СЛОИСТЫЙ АКУСТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2007 года по МПК B32B5/24 B32B7/02 G10K11/168 B32B27/38 B32B27/42 B60R13/08 B64C1/38 D04H3/12 E04B1/82 

Изобретение относится к области создания широкополосных акустических материалов, которые могут быть использованы в авиационной и автомобильной промышленности для защитных экранов двигателей и звукопоглощающих щитов автомобильных дорог для снижения шума на местности, а также в других отраслях промышленности.

Проблема снижения шума в салонах пассажирских самолетов и на взлетной полосе аэродромов, а также вблизи автомобильных дорог является одной из актуальных задач в настоящее время.

Известные из уровня техники сварные металлические и стеклопластиковые сотовые панели имеют высокий коэффициент звукопоглощения, равный 0,8-1,0 в узком диапазоне частот, трудоемки в изготовлении, а также обладают сравнительно невысокой виброустойчивостью.

С целью расширения частотного диапазона сотовые заполнители сочетаются с различными рыхловокнистыми материалами, тканями, неткаными материалами и другими пористыми слоями из стеклянных, углеродных, арамидных и металлических волокон (патенты США №4235303, №3700067).

Однако длительные сроки эксплуатации рыхловолокнистых структур, особенно если они изготовлены из хрупких волокон (стеклянных, углеродных) в сочетании с жесткими металлическими волокнами, могут вызвать их разрушение под влиянием виброакустических нагрузок, уровень воздействия которых в рассматриваемых конструкциях весьма высок. 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.

Известны "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.

Наиболее близким из аналогов, взятым за прототип, является слоистый акустический материал, включающий слой из нетканого иглопробивного материала, выполненного из негорючих стекло- или минеральных волокон, пропитанных связующим, и слой огнестойкой пены с открытыми ячейками на основе уретанового, нитрильного, винилового или бутадиен-стирольных каучуков (патент США №4283457).

Недостатками прототипа являются низкое среднее значение коэффициента звукопоглощения - 0,35-0,5 в диапазоне частот до 2000 Гц, повышенное влагопоглощение, пониженная стойкость к действию агрессивных сред (рабочих жидкостей двигателя), пониженная разрывная нагрузка.

Технической задачей изобретения является разработка широкополосного акустического материала, имеющего стабильно высокое значение коэффициента звукопоглощения в широком диапазоне частот (коэффициент звукопоглощения α составляет 0,8-0,99 в диапазоне частот 1,25-6 кГц), повышенную прочность (разрывную нагрузку) и сохраняющего акустические свойства на высоком уровне (изменение коэффициента звукопоглощения α не более 5-10% по сравнению с исходным значением) после воздействия агрессивных сред, влаги и повышенных до 200°С температур, пониженное влагопоглощение.

Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен слоистый акустический материал, включающий слой, выполненный из нетканого иглопробивного материала, пропитанного связующим, и слой с ячеистой структурой, при этом нетканый материал выполнен из полиоксадиазольных или полиимидных волокон, в качестве связующего используют композицию состава, мас.%: фенилметилполисилоксан - 87,6-95,0; полиорганоэлементосилазан - 3,6-3,9; тетрабромдифенилпропан - 8,8-9,6; а слой с ячеистой структурой выполнен в виде сотовой панели на основе стекло- или арамидной ткани, пропитанной фенолформальдегидной или полиимидной смолой.

Нетканый материал и связующее используют в следующих количествах, мас.%: нетканый материал - 25-52, связующее - 48-75.

Соотношение толщин слоев акустического материала составляет 1:(1-2).

Авторами установлено, что использование слоя из нетканого материала из полиоксадиазольных или полиимидных волокон в сочетании с указанным связующим в заявленных пределах обеспечивает получение материала с повышенной разрывной нагрузкой, расширенной полосой звукопоглощения, стабильными звукопоглощающими свойствами после воздействия вибраций, агрессивных сред и повышенных температур (изменение коэффициента звукопоглощения составляет 5-10% по сравнению с исходным значением). Повышение прочности звукопоглощающего материала достигается за счет упрочнения нетканого материала из полиоксадиазольных или полиимидных волокон композицией на основе фенилметилполисилоксана. Расширение диапазона частот поглощения звука от 1,25 до 6 кГц достигается за счет структуры, которая формируется при отверждении композиции, стойкость к действию агрессивных сред - за счет образования на поверхности пор материала пленки, которая не смачивается агрессивными средами.

Применение нетканого материала из полиоксадиазольных или полиимидных волокон в сочетании с композицией на основе фенилметилполисилоксана и в сочетании с ячеистым заполнителем обеспечивает получение акустического материала с распределенными параметрами, что позволяет не только расширить диапазон частот поглощения звука, но и повысить звуковую эффективность звукопоглощающих конструкций на их основе, а также обеспечить сохранение высоких значений коэффициента звукопоглощения в указанном диапазоне частот.

Соотношение толщин слоев акустического материала определяется требованиями, предъявляемыми к звукопоглощающим конструкциям. В заявляемом слоистом акустическом материале наиболее целесообразно использовать следующее соотношение толщин слоев - нетканый материал, пропитанный связующим: слой с ячеистой структурой = 1:(1-2).

Примеры осуществления.

Пример 1.

Для приготовления связующего смешивали 87,6 мас.% фенилметилполисилоксана (ТУ 2228-352-09201208-96), 3,6 мас.% полиорганоэлементосилазана (ТУ 6-02-1003-75) и 8,8 мас.% тетрабромдифенилпропана (ТУ 2494-409-04872688-99). Полученным связующим в количестве 75 мас.% пропитывали полотно из полиоксадиазольных волокон (ТУ РБ 4000312-89) в количестве 25 мас.%. Пропитанные заготовки сушили на воздухе, затем формовали на ограничительных упорах при Т=180°С.

