ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ЗАКРЫТОЯЧЕИСТОГО ИГЛОПРОКОЛОТОГО ПЕНОПОЛИЭТИЛЕНА И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК C08J9/00 E04B1/82 B60R13/08 G10K11/16 

Назначение и область применения

Изобретение относится к области изготовления звукопоглощающих вспененных материалов на основе пенополиолефинов, в частности пенополиэтилена, предназначенных для шумоизоляции автомобиля и его деталей в диапазоне частот от 1600 до 5000 Гц, например капота, щитка передка, дверей различных видов автомобилей, а также сельскохозяйственной техники, может найти применение в машиностроении, строительстве и везде, где предъявляются требования по эффективному звукопоглощению, особенно там, где эти требования сопряжены с требованиями по низкому водопоглощению. Кроме того, данные материалы и детали, изготовленные из них, обладают высокой степенью адаптации формы к криволинейным поверхностям.

Уровень техники

Известно использование в качестве основы звукопоглощающих материалов иглопроколотого пенополиэтилена, полученного экструзионным способом (патенты США №4128682, 4128683, 4129672, 4263356, 6720362, а также патент РФ №2224773). Толщина полученного из экструдера материала чаще всего бывает от 60 до 100 мм, а может быть и выше. Эффективность материалов зависит от таких свойств пены, как:

- размер ячейки, который составляет от 1 до 15 мм;

- плотность пенополиэтилена - от 15 до 100 кг/м³;

- структура материала должна быть преимущественно открытоячеистой, что достигается открытием ячеек путем прокалывания острыми тонкими предметами, такими как, например, иглы, шпильки, булавки, гвозди и др.

В патенте США 4128683 описана автомобильная крышная панель, представляющая собой слоистый материал, включающий два слоя пенополиэтилена (плотностью 20-100 кг/м³), наплавленных на металлическую сетку с обеих сторон, слои предварительно проколоты иглами (диаметр отверстий 0,1-10 мм), причем внешний слой по отношению к салону автомобиля проколот иглами меньшего диаметра. Такая конструкция может дополнительно включать отделочный слой на основе поливинилхлорида (патент США 4128683) и слой пенополиуретана (патент США 4129672 и патент США 4263356), соединенные с внешним слоем, по отношению к салону автомобиля.

Такая панель обладает высокой эффективностью звукопоглощения. Для придания панели необходимой формы материал, содержащий металлическую сетку, формуют методом холодного формования. Процесс изготовления автомобильной панели, описанный в указанных патентах, является многостадийным, кроме того, такие материалы не могут быть использованы в местах с повышенной влажностью из-за наличия в их составе открытоячеистого материала (пенополиуретана) или материала с большой степенью открытости пор.

В патенте США 6720362, выбранном в качестве прототипа, приведены сведения о звукопоглощающем материале на основе закрытоячеистого пенополиэтилена, который изготовлен с использованием шнекового экструдера, толщиной 80÷100 мм, плотностью 15÷100 кг/м³ и с размером ячеек 2÷15 мм и дополнительно проколот иглами диаметром 1÷4 мм с частотой 1÷6,25 проколов на 1 см². Закрытоячеистый пенополиэтилен изготовлен на основе полиэтилена высокого давления с индексом текучести расплава 0,4 г/10 мин.

Согласно данному изобретению полученные материалы обладают сочетанием таких свойств, как звукопоглощение, механическая прочность и низкая динамическая жесткость. Кроме того, материалы, изготовленные в соответствии с данным изобретением, обладают высоким уровнем водопоглощения.

Решаемая задача

В рамках данного изобретения решается задача повышения звукопоглощающих свойств материалов на основе пенополиэтилена в диапазоне частот от 1600 до 5000 Гц.

Сохранение низких водопоглощающих свойств материалов.

Снижение динамического модуля упругости закрытоячеистого пенополиэтилена облегчает монтаж материала на криволинейные поверхности.

Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что для получения звукопоглощающего материала на основе закрытоячеистого иглопроколотого пенополиэтилена используют пенополиэтилен (ППЭ) толщиной от 5 до 10 мм и плотностью 40±15 кг/м₃ с размером ячеек от 1,5 до 3 мм, полученный экструзионным способом из полиэтилена высокого давления с индексом текучести расплава 1,5÷2,5 г/10 мин, причем проколы выполняют иглами толщиной от 1,8 до 2,2 мм с частотой 10÷14 проколов на 1 см² в направлении от несущей поверхности таким образом, что выходное отверстие образуется только кончиком иглы.

