一种隔音、防火、隔热熔喷布及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及隔音材料领域，进一步地说，是涉及一种隔音、防火、隔热熔喷布及其制备方法和应用。

背景技术

城市噪声主要来源于交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声、社会生活噪声等，对于居民的干扰和危害日益严重，已经成为城市环境的一大公害。

现有的隔音或吸声材料多采用提升厚度或降低面密度以增加材料内微小孔洞的数量等方法降噪吸声，材料内微小的孔洞或腔体使声波在穿过吸声材料时震动微孔内的空气，从而将声能转变为热能，达到吸声的目的。

聚酯吸音棉，是一种隔音装置的理想材料，但聚酯吸音棉的吸音性在125—4000HZ噪声范围，对中高音频的噪声吸收效果较好，而对低音频30-150HZ的吸收效果较差。同时，其易燃，以及吸水和隔热性能差等，妨碍了使用。

发明内容

为解决现有技术中出现的问题，本发明提出了一种隔音、防火、隔热熔喷布及其制备方法和应用。本发明的隔音、防火、隔热熔喷布的吸音效果好，通过在聚酯表面喷涂二氧化硅气凝胶粉体，利用二氧化硅气凝胶粉体的多孔特性，进一步拓宽吸音的频率范围，对低音频也能有好的吸收效果，从而提高隔音性能；同时提高了其防火、隔热性能。

本发明的目的之一是提供一种隔音、防火、隔热熔喷布的制备方法，将PET聚酯熔融后进入熔喷设备中熔喷，同时将二氧化硅气凝胶粉体喷涂到喷出后的PET纤维表面，经冷却收集即得所述隔音、防火、隔热熔喷布。

优选的，所述二氧化硅气凝胶粉体的平均粒径范围为5-9um，且最大粒径不超过10um。

优选的，所述二氧化硅气凝胶粉体的孔径范围为20-30nm。

优选的，所述牵引气流的气流速度为10000-12000m/min，所述牵引气流的气流温度为290℃，所述牵引气流的气流压力为0.14-0.18Mpa。

优选的，所述隔音、防火、隔热熔喷布的面密度为300g/m

优选的，采用单螺杆挤出机挤出熔融，加热温度为260～270℃。

优选的，所述隔音、防火、隔热熔喷布中二氧化硅气凝胶粉体的含量为1.5wt％-3wt％。

优选的，所述二氧化硅气凝胶粉体的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备硅源和溶剂的混合溶液

取模数为2.8的硅酸钠装入反应釜中，加入硅酸钠质量3倍的去离子水进行稀释，反应釜以240转/分钟的速度搅拌30分钟，经200目筛过滤，得到硅酸钠溶液；

（2）溶胶

取硝酸，加水，浓度稀释至15 mol/L，在硝酸中加入硝酸铝和硝酸钇，混合均匀后，以液下注入（多个计量泵同时注入）的方式加入至步骤（1）得到的硅酸钠溶液；整个加料时长控制在20分钟，搅拌速度为300转/分，控制硅酸钠溶液的pH值为2.5，得到溶胶；所述硝酸铝和硝酸钇以氧化物计，两者的摩尔比是100：4；硝酸铝的氧化物和硅酸钠中氧化硅的摩尔比4：100；

（3）凝胶

取氢氧化钠或氨水，加入去离子水稀释至pH值为11，以喷淋的方式加入至反应釜中；喷淋的同时以1800转/分的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，当反应釜内物料的pH值为5.5时，终止喷淋，得到凝胶；

（4）老化

反应釜内以30转/分的速度继续搅拌20小时，对反应釜内的物料进行老化，控制反应釜内物料温度为15-20摄氏度；

（5）溶剂置换

在反应釜内进行持续搅拌90分钟，同时加入与步骤（4）反应釜内老化物料同体积的置换溶剂正己烷，以置换出剩余的水分；

（6）表面修饰

在反应釜内进行持续搅拌，同时继续加入与步骤（4）反应釜内老化物料同体积的偶联剂苯基三乙氧基硅烷；经过搅拌80分钟，得到包覆有置换溶剂正己烷和偶联剂苯基三乙氧基硅烷的硅气凝胶前驱体；

（7）干燥

将硅气凝胶前驱体放入干燥釜，在干燥釜内充入氮气赶氧，直至干燥釜内氧含量小于3%，然后对干燥釜内的物料进行微波真空干燥，微波时间70分钟，微波频率2450MHZ，干燥釜内负压0.1MPa，温度为100摄氏度，干燥后制得固态粉末状的硅气凝胶；然后将硅气凝胶进行研磨，从而使二氧化硅气凝胶粉体的平均粒径范围为5-9um，且最大粒径不超过10um。

优选的，步骤(1)-(3)中的物料反应温度为15-20摄氏度。

本发明的目的之二是提供本发明的目的之一的制备方法制备的隔音、防火、隔热熔喷布。

本发明的目的之三是提供本发明的目的之二的隔音、防火、隔热熔喷布的应用。

有益效果：

本发明的隔音、防火、隔热熔喷布不仅有更好的吸音效果，还能减轻隔音、防火、隔热熔喷布的重量，以及提高隔音、防火、隔热熔喷布的阻燃效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。

