Звукопоглощающий эластомерный вспененный материал Российский патент 2018 года по МПК C08J9/236 E04B1/74 F16L9/21 

Изобретение относится к области строительства, а также – к трубопроводной технике, в частности - к изоляционным материалам для тепловой и звукоизоляции с высокой механической прочностью, обеспечивающей целостность конструкции.

Известны эластомерные вспененные материалы, обладающие свойствами акустической изоляции и демпфирования, изготовленные на основе вспененных материалов с открытыми и закрытыми ячейками – US 2013291984 (A1), 2013 г., EP 2351891 (A1), 2011 г., US 2010179236 (A1), 2010 г., а также – с содержанием изоцианатного компонента - US 6080800 (A), 2000 г.

Наиболее близким аналогом можно считать виброизолирующий, звукоизолирующий и теплоизолирующий материал, содержащий гранулы, связанные между собой клеем с образованием пористой структуры - RU 2507180 C1, 2014 г.

Все указанные в аналогах материалы, имеющие хорошие акустические свойства, не содержат конкретного состава материала, который, при его использовании в строительстве и трубопроводной технике, может иметь высокие параметры звукоизоляции, достигаемой хорошим звукопоглощением, высокую механическую прочность и сохранять при этом другие необходимые характеристики на должном уровне, например, плотность, воздухопроницаемость и др.

В связи с этим, технической задачей изобретения является создание материала с высокой характеристикой звукоизоляции при сохранении необходимых характеристик для его использования в качестве звукопоглощающего материала с высокой плотностью.

Эта задача решена применением звукопоглощающего эластомерного вспененного материала, содержащего дроблёный на частицы размером 6-10 мм вспененный эластичный полимер и клей на полимерной основе, в котором использован вспененный эластичный полимер на основе нитрильного каучука с содержанием открытых ячеек не более 50% и перемешанный в дальнейшем при температуре окружающего воздуха в барабанном смесителе с изоцианатным клеем и дополнительно введённым баритовым утяжелителем с орошением полученной массы водой и прессованием в форме при давлении 18-20 МПа при содержании компонентов, мас.%:

вспененный эластичный полимер

на основе нитрильного каучука – 84,5 – 78,3

изоцианатный клей - 9 - 11,5

баритовый утяжелитель - 1,5 - 2

вода - 5 – 8,2

Материал предполагает следующие усовершенствования при его производстве:

- в качестве вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука могут быть использованы технологические остатки и/или обрезки производства теплоизоляционных изделий;

- дробление вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука осуществляется на измельчителе шрёдерного типа;

- после прессования материал выдерживается при температуре окружающего воздуха в течение 2-3 недель;

- при прессовании в форме в качестве разделительного материала, позволяющего получить однородный по плотности и равномерный по геометрическим размерам продукт, используется жёсткий картон.

Варьирование соотношения в материале ячеек с закрытой и открытой структурой достигается путём получения из вспененных эластичных теплоизоляционных материалов на основе нитрильного каучука частиц размером 6-10 мм.

При этом могут использоваться остатки и обрезки, которые образуются во время производства теплоизоляционных изделий (труб и листов).

Изменение массового процента составляющих приводит либо к увеличению массы и, следовательно, к повышению параметра звукоизоляции, либо к изменению содержания открытых ячеек и, следовательно, к изменению параметра звукопоглощения.

При размере частиц менее 6 мм материал становится плотным и менее воздухопроницаемым, что неблагоприятно для звукопоглощения; при размере частиц более 10 мм материал становится ломким.

Указанный размер частиц содержит различный процент открытых и закрытых ячеек; содержание открытых ячеек должно быть не более 50%. Это количество можно измерить в соответствии со стандартом ASTM D6226-05.

Применение вспененных эластичных теплоизоляционных материалов на основе нитрильного каучука с содержанием открытых ячеек более 50% не рекомендуется по причине существенного снижения звукоизоляции за счёт уменьшения массы.

В производстве материала вспененный эластичный  полимер на основе нитрильного каучука  используется в диапазоне  84,5 – 78,3 мас.%,  т.к. уменьшение нижней границы приведёт к снижению звукоизоляции, а превышение верхней границы приведёт к уменьшению звукопоглощения.

Введение в состав изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) менее 9 мас.% приведёт к потере механической прочности материала, следствием превышения содержания изоцианатного клея свыше 11,5 мас.% явится снижение содержания открытых ячеек, влияющее на звукопоглощение.

Баритовый утяжелитель Ва SO₄ применяется в составе для повышения его массовой плотности при указанных границах остальных компонентов. Уменьшение баритового утяжелителя ниже 1,5 мас.% повлечёт за собой ухудшение звукоизолирующих свойств вследствие снижения массовой плотности; превышение количества баритового утяжелителя сверх 2 мас.% приведёт к снижению эффективности звукопоглощения за счёт уменьшения содержания открытых ячеек, а также к снижению механической прочности.

