本發(fā)明涉及通用聲屏障材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種多孔硅砂降噪板及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)和交通運輸事業(yè)的發(fā)展以及環(huán)保意識的增強，人們對聲音環(huán)境的要求也越來越高，吸聲降噪正逐漸成為一個有關(guān)高科技、環(huán)境以及人類協(xié)調(diào)發(fā)展急需解決的重要課題。
目前市場上常用的吸聲與隔聲材料，通常防火、耐候、強度、吸聲與隔聲等性能不佳，在應(yīng)用時暴漏出各種各樣的問題。需要研究出一種既能防火、耐候、物理化學(xué)性能優(yōu)良，又滿足吸聲與隔聲要求的新型降噪板。
有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種多孔硅砂降噪板，所述的多孔硅砂降噪板強度高，具有優(yōu)異的耐候性能，并且阻燃性能也很好。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的多孔硅砂降噪板的制備方法，該方法操作簡單，易于實施。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
一種多孔硅砂降噪板，按重量份計，所述降噪板主要由以下原料制成：
砂粒75～85份、硅酸鈉12～18份、硅酸鎂2～4份、硅酸鋰1～3份、活化劑0.1～0.4份；
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉35％～60％、氧化鎂20％～40％、鋁粉15％～20％、玻璃粉5％～15％。
砂粒主要成分為石英或礦物顆粒，其空隙率大，可為吸聲材料提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；
硅酸鹽的作用主要是提供粘結(jié)力以促降噪板的成型，同時賦予硅砂降噪板以阻燃性能和足夠的強度。本發(fā)明提供的硅砂降噪板中砂粒含量較高，為了提供優(yōu)秀粘結(jié)性能且不對吸聲材料的孔隙率造成過多干擾，因此優(yōu)選的硅酸鹽作為成型原料。為強化其成型能力，也可以在其中添加一部分硅酸鹽水泥熟料等作為輔助粘合劑。
硅酸鈉是一種水溶性硅酸鹽，是一種無機黏合劑，其粘結(jié)力強、強度較高，耐酸性、耐熱性好，是硅酸鹽粘合劑的主要成分；
硅酸鎂與其他幾種材料復(fù)合后，具有優(yōu)良的隔熱、防火、抗壓性能，是理想的建筑節(jié)能材料；
硅酸鋰是金屬鋰與硅酸反應(yīng)時生成的一系列的化合物，可與硅酸鈉、硅酸鎂配合形成穩(wěn)固的黏合劑。
具體的，硅酸鹽是以水玻璃的形式作為無機膠合劑起作用的。與有機膠黏劑相比，硅酸鹽膠黏劑具有耐燃性好、耐酸性強、環(huán)保無毒、制備工藝簡單等優(yōu)點，且本發(fā)明提供的硅酸鹽配比耐久性好，膠黏性能強，制成的硅砂降噪板強度高。
所述活化劑可對水玻璃進行改性，增強其性能，降低固化溫度。
優(yōu)選的，按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉40％～50％、氧化鎂25％～35％、鋁粉16％～18％、玻璃粉8％～12％。
硅酸鹽膠黏劑雖然存在著各種優(yōu)點，但其缺點也比較突出，即粘結(jié)強度低。針對其此缺點，本發(fā)明通過活化劑的方法對其進行改性以使其具有優(yōu)秀的粘結(jié)強度和耐水性能。
硅酸鹽膠黏劑在脫水固化的過程中，硅酸鹽的自由羥基會與固化劑(在本發(fā)明中，為砂粒中的氧化硅)以及活化劑融合形成以固化劑為核心的類似陶瓷的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
其中，銅粉在固化過程中會被氧化成CuO，而CuO可有效增強膠黏劑的剪切強度，且CuO還可以有效降低固化溫度以及固化時間；
鋁粉同樣會被氧化成Al2O3，還會生成一部分的Al(OH)3；鋁粉和氧化鎂的添加量均是與銅粉的添加量相適應(yīng)的，可用來增加硅酸鹽膠黏劑的耐候性及剪切強度；
玻璃粉末為無機定型硬質(zhì)顆粒，生產(chǎn)中使用原料為PbO、SiO2、TiO2等電子級原料混勻后，再高溫進行固相反應(yīng)，形成無序結(jié)構(gòu)的玻璃均質(zhì)體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，可用于增加硅酸鹽膠黏劑的耐候性及耐腐蝕性。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂降噪板，所述硅酸鈉為4模硅酸鈉。
