КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАНЕЛЕЙ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИХ ЭКРАНОВ МЕТОДОМ ЭКСТРУЗИИ
COMPOSITION FOR MANUFACTURING PANELS OF SOUND-ABSORBING SCREENS BY EXTRUSION METHOD

Изобретение относится к материалам для изготовления шумозащитных ограждений, устанавливаемых вдоль автомобильных дорог, железнодорожных путей, вокруг промышленных объектов и других источников шума.
Эффективность звукопоглощающих экранов определяется не только звукопоглощающими и звукоизоляционными свойствами материалов, из которых они изготовлены, эти материалы должны обладать высокими физико-механическими показателями, в частности: механической прочностью, стойкостью к ударам камней, защитой от поражения обслуживающего персонала и населения электрическим током.
Известны композиции для изготовления звукопоглощающих экранов, включающие термопластичный полимер - полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиамид, полиметилметакрилат и другие, и волокнистый наполнитель - стеклянные, базальтовые, углеродные и другие волокна (RU 2173372 С2, RU 156212 Ul, RU 2005105431 A, RU 2173372 С2, RU 2015148 C1, CN 103897262 А).
Панели звукопоглощающих экранов могут быть изготовлены методом литья под давлением. Однако указанный метод имеет недостаточно высокую производительность, не позволяет получать изделия непрерывной длины, имеющие строго одинаковую толщину по всей площади, что, в свою очередь, не позволяет организовать непрерывный высокопроизводительный процесс изготовления панелей звукопоглощающих экранов.
Экструзионные панели строго одинаковы по толщине во всех точках, имеют ровный торец, достоинством метода экструзии является высокая производительность и возможность получать изделия непрерывной длины. Однако в процессе экструзии компоненты композиции подвергаются воздействию и высоких температур, и сдвиговых напряжений, что приводит к изменению их структуры, технологических свойств композиции и может оказать отрицательное влияние на физико-механические свойства получаемого продукта. В связи с этим к составу композиции, предназначенной для экструзионного формования, предъявляются особые требования.
Известна композиция для изготовления панелей шумозащитных экранов методом экструзии, включающая термопластичный полимер - полиметилметакрилат и волокнистый наполнитель - полиамидные нити (ЕР 1606457 В1).
Однако панели, изготовленные из известной композиции, обладают звукоотражающими свойствами, что является неприемлемым в связи с высоким уровнем шума непосредственно на транспортных магистралях.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является известная композиция для изготовления панелей звукопоглощающих экранов методом экструзии, включающая изотактический полипропилен и волокнистый наполнитель (DE 102012100567 А1). В качестве волокнистого наполнителя известная композиция включает лигноцеллюлозные волокна в количестве 50-85% от массы композиции.
Недостатком известной композиции являются низкие физико-механические показатели изготовленных из нее панелей звукопоглощающих экранов.
Технической задачей изобретения является создание композиции для изготовления панелей звукопоглощающих экранов методом экструзии, лишенной указанного недостатка.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение физико-механических свойств панелей звукопоглощающих экранов.
Указанный технический результат достигается тем, что композиция для изготовления панелей звукопоглощающих экранов методом экструзии, включающая изотактический полипропилен и волокнистый наполнитель, дополнительно содержит гранулированный продукт экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида при их массовом соотношении от 8,5:1,0 до 9,0:1,0, соответственно, а в качестве волокнистого наполнителя включает базальтовое волокно, обработанное водонесовместимым силансодержащим замасливателем, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
изотактический полипропилен
67,0-70,0
гранулированный продукт экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида
0,8-1,2
волокнистый наполнитель
остальное
В качестве волокнистого наполнителя предлагаемая композиция включает обработанное любым водонесовместимым силансодержащим замасливателем базальтовое волокно. Такое обработанное водонесовместимым силансодержащим замасливателем базальтовое волокно имеется в продаже или оно может быть приготовлено, например, по RU 2167838 С1, с использованием замасливателей №4С (ГОСТ Р 53237-2008) или таких как описано в http://www.korsil.ru/silan-zamaslivatel.html, RU 2101241 C1, RU 2389698 C1, SU 1666480 А1 и др.
Обработка базальтового волокна водонесовместимым силансодержащим замасливателем повышает противодействующую слипанию волокон антистатичность, исключающую электризуемость волокна при трении с рабочими органами экструдера.
Результатом использования в качестве волокнистого наполнителя базальтового волокна, обработанного водонесовместимым силансодержащим замасливателем, является повышение физико-механических показателей панелей звукопоглощающих экранов, изготовленных из предлагаемой композиции методом экструзии.
Другим фактором, улучшающим физико-механические свойства панелей звукопоглощающих экранов, изготовленных методом экструзии из предлагаемой композиции, является использование в ее составе 0,8-1,2 мас. % дополнительного компонента - гранулированного продукта экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида, приготовленного при их массовом соотношении от 8,5:1,0 до 9,0:1,0, соответственно.
