原位共聚合成聚合物-稀土纳米复合空心球及其改性橡胶制备低频吸声材料研究

According to the unique electronic structure and optical, magnetic, ray shielding and other specific performances of rare earth elements, using magnetic-acoustic transition effects of rare earth oxide, a novel low frequency absorption especially secondary wave (<20Hz) absorption significant composite materials were prepared by the combination of the excellent sound absorbing performance and vibration attenuation ability of high damping rubber material. The structure controllable nano- rare earth oxide hollow spheres was prepared using polymer latex particle template technology, through the assembly, adsorption and sol-gel method..Polymer-rare earth oxide nano composite hollow spheres was prepared by coating with polymer chains on the rare earth nano hollow spheres in situ copolymerization method, in order to promote nano hollow spheres in the polymer matrix material uniformly dispersed and a two increase in interphase interface. From the acoustic structure, using the material structure design and interface effect, the nano composite hollow spheres was combined with high damping rubber composite to prepare a low frequency sound absorption especially secondary wave (<20Hz) absorption significant composite material.The damping characteristics, sound absorption and sound absorption mechanism of low frequency sound absorption composite material were studied , and attended to exploration of the material in the low-frequency sound absorption and noise reduction and secondary wave protection application. The significance of this thesis is not only to expand the scope of application of rare earth elements, but also to provide new ideas and methods of the development of the low frequency sound absorption materials.

在借鉴稀土元素独特的电子结构以及光、磁、射线屏蔽等特异性能基础上，利用稀土氧化物磁-声转变效应，结合高阻尼橡胶材料具有良好的吸声性能和振动衰减能力，制备一种新型低频吸声尤其次生波（<20Hz）吸收显著的复合材料。利用高分子乳胶粒模板技术，通过组装、吸附以及溶胶-凝胶法，制备结构可控的稀土氧化物纳米空心球。利用原位共聚方法，在稀土纳米空心球表面包覆聚合物链，得到聚合物-稀土氧化物纳米复合空心球，以促进纳米空心球在高分子基体中均匀分散和增加两相间界面作用。从声学结构出发，利用材料结构设计和界面效应，通过将纳米复合空心球与高阻尼橡胶共混复合，制备一低频吸声尤其次生波（<20Hz）吸收显著的复合材料。系统地研究低频吸声复合材料的阻尼特性、吸声性能以及吸声机理，初步探索该材料在低频吸声降噪以及次生波防护应用研究，本课题的意义不仅拓展了稀土元素的应用范围，而且为开发低频吸声材料提供新的思路和方法。

噪声污染同水污染、大气污染被列为世界三大污染，严重影响着人类生活环境的质量。与中高频声波相比，低频声波在空气中衰减慢，频率低声波长，易于绕开障碍物，穿透能力强等特点，而传统吸声材料对中高频声波有很好的吸收作用，但对低频声波吸收较差，因此开展低频吸声材料研究有重要理论意义和实际应用价值。.本项目将多孔颗粒和粘弹性吸声材料有机结合，利用高分子乳胶粒模板技术，通过组装、吸附以及溶胶-凝胶法，制备结构可控的稀土氧化物纳米空心球。在稀土纳米空心球表面改性或原位包覆聚合物链，以促进纳米空心球在高分子基体中均匀分散和增加两相间界面作用，结合稀土磁声转换和粘弹界面效应，将稀土纳米空心球与高阻尼橡胶共混复合，制备了一种新型低频吸声吸收显著的复合材料。系统研究了单分散聚合物模板可控制备技术，通过乳液聚合法和分散聚合法分别制备出各种聚苯乙烯微球（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），研究了反应温度、反应时间对单体转化率的影响，以及引发剂用量等对微球终粒径及粒径分布的影响，得到粒径可控聚合物微球。同时研究了以三聚氰胺-甲醛（MF）微球作为模板制备技术，得到制备技术更为简单的单分散聚合物微球，为工业化生产奠定基础。通过煅烧去除聚合物模板后, 得到各种稀土纳米空心球，调节前驱体浓度、聚合物粒径大小，煅烧温度和速度，控制稀土氧化物空心球粒径大小和壳层厚度。采用了非模板法-水热合成方法制备出氧化铈（CeO2）、氧化钇（Y2O3）空心球，形貌结构可控，继续拓宽原有研究内容。以偶氮二甲酰胺（AC）为发泡剂，丁基橡胶（IIR）为基体，系统研究了不同硫化时间、硫化温度、填料、稀土粉体、稀土空心球对稀土氧化物/丁基发泡橡胶阻尼性能和吸声性能的影响。在低频条件下，片层填料较多孔、无定形填料有较大的内耗，阻尼性能较好，稀土空心球的加入有利于提高复合材料低频阻尼性能，从而增大材料低频吸声系数。从材料实用角度，开展低频吸声复合材料配方研究，系统研究了炭黑补强和白碳黑补强稀土/发泡橡胶复合材料阻尼和吸声性能，得到低频吸声性能优良的复合材料。同时开展了硅藻土/聚氨酯和压电钛酸钡/丁腈橡胶复合材料阻尼和吸声性能研究，利用吸声结构设计、采用夹心结构，得到吸声性能较好的制备工艺简单、成本低廉的吸声材料，初步开展了低频吸声材料应用研究。与此同时，对稀土氧化物纳米空心球用于吸附、催化等性能也进行系统研究，并得到较好效果.