Научная статья на тему 'Битумно-каучуковое вяжущее для эффективных вибропоглощающих покрытий'

Битумно-каучуковое вяжущее для эффективных вибропоглощающих покрытий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
79
19
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Magazine of Civil Engineering
Scopus
ВАК
RSCI
ESCI
Ключевые слова
ВИБРОПОГЛОЩАЮЩЕЕ ПОКРЫТИЕ / БИТУМ / КАУЧУК / ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / ТЕМПЕРАТУРА / DAMPING SHEET / BITUMEN / RUBBER / PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES / TEMPERATURE

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Черкасов Василий Дмитриевич, Юркин Юрий Викторович, Авдонин Валерий Викторович

В статье представлены результаты исследований по подбору состава битумно-каучукового вяжущего вибропоглощающего покрытия. Применение вибропоглощающих покрытий тонкостенных строительных конструкций позволяет значительно снизить негативные вибрации. Существующие битумные и битумно-каучуковые материалы обладают недостаточным вибропоглощением в диапазоне отрицательных температур, что недопустимо в климатических условиях России. Подбор состава битумно-каучукового вяжущего и установление зависимости его свойств позволят получить материал с широким температурным диапазоном применения. В качестве объекта исследования была выбрана полимерная матрица, представляющая собой смесь двух материалов – бутилкаучука и битума, пластифицированную маслом индустриальным И-20А; наполнитель – мел марки МТД-2. Представлена зависимость физико-механических свойств материала от содержания битум:бутилкаучук в смеси. Установлено, что материал на основе полученного вяжущего обладает эффективным вибродемпфированием в диапазоне температур от −40 до +40 °С.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Черкасов Василий Дмитриевич, Юркин Юрий Викторович, Авдонин Валерий Викторович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Bitumen-rubber mixture for effective vibration damping sheet

The results of researches of a bitumen-rubber mixture design for the damping sheet are presented. Application of vibration damping sheet in thin-walled construction designs allows reducing negative vibrations considerably. Existent bituminous and bituminous-rubber materials have insufficient vibration damping in the range of negative temperatures that is inadmissible in Russian climate conditions. Selection of structure bitumen-rubber mixture and regularity establishment of its properties will allow receiving a material with a wide temperature range of application. As an object of research there was chosen the polymeric matrix representing a mix of two materials – butyl rubber and bitumen, plasticized by industrial oil I-20A; the filler – swept of MTD-2 brands. The dependence of physical and mechanical properties of a material on the contents of bitumen-butyl rubber in a mix was established. The material based on the received mixture has effective vibration damping in the range of temperatures from -40 to +40 °C.

Текст научной работы на тему «Битумно-каучуковое вяжущее для эффективных вибропоглощающих покрытий»

Битумно-каучуковое вяжущее для эффективных вибропоглощающих покрытий

Д.т.н., профессор В.Д. Черкасов; к.т.н, доцент Ю.В. Юркин; преподаватель В.В. Авдонин,

ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»

Аннотация. В статье представлены результаты исследований по подбору состава битумно-каучукового вяжущего вибропоглощающего покрытия. Применение вибропоглощающих покрытий тонкостенных строительных конструкций позволяет значительно снизить негативные вибрации.

Существующие битумные и битумно-каучуковые материалы обладают недостаточным вибропоглощением в диапазоне отрицательных температур, что недопустимо в климатических условиях России. Подбор состава битумно-каучукового вяжущего и установление зависимости его свойств позволят получить материал с широким температурным диапазоном применения.

В качестве объекта исследования была выбрана полимерная матрица, представляющая собой смесь двух материалов - бутилкаучука и битума, пластифицированную маслом индустриальным И-20А; наполнитель - мел марки МТД-2. Представлена зависимость физико-механических свойств материала от содержания битум:бутилкаучук в смеси. Установлено, что материал на основе полученного вяжущего обладает эффективным вибродемпфированием в диапазоне температур от -40 до +40 °С.

Ключевые слова: вибропоглощающее покрытие; битум; каучук; физико-механические свойства; температура

Уже более 20 лет в авто-, машиностроении и строительстве широко применяются вибропоглощающие материалы листового типа на основе битума [1, 2]. В настоящее время широко распространены покрытия на битумно-каучуковом вяжущем [3, 4].

