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CN108659304A - 一种高分子复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种高分子复合材料及其制备方法 Download PDF

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CN108659304A
CN108659304A CN201810371263.1A CN201810371263A CN108659304A CN 108659304 A CN108659304 A CN 108659304A CN 201810371263 A CN201810371263 A CN 201810371263A CN 108659304 A CN108659304 A CN 108659304A
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CN201810371263.1A
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胡晓红
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Hubei Yangtian Plastic Products Co Ltd
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Hubei Yangtian Plastic Products Co Ltd
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Abstract

一种高分子复合材料，其原料组成及重量份比包括：发泡母料 5～8、阻燃母料10～15、低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、三元乙丙橡胶EPDM 10～20、阻尼液 10～15、摩擦生热剂 13～18、辐照交联助剂 6～10，制备时，先将所有原料按所需比例加入混合机常温捏合，然后排入单螺杆挤出机中挤出成型得到预制片材，再对预制片材进行辐照交联，得到交联热固性聚合物片材，最后对交联热固性聚合物片材进行发泡即可。该设计不仅能够实现持续噪声环境中的连续降噪，而且具有良好的保温和阻燃性能。

Description

一种高分子复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高分子复合材料及其制备方法，主要用于高层住宅建筑、娱乐场所、静音场所以及隔音保温处。
背景技术
无处不在的城市噪声包围着我们，袭扰着我们的生活。半夜左右经常听到各种工程车从小区路段经过时的轰隆声，尤为刺耳，或是把市民吵醒或吵得心情烦躁、难以入眠。不仅如此，噪声污染已成为空气污染之后影响人体健康的环境因素，可能成为第二健康“杀手”。此前，世界卫生组织公布的一份报告首次给噪声污染“定罪”：过度暴露在噪声污染中，不仅会严重影响心理健康，也会增加患心脏病等疾病的风险。专家称，如长期受噪声干扰，就会神经衰弱，出现头晕、视觉疲劳等症状。在密集的住宅区，尤其是居住密度高的高层建筑，正常的居住生活产生的噪音，严重影响到了邻里生活，产生了严重的邻里纠纷。若不把治噪提到相关部门的重要日程，将会影响“健康中国”战略的实施，危害的是百姓尤其老年人的身心健康。事实上，老年人也是噪声性耳聋高发人群。
目前，隔音降噪材料主要采用发泡材料，该类产品内部具有连续细密的微孔、无数的细微孔隙以及连续气孔，孔隙间彼此贯通到表面，其降噪原理为：当噪音入射到材料表面时，透入到材料内部继续向前传播，在传播过程中，声波引起小孔内空气运动，而紧靠小孔和缝隙间的空气不易运动，空气的这种粘滞性产生的内摩擦会将声能转化为热能，从而使声能衰减。这种降噪方式存在不能在持续的噪声环境中实现连续降噪的问题，因此，其降噪效果有限。
发明内容
本发明的目的是克服现有材料存在的无法连续降噪的问题，提供一种可持续降噪的高分子复合材料及其制备方法。
为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种高分子复合材料，其原料组成及重量份比包括：发泡母料 5～8、低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、三元乙丙橡胶EPDM 10～20、阻尼液 10～15、摩擦生热剂 13～18、辐照交联助剂 6～10；
所述复合材料由上述原料依次通过辐照交联、发泡制备而成。
所述摩擦生热剂的原料组成及重量份比为：陶瓷粉 8～10、纳米玻璃纤维5～8。
