ВИБРОПОГЛОЩАЮЩАЯ МАСТИКА
VIBRATION-ABSORBING PASTE

Заявляемое изобретение относится к области получения и применения вибропоглощающих составов для жестких покрытий, в частности для внутрикорпусных покрытий судовых помещений и железнодорожных вагонов.
4
Известна [Авторское свидетельство СССР №1451150, МКИ C09D 3/74, опубл. 15.01.89] вибропоглощающая мастика, включающая (мас.%): 45,5÷50,0 водной поливинилацетатной дисперсии (ПВАД), пластифицированной дибутилфталатом (ДБФ), 14,0÷18,0 нефелинового антипирена (НА) и 36,0÷40,0 наполнителя с чешуйчатой формой частиц - кристаллического графита (КГ).
Покрытия из нее обладают комплексом ценных эксплуатационных характеристик: высокими (значение коэффициента механических потерь при 20°С составляет 0,19÷0,20), стабильными во времени (за три года коэффициент механических потерь снижается не более чем на 8÷12%) виброакустическими параметрами, отличными адгезионными свойствами, пониженной горючестью (индекс распространения пламени составляет 9,2; кислородный индекс 37).
Недостатком известной мастики является нестабильность технологических свойств самой мастики: уже через 3÷5 суток с момента изготовления мастика начинает заметно терять свою подвижность, а через один месяц хранения значение этого показателя падает приблизительно в три раза. Негативными последствиями загустевания мастики являются:
- сложность выгрузки мастики из емкостей хранения (бидонов, бочек), так как загустевшую мастику невозможно растаривать механически и ее приходится буквально выковыривать из тары вручную;
- сложность процесса подготовки мастики после хранения к использованию, так как выгруженную крошку мастики практически не удается превратить в однородную пасту, какой является свежеприготовленная мастика;
- неоднородная мастика плохо наносится на демпфируемые поверхности;
- более низкие (на 25÷30%) виброакустические показатели демпфирующих покрытий из мастики, хранившейся в течение одного месяца, чем у покрытий, сформированных из свежеприготовленного материала.
6
Также известна [Патент РФ №2035482, МКИ C09D 131/04, опубл. 20.05.95] вибропоглощающая мастика, включающая (мас.%): 39,4÷56,0 ПВАД (сухой остаток 40÷60 мас.%), пластифицированной ДБФ или триацетатом глицерина (ТАГ), 11,8÷19,0 НА, 26,0÷42,0 КГ, 2,2÷8,0 мела (М) и 0,5÷4,6 алкилбензилпиридинийхлорида (АБПХ).
Получаемая мастика обладает стабильностью технологических свойств на протяжении одного месяца, а сформированные из нее в течение указанного периода времени демпфирующие покрытия характеризуются комплексом высоких значений ценных эксплуатационных характеристик: высокими (коэффициент механических потерь при 20°С равен 0,19÷0,20), стабильными во времени (за три года коэффициент механических потерь снижается не более чем на 8÷11%) виброакустическими параметрами, отличными адгезионными свойствами (3,0÷3,3 МПа), пониженной горючестью (индекс распространения пламени составляет 9,0÷9,2; кислородный индекс 35÷36).
Однако увеличение срока хранения вибропоглощающей мастики указанного состава свыше одного месяца сопровождается снижением подвижности мастики, ее загустеванием и связанными с этим описанными выше негативными последствиями (сложность растаривания мастики из емкостей хранения, необходимость длительного и энергоемкого перемешивания мастики после хранения для подготовки к использованию, снижение виброакустических показателей демпфирующих покрытий на 25÷30%).
6
Также известна [Патент РФ №2044016, МПК C09D 131/04, опубл. 20.09.95] вибропоглощающая мастика, включающая (мас.%): 35,3÷66,7 ПВАД (сухой остаток 50÷60 мас.%), 3,30÷8,35 пластификатора (ДБФ или ТАГ), 6,7÷18,6 НА, 8,6÷29,4 наполнителя с чешуйчатой формой частиц - вермикулита (ВМ), 2,0÷14,5 М и 0,5÷4,9 АБПХ.
Полученная мастика обладает стабильностью технологических свойств на протяжении трех - пяти месяцев, а сформированные из нее в течение указанного периода времени демпфирующие покрытия характеризуются комплексом высоких значений ценных эксплуатационных характеристик: высокими (коэффициент механических потерь при 20°С равен 0,19), стабильными во времени (за три года коэффициент механических потерь снижается не более чем на 11÷12%) виброакустическими параметрами, хорошими адгезионными свойствами (2,0÷3,3 МПа), пониженной горючестью (индекс распространения пламени составляет 2,4÷9,2; кислородный индекс 35÷38).
