CN112126110B - 具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫及其制备方法,其中制备方法包括S1.配制含非离子表面活性剂的发泡白料,发泡白料总份数为250‑450重量份,配制发泡白料的非离子型表面活性剂用量为75‑125重量份;所述非离子型表面活性剂由聚多元醇和聚硅氧烷‑聚醚共聚物组成,质量比为0.8:1‑1.2:1;S2.将含非离子表面活性剂的发泡白料与发泡黑料混合均匀后,发泡成型得到聚酰亚胺泡沫中间体;S3.将泡沫中间体脱模置于鼓风干燥箱中固化,最终得到具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫。制备出的聚酰亚胺吸声泡沫能够提高声波在泡孔内部的反射吸收作用以增强材料对声波消耗的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚酰亚胺泡沫材料及其制备方法,具体涉及一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫及其制备方法。
背景技术
泡沫材料的吸声机理主要有三种:第一种是多孔吸声材料中的空气分子与孔壁摩擦,将声能转化为热能耗散;第二种是纵向声波穿透多孔材料时,孔隙中的空气周期性地压缩和释放,导致能量转化过程中的能量消耗;第三种是声能通过孔壁共振转化为机械能和热能。由此可见,孔壁的表面微结构在吸声材料对声能的耗散中有着不可忽视的作用。具有表面微结构的泡壁表面粗糙度以及比表面积得到进一步提升,其对噪音的粘滞吸收作用能够得到有效增强,进而使泡沫材料的吸声性能得到进一步改善。
在目前的研究中,泡沫材料基体树脂骨架及窗口表面基本都为光滑表面。虽然已有研究通过在泡沫骨架表面负载纳米材料以增加粗糙度。
例如中国专利文献CN110975932A公开了一种纳米级无机催化剂粉末与有机高分子聚合物表面结合的光催化载体制备方法,将纳米级TiO2负载于聚氨酯泡沫上,为光催化方面ICPB技术的实现奠定了基础。
中国专利文献CN110124748A公开了一种三聚氰胺甲醛泡沫负载纳米二氧化锰材料的制备方法及其应用,生成的二氧化锰沉积在泡沫内壁上,有利于甲醛的吸附和分解,涉及空气净化及催化材料领域。
中国专利文献CN110102271A提供一种用于VOCs治理的含纳米吸附剂的多孔型材及其方法、设备,通过自组装方式将纳米吸附剂负载到多孔基材上,增大的比表面积可以促进表面吸附的快速进行,提高吸附效率,应用于VOCs废气治理领域。
然而,对于一些后处理添加的粗糙表面,其牢固性并不长久。如今也有不少研究将仿生表面微结构运用到材料设计中。
例如中国专利文献CN108955784A公开了一种表面带有仿生微结构的V锥流量计,通过在锥体表面布置肋条、凹槽、凸包、凹坑等仿生微结构有效地实现减阻和节能减排的目的。
中国专利文献CN109822950A介绍了一种具有防覆冰功能的聚合物一体化成型方法,在聚合物基材料表面设计防覆冰微结构,对飞机防除冰技术发展具有重要意义。
而对于聚合物吸声泡沫材料,针对在其基体树脂骨架及窗口表面的微结构设计以及微结构对材料吸声性能影响的研究,目前仍然处于空白状态。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提出一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫及其制备方法,该聚酰亚胺吸声泡沫能够提高声波在泡孔内部的反射吸收作用以增强材料对声波消耗的能力。
所采用的技术方案为:
一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫的制备方法,包括如下步骤:
S1.配制含非离子表面活性剂的发泡白料,其中发泡白料总份数为250-450重量份,配制发泡白料的非离子型表面活性剂用量为75-125重量份;所述非离子型表面活性剂由聚多元醇和聚硅氧烷-聚醚共聚物组成,质量比0.8:1-1.2:1;
S2.将含非离子表面活性剂的发泡白料与发泡黑料混合均匀后,发泡成型得到聚酰亚胺泡沫中间体;
S3.将泡沫中间体脱模置于鼓风干燥箱中固化,最终得到具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫。
进一步地,S1中,所述聚多元醇为聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000、聚四氢呋喃醚二醇1000、聚四氢呋喃醚二醇18000、聚四氢呋喃醚二醇2000与聚四氢呋喃醚二醇3000中一种或多种的混合物。
