ПОЛИУРЕТАНОВЫЙ ЭЛАСТОМЕРНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ВИБРОПОГЛОЩАЮЩИХ ПАЛУБНЫХ ПОКРЫТИЙ
POLYURETHANE ELASTOMERIC MATERIAL FOR VIBRATION-ABSORBING DECK COATINGS

Изобретение относится к эластомерным материалам, применяемым в судостроении для палубных покрытий, обладающих повышенными эксплуатационными характеристиками, и может быть использовано в качестве напольных покрытий в строительстве и других областях промышленности.
Наиболее распространенными палубными (напольными) покрытиями являются ПВХ линолеумы. Эти покрытия широко используются в судостроении, гражданском и промышленном строительстве, поскольку они обладают высокими эксплуатационными свойствами, большой номенклатурой в зависимости от типа помещения и имеют широкую палитру цветовых оттенков.
Известно техническое решение «Теплозвукоизоляционный линолеум» (патент РФ №2021404). Линолеум выполнен из волокнистой основы и нанесенных на нее эластичного пенослоя на основе поливинилхлорида и лицевой защитной прозрачной поливинилхлоридной пленки. Волокнистая основа представляет собой асбестовый картон из композиции следующего состава, мас. ч.: асбестовое волокно 30-70; растительное волокно 30-70; латекс синтетического каучука (на сухое вещество) 15-25; коагулянты 4-6; технические лигносульфонаты 5-7 и вода 5000-10000. Соотношение толщин поливинилхлоридного покрытия и волокнистой основы составляет (2-7):1.
2
Характеристика линолеума: истираемость 27-28 мкм, деформативность при вдавливании абсолютная 1,8-2,1 мм, абсолютная остаточная 0,3-0,6 мм, удельное поверхностное электросопротивление (2,7-3,2)⋅1010 Ом, индекс снижения приведенного уровня ударного шума под перекрытием 18,5-20,5 дБ, показатель теплоусвоения поверхности пола 100-10,8 Вт/м⋅K.
Недостатками известной композиции является то, что при горении ПВХ-линолеума выделяются опасные для жизни человека вещества, поэтому их применение ограничено. Вместе с тем основа ПВХ-линолеума представляет из себя линейный полимер с жесткой структурой пространственной сетки (коэффициент механических потерь не более 0,03), поэтому уровень защиты от вибрации данного вида покрытий ниже чем, у покрытий на основе эластомерных материалов.
Традиционно в качестве материалов, применяемых для виброзащиты, применяются резина и полиуретан.
Известно техническое решение «Композиционный полимерный материал для вибропоглощающих покрытий и способ монтажа» (патент РФ №2534242). Изобретение относится к наполненным композиционным полимерным материалам, предназначенным для палубных вибропоглощающих покрытий, и может быть использовано в судостроении, гражданском и промышленном строительстве и других отраслях. Композиционный полимерный материал представляет собой резиновую смесь разнообразной цветовой гаммы на основе комбинации бутадиен-нитрильного каучука и цис-изопренового каучука, перерабатываемую формовым способом. Резиновая смесь включает сульфенамид, тиурам, N,N'-дитиодиморфолин, оксид цинка, стеариновую кислоту, смолу стирольно-инденовую, 2,5-ди-третбутилгидрохинон, антипирен - триоксид сурьмы - и хлорпарафин ХП-1100, водопоглотитель - кальцийнафт. Способ монтажа покрытия включает нанесение водостойкого клеевого состава на основе полиуретана с обеспечением прочности при отслаивании до 8-10 кН/м. Изобретение позволяет улучшить динамические показатели, эластичность, уменьшить изнашиваемость, увеличивает герметизирующую способность и эксплуатационные свойства материала. Материал обеспечивает покрытиям токсикологическую безопасность, является огнестойким, имеет высокую прочность крепления с монтажной поверхностью.
Недостатками данной композиции является то, что производство изделий из резины - трудоемкий процесс, для которого необходимо дорогостоящее оборудование и оснастка для пластин каждого типоразмера.
Вибропоглощающие покрытия на основе полиуретановых эластомеров обладают повышенными эксплуатационными характеристиками по сравнению с традиционными резинами. При переработке полиуретановых эластомеров применяется заливочная технология, для которой не требуется изготовление дорогостоящей оснастки.
Отличительной особенностью полиуретанов является то, что эти полимеры не являются соединениями, в цепи которых имеется только один характерный тип связей. Именно многообразие химических связей во многом определяет структуру, химические и физические свойства полиуретанов.
