本发明属于建筑材料中的吸音和隔音复合材料技术领域，尤其涉及一种适用于建筑排水管、废水管、雨水管、空调冷凝水管等的阻燃隔音材料及其制备方法和应用。
背景技术
随着我国传统观念的变化，国人居住品质提高、生存环境意识加强，加之国家相关政策支持，各种新型塑料管材迅速发展。PVC-U管材以其质优价廉、易安装等优势成为建筑排水管材的首选产品。但PVC-U管使用过程中的噪声问题一直未得到有效解决。
目前我国对噪声有明确要求的规范很多，主要有声环境质量标准GB3096–2008、民用建筑隔声设计规范GB50118–2010、排水用芯层发泡硬聚氯乙烯(PVC-U)管材GB/T 16800– 2008、建筑排水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材GB/T 5836–2009、建筑排水管道系统噪声测定试方法CJT 312–2009等。GB3096-2008要求1类场所噪声限值昼间55dB，夜间45dB； GB50118–2010要求卧室噪声限值昼间45dB，夜间37dB。而普通PVC-U排水管道的排水噪声多在55–65dB之间。
面对排水管道噪声人们做了不少努力：首先减少源头噪声，发明了各种降噪三通、连接配件，主要目的是在管中央形成空气气柱消除水舌。其次吸收或阻隔已产生的噪声，发明了硬聚氯乙烯内螺旋管、中空壁消音硬聚氯乙烯排水管、芯层发泡硬聚氯乙烯排水管、漩流降噪特殊单立管、芯层发泡螺旋和高面密度等管材。但PVC–U螺旋管的排水噪声仅比普通PVC –U排水管的排水噪声低5-7dB，排水管道噪声余量仍不能满足GB50118-2010的要求；最后是在管外壁增设吸音隔音材料，如岩棉、泡沫石棉、下水道隔音棉、隔音毡等以降低噪音。
传统隔音材料一般厚度在20mm-50mm，安装后管道体积大，占空间；中低频段降噪效果不明显，约3-5dB；为提高隔音性能而增加材料面密度，即自重增加至5-10kg/m2，应用3-5 年有下垂、脱落等不正常现象；同时安装繁琐、成本较高、且不具备阻燃性能。目前针对隔音材料，尤其是排水管道隔音材料尚无国家标准、行业标准及地方标准。
技术实现要素：
本发明的目的是为克服现有技术不足，提供一种隔音效果好、吸音能力强、阻燃、厚度薄、质量轻、工艺简单、安装简便、可一体化生产的隔音材料。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种管道专用阻燃隔音复合材料，其包括饰面层和内面层，饰面层为阻燃隔音层，内面层为阻燃发泡吸音层；阻燃发泡吸音层分自带背胶和不带背胶两种。
所述管道专用阻燃隔音复合材料，阻燃隔音层的厚度为1.2-1.5mm，表面密度小于等于5 kg/m2；阻燃发泡吸音层的厚度为4.5±0.5mm，发泡倍数控制在20-40倍。
其中，阻燃隔音层由以下重量份的原料制备而成：树脂20-60份、橡胶20-60份、氢氧化镁10-50份、填料5-15份、N-苯基-1-萘胺3-5份、环氧大豆油5-8份、耐磨碳黑2-4份、二氯化硫1-3份和三氯三聚氰胺1-3份，树脂和橡胶的重量比为1:1-4；阻燃发泡吸音层是由以下重量份的原料制备而成：吸音基材100-120份、发泡剂5-8份、稳定剂1.5-2.5份、氢氧化镁10-30份、催化剂0.5-1.5份、甲苯二异氰酸酯60-80份和水6-10份。
