МНОГОСЛОЙНЫЙ ШУМОЗАЩИТНЫЙ МАТЕРИАЛ С МАГНИТНЫМИ СВОЙСТВАМИ Российский патент 1998 года по МПК G10K11/16 

Изобретение относится к области техники, связанной с защитой от шума, в частности к материалам, предназначенным для снижения уровня шума, исходящего от ферромагнитных поверхностей (или передаваемых через них), например корпусов, кожухов, оболочек и т.п., и может быть использовано в машиностроении, судостроении, строительстве, а также в автомобилестроении.

Широко известны разнообразные термоплавкие магнитные герметики, которые наряду с функцией изоляции выполняют также роль частичного шумогасителя. Например, известна герметизирующая магнитная лента, выполненная на основе органического связующего с добавлением пластификатора и отвердителя. К основным компонентам добавлены магнитные частицы, обычно порошок феррита бария. За счет магнитных свойств лента удерживается на заданном месте в зоне соединения двух деталей, из которых хотя бы одна выполнена из ферромагнитного материала, до момента осуществления процесса отверждения композиции (патент США N 4749434, кл. G 09 J 5/10, заявл. 31.08.87, опубл. 07.06.88).

Для усиления эффекта шумозащиты в органические связующие добавляют различные минеральные наполнители: асбест, мел, тальк, аэросил и т.д. (авт. св. СССР N 255459, кл. C 09 K 3/10, от 28.10.69). Более эффективным является введение легковесных наполнителей, таких как стеклянные и полимерные микросферы, вспученный перлит, пемза и т.п. (авт. св. СССР N 1609802, кл. C 09 D 5/34, заявл. 30.11.90).

Широкое распространение получили многослойные шумозащитные материалы, в которых может быть использован слой из материала, поглощающего шум, слой из материала, гасящего (демпфирующего) колебания, слой, удерживающий конструкцию на заданном месте, и др.

Известен шумозащитный материал, выбранный в качестве прототипа, состоящий из слоя на основе органического связующего, в частности битума, и минеральных наполнителей, в который внедрен слой из магнитного материала, например органического связующего с добавлением ферритовых порошков (обычно порошков феррита бария). Магнитный слой может быть не сплошным, а дискретным, например, выполненным в виде параллельных полос (выложенная заявка ФРГ N 3825494, кл. G 10 K 11/16, заявл. 27.07.88, опубл. 01.02.90).

Для достижения необходимых магнитных свойств магнитный слой должен содержать не менее 60% феррита бария, плотность которого равна 5,1 г/см³, поэтому для обеспечения достаточного магнитного взаимодействия при такой большой плотности наполнителя приходится снижать процентное содержание вяжущего, (придающего липкость полимера), а в результате, как следствие, происходит и снижение адгезии.

Выполнением магнитного слоя дискретным добиваются снижения расхода дорогого компонента - феррита бария, однако расход его остается при сохранении необходимых магнитных свойств достаточно большим.

Кроме того, использование наиболее эффективных шумогасящих минеральных наполнителей, таких как стеклянные микросферы, сопровождается некоторыми отрицательными моментами, в частности при очень хорошей тиксотропности в благоприятных условиях такие материалы расслаиваются, микросферы "всплывают" при нанесении указанных материалов на неправильные поверхности, на донные части и т.д., а это снижает звукоизолирующие свойства.

Задача изобретения - снижение расхода дорогостоящих материалов, повышение равномерности распределения компонентов, усиление магнитных и звукоизолирующих свойств.

Для этого в многослойном шумозащитном материале с магнитными свойствами, включающем по крайней мере шумозащитный слой на основе органических связующих с минеральными наполнителями и магнитный слой с использованием ферритовых порошков, согласно изобретению в качестве минеральных наполнителей шумозащитного слоя используют микросферы с магнитными свойствами, являющиеся выделенной фракцией золы-унос тепловых электростанций, работающих на каменном угле.

Кроме того, многослойный шумозащитный материал может включать слой из алюминиевой фольги.

Предлагаемое изобретение соответствует критерию "новизна", так как характеризуется наличием отличительных от прототипа признаков.

Изобретение соответствует также критерию "изобретательский уровень" по следующим причинам.

Заявителем проведены глубокие патентные исследования по выявлению областей использования микросфер золы-унос тепловых электростанций (ТЭЦ), т.е. фактически решений, в которых использованы отличительные признаки предлагаемого изобретения. В результате исследований выявлено около 100 технический решений, основанных на использовании микросфер золы-унос. В основном эти микросферы используются в качестве:
наполнителя для полимерных, бетонных и других типов материалов, где микросферы придают материалам легкость и теплоизоляционность,
фильтрующего материала,
порошкообразной огнестойкой засыпки металлургических изложниц при разливке стали,
плавающего на поверхности нефтепродукта слоя, обеспечивающего снижение испарения нефтепродукта при его перевозке и хранении.

