ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИЙ БЛОК

Полезная модель относиться к слоистым вибродемпфирующим материалам и представляет собой конструкцию, предназначенную для использования в автомобильной промышленности, судостроении, строительстве и других областях промышленности, где необходимо демпфирование конструкций, их герметизация, а также их гидроизоляционная и антикоррозионная защита.
Известны листовые виброшумопоглощающие материалы по (пат. РФ 2326142, опубл. 10.06.2008 г. и пат. РФ 2188214, опубл. 27.08.2002 г.) на основе битумных композиций. Они предназначены для применения в автомобилестроении и в автотракторной технике для эффективного снижения вибраций инженерных конструкций в салоне транспортного средства. Они могут дополнительно включать лицевой слой из алюминиевой фольги толщиной 100 мкм и для удобства монтажа использовать клеевой монтажный слой с постоянной липкостью, например на основе водной акриловой дисперсии, защищенный силиконовой бумагой.
Недостатками данных материалов являются невысокие вибродемпфирующие свойства и низкая термостойкость, приводящая к значительному стеканию с вертикальных металлических поверхностей при температуре 190°C, возникающей в окрасочных камерах при изготовлении автомобиля.
Известен также вибропоглощающий полимерный материал (пат РФ 2421497, опубл. 20.06.2011 г.), включающий основу из алюминиевой фольги и слой герметизирующей мастики невысыхающего типа, защищенной антиадгезионной бумагой. Он предназначен для защиты от вибрации в вагоно-, автомобиле-, судостроении и авиации и других областях техники, где требуется защита от вибрации, герметизация и антикоррозионная защита металлических конструкций и сварных швов. Перед использованием материала антиадгезионная бумага, защищающая липкий слой мастики, снимается. Герметизирующая мастика невысыхающего типа в этом материале имеет состав, масс. %:
Хлорбутилкаучук
4,2-5,8
Полиизобутилен
10,0-13,8
Эфир глицериновый таловой канифоли
1,2-1,3
Отходы полиэтилена
0,3-0,4
Технический углерод П-803
0,3-0,4
Асбест
1,7-3,5
Трихлорэтилфосфат
4,4-4,7
Меламин
0,8-0,9
Борат цинка
1,2-1,3
Гидроксид алюминия
54,0-55,0
Гидроксид магния
17,0-17,4
Парохинондиоксим
0,2-0,26
Оксид марганца
0,1-0,12
Шунгит
0,8-1,0
Хотя этот материал и характеризуется высокими вибродемпфирующими и морозостойкими свойствами, однако имеет серьезные недостатки, препятствующие его реализации:
- максимальная температура его эксплуатации составляет не выше 100°C;
- материал характеризуется невысокими адгезионными свойствами, оцениваемыми по прочности связи с металлом при отслаивании. Высокие адгезионные свойства крайне необходимы при осуществлении монтажа деталей из этого материала на кузовную сталь перед операцией окраски автомобиля;
- недостаточная экологическая безопасность, так как герметизирующая мастика содержит канцерогенный компонент - асбест, оказывающий вредное воздействие на здоровье рабочих, занятых изготовлением мастики.
Наиболее близким аналогом к заявляемой полезной модели, принятым за прототип, является вибродемпфирующий блок (пат. РФ 36869, опубл. 27.03.2004 г.), представляющий собой многослойный вибропоглощающий материал, содержащий в качестве основы один или два или три слоя алюминиевой фольги со сформированными на них вязкоупругими слоями герметизирующей мастики, поверх которых расположен защитный слой из антиадгезионной бумаги.
Вязкоупругий слой герметизирующей мастики состоит из полимерной композиции, содержащей, масс. %:
Синтетический каучук
10-40
Пластификатор
10-40
Вулканизующий агент
0,5-2,5
Наполнитель
остальное
В качестве синтетического каучука эта композиция содержит или бутилкаучук или смесь бутилкаучука с этиленпропиленовым каучуком. В качестве пластификатора используется индустриальное или трансформаторное масло. Наполнителем может быть оксид цинка, мел, технический углерод или смесь указанных наполнителей. В качестве вулканизующего агента полимерная композиция содержит алкилфенолформальдегидную смолу.
Однако этот вибродемпфирующий блок имеет следующие недостатки:
1. Недостаточные вибродемпфирующие свойства этого материала до и после воздействия температуры около 190°C, которая необходима при изготовлении автомобиля на операциях окраски и сушки;
2. Недостаточно высокие адгезионные свойства, оцениваемые по прочности связи с металлом при отслаивании. Эти свойства требуются для обеспечения надежного монтажа на металл, например на металлический кузов автомобиля при прохождении им теплых ванн (45°C) с различными химическими средами, такими как промывочные ванны с раскисляющим и щелочным растворами при операциях фосфатирования и пассивации хромовым ангидридом перед нанесением и сушкой катафарезного грунта.
