Реферат: Исследование и разработка технологии шумопонижающих материалов различного функционального назначения
Реферат: Исследование и разработка технологии шумопонижающих материалов различного функционального назначения
На правах рукописи
ЛИТУС АННА АЛЕКСАНДРОВНА
ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ШУМО- ПОНИЖАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ РАЗЛИЧНОГО ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Технология и переработка полимеров и композитов
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
2008
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
доктор химических наук, профессор
Ведущая организация
С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.
Автореферат разослан
Ученый секретарь
диссертационного совета
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Проблема создания эффективных звукоизолирующих и вибропоглощающих материалов весьма актуальна, т.к. эксплуатация транспортных средств сопровождается шумом и вибрацией. В последние годы все больше внимания уделяется кардинальному улучшению экологических характеристик автомобилей. Наряду с работой по уменьшению содержания вредных веществ в отработанных газах двигателей автомобилей ведутся исследования по уменьшению акустического загрязнения воздушного бассейна. Требования национальных и международных стандартов к акустическому комфорту в салонах самолетов, автомобилей и других транспортных средств, городских и населенных пунктах регулярно повышаются и производители автомобилей вынуждены постоянно увеличивать количество применяемых шумопонижающих материалов, улучшать их качество. Значение показателей шума для транспортных средств нормируется ГОСТами и международными стандартами.
Одним из приоритетных направлений является создание новых –звуко- и вибропонижающих композиционных материалов с улучшенными свойствами и внедрение этих материалов в производство. Старейшими шумопонижающими материалами являются битумные композиции на основе волокнистых или дисперсных минеральных наполнителей. Многообразие свойств волокнистых наполнителей открывает широкие возможности направленного регулирования физико-механических свойств композиционных материалов - прочности, термостойкости и др. При этом важно, чтобы волокнистые наполнители были экологически чистыми и широко доступными. Именно поэтому отношение к такому наполнителю как асбест становится с каждым годом все более отрицательным и его замена при изготовлении шумопонижающих материалов в автомобильной промышленности весьма актуальна. В последние годы все увереннее вытесняют канцерогенный асбест в разных технологических процессах композитов базальтовые волокна, которые относятся к самым перспективным волокнам для армирования полимерных композиционных материалов (ПКМ).
Шумопонижающие звукоизолирующие и вибропоглощающие материалы, изготавливаемые на основе битумных композиций, предназначены для применения в автомобилестроении для эффективного снижения внешнего и внутреннего шума в салоне транспортного средства. Кроме того, это самые недорогие шумопонижающие материалы, что делает их привлекательными на автомобильном рынке.
Целью настоящей работы является расширение спектра ассортимента и повышение эффективности шумопонижающих материалов на основе битума, повышение их вибропоглощающих, звукоизолирующих и прочностных свойств с одновременным снижением массы материала, исключение из рецептуры канцерогенного асбеста с сохранением высокой термостойкости полимерного композиционного материала.
Для достижения поставленной цели решались следующие научно-технические задачи:
- исследование эффективности использования базальтовых волокон (БВ), базальтовой ваты (отходы теплоизоляции азотно-кислородной станции) в битумных вибропоглощающих материалах;
- исследование эффективности использования базальтовых волокон в битумных звукоизолирующих материалах;
- установление закономерностей и технологических параметров изготовления битумных шумопонижающих материалов на основе базальтовых волокон;
- изучение механизма взаимодействия в системе «базальтовые волокна – битумное связующее» и структуры шумопонижающих материалов;
- определение физико-химических, механических и акустических характеристик шумопонижающих материалов на основе БВ;
- исследование влияния модификации базальтовой ваты на физико-механические и акустические характеристики шумопонижающих материалов;
- сравнительное исследование характеристик разработанных шумопонижающих материалов с серийно-применяемыми материалами.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые:
- доказана целесообразность и эффективность использования базальтовых волокон для производства вибропоглощающих и звукоизолирующих материалов;
- установлен механизм взаимодействия базальтовых волокон и битумного связующего;
- определена оптимальная рецептура битумных звукоизолирующих и вибропоглощающих материалов на основе БВ;
- доказано испытаниями в лабораториях АвтоВАЗа и ОАО «Балаковорезинотехника» повышение акустических и прочностных характеристик разработанных материалов в сравнении со стандартными. Так в диапазоне частот 400-800 Гц способность к звукоизоляции превышает в 1,5-2 раза, в остальном диапазоне преимущественно на 2-5 Дб.