Способность материала при колебании упругой системы необратимо поглощать часть энергии циклических деформаций (обычно преобразовывая во внутреннюю тепловую энергию) называется демпфированием, или внутренним трением [5, 6], благодаря которому происходит быстрое затухание свободных колебаний конструкций [7]. Вследствие этого внутреннее трение является одной из важнейших динамических характеристик материала и конструкции [8]. Полимеры, благодаря их вязкоупругому поведению, положительно выделяются из числа прочих материалов способностью к эффективному вибродемпфированию.

Вибродемпфирующие свойства полимеров и композиций на их основе сильно зависят от внешних факторов, наиболее важный из которых - температура [9, 10]. На графике зависимости коэффициента потерь и модуля упругости от температуры [11, с. 107] выделяют четыре области, соответствующие четырем состояниям полимера или полимерной основы композита. Наибольшими вибропоглощающими свойствами полимер обладает во втором (переходном) состоянии, соответствующем Тс на температурной шкале. В данной области полимер характеризуется резким уменьшением модуля упругости с ростом температуры, наблюдается наибольший максимум механических потерь. Это связано с тем, что именно в этот период времени в материале возникает потребность во внешней энергии, которая расходуется на размораживание еще неподвижных сегментов. Следовательно, приложенная внешняя нагрузка интенсивнее поглощается [5].

Очевидно, что для увеличения области высокоэффективного вибропоглощения покрытий необходимо расширить температурный диапазон, в котором будут обнаруживаться явления переходного состояния полимерного слоя.

В результате исследований, проведенных А. Нашифом [11], Б.К. Накра [12, 13] и другими учеными, установлено, что использование демпфирующих материалов, включающих в себя слои с различными полимерными материалами, расширяет температурный диапазон их применения, а использование слоистых структур увеличивает эффективность вибропоглощения [14].

В работе Л. Ку с соавторами [15] изучается влияние соотношения фенольной смолы и хлорбутилкаучука в матрице композита на его вибропоглощающие свойства. В результате проведенных исследований установлено, что даже после вулканизации звенья фенольной смолы остаются линейно диспергированными в объеме каучука. Первое пиковое значение тангенса угла механических потерь соответствует температуре стеклования хлорбутилкаучука в смеси. При увеличении содержания смолы количество возможных конформаций молекул хлорбутилкаучука уменьшается, а количество энергии, необходимой для размораживания сегментов, увеличивается, в результате уменьшаются вибропоглощающие свойства и увеличивается Тс. Увеличение содержания смолы в смеси расширяет температурный диапазон эффективной работы материала за счет сдвига второго пикового значения вправо.

Важное влияние на физико-механические свойства композита оказывает количество наполнителя [16], в зависимости от содержания которого полимерные композиционные материалы подразделяются на малонаполненные (0-35%) и высоконаполненные (более 35%) [17]. В малонаполненных материалах частицы наполнителя находятся друг от друга на некотором расстоянии и не оказывают никакого влияния друг на друга. Наполнители в них слабо воздействуют на свойства материала, что позволяет наиболее эффективно изучать свойства матрицы композита. Однако в работе К. Михальчука [18] показано, что применение футеровок для гашения вибрации из эластомеров без наполнителей малоэффективно ввиду низкого модуля упругости. В статье [19] представлено интересное исследование иранских ученых А. Накхаей с соавторами, которое доказывает эффективность применения резиновой крошки в качестве наполнителя в грунтобетонных вибропоглощающих композициях.

Таким образом, можно выделить три основных пути для получения эффективных вибропоглощающих покрытий, объединение которых в систему позволит получить материал с высокими демпфирующими свойствами в широком температурном диапазоне:

• использование комбинированного слоистого покрытия;

• использование смесей полимеров в качестве вяжущего;

• подбор состава вязкоупругого материала и типа наполнителя.