所述树脂为聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩醛、聚醋酸乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂、尿素树脂、苯酚树脂、聚异氰酸酯、芳香族系聚合物中的任意一种或多种组合。
所述橡胶为充油顺丁橡胶、丁腈橡胶、丙烯酸脂橡胶、聚氨酯橡胶、热塑型弹性体、丁二烯橡胶、天然橡胶，氯丁橡胶、丁基橡胶、硅橡胶、氟橡胶、甲基乙烯基硅橡胶中的任意一种或多种组合。
所述填料为碳酸钙、碳酸镁、碳酸锌、滑石粉、氧化镁、氧化铝、氧化钛、重晶石、氧化铁、氧化锌、氧化镉、氯化亚锡和硫酸钡中的一种或多种的组合。
所述吸音基材选自成品吸音海绵，聚酯纤维、聚醚聚氨酯、PU海绵、三聚氰胺泡沫、软质聚氨酯发泡材料中的任意一种。
所述发泡剂为正戊烷；所述稳定剂为硅油；所述催化剂为辛酸亚锡或二丁基锡。
一种管道专用阻燃隔音复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)阻燃隔音层制备：按配比称取重量份的橡胶，采用开放式间歇炼胶机于40-45℃进行破胶，辊距调整至2mm，将橡胶胶块靠主驱动齿轮一边连续投入，橡胶通过辊缝包辊，割胶，再包辊，重复3-5次；接下来缩小辊距至0.2mm，将破胶后胶片通过辊缝，不包辊薄通落盘，将落盘胶拿起，转动90°，继续薄通8-10次；最后放大辊距至5mm，将薄通后的胶片包辊后连续左右切割捣合3次，切割下片得到塑炼胶；室温冷却4-5h后依次加入配比量的塑炼胶、树脂、N-苯基-1-萘胺、环氧大豆油、填料、氢氧化镁、耐磨碳黑、二氯化硫、三氯三聚氰胺进行混炼，混炼时间20-30min；静置12-24h后进行返炼20-30min后得到混炼胶；将混炼胶于压延机上压制成型，并于平板硫化机上进行硫化，静置24h后完成阻燃隔音层的制备；
(2)阻燃发泡吸音层制备：将配比量的吸音基材、水、催化剂、发泡剂、稳定剂、氢氧化镁一步加入到混合装置，最后加入甲苯二异氰酸酯后进行3000转/min高速搅拌30s，搅拌完成后置于成形箱8-10h，然后熟化24h后切割为所需厚度，得到阻燃发泡吸音层；
(3)将步骤(1)所得阻燃隔音层和步骤(2)所得阻燃发泡吸音层通过贴合机进行贴合即得到本发明管道专用阻燃隔音复合材料。
一种管道专用阻燃隔音复合材料的制备方法应用，其可应用于施工好的有消音要求的管道外壁或者出厂前的塑料排水管道制成隔音排水管外壁，包覆使用。
根据使用需求，本发明可分为两种形式，一种自带背胶，一种不带背胶。自带背胶的产品形式，可于复合材料制备工艺完成后，于阻燃发泡吸音层一侧涂覆背胶即可。
本发明材料成品因加入炭黑为黑色卷材，亦可配合装修风格制成不同颜色。本发明在工程或家装中直接包裹在管道外壁，管道接头优先选择隔音管件再包裹此种材料，效果更佳。需要注意的是，一定要将管道全面包裹，最好将隔音材料重叠10-15mm或至少对接完整。
有益效果：本发明阻燃隔音材料分为双层，内层为阻燃发泡吸音层，可有效吸收来自管内所产生的噪声；而外层为阻燃隔音层，对于管道内层无法完全吸收的噪音进行二次作用，大大减少噪音的向外传播。
本发明原料之一填料，无机粒子的加入可使声波发生多次反射、折射和绕射而致使声音的传播路径增大，同时无机粒子也会导致材料粘弹性的变化而消耗更多的声能，从而降低噪音。本发明添加无机氢氧化物类阻燃剂，添加于内外两层材料中，提升其阻燃性能。同时，选择具有更好的成炭和抑烟性能的氢氧化镁，还能够中和材料燃烧时产生的各种酸性以及腐蚀性气体，阻燃效果优于其他阻燃剂。
