ВИБРОПОГЛОЩАЮЩИЙ СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1994 года по МПК B32B27/40 

Изобретение относится к вибропоглощающим материалам. Материал предназначен для использования в радиоприборостроении, авиастроении и других областях техники.

Известны слоистые вибропоглощающие материалы, состоящие из наружных конструкционных слоев и заключенных между ними вязко-упругих полимерных прослоек на основе винилацетата, этилена, н-бутилакрилата и акриловой (метакриловой) кислоты [1] либо бутилметакрилата, метакрилонитрила и метакриловой кислоты [2] .

Наиболее близким к изобретению по вибропоглощающим свойствам является слоистый вибропоглощающий материал, состоящий из наружных металлических листов и промежуточной прослойки из трехкомпонентного сополимера следующего состава, мас. % :
Бутилакрилат 60-90
Нитрил акриловой кислоты 5-35
Метакриловая кислота 2- 7
Известные слоистые вибропоглощающие материалы характеризуются узким температурным интервалом, в котором проявляется высокая эффективность вибропоглощения. Из приведенных данных [1-3] следует, что величина коэффициента механических потерь (КМП) η имеет значение не менее 0,1 в температурном диапазоне, не превышающем 50^оС (диапазон эффективного вибропоглощения) на частоте 1000 Гц. Кроме этого у перечисленных материалов максимальный КМП ( η_max) находится в области положительных температур. Однако в соответствии с современными требованиями [4] вибропоглощающие материалы должны обладать максимально широким температурным диапазоном эффективного вибропоглощения и иметь максимальный коэффициент механических потерь η_max не только в области положительных, но и отрицательных температур.

Для расширения области применения вибропоглощающие материалы должны иметь следующие свойства: выдерживать без ухудшения свойств воздействие повышенной температуры, быть стойкими к агрессивным средам, обладать электроизоляционными свойствами, сохранять свои свойства длительное время, иметь высокую адгезию к конструкционным материалам, не выделять вредных веществ в процессе производства и эксплуатации, не оказывать коррозирующего действия на контактирующие с ними материалы, быть дешевыми и технологичными.

Реализация подобных свойств в слоистом вибропоглощающем материале позволила бы не только его использовать в качестве плоских вибропоглощающих элементов конструкций, например шасси и крышек радиоаппаратуры, но и в качестве подложки для изготовления печатных плат.

Целью изобретения является расширение температурного диапазона эффективного вибропоглощения и получение максимального коэффициента механических потерь в области отрицательных температур.

Указанная цель достигается тем, что в слоистом вибропоглощающем материале, состоящем из наружных конструкционных листов и промежуточного слоя из полиуретана на основе компонента А - Вилад А-8П марки В-3 ТУ 6-05-2018-86, полиуретан на основе полиоксипропиленгликоля мол. м. 5000, с использованием в качестве изоцианатной составляющей, компонента Б, - смеси компонента Вилад-17 (ТУ 6-05-1979-84) продукт взаимодействия толуилендиизоцианата с полиоксипропиленгликолем с мол. м. 1000 и полиизоцианата марки Б ТУ 113-03-375-75 (или марки Д ТУ 113-03-603-86) при их соотношении, соответственно, мас. % , 90-98 и 10-2 в расчете на 100 мас. % компонента А.

Указанный слоистый вибропоглощающий материал в литературе авторами обнаружен не был.

Применение в качестве материала промежуточного вибропоглощающего слоя полимера указанного состава позволяет характеризовать данное техническое решение как соответствующее критериям "Новизна" и "Существенные отличия".

Предложенный слоистый вибропоглощающий материал на основе полиуретана позволяет осуществить эффективное вибропоглощение ( η> 0,1) в диапазоне температур -60-50^оС.

КМП такого материала достигает значений 1,25 при оптимальной температуре -30^оС. Ширина температурного интервала эффективного вибропоглощения Δ Т_эфф составляет 110^оС.

Материал обладает высокой эффективностью в заданном температурном интервале, в котором может неограниченное время сохранять свои свойства.

К достоинствам предлагаемого материала относятся:
стойкость к воздействию повышенной температуры без изменения физико-механических свойств: до 150^оС свыше 5 мин;
стойкость к агрессивным средам: стоек к воздействию растворов, применяемых при производстве печатных плат, масло и бензостоек;
удовлетворительные электроизоляционные свойства:
удельное объемное сопротивление 9000 Мом/см,
электрическая прочность 6,0 кВ/мм;
достаточная адгезия к конструкционным материалам (сталь, дюралюминий и т. п. ) - более 1,5 МПа; прочность при сдвиге соединения Ст3-Ст3 составляет 1,5-2,0 МПа, дюралюминия Д16-Д16 1,3-Г-1,5 МПа;
не выделяет вредных веществ в процессе производства и эксплуатации;
не оказывает коррозирующего действия на контактирующие с ним материалы;
дешевизна - исходные компоненты, используемые для получения полимера имеют промышленный выпуск в СССР, стоимость материала по сырью составляет около 5000 руб/т;
высокая технологичность изготовления нанесения полимера, допускающая автоматизированные методы.