进一步地,S1中,所述聚硅氧烷-聚醚共聚物为AK8805、AK5000、AK10000、AK60000、L580、L560、DC193、OFX-0193、PMX200与DC556中一种或多种的混合物。
进一步地,S1中,所述发泡白料为用极性溶剂溶解的羧酸酯溶液、所述非离子型表面活性剂、催化剂和水复配而成。
进一步地,S2中,所述发泡黑料为多异氰酸酯,发泡黑料与发泡白料用量质量比为0.8:1-1.1:1。
一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫,其是根据上述的制备方法制备得到的。
进一步地,所述聚酰亚胺吸声泡沫的基体树脂骨架及窗口表面具有直径尺寸为1-10μm的球形凹坑结构,且部分凹坑表面出现褶皱。
进一步地,所述聚酰亚胺吸声泡沫的密度为8-25kg/m3;吸声系数曲线在100-600Hz的斜率高达1.3-1.5kHz-1,归一化平均吸声系数高达0.6-0.7;在500-600Hz频段处吸声系数保持在0.80-0.85。
本发明的有益效果在于:
本发明提供了一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫及其制备方法,本发明基于聚酰亚胺泡沫的水发泡技术,通过简单调节表面活性剂的配比,在泡壁上引入了球形凹坑内表面微结构,增大了材料内壁的反射与声波的消耗,提高了多孔材料的吸声性能,达到了发明的目的。
与现有技术相比,本发明所制备的聚酰亚胺泡沫基体树脂骨架及窗口表面上具有球形凹坑内表面微结构,能够使声波能量具有更多的反射路径,提高振动能量耗散及向热能的转化程度,使泡沫材料的吸声性能得到提升,对60-1000Hz低频及中频频段声波的吸收效果提升程度较为显著。
本发明操作过程简单,未添加其他填料,在仅对泡沫材料本身的孔结构进行设计,在不添加额外组分的情况下,便获得了较好的降噪的效果。
附图说明
图1是本发明实施例1所制备的具有球形凹坑内表面微结构的聚酰亚胺吸声泡沫的第一张产品扫描电镜照片。
图2是本发明实施例1所制备的具有球形凹坑内表面微结构的聚酰亚胺吸声泡沫的第二张产品扫描电镜照片。
图3是本发明实施案例1所制备的具有球形凹坑内表面微结构的聚酰亚胺吸声泡沫及对比例1所制备的一种聚酰亚胺泡沫吸声曲线图,其中横坐标Frequency为频率,纵坐标Abs.为吸声系数。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明,但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明,并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定,更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1
在一次性塑料杯中,将40g质量分数为45%的3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二甲酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液、3.2g由T12、Dabco33、三乙醇胺按质量比约为1:2:5比例配制而成的催化剂、20g由AK8805和PEG600按质量比1:1配制而成的表面活性剂、4.8g去离子水,混合均匀作为发泡白料;称量60g的多异氰酸酯加入到一次性塑料杯中,作为发泡黑料;将发泡白料与发泡黑料混合均匀后,发泡成型得到聚酰亚胺泡沫中间体;将泡沫中间体脱模置于180℃的鼓风干燥箱中保持2h,最终得到具有球形凹坑内表面微结构的聚酰亚胺吸声泡沫。参见图1和图2所示,泡沫基体树脂骨架及窗口表面球形凹坑结构直径尺寸为6-8μm,且部分凹坑表面出现褶皱。
对上述制得的聚酰亚胺吸声泡沫材料进行测试,得到其密度为20kg/m3;参见图3所示,吸声系数曲线在100-600Hz的斜率高达1.4kHz-1,归一化平均吸声系数在0.66;在500-600Hz频段处吸声系数保持在0.82-0.84。
实施例2
在一次性塑料杯中,将44g质量分数为47%的3,3',4,4'-联苯四酸二乙酯的N,N-二甲基乙酰胺溶液、3.2g由T12、Dabco33、三乙醇胺按质量比约为1:2:5比例配制而成的催化剂、22g由DC193和PEG1000按质量比0.8:1配制而成的表面活性剂、4.8g去离子水,混合均匀作为发泡白料;称量60g的多异氰酸酯加入到一次性塑料杯中,作为发泡黑料;将发泡白料与发泡黑料混合均匀后,发泡成型得到聚酰亚胺泡沫中间体;将泡沫中间体脱模置于180℃的鼓风干燥箱中保持2h,最终得到具有球形凹坑内表面微结构的聚酰亚胺吸声泡沫。泡沫基体树脂骨架及窗口表面球形凹坑结构直径尺寸为8-10μm,且部分凹坑表面出现褶皱。