Вода необходима для процесса активации изоцианатного клея, когда он начинает проявлять адгезивные свойства.

Указанный диапазон обусловлен содержанием изоцианатного клея в массе: при содержании в массе воды менее 5 мас.% и при высоком содержании изоцианатного клея не произойдёт полной активации компонента: конечный продукт будет крошиться, если содержание воды повысить сверх 8,2 мас.% при низком содержании изоцианатного клея, произойдёт избыточное увлажнение массы, которое приведёт к увеличению времени выдержки материала до достижения оптимальных физико-механических свойств.

Указанной совокупностью компонентов с применяемым диапазоном их содержания достигается конечная плотность материала 160-280 кг/м³. При увеличении плотности материала снижается эффективность звукопоглощения, а уменьшение плотности ведет к потере стабильности физико-механических свойств материала, т.е. ухудшается качество склеивания и материал становится ломким под своим весом.

Комбинация в одном материале достаточно высокой плотности и воздухопроницаемости позволяет реализовать такие акустические свойства как звукоизоляция, свойственная плотным, тяжелым материалам и звукопоглощение, свойственное воздухопроницаемым структурам с открытыми порами. Звукоизоляция оценивается индексом изоляции воздушного шума материала, R_w, измеренным в соответствии UNI EN ISO 717-1:2007 «Rating of sound insulation in buildings and buildings elements – Part 1: Airborne sound insulation». Звукопоглощение оценивается взвешенным коэффициентом звукопоглощения α_w измеренным согласно ГОСТ 31705-2011, EN ISO 11654:1997. «Материалы звукопоглощающие, применяемые в зданиях. Оценка звукопоглощения».  

При изготовлении материала используется известный комплекс устройств.

Дробление вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука до необходимого размера частиц осуществляется на измельчителе шрёдерного типа с использованием конфигурации решётки в зависимости от плотности конечного продукта.

Перемешивание частиц вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука и изоцианатного клея проводится в барабанном смесителе при температуре окружающего воздуха.

После выгрузки полученной массы из барабанного смесителя её загружают в форму, орошая водой в качестве активатора отверждения изоцианатного клея. Пресс-форму конструируют в соответствии с желательной геометрией конечного формованного изделия. Степень заполнения формы регулируется в соответствии с желательной толщиной будущего изделия. Для пластин эластомерного вспененного материала можно использовать простую коробчатую форму; при прессовании в форме в качестве разделительного материала, позволяющего получить однородный по плотности и равномерный по геометрическим размерам продукт, можно использовать жёсткий картон.

Прессование проводится при давлении 18-20 Мпа. Этот диапазон давления – технологический параметр, устанавливаемый в начале процесса производства. При его изменении не достигаются, обусловленные рецептом, плотность конечного продукта, а также его звукоизолирующие и звукопоглощающие свойства.

Для отверждения клеевого состава и достижения материалом стабильных геометрических размеров, после пресс-формы полимерная композиция выдерживается при температуре окружающего воздуха в течение 2-3 недель.

Толщина, длина и ширина конечного формованного изделия могут варьироваться в широких пределах, ограниченных размерами и запирающим усилием пресс-формы. Толщина пластин пенопласта обычно составляет от 1 до 500 мм, чаще - от 10 до 50 мм.

Приведены примеры различных составов эластомерного вспененного материала при получении наиболее применяемого в строительстве материала толщиной 25 мм.

Изменение индекса изоляции R_w воздушного шума материала на 1 дБ позволяет существенно понизить ощущение шума, поэтому приведены примеры получения материала одной толщины как иллюстрация критерия изменения акустических свойств при изменении состава.

Пример 1.

Для получения материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 160 кг/м³, при содержании открытых ячеек не более 50 %, в состав вводится 84,5 мас.% вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука с размером частиц 10 мм, изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ ) - 9 мас.%, утяжелителя BaSO₄ - 1,5 мас.%, воды - 5 мас.%.

Взвешенный коэффициент звукопоглощения α_w составляет 0,65 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала, R_w = 11 дБ.

Пример 2.

Для получения материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 160 кг/м³, при содержании открытых ячеек не более 40 %, в состав вводится 84 мас.% вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука с размером частиц 10 мм, изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) – 9 мас.%, утяжелителя BaSO₄ - 2 мас.%, воды – 5 мас.%.

Взвешенный коэффициент звукопоглощения α_w составляет 0,45 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала, R_w 12 дБ.

Пример 3.

