Свойства звукопоглощающих материалов на полиуретановой основе

Properties of sound-absorbing polyurethane-based materials
Цитировать:
Свойства звукопоглощающих материалов на полиуретановой основе // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Бойдадаев М.Б. [и др.]. 2021. 4(85). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/11511 (дата обращения: 07.05.2021).
Прочитать статью:

 

DOI: 10.32743/UniTech.2021.85.4-2.18-21

 

АННОТАЦИЯ

Cреда обитания человека окружена многочисленными источниками шума: транспорт; инженерные сооружения. Статья посвящена материалам, используемым в отделке грузовых автомобилей и их свойствам.

ABSTRACT

The human environment is surrounded by numerous sources of noise: transport; engineering structures. The article is devoted to the materials used in the finishing of trucks and their properties.

 

Ключевые слова: ПВХ пленка, источник шума, транспорт, пено-полиуретан, полиэтиленовая пленка, звукопоглощение, коэффициент теплопроводности.

Keywords: PVC pellicle, noise source, transport, polyurethane foam, polyethylene pellicle, sound absorption, thermal conductivity coefficient.

 

В настоящее время среда обитания человека окружена многочисленными источниками шума: транспорт; инженерное и сантехническое оборудование жилья [1, 2]. Шум оказывает вредное воздействие на организм человека: увеличивает концентрацию гормонов стресса; нарушает работу нервной системы; является источником возникновения сердечно-сосудистых заболеваний; снижает слуховую чувствительность [3].

В автомобилестроении сложился устойчивый тренд применения изделий, выполняющих несколько смежных функций. В частности, изделие «ковер пола» автомобиля MAN, выпускаемый на совместном предприятии в Узбекистане,  выполняет функции: тепло и шумо изоляции (звукопоглощения), защитные и декоративные. «Ковер пола» состоит из трех слоев: ПВХ пленка, эластичный пенополиуретан (ППУ), полиэтиленовая пленка. Крайние слои выполняют защитные функции, защищая внутренний слой ППУ от попадания грязи и влаги.

Основным функциональным элементом данных изделий является эластичная полиуретановая пена, которая образуется в результате реакций жидких полиизоционатов и жидких полиолов в присутствии ряда других ингредиентов, необходимых для образования продукта. Пены представляют собой трехмерные скопления газовых пузырьков, отделенных друг от друга тонкими полимерными стенками-тяжами. В образующемся в итоге эластичном полиуретановом материале свободные области – ячейки – это то, что осталось от газовых пузырьков, введенных в реакционную смесь вначале [4].

Сравнительные исследования проводили на образцах «ковра пола» автомобиля MAN трех производителей: образец 1 – производства DAIMLER (толщина слоя ППУ 15 мм); образец 2 – производства ООО НПП "Икар" (толщина слоя ППУ 22 мм) [5]; образец 3 – производства ООО «АВТОТЕХНИК» (толщина слоя ППУ 18 мм) [6].

Образцы анализировали по следующим показателям: коэффициент звукопоглощения по ГОСТ 16297 – 80 [7]; коэффициент теплопроводности по ГОСТ 7076-99 [8]; кажущаяся плотность слоя ППУ; термические показатели слоя ППУ в соответствии с ГОСТ Р 55134-2012 (ИСО 11357-1:2009) и ГОСТ Р 55135-2012 (ИСО 11357-2:1999) [9, 10]; макроструктурные показатели слоя ППУ. Результаты исследований представлены в таблицах 1 и 2.

Таблица 1.

