ОГНЕСТОЙКИЙ СЛОИСТЫЙ ЗВУКОТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ
FIREPROOF LAMINAR SOUND-AND-HEAT-INSULATING MATERIAL

Изобретение относится к области создания слоистых звукотеплоизолирующих огнестойких материалов авиационного назначения, используемых в бортовой звукотеплоизолирующей конструкции пассажирских самолетов.
Известен слоистый материал, содержащий звукотеплоизолирующий слой - волокнистый мат из натуральных или синтетических волокон, пропитанных термопластичным связующим, и формоустойчивый звукоизолирующий слой - жесткий лист из термопласта, например, полипропилена с минеральным наполнителем (патент США №4966799).
Недостатками данного материала являются низкие звукоизолирующие свойства и то, что он не отвечает требованиям международных норм FAR 25.856 по пожаробезопасности (стойкости к прогоранию), так как содержит низкоплавкие термопластичные полиолефины.
Известен слоистый звукоизоляционный материал, включающий слой, выполненный из нетканого иглопробивного материала, пропитанного связующим, и слой в виде сотовой панели на основе стекло- или арамидной ткани, пропитанной фенолформальдегидной смолой (патент РФ №2307764).
Недостатком указанного материала является то, что он не стоек к прогоранию (т.е. не отвечает современным требованиям международных норм по пожаробезопасности FAR 25.856).
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является слоистый теплозвукоизолирующий огнестойкий материал, облицованный термостойкой полимерной пленкой, включающий теплозвукоизолирующий слой на основе боросиликатного стекловолокна и связующего, и огнестойкий (высокотермостойкий) слой из органических или стеклянных волокон и связующего, обработанный (с одной или двух сторон) минералом, например вермикулитом (патент США 6565040).
Материал-прототип имеет низкие звукоизолирующие свойства, особенно в области низких частот. К недостаткам материала-прототипа также относятся: отсутствие жесткости (формоустойчивости), вследствие чего под действием вибрации и собственного веса материал может сминаться и провисать в процессе эксплуатации, невозможность крепления материала на некотором расстоянии от фюзеляжа, что уменьшило бы вероятность образования коррозии, низкая технологичность при монтаже, ремонте и обслуживании.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание огнестойкого слоистого звукотеплоизолирующего материала, обладающего высокими звукоизолирующими свойствами (высоким коэффициентом затухания звуковой волны) в широком диапазоне частот, высокой стойкостью к прогоранию при воздействии пламени в течение 15 минут (согласно современным требованиям FAR 25.856 по пожаробезопасности) и формоустойчивостью при изгибе (прочностью при изгибе).
Для решения поставленной задачи предложен огнестойкий слоистый звукотеплоизолирующий материал, содержащий теплозвукоизолирующий и огнестойкий слои на основе неорганического волокна, пропитанные термостойким связующим, облицованные термостойким материалом, в котором в качестве неорганического волокна теплозвукоизолирующего слоя используют базальтовое волокно, в качестве неорганического волокна огнестойкого слоя используют кремнеземное волокно, и он дополнительно содержит слой из нетканого иглопробивного материала на основе арамидных волокон, пропитанного составом на основе водной дисперсии сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом и винилацетатом.
В качестве неорганического волокна теплозвукоизолирующего слоя используют базальтовое волокно марки БСТВ-СН (ТУ 5769-002-57446112-2004), в качестве неорганического волокна огнестойкого слоя используют кремнеземное волокно марки КВ-11 (ТУ 5952-184-05-78-69-04-2004).
Нетканый иглопробивной материал представляет собой полотно из арамидного волокна (ТУ 63.070-128-09).
В качестве пропиточного состава слоя из нетканого иглопробивного материала на основе арамидных волокон используют водную дисперсию сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом и винилацетатом (ТУ 2242-007-54551969-2009).
В качестве термостойкого связующего для базальтового и кремнеземного волокон используют полисульфон, например марки ПСФ-150 (ТУ 6-06-46-90) или фенолоформальдегидную смолу, например марки СФП-011-Л (ТУ 6-05-1370-90) или марки ВИАМ-Б (ТУ 6-05-1368-70).
В качестве облицовочного термостойкого материала используют стеклоткань с покрытием из политетрафторэтилена или сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом (ТУ 301-05-422-89, ТУ 1-92-82-83) или кремнеземную ткань КТ Э 105 (ТУ 6-48-5786902-91-91).
Базальтовое волокно обеспечивает хорошие теплоизоляционные свойства, так как обладает низким коэффициентом теплопроводности, а высокотермостойкое кремнеземное волокно обеспечивает высокую стойкость к прогоранию при воздействии пламени, так как его температура плавления выше температуры пламени.
Облицовочный термостойкий материал обеспечивает сохранение свойств предлагаемого материала в процессе эксплуатации, так как предохраняет теплозвукоизолирующий и огнестойкий слои от осыпания и загрязнения.
Объединение указанных слоев обеспечивает высокие теплозащитные свойства и пожаробезопасность предлагаемого материала.
