聚氨酯多孔材料配方设计及其吸声性能研究

论文摘要

当前噪声污染问题与水污染、空气污染并列发展成为世界三大亟待解决环境污染难题。运用高效吸声材料是解决噪音问题的主要手段。聚氨酯多孔材料以质轻、施工方便、吸声性能优越得到广泛发展,因此研究聚氨酯多孔材料降噪对提高人类环境质量有着十分重要的意义,本文针对聚氨酯多孔材料孔结构控制及其吸声性能进行了研究。针对城市道路交通噪声音频特征,并根据多孔材料的吸声原理,优化设计了吸声降噪聚氨酯多孔材料合成配方和孔结构。采用扫描电子显微镜并结合粒径分析软件测定多孔材料的孔径大小及其分布,计算出材料的开孔率。采用万能试验机进行多孔材料力学性能表征,采用驻波管法测定材料的吸声系数,采用噪音计表征噪音降低分贝。研究结果表明,发泡剂、催化剂、泡沫稳定剂、开孔剂等对泡孔结构有很大影响。发泡剂的种类和用量对泡孔结构都有影响。采用HCFC-141b、正戊烷、水为发泡剂均可在一定程度上调控泡孔大小及分布情况,以正戊烷为发泡剂与体系相溶性差,反应放热较大用量不宜过大,不宜泡孔结构控制。采用HCFC-141b和水作为发泡剂可以实现泡孔结构的控制。催化剂是影响聚氨酯多孔材料发泡速率和开孔率关键因素之一。采用有三乙烯二胺和二月桂酸二丁基锡复合比为1.0:0.6,控制的泡孔分布均匀,凝胶时间与发泡时间匹配,利于制备开孔材料。泡沫稳定剂能降低多孔材料的表面张力,有机硅泡沫稳定剂用量为1%,多孔材料泡孔结构的稳定性增加。通过调节上述主要影响因素控制配方分别合成了直径为320μm,470μm,570μm,660μm,760μm,860μm,1050μm的七组闭孔样品。开孔剂是影响泡孔开孔率的另一个关键因素。液体石蜡作为开孔剂开孔效果差,以OR-501为开孔剂合成了不同开孔率样品,当用量为4%合成了开孔率高达88.6%的样品。采用驻波管测定七组闭孔样品的吸声系数,结果表明随着多孔材料孔径增加,在2001000Hz范围内样品的吸声系数增加,泡沫孔径在760μm左右具有较好的吸声效果。开孔率是影响多孔材料吸声性能的更关键因素,对于孔径为760μm的多孔材料,吸声系数随着开孔率的增加而提高。孔径为760μm,开孔率为88.6%的材料在高频处最大吸声系数高达0.98,在低频250600Hz处最大吸声系数达0.66,较闭孔材料提高100%,解决了多孔材料普遍中低频吸声效果差的缺点,并分析了噪声在聚氨酯多孔材料内部传播的路径及损失机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的和意义
• 1.2 吸声材料研究现状
• 1.2.1 吸声材料的种类与特点
• 1.2.2 吸声材料国内外研究现状
• 1.2.3 吸声材料评价指标
• 1.3 多孔泡沫吸声材料
• 1.3.1 多孔泡沫吸声材料种类与特点
• 1.3.2 多孔泡沫吸声材料吸声原理
• 1.4 吸声降噪聚氨酯多孔材料的研究概况
• 1.4.1 吸声降噪聚氨酯多孔材料的合成原理
• 1.4.2 吸声降噪聚氨酯多孔材料结构和特点
• 1.4.3 吸声降噪聚氨酯多孔材料发展趋势
• 1.5 课题研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 吸声降噪聚氨酯多孔材料配方设计与试样制备
• 2.2.1 吸声降噪聚氨酯多孔材料的制备
• 2.2.2 吸声降噪多孔聚氨酯开孔材料的制备
• 2.2.3 双层复合聚氨酯多孔材料的制备
• 2.3 吸声降噪聚氨酯多孔材料性能表征
• 2.3.1 表观密度测试
• 2.3.2 弯曲性能测试
• 2.3.3 压缩性能测试
• 2.3.4 扫描电子显微镜测试
• 2.3.5 开孔率测试表征
• 2.3.6 孔隙率的测试表征
• 2.3.7 吸声系数的测试
• 2.3.8 降噪分贝测试
• 第3章 聚氨酯多孔材料配方设计及孔结构控制研究
• 3.1 发泡剂对聚氨酯多孔材料泡孔结构的影响
• 3.1.1 发泡剂种类对泡孔结构的影响
• 3.1.2 发泡剂用量对泡孔结构的影响
• 3.2 催化剂对泡孔结构的影响分析
• 3.3 泡沫稳定剂对泡孔结构的影响分析
• 3.4 填料对泡孔结构的影响分析
• 3.5 开孔剂对泡孔结构的影响分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 聚氨酯多孔材料吸声性能研究
• 4.1 影响聚氨酯多孔材料吸声性能因素分析
• 4.1.1 孔径大小对聚氨酯多孔材料吸声系数的影响
• 4.1.2 开孔率对聚氨酯多孔材料吸声系数的影响
• 4.1.3 厚度对聚氨酯多孔材料对吸声性能的影响
• 4.1.4 填料对聚氨酯多孔材料对吸声系数的影响
• 4.2 聚氨酯多孔材料吸声机理分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