Резиновая смесь для изготовления акустического слоя покрытия
Владельцы патента RU 2258718:
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт резиновых покрытий и изделий" (ОАО "НИИРПИ") (RU)
Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано в производстве многослойных звукопоглощающих полимерных покрытий. Резиновая смесь включает, мас.ч.: цис-изопреновый каучук СКИ-3 100, тиурам 1,5-2,0, альтакс 1,5-2,0, каптакс 1,2-1,5, противостаритель Нафтам-21,2-1,5, оксид цинка 10-12, стеариновая кислота 1,5-2,0, технический углерод Т 900 12-20. Резиновая смесь обеспечивает получение акустического слоя покрытия, работающего в диапазоне звуковых частот от 5 до 1000 Гц, с характеристикой динамического модуля сдвига материала акустического слоя в требуемых пределах 0,5-1,0 МПа. 2 табл.
Предлагаемое изобретение относится к полимерным материалам с акустическими (звукопоглощающими) свойствами, используемым в резиновой промышленности для изготовления элементов полимерных звукопоглощающих покрытий и изделий, в частности для объектов судостроения.
Свойство полимерных изделий и конструкций поглощать энергию звуковых волн характеризуется коэффициентом звукопоглощения, который определяется из отношения поглощенной энергии звуковой волны к энергии падающей звуковой волны. Свойство полимерных материалов поглощать энергию звуковых волн характеризуется коэффициентом затухания. Акустические характеристики связаны с некоторыми показателями качества полимерных материалов. Например, величины собственной частоты продольных колебаний образцов и коэффициент затухания чувствительны к изменению состава исходного сырья и технологии изготовления полимерных материалов, что позволяет использовать эти показатели для выбора оптимальной технологии и контроля качества заготовок (Энциклопедия полимеров, т.1, М.: 1972, с.58).
Известны различные технические решения по созданию звукоизолирующих и звукопоглощающих полимерных материалов. Акустический слоистый материал в качестве стенового покрытия (Патент 5681408 США, МПК E 04 D 1/84, опубл. 28.10.1997; РЖ 99.14-19Т.256П) изготавливается методом, состоящим в применении пасты-клея, проникающей в акустический слоистый материал, имеющий каналы и полученный из тканого волокна, склеенного с пористым волокном на отдельных участках термопластичным полимерным связующим, причем эта ткань имеет покрытие из ПВХ-пластизоля. Такая же паста применяется к обратной стороне ткани и приклеивает акустический материал к стене.
Звукоизоляционные пенополиуретаны (ППУ) с плотностью 60-67 кг/м3 и фактором потерь 0,2-0,55 (по ISO 7626, ч.1, 2) получают способом, заявленным фирмой BASF AG (Заявка 10044712 Германия, МПК C 08 G 18/48, опубл. 21.03.2002; РЖ 03.06-19Т.169П). Названные ППУ получают из ароматических полиизоцианатов или их форполимеров с 16-44% NCO-групп и смеси простых ПЭФ в присутствии диолов, триолов и красящих паст. Пластизоль с акустическим действием (Патент 2155780 Россия, МПК C 08 L 27/06, опубл. 10.09.2000), предназначенный для нанесения покрытия на металлические поверхности, например на днища автомобилей, в качестве глушителя звука, включает суспензионный сополимер винилхлорида и винилацетата, пластификатор, адгезионную добавку, наполнитель и, при необходимости, целевые добавки. Звукопоглощающий материал по патенту России №2185765 (п.п.34-40 формулы изобретения, опубл. 27.07.2002) содержит основной материал, который включает по крайней мере один полимер, выбранный из группы полярных полимеров, состоящей из поливинилхлорида, хлорсодержащего полиэтилена, акрилового каучука, акрилонитрил-бутадиенового каучука, стирол-бутадиенового каучука и хлоропренового каучука.
Задачей предлагаемого изобретения является создание резиновой смеси для изготовления акустического слоя в двух- или трехслойном полимерном покрытии, представляющем самостоятельное формовое изделие в виде пластины, включающем жесткий армирующий слой (АР) и мягкий акустический (АК) звукопоглощающий слой. Подобная конструкция акустического покрытия защищена патентом РФ №2161825, МПК G 10 K 11/00, 11/16, опубл. 10.01.2001.
