具有壓電特性的泡孔聚氨酯阻尼隔音板的制備

王燮陽 馬馳 紀(jì)漢鋒 白宇 劉紫婷 張偉琳 閆澤明 張澤華 焦健健

（1.沈陽化工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧沈陽 110142 2.遼寧繼誠環(huán)?？萍加邢薰?遼寧沈陽 110003 3.北新禹王防水科技集團(tuán)有限公司 遼寧盤錦 223001）

隔音板被廣泛應(yīng)用在建筑工程、裝備制造以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域，其主要的功能是阻隔噪音、抑制振動(dòng)。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，隔音板材料也逐漸從傳統(tǒng)的石棉夾芯板過渡到高分子隔音板。此類隔音板的機(jī)理主要是將聲波振動(dòng)能轉(zhuǎn)化為分子運(yùn)動(dòng)的內(nèi)能以熱量形式耗散掉，但是這種耗散機(jī)制會(huì)引起體系溫度的快速上升，溫度的提升不僅會(huì)使材料的阻尼隔音性能大幅下降，還會(huì)導(dǎo)致材料的老化加速，縮短使用壽命[1]。而壓電材料是一種能夠?qū)⑼饨鐗毫D(zhuǎn)化為電能的功能材料，常見的壓電材料有鋯鈦酸鉛類無機(jī)壓電材料和聚偏氟乙烯類有機(jī)壓電材料[2]，而近年來有報(bào)道稱具有泡孔結(jié)構(gòu)的聚丙烯類高分子材料也具有一定的壓電性[3]。因此將壓電性與阻尼性相結(jié)合將有助于緩解阻尼材料生熱老化問題，而且還可以賦予材料一定的功能性。本研究利用偶氮類發(fā)泡劑對(duì)熱塑性聚氨酯進(jìn)行發(fā)泡處理，并經(jīng)過壓縮和極化處理后，制得了具有壓電特性的泡孔聚氨酯（TPU）阻尼隔音板，并考察了發(fā)泡劑對(duì)吸聲性和壓電性的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：聚氨酯（5377A），工業(yè)級(jí)，拜耳材料科技集團(tuán)；偶氮二甲酰胺（AC），工業(yè)級(jí)，湖南長(zhǎng)沙恒昌化工有限公司；

測(cè)試儀器：動(dòng)態(tài)熱機(jī)械曲線測(cè)試儀（DMA，Diamond），美國(guó)PE公司；吸聲測(cè)試系統(tǒng)（SW477型），北京聲望公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

泡孔聚氨酯的制備：先將100份的TPU加入反應(yīng)器中，升溫至170℃使其充分熔融，然后加入計(jì)量的AC發(fā)泡劑，在強(qiáng)力攪拌的作用下充分混合1min，再將其倒入已預(yù)熱至200℃的模具中，保溫10min后制得泡孔聚氨酯。將制備好的泡孔聚氨酯，放入已預(yù)熱好的平板硫化機(jī)中在5MPa壓力下將其壓至原始高度的1/3，保壓10min，制得聚氨酯降噪板。再將其放入90℃油浴中，用1kV/mm的直流電壓進(jìn)行接觸極化10min，制得具有壓電性能的泡孔聚氨酯阻尼隔音板。

2 結(jié)果與討論

2.1 發(fā)泡劑含量對(duì)阻尼隔音性能的影響

表1為發(fā)泡劑含量對(duì)隔音性能的影響。由表1可以看出發(fā)泡劑的加入使隔音板在2kHz下的吸聲系數(shù)明顯升高，并且隨著發(fā)泡劑含量的增加吸聲系數(shù)也隨之增加，最大吸聲系數(shù)達(dá)到了0.38，并且頻帶寬度也隨之增長(zhǎng)。發(fā)泡劑的加入可以使聚合物內(nèi)容部形成大量連通或者半連通的孔洞，聲波可在這些孔洞中不斷產(chǎn)生碰撞反射，而被消耗，因此起到很好的消聲效果。但是隨著發(fā)泡劑含量達(dá)到20份，其吸聲系數(shù)則迅速下降到0.09，這主要是由于其共振頻率與測(cè)試頻率相當(dāng)產(chǎn)生了明顯共振而降低了吸聲性能。

表1 發(fā)泡劑含量對(duì)吸聲性能的影響

2.2 發(fā)泡劑含量對(duì)壓電性能的影響

由于在制備過程中對(duì)隔音板進(jìn)行了適度的壓縮和極化處理，而賦予了隔音板一定的壓電性，發(fā)泡劑含量對(duì)隔音板壓電的影響見圖1。由圖1可以看出，該隔音板已經(jīng)具有一定的壓電性，這是由于泡孔聚氨酯在經(jīng)過壓縮處理后，其內(nèi)部泡孔由原來的球型變?yōu)榱恕把蹱睢苯Y(jié)構(gòu)，再經(jīng)過極化工藝，使泡孔內(nèi)部的空氣發(fā)生了電離，材料內(nèi)部電荷按照電場(chǎng)方向進(jìn)行了定向排列，在外力的作用下引發(fā)的材料變形，促使了宏觀偶極距的變化，從而產(chǎn)生了壓電性。因此發(fā)泡劑含量的增高，使體系內(nèi)部泡孔增加，進(jìn)而壓電性也隨之增加，發(fā)泡劑含量為10份時(shí)，最大壓電常數(shù)（d33）達(dá)到20.66Cp/N。但是發(fā)泡劑含量過高時(shí)，體系內(nèi)部泡孔的連通性增加，而使電荷的分布不均勻，造成壓電性反而減低。

3 結(jié)論

通過壓縮和極化處理制得了具有壓電特性的泡孔阻尼隔音板。研究發(fā)現(xiàn)該隔音板具有良好的吸聲效果，但是發(fā)泡劑的含量過高時(shí)，使吸聲效果變差，而壓電性在發(fā)泡劑含量為10份時(shí)達(dá)到最高。

圖1 泡劑含量對(duì)壓電性能的影響