В настоящее время в промышлености России и зарубежных стран налажен выпуск вибропоглощающих покрытий на основе битума и бутилкаучука. Основное назначение этих материалов - уменьшение шума в транспортных средствах (в основном, автомобилях) за счет поглощения вибраций в тонкостенных элементах корпуса. Причем для выполнения действующих норм по обеспечению предельно допустимого внутреннего шума в автомобиле как в России, так и за рубежом необходимо использовать вибропоглощающие покрытия с коэффициентом потерь не менее 0,1, что подтверждается техническими требованиями к вибропоглощающим покрытиям различных производителей автотранспорта. Материалы с наилучшими вибропоглощающими свойствами представлены в таблице 1, зависимость коэффициента потерь этих материалов от температуры представлена на рисунке 1.

Таблица 1. Зарубежные и отечественные выпускаемые в промышленности вибропоглощающие покрытия

Наименование LD-17 (Antihpon, Швеция) Dynamat Extreme (Dynamic Control, США) Hushmat и^ (HushMat, США) DF-10AL (Noisebuster, ЗАО «НПП Тэкникал консалтинг»)

Полимер, на основе которого изготавливается покрытие битум модифицированный бутилкаучук бутилкаучук битумно- полимерный материал

Коэффициент потерь при 20 °С 0,17 0,417 0,3 0,4

Коэффициент потерь при 0 °С 0,08 0,240 0,1 Нет данных

Температурный интервал оптимального использования, оС от -10 до +60 от -10 до +60 от 0 до +60 Приводятся сведения только при +20, 40, 60, 80

Толщина покрытия, мм 2,4 1,7 1,5 5,5

Источник 20 21 22 23

Импортные материалы обладают высоким коэффициентом потерь (до 0,417 у. е.) при температуре +20 °С и толщине до 2,5 мм. Отечественный материал производства ЗАО «НПП Тэкникал консалтинг» (г. Тольятти) приближается по вибропоглощающим свойствам (0,4 у. е.) к импортному только при толщине 5,5 мм. Общим же недостатком всех представленных материалов является их низкая эффективность при отрицательных температурах. И если материалы на основе бутилкаучука становятся неэффективными при температуре ниже -5 °С [21, 22], то материалы на основе битума неэффективны уже при 0°С [21, 23], что неприемлемо для климатических условий России.

Рисунок 1. Зависимость коэффициента потерь вибропоглощающих покрытий

от температуры

Помимо коэффициента потерь, немаловажное влияние на эффективность применения вибропоглощающих материалов оказывают и другие его физико-механические свойства, основными из которых являются модуль упругости, пенетрация и напряжение при отслаивании. Доступность битума и бутилкаучука на промышленном рынке страны, а также большой опыт применения побуждают к подбору составов вибропоглощающих покрытий на их основе с эффективным вибродемпфированием в диапазоне температур от -40 до +40 °С.

Задачи проводимого исследования:

1) изучить влияние соотношения битум:бутилкаучук в матрице композита на физико-механические свойства материала;

2) установить вибропоглощающие свойства покрытий на основе битумно-каучукового вяжущего в диапазоне температур от -40 до +40 °С.

Экспериментальная часть

Для решения первой задачи в качестве объекта исследования была выбрана полимерная матрица композиционного материала, представляющая собой смесь двух материалов -бутилкаучука БК-1675Н ТУ 2294-034-05766801-2002 и битума БН 90/10 ГОСТ 6617-76, пластифицированная маслом индустриальным И-20А ГОСТ 20799-88 (20% от массы вяжущего); наполнитель - мел марки МТД-2 ТУ 5743-020-05346453-2008 (30% от массы вяжущего). Малая

степень наполнения позволяет изучить влияние состава смеси на свойства покрытия без потери технологических свойств последнего.

Планирование экспериментальных составов производили согласно методике правильного шестиугольника ротатабельного плана [24], матрица планирования представлена в таблице 2.

Таблица 2. Матрица планирования эксперимента

Факторы Уровень варьирования Интервалы варьирования (с)

-0,87 -0,5 -1 0 +1 +0,5 +0,87

Содержание БК-1675Н, кг 28,25 37,5 25 50 75 62,5 71,75 25

Содержание БН 90/10, кг 26,95 32,5 25 40 55 47,5 53,05 15

Уравнение регрессии для выходного параметра коэффициент потерь:

л

Уи = 0,0504 - 0,0073х? + 0,004х2 - 0,00275х?х2 + 0,006х? + 0,0048х22.