Приведенные в таблице и на фиг. 1-3 данные иллюстрируют виброакустические свойства предлагаемого материала.

На фиг. 1-3 изображены графики зависимостей КМП (η ) и динамического модуля упругости (Е) предложенного полимерного материала от температуры на частотах 150-300 Гц для различных рецептур (примеры 1-3), аналогичные данные приведены также в таблице. Номера фигур соответствуют номерам примеров состава полимерного материала.

В тексте приняты следующие обозначения:
коэффициент механических потерь (КМП) η - отношение энергии рассеянной к полной, подведенной к полимерному материалу в условиях циклического нагружения (определяется методом вынужденных резонансных колебаний консольно-закрепленного образца [5,6] );
температурный интервал эффективного вибропоглощения Δ Т_эфф - интервал температур, в котором КМП составляет не менее 0,1.

Слоистый вибропоглощающий материал, изготовленный с применением предлагаемого полимера, обладает высокой виброакустической эффективностью. КМП полимерного материала достигает 1,25 при оптимальной температуре -30^оС. Ширина температурного интервала эффективного вибропоглощения ( ΔТ_эфф) составляет 110^оС, что превышает аналогичные характеристики известных материалов.

Другим преимуществом предлагаемого материала является то, что максимум КМП находится в области отрицательных температур.

Следовательно заявляемое техническое решение соответствует требованию "положительный эффект".

Предлагаемый вибропоглощающий материал изготавливается следующим образом.

Компонент Вилад А-8П марки В-3 смешивается с катализатором отверждения и затем со смесью компонента Вилад-17 и полиизоцианатом в заданном соотношении. Полученная композиция наносится на конструкционные слои (пластины, например, из стеклотекстолита), которые склеиваются при отверждении под прессом при комнатной температуре. Полимеризация происходит при нормальных условиях в течение 24 ч. Для ускоренного отверждения процесс можно проводить при температуре до 100^оС.

При использовании полиизоцианата в количестве ниже нижнего предела материал получается вялым, с твердостью по Шору А менее 20 усл. ед. и не может выполнять функциональную роль. В случае использования полиизоцианата в количестве выше верхнего предела полученный материал имеет твердость выше 50 усл. ед. по Шору А и также не соответствует предъявляемым требованиям вязкоупругости.

П р и м е р 1. Вибропоглощающая полимерная прослойка изготовлена из полиуретана на основе 100 мас. % компонента А - Вилад А-8П марки В-3 ТУ 6-05-2018-86 с использованием в качестве изоцианатной составляющей, компонента Б, - смеси компонента Вилад-17 ТУ 6-05-1979-84 и полиизоцианата марки Б ТУ 113-03-375-75 в соотношении 90/10, что составляет 57,2 мас. % от компонента А.

На фиг. 1 представлены температурные зависимости динамического модуля упругости Е и КМП η полимерного материала.

Максимальное значение КМП ( η_mаx) составляет 0,86 при -10^оС при диапазоне эффективного вибропоглощения 93^оС (-43 - 50^оС).

П р и м е р 2. Вибропоглощающая полимерная прослойка изготовлена из полиуретана на основе 100 мас. % компонента А - Вилад А-8П марки В-3 ТУ 6-05-2018-86 с использованием в качестве изоцианатной составляющей, компонента Б, - смеси компонента Вилад-17 ТУ 6-05-1979-84 и полиизоцианата марки Б ТУ 113-03-375-75 в соотношении 98/2, что составляет 71,0 мас. % от компонента А.

На фиг. 2 представлены температурные зависимости динамического модуля упругости Е и КМП η полимерного материала.

Из приведенных данных следует, что предлагаемый материал имеет значение КМП ( η_max = 0,79) при температуре -20^оС. Ширина температурного интервала эффективного вибропоглощения составляет около 100^оС (-50 - 50^оС).

П р и м е р 3. Вибропоглощающая полимерная прослойка изготовлена из полиуретана на основе 100 мас. % компонента А - Вилад А-8П марки В-3 ТУ 6-05-2018-86 с использованием в качестве изоцианатной составляющей, компонента Б, - смеси компонента Вилад-17 ТУ 6-05-1979-84 и полиизоцианата марки Б ТУ 113-03-375-75 в соотношении 95/5, что составляет 65,0 мас. % от компонента А.

