CC BY
36
УДК 691.175.5/. 8
С. М. Вахитова, М. М. Ганиев, Л. Н. Шафигуллин, Э. Р. Галимов, И. А. Абдуллин
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ
КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова: полиуретан, композиционный материал, шум, звукопоглощение, теплопроводность.
В статье представлены исследования теплопроводных свойств акустических полиуретановых материалов. Анализ полученных данных показал целесообразность наполнения полиуретановой матрицы гадроксидом алюминия для повышения теплопроводности и звукопоглощения. Выявлена возможность применения полимерных композиционных материалов в качестве акустической защиты автомобилей.
Keywords: polyurethane, composite material, noise, sound absorption, heat conductivity.
Probes of heat-conducting properties of acoustic polyurethane materials are presented in article. The analysis of the obtained data showed expediency offilling of a polyurethane matrix gadroksidy aluminum for increase in heat conductivity and a sound absorption. The possibility of use ofpolymeric composite materials as acoustic protection of cars is revealed.
Воздействию вредных шумовых эффектов наиболее подвержены водители тяжелых транспортных средств (автобусы, грузовые автомобили). Влияние шума на человека зависит от интенсивности, частотного состава и продолжительности его действия, а также от местонахождения человека и характера его работы. В России максимально допустимым уровнем шума считается 74-75 дБ (при частоте 1000 Гц). В США, странах ЕЭС для рабочих мест транспортных машин предельными считаются значения уровня звука от 80 до 90 дБ. Нормы внешнего шума транспортных машин зависят от типа машины, её мощности, массы и составляют от 75 до 90 дБ [1,2,3,4].
Основным источником шума в салоне грузового автомобиля является работающий силовой агрегат, вызывающий также вибрацию, передающуюся через элементы креплений на кузов автотранспорта. Замеры шума дизельных двигателей, показывают превышение норм на 40-50 дБ в октавных полосах 1000 и 2000 Гц. Это значит, что проектируемые шумо-поглощающие материалы должны быть наиболее эффективными в указанном частотном диапазоне.
Снижение уровня шума транспортных средств возможно достигнуть за счёт применения современных шумоизоляционных и шумопоглощающих материалов. В ходе анализа звукопоглощающих материалов, используемых в грузовом автомобилестроении выявлено, что они не отвечают комплексу установленных норм и требований, предъявляемых к шумоизоля-ционным материалам (интервал рабочих температур от -70 °С до +1000 °С; коэффициент теплопроводности X - 0,37-0,41 , Вт/м-К; коэффициент звукопоголощения Кз - 0,45-0,75) [5]. В этой связи проблема создания и разработки эффективных шумопоглощающих композиционных материалов, которые могут использоваться для изготовления шумоизоляционных экранов а/м КАМАЗ, является актуальной.
Наряду со звукопоглощением, одним из важнейших параметров для акустических материалов, применяемых в качестве шумоизоляции дизельных двигателей, является теплопроводность. Температура сгорания дизельного топлива находится в преде-
лах 1100 °С [6]. Низкий коэффициент теплопроводности материалов, применяемых в подкапотном пространстве приводит к перегреву частей агрегатов и сбою режимов работы механизмов.
Установлено, что материалы, обладающие хорошими звукопоглощающими свойствами, в зависимости от своей структуры, обладают и высоким коэффициентом теплопроводности [7]. Поэтому проведены исследования коэффициента теплопроводности на образцах, показавших наилучшие шумо-поглощающие свойства.
Результаты исследования звукопоглощения и теплопроводности разработанных композиционных материалов с полиуретановой матрицей (соотношение ГСС:ПФП 125:100, пенообразующий агент -вода) и наполнителями - кремнийорганика КО, аэ-росил, гидроксид алюминия, в сравнении с серийно применяемыми акустическими материалами AA12,5SMT и Scania представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Значения коэффициента звукопоглощения и коэффициента теплопроводности составов шумопоглощающих полимерных композиционных материалов и серийных
Напол- Кз
нитель Вт/м-К 500 630 800 1000 250 1600
0,117 0,09 0,15 0,25 0,30 0,20 0,06
КО 10 мас.ч 0,107 0,15 0,23 0,36 0,42 0,31 0,07
КО 10 мас.ч 0,095 0,28 0,48 0,5 0,57 0,48 0,46
+аэросил
о=0,3
КО 10 0,146 0,19 0,33 0,46 0,75 0,70 0,50
мас.ч.