Исследование вибропоглощающих свойств покрытий в диапазоне температур от -40 до +40 °С проводилось на образцах: смесь бутилкаучука БК-1675Н и битума БН 90/10 (в соотношении 1:3, 1:1 и 3:1) - 25 мас. ч.; пластификатор - масло индустриальное И-20А - 6 мас. ч., наполнители и добавки - 69 мас. ч.

Полимерный композиционный материал изготавливался в лабораторной резиномешалке с 2-образными лопастями путем механического перемешивания смеси компонентов. После смесь экструдировали в ленту толщиной от 2 до 4 мм, шириной не менее 300 мм. С одной стороны вибропоглощающее покрытие дублировалось антиадгезионным материалом, с другой -армирующим слоем из фольги толщиной 100 мкм. Для определения механических свойств полученного композита использовали разрывную машину 1пб1гоп модели 3365, пенетрацию определяли по ГОСТ 25945-98. Динамические свойства вибропоглощающих покрытий исследовались на установке Вгие!&К]аег 08-13-10, помещенной в камеру тепла и холода для испытаний по ГОСТ 7025-91 или ГОСТ 10060.0-95.

Результаты и их обсуждение

В результате проведенных исследований установлены зависимости модуля накопления Е', модуля потерь Е'' и приведенного коэффициента потерь п на частоте 200 Гц (рис. 2), пенетрации и напряжения при отслаивании стотсл (рис. 3), предела прочности стпр и относительной деформации е (рис. 4) от содержания бутилкаучука в матрице малонаполненного вибропоглощающего материала.

Рисунок 2. Зависимость модуля накопления Е', модуля потерь Е'' и коэффициента потерь п от содержания БК в матрице композита

Рисунок 3. Зависимость пенетрации и

напряжения при отслаивании от содержания БК в матрице композита

Смесь вяжущих материалов представляет собой дисперсионную систему, в которой дисперсная фаза и дисперсионная среда зависят от содержания БК и битума. Следовательно, вид кривой модуля накопления Е' на рисунке 2 объясняется следующим образом [25]:

• в первой области (содержание БК 30-50%) высокомодульная дисперсная фаза БК не деформируется вместе с мягкой дисперсионной средой битума; в результате в матрице битума возникают большие внутренние напряжения, которые вызывают ее быстрое разрушение;

• во второй области (содержание БК 50-80%) дисперсная фаза битума практически не мешает деформированию жесткой дисперсионной среды (матрицы бутилкаучука); в этом случае бутилкаучук может в полной мере проявить свои прочностные и деформационные свойства.

807570- 65

Ю

60 5550-

0,050 0,045 0,040 Д 0,035 § 0,030 10,025 0,020

Т | I | I | I | I | Т |

30 40 50 60 70 80

БК, %

Рисунок 4. Зависимость предела прочности апр и относительной деформации s от

содержания БК в матрице композита

Зависимость модуля потерь E'' (рис. 2) имеет седловидную форму с минимумом при равном содержании БК и битума в материале. С увеличением количества бутилкаучука в матрице композита коэффициент потерь n и пенетрация снижаются, потому что бутилкаучук обладает большими прочностными свойствами (рис. 4), а свойства битума как пластификатора снижаются [26]. Для увеличения адгезионных свойств (рис. 3) эффективнее применение композитов с наибольшим содержанием БК.

На рисунке 5 представлена зависимость коэффициента потерь от температуры в матрице высоконаполненного вибропоглощающего материала при соотношении в смеси битум:БК, равном 3:1, 1:1 и 1:3 соответственно. Увеличение количества наполнителя положительно влияет на вибропоглощающие свойства за счет дополнительных потерь на поверхности частиц наполнителя и в межфазном слое.