Используются физические и химические вспенивающие агенты и их смеси. В качестве физических вспенивающих агентов используют фторхлоруглероды, углеводороды, а в качестве химических вспенивающих агентов - азодикарбонамид. Количество вспенивающего агента, вводимого в полимерный расплав, зависит от желаемой плотности материала. Желательно, чтобы материалы, описываемые в данном изобретении, обладали устойчивостью по размерам. С этой целью в расплав добавляют стабилизатор. В качестве стабилизаторов можно использовать моностеарат глицерина, Atmer 129 или другие стабилизаторы, обеспечивающие стабильность пены. В расплав полимера могут быть добавлены антипирены, пигменты и другие вспомогательные и технологические добавки.

Полученная структура имеет форму рукава, который разрезают и полотно наматывают в рулон. Для замещения вспенивающего агента на воздух рулонный материал выдерживают в течение нескольких суток в специальном помещении при температуре 30-50°С.

Вспененный полимерный материал может иметь лицевой слой, который соединяют со слоем пенополиэтилена на ламинаторе. В качестве лицевого слоя можно использовать металлизированную полиэтилентерефталатную (ПЭТФ) пленку толщиной от 12 до 20 мкм на термопластичной полимерной основе толщиной 30 мкм. (Термопластичная полимерная основа представляет собой слой полиэтилена, который при ламинировании расплавляется и соединяет пенополиэтилен и металлизированную полиэтилентерефталатную пленку.)

Далее материал прокалывают иглами диаметром 1,8-2,2 мм. На полученный материал наносят клеевой слой с постоянной липкостью, например на основе водных акриловых дисперсий, клея-расплава или мастики, который защищают антиадгезионной пленкой (силиконизированной пленкой, бумагой и т.п.), со стороны входных отверстий иглы.

Описание состава материала послойно

Вариант 1

Звукопоглощающий слой на основе закрытоячеистого пенополиэтилена толщиной от 5 до 10 мм (ТУ 2244-037-48214265-2005), с плотностью 40±15 кг/м³, включает сквозные проколы в количестве 10÷14 на 1 см² диаметр иглы 2 мм. Пенополиэтилен изготовлен из полиэтилена высокого давления с индексом текучести расплава 1,5-2,5 г/10 мин.

Клеевой слой постоянной липкости на основе водных акриловых дисперсий, клея-расплава на основе бутадиен-стирольного или изопрен-стирольного термоэластопласта или мастики на основе бутилкаучука. Для защиты клеевого слоя применяют пленку силиконизированную полиэтилентерефталатную ТУ 5459-055-39160180-00 или бумагу силиконизированную антиадгезионную ТУ 5433-005-12963867-98.

Вариант 2

Лицевой слой - металлизированная полиэтилентерефталатная пленка толщиной от 12 до 20 мкм на термопластичной полимерной основе толщиной 30 мкм ТУ 2245-006-29007916-97.

Звукопоглощающий слой на основе пенополиэтилена толщиной от 5 до 10 мм (ТУ 2244-037-48214265-2005), с плотностью 40±15 кг/м³, соединенный с лицевым слоем на ламинаторе. Ламинированный материал включает сквозные проколы в количестве 10÷14 на 1 см² при диаметре иглы 2 мм.

Клеевой слой постоянной липкости на основе водных акриловых дисперсий, клея-расплава на основе бутадиен-стирольного или изопрен-стирольного термоэластопласта или мастики на основе бутилкаучука. Для защиты клеевого слоя применяют пленку силиконизированную полиэтилентерефталатную ТУ 5459-055-39160180-00 или бумагу силиконизированную антиадгезионную ТУ 5433-005-12963867-98.

Пример способа изготовления

Вариант 1

Пенополиэтилен толщиной 10 мм (рулонный или листовой материал) изготавливают с использованием шнекового экструдера путем вспенивания полиэтилена высокого давления по ГОСТ 16337-77 марки 15803-020 с индексом расплава 2 г/10 мин фторхлоруглеродом и азодикарбонамидом, в качестве стабилизатора и технологической добавки используют моностеарат глицерина. Вспениваемый расплавленный полимер экструдируют через насадку для получения вспененной структуры. Полученная закрытоячеистая структура плотностью 30÷35 кг/м³ содержит ячейки, размер которых составляет от 1,5 до 3 мм, имеет форму рукава, который разрезают и полотно наматывают в рулон. Рулонный материал выдерживают в течение трех суток в специальном помещении, в котором поддерживается температура +30°С для замещения вспенивающего агента на воздух.

Материал прокалывают иглами диаметром 2 мм с частотой 10 проколов на 1 см².

На полученный материал наносят клей-расплав на основе бутадиен-стирольного термоэластопласта со стороны входных отверстий иглы и закрывают его пленкой силиконизированной полиэтилентерефталатной толщиной 35 мкм. Рулонный материал разрезают на листы, из которых изготавливают методом вырезания детали любой формы.

