高阻燃性輕質PVC基隔音材料及其制備方法與流程

本發明涉及一種PVC材料及其制備工藝，特別涉及一種高阻燃性PVC基隔音材料及其制備方法。

背景技術：

隔音材料是將空氣中傳播的噪音隔絕、隔斷或分離的一類材料，主要應用于建筑、軌道交通、船舶、航空航天等領域。隔音材料要減弱投射聲能，阻擋聲音的傳播，因此要求該材料要有較高的密度。目前市場上的隔音材料多為聚合物-重質填料復合材料，重質填料的加入賦予其高面密度，因而具有良好的隔音性能；而且該類材料具有低價格、易成型、尺寸穩定性好等優勢，因而具有廣泛的應用前景。

一般來說，在聚合物中添加越多的重質填料，所得到的聚合物-重質填料復合材料的密度就越大，復合材料的隔音性能也就越好。但隨著各個領域“輕量化”技術的發展，質量輕的功能材料越來越受到重視。以汽車領域為例，有研究數字顯示，若汽車整車重量降低10％，燃油效率可以提高6％-8％。因此，發展兼顧輕質量以及高隔音性能的隔音材料有著重要意義。

目前隔音材料所用基材有PVC、EPDM、EVA、SBS等，除PVC外，其他基材都屬于易燃材料。而在隔音材料應用的各個領域，都對材料的阻燃性能有著嚴格的要求。例如，建筑材料阻燃標準GB8624-2012要求建筑領域使用的隔音材料需要達到難燃級別B1；歐盟軌道交通阻燃標準EN45545對軌道交通用材料的熱釋放、煙密度、熱輻射通量等參數都有著嚴格的要求，無法滿足該標準的材料將被限制使用。

由上可見，現有技術一般通過添加大量重質填料來提高材料的隔音性能，這與輕量化發展趨勢相違背。此外，聚合物基材料一般易燃，因此還需要添加大量阻燃劑進行阻燃，但即使如此，也很難達到特定領域應用要求的阻燃標準。如何得到一種阻燃性能好、質量輕以及隔音性能更好的高阻燃性輕質隔音材料是本領域人員需要解決的技術難題。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種密度較低、可滿足輕量化需求、阻燃性能好、生產成本低、且隔音性能優異的高阻燃性輕質PVC基隔音材料，還相應提供一種該高阻燃性輕質PVC基隔音材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種高阻燃性輕質PVC基隔音材料，所述高阻燃性輕質PVC基隔音材料包含多層疊加復合結構，所述多層疊加復合結構是指由 PVC隔音層與PVC發泡層經交替疊合而成的多層結構。

上述技術方案中，該多層結構在保持隔音材料良好的隔音性能的同時，發泡層的存在降低了材料的整體質量，而且發泡層能夠在燃燒過程中生成多孔炭層，該多孔炭層相比普通PVC層形成的炭層具有更好的隔熱隔氧的作用，因此能有效提高隔音材料的阻燃性能。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述多層疊加復合結構中包含的PVC隔音層與PVC發泡層的層數之和為2ⁿ⁺¹層，1≤n≤8；優選2≤n≤5(即所述PVC隔音層與PVC發泡層的層數之和最優選為8層、16層、32層和64層)。層數對本發明高阻燃性輕質PVC基隔音材料的性能具有重要影響，因為不同密度的層狀周期性結構能夠提高層間的聲阻抗比，從而提高層狀界面對聲波的有效反射。但當層數過多時，層狀材料的性能又將下降并趨向于普通共混材料的性能。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述PVC隔音層與PVC發泡層的單層厚度比為1︰(0.5～5)，更優選1︰(1～2)。當前述厚度比過高時，材料表現出優異的隔音性能，但密度較高；當前述厚度比過低時，材料表現出優異的阻燃性能和較低的密度，但難以達到理想的隔音性能，因此優化二者的厚度比能夠使綜合性能更為優異。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述PVC隔音層的單層厚度為0.04～0.5mm，更優選0.06～0.25mm；因為發明人經大量試驗及創造性勞動后意外地發現，當本發明所述PVC隔音層的單層厚度在上述范圍內時會表現最為優異的隔音性能。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述PVC發泡層的單層厚度為0.05～0.5mm，更優選0.12～0.25mm。因為發明人經大量試驗及創造性勞動后意外地發現，當本發明所述PVC發泡層的厚度在上述范圍內時會表現出最為優異的阻燃性能以及隔音性能。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述PVC隔音層主要由以下質量份數的原料混合制備而成：