Коэффициент звукопоглощения от 100 до 6300 Гц

Частота

Образец 1*

Образец 2 *

Образец 3 *

100

0,021

0,061

0,027

200

0,013

0,064

0,019

250

0,038

0,115

0,050

315

0,056

0,162

0,066

400

0,082

0,188

0,080

500

0,114

0,189

0,105

630

0,157

0,204

0,157

800

0,168

0,058

0,195

1000

0,274

0,583

0,434

1250

0,337

0,558

0,534

1600

0,443

0,513

0,655

2000

0,614

0,488

0,855

2500

0,816

0,262

0,939

3150

0,977

0,167

0,979

4000

0,964

0,173

0,902

5000

0,830

0,220

0,742

6300

0,694

0,209

0,582

* - представлены значения среднеарифметических испытаний трех образцов

 

На основе проведенных исследований выявлено, что образцы 1 и 3 имеют схожие значения физико-акустических свойств (табл. 1,2), при этом образец 3 имеет более высокий показатель коэффициента звукопоглощения в частотном диапазоне от 630 до 2000 Гц при меньшей толщине (на 3-4 мм), чем образец 2. Все исследуемые образцы имеют сопоставимый коэффициент теплопроводности в пределах 0,085 до 0,095 Вт/(м*K). Кажущаяся плотность всех исследуемых образцов сопоставима между собой и изменяется в пределах 51-58 г/л. Термические исследования показали, что максимальная температура разложения вещества (Т max) всех исследуемых образцов составляет 389-398 °С, что характерно для полиуретана, при этом образец 3 характеризуется меньшим показателем (389 °С) относительно других исследуемых образцов, а также характеризуется дополнительной температурой разложения 327,7 °С, что может быть характерным для образования бимодальных структур полиуретана.

Таблица 2.

Результаты физических, термических и текстурных характеристик слоя эластичного ППУ

Показатель

Образец 1

Образец 2

Образец 3

Коэффициент теплопроводности, ℷ (Вт/(м*K))

0,085

0,090

0,095

Кажущаяся плотность, г/л

58

55

51

Тmax разложения, °С

397,5

391,5

389,2

Остаточная масса при 550°С, % масс

15,6

19,4

15,5

Диапазон распределения ячеек по

размерам, мм

0,04-0,33

0,13-0,76

0,07-0,50

Коэффициент формы ячеек (степень

вытянутости ячеек)

1,0-1,8

1,1-2,6

1,0-1,8

 

На основе проведенных исследований выявлено, что образцы 1 и 3 имеют схожие значения физико-акустических свойств (табл. 1,2), при этом образец 3 имеет более высокий показатель коэффициента звукопоглощения в частотном диапазоне от 630 до 2000 Гц при меньшей толщине (на 3-4 мм), чем образец 2. Все исследуемые образцы имеют сопоставимый коэффициент теплопроводности в пределах 0,085 до 0,095 Вт/(м*K).

Кажущаяся плотность всех исследуемых образцов сопоставима между собой и изменяется в пределах 51-58 г/л. Термические исследования показали, что максимальная температура разложения вещества (Тmax) всех исследуемых образцов составляет 389-398 °С, что характерно для полиуретана, при этом образец 3 характеризуется меньшим показателем (389 °С) относительно других исследуемых образцов, а также характеризуется дополнительной температурой разложения 327,7 °С, что может быть характерным для образования бимодальных структур полиуретана.

Известно, что конечные эксплуатационные свойства эластичных ППУ являются результатом сложного суммирования факторов, связанных с макроскопической геометрией ячеек, то есть текстурой пены [4].

Основной характеристикой макроструктуры пенопластов является строение их ячеек, определяемое параметрами газ структурных элементов [11]. Исследование параметров макроструктуры ППУ: определение линейных размеров ячеек, показало, что меньшим диапазоном распределения ячеек по размерам характеризуются образец 1 (0,04-0,33 мм) и образец 3 (0,07-0,50 мм) при коэффициенте формы ячеек от 1,0 до 1,8, образец 2 со степенью вытянутости 1,1 - 2,6 характеризуется более вытянутой формой ячеек при большем значении диапазона распределения ячеек по размерам (0,13 - 0,76 мм) по сравнению с образцами 1 и 3. Вытянутость ячеек сильно влияет на анизотропию не только механических, но и физических свойств ППУ, а размеры ячеек и тяжей определяют их акустические свойства. Следовательно, образец 1 характеризуются мелкоячеистой структурой пенополиуретана, что может обеспечиваться наличием в композиции веществ, облегчающих выделение растворённых газов в виде отдельной фазы, так как при изменении природы и концентрации таких добавок получают пеноматериалы различной структуры.