对上述制得的聚酰亚胺吸声泡沫材料进行测试,得到其密度为24kg/m3;吸声系数曲线在100-600Hz的斜率高达1.3kHz-1,归一化平均吸声系数在0.62;在500-600Hz频段处吸声系数保持在0.80-0.82。
实施例3
在一次性塑料杯中,将25g质量分数为77%的均苯四甲酸二异丙酯的N-甲基吡咯烷酮溶液、3.2g由T12、Dabco33、三乙醇胺按质量比约为1:2:5比例配制而成的催化剂、23g由PMX200和PTMG2000按质量比1.2:1配制而成的表面活性剂、4.8g去离子水,混合均匀作为发泡白料;称量60g的多异氰酸酯加入到一次性塑料杯中,作为发泡黑料;将发泡白料与发泡黑料混合均匀后,发泡成型得到聚酰亚胺泡沫中间体;将泡沫中间体脱模置于180℃的鼓风干燥箱中保持2h,最终得到具有球形凹坑内表面微结构的聚酰亚胺吸声泡沫。泡沫基体树脂骨架及窗口表面球形凹坑结构直径尺寸为5-7μm,且部分凹坑表面出现褶皱。
对上述制得的聚酰亚胺吸声泡沫材料进行测试,得到其密度为15kg/m3;吸声系数曲线在100-600Hz的斜率高达1.4kHz-1,归一化平均吸声系数在0.64;在500-600Hz频段处吸声系数保持在0.8-0.81。
对比例1
本对比例与实施例1不同的是加入8g由AK8805和PEG600按质量比1:1配制而成的表面活性剂。最终得到聚酰亚胺吸声泡沫的基体树脂骨架及窗口表面呈光滑状态,无球形凹坑结构。
对上述对比例制得的一种聚酰亚胺泡沫材料进行测试,得到其密度为15kg/m3;吸声曲线在100-600Hz的斜率为0.49kHz-1,归一化平均吸声系数在0.29;在500-600Hz频段处吸声系数保持在0.37-0.43。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.在一次性塑料杯中,将40g质量分数为45%的3,3',4,4'-二苯甲酮四酸二甲酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液、3.2g由T12、Dabco33、三乙醇胺按质量比为1:2:5比例配制而成的催化剂、20g由聚硅氧烷-聚醚共聚物AK8805和聚多元醇PEG600按质量比1:1配制而成的表面活性剂、4.8g去离子水,混合均匀作为发泡白料;称量60g的多异氰酸酯加入到一次性塑料杯中,作为发泡黑料;
S2.将发泡白料与发泡黑料混合均匀后,发泡成型得到聚酰亚胺泡沫中间体;
S3.将泡沫中间体脱模置于180℃的鼓风干燥箱中保持2h,最终得到具有球形凹坑内表面微结构的聚酰亚胺吸声泡沫。
2.一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.在一次性塑料杯中,将44g质量分数为47%的3,3',4,4'-联苯四酸二乙酯的N,N-二甲基乙酰胺溶液、3.2g由T12、Dabco33、三乙醇胺按质量比为1:2:5比例配制而成的催化剂、22g由聚硅氧烷-聚醚共聚物DC193和聚多元醇PEG1000按质量比0.8:1配制而成的表面活性剂、4.8g去离子水,混合均匀作为发泡白料;称量60g的多异氰酸酯加入到一次性塑料杯中,作为发泡黑料;
S2.将发泡白料与发泡黑料混合均匀后,发泡成型得到聚酰亚胺泡沫中间体;
S3.将泡沫中间体脱模置于180℃的鼓风干燥箱中保持2h,最终得到具有球形凹坑内表面微结构的聚酰亚胺吸声泡沫。
3.一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.在一次性塑料杯中,将25g质量分数为77%的均苯四甲酸二异丙酯的N-甲基吡咯烷酮溶液、3.2g由T12、Dabco33、三乙醇胺按质量比为1:2:5比例配制而成的催化剂、23g由聚硅氧烷-聚醚共聚物PMX200和聚多元醇PTMG2000按质量比1.2:1配制而成的表面活性剂、4.8g去离子水,混合均匀作为发泡白料;称量60g的多异氰酸酯加入到一次性塑料杯中,作为发泡黑料;
S2.将发泡白料与发泡黑料混合均匀后,发泡成型得到聚酰亚胺泡沫中间体;
S3.将泡沫中间体脱模置于180℃的鼓风干燥箱中保持2h,最终得到具有球形凹坑内表面微结构的聚酰亚胺吸声泡沫。
4.一种具有球形凹坑微结构的聚酰亚胺吸声泡沫,其特征在于,其是根据权利要求1-3任一所述的制备方法制备得到的,所述聚酰亚胺吸声泡沫的基体树脂骨架及窗口表面具有直径尺寸为1-10μm的球形凹坑结构,且部分凹坑表面出现褶皱;所述聚酰亚胺吸声泡沫的密度为8-25kg/m3;吸声系数曲线在100-600Hz的斜率高达1.3-1.5kHz-1,归一化平均吸声系数高达0.6-0.7;在500-600Hz频段处吸声系数保持在0.80-0.85。
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