摘要
随着工业化程度的提高，噪音污染作为一种常见的环境污染形式，在干扰人类工作生活的同时，还会引发高血压和心肌梗塞等心血管疾病。为减低噪声污染的危害，人们发现高分子材料具有较好的黏弹性、高阻尼、易加工、质量轻等特点，通过添加高性能填料或对其进行结构优化，可以得到减振降噪性能优良的声学材料。本文首先制备了含有多种添加剂的发泡聚氨酯复合材料(软层吸声材料)；将高强度填料氧化石墨烯(GO)和乙二胺改性氧化石墨烯(GO-EDA)与苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)复合，制备得到SAN基纳米复合材料(硬层隔声材料)；最后将软层吸声材料与硬层隔声材料进行层状复合，研究了结构组成对层状复合材料隔声性能的影响。具体的研究内容如下： (1)通过热压发泡法，以热塑性聚氨酯(TPU)为基体材料，分别制备了具有不同质量分数的发泡剂、木粉纤维、竹粉纤维、增塑剂的发泡聚氨酯复合材料。扫描电子显微镜(SEM)观察后发现，发泡聚氨酯复合材料内部具有闭孔、半开孔、开孔等丰富的孔隙结构，有利于提高材料的吸声性能。动态力学性能测试(DMA)表明，添加发泡剂及纤维填料影响发泡聚氨酯复合材料的阻尼性能，且发泡聚氨酯复合材料的阻尼性能随增塑剂添加量的增加而增强。增塑剂含量为30%的发泡聚氨酯材料比纯发泡聚氨酯材料的损耗因子提高了50.0%。测试吸声性能，发现发泡剂、纤维填料和增塑剂均能够提高发泡聚氨酯复合材料的吸声效果。其中，竹粉纤维含量为2.0%、增塑剂含量为30%，发泡剂含量为1.5%的发泡聚氨酯复合材料的阻尼性能和吸声性能较好，其损耗因子和平均吸声系数比纯发泡聚氨酯材料分别提高了37.5%和24.1%。 (2)采用改进Hummers法制备GO，通过乙二胺改性得到GO-EDA。利用红外光谱和热重分析测试GO和GO-EDA，研究发现GO表面存在丰富的含氧官能团；GO-EDA表面具有含氮基团，且热稳定性较GO明显提高。通过溶液共混和熔融共混结合的方法将GO与GO-EDA分别与SAN进行复合，得到填料质量分数不同的SAN基纳米复合材料。通过SEM观察断面发现GO与GO-EDA在SAN基体中分散性较好。面密度及DMA测试表明，SAN基纳米复合材料的面密度和储能模量值随填料含量的增加而增大。隔声测试表明，SAN基纳米复合材料符合单层均质板的隔声规律。其中，质量分数为2.0%的GO-EDA/SAN纳米复合材料的隔声性能最好，平均隔声量比纯SAN提高了17.4%。 (3)将软层聚氨酯发泡材料与硬层SAN基纳米复合材料通过层合热压法制备分别具有双层和三层结构的层状复合材料。隔声测试表明，当硬层材料面对声源时双层复合材料的隔声性能最好，平均隔声量比单层纯SAN提高了25.3%。DMA测试表明，双层复合材料的阻尼温域较宽。当软层吸声材料为中间阻尼层，外侧硬层隔声材料为约束层的三层约束阻尼结构材料隔声效果较好，双侧最外层均为硬层2.0%GO-EDA/SAN纳米复合材料的三层约束阻尼结构材料平均隔声量为42.25dB，比纯SAN单层材料提高了33.8%。相比于双层复合结构材料，声波在具有约束层/阻尼层/约束层结构的三层复合材料中进行反射及阻尼减振等作用被消耗更多的能量，具有较好的隔声降噪效果。
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