автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Вибропоглощающие композиционные покрытия

На правах рукописи

Авдонин Валерии Викторович

ВИБРОПОГЛОЩАЮЩИЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ

Специальность 05.23.05 - Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации па соискание ученой степени кандидата технических наук

2 7 МАЙ 2015

Пенза - 2015

005569314

005569314

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Черкасов Василий Дмитриевич

Официальные оппоненты: Ярцев Виктор Петрович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», зав. кафедрой «Конструкции зданий и сооружений»

Калгин Юрий Иванович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет архитектуры и строительства», профессор кафедры «Строительство и эксплуатация автомобильных дорог»

Ведущая организация: федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет»

Защита состоится 9 июля 2015 г. в 13.00 на заседании диссертационного совета Д212.184.01, созданного на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Германа Титова, 28, корпус 1, конференц-зал.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного университета архитектуры и строительства и на сайте http://dissovet.pguas.ru/index.php/contact-us/d-212-184-01.

Автореферат разослан 8 мая 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Сергей Васильевич Бакушев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В производстве и строительстве большое внимание уделяется вопросу демпфирования вибрации тонкостенных металлических конструкции (ТМК) и элементов. В жилых и общественных зданиях элементами, наиболее подверженными данному воздействию, являются узлы и детали инженерного оборудования: системы вентиляции п кондиционирования воздуха, трубопромо/п,I систем отопления и канализации, тепловые пункты и т. д. Одним из наиболее распространенных методов снижения уровня вибрации является применение вибропоглощающих покрытий. В настоящее время в качестве вибропоглощаюишх покрытий для ТМК применяются армированные покрытия с прослойкой на основе битума. Существующие отечественные и импортные покрытия на основе битума или модифицированного битума («жидкая резина») обладают недостаточной пластичностью, стойкостью к ударным нагрузкам и резким колебаниям температуры, что особенно актуально для климатических условии России. У битумных покрытий максимум потерь приходится на температуру плюс 20-30 °С. При температуре плюс 60 °С потери у таких покрытий снижаются в три раза, а при температуре минус 20 °С коэффициент потерь достигает величины менее 0,1 у.с.; т.е. практически перестает гасить вибрации. Таким образом, битумные покрытия имеют незначительный температурный диапазон эффективной работы.

В связи с эти весьма актуально создание вибропоглощающих материалов, эффективных в температурном интервале от минус 40 °С до плюс 60 °С.

Диссертационная работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» по государственному контракту № 14.527.12.0007 от 11.10.2011 г.

Степень разработанности темы. Вопросы разработки и создания вибропоглощающих полимерных материалов являлись предметом научных исследовании российских и зарубежных учёных. Из фундаментальных трудов следует отмерить работы: Виноградов Г.В. и Малкин А.Я. «Реология полимеров»

(1977 г.), Нильсен Л. «Механические свойства полимеров и полимерных композиций» (1978 г.), Никифоров A.C. «Вибропоглощение на судах» (1979 г.), Кристенссн P.M. «Введение в механику композитов» (1982 г.), Нашиф А. (и др.) «Демпфирование колебаний» (1988 г.), Иванов Н.И. (и др.) «Техническая акустика транспортных машин» (1992 г.), Гуль В.Е. и Кулезнев В.Н. «Структура и механические свойства полимеров» (1994 г.), Соломатов В.И. (и др.) «Вибропоглощающие композиционные материалы» (2001 г.), в которых были изложены основные теоретические закономерности, повлиявшие на дальнейшее развитие науки в направлении борьбы с вибрациями.

Интенсивное развитие техники и технологии в последние два-три десятилетия способствовало ухудшению вибрационного поля, окружающего человека, за счет увеличения мощности и скоростей существующих и появления новых источников вибраций. Для борьбы с данными вибрациями проводились исследования по созданию вибропоглощающих материалов, отвечающих современным условиям применения. Были защищены диссертации в области технологии и переработки полимеров и композитов (Бочарова Е.Г., 1994 г.; Незвпецкая H.H., 2000 г.; Литус A.A., 2009 г.), в области прочности летательных аппаратов (Смотрова С.А., 2005 г.), в области радиотехники (Цедерштрем A.A., 2012 г.), в области строительного материаловедения (Черкасов В.Д., 1995 г.; Самсонов A.B., 1998г.; Юркин Ю.В., 2002 г.; Жарин Д.Е., 2006).