- доказана эффективность замены асбеста на базальтовые волокна в разработанных вибропоглощающих и звукоизолирующих материалах. При этом в производственных условиях доказано сохранение высоких термостойких свойств материала в отсутствии канцерогенного асбеста;
- установлено, что при меньшей массе резино-битумный материал на основе базальтовых волокон обладает более высокой прочностью при растяжении и более высоким относительным удлинением при разрыве, что положительно влияет на процесс формования многослойных шумоизолирующих изделий для автомобилей;
Практическая значимость работы состоит в том, что
- разработаны технология производства эффективных вибропоглощающих и звукоизолирующих композиционных материалов с применением базальтовой ваты;
- доказано, что отходы базальтовой ваты являются ценным компонентом для изготовления шумопонижающих материалов.
- выпущены опытно-промышленные партии композиционных материалов на ЗАО «Химформ», которые соответствуют требованиям, предъявляемым к вибропоглощающим и звукоизолирующим материалам.
На защиту выносятся следующие основные положения:
- результаты исследования эффективности использования базальтовой ваты для замены асбеста и регулирования свойств получаемых вибропоглощающих и звукоизолирующих материалов;
- эффективность модификации базальтовой ваты на свойства звукоизолирующих и вибропоглощающих материалов;
- результаты комплексных исследований по влиянию базальтовой ваты на структуру и свойства шумопонижающих материалов.
Апробация результатов работы. Результаты работы доложены на Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология.» (Саратов, 2007г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, в том числе 1 патент, 1 положительное решение, 1 статья в центральной печати, ОТРЕДАКТИРОВАТЬ!!!
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части 6 глав, выводов, списка библиографических источников. Работа изложена на __ страницах, включает __ рисунков, __ таблиц и __ приложений.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту кандидату технических наук, доценту Балаковского института техники, технологии и управления СГТУ Синицыной И.Н. за участие в исследованиях и помощь в работе над диссертацией.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Введение содержит обоснование актуальности темы, цели и задачи исследований, научную новизну и практическую значимость работы.
Глава 1. Литературный обзор
Содержит анализ современного состояния проблемы использования базальтовых наполнителей и полимерных композиционных материалов на их основе. Проведен анализ литературы, отражающий развитие и современное состояние проблемы создания шумопонижающих материалов. Проанализированы литературные данные об используемых компонентах и средствах достижения эффективности шумопонижения. На основании проведенного анализа подтверждена необходимость замены канцерогенного асбеста в составе шумопонижающих материалов и актуальность создания новых эффективных материалов с высокими эксплуатационными свойствами
Глава 2. Объекты и методы исследования
При выполнении исследований использовались следующие материалы со следующим химическим составом: смола «Политер» по ТУ 2451-012-00149452-99; ди-(2-этилгексил)-фталата по ГОСТ 8728-88; мел МТД-Б по ТУ 5743-114-00149289-2000 микросферы полые по ТУ 5717-37-00284351-20002; смола стирольно-инденовая по ТУ 14-6-89-73; слюда марки СДФ по ГОСТ 19571-74; слюда флогопит молотая для металлургической промышленности СМФФ-160 по ТУ 21-25-241-80; микроволластонит фракционированный (МИВОЛЛ) м. 03-97 по ТУ 5777-006-40705684-2003; каучук синтетический бутадиен-стирольный СКС-30АРКМ-15 по ГОСТ 11138-78; сополимер этилена с винилацетатом «Сэвилен» по ТУ 6-05-1636-97; кондиционная базальтовая вата ТУ 21-23-247-88; некондиционная базальтовая вата, длительно использовавшаяся в качестве теплоизоляции реакторов азотно-кислородной станции ОАО «Саратоворгсинтез»; битум нефтяной «Пластбит II» по ТУ 38 101580-75; асбест хризотиловый по ГОСТ 12871-93.
