авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

Исследование и разработка технологии шумопонижающих материалов различного функционального назначения

-- [ Страница 3 ] --

На рис.4 представлены результаты определения способности к звукоизоляции опытных образцов резинобитумных материалов, содержащих 5% (образец №1) и 8% (образец №2) некондиционной базальтовой ваты, в сравнении с серийно применяемым образцом №3. Способность к звукоизоляции значительно выше уровня серийного материала. Так, в диапазоне частот 400-800 Гц способность к звукоизоляции повышается в 1,5-2 раза, в остальном диапазоне преимущественно на 2-5 дБ.

 Способность к звукоизоляции-3

Рис. 4. Способность к звукоизоляции композиционных материалов с разным содержанием БВ в сравнении с серийным на основе асбеста

Полученные результаты исследования доказывают, что применение кондиционной и некондиционной базальтовой ваты позволит: исключить из битумных композиций асбест, сохранив термостойкость материала; уменьшить массу изделий и, следовательно, снизить массу автомобиля; значительно улучшить в нем акустический комфорт. Важно также, что для этих материалов применяется и базальтовая вата, которая является отходом производства и в настоящее время не используется.

Глава 4. Модификация базальтовой ваты с целью улучшения свойств

материала

Для активации поверхности БВ были использованы следующие методы модификации: термообработка (=1 ч, Т=3000С) и СВЧ-обработка (=3 мин, N=750 Вт). Эти методы по-разному влияют на параметры пористой структуры базальтовой ваты.

При производстве базальтовой ваты в качестве аппрета используется фенол-формальдегидная смола в количестве ~ 3%. Нанесение смолы закрывает поры, дефекты и трещины на поверхности волокон, что снижает возможность взаимодействия базальтовых волокон с битумным вяжущим. С целью повышения активности взаимодействия между компонентами битумной композиции и проводили термообработку базальтовой ваты.

Сравнительные результаты испытаний вибропоглощающих материалов на основе нетермообработанной и термообработанной некондиционной базальтовой ваты доказывают (табл.10), что на основе термообработанной ваты формируются композиционные материалы, коэффициент потерь колебательной энергии которых (0,21 при 20С) превосходит композиционные материалы на основе обычной некондиционной базальтовой ваты (0,18 при 40С).

Анализ полученных результатов показывает (табл.11), что в 2 раза повышается условная прочность при растяжении как в продольном, так и в поперечном направлениях, на 16 % повышается относительное удлинение в продольном направлении и на 4% - в поперечном. Кроме этого, на 2-3 дБ повышается способность к звукоизоляции в широком диапазоне частот (400-5000 Гц).

Таблица 10

Сравнительные физико-механические характеристики вибропоглощающих битумных материалов на основе термообработанной и нетермообработанной

некондиционной базальтовой ваты

№ п/п Наименование показателя Норма по ТУ 38.105- 15-40-84 Характеристики образцов, изготовленных из
некондиц. базальтовой ваты 10% модиф. некондиц. базальтовой ваты 10%
1 Огнестойкость Самозатухающий Самоза-тухающий Самоза-тухающий
2 Масса 1 м,кг, не более 3,6 3,3 3,2
3 Толщина,мм, в пределах 3,0-3,3 3,1 3,0
4 Термостой- кость при температуре (180 ±2)С в течение 30 мин Материал должен плотно прилегать к металлу. На поверхности образцов не должно быть пузырей, подтеков Соответств. Соответств.
5 Стабильность в размерах,%, в пределах ±5 0 0
6 Коэффициент потерь колебательной энергии на частоте (200±5) Гц,%, не менее, при Т=40С, Т=20С 0,10 0,17 0,11 0,18 0,13 0,21

Применение термообработанной базальтовой ваты позволит увеличить долговечность изделий на ее основе, стабилизировать изготовление сложных формованных изделий разнообразной геометрической формы, значительно облегчив при этом готовое изделие.

Использование модификации при помощи СВЧ значимых результатов не дает.

