Звукопоглощающий эластомерный вспененный материал
SOUND-ABSORBING ELASTOMERIC FOAM MATERIAL

Изобретение относится к области строительства, а также – к трубопроводной технике, в частности - к изоляционным материалам для тепловой и звукоизоляции с высокой механической прочностью, обеспечивающей целостность конструкции.
Известны эластомерные вспененные материалы,  обладающие свойствами акустической изоляции и демпфирования,  изготовленные на основе вспененных материалов с открытыми и закрытыми ячейками – US 2013291984 (A1), 2013 г., EP 2351891 (A1), 2011 г., US 2010179236 (A1),  2010 г.,  а также – с содержанием изоцианатного компонента - US 6080800 (A), 2000 г.
Наиболее близким  аналогом можно считать виброизолирующий, звукоизолирующий и теплоизолирующий материал, содержащий гранулы, связанные между собой клеем с образованием пористой структуры - RU 2507180 C1, 2014 г.
Все указанные в аналогах материалы, имеющие хорошие акустические свойства,   не содержат конкретного состава материала, который,  при его использовании  в строительстве и трубопроводной технике,  может иметь  высокие параметры звукоизоляции, достигаемой хорошим звукопоглощением, высокую механическую прочность и сохранять  при этом другие необходимые характеристики на должном уровне, например,  плотность, воздухопроницаемость и др.
В связи с этим,  технической задачей изобретения является создание материала с высокой характеристикой  звукоизоляции при сохранении необходимых характеристик для его использования в качестве звукопоглощающего материала с высокой плотностью.
Эта задача решена  применением  звукопоглощающего эластомерного вспененного материала,  содержащего дроблёный  на частицы размером 6-10 мм  вспененный эластичный  полимер и клей на полимерной основе, в котором использован вспененный эластичный  полимер на основе нитрильного каучука с содержанием  открытых ячеек не более 50%  и перемешанный в дальнейшем при температуре окружающего воздуха  в барабанном смесителе  с изоцианатным клеем и дополнительно введённым баритовым утяжелителем с орошением полученной массы водой и прессованием в форме при давлении  18-20 МПа при содержании компонентов,  мас.%:
вспененный эластичный  полимер
на основе нитрильного каучука – 84,5 – 78,3
изоцианатный клей - 9 - 11,5
баритовый утяжелитель - 1,5 - 2
вода - 5 – 8,2
Материал предполагает следующие усовершенствования  при его производстве:
- в качестве вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука могут быть использованы  технологические остатки  и/или обрезки  производства  теплоизоляционных изделий;
-  дробление вспененного эластичного  полимера на основе нитрильного каучука     осуществляется на измельчителе  шрёдерного типа;
-  после прессования  материал выдерживается при температуре окружающего воздуха в течение 2-3 недель;
-  при прессовании в форме в качестве разделительного материала, позволяющего получить однородный по плотности и равномерный по геометрическим размерам продукт, используется жёсткий картон.
Варьирование соотношения  в материале ячеек  с закрытой  и открытой структурой  достигается путём  получения из вспененных эластичных  теплоизоляционных материалов на основе нитрильного каучука   частиц размером 6-10 мм.
При этом могут использоваться  остатки и обрезки, которые образуются во время  производства теплоизоляционных изделий (труб и листов).
Изменение массового процента составляющих приводит либо  к увеличению массы   и, следовательно, к повышению параметра звукоизоляции, либо к  изменению содержания открытых ячеек и, следовательно, к изменению параметра звукопоглощения.
При размере частиц менее 6 мм материал становится плотным и  менее воздухопроницаемым, что неблагоприятно для звукопоглощения; при размере частиц более 10 мм  материал становится ломким.
Указанный размер частиц содержит различный процент открытых и закрытых ячеек; содержание открытых ячеек должно быть не более 50%.  Это количество   можно измерить в соответствии со стандартом ASTM D6226-05.
Применение вспененных эластичных  теплоизоляционных материалов на основе нитрильного каучука  с содержанием открытых ячеек  более 50%  не рекомендуется  по причине существенного снижения звукоизоляции за счёт уменьшения массы.
