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目前,噪声污染和固体废弃物污染日益加剧,严重地破坏了人们的工作和生活环境。这两大污染的防御与控制己成为急需解决的一个重大课题。本论文根据降噪机理,以聚氯乙烯(PVC)为基体,玻璃纤维织物(GF)为增强材料,钢渣粉(SSP)、漂珠(CFA)为填料,采用常压浇注工艺制备可裁剪、轻量、柔性、薄型、具有较高力学性能、良好加工性能和隔声性能的聚氯乙烯基复合材料,为通过对生态环境有害的固体废弃物制备高性能、高功能的环境保护新材料提供新的思路。
实验中分别采用了双通道声学分析仪、万能材料试验机、自动氧指数仪等对材料的隔声性能、机械性能、阻燃性能等进行研究。论文首先以聚氯乙烯基复合材料为研究对象,讨论了声压级、多个加工参数和面密度对材料隔声性能的影响,详细分析了复合材料中各组分对于降噪的作用。接着比较实际隔声量与质量定律预测值,评价聚氯乙烯基复合材料隔声性能的好坏。最后研究加工参数对材料机械性能、阻燃性能的影响规律,在此基础上尝试几种改善材料力学性能和阻燃性能的方法。主要研究结论如下:
(1)关于隔声性能:声压级对材料隔声量影响不大,可以固定在任一声压级的噪声环境下测试。在面密度相近条件下,玻纤织物、SSP、无机阻燃剂、偶联剂、增塑剂的种类和用量均对PVC基复合材料的隔声性能几乎没有影响。玻纤织物可提高材料高频的隔声量,CFA能改善材料低频段(100~630Hz)、高频段(>1250Hz)的隔声量。SSP能显著提高PVC基复合材料的面密度,同时,SSP和CFA的填充能降低材料的成本,填充量应分别控制在40%和20%附近。PVC基复合材料的隔声性能基本遵循质量定律,但表现出了与刚性材料不同的隔声性能。实际隔声量在低频段明显高于质量定律的预测值,在中频段.630~1250Hz)以近乎斜率为10dB/倍频程的直线线性增加,变化大于质量定律所预测的6dB/倍频程,在高频段明显低于质量定律的预测值。实际隔声量随面密度的增速在低频段最快,中频段次之,高频段最慢。
(2)关于机械性能:PVC基复合材料的刚度受玻纤织物、填料、增塑剂、面密度的影响。其刚度随着织物平方米克重、填料含量、面密度的增大和增塑剂用量的减少而增大。GF/PVC复合材料的拉伸强度随着增塑剂、阻燃剂用量的增加而减小。SSP/GF/PVC复合材料的拉伸强度随着SSP含量的增加而减小,120目时达到最大值,剥离强度随着SSP含量的增加先下降而后逐渐上升,含量10%时达到最小值;CFA/GF/PVC复合材料的拉伸强度随着CFA含量的增加先在10%处下降,接着再增大而后减小,含量20%时达到最大值,随着目数的增大而增大,剥离强度随着CFA含量的增加一直在减小。偶联剂KH550能显著提高PVC基复合材料的拉伸强度和剥离强度。SSP/GF/PVC复合材料和CFA/GF/PVC复合材料分别在KH550用量为2%和1%时拉伸强度出现最佳值,分别在用量为2%、3%时剥离强度达到最大值。此外,采用纯PVC涂层保护玻纤也能提高SSP/GF/PVC复合材料的拉伸强度。
(3)关于阻燃性能:采用EHDP代替TBC,添加CFA、SSP、Al(OH)3或Mg(OH)2均能改善软质PVC复合材料的最终残碳量和LOI值。EHDP增塑体系发烟量大,CFA比SSP具有较好的阻燃抑烟效果,Al(OH)3比Mg(OH)2的阻燃效果要好,当协同使用,可同时达到良好的阻燃与抑烟效果。