Рисунок 5. Температурная зависимость коэффициента потерь п от соотношения в смеси битум :БК (мас. ч.): 1 - 1:3; 2 - 1:1; 3 - 3:1

В диапазоне температур от -40 °С до +40 °С на графике зависимости коэффициент потерь-температура четко видны два максимума и минимум в области 0 °С. Первый максимум при температуре ниже -40 °С соответствует температуре стеклования БК в смеси. Второй максимум при температуре +20 °С соответствует температуре стеклования битума. При увеличении содержания бутилкаучука в смеси максимумы смещаются влево, материал становится более эффективным в диапазоне отрицательных температур. Однако из-за большей стоимости БК увеличивать его содержание более 60-70% невыгодно. При содержании БК менее 25% в диапазоне от -10 до +10 °С значение коэффициента потерь ниже 0,1, значит, вибропоглощающее покрытие неэффективно.

Следовательно, для получения вибропоглощающего покрытия с заданными эксплуатационными свойствами и эффективного в диапазоне температур от -40 до +40 °С необходимо придерживаться соотношения битум:БК=1:1 в матрице композиционного материала.

Выводы

1. Проведенные исследования позволили установить зависимости физико-механических свойств композиционного материала от содержания битум :бутилкаучук в матрице композита.

2. В результате исследований матрицы композита установлено, что для вибропоглощающих материалов оптимальной является смесь битум:бутилкаучук в соотношении 50:50, обеспечивающая требуемые физико-механические свойства композита.

3. Установлено, что композиции с большим содержанием битума обладают наиболее эффективным вибропоглощением в диапазоне положительных температур. С целью получения вибропоглощающего материала, эффективного в диапазоне температур от -40 до +40, необходимо применять составы, в которых содержание бутилкаучука не менее 50% от массы матрицы композита.

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

Литература

1. Воскун М.Д., Милонова Н.А., Егоров П.Г., Мальков А.М. Пат. 2188214 Российская Федерация, МПК C08L95/00, B32B11/02, B60R13/08. Виброшумопоглощающий листовой материал и способ его получения; заявитель и патентообладатель ООО "Стандартпласт-плюс". - № 2000127377/04; заявл. 01.11.00; опубл. 27.08.02.

2. Patent - 5229216 US, F16F 9/30 Vibration damping sheet/ W. Yoshiaki, S. Hideo, T. Masataka; Nihon Tokushu Toryo Co., Ltd. (Tokyo, JP) - N 07/784602; Filing Date 10/24/1991; Publication Date 07/20/1993

3. Бурмистров В.А., Корженевский А.Б., Койфман О.И., Росин М.В. Пат. 2235106 Российская Федерация, МПК7 C08L95/00, C08L23/22, C08L91/00, C08L93/00, C08K3/04, C08K7/18. Вибропоглощающий материал; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Ивановский гос. хим.-тех. унив.» - № 2003128616/04 ; заявл. 23.09.03 ; опубл. 27.08.04.

4. Литус А.А., Синицына И.Н., [и др.] Пат. 2368630 Российская Федерация, МПК C08L95/00, C08K3/26. Виброшумопоглощающий листовой материал; заявитель и патентообладатель Саратовский гос. тех. унив. - № 2008112756/04 ; заявл. 02.04.08; опубл. 27.09.09, Бюл. № 27. 7 с.

5. Rao M.D. Recent applications of viscoelastic damping for noise control in automobiles and commercial airplanes // Journal of Sound and Vibration. 2003. Vol. 262. - Pp. 457-474.

6. Соломатов В.И., Черкасов В.Д., Фомин Н.Е. Вибропоглощающие композиционные материалы. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2001. 96 с.

7. Сорокин Е.С. К теории внутреннего трения при колебаниях упругих систем. М.: Изд-во литер. по строительству, архитектуре и строит. механике, 1960. 146 с.

8. Тарануха Н.А., Журбин О.В., Журбина И.Н. Исследование колебаний судовых стержневых конструкций с учётом сопротивления внешней среды различной плотности // Мореходство и морские науки - 2011: избранные доклады Третьей Сахалинской региональной морской науч.-техн. конф. Южно-Сахалинск, 2011. С. 82-94.

