聚合物-巖棉復合泡沫吸聲材料的研制
隨著工業、交通運輸業、建筑業等行業的迅速發展，噪聲對人類的危害也越來越大。目前，噪聲污染已同空氣污染、水污染一起，被公認為當代三大公害。它輕則影響人們正常的生活，降低勞動生產效率，使人產生煩噪情緒；重則使人的聽覺器官損傷，引起耳聾，并對神經和心血管系統產生不良影響，特別強的噪聲還可能使人死亡。據衛生組織估計，僅美國每年由噪聲帶來的損失就近40億美元?？梢?，控制噪聲已成為人類的當務之急，對吸聲降噪材料的研究已成為各國科技工作者的重要研究方向之一。
吸聲材料的發展經歷了以下幾個階段：階段是利用棉、麻等天然有機材料作為吸聲材料，但由于這類材料不防火、不防潮、易腐爛等因素而限制了它們的應用；第二階段是無機材料取代了上述有機材料的階段，如膨脹珍珠巖砌塊、巖棉等，但它們又由于性脆、不易施工、對人體皮膚有刺激性等因素，未能得到廣泛應用；第三個階段是利用合成高分子材料為基本原料來制取新的吸聲材料。由于這類吸聲材料具有吸聲性能優良、導熱系數低、防潮防腐、成本低、工藝簡單、阻燃等優點，在近些年得到廣泛的關注、研究與開發。我們利用PVC、EPR（乙丙橡膠）和巖棉等制成的材料，不僅具有上述的優點，而且還克服了一般多孔性吸聲材料低頻吸聲性能普遍較差的缺陷，使它的開發應用前景更為可觀。
1． 實驗部分
1.1．原料
聚氯乙烯（PVC）、鄰苯二甲酸丁酯（DBP）、偶氮二甲酰胺（AC）、乙丙橡膠（EPR）、巖棉、均為工業品。
1.2．儀器設備
開放式煉塑機，精密聲級信頻濾波器，外差分析儀、駐波管，烘箱，天平。
1.3．制備工藝
（1）將各組份按配方要求混合均勻。
（2）按要求的溫度和時間在開放式煉塑機上混煉。
（3）把混煉好的物料切成片狀，放入模具中。
（4）在烘箱中按一定的溫度和時間進行發泡。取出模具，脫模即得產品試樣。
1.4．吸聲性能測試
產品試樣的吸聲性能是按《駐波法吸聲系數與聲阻孔率測量規范》（GBJ-88-85）進行的。測出的數據經數學處理后可得到材料在不同頻率下的吸聲系數。
2．結果與討論
2.1．增塑劑含量對吸聲性能的影響
從多孔性材料的吸聲機于是我們知道，材料的吸聲作用就是聲能消耗的過程。聲能能否被消耗與消耗多少是由材料的結構決定的。而影響材料結構的因素主要是泡孔的形狀、泡孔直徑大小及分布情況和空隙率等，其中主要的是空隙率和泡徑大小。一般來說，空隙率大的其吸聲效果就好。在生產工藝和配方中，對空隙率影響大的兩個因素是增塑劑和發泡時間及發泡溫度。
由于本實驗配方中加入了無機纖維，這會使融體體系的粘度和硬度增加很多，不易制得高空隙率的制品。但為了得到所需的空隙率，就必須加入適量的增塑劑以降低融體粘度，同時增加體系的延展性和柔順性，從而減小硬度。實驗中，我們選取了增塑劑用量從60份到90份的一系列用量進行了實驗，發現都能得到一定吸聲性能的材料，但它們的吸聲效果相差比較大，表現為隨增塑劑用量的增大，吸聲性能先提高而后下降。可見，增塑劑的用量不宜過多，也不宜太少。增塑劑用量過多，則會造成體系粘度降低太多，發泡氣體在體系中極易擴散，導致大量氣泡破裂，生成大泡或發生制品塌陷，造成空隙率急劇下降，結果使吸聲性能也隨之下降。另外，增塑劑用量太大，不僅增加生產成本，還會引起試樣強度的下降，影響它的應用。當然，增塑劑用量也不宜太少，太少則得不到所需的高空隙率，也就不會有高的吸聲性能?？梢?，通過實驗獲得佳的增塑劑用量是很關鍵的。我們通過實驗得出此體系中增塑劑佳的用量為70份（相對于PVC用量為100份而言）。