В производстве материала вспененный эластичный  полимер на основе нитрильного каучука  используется в диапазоне  84,5 – 78,3 мас.%,  т.к. уменьшение нижней границы приведёт к снижению звукоизоляции, а превышение верхней границы  приведёт к уменьшению звукопоглощения.
Введение в состав изоцианатного  клея  -    форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ)  менее  9 мас.%  приведёт к потере механической прочности материала,  следствием превышения содержания изоцианатного  клея  свыше 11,5 мас.%  явится  снижение содержания открытых ячеек, влияющее на звукопоглощение.
4
Баритовый утяжелитель    Ва SO        применяется в составе для повышения его массовой плотности    при  указанных границах остальных компонентов.  Уменьшение  баритового утяжелителя  ниже  1,5 мас.%  повлечёт за собой ухудшение звукоизолирующих свойств вследствие снижения массовой плотности; превышение  количества баритового утяжелителя  сверх 2 мас.%  приведёт к снижению эффективности звукопоглощения за счёт уменьшения содержания открытых ячеек, а также к снижению механической прочности.
Вода необходима для процесса активации изоцианатного клея,  когда он начинает проявлять адгезивные свойства.
Указанный диапазон обусловлен содержанием изоцианатного клея в  массе: при содержании в массе воды менее 5 мас.%  и при высоком содержании изоцианатного клея не произойдёт полной активации компонента:  конечный продукт будет крошиться,  если содержание воды повысить сверх 8,2 мас.%  при низком содержании изоцианатного клея, произойдёт избыточное увлажнение массы, которое приведёт к увеличению времени выдержки материала до достижения оптимальных физико-механических свойств.
3
Указанной совокупностью компонентов с применяемым диапазоном  их содержания достигается конечная плотность материала 160-280 кг/м. При увеличении плотности материала снижается эффективность звукопоглощения, а уменьшение плотности ведет к потере стабильности физико-механических свойств материала, т.е. ухудшается качество склеивания и материал становится ломким под своим весом.
w,
w
Комбинация  в одном материале достаточно  высокой плотности и воздухопроницаемости позволяет реализовать такие акустические свойства как звукоизоляция, свойственная плотным, тяжелым материалам и звукопоглощение, свойственное  воздухопроницаемым  структурам с открытыми порами. Звукоизоляция оценивается индексом изоляции воздушного шума материала, R измеренным в соответствии UNI EN ISO 717-1:2007  «Rating of sound insulation in buildings and buildings elements – Part 1: Airborne sound insulation». Звукопоглощение оценивается взвешенным коэффициентом звукопоглощения α измеренным согласно ГОСТ 31705-2011, EN ISO 11654:1997. «Материалы звукопоглощающие, применяемые в зданиях. Оценка звукопоглощения».
При изготовлении материала используется  известный комплекс устройств.
Дробление вспененного эластичного  полимера  на основе нитрильного каучука до  необходимого размера частиц осуществляется на измельчителе  шрёдерного типа с использованием конфигурации решётки в зависимости от плотности конечного продукта.
Перемешивание частиц  вспененного эластичного  полимера  на основе нитрильного каучука   и  изоцианатного  клея проводится в барабанном смесителе  при  температуре окружающего воздуха.
После  выгрузки полученной массы из барабанного смесителя  её загружают в форму, орошая водой в качестве активатора отверждения изоцианатного клея.  Пресс-форму конструируют в соответствии с желательной геометрией конечного формованного изделия. Степень заполнения формы регулируется в соответствии с желательной толщиной будущего изделия. Для пластин эластомерного вспененного материала можно использовать простую коробчатую форму; при прессовании в форме в качестве разделительного материала, позволяющего получить однородный по плотности и равномерный по геометрическим размерам продукт,  можно использовать жёсткий картон.
Прессование проводится  при давлении  18-20 Мпа.  Этот диапазон давления – технологический параметр, устанавливаемый  в начале процесса производства.   При его изменении не достигаются, обусловленные рецептом, плотность конечного продукта, а также его звукоизолирующие и звукопоглощающие свойства.
Для отверждения клеевого состава и достижения материалом стабильных геометрических размеров, после пресс-формы полимерная композиция выдерживается при температуре окружающего воздуха в течение 2-3 недель.