Несмотря па большое количество трудов в данной области, многие вопросы остаются до сих пор не решеными, такие, например, как установление теоретических закономерностей и обоснование пути создания высокодемпфирующих покрытий, эффективных в области отрицательных температур.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка составов и технологии получения вибропоглощающих материалов, высокоэффективных в широком температурно-частотном диапазоне.

Для достижения поставленной пели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести комплексный анализ известных составов и способов получения существующих впбропоглощающпх материалов. Изучить влияние компонентов смеси на дпееппатпиные свойства композита,

2. Выбран, сырье для получения вибропоглощающих композиционных материалов.

3. Теоретически обосновать закономерности изменения дпесипативных свойств полимерного композиционного материала (ПКМ) от структурообразующих факторов и конструкции вибропоглощающего покрытия на его основе.

4. Разработать составы ПКМ с высокими диссипативиыми свойствами для получения эффективного вибропоглощающего покрытия.

5. Исследовать вибропоглощающис и физико-механические свойства вибропоглощающего покрытия в широком диапазоне температур.

Научная новизна исследовании. 1. Научно обоснованы и экспериментально подтверждены закономерности создания

высокодемпфирующнх вибропоглощающих покрытий, работающих в широком

температурном диапазоне.

2. Выявлены закономерности рассеяния энергии в вязкоупругом слое

вибропоглощающего покрытия.

3. Установлены механизмы направленного регулирования демпфирующих

свойств вязкоупругого слоя.

4. Получены новые экспериментальные данные по обеспечению эффективной работы вибропоглощающих покрытий в широком диапазоне

температур (от минус 40 до плюс 60 °С).

Теоретическая значимость работы состоит в использовании фундаментальных научных положений механики композитов и полпетруктурной теории для установления аналитических зависимостей вибропоглощающих

свойств композиционных материалов от структурообразующих параметров. Показано, что вибропоглощающие свойства вибропоглощающих покрытий определяются вибропоглощающими свойствами вязкоупругого слоя и жесткостью армирующего слоя, а вибропоглощающие свойства вязкоупругого слоя определяются в основном вяжущим и количеством наполнителя.

Практическая значимость обусловлена тем, что:

1.В диссертации изложены научно-обоснованные технические и технологические решения получения вибропоглощающих покрытий, способных эффективно работать в широком диапазоне температур.

2. Разработаны составы вязкоупругого слоя вибропоглощающего покрытия.

3. Разработана конструкция вибропоглощающего покрытия.

4. Разработана технологическая схема производства вибропоглощающих покрытий.

Методология и методы диссертационного исследования. Методология исследования диссертационной работы включает системный подход к учету всех аспектов поставленных задач с выделением главного и существенного в создании вибропоглощающих композиционных материалов с включением концептуального экспериментального и научного подхода при изучении комплекса фундаментальных положений механики вибропоглощающих композиционных материалов. Методологические основы экспериментальных исследований заключались в использовании современных стандартных методов для изучения вибропоглощающих и физико-механических свойств вибропоглощающих композиционных материалов. Объектом исследований являлось управление конструкцией вибропоглощающего покрытия и структурой вязкоупругого слоя вибропоглощающего покрытия, а предметом исследования - решение задачи получения высокодемпфирующих вибропоглощающих покрытий, эффективно работающих в широком температурном диапазоне.

Достоверность результатов исследований обеспечена применением современных методов исследований, использованием действующих

государственных стандартов, нормативных документов и поверенного оборудования; воспроизводимостью результатов при большом объеме экспериментов.

На защиту выносятся:

-теоретические и экспериментальные обоснования получения вибропоглощающих материалов эффективных в широком температурно-частотпом диапазоне;

- результаты исследования влияния структурообразующих факторов ПКМ на демпфирующие свойства вибропоглощающего материала и конструкции вибропоглошающего покры тия на его основе;

-результаты экспериментальных исследований вибропоглощающих и физико-механических свойств полученных вибропоглощающих покрытий, в том числе температурные и частотные диапазоны эффективного внбропоглощения.