Таблица 11

Сравнительные физико-механические характеристики звукоизолирующих

разработанных резинобитумных материалов на основе термообработанной

и нетермообработанной некондиционной базальтовой ваты

№ п/п Наименование показателя Норма по ТУ 38.305- 57-077- 93 Характеристики образцов, изготовленных из
некондиц. базальтовой ваты модиф. некондиц. базальтовой ваты
1 Условная прочность при растяжении, кгс/см2, не менее - в продольном направлении - в поперечном направлении 3,0 2,0 3,65 2,7 7,7 6,5
2 Относительное удлинение при разрыве, %, не менее - в продольном направлении - в поперечном направлении 60,0 65,0 70,0 76,0 86 80
3 Способность к звукоизоляции, дБ, не менее, при частоте Гц 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 3 3 3 3 5 5 5 5 5 5 10 12 12 7 6 6 4 6 9 10 10 13 10 12 16 21 7 7 7 5 7 10 12 13 16 14 18 19 19

Глава 5. Исследование формирования структуры композиционных

материалов

Изучение взаимодействия между компонентами композиции проводили методом инфракрасной спектроскопии.

Исследование ИК-спектров компонентов композиционных материалов показало, что для базальтовой ваты характерны следующие полосы поглощения: 3417,1, 2922,3, 2852,4, 1145,8, 1627,1 1750, 1429,6, 800, 594,7 и 555,7 см-1.

Относительно интенсивная полоса поглощения с максимумом 3417 см-1 обусловлена валентными колебаниями в базальтовых волокнах молекул воды. Полоса сравнительно широкая вследствие того, что поверхность базальтовой ваты химически и энергетически неоднородна.

Широкая интенсивная полоса с максимумом 1145,8 см-1 обусловлена валентными колебаниями связи Si-O в цепочном кремнекислородном мостике: апорита и твердого раствора между ними – бетонита. По числу тетраэдров [SiO4]4-, составляющих период повторяемости в цепочке [SiO3] различают цепи с одним, двумя, тремя, четырьмя, пятью, семью тетраэдрами. Основными активными группами являются связи Si-O-Si, Al-O и кремнийкислородные мостики Si-O- Si и О- Si-О. В состав базальта в качестве примеси входит ортосиликат оливин 2MgOSiO2 -2FeOSiO2, структурной единицей которого является изолированный тетраэдр [SiO4]4-. Вследствие неоднородности распределения связи Si-O и других связей в структуре базальта полоса поглощения широкая. Очень слабый максимум 800 см-1 – валентные колебания связи Si-O в изолированных тетраэдрах. Очень слабый максимум при 1750 см-1 обусловлен валентными колебаниями ионов гидроксония H3O+.

Общий анализ спектров показывает, что некондиционная вата более гидратирована и обладает большей реакционной способностью (острые максимумы при 2920 см-1, 2340 см-1, 1090 см-1). Очевидно, это связано с разрыхленностью ее структуры, а следовательно, большей удельной поверхностью, способной к физико-химическому взаимодействию с реакционными группами битума.

На ИК-спектрах битума присутствуют полосы поглощения СН2 : валентные асимметричные - 2923 см-1, симметричные - 2853 см-1; деформационные СН2: ножничные - 1458 см-1, маятниковые – 722 см-1, деформационные СН3 : асимметричные – 1458 см-1, симметричные - 1375 см-1; полосы поглощения конденсированных ароматических соединений – 1602 см-1, полосы связанной воды в районе 3200 см-1и узкий слабовыраженный максимум при 1025 см-1, обусловленный валентными колебаниями связи С=О.

На ИК-спектрах битумных композиционных образцов отчетливо идентифицируются полосы:, 3052,56,3025,1, 2923,58, 2852,74, 2512,76, 1797,09, 1727,27,1601,34, 1434,64, 1079,3, 1038, 875,71, 797,97, 752,82, 712,22, 699,81 597,12, 577,60, 525,04, 509,97 см-1.

Полосы поглощения в области 2512,76, 1797,09, 1601,34, 1434,64, 1079,3, 875,71, 752,82 см-1 относятся к карбонату кальция. Полосы поглощения 3509,7, 3468,98, 3426,45 см-1 связаны с симметричными и асимметричными колебаниями ОН- - групп, 2923,58, 2852,74 см-1 относятся к валентным асимметричным колебаниям СН2. – групп, 3052,56 см-1 – ароматических СН-групп, наличие полос поглощения при 1079,3 см-1 характеризует деформационные колебания связей Si-O-Si,