2.2．發泡時間及發泡溫度對吸聲性能的影響
上面我們已經知道，發泡時間及發泡溫度是影響空隙率的兩大重要因素之一，也是影響吸聲性能的重要因素。同時，發泡時間及發泡溫度是有密切關系的，是相互影響的。一般來說，發泡溫度高，發泡劑分解迅速，單位時間內放出更多的氣體，熔體體系粘度下降較快，利于氣泡生長和形成大量的連通泡孔，使空隙率升高，也就利于聲音的吸收。若發泡溫度過高，會造成體系粘度過低，發生并泡現象，使空隙率下降，從而影響吸聲性能；另外，還可能引起PVC和EPR降解發黃。若發泡溫度過低，制品發泡太少，甚至不發泡，也就無空隙率可談。
發泡時間在一定范圍內的延長，會使發泡劑分解完全，生成更多更大的氣泡，產生高的空隙率，提高吸聲性能。若溫度較高，延長發泡時間則可能引起制品進退陷及并泡現象的發生，不僅影響制品外觀，還嚴重影響吸聲性能。若發泡溫度過低，再延長發泡時間也不能得到所需的空隙率。
發泡時間及發泡溫度必須與高聚物基體的熔融溫度和發泡劑的分解溫度相匹配，這樣才能得到高的空隙率，從而具有良好的吸聲性能。
2.3．試樣厚度對吸聲性能的影響
材料厚度也是影響試樣吸聲性能的重要因素之一。我們選擇了厚度為6mm到12mm的一系列試樣，對其進行吸聲性能的測試。從結果可知，隨著材料厚度的增加，低頻處吸聲系數的提高比較顯著，而高頻處的吸聲性能變化很不明顯?？梢?，增加材料厚度是增大低頻吸聲性能的重要方法之一。
2.4．材料吸聲機理的簡單分析
泡沫吸聲材料的吸聲機于是一般認為是，聲波進入材料內部的空隙后會引起孔內空氣和材料細纖維發生振動，造成空氣和孔壁的摩擦作用及空氣分子間的粘滯阻力作
用，使振動能變為熱能而使聲能衰減。引外，由于孔中空氣在絕熱壓縮中升溫，而在絕熱膨脹中降溫，使熱發生傳導作用，使空氣與吸聲材料之間不斷發生熱交換，使聲能轉化為熱能而衰減，反射聲減少，總的聲音強度降低，實現材料吸聲功能。
體系中的EPR是一種粘彈材料，具有柔性和長鏈大分子，性能介于固體的彈性和流體的彈性之間。當聲波作用在它上時，材料的分子鏈段產生運動，重新構象有弛預時間，其形變跟不上應力變化，產生滯后效應，損耗一部分能量。同時，由于粘性內摩擦的存在，將部分彈性能轉變為熱能，材料由此引起聲能損耗，即吸聲作用。EPR的分子鏈段越長，使之產生運動的能量也就相應越大，吸收聲波的頻率也就相應越大。由于所選EPR的分子量適中，實現了對較低頻率處聲音的吸收。
實驗中所選無機纖維是巖棉，它是一種中高頻吸聲性能優異的材料，加入此材料無疑會使制品的吸聲性能得到提高。
本實驗制得的試樣綜合了多孔性吸聲機理和粘彈性材料的阻尼吸聲機理，兩者共同作用，互為補充，使試樣表現出優良的吸聲性能。
3．結論
（1）本實驗制得的高聚物基巖棉泡沫復合材料具有優良的吸聲性能，尤其是低頻吸聲性能較一般多孔型材料提高明顯。它還具有成本低、工藝簡單、阻燃、質輕、強度大的優點。
（2）增加材料厚度可明顯提高低頻吸聲性能。