Личный вклад автора состоит в выборе темы и направления исследования, анализе литературных источников, проведении экспериментальных исследований, получении результатов, их обобщении и анализе.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены и доложены па следующих международных и российских конференциях: международная научно-техническая конференция «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии», г. Казань, 14-17 апреля 2010 г.; международная научно-техническая конференция «Полимерные композиты и трибология» (Поликомтрнб-2011), г. Гомель, Республика Беларусь, 2011 г.; VIII международная научно-практическая конференция «Научное пространство Европы - 2012», г. Пше мысли Польша, 2012 г.; XVI научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов МГУ им. Н.П. Огарёва, г. Саранск, 2012 г.; VIII международная научно-практическая конференция «Наука и инновации -2012», г. Пше мысли Польша, 2012 г.; XIII республиканская научно-практическая конференция «Наука и инновации в Республике Мордовия», г. Саранск, 2013 г.; международная научно-техническая конференция «Разработка эффективных

авиационных, промышленных, электротехнических и строительных материалов и исследование их долговечности в условиях воздействия различных эксплуатационных факторов», г. Саранск, 2013 г.; Международный форум «Крым Hi-Tech - 2014», г. Севастополь, 2014 г.

Публикации. Результаты исследований, отражающие основные положения диссертационной работы, изложены в 17 научных публикациях, из них 6 - в рецензируемых научных журналах Перечня ВАК МОиН РФ. Получен патент на изобретение № 2538270 РФ «Вибродемпфирующий блок». Получен патент на изобретение № 2518596 РФ «Звукопоглощающий слоистый материал».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов, списка сокращений, списка литературы. Общий объем диссертационной работы составляет 123 страницы, который включает 49 рисунков, 11 таблиц и 1 приложение. Список литературы включает 121 наименование российских и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований, сформулированы цель и задачи исследования, показаны научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводится литературный обзор исследований отечественных и зарубежных авторов, посвященных вопросам структурообразования полимерных вибропоглощающих материалов, исследованию свойств и технологии изготовления вибропоглощеющих покрытий. Дана характеристика применяемых материалов (вяжущее, наполнитель, модификаторы) для изготовления вибропоглощающих покрытий. Установлено, что для изготовления армированных вибропоглощающих покрытий используют битум. Установлено, что битумные вибропоглощающие покрытия имеют узкий температурный диапазон работы. Для улучшения этого показателя в них вводят различные модификаторы, которые малоэффективны. Кроме этого битумные вибропоглощающие покрытия имеют высокую удельную массу.

Установлено, что для получения самоклеящихся вибропоглощающих покрытий, работающих в широком температурном диапазоне, перспективным вяжущим являются каучуки, а наполнители предпочтительно применять с чешуйчатой и волокнистой структурой.

Во второй главе приведены характеристики применяемых материалов и методы исследований. В качестве вяжущих полимерных композиционных материалов применяли бугнлкаучук марки БК-1675Н, этиленпропнлеиовый каучук марки СКЭПТ-40, эпоксидпо-диановые смолы ЭД-20, Э-40, эпоксидная модифицированная смола УП-563. Для модифицирования вяжущего применяли в качестве пластификатора индустриальное масло И-20А, в качестве мягчитслей битумы марок СМ 70/30, БН 90/10, БНД 40/60, БНД 90/130.

В качестве наполнителей применялся мел МТД-2 природный технический дисперсный, графит ГК-3, тальк молотый ТРПН, доломитовая мука, белила цинковые БЦ0М, технический углерод марок П 234, П 803, асбсст хризотиловый марки А-6-45, диатомит измельченный, опилки древесные (отходы местного производства), слюда молотая марок мусковит СММ-125, СММ-160, флогопит СМФ-125, СМФ-160, флогопит СФММ-063, СМЭ-315, инженерные глины, микрослюда фр. 05-80, 20-80, 40-80, мнкроволластонит фр. 30-97, 10-96, микротальк фр. 05-99, 15-99, волокнистая полимерная фибра Рапасса 3,25 и FPAC 236/040.

При исследовании физико-механических свойств полимерных композиционных материалов применялись методы исследований, регламентируемые действующими ГОСТами. Для определения модуля упругости и коэффициента потерь композиционных материалов применяли резонансный метод по ГОСТ 19873-74.

При проведении экспериментов использовали математические методы планирования эксперимента.

В третьей главе разработаны методы прогнозирования потерь вибрационной энергии в колеблющихся слоистых средах и в полимерном композиционном материале.

Для прогнозирования демпфирующих свойств пластин, облицованных армированным покрытием, использовали метод волнового сопротивления, по которому коэффициент потерь определяется по формуле:

ПгГ

>Г-

где 12«?,«,/?., .а_1>2.а=1>,.а =!!и.