硅酸鈉的分子式為Na2O·nSiO2，石英砂和堿的配合比例即SiO2和Na2O的摩爾比決定著硅酸鈉的模數(shù)n，模數(shù)即顯示硅酸鈉的組成，模數(shù)是硅酸鈉的重要參數(shù)，一般在1.5～3.5之間。模數(shù)越大，固體硅酸鈉越難溶于水，n為1時常溫水即能溶解，n加大時需熱水才能溶解，n大于3時需4個大氣壓以上的蒸汽才能溶解。硅酸鈉模數(shù)越大，氧化硅含量越多，硅酸鈉粘度增大，易于分解硬化，粘結(jié)力增大，因此不同模數(shù)的硅酸鈉有著不同的用處。
本發(fā)明一方面需要盡量減少粘合劑的添加量，一方面又不能妥協(xié)吸聲材料的強度，因此優(yōu)選采用了4模硅酸鈉與既定配比的硅酸鎂及硅酸鋰配合，有效的增加了膠黏的強度。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂降噪板，所述砂粒的粒徑為40～300目。
吸聲材料多是一些多孔材料，當(dāng)聲波進入多孔材料的孔隙中，引起空隙間空氣分子、纖維振動，由于空氣與孔隙的摩擦阻力、空氣的粘滯阻力、熱傳導(dǎo)等作用，使大部分聲能變?yōu)闊崮芎纳ⅲ鸬轿曌饔?。一般密度小、孔隙多的材料，吸聲效果好；結(jié)構(gòu)緊密、光滑、堅硬的材料，吸聲效果差。由于以上原因，砂粒的粒徑對噪聲的吸收效果有著重要的影響。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂降噪板，所述降噪板包括基層、中間層和面層；
在所述基層中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照(4～6):1的重量比例混配而成。
所述砂粒的粒徑為250～300目；
在所述中間層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：(4～6)的重量比例混配而成；
在所述面層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：(6～8)的重量比例混配而成。
一般硅砂降噪板對于高頻聲音的吸收較好，但對低頻聲音的吸收效果較差。低頻聲音的吸聲性隨著材料的厚度增加而增加，因而通常采用增加厚度的方式增強對低頻噪音的吸收能力。本發(fā)明將不同孔隙的三層結(jié)構(gòu)形成多孔硅砂降噪板，當(dāng)聲波入射到硅砂板后，聲波在多角度的入射情況下在板內(nèi)砂粒之間穿越，特定頻率的聲波在砂粒之間穿越時相互干涉消耗聲能，稱之為相位型吸聲。此種工藝制成的板材，因為具有較高的面密度，又具有較高的隔聲量。具有吸聲與隔聲的雙重特點，實現(xiàn)吸隔聲于一體的降噪目的。
在本申請中，基層、中間層和面層的區(qū)別僅僅是砂粒的粒徑不同，其成分配比及制備方法都是一樣的，原料組成均按照上述的方式進行設(shè)置。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂降噪板，所述多孔硅砂降噪板的厚度為18mm～22mm。
此種工藝制成的板材，密度通常為1500～1800kg/m3，通常制備的板厚為18mm～22mm，面密度為30～36kg/mm2。因為多孔硅砂降噪板具有較高的面密度，所以除了具有強吸聲的特點外，還具有較高的本體隔聲量。也就是說多孔硅砂降噪板制備而成的聲屏障具有吸聲與隔聲的雙重特點，實現(xiàn)吸隔聲于一體的降噪目的。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂降噪板，所述基層、中間層和面層的厚度比為(2～6)：(10～15)：1。
降噪板不同層面的厚底與孔隙對其吸聲降噪能力有著決定性的影響。
如上所述的多孔硅砂降噪板的制備方法，包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，加熱固化成型。
該制備方法簡單易行，利于操作。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂降噪板的制備方法，在步驟1)中，所述水玻璃的制備方法為：
將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰加入35～45重量份的水中，在6～8個大氣壓進行壓蒸反應(yīng)制成水玻璃。