PVC樹脂 100份；

重質填料 100-200份；

增塑劑 20-80份；

阻燃劑 0-60份；和

鈣-鋅穩定劑 2-10份。

更優選的，所述PVC隔音層主要由以下質量份數的原料混合制備而成：

PVC樹脂 100份；

重質填料 100-150份；

增塑劑 30-40份；

阻燃劑 20-30份；和

鈣-鋅穩定劑 3-5份。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述PVC發泡層主要由以下質量份數的原料混合制備而成：

PVC樹脂 100份；

重質填料 50-200份；

增塑劑 20-80份；

鈣-鋅穩定劑 2-10份；和

發泡劑 0.1-2份。

更優選的，所述PVC發泡層主要由以下質量份數的原料混合制備而成：

PVC樹脂 100份；

重質填料 50-100份；

增塑劑 30-40份；

鈣-鋅穩定劑 3-5份；和

發泡劑 0.1-1份。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述重質填料選自鐵粉、碳酸鈣、云母粉、硫酸鋇、鈦酸鋇、氧化鈰、氧化鑭、鋼渣中的至少一種，優選碳酸鈣和/或硫酸鋇；優選的重質填料在提高高阻燃性輕質PVC基隔音材料面密度的同時，還可提升材料的隔音性能。所述PVC隔音層與PVC發泡層建議選用相同的重質填料。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述增塑劑選自鄰苯二甲酸二辛酯、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、磷酸三甲苯酯、環氧大豆油、環氧脂肪酸丁酯、己二酸二辛酯中的至少一種；優選鄰苯二甲酸二辛酯、環氧大豆油或環氧脂肪酸丁酯。優選的增塑劑其作用在于更好地改善高阻燃性輕質PVC基隔音材料的加工性能，提高其填充重質填料的能力。所述PVC隔音層與PVC發泡層建議選用相同的增塑劑。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述阻燃劑選自次磷酸鋁、二乙基次磷酸鋁、三聚氰胺聚磷酸鹽、三聚氰胺焦磷酸鹽、三聚氰胺氰尿酸鹽、紅磷、微膠囊包覆紅磷、季戊四醇、聚磷酸銨、氫氧化鋁、氫氧化鎂、硼酸鋅、碳納米管和蒙脫土，優選次磷酸鋁、氫氧化鋁或聚磷酸銨。

上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料中，優選的，所述發泡劑為偶氮二甲酰胺。優選的發泡劑的作用在于使PVC發泡層形成微孔結構，從而降低PVC基隔音材料的整體密度，而且發泡層能夠在燃燒過程中生成具有良好阻隔性能的多孔炭層，能有效提高隔音材料的阻燃 性能。

本發明的上述技術方案提供了一種高阻燃性輕質PVC基隔音材料，其利用微納多層技術將PVC隔音層和PVC發泡層交替復合，在保持隔音材料良好的隔音性能的同時，PVC發泡層的存在降低了材料的整體質量，而且PVC發泡層能夠在燃燒過程中生成多孔炭層，該多孔炭層相比普通PVC層形成的炭層具有更好的隔熱隔氧的作用，因此能有效提高隔音材料的阻燃性能。

從最終的產品性能效果來看，本發明上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料的密度可達1.5～2.0kg/m³，記權平均隔音量不小于23dB，在2000Hz中心頻率處的隔音量不小于28dB，氧指數達30～40，垂直燃燒等級達到V-0。