\ + а1р2+а'/3) + \2а;,а2[12' 2 Л,' 1 /;, Л, " Л, '

=т(Л, +/':); А„ +л,)+ А,; &=■§•■; /А 2 2 Л,

ЕфукцИ, V

/¡¡, И2, Из - толщины демпфируемо/) пластины, вязкоупругого слоя и армирующего слоев соответственно; А„ = А„ - волновое число изгибных колебаний пластины с покрытием; / - частота колебаний; V - скорость распространения волны в пластине.

Анализ полученных выражений показал, что демпфирующие свойства армированного вибропоглощающего покрытия определяется толщиной вязкоупругого слоя и его демпфирующими свойствами, жесткостью армирующего слоя.

Коэффициент потерь изгибно-колсблющейся пластины, облицованной жестким вибропоглощающим покрытием, приближенно может быть определен по методу волнового сопротивления:

1 + а2Р2(а5 +12а;,)' ■ '

гле !>-, п Е, /»,, 1 + а, 1, ,

Е2 - модуль Юнга демпфируемой пластины и вибропоглощающего покрытия; И\, /?2 - толщины демпфируемой пластины и вибропоглощающего покрытия; /;21 - расстояние между нейтральными плоскостями пластины и слоя покрытия.

Анализ выражения (2) показал, что демпфирующие свойства жесткого иибропоглощающего покрытия зависят от демпфирующих свойств полимерного слоя, соотношения толщины полимерного слоя и толщины демпфируемой пластины.

Теоретические исследования показали, что у всех видов вмбропоглоиипоших покрытий большое влияние на впбропоглощающис свойства оказывают демпфирующие свойства полимерного слоя. В связи с этим был сделан прогноз впбропоглощающпх свойств наполненных композиционных материалов.

Структура наполненного полимерного материала состоит из полимерного связующего и расположенных в нем частиц наполнителя, причем при высоком

содержании паио.1.....теля матрица переходит в пленочное состояние и частицы

наполнителя контактируют между собой.

Для удобства анализа дпссипативных свойств такой системы связь между частицами моделируется квадратными брусками площадью 5 и длиной а частицы наполнителя - в виде куба. Площадь бруска принимается равной:

5 = 5 +(5,"-5), (3)

где ф„, фс - предельная концентрация наполнителя (максимальная, минимальная); != 1,6; .V," =0 при т <<У,. =0.15, 5," = --<Рт ПР" 0.15 = <р(. <?>,„< 0,5.

з 1 -<у,

Длина бруска равна:

¿ = 75: (5)

В связи с этим расчетная схема взаимодействия двух соседних частиц может быть представлена в виде подвески из полимерного материала с опирающейся на нее частицей наполнителя массой т (рисунок 1).

Гекр

га

/ \

Рисунок 1 — Модель взаимодействия частицы наполнителя с полимерным связующим

При жестком наполнителе диссипация энергии при колебаниях будет происходить в основном в подвеске. Уравнение равновесия частицы при гистерезисном трении в материале подвески можно записать:

т\\>+к(\ +¡11„>'= Гехр"", (6)

где и ,»' - перемещение, ускорение перемещения, Г - амплитуда силы, -коэффициент потерь, к - дискретная жесткость.

Энергия, поглощаемая за цикл вследствие гистерезисного демпфирования, равна:

Ол. = к Ь1тВ;. (7)

Пренебрегая массой частиц наполнителя и имея ввиду малость ;/,;, коэффициент потерь наполненного композиционного материала будет равен коэффициенту потерь полимерного связующего:

Ч,,. (8)

Эта зависимость справедлива при количестве наполнителя <р„ < <р,„. При ф„><Рт наполненная система характеризуется недостатком полимерного связующего, в связи с этим в ней образуются дефекты.

Коэффициент потерь наполненного полимерного композита при фн > <рш слагается из двух видов потерь - диссипации энергии в полимерном связующем и диссипации энергии на поверхностях контакта с несовершенными связями:

'7,, ,='7„/1 + »Л (9)

Суммарная площадь контактов с несовершенными связями пропорциональна фн — фт, где фт = 0,5. Вследствие этого коэффициент п можно принять равным:

(р -0.5

» • " • (Ю)

<Р„

Из анализа выражения (10) видно, что при </>„<0,5 демпфирующие свойства наполненной системы зависят от демпфирующих свойств полимерного связующего, а при срн > 0,5 из-за несовершенства структуры материала

появляется дополнительный механизм рассеивания энергии.