Исследования проводились с применением комплекса современных независимых и взаимодополняющих методов: ИК-спектроскопии, рентгенографического анализа (РГА), термогравиметрического анализа (ТГА), газовой хроматографии (ГХ), стандартных методов испытаний технологических параметров и физико-механических свойств разрабатываемых ПКМ.
Экспериментальная часть работы
Глава 3. Модификация битумных и резино-битумных материалов базальтовыми волокнами с целью повышения комплекса физико-механических и акустических свойств вибропоглощающих шумопонижающих материалов
3.1 Исследование влияния базальтовых волокон на свойства битумных вибропоглощающих и резино-битумных звукоизолирующих композиций
Основными задачами при решении проблемы создания битумных композиционных материалов на основе базальтовых волокон являются улучшение их вибропоглощающих, звукоизолирующих и прочностных свойств с одновременным снижением массы, и исключение из рецептуры канцерогенного асбеста с сохранением высоких термостойких свойств материала. В качестве контрольных образцов использовались широко применяемые серийные резинобитумная и битумная смеси, в состав которых входят битум, сэвилен, микросферы, диоктифталат, мел, асбест и др. компоненты (табл 1). Асбест входит в состав резинобитумных композиций в количестве 2-3%, битумных 4-5%.
Свойства композиции определяются как количественным соотношением, так и свойствами отдельных составляющих. Базальтовая вата используется в качестве теплоизоляционного материала в азотно-кислородных установках, атомных станциях, магистральных теплопроводах и др. После истечения срока эксплуатации некондиционная (отработанная) вата вывозится на свалку. Поэтому использование такой ваты, наряду с кондиционной, при разработке вибропоглощающих битумных и звукоизолирующих резино-битумных материалов является перспективным направлением.
С этой целью изготовлены и исследованы образцы звукоизолирующей резино-битумной композиции по ТУ 38.105.1619-87 с различным процентным содержанием некондиционной базальтовой ваты, заменяющей асбест (табл.1, 2).
Таблица1
Составы резино-битумных звукоизолирующих композиций
|
Наименование компонента |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Массовые доли, % | ||||||
|
Битум (марка «Пластбит2») |
17,0 | 19,0 | 20,0 | 20,0 | 21,0 | 23,0 |
| Сэвилен м. 11306-075 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 2,0 | 1,0 |
| Дибутилфталат | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Мел (марка МТД-Б) | 65,0 | 64,0 | 63,0 | 65,0 | 63,0 | 62,0 |
| Бутадиен-сти-рольный каучук | 8,0 | 8,0 | 10,0 | 8,0 | 8,0 | 8,0 |
| Вата базальтовая (некондиц) | 8,0 | 7,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
По внешнему виду полученная смесь технологична, пластична, волокна равномерно распределены по всему объему замеса, материал легко каландруется. При использовании кондиционной базальтовой ваты для изготовления битумных композиций не достигается равномерное распределение в объеме смеси и в результате получается неоднородный материал. Для достижения равномерности распределения волокон в смеси необходимо увеличивать продолжительность перемешивания и проводить дополнительную подготовку кондиционной ваты путем е разволокнения. При этом, как видно из таблицы 2, физико-механические показатели резинобитумных материалов на основе некондиционной ваты не ухудшаются. Это ранее было доказано и для базальтопластиков.
Таблица 2
Физико-механические свойства резинобитумных материалов на основе кондиционной и некондиционной базальтовой ваты
|
Базальтовая вата |
Условная прочность при растяжении, кгс/см2 |
Относительное удлинение при разрыве, % |
Плотность, кг/м3 |
||
| в продольном направлении | в поперечном направлении | в продольном направлении | в поперечном направлении | ||
| Кондиционная | 3,50 | 2,9 | 71,0 | 77,0 | 1415 |
| Некондиционная | 3,65 | 2,7 | 70,0 | 76,0 | 1406 |
Примечание: содержание базальтовой ваты: 8%.