所述发泡母料的原料组成及重量份比为：低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、发泡剂20～30、发泡助剂 5～9。
所述复合材料的原料组成还包括阻燃母料，其与发泡母料的重量份比为10～15:5～8；
所述阻燃母料的原料组成及重量份比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂 50～80、甲基乙烯基硅橡胶20～30、阻燃剂10～20、助剂 5～9。
所述阻尼液为甲基硅油，所述辐照交联助剂包括交联敏化剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、聚乙烯蜡，所述三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、聚乙烯蜡与低密度聚乙烯树脂LDPE的重量份比为3～5:3～5:50～80。
所述发泡剂为AC发泡剂，所述发泡助剂包括滑石粉、聚乙烯蜡、硬脂酸锌，所述滑石粉、聚乙烯蜡、硬脂酸锌与低密度聚乙烯树脂LDPE的重量份比为3～5:1～2:1～2:50～80。
所述阻燃剂包括氢氧化镁、硼酸锌，所述氢氧化镁、硼酸锌与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂的重量份比为80～100:10～20:50～80，所述助剂包括抗氧剂1010、聚乙烯蜡，所述抗氧剂1010、聚乙烯蜡与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂的重量份比为0.5～0.8:2～3:50～80。
一种高分子复合材料的制备方法，依次包括以下步骤：
片材的预制备、先将所有原料按所需比例加入混合机常温捏合，然后排入单螺杆挤出机中挤出成型得到预制片材；
辐照交联、对所述预制片材进行辐照交联，得到交联热固性聚合物片材；
发泡、对所述交联热固性聚合物片材进行发泡即得到复合材料。
所述复合材料的原料组成还包括阻燃母料，其与发泡母料的重量份比为10～15:5～8；
所述发泡母料的原料组成及重量份比为：低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、发泡剂 20～30、发泡助剂 5～9；
所述阻燃母料的原料组成及重量份比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂 50～80、甲基乙烯基硅橡胶20～30、阻燃剂10～20、助剂 5～9；
所述制备方法还包括发泡母料的制备、阻燃母料的制备，所述发泡母料的制备、阻燃母料的制备均位于片材的预制备之前；
所述发泡母料的制备是指：先将低密度聚乙烯树脂LDPE加入混合机中，再按所需比例加入发泡剂和发泡助剂常温捏合，然后排入单螺杆挤出机中造粒即可；
所述阻燃母料的制备是指：先将各原料按所需比例加入混合机中常温捏合，再排入密炼机中密炼，然后将密炼后的物料排入单螺杆挤出造粒机中熔融塑化造粒即可。
所述发泡母料的制备步骤中，单螺杆挤出机的工作温度为：一区70±5℃、二区80±5℃、三区90±5℃、四区90±5℃、五区80±5℃；
所述阻燃母料的制备步骤中，密炼温度为100±5℃，密炼时间为6～8min，单螺杆挤出机的工作温度为：一区90±5℃、二区110±5℃、三区120±5℃、四区140±5℃、五区120±5℃；
所述片材的预制备步骤中，常温捏合的时间为3～5min，单螺杆挤出机的工作温度为：一区70±5℃，二区80±5℃，三区90±5℃，四区90±5℃，五区80±5℃；
所述辐照交联步骤中，辐照剂量为15～18兆拉德；
所述发泡步骤中，发泡温度为280±10℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明一种高分子复合材料的原料组成及其重量份比包括：发泡母料 5～8、低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、三元乙丙橡胶EPDM 10～20、阻尼液 10～15、摩擦生热剂 13～18、辐照交联助剂 6～10，且复合材料由上述原料依次通过辐照交联、发泡制备而成，采用该配方制备得到的复合材料内部具有两种结构，一种是均匀细腻的闭孔发泡结构，另一种是通过辐照交联形成的紧密排列的交联三维晶格结构，该交联三维晶格能牢固的包覆住阻尼液和摩擦生热剂，一方面，当有噪音透入到材料内部时，声波的震动会被阻尼液吸收，与摩擦生热剂摩擦生热，迅速将声能转化为热能，从而使声能衰减，当没有噪音时，阻尼液的温度趋于正常室温，具备声能转化为热能的可逆性，实现持续噪声环境中的连续降噪，另一方面，晶格内部的阻尼液在环境温度变化时具有吸热和放热功能，使得复合材料具有良好的保温性能。因此，本发明产品不仅能够实现持续噪声环境中的连续降噪，而且具有良好的保温性能。