本发明吸音层采用一步发泡工艺，使其内部形成内外连通的微小空隙、孔洞，具有很好的声阻尼性、回弹性和缓冲性，由于空气的粘滞阻力和空气分子与空隙壁的摩擦，将排水管道内排水声能转化成热能而损耗。影响吸音性能的主要因素是厚度、密度和空气流阻等。流阻是单位厚度时材料两侧空气气压和空气流速之比，是影响吸音性能的重要因素，流阻太小，说明材料稀疏，空气振动容易穿过，吸音性能下降；流阻太大，说明材料密实，空气振动难于传入，吸音性能下降。最佳流阻是采用连续发泡工艺，发泡倍数控制在20-40倍。随着吸音层厚度增加，中低频吸音系数显著地增加，但高频变化不大。在保证材料良好吸音效果的同时，同时克服传统材料体积过大问题，本发明内层阻燃吸音层最佳厚度控制在4.5±0.5mm。
本发明隔音层与吸音层复合在一起，同时对低中高频噪声均有显著降噪效果，在500Hz 频率的噪声下能够实现降噪15dB。本发明复合材料隔音效果好、吸音能力强、阻燃、厚度薄、质量轻、工艺简单、安装简便、可一体化生产，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例1所得不带背胶的复合材料结构示意图；
图2为本发明实施例2所得自带背胶的复合材料结构示意图；
图3为本发明实施例2应用于管件时的剖面结构示意图；
图中：1、隔音层；2、吸音层；3、背胶层；4排水管道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种管道专用阻燃隔音复合材料，包括饰面层和内面层，饰面层为阻燃隔音层，内面层为阻燃发泡吸音层；阻燃隔音层由以下重量份的原料制备而成：树脂20份、橡胶20份、氢氧化镁10份、填料5份、N-苯基-1-萘胺3份、环氧大豆油5份、耐磨碳黑2份、二氯化硫1 份和三氯三聚氰胺1份；阻燃发泡吸音层是由以下重量份的原料制备而成：吸音基材100份、发泡剂5份、稳定剂1.5份、氢氧化镁10份、催化剂0.5份、甲苯二异氰酸酯60份和水6份。
所述管道专用阻燃隔音复合材料，阻燃隔音层的厚度为1.2-1.5mm，表面密度小于等于5 kg/m2；阻燃发泡吸音层的厚度为4.5±0.5mm，发泡倍数20倍。
所述树脂为聚乙烯。
所述橡胶为丁腈橡胶。
所述填料为碳酸钙。
所述吸音基材为聚酯纤维。
所述发泡剂为正戊烷；所述稳定剂为硅油；所述催化剂为辛酸亚锡。
一种管道专用阻燃隔音复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)阻燃隔音层制备：按配比称取重量份的橡胶，采用开放式间歇炼胶机于40-45℃进行破胶，辊距调整至2mm，将橡胶胶块靠主驱动齿轮一边连续投入，橡胶通过辊缝包辊，割胶，再包辊，重复3-5次；接下来缩小辊距至0.2mm，将破胶后胶片通过辊缝，不包辊薄通落盘，将落盘胶拿起，转动90°，继续薄通8-10次；最后放大辊距至5mm，将薄通后的胶片包辊后连续左右切割捣合3次，切割下片得到塑炼胶；室温冷却4-5h后依次加入配比量的塑炼胶、树脂、N-苯基-1-萘胺、环氧大豆油、填料、氢氧化镁、耐磨碳黑、二氯化硫、三氯三聚氰胺进行混炼，混炼时间20-30min；静置12-24h后进行返炼20-30min后得到混炼胶；将混炼胶于压延机上压制成型，并于平板硫化机上进行硫化，静置24h后完成阻燃隔音层的制备；