Таким образом, из приведенного уровня техники не следует явным образом влияние отличительных признаков на достижение технического результата, который проявляется в двух аспектах:
1. Микросферы золы-унос по химсоставу представляют собой застывший алюмосиликатный расплав, основными компонентами которого являются окись кремния и алюминия, но при этом в состав микросфер обязательно входят соединения железа (FeO, Fe₂O₃), так называемые "магнетит" и "гематит". Содержание соединений железа и вообще химсоставов зависят от типа сжигаемого угля и параметров работы котлов электростанции. Так, с помощью проведенных исследований установлено, что наибольшее содержание соединений железа находится в микросферах Челябинского, Кузнецкого и Донецкого угольных бассейнов (6 - 12% по весу). Наименьшее содержание соединений железа - в микросферах, получаемых на Экибастузских углях (3 - 6%). Микросферы с повышенным содержанием железа могут быть получены простой магнитной сепарацией зольных микросфер. В этом случае содержание соединений железа составит до 35 - 45% по весу. Далее следует отметить, что, в принципе, известно введение полых микросфер из стекла или полимеров в герметизирующие композиции и покрытия (патент США N 4745139, кл. C 08 L 53/00, 1988; заявка ЕПВ N 0153600, кл. C 09 D 7/12, 1985). Однако во всех этих решениях микросферы вводят для снижения плотности, повышения теплоизоляционных свойств, ударной прочности, а также ни в одном из известных решений микросферы не используются как ферромагнитный наполнитель.

2. Вторым аспектом технического результата является повышение виброгасящих и звукоизоляционных свойств материала. Авторами установлена интересная зависимость между химическим составом микросфер и давлением газов внутри микросферы. Упрощенно характер образования микросфер в котле электростанции состоит в том, что при согласовании пылевидного угля некоторые расплавленные частички породы (золы) содержат газ (CO₂) и при выходе из котла расширяются с образованием полой сферы. Степень раздува частицы определяет толщину стенки микросферы. В случае, если в состав породы (золы) данного типа угля входят в достаточном количестве соединения железа, (что всегда имеет место на практике), эти соединения оказывают флюсующее действие, способствуя образованию более тонкой стенки микросферы. Это объясняет тот факт, что микросферы, полученные из угля с большим содержанием железа, всегда более легкие, т.е. имеют тонкую стенку. Но при раздуве, за счет инерционности системы, повышенной температуры, мгновенного охлаждения, внутри микросферы образуется вакуум, при этом некоторые газы, например пар, конденсируются. Таким образом, четко прослеживается зависимость между содержанием железа в породе и степенью вакуумирования внутренней полости микросферы. Кроме внутренней полости 5 микросферы 4, которая находится под вакуумом (0,1 - 0,3 атм), в стенке микросферы также имеются мельчайшие полости 6, давление газов в которых не смогло расширять стенку, т.е. зольная микросфера представляет собой весьма неоднородную по плотности частицу, внутри микросферы вакуум, в стенке мельчайшие полости с повышенным давлением газов. В силу изложенных обстоятельств введение зольных микросфер в герметизирующую композицию повышает ее виброгасящие и звукоизоляционные свойства, т.е. повышает эффективность поглощения и рассеивания энергии.

Предлагаемое техническое решение также соответствует критерию "промышленная применимость", поскольку может быть широко использовано во многих отраслях техники.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схема поперечного разреза заявляемого многослойного шумозащитного материала; на фиг. 2 - поперечный разрез микросферы; на фиг. 3 - схема одного из вариантов заявляемого материала.

Шумозащитный материал с магнитными свойствами состоит по крайней мере из двух слоев (фиг. 1):
слой 1, обладающий ярко выраженными магнитными свойствами, выполнен на основе органического связующего, в частности битума, с добавлением ферритовых порошков, например феррита бария;
шумозащитный слой 2, выполненный на основе органического связующего, в частности битума, с добавлением минеральных наполнителей, в качестве которых использованы микросферы 3, являющиеся фракцией золы-унос тепловых электростанций, работающих на каменном угле и имеющих в своей массе магнитный разряд, величина которого колеблется и зависит в значительной мере от состава сжигаемых углей, т. е. от того, угли какого месторождения используются (в принципе, угли любого месторождения обеспечивают получение магнитных свойств у получаемых микросфер; магнитные свойства микросфер могут быть усилены до заданного уровня путем использования магнитной сепарации).