Четвертая глава посвящена разработке полимерных композиционных материалов. В результате этого были выбраны вяжущее для полимерного слоя, наполнители и модификаторы. Из полученных результатов следует:

- эффективными вяжущими для жестких вибропоглощающих покрытий являются эпоксидные смолы. Выявлено, что из всех эпоксидных смол наиболее эффективна для жестких вибропоглощающих покрытий эпоксидная смола ЭД-20;

-для вязкоупругого слоя армированных вибропоглощающих покрытий эффективны каучуки. Показано, что из всех видов каучуков наиболее эффективен бутилкаучук. Он имеет высокие демпфирующие свойства, способен эффективно работать в диапазоне температур от минус 40 до плюс 60 °С;

-для улучшения демпфирующих и эксплуатационных свойств бушлкаучука в его состав необходимо вводить битум. Установлено, что оптимальное соотношение бутилкаучука и битума должно быть 1:1;

- введение наполнителей в каучуки в количестве 50 - 60 % приводит к увеличению диссипатнвнмх свойств в среднем в 1,5 раза;

- наиболее эффективны наполнители каучуков с развитой поверхностью: асбест, тальк, мел, графит;

- смесь наполнителей существенно повышает демпфирующие свойства каучуков. Установлено, что введение мела в количестве 40 масс. % и белил

цинковых в количестве масс. 20 % увеличивает демпфирующие свойства в 1,25 раза; введение мела в количестве 40 масс. % и доломита в количестве 10 масс. % увеличивает демпфирующие свойства в 1,15 раза;

- введение дополнительно в вязкоупругую композицию смеси диатомита модифицированного и талька в соотношении I : 4 (в количестве 4 %) повышает демпфирующие свойства каучуков в 1,16 раза;

- оптимальные диссипативныс и физико-механическпс свойства (прочность на разрыв, пенетрация, плотность, адгезия к металлу н бетону, водопоглощение, относительное удлинение при разрыве) достигаются при соотношении компонентов в смеси (% по масс.): бутилкаучук 10-15 %, битум 10-15 %, смесь диатомита модифицированного с тальком (в соотношении 1 :4) 1-5 %, мел 3542% , белила цинковые 15-25%, графит марок «ГК-3» и «П» (в соотношении 1:4) 2-5% и пластификатор масло индустриальное 5—10 %;

- показано, что в диапазоне средних частот (от 200 до 1000 Гц) эффективны слюда марок СФММ-063, СФЭ-315, СМЭ-315 и опилки древесные, в диапазоне частот 1000-1500 Гц-слюда марки СМЭ-315, СФММ-063;

-смесь наполнителей существенно повышает демпфирующие свойства эпоксидных смол. Установлено, что при введении опилок древесных в количестве 25 масс. % и слюды марки СМФ-125 в количестве 25 масс. % композиции обладают эффективным вибропоглощенисм в диапазоне частот от 300 до 1550 Гц. При этом коэффициент потерь составляет г| = 0,157 на частоте 800 Гц. Показано, что введение в состав слюды марки СФММ-063 в количестве 25 масс. % и слюды марки СМЭ-315 в количестве 25 масс. % приводит к эффективному вибропоглощению в диапазоне частот от 350 до 1500 Гц, при этом коэффициент потерь составляет г| = 0,152 на частоте 500 Гц;

-добавление в состав композита на основе эпоксидной смолы волокнистых наполнителей в количестве 5 % увеличивает демпфирующие свойства в 1,45 раза;

- эффективность совместного применения волокнистого наполнителя с чешуйчатым зависит от марки волокнистого наполнителя. Выявлено, что волокно

РРЛС при впадении его в количестве 5 % увеличивает диссипативпые свойства на 10%;

-оптимальные дпееппативные свойства жёсткого покрытия достигаются при соотношении компонентов в смеси (% по масс.): эпоксидная смола 40-50 %, отвердптель 4-5 %. опилки древесные 20-25 %, слюда марки СМФ-125 21-26 %, волокно РРЛС' 3 5 "п;

Разработаны конструкции жесткого и армированного внбропоглощающнх покрытий. Установлено, что оптимальная толщина жесткого вибропоглощающего покрытия 0,5-2 мм.

Увеличение толщины вязкого слоя армированного вибропоглощающего материала до 4 мм увеличивает демпфирующие свойства в 2,5 раза, дальнейшее увеличение толщины вязкоупругого слоя неэффективно.

Увеличение толщины алюминиевой фольги с 40 до 100 мкм увеличивает демпфирующие свойства в 2 раза. Использование стальной фольги вместо алюминиевой (толщиной 50 мкм) увеличивает демпфирующие свойства в 2 раза.

