天津工业大学：适用于沿海环境的KHGB/GO 复合膜，实现耐磨性、吸声性和耐候性的协同稳定

2025-10-31 15:12:20 作者：涂料驿站来源：涂料驿站分享至：

沿海浅水高速公路的噪音污染控制主要依靠高效的吸声材料，其中泡沫结构在提高吸声性能方面起着核心作用。然而，沿海地区多种形式的环境退化对泡沫材料构成了严峻的挑战：波浪侵蚀容易导致泡沫孔坍塌、盐雾腐蚀会破坏孔壁结构、紫外线老化会导致基质降解和孔隙连通性丧失。在现有的研究中，泡沫材料常常面临“为了提高吸声性能而增加泡沫密度，但这不可避免地会降低结构强度和耐磨性”的困境，并且缺乏对多种性能协同增强机制的深入研究。

以往的研究主要致力于优化单一性能，未能实现“泡沫结构-界面结合-网络支撑”的协同调控。HGB具有轻质空心特性，可以优化泡沫孔结构，但未经改性的HGB与基体的界面结合较弱，导致在发泡过程中团聚和孔分布不均匀。氧化石墨烯（GO）的二维层状结构能够支撑泡沫孔，但单独使用时，层堆叠会堵塞孔隙，降低吸声性能。

近期，天津工业大学刘元军团队采用“共价交联+二维网络强化+泡沫结构调节”多级协同设计策略，成功制备出适用于沿海环境的复合膜。

使用硅烷偶联剂（KH550）在中空玻璃微球（HGB）与基质之间形成Si-O-Si共价键，利用氧化石墨烯（GO）的二维网络均匀分散发泡剂，制得具有“软基质-硬颗粒-梯度泡沫孔”的KHGB/GO复合膜。

所制备复合膜的耐磨性指数为400，比未改性膜提高了66.64%。该复合膜在5470Hz处吸声系数达到0.9445；在7000-9000次摩擦循环中，质量损失保持在0.1mg以下，低于微量天平的精度下限。经过168h的盐雾腐蚀后，该复合膜的UPF保留率、抗拉强度保留率和吸声系数保留率分别为94%、67.71%和89.96%，实现了极端条件下多种性能的协同稳定性。

本研究创新性地将泡沫结构融入多级设计体系，突破了传统材料“硬度导致脆性、柔性导致易磨损、耐磨性牺牲吸声性”的瓶颈，首次实现了耐磨性、吸声性和耐候性的协同提升，可以直接应用于沿海高速公路的降噪处理，为沿海基础设施的长期降噪提供了一种创新的解决方案。

设计理念及实验流程

(a)本研究设计理念；(b)实验流程；(c)KHGB/GO复合膜在双向拉伸和多次扭转后未发生变形。

吸声机理

(a)KHGB/GO 的吸声机理。

数据来源与出处

相关研究成果以“Synergistic regulation of foamed structure via covalent crosslinking-2D network: toward KHGB/GO composite membranes with co-stabilized wear resistance, sound absorption, and weatherability for coastal environments”为标题发表在《Progress in Organic Coatings》上。

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