（3）增塑劑是影響空隙率的重要因素，本實驗中增塑的佳用量為70份。
參 考 文 獻
1． 馬大猷。噪聲與振動控制。1990 (3), P3
2． 劉天齊。環境保護?；瘜W工業出版社，1996
3． 張沛商等。噪聲控制工程。北京經濟學院出版社，1991
吸聲材料的發展經歷了以下幾個階段：階段是利用棉、麻等天然有機材料作為吸聲材料，但由于這類材料不防火、不防潮、易腐爛等因素而限制了它們的應用；第二階段是無機材料取代了上述有機材料的階段，如膨脹珍珠巖砌塊、巖棉等，但它們又由于性脆、不易施工、對人體皮膚有刺激性等因素，未能得到廣泛應用；第三個階段是利用合成高分子材料為基本原料來制取新的吸聲材料。由于這類吸聲材料具有吸聲性能優良、導熱系數低、防潮防腐、成本低、工藝簡單、阻燃等優點，在近些年得到廣泛的關注、研究與開發。我們利用PVC、EPR（乙丙橡膠）和巖棉等制成的材料，不僅具有上述的優點，而且還克服了一般多孔性吸聲材料低頻吸聲性能普遍較差的缺陷，使它的開發應用前景更為可觀。
1． 實驗部分
1.1．原料
聚氯乙烯（PVC）、鄰苯二甲酸丁酯（DBP）、偶氮二甲酰胺（AC）、乙丙橡膠（EPR）、巖棉、均為工業品。
1.2．儀器設備
開放式煉塑機，精密聲級信頻濾波器，外差分析儀、駐波管，烘箱，天平。
1.3．制備工藝
（1）將各組份按配方要求混合均勻。
（2）按要求的溫度和時間在開放式煉塑機上混煉。
（3）把混煉好的物料切成片狀，放入模具中。
（4）在烘箱中按一定的溫度和時間進行發泡。取出模具，脫模即得產品試樣。
1.4．吸聲性能測試
產品試樣的吸聲性能是按《駐波法吸聲系數與聲阻孔率測量規范》（GBJ-88-85）進行的。測出的數據經數學處理后可得到材料在不同頻率下的吸聲系數。
2．結果與討論
2.1．增塑劑含量對吸聲性能的影響
從多孔性材料的吸聲機于是我們知道，材料的吸聲作用就是聲能消耗的過程。聲能能否被消耗與消耗多少是由材料的結構決定的。而影響材料結構的因素主要是泡孔的形狀、泡孔直徑大小及分布情況和空隙率等，其中主要的是空隙率和泡徑大小。一般來說，空隙率大的其吸聲效果就好。在生產工藝和配方中，對空隙率影響大的兩個因素是增塑劑和發泡時間及發泡溫度。
由于本實驗配方中加入了無機纖維，這會使融體體系的粘度和硬度增加很多，不易制得高空隙率的制品。但為了得到所需的空隙率，就必須加入適量的增塑劑以降低融體粘度，同時增加體系的延展性和柔順性，從而減小硬度。實驗中，我們選取了增塑劑用量從60份到90份的一系列用量進行了實驗，發現都能得到一定吸聲性能的材料，但它們的吸聲效果相差比較大，表現為隨增塑劑用量的增大，吸聲性能先提高而后下降。可見，增塑劑的用量不宜過多，也不宜太少。增塑劑用量過多，則會造成體系粘度降低太多，發泡氣體在體系中極易擴散，導致大量氣泡破裂，生成大泡或發生制品塌陷，造成空隙率急劇下降，結果使吸聲性能也隨之下降。另外，增塑劑用量太大，不僅增加生產成本，還會引起試樣強度的下降，影響它的應用。當然，增塑劑用量也不宜太少，太少則得不到所需的高空隙率，也就不會有高的吸聲性能?？梢?，通過實驗獲得佳的增塑劑用量是很關鍵的。我們通過實驗得出此體系中增塑劑佳的用量為70份（相對于PVC用量為100份而言）。