Полученный слой толщиной 10 мм соединяли с другим слоем, представляющим собой сотовую панель на основе стеклоткани, пропитанной фенолформальдегидной смолой, при соотношении толщин слоев 1:1.

Изготовление акустического материала по примерам 2, 3 аналогично примеру 1. В примере 2 использовали 65 мас.% связующего следующего состава, мас.%: фенилметилполисилоксан - 90,0, полиорганоэлементосилазан - 3,9, тетрабромдифенилпропан - 9,0, нетканый материал из полиимидных волокон в количестве 35 мас.% и сотовую панель из стеклоткани, пропитанной полиимидной смолой, при соотношении толщин слоев акустического материала 1:1,5, в примере 3 - 48 мас.% связующего следующего состава, мас.%: фенилметилполисилоксан - 95,0, полиорганоэлементосилазан - 3,7, тетрабромдифенилпропан - 9,6, нетканый материал из полиоксадиазольных волокон в количестве 52 мас.% и сотовую панель из арамидной ткани, пропитанной фенолформальдегидной смолой, при соотношении толщин слоев акустического материала 1:2.

В таблице приведены свойства предлагаемых акустических материалов и прототипа.

Таблица.Акустический материал по примерамРазрывная нагрузка, НПлотность, г/см³Коэффициент звукопоглощения α в диапазоне частот 1250-6000 ГцТемпература эксплуатации, °СВлагопоглощение после 30 сут при φ=98% и t=20°C, %16100,190,81-0,872001226350,280,81-0,952001436500,360,81-0,9920015Прототип150-2001,50,35 в диапазоне частот 250-2000 Гц15030

Из таблицы видно, что предлагаемый акустический материал имеет разрывную нагрузку в 3-4 раза больше, коэффициент звукопоглощения - в 2 раза, полосу поглощения - в 3 раза больше, а влагопоглощение - в 2 раза меньше по сравнению с прототипом.

Сохранение высокого значения коэффициента звукопоглощения (0,8-0,99) в широком диапазоне частот указывает на то, что предлагаемый материал обладает распределенными акустическими свойствами.

Звуковая эффективность звукопоглощающих конструкций с использованием предлагаемого слоистого акустического материала составила 8-9 дБ в широком диапазоне частот 1000 до 6000 Гц, в то время как у прототипа этот показатель равен 1-2 дБ.

Повышенная разрывная нагрузка предлагаемого материала по сравнению с прототипом позволяет применять заявляемый материал в составе звукопоглощающих конструкций, устанавливаемых в мотогондолах, во входных устройствах силовых установок и других частях авиационных двигателей, эксплуатирующихся в условиях повышенной вибрации.

Заявляемый материал сохраняет свои акустические свойства и после воздействия агрессивных сред (топлив, рабочих жидкостей типа НГЖ и др.), применяемых в авиационных двигателях. Коэффициент звукопоглощения заявляемого материала после воздействия рабочей жидкости НГЖ в течение 15 суток составил 0,8-1 в диапазоне частот 1,4-5,2 кГц.

Заявляемый материал сохраняет свои акустические свойства после воздействия Т=200°С в течение 1000 ч. Коэффициент звукопоглощения составил 0,8-1 в диапазоне частот 1,4-5,5 кГц.

Таким образом, заявляемый слоистый акустический материал, имеющий стабильные высокие значения коэффициента звукопоглощения, обеспечивает высокую звуковую эффективность звукопоглощающих конструкций на его основе в широком диапазоне частот.

Изобретение относится к технологии получения слоистых акустических материалов, которые могут быть использованы в авиационной, автомобильной промышленности, для защитных экранов двигателей и звукопоглощающих щитов автомобильных дорог для снижения шума на местности, а также в других отраслях промышленности. Материал включает слой, выполненный из нетканого иглопробивного материала из полиоксадиазольных или полиимидных волокон, пропитанного связующим следующего состава, мас.%: фенилметилполисилоксан - 87,6-95,0; полиорганоэлементосилазан - 3,6-3,9; тетрабромдифенилпропан - 8,8-9,6, и слой с ячеистой структурой. Последний выполнен в виде сотовой панели на основе стекло- или арамидной ткани, пропитанной фенолформальдегидной или полиимидной смолой. Нетканый материал и связующее используют в следующих количествах, мас.%: нетканый материал - 25-52, связующее - 48-75. Соотношение толщин слоев акустического материала составляет 1:(1-2). Полученный материал имеет стабильные высокие значения коэффициента звукопоглощения, обеспечивает высокую звуковую эффективность (коэффициент звукопоглощения α составляет 0,8-0,99) звукопоглощающих конструкций для авиационных двигателей в широком диапазоне частот (1,25-6 кГц). 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Слоистый акустический материал, включающий слой, выполненный из нетканого иглопробивного материала, пропитанного связующим, и слой с ячеистой структурой, отличающийся тем, что нетканый материал выполнен из полиоксадиазольных или полиимидных волокон, в качестве связующего используют композицию состава, мас.%: фенилметилполисилоксан 87,6-95,0; полиорганоэлементосилазан 3,6-3,9; тетрабромдифенилпропан 8,8-9,6, а слой с ячеистой структурой выполнен в виде сотовой панели на основе стекло- или арамидной ткани, пропитанной фенолформальдегидной или полиимидной смолой.2. Слоистый акустический материал по п.1, отличающийся тем, что нетканый материал и связующее используют в следующем соотношении, мас.%:

Нетканый материал 25-52

Связующее 48-75.