Разработано многослойное армированное внбропоглощающее покрытие. Установлено, что увеличение количества слоев вибропоглощающего покрытия до 4 (общая толщина 4,2 мм) увеличивает дпееппативные свойства в 3 раза. Меньшее количество слоев не дает эффекта по сравнению с однослойным покрытием такой же суммарной толщины и большее количество слоев нецелесообразно.

В нитон главе разработана технологическая схема производства армированных внбропоглощающнх материалов (рисунок 2).

Производство внбропоглощающнх материалов включает подготовку исходных материалов, смешение их, подготовку полимерной композиции перед экструднрованием, экетрудированис, упаковку материалов.

Разработана методика оценки эффективности применения внбропоглощающнх покрытий. Оценку эффективности вибропоглощения производят путем сравнения амплитуд колебания

¿1

9

{О

//

£

где Э - эффективность; - амплитуда колебаний конструкции

соответственно без средства вибропоглощения и с покрытием.

Рисунок 2 - Принципиальная технологическая схема производства вибропоглощающнх материалов армированного типа 1 — склад сырья и вспомогательных материалов, 2 — входной контроль сырья и

вспомогательных материалов, 3 — подготовка исходных материалов, 4 — смешение, 5 - подготовка вибродемпфнрующей полимерной композиции перед экструдированисм, 6 - вырубка заготовок, 7 - экструдированне, 8 - намоточное устройство. 9 - вырубка деталей, 10 - приемка готовой продукции, 11 - упаковка, 12 - склад готовой продукции, 13 - размоточное устройство с армирующим материалом, 14 - размоточное устройство с антиадгезионным материалом

Произведено промышленное внедрение вибропоглощающнх покрытий для гашения вибраций воздуховода и вентиляционных установок в ООО «Лига-М». Применение вибропоглощающнх материалов привело к снижению шума в помещениях на 15 дБ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Теоретически и экспериментально выявлены основные закономерности вибропоглощения в полимерных композиционных материалах и обоснованы пути создания высокодемпфирующих композитов. Установлено, что демпфирующие свойства композита определяются дисснпативными свойствами вяжущего.

Выявлена зависимость вибропоглощающнх свойств полимерных композиционных материалов от основных структурообразующих факторов. Установлено, что эффективными вибропоглощающими свойствами обладают

композиты с выеокодемпфирующсй полимерной матрицей при объемном содержании наполнителя 0,5-0,7.

2. Выявлены эффективные полимерные вяжущие и наполнители для вибропоглощаюших композиционных материалов. Перспективными вяжущими для вязкого слоя армированных вибропоглощающих материалов являются синтетические каучукн, для жестких вибропоглощеющих покрытий - эпоксидные смолы.

Показано, что из всех видов каучуков наиболее эффективен бутилкаучук. Он имеет высокие демпфирующие свойства, способен эффективно работать в диапазоне температур от минус 40 до плюс 60 °С. Выявлено, что из всех эпоксидных смол наиболее эффективна для жестких вибропоглощающих покрытий эпоксидная смола ЭД-20.

3. Разрабогаш,I способы расширения температурного и частотного диапазонов эффективного вибропоглощения композиционных материалов. Установлено, что для расширения температурного диапазона эффективного внбропоглощенпя армированных вибропоглощающих покрытий в качестве матрицы вязкою слоя необходимо применять смссь бутнлкаучука и битума в соотношении 1:1.

4. Установлено, что эффективными наполнителями для вибропоглощающих композиционных покрытии являются наполнители с развитой структурой и имеющие игольчатую, пластинчатую или чешуйчатую форму частиц: асбест, тальк, мел, графит.

5. Разработаны предложения по повышению вибропоглощающих свойств полимерных композиционных материалов. Показано, что демпфирующие свойства полимерных композиционных материалов выше при использовании смеси наполнителей. Установлено, что введение в эпоксидную смолу опилок древесных в количестве 25 масс. % и слюды марки СМФ-125 в количестве 25 масс. % увеличивает демпфирующие свойства в 1,15 раза. Показано, что введение в состав слюды марки СФММ-063 в количестве 25 масс. % и слюды

марки СМЭ-315 в количестве 25 масс. % увеличивает демпфирующие свойства в 1,2 раза.

6. Установлено, что введение в каучуки мела в количестве 40 масс. % и белил цинковых в количестве масс. 20 % увеличивает демпфирующие свойства в 1,25 раза; введение мела в количестве 40 масс. % и доломита в количестве 10 масс. % увеличивает демпфирующие свойства в 1,15 раза.