На фиг. 3 представлены температурные зависимости динамического модуля упругости Е и КМП η полимерного материала.

Максимальное значение КМП ( η_max) составляет 1,25 при температуре -30^оС при диапазоне эффективного вибропоглощения 100^оС (-60 - 50^оС).

Анализ приведенных данных показывает, что материал по примеру 3 превосходит другие материалы по диапазону эффективного вибропоглощения. Изменение количества полиизоцианата как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения приводит к сужению температурного диапазона эффективного вибропоглощения.

Указанное в формуле изобретения соотношение компонентов обеспечивает соотношение изоцианатных и гидроксильных групп, равное 1,05, что позволяет получить монолитный невспененный материал. В качестве катализаторов реакции используют традиционные катализаторы уретанообразования (металлоорганические соединения, например дибутилдилауренат олова, третичные амины, например, диметилбензинамин).

При испытаниях материалов, изготовленных согласно примерам, динамические характеристики определялись на частотах 150-300 Гц, а прототипа [3] - на частоте 1000 Гц. Однако это не препятствует их сравнению, так как, учитывая формулу для пересчета температурной зависимости логарифмического декремента колебаний в частотную [4, с. 22, ф. 1.24] и связь логарифмического декремента колебаний с коэффициентом механических потерь [4, c. 19] , можно сделать вывод, что испытание исследуемых материалов на частоте 1000 Гц, вместо, например 300 Гц, равнозначно уменьшению температуры на 6^оС.

lg = 8,86, откуда T_исх-T= = = 6,37.

Аналогичным образом возможен пересчет и на другие частоты входных воздействий в зависимости от условий эксплуатации объекта со слоистым вибропоглощающим материалом [7, c. 54-82] .

Поскольку вибропоглощающий полимерный материал стоек к агрессивным средам, повышенным температурам, другим дестабилизирующим факторам, обладает достаточной адгезией и электрическим сопротивлением, имеет незначительный контакт с внешней средой (в составе слоистого материала), то слоистый вибропоглощающий материал на его основе с конструкционными слоями из, например, фольгированного стеклотекстолита может быть использован в качестве исходного материала для изготовления печатных плат.

В этом случае, например, две пластины из одностороннего фольгированного стеклотекстолита СФ-1-35-0,8 ГОСТ 10316-78 склеиваются слоем полимера предложенного состава толщиной 0,2 мм (фольга располагается с внешних сторон слоистого материала). Полученный таким образом слоистый вибропоглощающий материал может служить заменителем стеклотекстолита, например СФ-2-35-2,0 ГОСТ 10316-78, для производства печатных плат, работающих в условиях повышенных вибраций. Вообще демпфирующая способность многослойной конструкции, в частности слоистого вибропоглощающего материала, является сложной функцией модулей упругости, коэффициентов механических потерь и размеров составляющих слоев [4] . Однако, указанный материал, содержащий внешние слои из стеклотекстолита толщиной по 0,8 мм и внутренний полимерный слой толщиной 0,2 мм, как раз и обладает высокой эффективностью вибропоглощения в широком диапазоне частот и температур эксплуатации.

Использование: в радиоприборостроении, авиастроении. Сущность изобретения: промежуточный слой вибропоглощающего материала выполнен из полиуретана, полученного на основе полиоксипропилентриола с мол. м. 5000 и с содержанием концевых оксиэтильных групп 10 мас. % , диэтиленгликоля и смеси продукта взаимодействия толуилендиизоцианата с полиоксипропиленгликолем с мол. м. 1000 с полиизоцианатом при массовом соотношении 90 - 98 : 10 - 2 соответственно. Внешние слои могут быть выполнены из различных материалов, включая металл. 1 табл. , 3 ил.

ВИБРОПОГЛОЩАЮЩИЙ СЛОИСТЫЙ МАТЕРИАЛ, состоящий из наружных конструкционных листов и промежуточного слоя, отличающийся тем, что, с целью расширения температурного диапазона эффективного вибропоглощения и обеспечения максимального коэффициента механических потерь в области отрицательных температур, промежуточный слой выполнен из полиуретана, полученного на основе полиоксипропилентриола с мол. м. 5000 и с содержанием концевых оксиэтильных групп 10 мас. % , диэтиленгликоля и смеси продукта взаимодействия толуилендиизоцианата и полиоксипропиленгликоля с мол. м. 1000 с полиизоцианатом при массовом соотношении 90 - 98 : 10 - 2 соответственно.