Дополнительный слой из нетканого иглопробивного материала на основе арамидных волокон, пропитанного составом на основе водной дисперсии сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом и винилацетатом, обладает высокой плотностью и в сочетании с теплозвукоизолирующим и огнестойким слоями низкой плотности, облицованными термостойким материалом, обеспечивает повышение коэффициента затухания звуковой волны предлагаемого слоистого материала градиентной структуры.
Пропитка нетканого иглопробивного материала составом на основе водной дисперсии сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом и винилацетатом придает ему формоустойчивость (прочность при изгибе).
Установлено, что предлагаемый звукотеплоизолирующий материал обладает высокой стойкостью к прогоранию (в соответствии с требованиями FAR 25.856 по пожаробезопасности) и повышенным коэффициентом затухания звуковой волны в диапазоне частот от 200 до 2000 Гц, что позволяет обеспечить высокий уровень звукоизоляции, а также является формоустойчивым при изгибе, что повышает его технологичность, предотвращает смятие и провисание в процессе эксплуатации и уменьшает вероятность образования коррозии фюзеляжа.
На фигуре 1 показано расположение слоев предлагаемого материала:
1 - теплозвукоизолирующий слой,
2 - огнестойкий слой,
3 - облицовочный термостойкий материал,
4 - дополнительный слой из нетканого иглопробивного материала.
Примеры осуществления
Пример 1
Теплозвукоизолирующий и огнестойкий слои получали гидроформованием из суспензии базальтового и кремнеземного волокон (ТУ 5769-002-57446112-2004, ТУ 5952-184-05-78-69-04-2004) и фенолоформальдегидного связующего СФП-011-Л (ТУ 6-05-1370-90). Далее проводили сушку при Т=150°C в термошкафу в течение 1 часа. Толщина теплозвукоизолирующего и огнестойкого слоев составляла 15 мм и 10 мм соответственно. Полученные слои облицовывали стеклотканью с покрытием из политетрафторэтилена (ТУ 301-05-422-89) и прошивали кварцевой нитью.
Дополнительный слой получали пропиткой нетканого иглопробивного полотна из арамидных волокон (ТУ 63.070-128-09) составом на основе водной дисперсии сополимера винилхлорида с винилиденхлоридом и винилацетатом (ТУ 2242-007-54551969-2009) с последующей сушкой при температуре (105±5)°C и калибровкой на гидравлическом прессе до толщины 1,5 мм. Полученный слой соединяли с пакетом, состоящим из теплозвукоизолирующего и огнестойкого слоев, облицованных стеклотканью с покрытием из политетрафторэтилена.
Изготовление слоистого материала по примерам 2, 3 производили аналогично примеру 1.
В примере 2 в качестве связующего использовали полисульфон ПСФ-150 (ТУ 6-06-46-90), толщина теплозвукоизолирующего, огнестойкого слоев и слоя из пропитанного нетканого полотна составляла 12 мм, 10 мм и 2,5 мм соответственно. В качестве облицовочного термостойкого материала использовали стеклоткань с покрытием из сополимера тетрафторэтилена с винилиденфторидом (ТУ 1-92-82-83).
В примере 3 в качестве связующего использовали фенолоформальдегидную смолу марки ВИАМ-Б (ТУ 6-05-1368-70), толщина теплозвукоизолирующего, огнестойкого слоев и слоя из пропитанного нетканого полотна составляла 25 мм, 8 мм и 1,0 мм соответственно. В качестве облицовочного термостойкого материала использовали кремнеземную ткань КТ Э 105 (ТУ 6-48-5786902-91-91).
Звукоизолирующие свойства оценивали по коэффициенту затухания звуковой волны (β), который определяли согласно ОСТ 190435-2007 на акустическом комплексе Pulse Material Testing в диапазоне частот 200-2000 Гц. Величину теплового потока (стойкость к прогоранию) с холодной стороны образца (противоположной воздействию пламени горелки) определяли в соответствии с международными требованиями FAR 25.856 по пожаробезопасности авиационных материалов. Прочность при изгибе (формоустойчивость) оценивали по ГОСТ 4648 при стреле прогиба 10 мм.
В таблице 1 приведены свойства полученного материала.
Таблица 1
№№ примеров
Свойства
Коэффициент затухания звуковой волны (β) при частоте 200-2000 Гц, 1/м
Тепловой поток с холодной стороны образца в течение 15 мин воздействия пламени, кВт/м<sup>2</sup>
Прочность при изгибе (формоустойчивость), МПа
1
40-164
7,5
7,5
2
44-81
6,0
4,1
3
60-196
7,0
5,8
Прототип
4-38
11,5
менее 0,1
Представленные в таблице результаты испытаний показывают, что предлагаемый материал по сравнению с прототипом при одинаковых частотах обладает в 5-15 раз более высоким коэффициентом затухания звуковой волны, повышенной стойкостью к прогоранию (имеет меньшую величину теплового потока с холодной стороны образца) и высокой прочностью при изгибе (формоустойчивостью), что позволяет использовать его в бортовой конструкции пассажирских самолетов.
Применение предлагаемого огнестойкого слоистого звукотеплоизолирующего материала позволит существенно повысить пожаробезопасность пассажирских самолетов, снизить шум в кабине экипажа и салоне и повысить надежность конструкций, выполненных из него при эксплуатации.