КОМПОЗИЦИОННЫЙ ВИБРОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2016 года по МПК B32B3/16 B32B15/04 B64C1/40 

Изобретение относится к слоистым вибропоглощающим материалам и может быть использовано в авиакосмической промышленности, в частности в бортовой звукотеплоизолирующей конструкции пассажирских самолетов.

Известен слоистый демпфирующий материал, включающий армирующий слой на основе стали или алюминия, вязкоупругий слой на основе полимера простого акрилового эфира, его сополимеров или полиуретана, несущий слой на основе эластомера - полиизобутилена и ферритового наполнителя, адгезионный слой на основе силоксановых смол и удаляемый защитный слой (Патент США №8377553, опубл. 19.02.2013).

Недостатками данного изобретения являются минимальная рабочая температура -18°C и низкие демпфирующие свойства, в особенности в области отрицательных температур - коэффициент механических потерь на подложке из алюминия tgδ<0,05.

Также известен демпфирующий материал типа «сэндвич» - Antiphon МРМ RTE, состоящий из двух наружных слоев холоднокатаного металла толщиной от 0,4-3,0 мм и полимерной прослойки на основе триблоксополимера полистирола-бутадиена-стирола, расположенной между ними (спецификация на материал с сайта компании-производителя www.antiphon.se, доступ к сайту от 27.08 2014 г.).

Недостатками указанного материала является то, что он имеет сравнительно узкий интервал рабочих температур от -10 до +70°C (при частоте 200 Гц), согласно информации фирмы-производителя, рекомендован к применению при температуре выше комнатной и имеет высокую поверхностную плотность ≈8 кг/м².

Известны слоистые и композиционные градиентные структуры с повышенными вибропоглощающими свойствами, представляющие собой полимерные композиционные материалы с интегрированными в их структуру демпфирующими слоями на основе нетканых материалов, например, термопластичных эластомеров (Заявка на патент США №20120164907, опубл. 28.06.2012).

Недостатком данного изобретения являются низкие демпфирующие свойства при отрицательных температурах: = 0,0095÷0,0177 при Т=-50÷0°C соответственно и частоте 100 Гц.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является слоистый вибропоглощающий материал Smacsonic Classic ST, состоящий из армирующего слоя на основе листового алюминия, полимерного слоя из резины марки Smactane и двухстороннего липкого слоя (спецификация на материал с сайта компании-производителя www.smac.fr, доступ к сайту - от 27.08.2014 г.).

Данный материал имеет низкие демпфирующие свойства tgδ=0,014 (на подложке из алюминиевого сплава Д16АТ толщиной 1,0 мм) при температуре -60°C и частоте 100 Гц. К недостаткам материала-прототипа также относятся минимальная рабочая температура -40°C и высокая поверхностная плотность - 3,0 кг/м², что нежелательно для применения в авиации.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение демпфирующих свойств и расширение температурного и частотного интервалов эксплуатации при снижении массы изделия.

Для достижения технического результата предложен композиционный вибропоглощающий материал, содержащий армирующий металлический слой, полимерные вибропоглощающий и адгезионный слои, отличающийся тем, что в качестве полимера для вибропоглощающего слоя используют термопластичный полиуретан на основе простого полиэфира с молекулярной массой свыше 1000, а адгезионный слой состоит из полимерного материала с температурой стеклования от -50°C до -20°C.

На фиг. 1 показана структура предлагаемого композиционного вибропоглощающего материала, включающая армирующий слой (1) и вибропоглощающие слои - базовый (2) и адгезионный (3).

Слой на основе термопластичного полиуретана является базовым полимерным вибропоглощающим слоем в широком диапазоне температур и имеет коэффициент механических потерь tgδ=0,08 на подложке из алюминиевого сплава толщиной 1 мм при температуре 20°C и частоте 100 Гц.

Также отличием предлагаемого композиционного вибропоглощающего материала является то, что для создания адгезионного слоя используют один из материалов, выбранный из группы: полисульфидный герметик для полимерного композиционного материала, клеевая композиция на основе бутадиен-нитрильного каучука для полимерного композиционного материала, клеевая композиция на основе полиуретанового каучука, клеевая композиция на основе кремнийорганического каучука для полимерного композиционного материала.

Адгезионный слой используется не только для соединения с вибрирующей поверхностью, но и обеспечивает повышение коэффициента механических потерь предлагаемого композиционного вибропоглощающего материала при пониженной температуре Т=-60°C. Полимерные материалы в наибольшей степени проявляют демпфирующие свойства в области перехода из стеклообразного состояния в высокоэластическое, т.е. вблизи температуры стеклования. Поскольку интервал температур стеклования предлагаемых полимерных материалов на температурной шкале лежит вблизи Т=-60°C, то это обеспечивает дополнительное повышение коэффициента механических потерь в заданном температурном интервале.

Еще одним отличием является то, что в качестве металла для армирующего слоя используют сплав на основе алюминия.

Наличие армирующего слоя из алюминиевого сплава обеспечивает повышение демпфирующих свойств за счет дополнительных сдвиговых деформаций, возникающих между ним и вибропоглощающим слоем, при сохранении низкой массы конструкции.

