к.т.н. Юркин Ю.В.,
аспирант Авдонин В.В.
ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н. П. Огарева», г. Саранск
ВИБРОПОГЛОЩАЮЩИЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
НА ОСНОВЕ НЕПОЛЯРНЫХ КАУЧУКОВ. ПЛАСТИФИКАЦИЯ И СВОЙСТВА
Для шумо- виброизоляции
ограждающих конструкций наиболее эффективно применение самоклеющихся
вибропоглощающих материалов. В качестве таких материалов применяются различные
полимерные композиции на основе неполярных каучуков, наилучшие показатели из
которых находятся у композиций на основе бутилкаучука [1, 2, 3]. Однако, при высоком
наполнении такой полимерной основы инертными материалами (мел, тальк, асбест и
прочее) снижаются физико-механические свойства композита, он становится
нетехнологичным ввиду его хрупкости и «комковатости». Для решения данного
вопроса в смесь полимера с наполнителями водят разнообразные пластификаторы.
В данной работе в качестве
полимерной основы композиционного материалы применяли бутилкаучук БК-1675Н ТУ
2294-034-05766801-2002 производства ОАО «Нижнекамскнефтехим», общее содержание
эластомера по массе образца составляло 18 %. В качестве наполнителя
использовали порошкообразные белила БЦ0М (ГОСТ 202-84). Для пластификации в полученную
композицию вводили индустриальное масло И-20А (ГОСТ 20799-88) производства ОАО
«Славнефть-ЯНОС», и битум двух марок БН 90/10 (ГОСТ 6617-76) и БНД 90/130
(ГОСТ 22245-90).
Коэффициент
вибродемпфирования определялся резонансным методом. Металлическая пластина с
образцом возбуждается в частотном диапазоне от 20 до 1000 Гц. При этом
фиксируется резонансная частота 
при максимальном
электрическом напряжении Up,
а также частоты 
и 
соответственно слева и справа от резонансной частоты при
напряжениях, равных 0,707 Up.
Коэффициент
потерь на каждой резонансной частоте определяют по формуле:
;
где 
и 
– частоты на уровне
0,707 Up, Гц;
– резонансная
частота, Гц.
Влияние пластификаторов
на физико-механические свойства композиционных материалов представлено на
рисунке 1.
Рисунок
1 – Влияние пластификаторов на
физико-механические свойства
вибропоглощающих
материалов на основе бутилкаучука.
1
– битум БН 90/10, 2 – битум БНД 90/130
В результате проведенных
исследований установлено, что увеличение содержания масла в смеси резко снижает
модуль упругости материала. Демпфирующие свойства материала с уменьшением доли
битума в пластификаторе возрастает в 3,4 раза для дорожных и в 1,39 раза для
кровельных битумов, при дальнейшем уменьшении содержания битума данный
показатель снижается в 1,56-2,1 раза.
Такие изменения
механических свойств связаны с тем, что при введении пластификатора в
наполненные композиты, он не только влияет на подвижность цепей полимера, но и
способен взаимодействовать с поверхностью наполнителя [4]. При равном
содержание масла и битума в смеси наблюдается избирательная адсорбция
свободного в объеме полимера масла, что приводит к вытеснению битума из
граничного слоя [5]. Введение эластичного подслоя влияет на адгезионное
взаимодействие между наполнителем и полимером, ослабление которого облегчает
протекание релаксационных процессов [6,7].
Образование тонкого слоя
масла на поверхности наполнителя способствует более активной диссипации энергии
колебаний. Однако, при значительном содержание масла наполнитель начинает
«скользит» по «толстому» слою масла при динамических нагрузках, «выключаясь» из
работы по рассеиванию энергии. Большое содержание масла в смеси так же приводит
к снижению модуля упругости и прочности материала.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Количество масла в
смеси необходимо контролировать в зависимости от достаточной прочности
композита, конечных технологических и физико-механических свойств материала.
2. Более эластичный
битум марки БНД 90/130 эффективен при содержание в смеси до 6 %, при большем
введение в смесь эффективнее кровельные битумы марки БН 90/10.
3. Наиболее эффективна
композиция, с массовым содержанием битума и масла по 6 % от массы композиции.
Данные образцы удобны в работе, обладают лучшими показателями прочности и
вибропоглощения.
Литература:
1. А. с. 2235106, РФ, МКИ C08 L 95/00, C08 L 23/22, C08 L 91/00, C08 L 93/00, C08 K 3/04, C08 K 7/18. Вибропоглощающий
материал / В.А. Бурмистров,
А.Б. Корженевский, О.И. Койфман, М.В. Росин (РФ) – № 2003128616/04: Заявл. 23.09.2003;
. Опубл. 27.08.2004
2.
Patent – 5232785 US, B32B 15/06
Vibration damping sheet/ K. Masami; Daicel-Huls Ltd. (Tokyo, JP) – N 07/927191;
Filing Date 08/07/1992; Publication Date 08/03/1993
4. Липатов Ю.С. Физическая
химия наполненных полимеров. – М.: Химия, 1977. – 304 с.
5. Липатов Ю.С. Межфазные явления в полимерах. – Киев: Наук. думка,
1980. – 260 с.
6. Нильсен Л.
Механические свойства полимеров и полимерных композиций. – М.: Химия, 1978. –
301 с.
7. Соломатов В.И., Черкасов В.Д., Фомин Н.Е. Вибропоглощающие композиционные
материалы. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. – 96 с.