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.沈陽化工大學材料科學與工程學院 遼寧沈陽 110142 2.遼寧繼誠環保科技有限公司 遼寧沈陽 110003 3.北新禹王防水科技集團有限公司 遼寧盤錦 223001）

隔音板被廣泛應用在建筑工程、裝備制造以及汽車工業等領域，其主要的功能是阻隔噪音、抑制振動。隨著材料科學的不斷發展，隔音板材料也逐漸從傳統的石棉夾芯板過渡到高分子隔音板。此類隔音板的機理主要是將聲波振動能轉化為分子運動的內能以熱量形式耗散掉，但是這種耗散機制會引起體系溫度的快速上升，溫度的提升不僅會使材料的阻尼隔音性能大幅下降，還會導致材料的老化加速，縮短使用壽命[1]。而壓電材料是一種能夠將外界壓力轉化為電能的功能材料，常見的壓電材料有鋯鈦酸鉛類無機壓電材料和聚偏氟乙烯類有機壓電材料[2]，而近年來有報道稱具有泡孔結構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泡劑對熱塑性聚氨酯進行發泡處理，并經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，并考察了發泡劑對吸聲性和壓電性的影響。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

實驗試劑：聚氨酯（5377A），工業級，拜耳材料科技集團；偶氮二甲酰胺（AC），工業級，湖南長沙恒昌化工有限公司；

測試儀器：動態熱機械曲線測試儀（DMA，Diamond），美國PE公司；吸聲測試系統（SW477型），北京聲望公司。

1.2 實驗方法

泡孔聚氨酯的制備：先將100份的TPU加入反應器中，升溫至170℃使其充分熔融，然后加入計量的AC發泡劑，在強力攪拌的作用下充分混合1min，再將其倒入已預熱至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，放入已預熱好的平板硫化機中在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 結果與討論

2.1 發泡劑含量對阻尼隔音性能的影響

表1為發泡劑含量對隔音性能的影響。由表1可以看出發泡劑的加入使隔音板在2kHz下的吸聲系數明顯升高，并且隨著發泡劑含量的增加吸聲系數也隨之增加，最大吸聲系數達到了0.38，并且頻帶寬度也隨之增長。發泡劑的加入可以使聚合物內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。但是隨著發泡劑含量達到20份，其吸聲系數則迅速下降到0.09，這主要是由于其共振頻率與測試頻率相當產生了明顯共振而降低了吸聲性能。

表1 發泡劑含量對吸聲性能的影響

2.2 發泡劑含量對壓電性能的影響

由于在制備過程中對隔音板進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，發泡劑含量對隔音板壓電的影響見圖1。由圖1可以看出，該隔音板已經具有一定的壓電性，這是由于泡孔聚氨酯在經過壓縮處理后，其內部泡孔由原來的球型變為了“眼狀”結構，再經過極化工藝，使泡孔內部的空氣發生了電離，材料內部電荷按照電場方向進行了定向排列，在外力的作用下引發的材料變形，促使了宏觀偶極距的變化，從而產生了壓電性。因此發泡劑含量的增高，使體系內部泡孔增加，進而壓電性也隨之增加，發泡劑含量為10份時，最大壓電常數（d33）達到20.66Cp/N。但是發泡劑含量過高時，體系內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。研究發現該隔音板具有良好的吸聲效果，但是發泡劑的含量過高時，使吸聲效果變差，而壓電性在發泡劑含量為10份時達到最高。

圖1 泡劑含量對壓電性能的影響