作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述本發明的高阻燃性輕質PVC基隔音材料的制備方法，包括以下步驟：采用主要由兩臺擠出機、分配器、層倍增器和出口模構成的共擠裝置；首先制備PVC隔音層物料顆粒和PVC發泡層物料顆粒，然后將兩種物料顆粒分別投入上述共擠出裝置的兩臺擠出機中，熔融塑化后，使兩股熔體在分配器中疊合，經n個層倍增器的切割和疊合后，從出口模流出，其中出口模溫度設置為發泡劑的發泡溫度，發泡層出模后發泡，再經過三輥壓延機的壓制和牽引機的牽引，得到2⁽ⁿ⁺¹⁾層由PVC隔音層和PVC發泡層交替疊合的高阻燃性輕質PVC基隔音材料。優選的，我們可以通過控制兩臺擠出機的轉速比來調整PVC隔音層和PVC發泡層的單層厚度比。如果PVC隔音層物料的擠出機轉速過快，則在高阻燃性輕質PVC基隔音材料中的PVC隔音層厚度更厚，材料的隔音性能更佳，但阻燃性能卻會有所下降，且密度有所升高。

與現有技術相比，本發明的優點在于：

(1)本發明所提供的高阻燃性輕質PVC基隔音材料在具備良好隔音性能的同時密度較低，可滿足輕量化技術發展需求；

(2)本發明所提供的高阻燃性輕質PVC基隔音材料還具有較高的阻燃性能；

(3)本發明提供的高阻燃性輕質PVC基隔音材料的所有原料均來源廣泛，價格便宜，不僅有利于推廣應用，還有利于降低生產成本；

(4)本發明所提供的高阻燃性輕質PVC基隔音材料的生產制備工藝成熟，易于控制，且操作簡單、成本低；可以通過控制兩臺擠出機的轉速比和層倍增器的個數來調整PVC隔音層和PVC發泡層的厚度比以及層數，從而有效控制隔音材料的阻燃性能、隔音性能以及密度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實 施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明高阻燃性輕質PVC基隔音材料多層疊加復合結構的結構示意圖，其中X表示PVC隔音層，Y表示PVC發泡層，中間省略了部分重復交替疊加的結構。

具體實施方式

為了便于理解本發明，下文將結合較佳的實施例對本發明作更全面、細致地描述，但本發明的保護范圍并不限于以下具體的實施例。

除非另有定義，下文中所使用的所有專業術語與本領域技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的專業術語只是為了描述具體實施例的目的，并不是旨在限制本發明的保護范圍。

除非另有特別說明，本發明中用到的各種原材料、試劑、儀器和設備等均可通過市場購買得到或者可通過現有方法制備得到。

實施例1：

一種如圖1所示本發明的高阻燃性輕質PVC基隔音材料，包含多層疊加復合結構，多層疊加復合結構是指由PVC隔音層(由圖1中的X表示)與PVC發泡層(由圖1中的Y表示)經交替疊合而成的多層結構。該多層疊加復合結構中包含的PVC隔音層與PVC發泡層的層數之和為2³⁺¹層(即16層)。PVC隔音層與PVC發泡層的單層厚度比為1︰1.5。PVC隔音層的單層厚度為0.1mm，PVC發泡層的單層厚度為0.15mm。