2、本发明一种高分子复合材料的原料组成还包括阻燃母料，该阻燃母料的加入使得复合材料的阻燃性能满足建筑用B1级阻燃的要求，燃烧不发烟，无卤阻燃，无毒无味，可用于高层建筑的外保温层。因此，本发明产品具有优良的阻燃性能。
附图说明
图1为本发明产品内部的晶格示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
一种高分子复合材料，其原料组成及重量份比包括：发泡母料 5～8、低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、三元乙丙橡胶EPDM 10～20、阻尼液 10～15、摩擦生热剂 13～18、辐照交联助剂 6～10；
所述复合材料由上述原料依次通过辐照交联、发泡制备而成。
所述摩擦生热剂的原料组成及重量份比为：陶瓷粉 8～10、纳米玻璃纤维5～8。
所述发泡母料的原料组成及重量份比为：低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、发泡剂20～30、发泡助剂 5～9。
所述复合材料的原料组成还包括阻燃母料，其与发泡母料的重量份比为10～15:5～8；
所述阻燃母料的原料组成及重量份比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂 50～80、甲基乙烯基硅橡胶20～30、阻燃剂10～20、助剂 5～9。
所述阻尼液为甲基硅油，所述辐照交联助剂包括交联敏化剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、聚乙烯蜡，所述三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、聚乙烯蜡与低密度聚乙烯树脂LDPE的重量份比为3～5:3～5:50～80。
所述发泡剂为AC发泡剂，所述发泡助剂包括滑石粉、聚乙烯蜡、硬脂酸锌，所述滑石粉、聚乙烯蜡、硬脂酸锌与低密度聚乙烯树脂LDPE的重量份比为3～5:1～2:1～2:50～80。
所述阻燃剂包括氢氧化镁、硼酸锌，所述氢氧化镁、硼酸锌与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂的重量份比为80～100:10～20:50～80，所述助剂包括抗氧剂1010、聚乙烯蜡，所述抗氧剂1010、聚乙烯蜡与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂的重量份比为0.5～0.8:2～3:50～80。
一种高分子复合材料的制备方法，依次包括以下步骤：
片材的预制备、先将所有原料按所需比例加入混合机常温捏合，然后排入单螺杆挤出机中挤出成型得到预制片材；
辐照交联、对所述预制片材进行辐照交联，得到交联热固性聚合物片材；
发泡、对所述交联热固性聚合物片材进行发泡即得到复合材料。
所述复合材料的原料组成还包括阻燃母料，其与发泡母料的重量份比为10～15:5～8；
所述发泡母料的原料组成及重量份比为：低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、发泡剂 20～30、发泡助剂 5～9；
所述阻燃母料的原料组成及重量份比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂 50～80、甲基乙烯基硅橡胶20～30、阻燃剂10～20、助剂 5～9；
所述制备方法还包括发泡母料的制备、阻燃母料的制备，所述发泡母料的制备、阻燃母料的制备均位于片材的预制备之前；
所述发泡母料的制备是指：先将低密度聚乙烯树脂LDPE加入混合机中，再按所需比例加入发泡剂和发泡助剂常温捏合，然后排入单螺杆挤出机中造粒即可；
所述阻燃母料的制备是指：先将各原料按所需比例加入混合机中常温捏合，再排入密炼机中密炼，然后将密炼后的物料排入单螺杆挤出造粒机中熔融塑化造粒即可。
所述发泡母料的制备步骤中，单螺杆挤出机的工作温度为：一区70±5℃、二区80±5℃、三区90±5℃、四区90±5℃、五区80±5℃；
所述阻燃母料的制备步骤中，密炼温度为100±5℃，密炼时间为6～8min，单螺杆挤出机的工作温度为：一区90±5℃、二区110±5℃、三区120±5℃、四区140±5℃、五区120±5℃；
所述片材的预制备步骤中，常温捏合的时间为3～5min，单螺杆挤出机的工作温度为：一区70±5℃，二区80±5℃，三区90±5℃，四区90±5℃，五区80±5℃；
所述辐照交联步骤中，辐照剂量为15～18兆拉德；
所述发泡步骤中，发泡温度为280±10℃。
本发明的原理说明如下：
本发明产品是一种功能性复合材料，其具有超强的降噪功能、高阻燃性、高保温性、质量轻，产品无毒无味、环保节能，对人体和环境无害。
本发明产品的降噪方式主要有以下两种：
1、产品内部闭孔发泡结构实现降噪；