О

С-О-С, С=О в группе

О

Наблюдается смещение полосы поглощения валентных колебаний связи Si-O, что обусловлено взаимодействием активных групп поверхности Si-O с макромолекулами битума. Основная полоса валентных колебаний связи 1090 см-1 расщепляется на два максимума 1079,3 см-1и 1038 см-1. Это подтверждает, что группа участвует в образовании химических связей с функциональными группами компонентов композиций, в том числе с гидроксильной группой ароматических соединений и карбоновых кислот битума:

| |

О – ОН + – Si – О О – О – Si – ОН

| |

Битум Базальтовое волокно

О О

// //

C – ОН C – ОН

О – С – ОН + – Si – О – О – С – О – Si – ОН

\\ | \\ |

О О

Таким образом, анализ ИК – спектров образцов материала показывает, что базальтовые волокна упорядочивают структуру, образуя органосиликатные соединения, упрочняющие структуру композиционного материала.

Доказательством формирования более плотной структуры в битумных композициях на основе базальтовой ваты по сравнению с серийными служат результаты термогравиметрического анализа (табл.11). По данным ТГА (табл.11), битумные композиции на основе кондиционной и некондиционной базальтовой ваты в сравнении с битумными материалами на основе асбеста более термостойки. Так, начальная температура деструкции увеличивается с 255 до 2650С, а потери массы при 3000С у битумных и резинобитумных материалов с базальтовой ватой снижаются на 12-15%. В целом деструкция предлагаемых образцов смещается в область более высоких температур по сравнению с серийным материалом.

Таблица 12

Сравнение термостойкости битумных и резинобитумных композиций

методом термогравиметрического анализа

Состав Потери массы, % при температуре, C
100 200 300 400 500 600 700 800
Битумный материал (асбест 5%) 4 8 16 31 58 66 70 80
Резинобитумный материал (асбест 2%) 3,0 5,0 14 28 45 57 59 69
Битумный материал (некон. базальтовая вата 10%) 3 5 13 26 50 61 62,5 70
Битумный материал (кон. базальтовая вата 10%) 3,1 4,8 12,8 25 49,6 60 61 68,2
Резинобитумный материал (некон. базальтовая вата 8%) 2,9 3,5 11,0 23 39 51 53 66
Резинобитумный материал (кон. базальтовая вата 8%) 2,7 3,4 10,4 22,6 38,4 50,1 51,8 64,2

Хроматографическое исследование серийного материала и расшифровка масс-спектров показала, что выделяющиеся при нагревании соединения принадлежат к гомологическим рядам алканов, алкенов и алкилбензолов (рис. 7а). Исследование разработанных составов показало отсутствие в паровой фазе токсических веществ фенольного типа.. Происходит выделение вещества с временем удерживания 9,47 мин – предположительно это сложный эфир фталевой кислоты (рис. 7б).

 Хроматограмма резинобитумного-9

Рис. 6. Хроматограмма резинобитумного материала: а – серийный;

б – с базальтовой ватой

Анализ дифрактограммы битумного материала с асбестом (рис. 7) показал, что в композиционном материале в качестве доминирующего компонента присутствует пирофиллит Al2Si4O10(OH)2, который диагностируется по дифракционным максимумам при d/n=3.100, 4.130, 4.506, 5.450 и 9.309, вторичный кальцит (СаСО3) с аналитическими линиями при d/n=2.085, 2.281, 2.489, 2.823, 3.028 и тоберморит Ca5(Si6O18H2)*8H2O, для которого характерны максимумы d/n= 2.823, 3.028, 3.100, 5.540 и 14.029 . Дифракционные максимумы при d/n=3.028, 3.100, 3.339, 4.130, 4.230, 4.647, 8.425 говорят о некотором присутствии в образце кордиерита Mg2Al2Si5O18, максимумы при d/n= 2.450, 3.339, 4.230 – о присутствии -кварца SiO2, максимумы при d/n= 2.010, 2.610, 3.339, 10.048 - о присутствии в составе композиционного материала флогопита KMg3[Si3AlO10]·[F,OH] или К2O·6MgO·Al2O3·6SiO2·2H2O.