7. Показано, что улучшать диссипативные свойства полимерных композиционных материалов можно добавлением в композит небольшого количества волокнистого наполнителя. Установлено, что добавление в состав композита па основе эпоксидной смолы волокнистых наполнителей в количестве 5 % увеличивает демпфирующие свойства в 1,45 раза.

Показано, что эффективность совместного применения волокнистого наполнителя с чешуйчатым зависит от марки волокнистого наполнителя. Выявлено, что волокно РРАС при введении его в количестве 5 % увеличивает диссипативные свойства иа 10 %.

8. Выявлено, что применение смеси диатомита модифицированного и талька в соотношении 1 : 4 (в количестве 4 % по массе) повышает демпфирующие свойства каучуков в 1,16 раза и позволяет отказаться от применения канцерогенного асбеста.

9. Разработан состав композита па основе каучука, включающий в себя (% по масс.): бутилкаучук 10-15 %, битум 10-15 %, смесь диатомита модифицированного с тальком (в соотношении 1 : 4) 1-5 %, мел 35-42% , белила цинковые 15-25%, графит марок «ГК-3» и «П» (в соотношении 1:4) 2-5% и пластификатор масло индустриальное 5-10%. При этом коэффициент потерь армированного вибропоглощающего покрытия, включающего в качестве вязкого слоя полученный композит, равен 0,27 у.е., прочность связи с металлом при отслаивании 650 Н/м.

10. Установлена зависимость физико-механических свойств материала от вида наполнителя и его количества в композите на основе каучука. Показано, что применение мела и талька повышает адгезионные свойства композита к металлу и

бетону, что позволяет при монтаже отказаться от применения предварительного разогрева или специальных клеев.

11. Разработан состав композита па основе эпоксидной смолы, включающий в себя (% по масс.): эпоксидная смола 40-50 %, отвердитель 4-5 %, опилки древесные 20-25 %, слюда марки СМФ-125 21-26 %, волокно РРАС 3-5 %. При этом коэффициент потерь жесткого впброгюглощающего покрытия на основе разработанного композита равен 0,17 у.с.

12. Показано, что в диапазоне средних частот (от 200 до 1000 Гц) эффективны слюда марок СФММ-063, СФЭ-315, СМЭ-315 н опилки древесные, в диапазоне частот 1000-1500 Гц-слюда марки СМЭ-315, СФММ-063.

13. Разработана конструкция армированных вибропоглощающих покрытий, обладающих эффективным демпфированием в диапазоне температур от минус 40 до плюс 60 °С.

■14. Показано, что дисснпативные свойства армированных вибропоглощающих покрытий зависят от толщины и диссипативных свойств вязкого слоя, жесткости армирующего материала. Толщина вязкого слоя должна быть 4 мм, оптимальная толщина алюминиевой фольги - 100 мкм.

15. Разработана конструкция жесткого вибропоглощающего покрытия. Установлено, что оптимальная голщпна жесткого вибропоглощающего покрытия 0,5-2 мм.

16. Показано, что эффективное внбропоглощающее покрытие можно получит!, путем накладывания друг на друга армированных покрытий толщиной 1 мм. Установлено, то суммарная толщина слоев не должна превышать 5 мм.

17. Разработанные впбропоглощающис покрытия внедрены на объекте ООО «Лига-М» при производстве работ по монтажу системы вентиляции. Установлено, что нанесение разработанных вибропоглощающих покрытий жесткого и армированного типа толщиной 3-4 мм на поверхности воздуховодов и вептустаповкп позволило снизить уровень шума в помещении вентиляционной камеры на 15 д!>.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ

(публикации в изданиях, включенных в перечень ВАК российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук):

1. Черкасов, В. Д. Прогнозирование демпфирующих свойств композита с учетом температурной зависимости свойств полимера / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдопнп // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. -2012. - №4 (2012). - С. 216-225.

2. Черкасов, В. Д. Битумно-каучуковое вяжущее для эффективных вибропоглощающих покрытий / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Инженерно-строительный журнал. - 2013. - № 8 (43). - С. 7—13.

3. Черкасов, В. Д. Вибропоглощающие покрытия, эффективно работающие в широком диапазоне температур / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Региональная архитектура и строительство. - 2013. - № 3 (17). - С. 46—49.

4. Черкасов, В. Д. Алгоритм проектирования состава вибропоглощающего композита / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Региональная архитектура и строительство. - 2013. - № 3 (17). - С. 28-31.

