СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ШУМОПОГЛОЩАЮЩЕГО МАТЕРИАЛА
METHOD OF MANUFACTURE OF A NOISE ABSORBING MATERIAL

Изобретение относится к способам устранения или, по меньшей мере, снижения до безопасного уровня воздействия низкочастотного вибрационного шума на человека и другие живые организмы. Изобретение представляет результаты одного из направлений научно-исследовательских и поисковых работ по созданию шумопоглощающих и шумоизолирующих материалов. Материалы могут быть использованы в производстве и ремонте транспортных средств, бытовых машин, в приборостроении, в производстве и ремонте строительных конструкций, в других отраслях.
Известен способ [патент РФ 2579802, МПК F01N 1/24, опубл. 25.04.2016 г.] получения шумопоглощающей вставки для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, выполненной, по меньшей мере, из одного минерального волокнистого материала, который имеет вид формованного материала и изготавливается наматыванием материала, по меньшей мере, на одну основу. Данный материал содержит текстурированное минеральное волокно. Материал имеет вид формованного холста или формованной детали, причем материал не содержит связующего. Недостатком способа является то, что формование материала является достаточно трудоемким. Кроме того, не приводится сведений о показателях эффективности шумопоглощения с помощью получаемого материала.
В изобретении [патент РФ 2026869, МПК C08G 8/20, C08L 61/12, опубл. 20.01.1995 г.] описан состав связующего, используемого для пропитки волокнистого наполнителя, и шумопоглощающий материал, при следующем соотношении компонентов, масс.-%: волокнистый наполнитель, 70-97, фенольное связующее - остальное. Связующее включает дифенилолпропан, формальдегид, гидроксид натрия и воду при следующем соотношении компонентов, масс.-%: дифенилолпропан, 2,0-15,0, формальдегид, 0,3-4,0, гидроксид натрия, 0,35-5,1, вода - остальное.
Известен также нетканый материал [патент США 10137666, МПК В32В 5/022,5/12, опубл. 27.11.2018 г.], который, кроме металлической пленки, имеет пгумопоглощающий слой, включающий: а) жаропрочное волокно в количестве 30-100 вес-% от общего веса шумопоглощающего слоя, и б) связующее, отличающееся тем, что нетканый материал содержит микрополости. Материал пропитан связующим, причем первое связующее находится в том же слое, что и нетканый материал, и удерживает трехмерную структуру внутри нетканого материала, и первое связующее поддерживает и/или формирует микрополости в нетканом материале, как распределенные и прикрепленные на поверхности нетканого материала.
Данный шумопоглощающий материал содержит адгезионный слой, включающий второе связующее и силикааэрогель в весовом соотношении около 1:(0,1-2) из расчета на содержание твердого вещества, при этом поверхность силикааэрогеля модифицирована эфиром жирной кислоты полиэтиленгликоля. Жаропрочное волокно имеет жаропрочность ≥300°С, и выбирается из следующих волокон: арамидное, полифениленсульфидное (PPS), окисленное полиакрилонитрильное (oxi-PAN), полиимидное (PI), полибензимидазол (PBI), полибензоксазол (РВО), политетрафторэтилен (PTFE), поликетон (PK), металловолокно, углеродное, стекловолокно, базальтовое, кремневое и керамическое. Предпочтительно - арамидное волокно. При этом нетканый материал сформирован однослойным арамидным волокном толщиной 3-20 мм. Связующим может быть также термореактивная (эпоксидная) смола, которая выбрана из группы, включающей диглицидиловый эфир бисфенола (А, или В, или AD, F, S), полиоксипропилен, диглицедиловый эфир, полимер диглицедилового эфира бисфенола А, диглицедиловый эфир фосфацена, эпокси новолак бисфенола А, эпоксидная смола новолакфенола, и новолак о-крезольная эпоксидная смола.
Способ изготовления шумопоглощающего материала заключается в погружении нетканого материала, включающего 30-100 вес-% жаропрочного волокна из расчета на общий вес волокна, в связующий раствор, формировании шумопоглощающего слоя путем сушки нетканого материала и нанесении металлической пленки на этот слой.
Задача заявляемого изобретения: упрощение технологии изготовления шумопоглощающего материала повышенной эффективности, особенно в диапазоне низких акустических частот, 125-1000 Гц, наиболее вредных и опасных для жизнедеятельности человека, при снижении токсичности используемых полупродуктов.
Сущность изобретения - способа изготовления шумопоглощающего материала, содержащего нетканую, например, пористую или волокнистую основу, заключается в том, что основу погружают в раствор неорганического соединения, сначала - в раствор первой соли, затем вводят раствор второй соли в количестве от эквимолярного до 2-3%-избытка от стехиометрии, выдерживают 1-2 часа, после чего материал извлекают из раствора, промывают водой и сушат.
4
3
2
2
4
2
2
4
2
2
4
3
2
3
2
3
3
Для пропитки нетканой основы путем погружения в раствор выбирают следующие сочетания солей: CuSO+NaHCO, или CaCl+KHPO, или BaCl+KHPO, или SrCl+KHPO, или AlCl+NaCO, или NaSiO+NaHCO.