3. Недостаточные тиксотропные свойства, т.е. сопротивление текучести липкого слоя герметизирующей мастики при температуре 190°C - стекание составляет до 6 мм.
Сущность полезной модели
Задачей полезной модели является создание вибродемпфирующего блока, содержащего пластину из алюминиевой фольги и размещенный на ней вибропоглощающий полимерный слой, который имел бы более высокие вибродемпфирующие свойства, сохраняемые после воздействия высоких температур, а также адгезионные и тиксотропные свойства.
Поставленная задача решена вибродемпфирующим блоком, содержащим пластину из алюминиевой фольги и размещенный на ней вибропоглощающий полимерный слой, в котором вибропоглощающий полимерный слой выполнен из самоклеющейся композиции, включающей следующие компоненты, масс. %:
Регенерат на основе бутилкаучука
17,0-31,0
Эфир глицериновый талловой канифоли
0,5-1,0
Масло ПН-6ш
20,0-25,0
Мел
10,0-45,0
Полиэтилен высокого давления в виде пленки
0,5-1,3
Отходы волокнистые хлопкозаводов
0,7-1,0
Алюмосиликатные микросферы
с насыпной плотностью 350-450 кг/м<sup>3</sup>
4,0-25,0
Тальк
4,0-11,0
при этом толщина алюминиевой фольги составляет 0,06-0,1 мм, а толщина вибропоглощающего полимерного слоя составляет 1,6-2,9 мм.
При использовании в вибродемпфирующем блоке полимерного слоя меньшей толщины вибродемпфирование будет недостаточным, при большей толщине полимерного слоя увеличится масса вибродемпфирующего блока и его стоимость, что делает невыгодным использование заявляемого блока.
На фигуре изображен разрез конструкции вибропоглощающего блока. Блок содержит пластину из алюминиевой фольги (1), вибропоглощающий полимерный слой (2) и защитный слой антиадгезионной бумаги (3).
Вибродемпфирующий блок позволяет получить следующие преимущества:
1. Блок имеет более высокие вибродемпфирующие свойства, причем сохраняемые при воздействии высоких температур 190°C, поскольку материал, монтированный на кузов автомобиля, подвергается операциям окраски и сушки при температурах 165-190°C. При этом вибродемпфирующие свойства не снижаются, а несколько улучшаются.
2. Заявляемый вибродемпфирующий блок легко монтируется на поверхности со сложным рельефом, удобен в эксплуатации на вертикальных, обратных и сложных поверхностях (острые углы, изгибы, неровности, и др.), не требует дополнительного подогрева и приплавления при монтаже, что значительно облегчает монтаж вибродемпфирующих деталей на конвейере.
Эти свойства блока обеспечены тем, что вибропоглощающий полимерный слой в вибродемпфирующем блоке обладает высокой липкостью и эластичностью, а также высокой адгезией к монтируемой металлической поверхности, обеспечивая одновременно свойства клеевого монтажного слоя.
3. Детали из вибродемпфирующего блока обладают теплостойкостью и высоким сопротивлением текучести на вертикальных поверхностях при температуре 190°C, обеспечивают высокие антикоррозионные свойства защищаемой поверхности, обладают гидрофобностью (не впитывает влагу), грибостойкостью, химической стойкостью к растворам кислот и щелочей и морозостойкостью.
К тому же самоклеящаяся композиция полимерного слоя блока относительно дешева, так как для ее производства используется отечественное сырье и имеет экологические преимущества за счет использования отходов производства - регенерата бутилкаучука, полиэтиленовой пленки и волокнистых отходов.
Температурный диапазон эксплуатации вибродемпфирующего блока от минус 60°C до плюс 190°C, что дает возможность производить его монтаж в неотапливаемых помещениях.
Сведения, подтверждающие возможность воспроизведения полезной модели
Для изготовления полимерного слоя герметизирующей мастики невысыхающего типа с высокими внутренними потерями используются следующие материалы:
- регенерат на основе бутилкаучука (ТУ 2539-001-25387684-2013), являющийся продуктом радиационной регенерации с поглощенной дозой 5-6 Мрад отработанных диафрагменных камер, изготовленных на основе бутилкаучука и, подвергнутый сдвиговым усилиям на валковом оборудовании с коэффициентом фрикции 1,00:1,07-1,00:2,55 в течение 3-5 минут;
- эфир глицериновый талловой канифоли - ТУ 13-00281074-152-95;
- масло ПН-6ш - ТУ 38.1011217-89;
- мел - ТУ 5743-008-05120542-96, ТУ 5743-008-05346453-97;
- полиэтилен высокого давления в виде пленки - ГОСТ 10354-82;
- отходы волокнистые хлопкозаводов - ГОСТ 6015-72;
3
3
- алюмосиликатные микросферы с насыпной плотностью не более 450 кг/м ТУ 5717-001-11843486-2004, с насыпной плотностью (350-410) кг/м ТУ 5712-001-52722352-2006;
- тальк - ГОСТ 21235-75, ТУ 5727-007-13413086-2008.
