[发明专利]低密度高分子基隔声降噪材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及隔声降噪材料技术领域，更具体地说，本发明涉及具有交替层状结构的低密度高分子基隔声降噪材料及其制备，该材料具有较低的密度和优异的隔声降噪性能。

背景技术

随着现代工业、交通运输业和建筑业的飞速发展，噪声污染日益严重，其对环境的影响特别是对人类追求绿色生活的影响已经引起社会各界的关注，噪声污染的防治与控制已经成为目前全球关注的亟待解决的重大课题。减少噪声的第一步是对声源的控制，但由于在环境中声源的客观存在，人们主要着重于对噪声传播途径的控制以减少噪声对接受者的危害。因此，作为噪声控制工程领域中隔声构件的核心组成部分，不同的隔声材料被开发和设计。

隔声材料是指用来构成隔声结构的材料以用于隔绝空气中传播的声波，尽量减弱从结构背面入射的声波（透射波）强度。隔声材料的用途已非常广泛，如为了防止噪声从室外侵入，可用于外墙、屋顶结构和窗等部位；为了减轻噪声，可以作为隔声屏的掩蔽材料；可以用于有强大气流噪声的管道等的外衬材料。对于材料隔声性能的研究最初主要集中在建筑领域。Crocker在研究单层墙和双层墙的隔声特性时，应用统计能量分析的方法建立了隔声性能预测模型。Vinokur通过对墙体、楼板和窗户等的隔声测试，研究了影响构件隔声性能的一些因素，讨论了提高构件隔声性能的方法。Osipov等重点研究了建筑物间隔声构件的低频声传递损耗，发现测试构件的低频隔声性能不仅依赖于构件本身的性质，隔声体系的尺寸和形状对其性能也有重要影响。

传统的隔声材料为遵循质量定律通常是选择密实、质量较大的如钢、砖、混凝土结构等金属与无机材料，主要是通过较大的惯性声阻来减少声波的透射。但许多传统的隔声材料比较笨重，加工性能较差，生产成本较高等缺点大大限制了其应用范围。同时，随着现代技术与其它工业如汽车、高速列车、航空航天等的飞速发展，以及人们对生活环境和质量的要求越来越高，对于轻质、易加工成型、隔声性能较好的隔声材料的需求越加强烈。因此，高分子材料因其特殊的长链结构、较高的阻尼损耗因子、易于加工改性、质轻等特点正逐渐成为声学材料领域的研究热点。使用高分子材料代替传统重质隔声材料作为轻质隔声构件的基体已经成为噪声控制工程的重要组成部分。

但相比于大多数金属材料和无机材料，通用高分子材料的模量和面密度较低，其单独作为隔声材料使用时隔声性能较差。因此，须对高分子材料进行必要的结构设计和改性以提高其对声波的阻隔能力。

目前，高分子材料在隔声领域方面的应用主要集中在其与金属、无机材料的结构设计上。如在约束型隔声构件中，粘弹性高分子材料常用作隔声构件的中间层，利用高分子材料特殊的粘弹性、高阻尼与质轻等特点，即能把双层基板隔开以减弱共振频率区和吻合频率区的声能透射从而增加构件的隔声量又能有效的降低构件的质量。Kwan Han Yoon等研究了一系列聚氨酯材料作为构件阻尼层的阻尼性能和声传递损耗，研究发现声波在高分子材料中的能量损耗主要由材料的阻尼因子决定。在噪声的主动控制方面，Leif Kari研究发现粘弹高分子材料作为中间层能有效的减少声波的辐射。黄建国、郑辉等讨论了阻尼复合结构隔声性能和影响参数，并利用等效参数法对复合结构的隔声量进行了模拟，得到了阻尼复合结构的几何参数和物理参数对声传递损耗的影响规律。类似的“夹心”结构可以通过高分子材料的高阻尼特性减少声波的辐射以提高构件的隔声性能。

在此基础上，由不同材料构成的多层结构也被设计用于提高隔声构件的隔声性能。程言章等通过对固态多层介质隔声性能的研究，采用矩阵方法探讨在简谐平面波垂直入射的条件下任意多层介质的隔声性能，并通过实验方法讨论如何来设计性能良好的隔声结构。Yan-Min Kuo等利用3D模型模拟研究了不同纤维增强塑料多层材料的声传递损耗，通过数值分析与实验结果的比较发现构件的机械性能与声传播有密切的关系。Fringuellino等在不同层材料特性阻抗原理的基础上用一种简单的方法对多层构件的声传递损耗进行了评价。与此同时，一些典型的层状隔声构件的结构设计原理及隔声理论分析受到了更广泛的关注。