实施例1

硅气凝胶粉体的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备硅源和溶剂的混合溶液

取模数为2.8的硅酸钠装入反应釜中，加入硅酸钠质量3倍的去离子水进行稀释，反应釜以240转/分钟的速度搅拌30分钟，经200目筛过滤，得到硅酸钠溶液；

（2）溶胶

取硝酸，加水，浓度稀释至15 mol/L，在硝酸中加入硝酸铝和硝酸钇，混合均匀后，以液下注入（多个计量泵同时注入）的方式加入至步骤（1）得到的硅酸钠溶液；整个加料时长控制在20分钟，搅拌速度为300转/分，控制硅酸钠溶液的pH值为2.5，得到溶胶；所述硝酸铝和硝酸钇以氧化物计，两者的摩尔比是100：4；硝酸铝的氧化物和硅酸钠中氧化硅的摩尔比4：100；

(3)凝胶

取氢氧化钠或氨水，加入去离子水稀释至pH值为11，以喷淋的方式加入至反应釜中；喷淋的同时以1800转/分的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，当反应釜内物料的pH值为5.5时，终止喷淋，得到凝胶；

（4）老化

反应釜内以30转/分的速度继续搅拌20小时，对反应釜内的物料进行老化，控制反应釜内物料温度为17摄氏度；

（5）溶剂置换

在反应釜内进行持续搅拌90分钟，同时加入与步骤（4）反应釜内老化物料同体积的置换溶剂正己烷，以置换出剩余的水分；

（6）表面修饰

在反应釜内进行持续搅拌，同时继续加入与步骤（4）反应釜内老化物料同体积的偶联剂苯基三乙氧基硅烷；经过搅拌80分钟，得到包覆有置换溶剂正己烷和偶联剂苯基三乙氧基硅烷的硅气凝胶前驱体；

（7）干燥

将硅气凝胶前驱体放入干燥釜，在干燥釜内充入氮气赶氧，直至干燥釜内氧含量小于3%，然后对干燥釜内的物料进行微波真空干燥，微波时间70分钟，微波频率2450MHZ，干燥釜内负压0.1MPa，温度为100摄氏度，干燥后制得固态粉末状的硅气凝胶。上述制备方法中步骤(1)-(3)中的物料反应温度为17摄氏度。

然后将硅气凝胶进行研磨，从而使二氧化硅气凝胶粉体的平均粒径为7um，且最大粒径不超过10um。

实施例2

其与实施例1的制备方法基本相同，区别在于实施例2中步骤(1)-(3)中的物料反应温度为20摄氏度，步骤（4）老化时，控制反应釜内物料温度为20摄氏度。

然后将硅气凝胶进行研磨，从而使二氧化硅气凝胶粉体的平均粒径为9um，且最大粒径不超过10um。

实施例3

其与实施例1的制备方法基本相同，区别在于实施例2中步骤(1)-(3)中的物料反应温度为15摄氏度，步骤（4）老化时，控制反应釜内物料温度为15摄氏度。

然后将硅气凝胶进行研磨，从而使二氧化硅气凝胶粉体的平均粒径为5um，且最大粒径不超过10um。

实施例1-3制备的二氧化硅气凝胶粉体的孔径范围为20-30nm。

实施例4

一种隔音、防火、隔热熔喷布的制备方法，将PET聚酯熔融后进入熔喷设备中熔喷，采用单螺杆挤出机挤出熔融，加热温度为260℃；同时将二氧化硅气凝胶粉体（采用实施例1制备的二氧化硅气凝胶粉体）喷涂到喷出后的PET纤维表面，其中，把二氧化硅气凝胶粉体装入安装在螺杆挤出机高速热空气流管道上的储料斗中，将聚酯在螺杆挤出机中按常规工艺熔融、挤出和在高速热空气流下牵引拉伸，同时利用高速热空气流所产生的负压作用使所述二氧化硅气凝胶粉体也进入高速热空气流中，并使其在模头喷嘴处均匀地黏附在热粘性熔喷纤维的表面，牵引气流的气流速度为10000m/min，所述牵引气流的气流温度为290℃，所述牵引气流的气流压力为0.14Mpa；随后冷却成型，收集（收集速度根据面密度需求可调），即可制成所述隔音、防火、隔热熔喷布。