(2)阻燃发泡吸音层制备：将配比量的吸音基材、水、催化剂、发泡剂、稳定剂、氢氧化镁一步加入到混合装置，最后加入甲苯二异氰酸酯后进行3000转/min高速搅拌30s，后置于成形箱8-10h，然后熟化24h后切割为所需厚度，得到阻燃发泡吸音层；
(3)将步骤(1)所得阻燃隔音层和步骤(2)所得阻燃发泡吸音层通过贴合机进行贴合即得到本发明所述管道专用阻燃隔音复合材料。
实施例2
一种管道专用阻燃隔音复合材料，包括饰面层和内面层，饰面层为阻燃隔音层，内面层为阻燃发泡吸音层；阻燃隔音层由以下重量份的原料制备而成：树脂50份、橡胶50份、氢氧化镁10份、填料10份、N-苯基-1-萘胺3份、环氧大豆油5份、耐磨碳黑2份、二氯化硫 1份、三氯三聚氰胺1份；阻燃发泡吸音层是由以下重量份的原料制备而成：吸音基材100 份、发泡剂5份、稳定剂1.5份、氢氧化镁10份、催化剂0.5份、甲苯二异氰酸酯60份和水 6份。
所述管道专用阻燃隔音复合材料，阻燃隔音层的厚度为1.2-1.5mm，表面密度小于等于5 kg/m2；阻燃发泡吸音层的厚度为4.5±0.5mm，发泡倍数20倍。
所述树脂为聚乙烯醇。
所述橡胶为充油顺丁橡胶。
所述填料为氧化铁、硫酸钡等比例混合。
所述吸音基材为聚醚聚氨酯。
所述发泡剂为正戊烷；所述稳定剂为硅油；所述催化剂为辛酸亚锡。
本实施例制备方法部分同实施例1。
本实施例于阻燃发泡吸音层一侧均匀涂覆背胶，背胶厚度0.5-1mm。使用时可直接黏附于管道表面，使用方便快捷。
实施例3
一种管道专用阻燃隔音复合材料，包括饰面层和内面层，饰面层为阻燃隔音层，内面层为阻燃发泡吸音层；阻燃隔音层由以下重量份的原料制备而成：树脂40份、橡胶40份、氢氧化镁30份、填料10份、N-苯基-1-萘胺4份、环氧大豆油6份、耐磨碳黑3份、二氯化硫 2份和三氯三聚氰胺2份；阻燃发泡吸音层是由以下重量份的原料制备而成：吸音基材110 份、发泡剂6份、稳定剂2份、氢氧化镁20份、催化剂1份、甲苯二异氰酸酯70份和水8 份。
所述管道专用阻燃隔音复合材料，阻燃隔音层的厚度为1.2-1.5mm，表面密度小于等于5 kg/m2；阻燃发泡吸音层的厚度为4.5±0.5mm，发泡倍数20倍。
所述树脂为聚氨酯。
所述橡胶为硅橡胶。
所述填料为碳酸镁。
所述吸音基材为软质聚氨酯发泡材料。
所述发泡剂为正戊烷；所述稳定剂为硅油；所述催化剂为二丁基锡。
本实施例制备方法部分同实施例1。
实施例4
一种管道专用阻燃隔音复合材料，包括饰面层和内面层，饰面层为阻燃隔音层，内面层为阻燃发泡吸音层；阻燃隔音层由以下重量份的原料制备而成：树脂60份、橡胶60份、氢氧化镁50份、填料15份、N-苯基-1-萘胺5份、环氧大豆油8份、耐磨碳黑4份、二氯化硫 3份和三氯三聚氰胺3份；阻燃发泡吸音层是由以下重量份的原料制备而成：吸音基材120 份、发泡剂8份、稳定剂2.5份、氢氧化镁30份、催化剂1.5份、甲苯二异氰酸酯80份和水 10份。
所述管道专用阻燃隔音复合材料，阻燃隔音层的厚度为1.2-1.5mm，表面密度小于等于5 kg/m2；阻燃发泡吸音层的厚度为4.5±0.5mm，发泡倍数20倍。
所述树脂为环氧树脂。
所述橡胶为氟橡胶。
所述填料为氧化铝。
所述吸音基材为异氰酸酯。
所述发泡剂为正戊烷；所述稳定剂为硅油；所述催化剂为辛酸亚锡。