9. Комова Н.Н., Потапов Е.Э., Грусков А.Д. [и др.] Особенности принципа температурно-временной эквивалентности в полиэтилене низкой плотности, наполненном шунгитом // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. 2013. Т. 8. №1. С. 24-35.

10. Черкасов В.Д., Юркин Ю.В., Авдонин В.В. Прогнозирование демпфирующих свойств композита с учетом температурной зависимости свойств полимера // Вестн. Томского гос. архит.-строит. ун-та. 2012. №4. С. 216-225.

11. Нашиф А., Джоунс Д., Хендерсон Дж. Демпфирование колебаний. М.: Мир, 1988. 488 с.

12. Dutt J.K., Nakra B.C. Stability of rotor systems with viscoelastic supports // Journal of Sound and Vibration. 1992. Vol. 153. Pp. 89-96.

13. Nakra B.C. Vibration control in machines and structures using viscoelastic damping // Journal of Sound and Vibration. 1998. Vol. 211. Pp. 449-465.

14. Sarlin E., Liu Y., Vippola M. [et al]. Vibration damping properties of steel/rubber/composite hybrid structures // Composite structures. 2012. Vol. 94. Pp. 3327-3335.

15. Qu L., Huang G., Wu J., Tang Z. Damping mechanism of chlorobutyl rubber and phenolic resin vulcanized blends // Journal of materials science. 2007. Vol. 42. Pp. 7256-7262.

16. Бочарова Е.Г. Разработка мастичных вибропоглощающих полимерных материалов на основе модифицированных карбамидноформальдегидных смол: дис. ... канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1994. 138 с.

17. Соломатов В.И., Бобрышев А.Н., Химмлер К.Г. Полимерные композиционные материалы в строительстве. М.: Стройиздат, 1988. 312 с.

18. Michalczyk K. Analysis of the influence of elastomeric layer on helical spring stresses in longitudinal resonance vibration conditions // Archives of civil and mechanical engineering. 2013. Vol. 13. Pp. 21-26.

19. Nakhaei A., Marandi S.M. , Kermani S.S., Bagheripour M.H. Dynamic properties of granular soils mixed with granulated rubber // Soil dynamics and earthquake engineering. 2012. Vol. 43. Pp. 124-132.

20. Structure-borne sound damping pads [Электронный ресурс] // Antiphon AB. Amotfors, Sweden. URL: http://www.antiphon.se/noise-reduction/antiphon_ld_engelsk09_id346.pdf. (дата обращения: 02.10.2013).

21. Dynamat xtreme [Электронный ресурс] // Dynamic Control of North America, Inc. Hamilton, USA. URL: http://www.dynamat.com/technical_specs_dynamat_xtreme.html. (дата обращения: 02.10.2013).

22. Hushmat ultra [Электронный ресурс] // Speedway Motors, Inc Lincoln, USA. URL: http://static.speedwaymotors.com/pdf/Hushmat_Ultra.pdf. (дата обращения: 02.10.2013).

23. Damping faced 10AL [Электронный ресурс]. URL: http://www.noisebuster-msk.ru/view.php?id=6. (дата обращения: 02.10.2013).

24. Тихомиров В.Б. Планирование и анализ эксперимента. М.: Легкая индустрия, 1974. 263 с.

25. Влияние состава и структуры смесей полимеров на их механические свойства: [Электронный ресурс] // Полимерные композиционные материалы. М., 2010-2013. URL:http://www.http://p-km.ru. (дата обращения: 11.05.2013).

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

26. Cherkasov V.D., Yurkin Yu.V., Avdonin V.V. Plasticization peculiarities of vibration damping composite materials on the basis of elastomers // Nauka i studia: Przemysl, «Nauka i studia». 2012. Pp. 99-103.