Однако увеличение срока хранения вибропоглощающей мастики указанного состава свыше трех - пяти месяцев сопровождается существенным снижением ее подвижности, загустеванием и связанными с этим описанными выше негативными последствиями - сложностью растаривания мастики из емкостей хранения, необходимостью длительного и энергоемкого перемешивания мастики после хранения для подготовки к использованию, снижением на 25÷30% виброакустических показателей демпфирующих покрытий. Согласно требованиям потребителей вибропоглощающей мастики гарантированный срок ее хранения должен быть не менее двенадцати месяцев и поэтому задача дальнейшего повышения стабильности ее технологических свойств остается одной из актуальнейших.
6
Наиболее близкой к заявляемой вибропоглощающей мастике по совокупности существенных признаков является вибропоглощающая мастика, описанная в патенте РФ №2186814 (МПК C09D 131/04, 5/02, опубл. 10.08.2002). Вибропоглощающая мастика содержит (мас.%): 37,3÷56,5 водной дисперсии полимера на основе винилацетата (сухой остаток 40÷60 мас.%), 0,5÷6,5 пластификатора [ДБФ, смесь диоксановых спиртов или их высококипящих эфиров (ЭДОС) или ТАГ], 14,0÷18,0 НА, 20,0÷30,0 наполнителя с чешуйчатой формой частиц - ВМ или КГ, 2,9÷9,9 М и 0,1÷0,5 тетраметилтиурамдисульфида (ТМТ).
В качестве водной дисперсии полимера на основе винилацетата используют водную дисперсию гомополимера винилацетата, или водную дисперсию сополимера винилацетата с этиленом, или водную дисперсию сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом, или водную дисперсию сополимера винилацетата с бутилакрилатом.
Мастику по прототипу получают путем пластификации водной дисперсии полимера на основе винилацетата пластификатором - ДБФ, ЭДОС или ТАГ и последующего введения в нее при непрерывном перемешивании последовательно М, НА, ТМТ и наполнителя с чешуйчатой формой частиц - ВМ или КГ при указанном выше соотношении смешиваемых компонентов [Патент РФ №2186814].
Полученная мастика обладает стабильностью технологических свойств на протяжении двенадцати месяцев, а сформированные из нее в течение указанного периода времени демпфирующие покрытия характеризуются комплексом высоких значений ценных эксплуатационных характеристик: высокими (коэффициент механических потерь при 20°С равен 0,19), стабильными во времени (за три года коэффициент механических потерь снижается не более чем на 11÷12%) виброакустическими параметрами, хорошими адгезионными свойствами (2,0÷3,3 МПа), пониженной горючестью (индекс распространения пламени составляет 2,4÷9,2; кислородный индекс 35÷38).
Однако для решения многих современных технических задач уровень поглощения механической энергии, демонстрируемый покрытиями из известной вибропоглощающей мастики, уже недостаточно велик.
Технический результат, достижение которого обеспечивает заявляемая вибропоглощающая мастика, заключается в повышении уровня поглощения механической энергии (увеличения коэффициента механических потерь) сформированным из нее демпфирующим покрытием.
Указанный технический результат достигается за счет того, что вибропоглощающая мастика, включающая водную дисперсию полимера на основе винилацетата (с сухим остатком 40÷60 мас.%), пластификатор, антипирен и наполнитель с чешуйчатой формой частиц, содержит в качестве пластификатора трихлорэтилфосфат (ТХЭФ), а в качестве антипирена гексабромциклододекан (ГБЦД) при следующем соотношении компонентов (мас.%):
Водная дисперсия полимера на основе винилацетата
(с сухим остатком 40÷60 мас.%)
40,8÷56,5
Пластификатор трихлорэтилфосфат
0.2÷7,5
Антипирен гексабромциклододекан
5.0÷14.5
Наполнитель с чешуйчатой формой частиц
26,5÷47,0
В качестве водной дисперсии полимера на основе винилацетата вибропоглощающая мастика может содержать водную дисперсию гомополимера винилацетата (ПВАД), или водную дисперсию сополимера винилацетата с этиленом (СВЭД), или водную дисперсию сополимера винилацетата с дибутилмалеинатом (СВАМД), или водную дисперсию сополимера винилацетата с бутилакрилатом (СВАБАД).
В качестве наполнителя с чешуйчатой формой частиц вибропоглощающая мастика может содержать ВМ или КГ.
Вибропоглощающая мастика может дополнительно содержать регулятор вязкости - воду в количестве 5÷30% от массы мастики, регулятор плотности - полые стеклянные микросферы в количестве 1÷5% от массы мастики, вещество, улучшающее способность мастики к напылению, например поверхностно-активное вещество анионогенного, такое как волгонат, или смешанного типа, такое как эмульгатор С-10, в количестве 0,05÷0,1% от массы мастики, стабилизатор реологических свойств мастики, например АБПХ в количестве 0,5÷4,9% от массы мастики или ТМТ в количестве 0,1÷0,5% от массы мастики, регулятор рН - мел в количестве до 5% от массы мастики.