由于本發(fā)明中采用高模硅酸鈉作為膠黏劑的主要成分，而模數(shù)越大，粘結(jié)力增大，但同時其溶解度也不斷降低，因而采用6～8個大氣壓進行壓蒸反應(yīng)以促進硅酸鹽的溶解。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂降噪板的制備方法，在步驟2)中，所述加熱固化成型的條件為：
200℃～250℃固化40min～80min。
由于活化劑的加入，本發(fā)明的固化溫度和固化時間得以降低，在此溫度下固化得到的降噪板強度高、耐剪切性能好。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
1)、本發(fā)明提供的多孔硅砂降噪板由不同粒徑的砂粒與特定配比的硅酸鹽及活化劑按照其特定比例混合后固化而成。砂粒通過硅酸鹽采用特定工藝粘接在一起時，砂粒之間天然地形成了大量的、不規(guī)則的、相互連通的微小孔隙。通過此制作工藝，砂粒粒徑與成型方式均可精確地調(diào)控，進而確定了內(nèi)部孔隙的大小及排列方式，由此生產(chǎn)出各種不同流阻與吸聲特性的降噪板。
2)、一般硅砂降噪板對于高頻聲音的吸收較好，但對低頻聲音的吸收效果較差。低頻聲音的吸聲性隨著材料的厚度增加而增加，因而通常采用增加厚度的方式增強對低頻噪音的吸收能力。本發(fā)明將不同孔隙的三層結(jié)構(gòu)形成多孔硅砂降噪板，當(dāng)聲波入射到硅砂板后，聲波在多角度的入射情況下在在板內(nèi)砂粒之間橫向穿越傳播時形成有針對性的相位干涉消聲板內(nèi)砂粒之間穿越，特定頻率的聲波在砂粒之間穿越時相互干涉消耗聲能，稱之為相位型吸聲。此種工藝制成的板材，因為具有較高的面密度，又具有較高的隔聲量。具有吸聲與隔聲的雙重特點，實現(xiàn)吸隔聲于一體的降噪目的。
3)、本發(fā)明提供了一種新型水玻璃活化劑，所述活化劑與特定配比的硅酸鹽配合，黏合效果好，強度高，還具有阻燃性能和耐候性能，且不對材料本身的吸聲效果造成影響。
具體實施方式
下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
實施例1
一種多孔硅砂降噪板，按重量份計，所述降噪板主要由以下原料制成：
砂粒75份、硅酸鈉12份、硅酸鎂4份、硅酸鋰1份、活化劑0.1份；
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉35％、氧化鎂40％、鋁粉20％、玻璃粉5％。
其制備方法為包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，加熱固化成型。
實施例2
一種多孔硅砂降噪板，按重量份計，所述降噪板主要由以下原料制成：
砂粒85份、4模硅酸鈉18份、硅酸鎂2份、硅酸鋰3份、活化劑0.4份；
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉60％、氧化鎂20％、鋁粉10％、玻璃粉10％。
其制備方法為包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰加入35重量份的水中，在6～8個大氣壓進行壓蒸反應(yīng)制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，根據(jù)不同層的厚度，于200℃～250℃固化40min～80min成型。
具體的，所述降噪板厚度為18mm，在成型時包括基層、中間層和面層三層，所述基層、中間層和面層的厚度比為2：10：1。
在所述基層中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照4:1的重量比例混配而成；
在所述中間層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：4的重量比例混配而成；
在所述面層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：8的重量比例混配而成。
實施例3
一種多孔硅砂降噪板，按重量份計，所述降噪板主要由以下原料制成：
砂粒80份、4模硅酸鈉15份、硅酸鎂3份、硅酸鋰2份、活化劑0.3份；
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉40％、氧化鎂35％、鋁粉17％、玻璃粉8％。
其制備方法為包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰加入45重量份的水中，在6～8個大氣壓進行壓蒸反應(yīng)制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，根據(jù)不同層的厚度，于200℃～250℃固化40min～80min成型。