В резиновой промышленности для испытаний каучуков и резин (Резниковский М.М., Лукомская А.И. Механические испытания каучука и резины. М.: Химия, 1968) отсутствуют прямые методы и приборы для определения коэффициента затухания звуковых волн в полимерных материалах. Для оценки акустических свойств полимерных материалов из приведенных в книге методов можно использовать динамический модуль резины (с.234), характеризующий динамическую упругость резины. Величины коэффициента затухания звуковых волн в резине и динамического модуля резины находятся в обратно пропорциональной зависимости. Известно использование модуля сдвига резин для определения звуковых потерь в резинах (Модуль сдвига резин - подход с позиций ультразвука: "Kautschuk und Gummi. Kunstst.", 2002, №3, с.114-117, нем.; РЖ 03.05-19У.76).
По техническим требованиям к акустическому слою звукопоглощающих покрытий, подобных защищенному вышеупомянутым патентом РФ №2161825, работающих в диапазоне звуковых частот от 5 до 1000 Гц, динамический модуль сдвига материала акустического слоя должен находиться в пределах 0,5-1,0 МПа.
Целью настоящего изобретения является создание рецептуры резиновой смеси для изготовления акустического слоя покрытия, обеспечивающей получение динамического модуля сдвига вулканизатов (резины) в пределах от 0,5 до 1,0 МПа.
Поставленная цель достигается тем, что резиновая смесь включает цис-изопреновый каучук СКИ-3, вулканизующую систему, содержащую тиурам, альтакс, каптакс, и дополнительно - противостаритель нафтам-2, оксид цинка, стеариновую кислоту, технический углерод марки Т 900, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Цис-изопреновый каучук СКИ-3 | 100 |
| Тиурам | 1,5-2,0 |
| Альтакс | 1,5-2,0 |
| Калтакс | 1,2-1,5 |
| Противостаритель Нафтам-2 | 1,2-1,5 |
| Оксид цинка | 10-12 |
| Стеариновая кислота | 1,5-2,0 |
| Технический углерод Т 900 | 12-20 |
Предлагаемая резиновая смесь для изготовления акустического слоя покрытия существенно отличается от приведенных выше аналогов - звукопоглощающих материалов.
Наиболее близким аналогом по составу (прототип) является резиновая смесь по патенту Российской Федерации №2034873 (опубл. 10.05.1995), включающая 1,4-цис-полиизопреновый каучук, вулканизующую систему, содержащую серу и ускоритель вулканизации, оксид цинка, стеариновую кислоту, технический углерод, используемая в производстве шин.
Отличительным признаком заявляемого технического решения от прототипа является вулканизующая система, содержащая тиурам, альтакс, каптакс, и дополнительно - противостаритель нафтам-2, технический углерод с улучшенными свойствами, и резиновая смесь предназначена для изготовления акустического слоя звукопоглощающего покрытия.
В таблице 1 приведены составы резиновых смесей по прототипу и варианты заявляемой смеси.
В таблице 2 приведены физико-механические показатели вулканизатов из резиновых смесей, показанных в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, и заявляемая резиновая смесь и резиновая смесь - прототип включают в качестве основы изопреновый каучук. Для заявляемой резиновой смеси выбран цис-изопреновый каучук СКИ-3, обладающий хорошими технологическими свойствами (см., например: Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов А.М. Общая технология резины. Изд. 4-е, М., 1978, с.54). Общими компонентами этих смесей являются оксид цинка, стеариновая кислота и технический углерод. Отличительным признаком заявляемой резиновой смеси от прототипа является вулканизующая система, содержащая в качестве технического углерода малоактивный, получаемый термическим разложением природного газа, с низким показателем дисперсности и низким показателем структурности технический углерод марки Т 900 (ГОСТ 7885-86 Углерод технический для производства резины. Технические условия).