Вариант 2

Пенополиэтилен, изготовленный по способу, описанному в варианте 1, соединяют с металлизированной полиэтилентерефталатной пленкой толщиной 12 мкм на термопластичной полимерной основе толщиной 30 мкм на ламинаторе. Ламинированный материал прокалывают иглами диаметром 2 мм со стороны пенополиэтилена с частотой 10 проколов на 1 см².

На полученный материал со стороны входных отверстий иглы наносят клеевой слой на основе водных акриловых дисперсий, который защищают пленкой силиконизированной полиэтилентерефталатной толщиной 25 мкм.

Свойства материалов, полученных по вариантам 1 и 2, приведены в таблице 1.

Введение операции прокалывания вспененного закрытоячеистого материала по способу, описанному в данном изобретении, позволило повысить коэффициент звукопоглощения более чем в 2 раза в диапазоне частот от 1600 до 5000 Гц по сравнению с исходным материалом. При количестве проколов 8 или 16 на 1 см² звукопоглощение на уровне исходного материала (таблица 2).

Кроме того, наблюдаются также различия в показателях звукопоглощения пенополиэтилена в зависимости от направления иглопрокалывания (таблица 1).

Важным показателем качества закрытоячеистого иглопроколотого пенополиэтилена является показатель водопоглощения, сохранение которого, в данном случае, на уровне обычного закрытоячеистого пенополиэтилена достигается как при определенном диаметре цилиндрической части иглы, конкретной частоте отверстий на единице площади материала и определенном направлении прокалывания (таблица 3).

Для пенополиэтилена ламинированного металлизированной полиэтилентерефталатной пленкой (т.е. слоистого материала) важно направление иглопрокалывания. Так, при прокалывании материала со стороны металлизированной полиэтилентерефталатной пленки образуются как бы микроворонки (входные отверстия имеют конусообразную форму), вследствие чего водопоглощение повышается.

При прокалывании слоистого материала со стороны пенополиэтилена на металлизированной полиэтилентерефталатной пленке появляются отверстия, образованные только кончиком иглы и, соответственно, размером не более 1 мм, в результате чего показатель водопоглощения удается сохранить на уровне закрытоячеистого пенополиэтилена.

Для материала без лицевого слоя, т.е. представляющего собой исключительно иглопроколотый пенополиэтилен, в целях сохранения показателя водопоглощения на уровне закрытоячеистого пенополиэтилена, клеевой слой наносят со стороны входных отверстий иглы, т.е. на наиболее дефектную поверхность, а именно обращенную к защищаемой поверхности автомобиля. В этом случае повышается также сила сцепления клеевого слоя с поверхностью пенополиэтилена за счет затекания клея в проколотые ячейки и его механического зацепления.

Кроме того, материалы, полученные по заявляемому способу, легко монтируются на криволинейные поверхности за счет снижения динамического модуля упругости (таблица 4).

Следует заметить, что эффект достигается только при диаметре иглы 1,8-2,2 мм и частоте 10-14 проколов на 1 см².

Материал, полученный по способу, описанному выше, можно использовать для изготовления звукопоглощающих деталей и монтировать их в местах с повышенной влажностью на поверхностях любой формы без проведения дополнительной операции формования.

Таблица 1
Показатели материаловНаименование показателейВариант 1. Значения для толщин, ммВариант 2. Значения для толщин, мм5781057810Коэффициент звукопоглощения при нормальном падении звука, на частотах, Гц*:        16000,10/0,050,30/0,400,28/0,380,55/0,500,30/0,350,40/0,350,45/0,400,50/0,4531500,43/0,360,50/0,700,72/0,950,90/0,900,70/0,700,85/0,850,90/0,850,95/0,9550000,95/0,780,90/0,850,80/0,720,60/0,700,60/0,600,70/0,600,70/0,750,6/0,65Водопоглощение, об.%5,13,3Динамический модуль упругости, Па2,2×10⁵2,3×10⁵*Примечание: в числителе дроби коэффициент звукопоглощения со стороны выходных отверстий иглы, в знаменателе - то же, со стороны входных отверстий иглы.

Таблица 2
Повышение эффекта звукопоглощения материалаВид материалаКоэффициент звукопоглощения со стороны выходных отверстий иглы на частотах, Гц160031505000пенополиэтилен закрытоячеистый, толщиной 8 мм0,10,250,35пенополиэтилен иглопроколотый, толщиной 8 мм   Количество проколов на 1 см² - 10   Диаметр иглы, мм:   1,50,150,200,351,80,270,710,782,00,280,720,802,20,270,710,782,50,120,240,40пенополиэтилен иглопроколотый, толщиной 8 мм   Диаметр иглы 2,0 мм   Количество проколов на 1 см²:   80,100,170,32100,280,720,80140,300,700,90160,120,200,35

