EPDM 发泡材料吸声性能的研究.doc

EPDM发泡材料吸声性能的研究
徐波，罗仡科，胡钊，贺才春，谭亮红
（株洲时代新材料科技股份有限公司，湖南株洲412007）
摘要：以EPDM为基体材料，采用硫化发泡仪和声学性能测试仪研究了发泡剂种类、用量以及铝粉填料对EPDM发泡材料吸声性能的影响。结果表明发泡剂ACP-W份量在12份时，胶料硫化速度与发泡速度匹配较好，能获得中低频吸声性能更优异的吸声材料；铝粉填料份量在50份时能够提高发泡材料在中低频的吸声性能。
关键词：EPDM；发泡材料；吸声性能
随着轨道交通、建筑、工业的快速发展，噪声污染日趋严重。因此，能够有效解决噪声问题的多孔吸声材料受到人们的广泛关注。多孔吸声材料具有高频吸声系数大，比重小等优点，但是中低频吸声系数偏低[1]。提高多孔吸声材料在中低频区域的吸声性能成为解决噪声问题的瓶颈。
本文以EPDM为基材，制备具有大量微孔结构的EPDM发泡吸声材料,并在此基础上研究了发泡剂种类、用量以及铝粉填料对EPDM发泡材料吸声性能的影响规律。

1 试验部分
1.1 试验主要材料
原材料名称
牌号
生产厂家
三元乙丙橡胶（EPDM）
EP35
日本JSR株式会社产品
三元乙丙橡胶（EPDM）
EP509
日本JSR株式会社产品
偶氮二甲酰胺
发泡剂ACP-W，工业级
杭州海虹精细化工
二亚硝基五次甲基四胺
发泡剂H，工业级
杭州海虹精细化工
4，4’–氧代双苯磺酰肼
发泡剂OBSH，工业级
杭州海虹精细化工
石蜡油
SUNPAR2280
新达洋宁波有限公司
半补强炭黑
N774
株洲中橡
硬脂酸（SA）
化学纯
四川泸天化
氧化锌（ZnO）
活性含量为80%
衡阳水口山矿务局
铝粉
AGS9035074
鞍钢实业微细铝粉
1.2 试验基本配方
实验基本配方（质量份）：EP35 30，EP509 70，半补强炭黑50 ，软化油40，促进剂2～5，硫化剂1～3，发泡剂为变量，填料若干。
1.3 试样制备
在开炼机上依次加入促进剂、填料、软化剂、硫化剂和发泡剂，包辊混炼，薄通6次后出片，停放24小时以上。混炼及薄通过程需注意辊温，辊温应控制在80℃以下。
1.4 实验仪器与设备
双辊开炼机X(S)K-160，上海橡胶机械厂；平板硫化机Y33-50A，江西萍乡无线电专用设备厂；硫化发泡仪EK-2000，台湾优肯公司； DSC821e差示扫描量热仪，瑞士梅特勒公司；声学性能测试仪，丹麦B&K公司。

2 结果与分析
2.1 发泡剂对材料吸声性能的影响
发泡剂是橡胶发泡的动力来源。发泡剂在硫化温度下分解释放出气体，气体被周围的胶料包围而形成微孔结构。决定并影响微孔结构的主要因素有：发泡剂的发气量、气体在胶料中的扩散速度、胶料的黏度以及硫化速度，其中最为关键的是发泡剂的发气量、产生气体的速度和与胶料硫化速度的匹配[2]。微孔结构则与材料的吸声性能有着直接的关系。因此，发泡剂的种类不同、用量不同都会影响到发泡材料的吸声性能。
2.1.1发泡剂的种类与材料吸声性能的关系
如图1所示，三种不同种类的发泡剂（发泡剂H、发泡剂OBSH和发泡剂ACP-W）发泡得到的材料吸声性能关系曲线。从图1中可以看到，三条曲线的峰值均出现在1000Hz附近，用发泡剂H发泡得到的发泡材料的吸声曲线峰值最高；发泡剂ACP-W的吸声系数在低频与高频区域较高，但其峰值较低。

图1 不同种类发泡剂的吸声性能曲线
利用差示扫描量热法可以测得发泡剂随温度发生化学和物理变化所产生的热效应，从而可以得知发泡剂的峰顶温度、焓变，并大致了解它的分解速度、放气量[3]。三种发泡剂的测定结果如图2和表1所示。

图2 三种发泡剂的DSC曲线
表1 三种发泡剂DSC曲线的测试结果
发泡剂种类
分解释放热量(J/g)
峰顶温度(℃)
峰形
发泡剂ACP-W
957.3
153.8
宽而低
发泡剂OBSH
578.0
171.8
宽而低
发泡剂H
1545.6
221.5
窄而高
结果表明，发泡剂H放热量大，峰形窄且高，说明其分解时放气量大，放气速度快，微孔结构不均匀；试样在低频区域和高频区域的吸声性能受到影响。发泡剂OBSH的峰顶温度为171.8℃，与硫化温度相差不大，但是其分解放热量小，放气量小，在橡胶硫化过程中不能“撑开”胶料形成合适的微孔结构。发泡剂ACP-W放热量为957J/g，峰形较宽，说明其分解时间长，放气缓慢，而且其峰顶温度在150℃左右，与橡胶硫化体系匹配较好，能够形成良好的微孔结构，试样在中低频的吸声性能较高。 因此，三种发泡剂中，利用发泡剂ACP-W做为主发泡剂更为适合。
2.1.2 发泡剂的用量与材料吸声性能的关系
图3和图4分别为发泡剂ACP-W不同用量时胶料的发泡曲线与硫化曲线。EPDM发泡后材料的吸声性能见图5。　