本實施例上述的PVC隔音層主要由以下質量份數的原料混合制備而成：

PVC樹脂 100份；

重質填料硫酸鋇 150份；

增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯 40份；

阻燃劑聚磷酸銨 30份；和

鈣-鋅穩定劑 3份。

本實施例上述的PVC發泡層主要由以下質量份數的原料混合制備而成：

PVC樹脂 100份；

重質填料碳酸鈣 100份；

增塑劑環氧大豆油 30份；

鈣-鋅穩定劑 4份；和

發泡劑偶氮二甲酰胺 0.2份。

本實施例上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料的制備方法具體包括以下步驟：

(1)將100份PVC樹脂、150份硫酸鋇、40份鄰苯二甲酸二辛脂、30份聚磷酸銨、3份鈣-鋅穩定劑經雙螺桿擠出機熔融共混制得PVC隔音層物料顆粒；

(2)將100份PVC樹脂、100份碳酸鈣、30份環氧大豆油、4份鈣-鋅穩定劑、0.2份偶氮二甲酰胺經雙螺桿擠出機熔融共混制得PVC發泡層物料顆粒；

(3)將上述兩種物料分別投入一微層共擠出裝置(微層共擠出裝置主要由兩臺擠出機、分配器、層倍增器和出口模構成)的兩臺擠出機中，調節聚合物基隔音層和聚合物基阻燃層兩臺擠出機的轉速比為1∶1，擠出機各段溫度設置為160℃-180℃，熔融塑化后，使兩股熔體在分配器中疊合，經3個層倍增器的切割和疊合后，從出口模流出，分配器、層倍增器溫度設置為170℃，出口模的溫度均設置為190℃，PVC發泡層物料顆粒熔體出模后發泡，再經過三輥壓延機的壓制和牽引機的牽引，得到16層的由PVC隔音層和PVC發泡層交替疊合的高阻燃性輕質PVC基隔音材料A，其部分性能表征結果詳見表1。

實施例2：

一種如圖1所示本發明的高阻燃性輕質PVC基隔音材料，包含多層疊加復合結構，多層疊加復合結構是指由PVC隔音層與PVC發泡層經交替疊合而成的多層結構。該多層疊加復合結構中包含的PVC隔音層與PVC發泡層的層數之和為2⁴⁺¹層(即32層)。PVC隔音層與PVC發泡層的單層厚度比為1.5︰1。PVC隔音層的單層厚度為0.075mm，PVC發泡層的單層厚度為0.05mm。

本實施例上述的PVC隔音層主要由以下質量份數的原料混合制備而成：

PVC樹脂 100份；

重質填料碳酸鈣 200份；

增塑劑環氧脂肪酸丁酯 50份；

阻燃劑二乙基次磷酸鋁 20份；和

鈣-鋅穩定劑 4份。

本實施例上述的PVC發泡層主要由以下質量份數的原料混合制備而成：

PVC樹脂 100份；

重質填料云母粉 80份；

增塑劑環氧脂肪酸丁酯 30份；

鈣-鋅穩定劑 4份；和

發泡劑偶氮二甲酰胺 0.3份。

本實施例上述的高阻燃性輕質PVC基隔音材料的制備方法具體包括以下步驟：

(1)將100份PVC樹脂、200份碳酸鈣、50份環氧脂肪酸丁酯、20份二乙基次磷酸鋁、 4份鈣-鋅穩定劑經雙螺桿擠出機熔融共混制得PVC隔音層物料顆粒；

(2)將100份PVC樹脂、80份云母粉、30份己二酸二辛脂、4份鈣-鋅穩定劑、0.3份偶氮二甲酰胺經雙螺桿擠出機熔融共混制得PVC發泡層物料顆粒；

(3)將上述兩種物料分別投入一微層共擠出裝置(微層共擠出裝置主要由兩臺擠出機、分配器、層倍增器和出口模構成)的兩臺擠出機中，調節聚合物基隔音層和聚合物基阻燃層兩臺擠出機的轉速比為2∶1，擠出機各段溫度設置為160℃-180℃，熔融塑化后，使兩股熔體在分配器中疊合，經4個層倍增器的切割和疊合后，從出口模流出，分配器、層倍增器溫度設置為170℃，出口模的溫度均設置為195℃，PVC發泡層物料顆粒熔體出模后發泡，再經過三輥壓延機的壓制和牽引機的牽引，得到32層的由PVC隔音層和PVC發泡層交替疊合的高阻燃性輕質PVC基隔音材料B，其部分性能表征結果詳見表1。

對比例1：

將實施例1中所得高阻燃性輕質PVC基隔音材料A于170℃經捏合機捏合10分鐘，得到層狀結構被破壞的普通共混復合材料C，并在170℃、10MPa的條件下模壓成片狀對比樣，其性能表征結果詳見表1。