Таблица 3
Сохранение показателя водопоглощенияВид материалаВодопоглощение, об.% ГОСТ 17177 Диаметр иглы, мм (частота проколов 10÷14 на 1 см²)Частота проколов на 1 см², шт. (диаметр иглы 2,0 мм) 1,51,82,02,22,58101416пенополиэтилен закрытоячеистый, толщиной 8 мм, ламинированный металлизированной ПЭТФ-пленкой, с клеевым слоем3,03,0пенополиэтилен толщиной 8 мм, ламинированный металлизированной ПЭТФ-пленкой,иглопроколотый со стороны пенополиэтилена, с клеевым слоем3,33,33,33,47,02,53,33,316пенополиэтилен толщиной 8 мм, ламинированный металлизированной ПЭТФ-пленкой и иглопроколотый со стороны ПЭТФ-пленки, с клеевым слоем11,512,512,512,513,07,08,99,013,9пенополиэтилен закрытоячеистый, толщиной 8 мм4,04,0пенополиэтилен иглопроколотый, толщиной 8 мм, с клеевым слоем со стороны входа иглы4,55,15,15,17,82,55,15,114,0пенополиэтилен иглопроколотый, толщиной 8 мм, с клеевым слоем со стороны выхода иглы8,011,211,211,212,06,87,811,013,2

Таблица 4
Уменьшение динамического модуля упругостиВид материалаДинамический модуль упругости, Па (ГОСТ 16297)Примечаниепенополиэтилен закрытоячеистый, толщиной 8 мм, ламинированный металлизированной ПЭТФ-пленкой2,9×10⁵ пенополиэтилен толщиной 8 мм, ламинированный металлизированной ПЭТФ-пленкой, иглопроколотый2,3×10⁵Диаметр иглы 2,0 мм, кол-во проколов на 1 см² - 10÷14пенополиэтилен закрытоячеистый, толщиной 8 мм2,9×10⁵ пенополиэтилен иглопроколотый, толщиной 8 мм2,2×10⁵Диаметр иглы 2,0 мм, кол-во проколов на 1 см² - 10÷14

Изобретение относится к способу получения звукопоглощающего материала на основе закрытоячеистого иглопроколотого пенополиэтилена и к звукопоглощающему материалу, предназначенному для шумоизоляции автомобиля и его деталей в диапазоне частот от 1600 до 5000 Гц, например капота, щитка передка, дверей различных видов автомобилей, а также сельскохозяйственной техники, и может быть использовано в машиностроении, строительстве и в других областях, где предъявляются требования по эффективному звукопоглощению, особенно где эти требования сопряжены с требованиями по низкому водопоглощению. Звукопоглощающий материал из иглопроколотого пенополиэтилена выполнен следующим способом. Пенополиэтилен, имеющий плотность 40±15 кг/м³ и толщину 5-10 мм, полученный экструзионным способом из полиэтилена высокого давления с индексом текучести расплава 1,5-2,5 г/10 мин, прокалывают иглами диаметром 1,8-2,2 мм с частотой 10-14 на 1 см². Далее наносят клеевой слой со стороны входных отверстий игл. Изобретение позволяет повысить звукопоглощающие свойства материала в диапазоне частот от 1600 до 5000 Гц, снизить динамический модуль упругости, а также сохранить низкий уровень водопоглощения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Звукопоглощающий материал, выполненный из иглопроколотого пенополиэтилена, полученного экструзионным способом из полиэтилена высокого давления с индексом текучести расплава 1,5÷2,5 г/10 мин и имеющего плотность (40±15) кг/м³ и толщину 5-10 мм, на который нанесен клеевой слой со стороны входных отверстий игл, при этом проколы материала выполнены с помощью игл диаметром 1,8-2,2 мм с частотой 10÷14 на 1 см².2. Звукопоглощающий материал по п.1, отличающийся тем, что включает дополнительно иглопроколотый лицевой слой, представляющий собой металлизированную полиэтилентерефталатную пленку толщиной 12÷20 мкм на термопластичной полимерной основе толщиной 30 мкм.3. Способ изготовления звукопоглощающего материала, выполненного из иглопроколотого пенополиэтилена, заключающийся в том, что пенополиэтилен, имеющий плотность (40±15) кг/м³ и толщину 5-10 мм, полученный экструзионным способом из полиэтилена высокого давления с индексом текучести расплава 1,5÷2,5 г/10 мин, прокалывают иглами диаметром 1,8-2,2 мм с частотой 10÷14 на 1 см² и наносят клеевой слой со стороны входных отверстий игл.4. Способ по 3, отличающийся тем, что слой пенополиэтилена ламинируют металлизированной полиэтилентерефталатной пленкой толщиной 12-20 мкм на термопластичной полимерной основе толщиной 30 мкм на ламинаторе.