集成吸声与隔声材料（SAM-SIM）在噪声控制领域应用广泛。虽然粘合剂粘接是制备SAM-SIM复合材料的常用方法，但该工艺存在界面失效的固有风险。为增强结构稳定性，本研究提出在多孔吸声材料底部结合真空浸渍与聚合物固化工艺，构建双层SAM-SIM结构。本文，上海交通大学董秋霞、李华 研究员团队在《Polymers for Advanced Technologies》期刊发表名为“An Adhesive-Free Integrated Sound Absorption and Insulation Structure Based on Light-Weight Three-Dimensional Graphene Oxide/Melamine Sponge”的论文，研究采用冻干法合成的氧化石墨烯（GO）改性三聚氰胺（MA）海绵，使其同时承担吸声层与隔声层组分双重功能。隔声层采用高阻尼聚氨酯（PU）作为聚合物基体，通过调节GO溶液浓度调控MA海绵及PU复合材料中的GO含量。
系统研究了GO/MA的吸声性能，以及GO/MA/PU的力学性能、阻尼性能和隔声性能。结果表明，GO显著提升了GO/MA的吸声性能，并大幅增强了GO/MA/PU复合材料的阻尼特性。经5 mg/mL GO溶液处理的GO/MA复合海绵制备的双层结构（SAM层12.5 mm厚，SIM层2.5 mm厚），在1000-6300 Hz频率范围内平均吸声系数(SAC)达0.547，平均透声损失(TL)达41.88 dB。这些数值与采用相同材料体系的粘合式SAM-SIM结构高度吻合，表明在多孔SAM中对弹性体进行真空浸渍是制备稳定SAM-SIM复合材料的可行替代方案。
图1、(a) Synthesis of PU elastomer; (b) preparation of integrated sound absorption and insulation materials based on GO/MA; schematic diagram of (c) sound absorption; (d) sound insulation principle of impedance tube.
通过冷冻干燥不同浓度的GO溶液，在MA海绵内部构建了三维GO网络，该结构优化了复合海绵的声阻抗匹配并延长了声波传播路径。在1000至6300赫兹频率范围内，GOA-5（c(GO) = 5 mg/mL）的平均声阻抗系数从0.476提升至0.788，而过量GO负载仅带来微弱改善。随后通过真空辅助浸渍技术，成功将聚氨酯弹性体引入GO/MA双网络结构。GO的引入显著提升了PU复合材料的阻尼性能，表现为最大损耗角正切值tanδmax增大及有效阻尼温度范围显著拓宽。厚度为5mm的PU-5材料在1000-6300Hz频段可达到平均总隔声量TL=45.46dB，在制备的GO/MA/PU复合材料中展现出最佳隔声性能。随后采用GOA-5与PU-5设计出集吸声与隔声于一体的复合结构。GO的存在显著提升了SAM-SIM的整体声学性能。通过直接粘接与PU真空浸渍制备的复合结构存在细微差异，但无粘接工艺制备SAM-SIM的可行性已得到验证。本研究中，采用PU真空浸渍法制备的12.5mm GOA-5与5mm PU-5组成的SAM-SIM复合结构，在1000-6300Hz频率范围内平均吸声系数达0.547，平均隔声系数达41.88dB。
文献：https://doi.org/10.1002/pat.70382
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