[发明专利]基于环氧树脂增强的泡沫金属/二氧化硅气凝胶复合吸声材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于环氧树脂增强的泡沫金属/二氧化硅气凝胶复合吸声材料的制备方法，其具体步骤为：固定体积比的硅源、甲基三乙氧基硅烷、盐酸、乙醇、环氧树脂与去离子水适当温度下混匀搅拌后加入适当摩尔浓度的氨水，将上述混合液倒入经过脱脂清洁的泡沫金属骨架中进行凝胶过程，经老化后采用CO₂超临界干燥工艺，制备出具备较高机械强度的超轻复合吸声材料。复合吸声材料密度为0.20～0.36g/cm³，抗压强度为30.1～39.5MPa，最大吸声系数为0.996(3140Hz)。本发明将泡沫金属的高机械强度与二氧化硅气凝胶的优越吸声性能很好地结合，同时实现了最终复合吸声材料的超低密度。该复合材料不易燃、防潮防蛀，是一种理想的吸声材料。

技术领域

本发明属于金属/非金属复合材料制备的技术领域范畴，特别涉及一种高机械强度、超轻型吸声材料的制备方法。

背景技术

随着现代社会的发展，噪声污染已经成为备受关注的问题。使用吸声材料是消除噪声的有效手段。目前，市场上广泛应用的吸声材料主要有穿孔板共振吸声材料、薄板薄膜吸声材料、多孔吸声材料以及一些特殊构造的帘幕和空间吸声体。其中，多孔材料具有质轻、高吸收效率、宽吸收频率、便捷等优点而被广泛的研究和关注。声能在多孔材料中的耗散主要源于其在孔道中发生的粘滞损失以及与孔壁摩擦产生的热交换。故一种理想的多孔吸声材料需要具有弯曲而连通的孔道、较小的孔径和较高的孔隙率。当前市场上应用比较成熟的多孔吸声材料主要有海绵、木丝纤维和玻璃棉等。它们具有较好的吸声性能，但却存在易虫蛀、易燃、易潮湿、机械强度差等缺点，因此亟需一种新型的吸声材料。

泡沫金属具备较高的机械强度和众多弯曲而连通的孔道，与传统的吸声材料相比，它防水耐火、力学和化学性能稳定，是一种理想的吸声材料。但存在的问题是，泡沫金属的质量与其孔径密切相关，孔径的减小可以带来吸声性能的提升，却同时会增加自身质量而无法实现超轻。因此如何使其既轻又具备优越的吸声性能是非常有研究价值的问题。

二氧化硅气凝胶是一种吸声性能非常优越的超轻(密度为0.002～0.8g/cm³)多孔材料，它具有比空气更低的声速(100m/s)、极高的比表面积、孔体积和孔隙率(97％)。但它的实际应用却受限于其极差的机械强度，例如易碎、易开裂。

发明内容

针对现有吸声材料存在的缺陷，本发明的目的是提供一种制备高机械强度、超轻型复合吸声材料的方法，该方法将泡沫金属与二氧化硅气凝胶结合，使制备的复合材料兼备泡沫金属的高机械强度和二氧化硅气凝胶优越的吸声性能，为一种实用的超轻复合吸声材料。

本发明的具体技术方案为：

基于环氧树脂增强的泡沫金属/二氧化硅气凝胶复合吸声材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)泡沫金属骨架的脱脂清洁

首先将泡沫金属浸渍于丙酮溶液中进行超声清洗，然后用适当浓度的稀盐酸溶液对泡沫金属进行浸泡，最后用乙醇溶液将其清洗干净后烘干待用；

(2)复合吸声材料的制备

将硅源、甲基三乙氧基硅烷、盐酸、乙醇、环氧树脂与去离子水按体积比为1:(0.3～0.8):(0.01～0.04):(2～8):(0.06～0.68):(0.2～0.8)均匀混合，充分搅拌后用适当浓度的氨水调节混合溶液的pH值到6～8之间，然后将混合液倒入脱脂清洁后的泡沫金属骨架中，静置待凝胶后采用乙醇作为老化剂老化5～20天，最后采用CO₂超临界干燥工艺干燥后制得泡沫金属/二氧化硅气凝胶复合吸声材料。

优选步骤(1)中的超声清洗温度为10～40℃，清洗时间为0.5～2h；稀盐酸摩尔浓度为0.5～2M，浸泡时间为1～4h；烘干温度为10～40℃；烘干时间为4～20h。