Василий Дмитриевич Черкасов, г. Саранск, Республика Мордовия +7(8342)473713; e-mail: vd-cherkasov@yandex.ru

Юрий Викторович Юркин, г. Саранск, Республика Мордовия +7(8342)473713; e-mail: yurkinuv@gmail.com

Валерий Викторович Авдонин, г. Саранск, Республика Мордовия +7(8342)473713; e-mail: avdoninvalerii@bk.ru

© Черкасов В.Д., Юркин Ю.В., Авдонин В.В., 2013

doi: 10.5862/MCE.43.2

Bitumen-rubber mixture for effective vibration damping sheet

V.D. Cherkasov

N.P.Ogarev Mordovia State University, Saransk, Republic of Mordovia, Russia

+7(8342)473713; e-mail: vd-cherkasov@yandex.ru

Yu.V. Yurkin

N.P.Ogarev Mordovia State University, Saransk, Republic of Mordovia, Russia

+7(8342)473713; e-mail: yurkinuv@gmail.com

V.V. Avdonin

N.P.Ogarev Mordovia State University, Saransk, Republic of Mordovia, Russia

+7(8342)473713; e-mail: avdoninvalerii@bk.ru

Key words

damping sheet; bitumen; rubber; physical and mechanical properties; temperature

Abstract

The results of researches of a bitumen-rubber mixture design for the damping sheet are presented. Application of vibration damping sheet in thin-walled construction designs allows reducing negative vibrations considerably.

Existent bituminous and bituminous-rubber materials have insufficient vibration damping in the range of negative temperatures that is inadmissible in Russian climate conditions. Selection of structure bitumen-rubber mixture and regularity establishment of its properties will allow receiving a material with a wide temperature range of application.

As an object of research there was chosen the polymeric matrix representing a mix of two materials - butyl rubber and bitumen, plasticized by industrial oil I-20A; the filler - swept of MTD-2 brands. The dependence of physical and mechanical properties of a material on the contents of bitumen-butyl rubber in a mix was established. The material based on the received mixture has effective vibration damping in the range of temperatures from -40 to +40 °C.

References

1. Voskun M. D., Milonova N. A. Egorov P. G., Malkov A.M. Patent - 2188214 Russian Federation, MPK C08L95/00, B32B11/02, B60R13/08. Vibroshumopogloshchayushchiy listovoy material i sposob yego polucheniya [Vibration damping sheet material and way of its receiving]. Patentee and possessor of the patent LLC "Standartplast-plyus". No. 2000127377/04; Filing Date 01/11/00; Publication Date 27/08/02. (rus)

2. Yoshiaki W., Hideo S., Masataka T. Vibration damping sheet. US Patent 5229216. Nihon Tokushu Toryo Co., Ltd. 20 July 1993

3. Burmistrov V.A., Korzhenevskiy A.B.,Koyfman O.I., Rosin M.V. Patent - 2235106 Russian Federation, MPK C08L95/00, C08L23/22, C08L91/00, C08L93/00, C08K3/04, C08K7/18. Vibropogloshchayushchiy material [Vibration damping material]. - Patentee and possessor of the patent Ivanovo State University of Chemistry and Technology. No. 2003128616/04; Filing Date 23/09/03; Publication Date 27/08/04. (rus)

4. Litus A.A. Sinitsyna I.N. [at al]. Patent - 2368630 Russian Federation, MPK C08L95/00, C08K3/26. Vibroshumopogloshchayushchiy listovoy material [Vibration damping and noise sheet material]. Patentee and possessor of the patent Yuri Gagarin State Technical University of Saratov. No. 2008112756/04; Filing Date 02/04/08 ; Publication Date 27/09/09 (rus)

5. Rao M.D. Recent applications of viscoelastic damping for noise control in automobiles and commercial airplanes. Journal of Sound and Vibration. 2003. Vol. 262. Pp. 457-474.

6. Solomatov V.I., Cherkasov V.D., Fomin N.E. Vibropogloshchayushchiye kompozitsionnyye materialy [Vibration damping composite materials]. Saransk: Izd-vo Mordov. un-ta, 2001. 96 p. (rus)

7. Sorokin E.S. K teorii vnutrennego treniya pri kolebaniyakh uprugikh system [To the theory of internal friction at fluctuations of elastic systems]. Moscow: Izd-vo liter. po stroitelstvu, arkhitekture i stroit. mekhanike, 1960. 146 p. (rus)