Микросферы, полученные из отходов ТЭЦ, работающих на каменном угле, имеют следующую форму и структуру (фиг. 2):
внешняя форма близка к сферической;
внутри имеется большая вакуумированная полость 4;
стенка имеет неоднородную структуру и включает полости 5 с повышенным давлением.

Конструкция заявляемого материала может включать промежуточный слой 6 из алюминиевой фольги. Этот слой служит основой, на которую наносятся оба слоя 1 и 2 из органического связующего с наполнителями. Кроме того, он способствует демпфированию (гашению) колебаний.

Предлагаемый материал получается следующим образом.

На алюминиевую фольгу 6 с одной стороны наносится слой 1 из органического связующего (битума) с порошком феррита бария. На другу сторону наносится слой 2 битума, предварительно смешанного с микросферами 3.

В основном варианте выполнения на предварительно полученную пленку 1 битума с порошком феррита бария наносится слой битума 2 с микросферами 3.

Микросферы 3 получали из золы-унос ТЭЦ, работающих на каменном угле, например Аргаяшской ТЭЦ, методом флотации и последующей сушки с просевом.

Заявляемый материал наносится на заданную ферромагнитную поверхность, например, в месте стыка двух деталей магнитным слоем 1 к защищаемой поверхности. За счет магнитных свойств феррита бария, а также за счет магнитных свойств микросфер 3 шумозащитного слоя 2 материал прочно удерживается на заданном месте.

В результате намагниченности микрсоферы 3 не "всплывают", т.е. сохраняется исходная равномерность их распределения в шумозащитном слое 2, что исключает расслоение материала, а следовательно обеспечивает сохранение хороших звукоизоляционных свойств.

Затем соединяемые детали вместе с заявляемым многослойным материалом подвергают термообработке для полимеризации связующего, например, при шумоизоляции узлов автомобиля, таких как днище, крыло колеса и т.д., их после нанесения заявляемого материала детали красят и сушат при температуре порядка 190^o. При такой температуре битум полимеризуется, что обеспечивает прочное герметичное сцепление материала с защищаемой поверхностью также, как и слоев друг с другом.

В процессе эксплуатации шумовые излучения поглощаются шумозащитным слоем 2, а колебания демпфируются частично микросферами 3 шумозащитного слоя 2 и алюминиевой фольгой 6 промежуточного слоя при трехслойном исполнении.

Таким образом, защищаемый материал в результате использования микросфер с магнитными свойствами, выделенных из золы-унос тепловых электростанций, работающих на каменном угле, обеспечивает:
хорошие звукоизолирующие свойства, характерные для материалов с пустотелыми наполнителями;
дополнительные магнитные свойства, позволяющие повысить надежность крепления материала к ферромагнитным поверхностям, снизить расход феррита бария и улучшить адгезию магнитного слоя;
хорошую тиксотропность, до отверждения хорошо гнется, легко принимает заданную форму поскольку шумозащитный слой содержит частицы круглой правильной формы, не "всплывающие" в течение даже длительного периода, предшествующего полимеризации, что обеспечивается наличием дополнительного магнитного взаимодействия между микросферами и частицами феррита бария,
дополнительные демпфирующие (гасящие колебания) свойства, за счет строения микрсофер шумозащитного слоя и наличия промежуточного слоя из алюминиевой фольги, предусмотренного в одном из вариантов исполнения.

Использование: машиностроение, судостроение, строительство, автомобилестроение и др. области техники, в которых требуется защита от шумоизлучения. Сущность изобретения: шумозащитный материал содержит по крайней мере шумозащитный слой на основе органического связующего с минеральным наполнителем, в качестве которого используются микросферы, являющиеся выделенной фракцией золы-унос тепловых электростанций, работающих на каменном угле, и магнитный слой на основе органического связующего с добавлением феррита бария. Указанные микросферы в общем объеме имеют магнитные свойства, что обеспечивает экономию достаточно дорогого феррита бария за счет использования дополнительных магнитных свойств наполнителя, повышение звукоизолирующих свойств за счет исключения перераспределения ("всплывания") наполнителя в шумоизолирующем слое, образования потеков и утонения покрытия на наклонных и донных участках, т. е. за счет сохранения равномерности и однородности покрытия. Многослойный шумозащитный материал может содержать промежуточный слой из алюминиевой фольги. 1 з. п.ф-лы, 3 ил.

1. Многослойный шумозащитный материал с магнитными свойствами, включающий по крайней мере шумозащитный слой на основе органических связующих с минеральными наполнителями и магнитный слой с использованием ферритовых порошков, отличающийся тем, что в качестве минеральных наполнителей шумозащитного слоя используют микросферы с магнитными свойствами, являющиеся выделенной фракцией золы-унос тепловых электростанций, работающих на каменном угле. 2. Материал по п.1, отличающийся тем, что включает слой из алюминиевой фольги.