Для получения материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 200 кг/м³, при содержании открытых ячеек не более 50 %, в состав вводится 84,5 мас.% вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука с размером частиц 6 мм, изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) – 9 мас.%, утяжелителя BaSO₄ - 1,5 мас.%, воды – 5 мас.%.

Взвешенный коэффициент звукопоглощения α_w составляет 0,60 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала, R_w 13 дБ.

Пример 4.

Для получения материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 240 кг/м³, при содержании открытых ячеек не более 50 %, в состав вводится 81,7 мас.% вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука с размером частиц 6 мм, 10 мас.% изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ), баритового утяжелителя BaSO₄ – 1,8 мас.%, воды - 6,5 мас.%.

Полученная композиция обладает высокой воздухопроницаемостью за счет присутствия открытоячеистой структуры, за счёт чего имеет хорошее звукопоглощение и звукоизоляцию. Взвешенный коэффициент звукопоглощения α_w составляет 0,55 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала - R_w = 14 дБ.

Пример 5.

Для получения материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 240 кг/м³, при содержании открытых ячеек не более 40 %, в состав вводится 79,8 мас.% вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука с размером частиц 6 мм, изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) – 10 мас.%, утяжелителя BaSO₄ - 2 мас.%, воды – 8,2 мас.%.

Взвешенный коэффициент звукопоглощения α_w составляет 0,45 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала R_w 16 дБ.

Пример 6.

Для получения материала толщиной 25 мм с плотностью не менее 280 кг/м³, при содержании открытых ячеек не более 40 %, в состав вводится 78,3 мас.% вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука с размером частиц 6 мм, изоцианатного клея - форполимера на основе дифенилметандиизоцианата (МДИ) – 11,5 мас.%, утяжелителя BaSO₄ - 2 мас.%, воды – 8,2 мас.%.

Взвешенный коэффициент звукопоглощения α_w составляет 0,40 в сочетании с индексом изоляции воздушного шума материала, R_w 18 дБ.

Таким образом, изменяя содержание компонентов материала, размер частиц из вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука с последующим прессованием в форме при давлении 18-20 Мпа, возможно изменять звукоизолирующие свойства материала при незначительных изменениях звукопоглощающих свойств.

Вследствие этого предлагаемый материал одновременно является эффективным как звукоизолирующим, так и звукопоглощающим материалом. Результат от его использования заключается в повышении виброизолирующих, звукоизолирующих и теплоизолирующих свойств.

Изобретение относится к области строительства, в частности к изоляционным материалам для тепловой и звукоизоляции с высокой механической прочностью, обеспечивающей целостность конструкции. Звукопоглощающий эластомерный вспененный материал содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: вспененный эластичный полимер на основе нитрильного каучука 84,5 – 78,3; изоцианатный клей 9 - 11,5; баритовый утяжелитель 1,5 - 2; вода 5 – 8,2. Вспененный эластичный полимер на основе нитрильного каучука с содержанием открытых ячеек не более 50% с размером частиц 6-10 мм перемешивают при температуре окружающего воздуха в барабанном смесителе с изоцианатным клеем и баритовым утяжелителем. Полученную массу орошают водой и прессуют в форме при давлении 18-20 МПа. Обеспечивается повышение виброизолирующих, звукоизолирующих и теплоизолирующих свойств. 4 з.п. ф-лы, 6 пр.

1. Звукопоглощающий эластомерный вспененный материал, содержащий дроблёный на частицы размером 6-10 мм вспененный эластичный полимер и клей на полимерной основе, отличающийся тем, что применён вспененный эластичный полимер на основе нитрильного каучука с содержанием открытых ячеек не более 50% и перемешанный в дальнейшем при температуре окружающего воздуха в барабанном смесителе с изоцианатным клеем и дополнительно введённым баритовым утяжелителем, с орошением полученной массы водой и прессованием в форме при давлении 18-20 МПа при содержании компонентов, мас.%:

вспененный эластичный полимер

на основе нитрильного каучука - 84,5 - 78,3

изоцианатный клей - 9 - 11,5

баритовый утяжелитель - 1,5 - 2

вода - 5 - 8,2

2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука используются технологические остатки и/или обрезки производства теплоизоляционных изделий.

3. Материал по п. 1, отличающийся тем, что дробление вспененного эластичного полимера на основе нитрильного каучука осуществляется на измельчителе шрёдерного типа.

4. Материал по п. 1, отличающийся тем, что после прессования он выдерживается при температуре окружающего воздуха в течение 2-3 недель.

5. Материал по п. 1, отличающийся тем, что при прессовании в форме в качестве разделительного материала, позволяющего получить однородный по плотности и равномерный по геометрическим размерам продукт, используется жёсткий картон.