2.2．發泡時間及發泡溫度對吸聲性能的影響
上面我們已經知道，發泡時間及發泡溫度是影響空隙率的兩大重要因素之一，也是影響吸聲性能的重要因素。同時，發泡時間及發泡溫度是有密切關系的，是相互影響的。一般來說，發泡溫度高，發泡劑分解迅速，單位時間內放出更多的氣體，熔體體系粘度下降較快，利于氣泡生長和形成大量的連通泡孔，使空隙率升高，也就利于聲音的吸收。若發泡溫度過高，會造成體系粘度過低，發生并泡現象，使空隙率下降，從而影響吸聲性能；另外，還可能引起PVC和EPR降解發黃。若發泡溫度過低，制品發泡太少，甚至不發泡，也就無空隙率可談。
發泡時間在一定范圍內的延長，會使發泡劑分解完全，生成更多更大的氣泡，產生高的空隙率，提高吸聲性能。若溫度較高，延長發泡時間則可能引起制品進退陷及并泡現象的發生，不僅影響制品外觀，還嚴重影響吸聲性能。若發泡溫度過低，再延長發泡時間也不能得到所需的空隙率。
發泡時間及發泡溫度必須與高聚物基體的熔融溫度和發泡劑的分解溫度相匹配，這樣才能得到高的空隙率，從而具有良好的吸聲性能。
2.3．試樣厚度對吸聲性能的影響
材料厚度也是影響試樣吸聲性能的重要因素之一。我們選擇了厚度為6mm到12mm的一系列試樣，對其進行吸聲性能的測試。從結果可知，隨著材料厚度的增加，低頻處吸聲系數的提高比較顯著，而高頻處的吸聲性能變化很不明顯?？梢?，增加材料厚度是增大低頻吸聲性能的重要方法之一。
2.4．材料吸聲機理的簡單分析
泡沫吸聲材料的吸聲機于是一般認為是，聲波進入材料內部的空隙后會引起孔內空氣和材料細纖維發生振動，造成空氣和孔壁的摩擦作用及空氣分子間的粘滯阻力作
用，使振動能變為熱能而使聲能衰減。引外，由于孔中空氣在絕熱壓縮中升溫，而在絕熱膨脹中降溫，使熱發生傳導作用，使空氣與吸聲材料之間不斷發生熱交換，使聲能轉化為熱能而衰減，反射聲減少，總的聲音強度降低，實現材料吸聲功能。
體系中的EPR是一種粘彈材料，具有柔性和長鏈大分子，性能介于固體的彈性和流體的彈性之間。當聲波作用在它上時，材料的分子鏈段產生運動，重新構象有弛預時間，其形變跟不上應力變化，產生滯后效應，損耗一部分能量。同時，由于粘性內摩擦的存在，將部分彈性能轉變為熱能，材料由此引起聲能損耗，即吸聲作用。EPR的分子鏈段越長，使之產生運動的能量也就相應越大，吸收聲波的頻率也就相應越大。由于所選EPR的分子量適中，實現了對較低頻率處聲音的吸收。
實驗中所選無機纖維是巖棉，它是一種中高頻吸聲性能優異的材料，加入此材料無疑會使制品的吸聲性能得到提高。
本實驗制得的試樣綜合了多孔性吸聲機理和粘彈性材料的阻尼吸聲機理，兩者共同作用，互為補充，使試樣表現出優良的吸聲性能。
3．結論
（1）本實驗制得的高聚物基巖棉泡沫復合材料具有優良的吸聲性能，尤其是低頻吸聲性能較一般多孔型材料提高明顯。它還具有成本低、工藝簡單、阻燃、質輕、強度大的優點。
（2）增加材料厚度可明顯提高低頻吸聲性能。
（3）增塑劑是影響空隙率的重要因素，本實驗中增塑的佳用量為70份。
參 考 文 獻
1． 馬大猷。噪聲與振動控制。1990 (3), P3
2． 劉天齊。環境保護?；瘜W工業出版社，1996
3． 張沛商等。噪聲控制工程。北京經濟學院出版社，1991