В результате межмолекулярного взаимодействия образуются структуры, являющиеся различными формами упорядочения во взаимном расположении макромолекул (надмолекулярная структура полимеров). Материалы, имеющие разные надмолекулярные структуры, различаются по свойствам. Изменяя надмолекулярную структуру на стадии выбора исходных соединений для получения полиуретана, на стадии синтеза полиуретана, а также на стадии формования конечного изделия можно изменять свойства конечного изделия из полиуретана. Это объясняет столь широкий спектр свойств изделий из полиуретана и широкое применение этого материала в промышленности.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрана к заявляемому изобретению по составу, способу изготовления и уровню технических параметров является «Полиуретановая композиция для получения шумозащитных покрытий по литьевой технологии» (патент РФ №2423403). Полиуретановая композиция для получения шумозащитных покрытий по литьевой технологии включает уретановый форполимер, полученный взаимодействием 1,2 молей 4,4'-дифенилметандиизоционата и 1,0 моля полидиэтиленгликольадипината с молекулярной массой 1600, и жидкий отвердитель, который представляет собой смесь ди- и триэтаноламинов в мольном соотношении 1:1,5, раствора триоксиметилфосфина и полипропиленгликоля с молекулярной массой 1000 при их мольном соотношении 0,9:0,1. Композиция может содержать наполнитель - технический углерод марки Т-900 в количестве до 3%. Однако по ряду технических и эксплуатационных свойств, предъявляемых к напольным вибропоглощающим покрытиям, он уступает предлагаемому материалу.
Недостатками представленного материала-прототипа является то, что он имеет невысокие динамические характеристики (в диапазоне частот от 7,8 до 1000 Гц максимальный динамический модуль сдвига находится пределах 1,5÷3 МПа, коэффициент механических потерь в пределах 0,16÷0,23), при этом значение твердости будет составлять не более 45 ед. по Шору А. Технические характеристики, предъявляемые к палубным вибропоглощающим покрытиям, не могут быть получены при использовании материала-прототипа, так как его характеристики обусловлены свойствами используемой полиуретановой композиции.
Задачей изобретения является разработка нового полимерного материала на основе полиуретанового эластомера, предназначенный для вибропоглощающих покрытий, применяемых в судостроении, гражданском и промышленном строительстве и других отраслях промышленности, сочетающий высокие вибропоглощающие характеристики и жесткую структуру, улучшенные противопожарные свойства, увеличение долговечности.
Задача изобретения решается за счет того, что полиуретановый эластомерный материал для вибропоглощающих палубных покрытий, полученный из двухкомпонентной композиции, имеет следующие отличия: в качестве компонента 1 используется преполимер (форполимер) на основе простого полиэфира и толуилендиизоцианата, а компонента 2 - аминный отвердитель (структурирующий агент), массовая доля которого в композиции составляет от 7 до 13%.
А также, при введении в аминный отвердитель антипиренов, пигментов и наполнителей повышаются эксплуатационные свойства, а также изменяется цвет покрытия.
А также, упруго-прочностные и вибропоглощающие характеристики материала изменяются при изменении соотношения компонентов - стехиометрией от 95 до 105.
Технический результат достигается тем, что предлагаемый полиуретановый эластомерный материал для вибропоглощающих палубных покрытий получен из двухкомпонентной композиции, отличительной особенностью которой является применение в качестве компонента 1 - преполимера (форполимера) на основе простого полиэфира и толуилендиизоцианата, например, СКУ-ПФЛ 100. Массовая доля компонента 1 в композиции составляет от 87 до 93%. Соотношение компонентов определяется массовой долей свободных изоцианатных групп в компоненте 1, которая должна быть в пределах 4,5 - 6,5% и выбранной стехиометрией (от 95 до 105). В качестве преполимера был выбран СКУ-ПФЛ 100, потому что материалы, полученные из данного форполимера методом «горячего» литья, отличаются высокой прочностью в сочетании с эластичностью, превосходным сопротивлением истиранию, гидролитической стабильностью, морозостойкостью, незначительными показателями остаточной деформации сжатия. Изделия, полученные из такого материала, могут применяться в условиях высоких динамических и статических нагрузок, интенсивного абразивного износа, эксплуатацию во влажной среде и при отрицательных температурах, таким образом они обладают всем набором эксплуатационных характеристик, предъявляемым к палубным (напольным) покрытиям.
