ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ИЗ НЕГО Российский патент 2003 года по МПК C04B28/34 E04B1/82 

Изобретение относится к области создания легковесных звукопоглощающих и теплоизоляционных материалов, которые могут быть использованы для защитных экранов авиационных двигателей, предназначенных для снижения шума на местности, а также в других областях народного хозяйства.

Проблема снижения шума в салонах пассажирских самолетов и на взлетной полосе аэродромов является одной из актуальных задач авиационной техники. В настоящее время эта проблема в ряду технических требований, предъявляемых к современным самолетам, разделяет первое место с проблемой безопасности полетов.

Звукопоглощающие материалы, как правило, располагаются между несущими обшивками звукопоглощающей конструкции и могут быть распределены на три группы:
- сотовые материалы (сварные металлические, стекло- и полимеропластиковые) (патент СССР N 1808583, патент США N 3211253). Применение сот в качестве заполнителя таких конструкций обеспечивает достижение высоких акустических характеристик (коэффициент звукопоглощения α достигает 1,0), но полоса эффективного поглощения звуковых волн в этом случае (α≥0,8) не превышает ±250 Гц. Кроме того, применение металлических сварных сот приводит к увеличению массы конструкции;
- с целью расширения частотного диапазона сотовые заполнители сочетаются с различными рыхловолокнистыми материалами, тканями, неткаными материалами и другими пористыми слоями из стеклянных, углеродных, арамидных и металлических волокон (патент N 4235303, патент США N 7300067). Однако длительные сроки эксплуатации рыхловолокнистых структур, особенно если они изготовлены из хрупких волокон (стеклянных, углеродных) и их сочетаний с жесткими металлическими волокнами, могут вызвать их разрушение под влиянием виброакустических нагрузок, уровни воздействия которых в рассматриваемых конструкциях весьма высоки. Кроме того, рыхловолокнистые структуры доступны для проникновения и конденсации влаги, а также пыли и рабочих жидкостей, что требует частой замены элементов, изготовленных из таких материалов;
- в последние годы разработаны "полужесткие" материалы с высокой пористостью и демпфирующими свойствами (патент Великобритании 1268777, патент США 2033264, патент Франции 2480741).

Однако их сочетание с гибкими слоями из сплетенных волокон нежелательно по вышеуказанным причинам. Кроме того, температурный диапазон эксплуатации подобных полимерных материалов ограничен.

Известные из уровня техники сварные металлические и стеклопластиковые сотовые панели имеют высокий коэффициент звукопоглощения, равный 0,8-1,0, но узкую полосу звукопоглощения ±250 Гц, большую массу, трудоемки в изготовлении, а также обладают сравнительно невысокой виброустойчивостью.

Наиболее близким по составу аналогом, взятым за прототип, является теплоизоляционный, звукопоглощающий материал, имеющий следующий состав, мас.ч.:
Зольные микросферы - 1,0
Фосфатное связующее - 0,5-3,5
Данный материал может также содержать газообразователь и выгорающую добавку (патент Великобритании 1448320).

Способ получения этого материала включает следующие операции: дозировку компонентов, смешение зольных микросфер с фосфатным связующим с получением формуемой пасты, формование пасты в массу желаемой конфигурации и нагрев сформованной массы до температуры 200-950^oС.

Недостатком прототипа является низкое значение коэффициента звукопоглощения материала и его повышенная теплопроводность.

Технической задачей изобретения является разработка звукопоглощающего материала, имеющего повышенное значение коэффициента звукопоглощения и пониженную теплопроводность, обладающего высокой прочностью при сжатии.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен звукопоглощающий материал, включающий полые зольные микросферы и фосфатное связующее, который содержит электрокорунд, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полые зольные микросферы - 50-80
Фосфатное связующее - 10-25
Электрокорунд - 10-25
Способ изготовления изделий из звукопоглощающего материала включает следующие операции: дозировка, смешение исходных компонентов, формования смеси и отверждение при температуры до 250-300^oС смеси следующего состава, мас.%:
Полые зольные микросферы - 50-80
Фосфатное связующее - 10-25
Электрокорунд - 10-25
Авторами установлено, что использование полых зольных микросфер в сочетании с фосфатным связующим и электрокорундом в заявленных пределах обеспечивает получение материала с высоким значением коэффициента звукопоглощения и низкой теплопроводностью. Увеличение коэффициента звукопоглощения достигается за счет пористости, которая образуется в результате процессов поликонденсации при отверждении композиции предложенного состава, а увеличение прочности - за счет увеличения объемной поверхности взаимодействия электрокорунда с фосфатным связующим.

Примеры осуществления
Пример 1.

Для приготовления звукопоглощающего материала используют полые зольные микросферы (ТУ 6-15-02-306-92) (зола уноса) в количестве 50 г и добавляют 25 г хромалюмофосфатного связующего (ТУ 92-04-04.016-91) или алюмофосфатного связующего (ТУ 1-596-162-82) и 25 г электрокорунда (ОСТ 2МТ-71-5-78). После дозировки связующее смешивают с электрокорундом в смесителе и в полученную массу вводят зольные микросферы. Перед смешиванием с электрокорундом фосфатное связующее разбавляют водой до плотности 1,35-1,5 г/см³, что позволяет облегчить смешивание компонентов. Полученную композицию заливают в форму и проводят отверждение с повышением температуры до 250-300^oС.

Аналогично проводят изготовление материала при других соотношениях компонентов.

В таблице 1 приведены составы материалов, в таблице 2 - свойства предлагаемого материала и прототипа.

Из таблицы 2 видно, что предлагаемый состав имеет коэффициент звукопоглощения в 2 раза выше, а теплопроводность в 1,5 раза ниже по сравнению с прототипом при одинаковой плотности материала. Кроме того, средний показатель прочности при сжатии в 1,5 выше, чем у прототипа.

Изобретение относится к области создания легковесных звукопоглощающих и теплоизоляционных материалов, которые могут быть использованы для защитных экранов авиационных двигателей, предназначенных для снижения шума на местности, а также в других областях народного хозяйства. Технической задачей изобретения является разработка звукопоглощающего материала, имеющего повышенные прочность при сжатии, значение коэффициента звукопоглощения и снижение температуры формования, а также более экономичного способа получения изделий из него. Звукопоглощающий материал включает, мас.%: полые зольные микросферы 50-80, фосфатное связующее 10-25, электрокорунд 10-25. Способ изготовления изделия из указанного состава звукопоглощающего материала включает дозировку, смешение исходных компонентов и формование смеси и отверждение при температуре 250-300^oС. 2 с.п. ф-лы, 2 табл.

1. Звукопоглощающий материал, включающий полые зольные микросферы и фосфатное связующее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит электрокорунд при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Полые зольные микросферы - 50-80
Фосфатное связующее - 10-25
Электрокорунд - 10-25
2. Способ изготовления изделия из звукопоглощающего материала, включающий дозировку, смешение исходных компонентов, формование и отверждение при температуре 250-300^oС смеси, включающий, мас. %:
Полые зольные микросферы - 50-80
Фосфатное связующее - 10-25
Электрокорунд - 10-25