Заявленный вибродемпфирующий блок изготавливают следующим образом.
Композицию герметизирующей невысыхающей мастики для полимерного слоя готовят в смесителе с Z-образными мешалками путем механического перемешивания смеси компонентов. Затем изготавливают блок при помощи двухвалкового калибровочного узла, где вибродемпфирующий полимерный слой герметика с толщиной 1,6 до 2,9 мм формируют между алюминиевой фольгой с толщиной от 0,06 до 0,1 мм и антиадгезионной бумагой, при этом толщина антиадгезионной бумаги не учитывается.
Для получения корректных сравнительных данных вибродемпфирующий блок по прототипу и заявленной полезной модели испытывали одинаково.
О вибродемпфирующих свойствах блока и их сохранении после воздействия температуры 190°C в течение 30 минут судили по коэффициенту механических потерь (КМП), приведенному к 200 Гц, и, определяемому по DIN EN ISO 6721-3:1996 (способ А) при 20 и 40°C. При испытаниях использовали стальную пластину с толщиной 0,8 мм.
Об адгезии липкого слоя невысыхающей мастики, Н/см, судили по прочности связи вибродемпфирующего блока с металлической поверхностью Ст.3 при отслаивании под углом 90°C, оцениваемую на разрывной машине с ценой деления шкалы силоизмерителя 0,02 и скоростью подвижного зажима (100±10) мм/мин (ТУ 5772-006-48214265-2001, п.4.7).
О сопротивлении текучести при температуре 190°C судили по показателю «термовлагостойкость» (ТУ 5772-031-48214265-2005 п.4.6). Металлическую пластину с смонтированным на ней образцом вибродемпфирующего блока (с контрольной чертой вдоль верхней и нижней граней образца) помещали в воду с температурой (40±2)°C на 2 часа. По истечении указанного времени образцы помещали в термошкаф с температурой (190±2)°C в вертикальном положении и выдерживали при этой температуре 0,5 ч. После остывания образцов до комнатной температуры проводили визуальный осмотр.
Для испытаний вибродемпфирующих свойств прототипа использовали вибродемпфирующий блок в виде пластины из алюминиевой фольги с толщиной 0,1 мм и размещенного на ней вязкоупругого слоя герметизирующей мастики толщиной 1,9 мм, защищенного антиадгезионной бумагой, которая снимается перед монтажом на металлическую пластину.
Вибропоглощающий полимерный слой в блоке по прототипу использовали следующего состава, масс. %:
Бутил каучук
20,0
Индустриальное масло
40,0
Мел
30,5
Технический углерод
8,5
Алкилфенолформальдегидная смола
1,5
Составы заявленного вибродемпфирующего блока и его свойства приведены в таблице.
Таблица
Компоненты невысыхающей резиновой смеси, масс. %
Примеры
1
2
3
4
5
6
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
8
1 Регенерат на основе бутилкаучука
17,0
22,0
25,0
28,0
31,0
31,0
2 Эфир глицериновый талловой канифоли
1,0
0,8
0,6
0,6
0,5
0,5
3 Масло ПН-6ш
20,0
20,0
22,0
23,0
25,0
24,0
4 Мел
45,0
37,5
28,0
22,0
13,0
10,0
5 Полиэтилен высокого давления в виде пленки
1,3
0,5
1,0
0,6
0,5
1,0
6 Отходы волокнистые хлопкозаводов
0,7
0,7
0,9
0,8
1,0
0,8
7 Алюмосиликатные микросферы
4,0
9,5
14,5
20,0
25,0
23,7
8 Тальк
11,0
9,0
8,0
5,0
4,0
9,0
Толщина фольги
0,1
0,06
0,09
0,1
0,1
0,06
Толщина полимерного слоя
2,9
2,5
1,6
1,8
1,9
2,9
Свойства:
1. Коэффициент механических потерь, КМП, до/после термообработки 190°C - 0,5 часа при температуре:
20°C
0,32/0,34
0,21/0,22
0,18/0,18
0,19/0,20
0,23/0,24
0,29/0,30
0,13/0,12
40°C
0,15/0,16
0,13/0,14
0,08/0,09
0,12/0,12
0,12/0,12
0,14/0,15
0,08/0,07
Продолжение таблицы
1
2
3
4
5
2. Прочность связи материала с металлической поверхностью, Н/см
7,9
8,1
7,4
7,8
3. Сопротивление текучести при 190°C,0,5 ч, мм
0,5
0,5
0,1
0,1