Гранулированный продукт экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида получают предварительно. Изотактический полипропилен смешивают с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида при их массовом соотношении от 8,5:1,0 до 9,0:1,0, соответственно. Затем полученную сухую смесь пропускают через экструдер при максимальной температуре расплава 200°С. Выдавленные из экструдера стренги диаметром 3-4 мм охлаждают в водяной бане и режут на гранулы длиной 3-4 мм. Полученный гранулят сушат при температуре около 80°С не менее 2-х часов. В качестве модификатора может быть использован любой модификатор на основе м-фенилен-бис-малеинимида (Химические добавки к полимерам. М., Химия, 1981, С. 177-178; RU 2569544 С1; http://libweb.kpfu.ru/z3950/EPOS_ESIC/Halikova_komp.pdf и др.).
Результатом экструзии смеси изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида является продукт, физико-механические и технологические свойства которого отличаются от свойств продукта, полученного простым смешением, поскольку в процессе экструзии исходные компоненты подвергаются воздействию высоких температур и сдвиговых напряжений, что способствует изменению их структуры в результате протекающих механохимических процессов. При последующем изготовлении панелей звукопоглощающих экранов методом экструзии (назначение предлагаемой композиции) гранулированный продукт экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида подвергается повторному циклу экструзии. Известно, что повторения циклов экструзии приводят к существенным изменениям молекулярно-структурных характеристик полимеров винилового ряда, к которым относится полипропилен (http://www.dissercat.com/content/izmeneniya-struktury-i-svoistv-polimerov-vinilovogo-ryada-pri-mnogokratnoi-ekstruzii). Экспериментально было подтверждено, что наличие в составе материала панелей звукопоглощающих экранов указанного продукта повторного цикла экструзии в количестве 0,8-1,2 мас. % существенно улучшает физико-механические свойства панелей звукопоглощающих экранов.
Экспериментально подтверждено, что результат применения в составе предлагаемой композиции в качестве волокнистого наполнителя базальтового волокна, обработанного любым водонесовместимым силансодержащим замасливателем, и дополнительного введения в ее состав указанного выше гранулированного продукта экструзии изотактического полипропилена с любым модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида приводит к комбинированному воздействию, характеризующемуся превышением действия, оказываемого каждым из компонентов в отдельности, т.е. к эффекту синергизма. Такой эффект наблюдается только в указанном выше узком интервале соотношений исходных компонентов предлагаемой композиции. За пределами указанного интервала соотношений исходных компонентов эффект синергизма отсутствует.
Пример 1
Предварительно получают гранулированный продукт экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида описанным выше способом при массовом соотношении компонентов 9,0:1,0, соответственно. В качестве модификатора на основе м-фенилен-бис-малеинимида используют промышленный модификатор Малеид Ф по ТУ 6-14-1004-87 (http://ntcp.ru/work/library/5103/5211). В экструдер подают указанный гранулированный продукт экструзии, изотактический полипропилен и базальтовый ровинг, обработанный водонесовместимым силансодержащим замасливателем, производства ООО «Каменный век» (http://www.b-composites.net/26.html) при следующем соотношении компонентов, мас. %:
изотактический полипропилен
69,0
гранулированный продукт экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида
1,0
волокнистый наполнитель
остальное
2
Процесс осуществляют в двухшнековом экструдере с диаметром шнеков 60 мм и отношением дины к диаметру, равным 15, при 240-245°С. Стренги диаметром около 4 мм, выходящие из экструдера, охлаждают в ванне с водой и рубят на грануляторе на отрезки длиной 3-5 мм. Затем полученные гранулы сушат в вакуумной сушилке барабанного типа при 75-85°С и остаточном давлении 0,4-0,6 кгс/см не менее 4-х час.
Панели звукопоглощающих экранов в виде профилированных листов толщиной 3±0,1 мм, шириной 500±1 мм изготавливают методом экструзии с использованием одношнекового экструдера, на выходе которого установлена профилирующая фильера.
Результаты испытаний полученных образцов панелей звукопоглощающих экранов показали снижение шума на 40 дБА, что подтверждает возможность реализации назначения предлагаемой композиции. Показатели физико-механических свойств полученных образцов, демонстрирующие достижение технического результата, приведены в таблице.
Пример 2
Процесс осуществляют по примеру 1, но в качестве волокнистого наполнителя композиция включает не обработанный замасливателем базальтовый ровинг.
Пример 3
Процесс осуществляют по примеру 1, но в составе композиции отсутствует гранулированный продукт экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида. Соотношение компонентов, мас. %: изотактический полипропилен - 70, базальтовый ровинг, обработанный силановым замасливателем, производства ООО «Каменный век» (http://www.b-composites.net/26.html) - 30.
Пример 4
Процесс осуществляют по примеру 1, но в составе композиции отсутствует гранулированный продукт экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида, в качестве волокнистого наполнителя она содержит не обработанный замасливателем базальтовый ровинг. Соотношение компонентов, мас. %: изотактический полипропилен - 70, базальтовый ровинг - 30.
Кроме того, были проведены сравнительные испытания образцов, изготовленных по методике примера 1 из композиции по DE 102012100567 А1 (прототип) при использовании в качестве лигноцеллюлозного волокнистого наполнителя древесной стружки.
Показатели физико-механических свойств образцов, полученных по примерам 1-4, и результаты сравнительных испытаний приведены в таблице.