具體的，所述降噪板厚度為22mm，在成型時包括基層、中間層和面層三層，所述基層、中間層和面層的厚度比為2：15：1。
在所述基層中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照6:1的重量比例混配而成；
在所述中間層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：6的重量比例混配而成；
在所述面層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：6的重量比例混配而成。
實施例4
一種多孔硅砂降噪板，按重量份計，所述降噪板主要由以下原料制成：
砂粒80份、4模硅酸鈉15份、硅酸鎂3份、硅酸鋰2份、活化劑0.2份；
按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉50％、氧化鎂25％、鋁粉16、玻璃粉9％。
其制備方法為包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰加入40重量份的水中，在6～8個大氣壓進行壓蒸反應(yīng)制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，根據(jù)不同層的厚度，于200℃～250℃固化40min～80min成型。
具體的，所述降噪板厚度為20mm，在成型時包括基層、中間層和面層三層，所述基層、中間層和面層的厚度比為4：13：1。
在所述基層中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照5:1的重量比例混配而成；
在所述中間層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：5的重量比例混配而成；
在所述面層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：7的重量比例混配而成。
實驗例1
以實施例4為基礎(chǔ)設(shè)計對比例：
對比例1：將所述降噪板設(shè)置為20mm厚，單層；且砂粒的目數(shù)在40～300目內(nèi)自由分布，其余設(shè)置方式與實施例4相同。
對比例2：將所述降噪板設(shè)置為20mm厚，單層；砂漿中所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1:5的重量比例混配而成。
對比例3：將所述降噪板設(shè)置為20mm厚，三層，且各層厚度與實施例4一致；不同之處在于，在所述基層中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照2:1的重量比例混配而成；在所述中間層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1:2的重量比例混配而成；在所述面層中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：4的重量比例混配而成。
檢測實施例2～4及對比例1～3在不同聲音頻率下的吸聲能力，結(jié)果如表1所示。
表1不同頻率下吸聲能力比較
從上表可知，本發(fā)明所采用的分層方式，及不同層中砂粒的粒徑比例對降噪板的吸聲能力影響非常大，特別是對于500Hz以下的偏低頻的噪音吸收能力的影響尤為顯著。
檢測實施例2～4及對比例1～3在不同聲音頻率下的隔聲能力，結(jié)果如表1所示。
表2不同頻率下隔聲能力比較
從上表可知，實施例2～4制備的降噪板的隔聲能力差距不大，且相對于對比例1～3有一定幅度的提升。
實驗例2
以實施例4為基礎(chǔ)設(shè)計對比例4，不同之處在于對比例4中未添加活化劑，適應(yīng)的將固化條件改為460℃～550℃固化80min～120min。
對實施例2～4及對比例4制得的降噪板的各項性能進行檢測，結(jié)果如表3所示。
表3性能參數(shù)
由表3可知，本發(fā)明各實施例提供的多孔硅砂降噪板，均具有優(yōu)秀的防火能力，環(huán)保性能、濕脹率及抗紫外線的能力也都非常好，且強度高，耐候性好。而對比例4由于未添加活化劑，機械強度、耐候性等性能都有大幅度的降低。
最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。