本实施例制备方法部分同实施例1。
对比例1
一种管道专用阻燃隔音复合材料，包括饰面层和内面层，饰面层为阻燃隔音层，内面层为阻燃发泡吸音层；阻燃隔音层由以下重量份的原料制备而成：树脂60份、橡胶60份、氢氧化镁50份、填料15份、N-苯基-1-萘胺5份、环氧大豆油8份、耐磨碳黑4份、二氯化硫 3份和三氯三聚氰胺3份；阻燃发泡吸音层是由以下重量份的原料制备而成：吸音基材120 份、发泡剂8份、稳定剂2.5份、氢氧化镁30份、催化剂1.5份、甲苯二异氰酸酯80份和水 10份。
所述管道专用阻燃隔音复合材料，阻燃隔音层的厚度为1.2-1.5mm，表面密度小于等于5 kg/m2；阻燃发泡吸音层的厚度为2.0±0.5mm，发泡倍数20倍。
所述树脂为环氧树脂。
所述橡胶为氟橡胶。
所述填料为氧化铝。
所述吸音基材为异氰酸酯。
所述发泡剂为正戊烷；所述稳定剂为硅油；所述催化剂为辛酸亚锡。
本对比例原料配方和制备方法部分同实施例4，唯一不同的是内层阻燃发泡吸音层的厚度为2.0±0.5mm。
对比例2
一种管道专用阻燃隔音复合材料，包括饰面层和内面层，饰面层为阻燃隔音层，内面层为阻燃发泡吸音层；阻燃隔音层由以下重量份的原料制备而成：树脂60份、橡胶60份、氢氧化镁50份、填料15份、N-苯基-1-萘胺5份、环氧大豆油8份、耐磨碳黑4份、二氯化硫3份和三氯三聚氰胺3份；阻燃发泡吸音层是由以下重量份的原料制备而成：吸音基材120 份、发泡剂8份、稳定剂2.5份、氢氧化镁30份、催化剂1.5份、甲苯二异氰酸酯80份和水 10份。
所述管道专用阻燃隔音复合材料，阻燃隔音层的厚度为1.2-1.5mm，表面密度小于等于5 kg/m2；阻燃发泡吸音层的厚度为6.0±0.5mm，发泡倍数20倍。
所述树脂为环氧树脂。
所述橡胶为氟橡胶。
所述填料为氧化铝。
所述吸音基材为异氰酸酯。
所述发泡剂为正戊烷；所述稳定剂为硅油；所述催化剂为辛酸亚锡。
本对比例原料配方和制备方法部分同实施例4，唯一不同的是内层阻燃发泡吸音层的厚度为6.0±0.5mm。
测试例
厚度和面密度测试：
将实施例1-4所得阻燃隔音复合材料裁成直径为100mm的圆片，用厚度测定仪测定试样厚度。测量时应在不同位置取点，多次测量取平均值。用电子天平测出试样的质量，然后根据面密度计算公式计算出试样的面密度。
面密度计算公式为其中m为试样的面密度kg/m2，G为试样的质量，单位kg； S为试样的面积，单位为m2。
隔音性能测试：
采用4206-T型四传声器传递损失阻抗测试管(B&K公司，丹麦)按照GB/Z27764-2011 标准对试样进行隔音测试。
同时选取申请号为201410410917.9发明专利中的隔音材料作为对比3实验材料进行测试。每个测试组进行三次同步实验，所得试验结果如下表所示：
表1面密度、厚度以及隔音性能测试实验结果
由上表可以看出，本发明实施例1-4相对于对比例，制备出隔音阻燃复合材料的面密度明显下降，隔音性能得到大幅提升。本发明将隔音层和吸音层采用贴合机一体成型，直接使用热熔膜作粘剂不需添加任何其他粘剂，极大程度的减少了复合材料的厚度。在500Hz频率的噪声下能够实现降噪15dB左右。
需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。
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