В качестве компонента 2 используется аминный отвердитель (структурирующий агент), например, Диамет X (3,3'-дихлор-4,4'-диаминодифенилметан). Массовая доля компонента 2 в композиции составляет от 7 до 13%. Применение в композиции в качестве компонента 2 аминного отвердителя придает полученному из нее материалу динамическую упругость - повысить вибропоглощающие характеристики. Сочетание в полиуретановой композиции компонента 1 (СКУ-ПФЛ 100) и компонента 2 (аминный отвердитель, например, Диамет X) позволяет получить эластомерный материал с высокими эксплуатационными (СКУ-ПФЛ 100) и вибропоглощающими (аминный отвердитель) характеристиками. Применение в качестве аминного отвердителя - МОСА несколько снижает динамические показатели при этом твердость материала возрастает до 95 ед. по Шору А (для Диамета X не более 85-90 ед. по Шору А).
Новизна технических решений в предлагаемом изобретении заключается в разработке материала для вибропоглощающего палубного (напольного) покрытия на основе полиуретанового эластомера, который получен из двухкомпонентной композиции: преполимера (форполимера) на основе простого полиэфира с толуилендиизоцианата (например, СКУ-ПФЛ 100) и аминного отвердителя (например, Диамет X), что позволило создать в материале прочную структуру при сохранении динамической упругости материала. Изменением соотношения компонентов 1 и 2 можно управлять упруго-прочностными и вибропоглощающими характеристиками изделия в зависимости от предъявляемых к нему требований.
Кроме того, введение в компонент 2 (отвердитель) наполнителей (антипирены, пигменты и т.д.) обеспечивает повышение эксплуатационных свойств полиуретанового покрытия, а также позволяет окрасить покрытие в любой оттенок цвета.
Техническая сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется экспериментальными данными. В таблице 1 приведены физико-механические и эксплуатационные характеристики прототипа и предлагаемого полимерного материала (состав 1 и 2 с соотношением компонентов: стехиометрией 95 и 105 соответственно) на основе полиуретанового эластомера. В зависимости от соотношения компонентов можно получать покрытия либо большей прочностью (состав 1) или вибропоглащающими характеристиками (состав 2).
Одним из наиболее важных эксплуатационных показателей покрытия, особенно палубного или напольного, является стойкость к абразивному износу. Так как в описании к материалу-прототипу отсутствуют данные о его стойкости к абразивному износу (износостойкость), поэтому для сравнения с предлагаемым материалом по данному показателю были выбраны серийно выпускаемый ПВХ-линолеум и композиционный полимерный материал для вибропоглощающих покрытий на основе резины (патент РФ №2534242).
Испытания выбранных материалов по определению износостойкости проводились с использованием ротационного абразиометра Taber Elcometer (ISO 3537 - метод определения потери веса).
Коэффициент износа Taber (степень износа) определялся как потеря веса в миллиграммах за тысячу циклов абразивного воздействия при испытании, проведенном при указанных условиях. Чем меньше коэффициент износа, тем выше стойкость материала к абразивному воздействию.
Коэффициент износа предлагаемого полимерного материала (1 и 2) в сравнении с ПВХ-линолеумом и композиционным полимерным материалом для вибропоглощающих покрытий на основе резины (КПМ, патент РФ №2534242) приведена в таблице 2.
Составы полимерного материала на основе полиуретанового эластомера (1 и 2) по прочностным показателям (таблица 1) соответствуют уровню требований европейского стандарта, предъявляемым к палубным покрытиям, применяемым в судостроении, а также напольным покрытиям для гражданского и промышленного строительства (BS EN 12199:2010). При этом предлагаемые составы полимерного материала обладают более высокой твердостью и вибропоглощающими характеристиками по сравнению с аналогичными материалами.
Таким образом, покрытия, изготовленные из полимерного материала на основе полиуретанового эластомера, обладают повышенной стойкостью к абразивному износу. Коэффициент износа данных покрытий в несколько раз ниже по сравнению с традиционно используемыми напольными покрытиями (таблица 2).
Таким образом, полимерный материал может обеспечивать более эффективную защиту от вибрации по сравнению с материалом прототипа. Покрытия из данного материала обладают достаточной эластичностью при высокой прочности, что делает его технологичным при монтаже и долговечным при эксплуатации. Также, данный полимерный материал целесообразно применять в напольных покрытиях.