На основе проведенных исследований выявлено, что основным параметром структуры, влияющими на тепло-и звукопоглощающие свойства изделий, являются строение ячеек ППУ.

Таким образом, для получения требуемых физико-механических и эксплуатационных свойств детали «ковер пола» необходима возможность контроля и изменения размеров и природы ячеистой структуры эластичных ППУ, в свою очередь, строение ячеек зависит от ряда факторов, действующих на стадии получения пенополиуретана.

 

Список литературы:

  1. Полиуретаны: синтез, свойства и применение в машиностроении / Е.М. Готлиб, Э.Р. Галимов, Л.А. Зенитова [и др.] // Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2016. 149 с.
  2. E.D. Zharin, S.Y. Yurasov, L.N. Shafigullin, A.N. Shafigullina, G.R. Shayakhmetova Sound Absorbing Polyurethane Foam for the Auto Industry// Russian Engineering Research Volume 37, Issue 4, April 2017. P.– 38-40
  3. D.E. Zharin, S.Y. Yurasov, M.I. Gumerov, L.N.Shafigullin, Vibration-and noise-absorbing polymer composites used in manufacturing // Russian Engineering Research Volume 30, Issue 2, February 2010 – P. 194-196.
  4. ООО НПП «ИКАР» http://ikar-ufa.ru/about : [Электронный ресурс]. – Режим доступа: Дата обращения: 20.09.2019.
  5. ООО Автотехник http://автотехник.net/ru/produkts: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: Дата обращения: 20.09.2019.
  6. Клемпнер Д. Полимерные пены и технология вспенивания: пер. с англ./ под ред. к.т.н. А.М. Чеботаря.– СПб.: Профессия, 2009. – 600 с.
  7. ГОСТ 16297-80. Материалы звукоизоляционные и звукопоглощающие. Методы испытаний (взамен ГОСТ 16297-70); введен с 01.01.1981. – М.: Изд-во стандартов, 1980.
  8. ГОСТ 7076-99. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме (взамен ГОСТ 7076-87). Введен с 01.04.00. М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2000.
  9. ГОСТ Р 55134-2012 (ИСО 11357-1:2009). Пластмассы. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК). Ч. 1. Общие принципы. – Введен 16.11.2012. – М: Стандартинформ, 2012.− 28 с.
  10. ГОСТ Р 55135-2012(ИСО11357-2:1999). Пластмассы. Дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК). Ч. 2. Определение температуры стеклования.– Введен 01.01.2014. – М: Стандартинформ, 2014.− 5 с.
  11. Дементьев А.Г. Структура и свойства газонаполненных полимеров: дис…док.техн. наук. М., 1997
Информация об авторах

ст. преподаватель Наманганского инженерно-строительного института, Узбекистан, г. Наманган

Senior Lecturer, Namangan Institute of Civil Engineering, Uzbekistan, Namangan

канд. техн. наук, доц., Наманганский инженерно-строительный институт, Республика Узбекистан, г. Наманган

Namangan Engineering Construction Institute, Associate Professor, Republic of Uzbekistan, Namangan city

PhD, Наманганский инженерно-строительный институт, Узбекистан г. Наманган

PhD, Namangaт Engineering Construction Institute, Uzbekistan, Namangan

преподаватель, Наманганский инженерно-строительный институт, Узбекистан, г. Наманган

Teacher, Namangan Civil Engineering Institute, Uzbekistan, Namangan

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), регистрационный номер ЭЛ №ФС77-54434 от 17.06.2013
Учредитель журнала - ООО «МЦНО»
Главный редактор - Ахметов Сайранбек Махсутович.
Top