2、本发明产品的主要降噪方式。产品经过电子加速器辐照交联形成交联三维网络晶格（参见图1），该交联晶格的长、宽、高分别为0.736nm、0.253nm、0.253nm（按照碳-碳键长为0.154nm和键角为109.5°计算），其大小比一个水分子（直径0.4nm）还要小，因此交联网络中紧密排列的晶格能将阻尼液牢牢束缚在其内部，当有噪音透入到材料内部时，声波的震动被阻尼液吸收，与陶瓷粉、纳米玻璃纤维等摩擦生热剂摩擦生热，迅速将声能转化为热能，使声能衰减；当没有噪音时，阻尼液的温度趋于正常室温，这样反复，具备声能转化为热能的可逆性，实现在持续噪声环境的降噪。
陶瓷粉：本发明所述陶瓷粉具有高隔热保温性能，其在作为摩擦生热剂的同时还是隔热添加剂。
实施例1：
一种高分子复合材料，其原料组成及重量份比包括：发泡母料 7、阻燃母料13、低密度聚乙烯树脂LDPE 65、三元乙丙橡胶EPDM 15、甲基硅油13、陶瓷粉 9、纳米玻璃纤维7、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA 4、聚乙烯蜡4，其中，所述发泡母料的原料组成及重量份比为：低密度聚乙烯树脂LDPE 70、AC发泡剂 25、滑石粉4、聚乙烯蜡1.5、硬脂酸锌1.5，所述阻燃母料的原料组成及重量份比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA树脂65、甲基乙烯基硅橡胶25、氢氧化镁90、硼酸锌15、抗氧剂1010 0.65、聚乙烯蜡2.5。
一种高分子复合材料的制备方法，依次按照以下步骤进行：
发泡母料的制备、先将低密度聚乙烯树脂LDPE加入混合机中，再按所需比例加入发泡剂和发泡助剂常温捏合3min，然后排入单螺杆挤出机中造粒即可，其中，所述单螺杆挤出机的工作温度为：一区70±5℃、二区80±5℃、三区90±5℃、四区90±5℃、五区80±5℃；
阻燃母料的制备、先将各原料按所需比例加入混合机中常温捏合4min，再排入密炼机中100±5℃下密炼8min，然后将密炼后的物料排入单螺杆挤出造粒机中熔融塑化造粒即可，其中，所述单螺杆挤出机的工作温度为：一区90±5℃、二区110±5℃、三区120±5℃、四区140±5℃、五区120±5℃。
片材的预制备、先将所有原料按所需比例加入混合机常温捏合3min，然后排入单螺杆挤出机中挤出成型得到预制片材，其中，所述单螺杆挤出机的工作温度为：一区70±5℃，二区80±5℃，三区90±5℃，四区90±5℃，五区80±5℃；
辐照交联、对所述预制片材在16兆拉德的辐照剂量下进行辐照交联，得到交联热固性聚合物片材；
发泡、对所述交联热固性聚合物片材在270℃下进行发泡即得到复合材料。
实施例2：
与实施例1的不同之处在于：
所述复合材料的原料组成及重量份比包括：发泡母料8、阻燃母料15、低密度聚乙烯树脂LDPE 80、三元乙丙橡胶EPDM 20、甲基硅油15、陶瓷粉10、纳米玻璃纤维8、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA 5、聚乙烯蜡5，其中，所述发泡母料的原料组成及重量份比为：低密度聚乙烯树脂LDPE 80、AC发泡剂30、滑石粉5、聚乙烯蜡2、硬脂酸锌2，所述阻燃母料的原料组成及重量份比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA树脂80、甲基乙烯基硅橡胶30、氢氧化镁100、硼酸锌20、抗氧剂1010 0.8、聚乙烯蜡3。
所述阻燃母料的制备步骤中，密炼时间为6min；
所述片材的预制备步骤中，常温捏合的时间为5min；
所述辐照交联步骤中，辐照剂量为18兆拉德；
所述发泡步骤中，发泡温度为280℃。
实施例3：
与实施例1的不同之处在于：
所述复合材料的原料组成及重量份比包括：发泡母料 5、阻燃母料10、低密度聚乙烯树脂LDPE 50、三元乙丙橡胶EPDM 10、甲基硅油10、陶瓷粉 8、纳米玻璃纤维5、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯TMPTMA 3、聚乙烯蜡3，其中，所述发泡母料的原料组成及重量份比为：低密度聚乙烯树脂LDPE 50、AC发泡剂 20、滑石粉3、聚乙烯蜡1、硬脂酸锌1，所述阻燃母料的原料组成及重量份比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物EVA树脂50、甲基乙烯基硅橡胶20、氢氧化镁80、硼酸锌10、抗氧剂1010 0.5、聚乙烯蜡2。
所述辐照交联步骤中，辐照剂量为15兆拉德；
所述发泡步骤中，发泡温度为290℃。
为检测本发明制备得到的产品的各项性能，进行以下测试：
密度：20～35Kg/m3；
邵氏硬度：15～60A；
发泡倍率：10～40；
导热吸收：小于0.02 W/m•K；
隔音效果：空气声计权隔音量RW不低于40db（GB/T19889.3-2005 声学 建筑和建筑构件隔声测量）。