Толщина, длина и ширина конечного формованного изделия могут варьироваться в широких пределах, ограниченных размерами и запирающим усилием пресс-формы. Толщина пластин пенопласта обычно составляет от 1 до 500 мм, чаще - от 10 до 50 мм.
Приведены примеры различных составов эластомерного вспененного материала при получении наиболее применяемого  в строительстве материала толщиной 25 мм.
w
Изменение индекса изоляции R воздушного шума материала на 1 дБ  позволяет существенно понизить ощущение шума, поэтому приведены примеры получения  материала одной толщины как иллюстрация критерия изменения акустических свойств при изменении состава.
Пример 1.
3
4
Для  получения  материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 160 кг/м,  при содержании открытых ячеек не более 50 %,  в состав вводится  84,5 мас.%  вспененного эластичного  полимера  на основе нитрильного каучука с размером частиц 10 мм,  изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ ) - 9 мас.%,  утяжелителя BaSO-  1,5 мас.%,  воды -  5 мас.%.
w
w
Взвешенный коэффициент звукопоглощения α составляет 0,65 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала, R = 11 дБ.
Пример 2.
3
4
Для  получения  материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 160 кг/м,  при содержании открытых ячеек не более 40 %,  в состав вводится  84 мас.%  вспененного эластичного  полимера  на основе нитрильного каучука   с размером частиц 10 мм,  изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) – 9 мас.%,  утяжелителя BaSO-  2 мас.%,  воды –  5 мас.%.
w
w
Взвешенный коэффициент звукопоглощения α составляет 0,45 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала, R 12 дБ.
Пример 3.
3
4
Для  получения  материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 200 кг/м,  при содержании открытых ячеек не более 50 %,  в состав вводится  84,5 мас.%  вспененного эластичного  полимера  на основе нитрильного каучука  с размером частиц 6 мм,  изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) –  9 мас.%,  утяжелителя BaSO-  1,5 мас.%,  воды –  5 мас.%.
w
w
Взвешенный коэффициент звукопоглощения α составляет 0,60 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала, R 13 дБ.
Пример 4.
3
4
Для  получения  материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 240 кг/м,  при содержании открытых ячеек не более 50 %,  в состав вводится  81,7 мас.%  вспененного эластичного  полимера  на основе нитрильного каучука  с размером частиц 6 мм,  10 мас.% изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ), баритового утяжелителя BaSO – 1,8 мас.%,  воды -  6,5 мас.%.
w
w
Полученная композиция обладает высокой воздухопроницаемостью за счет присутствия открытоячеистой структуры, за счёт чего имеет хорошее звукопоглощение и звукоизоляцию. Взвешенный коэффициент звукопоглощения α составляет 0,55 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала - R = 14 дБ.
Пример 5.
3
4
Для  получения  материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 240 кг/м,  при содержании открытых ячеек не более 40 %,  в состав вводится  79,8 мас.%  вспененного эластичного  полимера  на основе нитрильного каучука с размером частиц 6 мм,  изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) –  10  мас.%,  утяжелителя BaSO-  2 мас.%,  воды – 8,2 мас.%.
w
w
Взвешенный коэффициент звукопоглощения α составляет 0,45 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала R 16 дБ.
Пример 6.
3
4
Для  получения  материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 280 кг/м,  при содержании открытых ячеек не более 40 %,  в состав вводится  78,3 мас.%  вспененного эластичного  полимера  на основе нитрильного каучука с размером частиц 6 мм, изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) –  11,5  мас.%,  утяжелителя BaSO-  2 мас.%,  воды – 8,2 мас.%.
w
w
Взвешенный коэффициент звукопоглощения α составляет 0,40 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала, R 18 дБ.
Таким образом, изменяя содержание  компонентов материала, размер частиц из вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука с последующим прессованием в форме при давлении  18-20 Мпа, возможно изменять звукоизолирующие свойства материала при незначительных изменениях звукопоглощающих свойств.
Вследствие этого предлагаемый материал одновременно является эффективным как звукоизолирующим, так и звукопоглощающим материалом. Результат от его использования заключается в повышении виброизолирующих, звукоизолирующих и теплоизолирующих свойств.