Кроме того, отличием является оптимальное соотношение толщин армирующего, вибропоглощающего и адгезионного слоев, что обеспечивает вибропоглощающие свойства, снижение веса конструкции, простоту монтажа и повышение эксплуатационных характеристик (обеспечивается целостность конструкции изделия).

Описание чертежей

На Фиг.1 представлен вид композиционного вибропоглощающего материала в разрезе с последовательно расположенными слоями, начиная от внешнего армирующего слоя. На фиг.1 показана структура предлагаемого композиционного вибропоглощающего материала, включающая металлический армирующий слой (1) и полимерные вибропоглощающие слои - базовый (2) и адгезионный (3).

Примеры осуществления

Пример 1.

Изготовление композиционного вибропоглощающего материала производили путем прессования на гидравлическом прессе при температуре (165±5)°C и давлении 0,3 МПа пакета, включающего следующие слои - базовый вибропоглощающий из листового термопластичного полиуретана на основе простого полиэфира с молекулярной массой свыше 1000 марки Витур Т-0533-90С (ТУ 2255-019-32972176-2010) и армирующий - из алюминиевого сплава Д16АТ (ГОСТ 21631-76). Для соединения с вибрирующей поверхностью на полученный пакет со стороны вибропоглощающего слоя наносится адгезионный вибропоглощающий слой из серийного полисульфидного герметика марки Витэф 1НТ(ТУ 1-595-28-708-2003).

Изготовление композиционного вибропоглощающего материала по Примерам 2-4 производили аналогично Примеру 1, но в качестве базового вибропоглощающего слоя применяли полиуретан на основе простого полиэфира Витур Т-043390С(ТУ 2255-019-32972176-2010) с молекулярной массой 1500. В Примере 3 в качестве армирующего слоя использовали алюминиевый сплав марки 1441 (ТУ 1-804-453-2008), в Примере 4 для изготовления адгезионного вибропоглощающего слоя использовали клеевую композицию для полимерных композиционных материалов на основе бутадиен-нитрильного каучука.

Вибропоглощающие свойства оценивали по коэффициенту механических потерь материалов на подложке из алюминиевого сплава Д16АТ толщиной 1, 0 мм, моделирующего вибрирующую поверхность, на динамическом механическом анализаторе DMA/SDTA861e фирмы Mettler Toledo (в статической воздушной среде) в условиях трехточечного изгиба в диапазоне температур от -60 до +100°C и при частоте 100 Гц по методике ММ 1.595-11-428-2011.

Поверхностную плотность материалов определяли по методике ГОСТ 17037.

Составы материалов по примерам 1-4 приведены в таблице 1, свойства - в таблице 2.

Предложенный композиционный вибропоглощающий материал обладает высокими демпфирующими свойствами в широком диапазоне температур, в частности при Т=-60°C, и низкой поверхностной плотностью, что позволяет использовать его для снижения вибрации и структурного шума, передающегося в том числе по «холодным» силовым элементам конструкции планера и обшивки для обеспечения высокого уровня акустической комфортности внутри салона самолета.

Сочетание указанных свойств достигается за счет предлагаемой слоистой структуры материала с определенным соотношением толщин его слоев и подбора вибропоглощающих слоев в зависимости от их температур стеклования.

Изобретение относится к авиакосмической промышленности и может быть использовано в бортовой звукотеплоизолирующей конструкции пассажирских самолетов и касается композиционного вибропоглощающего материала. Материал содержит: армирующий металлический слой, полимерные вибропоглощающий слой, выполненный из термопластичного полиуретана, и адгезионный - из полисульфидного герметика или клеевых композиций на основе каучуков различной химической природы. Соотношение толщин армирующего, вибропоглощающего и адгезионного слоев в предлагаемом материале составляет (3,0÷7,5):(5,0-25,0):1,0 соответственно. Изобретение обеспечивает повышение демпфирующих свойств вибропоглощающего материала и расширение температурного и частотного интервалов его эксплуатации при снижении массы изделия. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр., 2 табл.

1. Композиционный вибропоглощающий материал, содержащий армирующий металлический слой, полимерные вибропоглощающий и адгезионный слои, отличающийся тем, что армирующий металлический слой выполнен из алюминиевого сплава, вибропоглощающий слой выполнен из термопластичного полиуретана на основе простого полиэфира с молекулярной массой свыше 1000, а адгезионный слой выполнен из полимерного материала с температурой стеклования, лежащей в области от -50°C до -20°C.

2. Композиционный вибропоглощающий материал по п. 1, отличающийся тем, что полимерный адгезионный слой состоит из материала, выбранного из группы: полисульфидный герметик, клеевая композиция на основе бутадиен-нитрильного каучука, клеевая композиция на основе полиуретанового каучука, клеевая композиция на основе кремнийорганического каучука.

3. Композиционный вибропоглощающий материал по п. 1, отличающийся тем, что соотношение толщин армирующего, вибропоглощающего и адгезионного слоев составляет (3,0÷7,5):(5,0-25,0):1,0.