Исследование и разработка технологии шумопонижающих материалов различного функционального назначения (стр. 2 из 5)
Экспериментальная часть работы
Глава 3. Модификация битумных и резино-битумных материалов базальтовыми волокнами с целью повышения комплекса физико-механических и акустических свойств вибропоглощающих шумопонижающих материалов
3.1 Исследование влияния базальтовых волокон на свойства битумных вибропоглощающих и резино-битумных звукоизолирующих композиций
Основными задачами при решении проблемы создания битумных композиционных материалов на основе базальтовых волокон являются улучшение их вибропоглощающих, звукоизолирующих и прочностных свойств с одновременным снижением массы, и исключение из рецептуры канцерогенного асбеста с сохранением высоких термостойких свойств материала. В качестве контрольных образцов использовались широко применяемые серийные резинобитумная и битумная смеси, в состав которых входят битум, сэвилен, микросферы, диоктифталат, мел, асбест и др. компоненты (табл 1). Асбест входит в состав резинобитумных композиций в количестве 2-3%, битумных – 4-5%.
Свойства композиции определяются как количественным соотношением, так и свойствами отдельных составляющих. Базальтовая вата используется в качестве теплоизоляционного материала в азотно-кислородных установках, атомных станциях, магистральных теплопроводах и др. После истечения срока эксплуатации некондиционная (отработанная) вата вывозится на свалку. Поэтому использование такой ваты, наряду с кондиционной, при разработке вибропоглощающих битумных и звукоизолирующих резино-битумных материалов является перспективным направлением.
С этой целью изготовлены и исследованы образцы звукоизолирующей резино-битумной композиции по ТУ 38.105.1619-87 с различным процентным содержанием некондиционной базальтовой ваты, заменяющей асбест (табл.1, 2).
Таблица1
Составы резино-битумных звукоизолирующих композиций
| Наименование компонента | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Массовые доли, % | ||||||
| Битум (марка«Пластбит2») | 17,0 | 19,0 | 20,0 | 20,0 | 21,0 | 23,0 |
| Сэвилен м. 11306-075 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 2,0 | 1,0 |
| Дибутилфталат | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
| Мел (марка МТД-Б) | 65,0 | 64,0 | 63,0 | 65,0 | 63,0 | 62,0 |
| Бутадиен-сти-рольный каучук | 8,0 | 8,0 | 10,0 | 8,0 | 8,0 | 8,0 |
| Вата базальтовая (некондиц) | 8,0 | 7,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
По внешнему виду полученная смесь технологична, пластична, волокна равномерно распределены по всему объему замеса, материал легко каландруется. При использовании кондиционной базальтовой ваты для изготовления битумных композиций не достигается равномерное распределение в объеме смеси и в результате получается неоднородный материал. Для достижения равномерности распределения волокон в смеси необходимо увеличивать продолжительность перемешивания и проводить дополнительную подготовку кондиционной ваты путем её разволокнения. При этом, как видно из таблицы 2, физико-механические показатели резинобитумных материалов на основе некондиционной ваты не ухудшаются. Это ранее было доказано и для базальтопластиков.
Таблица 2
Физико-механические свойства резинобитумных материалов на основе кондиционной и некондиционной базальтовой ваты
| Базальтоваявата | Условная прочность при растяжении, кгс/см2 | Относительное удлинение при разрыве, % | Плотность, кг/м3 | ||
| в продольном направлении | в поперечном направлении | в продольном направлении | в поперечном направлении | ||
| Кондиционная | 3,50 | 2,9 | 71,0 | 77,0 | 1415 |
| Некондиционная | 3,65 | 2,7 | 70,0 | 76,0 | 1406 |
Примечание: содержание базальтовой ваты: 8%.
Из табл. 3 видно, что из шести отработанных композиций наиболее соответствуют требованиям ТУ по способности к звукоизоляции первые три, содержание некондиционной базальтовой ваты в которых составляет 5-8%. Первая композиция наиболее интересна, так как при наименьшей плотности 1406 кг/м3 материал обладает практически максимальной способностью к звукоизоляции. Серийные материалы при плотности материала менее 1550 кг/м³ не обеспечивают требуемой звукоизоляции, поэтому в технических условиях требование к плотности материала одно из самых определяющих.
Таблица 3
Физико-механические характеристики резино-битумных звукоизолирующих композиций на основе некондиционных базальтовых волокон.
| Физико-механическиепоказатели | Технические условия, ТУ38.105.1619-87 | Состав | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| Плотность, кг/м3, не менее | 1550 | 1406 | 1489 | 1550 | 1580,0 | 1548,0 | 1536,0 |
| Способность к звукоизоляции, Дб, не менее, при частоте Гц40050063080010001250160020002500315040005000 6300 | 5610121618223029293540 48 | 8,212,417,823,024,529,336,743,836,734,241,543,5 48,6 | 8,412,517,923,124,329,335,842,936,833,641,343,446,6 | 9,613,318,523,524,229,434,942,934,133,741,441,9 48,4 | 9,713,218,623,624,829,634,343,134,233,242,342,145,2 | 9,212,817,221,322,223,631,238,636,929,834,534,636,1 | 6,612,115,419,420,320,929,433,631,428,529,629,930,2 |
Преимущество первых трех композиций доказывает и зависимость условной прочности при растяжении и относительного удлинения при разрыве в продольном и поперечном направлениях для испытанных составов резинобитумных материалов. При нормах условной прочности при растяжении не менее 3,0 и 2,0 кгс/см² и относительного удлинения при разрыве – не менее 60 и 65% в продольном и поперечном направлениях, разработанные материалы обладают условной прочностью 3,0 –3,8 и 2,0-2,8 кгс/см², относительным удлинением 70-89 и 76-91%.