Указанные сочетания солей берут в эквимолярном соотношении. Время пропитки составляет 1-2 часа в зависимости от типа нетканой основы и требуемой толщины слоя шумопоглощающего материала.
Нетканая основа для пропитки может быть выбрана из следующего ряда: органическое или неорганическое волокно, пенополиуретан различной (открытой) пористости, пенопласт и другие. Толщина слоя материала берется в диапазоне, например, от 15 до 50 мм.
Примеры реализации заявляемого способа.
4
3
Пример №1. В стеклянную емкость заливают раствор соли CuSO, в ту же емкость погружают образец нетканой основы. Затем добавляют раствор NaHCO в 2-3%-избытке от стехиометрии. Выдерживают 2 часа при нормальных условиях окружающей среды, после чего пропитанный материал извлекают из раствора, промывают дистиллированной водой и сушат. Другие опыты проводят аналогично примеру №1 (см. табл. 1).
Предлагаемое изобретение поясняется также следующими примерами, где на фиг. 1 показано (путем сканирования образца) распределение частиц вещества (соединения) в объемной матрице пористой (вспененной) основы после пропитки, на фиг. 2 - алгоритм акустических измерений и схема его реализации с помощью оборудования для исследования эффективности шумопоглощения материалов, изготавливаемых согласно способу, а также материалов аналогов и прототипа, в низкочастотном акустическом волноводе, на фиг. 3 - эффективность шумопоглощения материалов, изготавливаемых согласно заявляемому способу, в сравнении с показателями материалов аналогов и прототипа в низкочастотном (≤1000 Гц) акустическом спектре (основной показатель: безразмерный коэффициент поглощения).
В результате взаимодействия комбинаций неорганических веществ, взятых в указанных в табл. 1 концентрациях, на внутренних и внешних поверхностях структурных элементов нетканой основы образуются in-situ осадки соединений в виде частиц, которые достаточно равномерно распределяются по объему и надежно сцепляются с элементами основы. С помощью томографии (см. фиг. 1) тетраэдального элемента показано, что частицы вещества (соединения) равномерно распределяются по всему объему матричной структуры основы.
Испытания, иллюстрирующие работоспособность заявляемого способа в части повышения эффективности шумопоглощения, выполнены (см. фиг. 2) в соответствие с разработанным алгоритмом, с помощью сертифицированного измерительного комплекса (Scien Co., Ltd. Acoustic Software development, Republic of Korea), включающего 100-мм волновод 1 (System 9301), комплект микрофонов 2 и портативную систему 3 оборудования и программного обеспечения (ПО), обеспечивающую реализацию процедур генерирования и усиления входного акустического сигнала в заданной полосе частот и заданного уровня, конвертации усиленного сигнала в цифровой сигнал для его последующего спектрального анализа методом быстрого преобразования Фурье (FFT-метода), расчета параметров шумопоглощения образца 4 изготавливаемого материала, включая основной показатель: безразмерный коэффициент [шумо]поглощения, - а также обработки и графического представления результатов измерений и расчетов.
Примеры на фиг. 3 иллюстрируют данные проверки работоспособности заявляемого способа по повышению эффективности шумопоглощения. Здесь показано изменение коэффициента шумопоглощения материалов четырех различных типов (трех с различной волокнистой и одного с пористой основой), изготавливаемых согласно заявляемому способу (см. сплошные графики «заявка»), в сравнении с качеством материалов аналогов и прототипа (см. пунктирные графики «прототип»). В представленных восьми образцах основа каждой из соответствующих четырех пар «прототип»-«заявка» имеет одинаковую исходную структуру. Толщина слоя материала от 25 до 45 мм.
На фиг. 3 показаны результаты испытаний образцов материалов, пропитанных (см. табл.1) согласно примеру №1 (с использованием двух различных типов 1 и 3 волокнистой основы) и согласно примеру №16 (с использованием волокнистой основы типа 2 и пористой основы).
На фиг. 3 показано, что материалы аналогов и прототипа недостаточно эффективны или неэффективны в полосе частот 125-250 Гц, независимо от толщины слоя. При этом, материалы, изготавливаемые согласно заявляемого способу, поглощают такой шум. С увеличением толщины слоя, эффективность шумопоглощения изготавливаемых материалов существенно увеличивается и превосходит в 2-3 раза и более эффективность материалов аналогов и прототипа в полосе частот 250-1000 Гц.
Таким образом, заявляемый способ изготовления шумопоглощающего материала полностью обеспечивает решение поставленной задачи, а именно, упрощение технологии изготовления шумопоглощающего материала с использованием доступных, недорогих нетоксичных исходных материалов (основы), а также полупродуктов (веществ) для пропитки основы и, в конечном счете, в 2-3 раза и более существенное повышение эффективности шумопоглощения в диапазоне низких акустических частот, 125-1000 Гц, наиболее вредных и опасных для жизнедеятельности человека.