经过上述制备方法制备的隔音、防火、隔热熔喷布中隔音、防火、隔热熔喷布的面密度为600g/m

实施例5

一种隔音、防火、隔热熔喷布的制备方法，将PET聚酯熔融后进入熔喷设备中熔喷，采用单螺杆挤出机挤出熔融，加热温度为270℃；同时将二氧化硅气凝胶粉体（采用实施例1制备的二氧化硅气凝胶粉体）喷涂到喷出后的PET纤维表面，其中，把二氧化硅气凝胶粉体装入安装在螺杆挤出机高速热空气流管道上的储料斗中，将聚酯在螺杆挤出机中按常规工艺熔融、挤出和在高速热空气流下牵引拉伸，同时利用高速热空气流所产生的负压作用使所述二氧化硅气凝胶粉体也进入高速热空气流中，并使其在模头喷嘴处均匀地黏附在热粘性熔喷纤维的表面，牵引气流的气流速度为12000m/min，所述牵引气流的气流温度为290℃，所述牵引气流的气流压力为0.18Mpa；随后冷却成型，收集（收集速度根据面密度需求可调），即可制成所述隔音、防火、隔热熔喷布。

经过上述制备方法制备的隔音、防火、隔热熔喷布中隔音、防火、隔热熔喷布的面密度为300g/m

实施例6

一种隔音、防火、隔热熔喷布的制备方法，将PET聚酯熔融后进入熔喷设备中熔喷，采用单螺杆挤出机挤出熔融，加热温度为265℃；同时将二氧化硅气凝胶粉体（采用实施例1制备的二氧化硅气凝胶粉体）喷涂到喷出后的PET纤维表面，其中，把二氧化硅气凝胶粉体装入安装在螺杆挤出机高速热空气流管道上的储料斗中，将聚酯在螺杆挤出机中按常规工艺熔融、挤出和在高速热空气流下牵引拉伸，同时利用高速热空气流所产生的负压作用使所述二氧化硅气凝胶粉体也进入高速热空气流中，并使其在模头喷嘴处均匀地黏附在热粘性熔喷纤维的表面，牵引气流的气流速度为11000m/min，所述牵引气流的气流温度为290℃，所述牵引气流的气流压力为0.16Mpa；随后冷却成型，收集（收集速度根据面密度需求可调），即可制成所述隔音、防火、隔热熔喷布。

经过上述制备方法制备的隔音、防火、隔热熔喷布中隔音、防火、隔热熔喷布的面密度为450g/m

实施例7

一种隔音、防火、隔热熔喷布的制备方法，将PET聚酯熔融后进入熔喷设备中熔喷，采用单螺杆挤出机挤出熔融，加热温度为265℃；同时将二氧化硅气凝胶粉体（采用实施例1制备的二氧化硅气凝胶粉体）喷涂到喷出后的PET纤维表面，其中，把二氧化硅气凝胶粉体装入安装在螺杆挤出机高速热空气流管道上的储料斗中，将聚酯在螺杆挤出机中按常规工艺熔融、挤出和在高速热空气流下牵引拉伸，同时利用高速热空气流所产生的负压作用使所述二氧化硅气凝胶粉体也进入高速热空气流中，并使其在模头喷嘴处均匀地黏附在热粘性熔喷纤维的表面，牵引气流的气流速度为11500m/min，所述牵引气流的气流温度为290℃，所述牵引气流的气流压力为0.17Mpa；随后冷却成型，收集（收集速度根据面密度需求可调），即可制成所述隔音、防火、隔热熔喷布。

经过上述制备方法制备的隔音、防火、隔热熔喷布中隔音、防火、隔热熔喷布的面密度为500g/m

对比例1

其于实施例6隔音、防火、隔热熔喷布的原料和制备工艺相同，区别仅在于，二氧化硅气凝胶粉体的平均孔径为50nm。经过上述制备方法制备的隔音、防火、隔热熔喷布中隔音、防火、隔热熔喷布的面密度为500g/m。

对比例2

其于实施例6隔音、防火、隔热熔喷布的制备工艺相同，区别仅在于，使隔音、防火、隔热熔喷布原料中不含二氧化硅气凝胶粉体，经过上述制备方法制备的隔音、防火、隔热熔喷布中隔音、防火、隔热熔喷布的面密度为700g/m

对比例3

其于实施例6隔音、防火、隔热熔喷布的原料和制备工艺相同，区别仅在于，二氧化硅气凝胶粉体的平均粒径为20um。经过上述制备方法制备的隔音、防火、隔热熔喷布中隔音、防火、隔热熔喷布的面密度为550g/m

将本发明实施例4-7和对比例1-3的隔音、防火、隔热熔喷布进行阻燃效果和吸音效果测试。吸音效果的测试方法为GB/T18696 .2-2002，耐冲击次数是指采用冲击强度为5KJ/m

表1隔音、防火、隔热熔喷布的性能数据

通过上述数据的对比可以看出，本发明的隔音、防火、隔热熔喷布在低音频处的吸引效果明显提高。

本发明的隔音、防火、隔热熔喷布只有在合适的二氧化硅气凝胶粉体的孔径和粒径下，才能在聚酯纤维上牢固附着。

本发明的隔音、防火、隔热熔喷布相对于聚酯纤维，阻燃效果明显提高。

本发明的隔音、防火、隔热熔喷布相对于聚酯纤维，减重效果明显提高。

本发明的隔音、防火、隔热熔喷布可以用在汽车内饰中隔音，也可以用在地铁等隔音中。