Из приведенных в таблицах 1 и 2 данных видно, что оптимальные свойства по комплексу акустических, физико-механических и технологических показателей имеют варианты предлагаемой резиновой смеси №№3, 4, 5.
Предлагаемую резиновую смесь готовят из отечественных материалов на обычном технологическом оборудовании в одну стадию с введением вулканизующей системы в последнюю очередь. Продолжительность смешения 20-25 минут. Вулканизацию образцов проводят при температуре 151°С в течение 40 минут.
С использованием предлагаемой резиновой смеси были изготовлены и испытаны образцы акустических полимерных покрытий. Получена положительная оценка резиновой смеси институтом ФГУП "ЦНИИ им. акад. А.Н.Крылова". Резиновая смесь принята для изготовления акустических слоев полимерных покрытий, работающих в диапазоне звуковых частот от 5 до 1000 Гц.
| Таблица 1 Состав резиновых смесей, мас.ч. | ||||||
| Компоненты | Значение показателя | |||||
| Прототип по патенту РФ 2034873 | Предлагаемая резиновая смесь | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Цис-изопреновый каучук | ||||||
| СКИ-3 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | |
| 1,4-цис-полиизопреновый | ||||||
| каучук | 100 | |||||
| Вулканизующая система: | ||||||
| Тиурам | - | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 1,7 | 2,0 |
| Альтакс | - | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 1,7 | 2,0 |
| Каптакс | - | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,5 |
| Противостаритель Нафтам-2 | - | 0,8 | 1,0 | 1,2 | 1,4 | 1,5 |
| Оксид цинка | 4,8-5,2 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| Стеариновая кислота | 1,8-2,2 | 1,0 | 1,2 | 1,5 | 1,7 | 2,0 |
| Технический углерод | ||||||
| Т 900 | 7 | 10 | 12 | 15 | 20 | |
| Технический углерод | 30-40 | |||||
| Сера | 2,0-2,5 | - | - | - | - | - |
| Ускоритель вулканизации | 0,5-0,9 | - | - | - | - | - |
| Сополимеры оксида | 2-6 | - | - | - | - | - |
| пропилена и оксида | ||||||
| дивинила |
| Таблица 2 Свойства вулканизатов | ||||||
| Показатели | Значение показателя | |||||
| Прототип по патенту РФ 2034873 | Предлагаемая резина | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
| Динамический | ||||||
| модуль сдвига, МПа | - | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 1,0 |
| Условная прочность | ||||||
| при растяжении, МПа | 31,0-32,6 | 15 | 18 | 19 | 19,5 | 20 |
| Относительное удлинение | ||||||
| при разрыве, % | 590-620 | 1000 | 950 | 900 | 850 | 750 |
| Относительное оста | ||||||
| точное удлинение | ||||||
| после разрыва, % | - | 8 | 6 | 5 | 4 | 4 |
| Твердость по Шору | ||||||
| А, ед. Шор А | - | 20 | 25 | 30 | 33 | 35 |
| Статический модуль | ||||||
| сжатия, Есж при | ||||||
| ε=20% | - | 1,3 | 1,5 | 1,7 | 1,9 | 2,1 |
| Время до начала | ||||||
| вулканизации (t5), | ||||||
| мин. | - | 12 | 10 | 7 | 4 | 2 |
| Примечание: Прочерк в таблице - данный показатель не требовался. |
Резиновая смесь для изготовления акустического слоя покрытия, включающая цис-изопреновыи каучук СКИ-3, вулканизующую систему, оксид цинка, стеариновую кислоту, технический углерод марки Т900, при этом вулканизующая система содержит тиурам, альтакс, каптакс и дополнительно противостаритель Нафтам-2, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Цис-изопреновый каучук СКИ-3 | 100 |
| Тиурам | 1,5-2,0 |
| Альтакс | 1,5-2,0 |
| Каптакс | 1,2-1,5 |
| Противостаритель Нафтам-2 | 1,2-1,5 |
| Оксид цинка | 10-12 |
| Стеариновая кислота | 1,5-2,0 |
| Технический углерод марки Т900 | 12-20 |