Вышеперечисленные вспомогательные компоненты могут быть введены в композицию после окончания загрузки и смешения всех компонентов мастики; гомогенизацию полученной массы проводят в течение 15÷30 минут при комнатной температуре.
Для получения заявляемой мастики используют промышленные и опытно-промышленные марки водных дисперсий полимера на основе винилацетата - грубодисперсные ПВАД, например, Д50 (сухой остаток 50÷51 мас.%), Д60 (сухой остаток 60 мас.%), Д40 (сухой остаток 40 мас.%) по ГОСТ 18992-80; ДО 50 (сухой остаток 50÷51 мас.%) по ТУ 6-05-041-963-88; ПВАД, получаемую диспергированием в воде редиспергируемого порошка поливинилацетата (РППВА) по ТУ 6-05-041-811-84; СВЭД по ТУ 2241-042-00203521-98; СВАМД по ТУ 2241-039-00203521-98; СВАБАД.
Пластификатор ТХЭФ получен в соответствии с ТУ 6-05-1611-78, антипирен - ГБЦД в соответствии с ТУ 6-47-06-89. Используемый КГ получен в соответствии с ГОСТ 5279-74; ВМ - в соответствии с ТУ 21-0281916-1-88 и ГОСТ 12865-87.
В качестве регулятора плотности мастики и покрытия используют, например, микросферы стеклянные полые аппретированные марки «МС-А9» по ТУ 6-48-108-94. В качестве вещества, улучшающего способность мастики к напылению, используют поверхностно-активные вещества, например анионогенное поверхностно-активное вещество волгонат по ОСТ 6-01-35-79 или поверхностно-активное вещество смешанного типа «эмульгатор С-10». В качестве стабилизатора реологических свойств мастики применяют АБПХ в соответствии с ТУ 6-01-1026-75 или ТМТ - в соответствии с ГОСТ 740-76. В качестве регулятора рН используют мел по ГОСТ 12085-73.
Получаемые вибропоглощающие мастики в зависимости от вязкости могут быть нанесены на демпфируемые поверхности методами шпателирования (при подвижности мастики 8÷10 см) или напыления (при подвижности мастики 12,5÷15 см).
Из мастики могут быть получены путем высушивания от воды твердые листовые покрытия заданной формы, которые крепятся к демпфируемой поверхности с помощью клея.
Изобретение иллюстрируется нижеследующими примерами, но не ограничено ими.
Пример 1.
3
Вибропоглощающую мастику готовили в промышленном вертикальном смесителе марки MVA-3000 емкостью 3 м, используя комбинированный (совмещение вертикального и горизонтального) режим перемешивания со скоростями 36 и 72 об/мин. Температуру реакционной массы поддерживали путем подачи теплоносителя (горячая или холодная вода) в рубашку смесителя. На первой стадии в аппарат загружали 408 кг ПВАД марки Д 50 и 55 кг ТХЭФ и в течение 30 минут проводили совмещение этих компонентов. На второй стадии в пластифицированную дисперсию с помощью шнекового питателя, обеспечивающего равномерное, с заданной скоростью поступление порошкообразных ингредиентов, загружали при перемешивании 67 кг ГБЦД и 470 кг КГ, заливали 50 кг воды и в течение 30 минут проводили окончательное совмещение компонентов до получения однородной, не содержащей комков массы. Готовую вибропоглощающую мастику выгружали в широкогорлые полиэтиленовые бочки емкостью 60 л.
Демпфирующие покрытия формировали путем нанесения мастики на демпфируемые поверхности методом шпателирования. Покрытие высушивали при 20°С в течение одних суток.
Испытания проводили в соответствии со следующими методиками:
1. Технологические свойства мастики:
- определение подвижности мастики по ГОСТ 5802-86;
- определение показателя тиксотропии по ТТЛ 743.4152-027-88;
- определение плотности мастики по ТУ 2243-038-00203521-97;
2. Свойства демпфирующих покрытий:
- определение температурно-частотных характеристик коэффициента механических потерь энергии изгибных колебаний пластин, демпфированных покрытием, по методическим указаниям 74-0109-25-80. Размер пластин - 750×500×(4÷6) мм или 300×150×(1,5÷2) мм. Материал пластин - сталь. Способ нанесения покрытия: по типовым технологическим схемам и инструкциям:
- определение адгезионной прочности покрытия к стали на сдвиг по ГОСТ 14759-69;
- определение плотности покрытия по ТУ 2243-038-00203521-97;
- определение горючести материала демпфирующего покрытия по ГОСТ 12.1.044-84;
- определение коэффициента теплопроводности покрытия по ГОСТ 23630. 2-79.