Анализ дифрактограммы битумного материала с базальтовой ватой (рис. 8) показал, что в композиционном материале в качестве доминирующего компонента присутствует кальцит (СаСО3), который диагностируется по дифракционным максимумам при d/n=1.910, 2.095, 2.276, 2.491, 2.830, 3.020 и 3.818, каолинит Al2Si2O5(OH)4 с аналитическими линиями при d/n=1.973, 2.366, 2.550, 3.562, 4.440 и 7.080. Также в составе композиции присутствует пирофиллит Al2Si4O10(OH)2, который диагностируется по дифракционным максимумам при d/n=3.080, 4.440, 9.309 и дикальциевый гидроалюминат (DCHA) Ca2Al2O5*8H2O, для которого характерны максимумы d/n= 1.973, 2.095, 2.151, 2.368, 2.550, 2.683, 2.880, 3.440, 3.818, 4.035, 5.340 и 9.869.

В небольшом количестве, возможно, присутствует пирит FeS, для которого характерны максимумы d/n= 2.683 и 3.140.

В результате анализа данных РСА и ИКС установлено, что при замене традиционного наполнителя – асбеста, в состав которого входят гидроалюминаты и гидроалюмосиликаты, на базальтовую вату, в составе которой преобладают двуокись кремния и гидросиликаты, происходит взаимодействие гидроксильных групп ароматических соединений и карбоновых кислот битума с соединениями кремния с образованием органосиликатных соединений, упорядочивающих структуру композиционного материала и приводящих к оптимальному сочетанию кристаллической и аморфной структур, повышающему как физико-механические характеристики, так и звукоизолирующие и вибропоглощающие свойства. Так, например, механическая прочность возрастает на 10 %, вибропоглощение повышается на 1 %, а звукоизолирующие свойства – на 5-8%.

Глава 6. Технология и апробация битумных материалов

Способ получения разработанного резинобитумного звукоизолирующего листового материала включает приготовление битумной композиции в смесителе. В нем битум разогревается до 150-1700С и в него частями вводят остальные ингредиенты, перемешивается в течение 30 минут и затем состав на каландре вальцуется в лист.

Из предложенных композиций на ЗАО «Химформ» выпущены опытные партии звукоизолируюших и вибропоглощающих материалов, которые по своим физико-механическим и эксплуатационным свойствам соответствуют современным требованиям, предъявляемым к данному классу материалов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

  1. Доказана эффективность замены канцерогенного асбеста некондиционной базальтовой ватой в разработанных битумных и резинобитумных вибропоглощающих и звукоизолирующих материалах, что является решением важнейшей экологической проблемы.
  2. Разработаны оптимальные рецептура и технологические режимы изготовления битумных звукоизолирующих и вибропоглощающих материалов на основе БВ. Доказано, что при меньшей массе резинобитумный материал на основе базальтовой ваты обладает более высокой прочностью при растяжении и более высоким относительным удлинением при разрыве, что является важным требованием для процесса формования многослойных шумоизолирующих готовых изделий для автомобилей, самолетов и других транспортных средств.
  3. Различными современными методами (ИК-спектроскопия, дифференциально-термический, рентгенографический, хроматографический) анализа установлены механизм взаимодействия базальтовых волокон и битумной смеси, структура и свойства разработанных ПКМ.
  4. Методами определения коэффициента потерь и способности к звукоизоляции изучены вибро- и звукоизолирующие свойства разработанных материалов, что позволило сравнивать их с серийно выпускаемыми промышленностью в настоящее время. Доказано испытаниями в лабораториях АвтоВАЗа и ОАО «Балаковорезинотехника» улучшение акустических и прочностных характеристик материала; способность к звукоизоляции значительно выше уровня серийного материала. Так, в диапазоне частот 400-800 Гц способность к звукоизоляции повышается в 1,5-2 раза, в остальном диапазоне –преимущественно на 2-5 дБ.
  5. Доказано в производственных условиях сохранение высокой термостойкости разработанных материалов, армированных базальтовыми волокнами без применения канцерогенного асбеста.
  6. Разработаны технологии получения звукоизолирующих и вибропоглощающих ПКМ. Из предложенных композиций на ЗАО «Химформ» выпущены опытные партии звукоизолирующих и вибропоглощающих материалов, которые по своим физико-механическим и эксплуатационным свойствам соответствуют современным требованиям, предъявляемым к данному классу материалов.
  7. Проведено сравнение разработанных шумопонижающих материалов на основе базальтовой ваты с отечественными аналогами с использованием асбеста в количестве 2-5%. Показано, что кондиционная и некондиционная базальтовая вата является эффективным заменителем асбеста, который не только сохраняет термостойкие свойства материалов, но и значительно улучшает их эксплуатационные характеристики.

Основные положения и результаты диссертационной работы изложены

в

Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.