8. Taranukha N.A., Zhurbin O.V., Zhurbina I.N. Morekhodstvo i morskiye nauki - 2011: izbrannyye doklady Tretyey Sakhalinskoy regionalnoy morskoy nauch.-tekhn. konf. [Navigation and marine sciences - 2011: the chosen reports of the Third Sakhalin regional sea scientific and technical conference]. Yuzhno-Sakhalinsk, 2011. Pp. 82-94. (rus)

9. Komova N.N., Potapov E.E., Gruskov A.D., Zaikov G.E. Fine Chemical Technologies. 2013. Vol. 8. No.1. Pp. 24-35. (rus)

10. Cherkasov V.D., Yurkin Yu.V., Avdonin V.V. Vestnik of TSUAB. 2012. No. 4. Pp. 216-225. (rus)

11. Nashif A., Jones D., Henderson G. Dempfirovaniye kolebaniy [Vibration damping]. Moscow: Mir, 1988. 488 p. (rus)

12. Dutt J.K., Nakra B.C. Stability of rotor systems with viscoelastic supports. Journal of Sound and Vibration. 1992. Vol. 153. Pp. 89-96.

13. Nakra B.C. Vibration control in machines and structures using viscoelastic damping. Journal of Sound and Vibration. 1998. Vol. 211. Pp. 449-465.

14. Sarlin E., Liu Y., Vippola M. [et al]. Vibration damping properties of steel/rubber/composite hybrid structures. Composite structures. 2012. Vol. 94. Pp. 3327-3335.

15. Qu L., Huang G., Wu J., Tang Z. Damping mechanism of chlorobutyl rubber and phenolic resin vulcanized blends. Journal of materials science. 2007. Vol. 42. Pp. 7256-7262.

16. Bocharova E.G. Razrabotka mastichnykh vibropogloshchayushchikh polimernykh materialov na osnove modifitsirovannykh karbamidnoformaldegidnykh smol [Research of mastic vibration damping polymeric materials on the basis of the modified karbamidnoformaldegidny pitches].PhD thesis. Saint-Petersburg, 1994. 138 p. (rus)

17. Solomatov V.I., Bobryshev A.N., Himmler K.G. Polimernyye kompozitsionnyye materialy v stroitelstve [Polymeric composite materials in construction]. Moscow: Stroyizdat, 1988. 312 p. (rus)

18. Michalczyk K. Analysis of the influence of elastomeric layer on helical spring stresses in longitudinal resonance vibration conditions. Archives of civil and mechanical engineering. 2013. Vol. 13. Pp. 21-26.

19. Nakhaei A., Marandi M., Kermani S.S., Bagheripour M.H. Dynamic properties of granular soils mixed with granulated rubber. Soil dynamics and earthquake engineering. 2012. Vol. 43. Pp. 124-132.

20. Structure-borne sound damping pads [Online resource]. Antiphon AB. Amotfors, Sweden. URL: http://www.antiphon.se/noise-reduction/antiphon_ld_engelsk09_id346.pdf. (accessed: February 10, 2013).

21. Dynamat xtreme [Online resource]. Dynamic Control of North America, Inc. Hamilton, USA. URL: http://www.dynamat.com/technical_specs_dynamat_xtreme.html. (accessed: February 02, 2013).

22. Hushmat ultra [Online resource]. Speedway Motors, Inc Lincoln, USA. URL: http://static.speedwaymotors.com/pdf/Hushmat_Ultra.pdf. (accessed: February, 10. 2013).

23. Damping faced 10AL [Online resource]. URL: http://www.noisebuster-msk.ru/view.php?id=6. (accessed: February 10, 2013.)

24. Tikhomirov V. B. Planirovaniye i analiz eksperimenta [Planning and analysis of experiment]. Moscow: Legkaya industriya, 1974. 263 p. (rus)

25. Influence of structure and structure of mixes of polymers on their mechanical properties: [Online resource]. Polymeric composite materials. Moscow, 2010-2013. URL:http://www.http://p-km.ru. (accessed: May 11, 2013). (rus)

26. Cherkasov V.D., Yurkin Yu.V., Avdonin V.V. Plasticization peculiarities of vibration damping composite materials on the basis of elastomers. Nauka i studia: Przemysl. 2012. Pp. 99-103.

Full text of this article in Russian: pp. 7-13

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.