Состав, условия приготовления, свойства мастики и сформированного из нее демпфирующего покрытия по примеру 1 и всем последующим примерам представлены в таблицах 1-5.
Примеры 2-6.
Вибропоглощающие мастики готовили и испытывали как в примере 1, но варьируя соотношение компонентов в мастике в заявляемых пределах.
Кроме основных компонентов в мастику добавляли вспомогательные компоненты:
- регулятор вязкости (вода) в количестве, обеспечивающем заданный уровень подвижности мастики, который в свою очередь определяет способ нанесения материала на демпфируемую поверхность (напыление или шпателирование) добавлялся в мастики в большем, чем в примере 1, количестве;
- регулятор плотности мастики и покрытия (микросферы стеклянные полые аппретированные марки «МС-А9» по ТУ 6-48-108-94) в количестве, обеспечивающем заданный уровень плотности, добавлялись в мастики по примерам 4, 5 и 6;
- вещество, улучшающее способность мастики к напылению (волгонат по ОСТ 6-01-35-79), добавлялось в партии мастики, предназначенные для напыления по примерам 2, 4, 5 и 6;
- стабилизатор реологических характеристик мастики (ТМТ по ГОСТ 740-76 или АБПХ по ТУ 6-01-1026-75) соответственно примеры 5 и 6;
- регулятор концентрации водородных ионов (мел по ГОСТ 12085-73) добавлялся в партии мастики, предназначенные для длительного хранения по примерам 5 и 6, с целью уменьшения кислотной коррозии металлической тары и демпфируемых металлических поверхностей.
В примерах 1, 3 из мастик, имеющих подвижность 8÷10 см, покрытия получали методом шпателирования, а в примерах 2,4-10 из мастик, имеющих подвижность 12,5÷15 см, получали методом напыления.
Состав и свойства мастик и сформированных из них демпфирующих покрытий представлены в таблицах 1-5.
Примеры 7-9.
Вибропоглощающие мастики готовили и испытывали как в примере 1, но в качестве водной дисперсии полимера на основе винилацетата использовали 460 кг водной дисперсии сополимера винилацетата с 8-10 мас.% этилена - СВЭД (пример 7), или 460 кг водной дисперсии сополимера винилацетата с 35 мас.% дибутилмалеината - СВАМД (пример 8), или 518 кг водной дисперсии сополимера винилацетата с 50 мас.% бутилакрилата - СВАБАД (пример 9), причем в первом случае пластификатора ТХЭФ использовали в количестве 30 кг (пример 7), во втором - 30 кг (пример 8), а в третьем - 2 кг (пример 9).
Состав и свойства мастик и сформированных из них демпфирующих покрытий представлены в таблицах 1-5.
Пример 10.
3
Вибропоглощающую мастику готовили и испытывали как в примере 1, но вместо готовой ПВАД использовали ПВАД, полученную диспергированием в воде редиспергируемого порошка поливинилацетата (РППВА). Для этого в аппарат емкостью 1 м, снабженный перемешивающим устройством и рубашкой, заливали 230 л воды, а затем при включенной мешалке в течение 20 минут засыпали 230 кг РППВА. Температура в аппарате поддерживалась на уровне (35±2)°С. После окончания загрузки полимерного порошка мешалку выключали и в течение 72 часов осуществляли созревание дисперсии, включая мешалку на 15 минут через каждые 6 часов. Далее полученную дисперсию РППВА переносили в смеситель и изготавливали вибропоглощающую мастику по методике, описанной в примере 1.
Состав и свойства мастики и сформированных из нее демпфирующих покрытий представлены в таблицах 1-5.
Примеры 11-13 (контрольные по прототипу и аналогам).
Вибропоглощающие мастики готовили аналогично примеру 1, но используя рецептуры и способы получения мастики, описанные в прототипе - патент РФ №2186814 (пример 11 к по прототипу) и аналогах - пат. РФ №2044016 (пример 12 к по аналогу) и - пат. РФ №2035482 (пример 13 к по аналогу).
Состав и свойства мастик и сформированных из них демпфирующих покрытий представлены в таблицах 1-5.
Грибостойкость всех мастик по примерам 1-13 составляет 4-5 баллов по методу Б в соответствии с ГОСТ 13410-67.
Как видно из приведенных в таблицах 1-5 данных, заявляемая вибропоглощающая мастика позволяет формировать демпфирующие покрытия, которые характеризуются на 30÷50% более высокими значениями коэффициента механических потерь по сравнению с известными материалами и обладают необходимой стабильностью виброакустических характеристик во времени. При этом ни по одному из показателей заданного комплекса свойств (адгезия, плотность, огнестойкость) заявляемый материал не уступает известным материалам.