 |
 |
Рис. 1.Зависимость условной Рис. 2. Зависимость относительного
прочности при растяжении удлинения при разрыве
Анализируя полученные результаты определено оптимальное содержание некондиционной базальтовой ваты при изготовлении композиций для резинобитумных звукоизолирующих материалов – 5-8%.
В качестве битумного вибропоглощающего материала по ТУ38.105-15-40-84 изготовлены и исследованы образцы на основе некондиционной базальтовой ваты вместо асбеста (табл. 3,4). Анализируя физико-механические характеристики разработанных материалов видно, что лучшими характеристиками обладают композиции 4-7, содержание некондиционной базальтовой ваты в которых 6-10%. Данные образцы обладают высокой термостойкостью в отсутствии асбеста, масса 1 м² материалов находится в интервале 3,2-3,5 кг, а коэффициент потерь колебательной энергии на частоте (200±5) Гц при Т= 20 и 40ºС не уступает серийно изготавливаемой продукции 0,1 и 0,18.
Данные табл. 3-4 свидетельствуют, что для решения задач улучшения вибропоглощающих и технологических характеристик, снижения массы разрабатываемых материалов, сокращения времени изготовления битумной смеси и в конечном итоге времени изготовления готового материала была отработана другая битумная вибропоглощающая композиция (Таблица 5,6), в состав которой дополнительно были введены слюда марки СДФ по ГОСТ 19571-74; слюда флогопит молотая для металлургической промышленности СМФФ-160 по ТУ 21-25-241-80; микроволластонит фракционированный (МИВОЛЛ) м. 03-97 по ТУ 5777-006-40705684-2003. Это позволило сократить на 25% время изготовления битумной смеси, сохранить термостойкость и коэффициент потерь материала при значительно меньшей массе 1 м²- 2,7-3,2 кг. Оптимальное содержание некондиционной базальтовой ваты в данной композиции составляет 5-7%.
Таблица 3
Составы битумных вибропоглощающих композиций
| Наименованиекомпонента | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Битум (марка «Пластбит II») | 22,0 | 23,0 | 24,0 | 24,0 | 24,0 | 24,0 | 24,0 | 26,0 | 27,0 | 28,0 |
| Смола (марка «Политер» ) | 6,0 | 8,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 9,0 | 10,0 | 10,0 | 11,0 |
| Ди-(2-этилгексил)-фталат | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 |
| Мел (марка МТД-Б) | 48.0 | 45,0 | 44,0 | 42,0 | 40,0 | 38,0 | 40,0 | 36,0 | 35,0 | 34,0 |
| Микросферы | 20,0 | 19,0 | 18,0 | 17,0 | 17,0 | 17,0 | 15,0 | 16,0 | 16,0 | 15,0 |
| Некондиц. базальтов. ваты | 2,0 | 3,0 | 3,0 | 6,0 | 8,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
Таблица 4
Физико-механические характеристики битумных вибропоглощающих композиций
| Физико-механические показатели | Норма по ТУ 38.105-15-40-84 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Огнестойкость | Самозат. | Самозат. | Самозат. | Самозат. | Самозат. | Самозат. | Самозат. | Самозат. | Самозат. | Самозат. | Самозат. |
| Масса 1м², кг | Не более 3,6 | 3,3 | 3,4 | 3,6 | 3,5 | 3,4 | 3,3 | 3,2 | 2,9 | 2,8 | 2,6 |
| Толщина ,мм | 3,0-3,3 | 3,0 | 3,1 | 3,2 | 3,2 | 3,2 | 3,1 | 3,2 | 2,6 | 2,5 | 2,3 |
| Термостойкостьпри температуре (180±2)ºС | Материал должен плотно прилегать к ме-таллу. На по-верхности образцов не должно быть пузырей,подтеков | Несоответ. | Несоответ. | Соответ. | Соответ. | Соответ. | Соответ. | Соответ. | Соответ. | Соответ. | .Соответ. |
| Стабильность в размерах, % | В пределах ±5 | 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
| Коэффициент потерь на частоте (200±5) Гц , при Т=40ºС при Т=20ºС | Не менее0,10,17 | 0,060,1 | 0,090,15 | 0,10,16 | 0,10,17 | 0,10,18 | 0,110,18 | 0,10,18 | 0,090,17 | 0,090,16 | 0,080,15 |
Таблица 5
Составы битумных вибропоглощающих композиций