5. Черкасов, В. Д. Вибропоглощающие покрытия / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин, Н. С. Аникина // Региональная архитектура и строительство. -2014.-№3(20).-С. 19-24.

6. Черкасов, В. Д. Проектирование состава наполненного вибропоглощающего материала / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Перспективные материалы. - 2015. - № 1. - С. 49-57.

(публикации в других изданиях)

7. Черкасов, В. Д. Влияние наполнителя на физико-механические свойства герметизирующих материалов на основе неполярпых каучуков / В. Д. Черкасов, Г. А. Савченкова, В. В. Авдонин [и др] // Материалы XV академических чтений РААСН - международной научно-технической конференции «Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии»,

г. Казань, 14-17 апреля 2010 г. / Каз. гос. арх.-строит. уи-т. - Казань 2010. - Т1, -С. 564-568.

8. Черкасом, В. Д. Методика прогнозирования динамических свойств полимерных композитов при различных температурах / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Материалы международной научно-технической конференции «Полимерные композиты и трибология» (Поликомтриб -201 1). - Гомель: Изд-во ИММС нлш;, -201 1. - С. 234.

9. Черкасов, В. Д. Влияние технологических процессов смешения на физико-механические свойства внброиоглощающей полимерной композиции / В. Д. Черкасов, IO. В. Юркин, В. В. Авдонин // Электронное научное издание «Строительство, архитектура, дизайн» - Саранск: ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарева», 201 I, № 2 (11). - Режим доступа: http://marhdi.mrsu.ru/ - № гос.рег. 0421100075/0080 в ФГУП НТЦ «Информрсгистр».

10. Черкасов, В. Д. Методика прогнозирования динамических свойств полимерных композитов при различных температурах / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркни, В. В. Авдонин // Материалы, технологии, инструменты - Гомель: Изд-во ИММС НАИБ, 2012. -Т17, С. 92-96.

11. Юркни, Ю. В. Вибропоглощающие композиционные материалы на основе

неполярпых каучуков. Пластификация и свойства / Ю. В. Юркин, В. В. Авдо......

// Matcrialy VIH Mii;dzynarodo\vej naukowi-praktycznej konfereneji «Naukowa przestrzeñ Europy - 2012» Volume 36. Budownictwo i architcktura.: Przcmysl. Nauka i studia-P. 50-53.

12. Юркин, IO. В. Оптимизация полимерной основы мастичных вибропоглощающих материалов / Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Материалы XVI научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов МГУ им. Н.П. Огарёва : в 6 ч. Ч. I : Технические науки - Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2012.-С. 12-13.

13. Черкасов, В. Д. Наполнители с химически модифицированной поверхностью для герметизирующих материалов / В. Д. Черкасов, В. И. Бузулуков, 10. В. Юркин, В. В. Авдонин // Matcrialy VIII Mi?dzynarodowej naukowi-

praktyczncj konferencji «Nauka i inowacja - 2012» Volume 20. Budownictwo i architektura. Fizyczna kultura i sport.: Przcmysl. Nauka i studia - P. 10-13.

14. Черкасов, В. Д. Plasticization peculiarities of vibration damping composite materials on the basis of elastomers / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Nauka i studia: Przemysl, «Nauka i studia» - 2012. - Vol. 13 (58) - P. 99-103.

15. Черкасов, В. Д. Прогнозирование демпфирующих свойств композитов с помощью ЭВМ / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2013. - № 12. - С. SS-SS. - ISSN 1996-3955.

16. Черкасов, В. Д. Высокоэффективные вибропоглощающпе покрытия на основе бутилкаучука / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Разработка эффективных авиационных, промышленных, электротехнических и строительных материалов и исследование их долговечности в условиях воздействия различных эксплуатационных факторов : материалы Междунар. науч.-техн. конф. / редкол.: С. М. Вдовин (отв. ред.) [н др.]. - Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2013. - С. 321323. - ISBN 978-5-7103-2864-4.

17. Черкасов, В. Д. Вибро-шумопоглощающие материалы нового поколения / В. Д. Черкасов, Ю. В. Юркин, В. В. Авдонин // Сборник тезисов докладов Международного форума «Крым Hi-Tech - 2014» - Севастополь, 2014 - С. 282-286.

Подписано в печать 07.05.15. Объем 1,25 н. л. Тираж 100 экз. Заказ № 472.

Типография Издательства Мордовского университета 430005, г. Саранск, ул. Советская, 24