Свойства звукопоглощающих материалов на полиуретановой основе

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

* - 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

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.

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