图3 发泡剂ACP-W不同用量时胶料的发泡曲线（150℃）

图4发泡剂ACP-W不同用量时胶料的硫化曲线（150℃）
由图3和图4可知，在胶料开始硫化发泡初期，发泡剂与硫化体系相互影响剧烈，性能不稳定。可能是由于胶料在被加热过程中，自身的温度不均一造成的。随着发泡剂ACP-W使用份量的增多，发泡压力的“衰减”越快，硫化曲线的最大扭矩减小。这主要是发泡剂分解释放出的气体溶解在胶料中所起的增塑作用。气体量越大，增塑作用越大，这与塑料发泡过程中的气体增塑作用相似[4]。从图5中可以看出发泡剂ACP-W的用量为12份时，发泡材料的吸声性能在低频区域更优异，在频率为800Hz时，吸声系数最大。这是由于发泡剂ACP-W份量增多，橡胶材料发泡更加充分，使得橡胶筋络变薄，材料可以通过阻尼、摩擦、剪切形变等作用来吸声，这有利于材料在中低频区域的吸声。当发泡剂使用份量继续增加时，材料中的气泡会发生并泡及塌陷等现象，影响吸声作用的发挥[5]，因此当发泡剂ACP-W用量为15份时，其吸声系数的峰值降低并向高频移动。

图5 发泡剂ACP-W不同用量时的吸声性能曲线
2.2 填料对材料吸声性能的影响
铝粉是一种常见的粉末状金属材料，性能稳定。铝粉在发泡橡胶中可以“单独”存在，不与橡胶形成连续相。当噪声在材料内部传播时，引起空气的振动，从而可能引起铝粉随之一起振动而消耗声能。
如图7所示，分别加入30份、50份和70份的铝粉，研究铝粉对材料吸声性能的影响。可以看到，随着铝粉份量的增加，曲线的吸收峰先向低频移动，在50份时，在频率为900Hz附近出现峰值；当使用70份铝粉时，吸收峰却向高频移动，峰值频率在1100Hz左右。这主要是因为金属铝粒子在声波的作用下产生振动，增加了材料的驰豫吸收效果[5]。且铝粉份量过多时，会阻碍发泡剂分解释放气体在胶料中形成微孔，孔结构因此变得不规则和混乱，材料的吸声系数因此降低。

图7 铝粉不同用量的材料吸声系数
3 结论
EPDM发泡材料是一种多孔吸声材料，发泡剂的种类、用量以及填料对材料吸声性能影响较大。通过以上的实验结果和分析，得出以下结论。
（1）三种不同种类的发泡剂（发泡剂H、发泡剂OBSH和发泡剂ACP-W）的分解温度、放气速度均不同。选择发泡剂ACP-W时，胶料硫化速度与发泡速度匹配较好；使用份量在12份时，能获得中低频吸声性能更优异的吸声材料。
（2）发泡剂分解释放的气体对胶料具有增塑作用。随着发泡剂份量的增多，发泡材料的吸声曲线峰向低频方向移动；但发泡剂份量过多时，会影响材料的微孔结构，吸声曲线峰向高频方向移动。
（3）填料铝粉能够提高材料的弛豫吸收效果。其使用份量在50份时，能够提高材料在中低频区域的吸声性能。

参考文献：
[1]李海涛，朱锡，石勇，董鹏.多孔性吸声材料的研究进展[J].材料科学与工程学报，2004，22（6）：934-935.
[2] 杨清芝.实用橡胶工艺学[M].北京：化学工业出版社，2005：183-187.
[3]陈志彦，林鹤鸣，汪澜.发泡剂分解温度的研究[J].浙江工程学院学
报，2000，17（4）：225-226.
[4]吴舜英，徐敬一.泡沫塑料成型[M].北京：化学工业出版社.1992：89-110.
[5] 张娟，张慧萍，晏雄.丁腈橡胶类阻尼材料声学性能的研究[J].玻璃钢/复合材料，6009，3：47-48.

STUDY ON THE ACOUSTIC PERFORMANCE OF EPDM FOAM
XU Bo,LUO Yike,HU Zhao, HE Caichun ,TAN Lianghong
(Zhuzhou Times New Materials Technology Co., Ltd., Hunan Zhuzhou 412007,China)
Abstract
The effective factors on the acousical performance of the EPDM foam including blowing agent and aluminum powder fillers was investigated by the foam force rheometer and acoustical material testing instrument. The results indicated that when the blow agent (ACP-W) is 12phr, the EPDM foam had higher absorption coefficent in low and middle frequence because its vulcanizing rate matching firmly with the foam rate. When the alluminum powder is 50phr, the absorption coefficent of the EPDM foam in low and middle frequence was obviously increased.

Key words: EPDM; foam material; acoustical performance
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