Claims (10)

1.一种高分子复合材料，其特征在于：
所述复合材料的原料组成及其重量份比包括：发泡母料 5～8、低密度聚乙烯树脂LDPE50～80、三元乙丙橡胶EPDM 10～20、阻尼液 10～15、摩擦生热剂 13～18、辐照交联助剂 6～10；
所述复合材料由上述原料依次通过辐照交联、发泡制备而成。
2.根据权利要求1所述的一种高分子复合材料，其特征在于：
所述摩擦生热剂的原料组成及重量份比为：陶瓷粉 8～10、纳米玻璃纤维5～8。
3.根据权利要求1所述的一种高分子复合材料，其特征在于：
所述发泡母料的原料组成及重量份比为：低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、发泡剂 20～30、发泡助剂 5～9。
4.根据权利要求1所述的一种高分子复合材料，其特征在于：
所述复合材料的原料组成还包括阻燃母料，其与发泡母料的重量份比为10～15:5～8；
所述阻燃母料的原料组成及重量份比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂 50～80、甲基乙烯基硅橡胶20～30、阻燃剂10～20、助剂 5～9。
5.根据权利要求1所述的一种高分子复合材料，其特征在于：所述阻尼液为甲基硅油，所述辐照交联助剂包括交联敏化剂三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、聚乙烯蜡，所述三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯、聚乙烯蜡与低密度聚乙烯树脂LDPE的重量份比为3～5:3～5:50～80。
6.根据权利要求3所述的一种高分子复合材料，其特征在于：所述发泡剂为AC发泡剂，所述发泡助剂包括滑石粉、聚乙烯蜡、硬脂酸锌，所述滑石粉、聚乙烯蜡、硬脂酸锌与低密度聚乙烯树脂LDPE的重量份比为3～5:1～2:1～2:50～80。
7.根据权利要求4所述的一种高分子复合材料，其特征在于：所述阻燃剂包括氢氧化镁、硼酸锌，所述氢氧化镁、硼酸锌与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂的重量份比为80～100:10～20:50～80，所述助剂包括抗氧剂1010、聚乙烯蜡，所述抗氧剂1010、聚乙烯蜡与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂的重量份比为0.5～0.8:2～3:50～80。
8.一种权利要求1所述的高分子复合材料的制备方法，其特征在于：
所述制备方法依次包括以下步骤：
片材的预制备、先将所有原料按所需比例加入混合机常温捏合，然后排入单螺杆挤出机中挤出成型得到预制片材；
辐照交联、对所述预制片材进行辐照交联，得到交联热固性聚合物片材；
发泡、对所述交联热固性聚合物片材进行发泡即得到复合材料。
9.根据权利要求8所述的一种高分子复合材料的制备方法，其特征在于：
所述复合材料的原料组成还包括阻燃母料，其与发泡母料的重量份比为10～15:5～8；
所述发泡母料的原料组成及重量份比为：低密度聚乙烯树脂LDPE 50～80、发泡剂 20～30、发泡助剂 5～9；
所述阻燃母料的原料组成及重量份比为：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物树脂 50～80、甲基乙烯基硅橡胶20～30、阻燃剂10～20、助剂 5～9；
所述制备方法还包括发泡母料的制备、阻燃母料的制备，所述发泡母料的制备、阻燃母料的制备均位于片材的预制备之前；
所述发泡母料的制备是指：先将低密度聚乙烯树脂LDPE加入混合机中，再按所需比例加入发泡剂和发泡助剂常温捏合，然后排入单螺杆挤出机中造粒即可；
所述阻燃母料的制备是指：先将各原料按所需比例加入混合机中常温捏合，再排入密炼机中密炼，然后将密炼后的物料排入单螺杆挤出造粒机中熔融塑化造粒即可。
10.根据权利要求9所述的一种高分子复合材料的制备方法，其特征在于：
所述发泡母料的制备步骤中，单螺杆挤出机的工作温度为：一区70±5℃、二区80±5℃、三区90±5℃、四区90±5℃、五区80±5℃；
所述阻燃母料的制备步骤中，密炼温度为100±5℃，密炼时间为6～8min，单螺杆挤出机的工作温度为：一区90±5℃、二区110±5℃、三区120±5℃、四区140±5℃、五区120±5℃；
所述片材的预制备步骤中，常温捏合的时间为3～5min，单螺杆挤出机的工作温度为：一区70±5℃，二区80±5℃，三区90±5℃，四区90±5℃，五区80±5℃；
所述辐照交联步骤中，辐照剂量为15～18兆拉德；
所述发泡步骤中，发泡温度为280±10℃。
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