+ гидро-
ксид алю-
ми-ния
о=0,3
AA12,5SMT 0,085 0,23 0,27 0,32 0,45 0,28 0,28
Scania 0,062 0,23 0,21 0,42 0,47 0,58 0,61
На рисунке 1 представлены результаты исследований коэффициента звукопоглощения и коэффициента теплопроводности разработанных полиурета-новых композиционных материалов, и материалами шумопоглощающими Scania, AA12,5SMT в частотном диапазоне 500-1600 Гц.
Рис. 1 - Результаты исследований Кз и X для оптимальных составов проектируемых звукопоглощающих материалов
Сравнительный анализ полученных материалов с образцами звукопоглощающих материалов Scania и AA12,5SMT показал, что разработанные звукопоглощающие материалы обладают высокими коэффициентами теплопроводности. Максимальным коэффициентом теплопроводности обладает образец, наполненный гидроксидом алюминия (X =0,163 Вт/м°^С). Также данный образец показал наилучшие результаты по звукопоглощению.
Химическая модификация полимеров основана на изменении химического строения получаемой многокомпонентной смеси с помощью введения целевых реакционноспособных активных добавок. Так как модификаторы легко могут встраиваться в структурную сетку исходной полимерной матрицы, то имеется возможность варьировать строение межузловых участков, и, следовательно, макроскопические свойства полиуретановых полимеров. Модификация полиуретановых композитов позволяет
добиться усиления эксплуатационных показателей (упругость, звукопоглощение). В результате химической реакции полиэтиленполиамина с полиизо-цианатом образуется гель-фракция, которая в дальнейшем выступает в роли дополнительного источника диссипации колебательной энергии [7].
Хорошие звукопоглощающие и теплопроводя-щие свойства достигаются за счет смешанной (открыто-закрытой) пористой структуры материалов, а также благодаря оптимально подобранным соотношениям матрица-наполнитель.
Полученные результаты позволяют рассмотреть возможность применения разработанных шумопог-лощающих материалов в качестве альтернативы серийным акустическим материалам.
Литература
1. ГОСТ 12.2.019-86 Система стандартов безопасности труда. Тракторы и машины самоходные сельскохозяйственные. Общие требования безопасности.
2. СанПиН 1102-73: Санитарные нормы и правила по ограничению вибрации и шума на рабочих местах тракторов, сельскохозяйственных мелиоративных, строительно-дорожных машин и грузового автотранспорта.
3. ГОСТ 12.1.003-83 Шум. Общие требования безопасности.
4. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.
5. Технические требования к материалам шумоизоляци-онных экранов а/м КАМАЗ.
6 .Интернет-ресурс: http://www.ntkcard.ru/info/76-
temperatumye-pokazateH-dizelnogo-topHva (Дата обращения: 10.09.2016). 7.Интернет-ресурс:http://www.paromash.ru/ svojstva_polimernyh_teploizolyacionyh_materialov_ ptmpenoplastov.html. (Дата обращения: 10.09.2016).
© С. М. Вахитова, аспирант кафедры «Материалов, технологий и качества» Автомобильного отделения Набережночелнинского института (филиала) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Автомобильное отделение, e-mail: vakhitova.svetlana@yandex.ru; М. М. Ганиев, доктор технических наук, профессор, директор Набережночелнинского института (филиала) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", e-mail: chelny@kpfu.ru; Л. Н. Шафигуллин, кандидат технических наук, доцент кафедры «Материалов, технологий и качества» Автомобильного отделения Набережночелнинского института (филиала) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Автомобильное отделение, e-mail: misharin_82@mail.ru; Э. Р. Галимов, д.т.н., профессор зав. каф. МСиПБ КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева, kstu-material@mail.ru; И. А. Абдуллин, д.т.н., профессор, проректор по НДИП, зав. каф. ТИПиКМ КНИТУ, ilnur@cnit.ksu.ras.ru.
© S. M. Vakhitova, graduate student of the department "Materials, technology and quality" department Car Naberezhnye Chelny Institute, Kazan (Volga region) Federal University, e-mail: vakhitova.svetlana@yandex.ru; M. M. Ganiev, doctor of technical sciences, Professor, director of Naberezhnye Chelny Institute, Kazan (Volga region) Federal University, e-mail: chelny@kpfu.ru; L. N. Shafigullin, Ph.D., associate professor of the department "Materials, technology and quality" department Car Naberezhnye Chelny Institute, Kazan (Volga region) Federal University, e-mail: misharin_82@mail.ru; E. R. Galimov, Doctor of Technical Sciences, Professor, Tupolev Kazan National Research Technical Universe, kstu-material@mail.ru; I. A. Abdullin, Doctor of Technical Sciences, Professor, Kazan National Research Technological Universe, ilnur@cnit.ksu.ras.ru.
