一种吸收宽频段噪音的多层材料

技术领域

本发明属于吸声材料领域，涉及静电纺丝和橡胶加工技术，具体为一种具有多层吸声结构的高分子毡，满足家庭等环境的隔音需求。

背景技术

当前，市面上的聚氨酯类吸声材料，以高孔隙率的泡沫形态居多，通常存在中低频吸声效果较差的缺点，而在家庭、校园、工厂等环境下，中低频噪声往往是不可忽视的噪声污染源；此外，材料厚度难以减小等问题，导致在应用中难以取得吸声效率和空间占用率的平衡。部分设计人员将聚氨酯泡沫与橡胶材料进行结合，如中国专利CN203895110U和CN203895111U，一定程度上弥补了其中低频吸声表现的不足，但仍存在单位厚度的材料吸声系数偏低的问题。

静电纺丝技术，自20世纪被发明以来，由于具有装置简易、成本低廉、参数可控、纺丝对象多样等优点，已成为制备纳米纤维材料的主要途径之一。基于静电纺丝技术独特的成本、技术参数优势，以静电纺丝技术制备的多孔材料产品在市场中开始出现。其中，静电纺丝多孔纤维吸声材料的发展也尤为快速，相比于传统的吸声材料，静电纺丝多孔纤维直径更小，微观结构可控，且生产流程相对简单，成本和效率可以取得较好的平衡。根据相关文献，聚氨酯纳米纤维构成的吸声材料可在1000Hz-5000Hz的宽广频率范围内实现较好的吸声效果。

静电纺丝技术在吸声材料领域已经有所应用。例如中国专利CN107142557B公布了一种静电纺丝法制备的沸石-碳复合纤维，该复合纤维以聚丙烯腈和聚丙烯酸酯的溶液静电纺丝纤维为基础，通过高温煅烧，沸石则分布于微观孔隙之间，其结构稳定，力学和声学表现良好，但工艺较复杂，成本较高。在中国专利CN111376553B中公布了一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵及其制备方法，将聚合物/互穿网络型粘结剂复合纺丝溶液进行三段式静电纺丝，得到复合纤维吸音海绵，吸声系数约0.45～0.6。该种方法加工原材料为聚苯乙烯、聚砜、聚偏氟乙烯等，往往是成本较高的聚合物。

金属有机框架(MOFs)材料是快速发展的新兴材料。金属有机框架材料往往疏松多孔，且作为增强相时能够分布于多孔的基体材料中，使声波在孔隙间的散耗、反射进一步增强。此外，还具有合成简单、成本低廉、理化性质稳定等优势，在吸声领域已经有所应用。中国专利CN106875934A和CN113903320A均通过将颗粒或粉末状的MOFs材料填充入发声装置的空腔中的方式，保障其声学设备的正常工作；中国专利CN115725111A将MOFs材料添加入纺丝液中，随后进行静电纺丝，得到吸声效果良好的纤维材料，然而，这一设计将对静电纺丝工艺参数有较为严格的要求，会降低静电纺丝的效率和良品率。

橡胶则是一种高阻尼、生产成熟的常见高分子材料，其作为一种吸声材料被广泛应用。橡胶的高阻尼特性使其易于在100-800Hz声波的作用下发生共振，从而使声波能量以热散失的形式转化，实现吸收噪声的效果。其中，溴化丁基橡胶因具有良好的稳定性、耐久性、经济性而得到关注。然而，橡胶表面往往易被磨损，且橡胶的共振吸声特性对于1000Hz以上的声波而言效果并不明显。针对以上这些问题，为了解决市场上的吸声材料产品存在的种种不足之处，我们发明了一种利用多种材料固有物理性质，在较宽频率范围实现高吸声效率的多层材料。

发明内容

为实现上述目的，本发明一种吸收宽频段噪音的多层材料，采用的技术方案如下：

它包括溴化丁基橡胶泡沫层、聚氨酯纤维层、铝箔；其中，聚氨酯纤维层分上下两层；所述上层聚氨酯纤维层、溴化丁基橡胶泡沫层、下层聚氨酯纤维层和铝箔从上向下依次通过胶黏方式结合到一起。胶黏所用的胶黏剂为丙烯酸类、聚氨酯类胶黏剂；所述的上、下聚氨酯纤维层，厚度均为8mm±1mm；所述的溴化丁基橡胶泡沫层厚度为5mm±0.5mm；所述的铝箔，厚度100-200μm；聚氨酯纤维层由静电纺丝工艺制备而成，纤维直径100-300nm，孔隙率90％以上，其纤维间分布有金属有机框架材料颗粒；所述的溴化丁基橡胶泡沫层由溴化丁基橡胶经过发泡工艺制备，孔隙率80％以上。

上下两层聚氨酯纤维层均由静电纺丝工艺制备而成，其制备方法包括如下步骤：

步骤一：将聚氨酯溶解于溶剂A中形成纺丝溶液；

步骤二：纺丝溶液经静电纺丝制备为聚氨酯纤维毡；

步骤三：将聚氨酯纤维毡在室温下含有氯乙酸钠的溶液中浸泡2小时；取出后，用大量水冲洗，然后用乙酸水溶液浸泡10分钟。随后，使其在室温空气中干燥10h；

步骤四：将步骤三所得聚氨酯纤维毡浸入含Cu(II)的乙醇/水溶液中，

30分钟后浸入1,3,5-苯三甲酸(BTC)乙醇/水溶液处理10分钟，用去离子水彻底冲洗该聚氨酯纤维毡。该步骤重复三次，干燥后即得所需聚氨酯纤维层，其纤维间分布有金属有机框架材料颗粒。

步骤一中，所述溶剂A包括去离子水、丙酮、四氢呋喃、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺和乙酸乙酯中的一种或者几种；聚氨酯纺丝溶液浓度为10-16wt％；

步骤二中，纺丝电压为15-30kV，纺丝距离为15-20cm，温度为20-25℃，环境湿度为20％-50％。

步骤三中，所述氯乙酸钠溶液浓度为0.1mol/L；乙酸水溶液的浓度为2.0g/L。

步骤四中，所述含Cu(II)的乙醇/水溶液为硝酸铜三水合物(Cu(NO

多层材料的整体厚度和每一层的厚度对吸声效果均有显著影响，上述四层材料的厚度是在总厚度一定的情况下优化后的数值，且目前的总厚度经实验验证具有高的吸声效率。

根据本发明内容，与现有技术相比具有以下优点：

(1)质量更轻，一定厚度的材料隔声量更大；

(2)柔软、易于折叠，运输方便，能在不同环境条件下安装使用；

(3)该吸声材料成本可控，工艺简单稳定；

本发明的吸声材料为多层结构；声波反射材料铝箔安全且廉价，反射声波的功能已经得到市场验证。本发明的多层材料能够吸收较宽频率范围的噪声，较普通声学泡沫强度更高，结构更稳定。

附图说明

图1为本发明实施例吸收宽频段噪音的多层材料的结构示意图；

图中：1、上层聚氨酯纤维层；2、溴化丁基橡胶泡沫层；3、下层聚氨酯纤维层；4、铝箔。