對比例2：

(1)將100份PVC樹脂、150份硫酸鋇、40份鄰苯二甲酸二辛脂、30份聚磷酸銨、3份鈣-鋅穩定劑經雙螺桿擠出機熔融共混制得PVC隔音層物料顆粒；

(2)將100份PVC樹脂、100份碳酸鈣、30份環氧大豆油、4份鈣-鋅穩定劑經雙螺桿擠出機熔融共混制得PVC發泡層物料顆粒；

(3)將上述兩種物料分別投入微層共擠出裝置的兩臺擠出機中，調節聚合物基隔音層和聚合物基阻燃層兩臺擠出機的轉速比為1∶1，擠出機各段溫度設置為160℃-180℃，熔融塑化后，使兩股熔體在分配器中疊合，經3個層倍增器的切割和疊合后，從出口模流出，分配器、層倍增器、出口模的溫度均設置為170℃，再經過三輥壓延機的壓制和牽引機的牽引，得到16層的兩種不同密度PVC層交替疊合的PVC基隔音材料D，其部分性能表征結果詳見表1。

對比例1和2用于與實施例1對比，在本對比例所制備的隔音材料D與高阻燃性輕質PVC基隔音材料A的區別在于D沒有發泡層，由兩種不同密度的普通PVC層交替疊合而成。隔音材料D的兩種PVC層單層厚度比為1∶1。

對比例3：

將實施例2中所得高阻燃性輕質PVC基隔音材料B于180℃經密煉機混煉10分鐘，得到層狀結構被破壞的普通共混復合材料E，并在170℃、10MPa的條件下模壓成片狀對比樣，其性能表征結果詳見表1。

對比例4：

(1)將100份PVC樹脂、200份碳酸鈣、50份環氧脂肪酸丁酯、20份二乙基次磷酸鋁、4份鈣-鋅穩定劑經雙螺桿擠出機熔融共混制得PVC隔音層物料顆粒；

(2)將100份PVC樹脂、80份云母粉、30份環氧脂肪酸丁酯、4份鈣-鋅穩定劑經雙螺桿擠出機熔融共混制得PVC發泡層物料顆粒；

(3)將上述兩種物料分別投入微層共擠出裝置的兩臺擠出機中，調節聚合物基隔音層和聚合物基阻燃層兩臺擠出機的轉速比為2∶1，擠出機各段溫度設置為160℃-180℃，熔融塑化后，使兩股熔體在分配器中疊合，經4個層倍增器的切割和疊合后，從出口模流出，分配器、層倍增器、出口模的溫度均設置為170℃，再經過三輥壓延機的壓制和牽引機的牽引，得到32層的由兩種不同密度的PVC層交替疊合的隔音材料F，其部分性能表征結果詳見表1。

在本實施例所制備的隔音材料F與高阻燃性輕質PVC基隔音材料B的區別在于F沒有發泡層，由兩種不同密度的普通PVC層交替疊合而成。隔音材料D的兩種PVC層單層厚度比為2∶1。

表1：本發明實施例和對比例的性能參數對比

由上表1可見，本發明實施例的高阻燃性輕質PVC基隔音材料的密度可達1.5～2.0kg/m³，記權平均隔音量不小于27dB，在2000Hz中心頻率處的隔音量不小于30dB，氧指數達30～40，垂直燃燒等級達到V-0。

從實施例1～2與對比例1～4的數據對比可以發現，在阻燃性能方面，實施例1～2中的密度均要小于對比例1～4的密度，而且阻燃性能均要大大優于對比例，因此本發明制備的多層材料表現出了更加優異的阻燃性能且更能滿足“輕量化”需求；最為驚喜的是多層材料的隔音性能相比對比例也有了大幅提升。這說明我們成功制備了一種阻燃性能好、質量輕以及隔音性能更好的高阻燃性輕質隔音材料。