸声的稀土氧化物/橡胶复合材料的制备方法，该方法工艺简单、生产成本低，所制备的复合材料具有无毒、重量轻、低频噪声吸收能力强的特点。

本发明为解决上述提出的问题所采用解决方案为：用于低频吸声的稀土氧化物/橡胶复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)稀土氧化物的预处理：按各原料所占重量份数为：稀土氧化物100份、偶联剂1～5份，选取稀土氧化物和偶联剂；将稀土氧化物和偶联剂置于高速混合机中，以高速1200～1500r/min搅拌10～30min，得预处理后的稀土氧化物，备用；

2)原料的选取：按各原料所占重量份数为：橡胶100份、预处理后的稀土氧化物30～800份、氧化锌2～8份、硬脂酸0.2～1份、硫磺1～5份、二硫化苯并噻唑0.5～4份和软化剂5～50份，选取橡胶、预处理后的稀土氧化物、氧化锌、硬脂酸、硫磺、二硫化苯并噻唑和软化剂，备用；

3)在密炼机或开炼机中，依次加入预处理后的稀土氧化物、橡胶、氧化锌、硬脂酸、硫磺、软化剂和二硫化苯并噻唑，在30～100℃的共混温度下，混炼5～60分钟，得到混炼胶；然后将混炼胶在140～150℃下硫化15～30分钟，得到用于低频吸声的稀土氧化物/橡胶复合材料。

按上述方案，步骤2)所述的原料还包括有填料，所述的填料为炭黑或陶土，其含量按重量比为稀土氧化物∶填料＝80∶20。

按上述方案，步骤1)所述的稀土氧化物为具有化学式为R₂O₃中的任意一种或两种以上的混合，两种以上混合时为任意配比，其中R为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y或Sc。