Исследование и разработка технологии шумопонижающих материалов различного функционального назначения (стр. 4 из 5)
Таблица 9
Сравнительные физико-механические характеристики вибропоглощающих битумных материалов на основе модифицированной и немодифицированной некондиционной базальтовой ваты.
| № п/п | Наименование показателя | Норма по ТУ38.105-15-40-84 | Характеристики образцов,изготовленных из | |
| некондиц. базальтовой ваты 10% | модиф. некондиц. базальтовой ваты 10% | |||
| 1 | Огнестойкость | Самозатухаю-щий | Самоза-тухающий | Самоза-тухахающий |
| 2 | Масса 1 м²,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)ºСв 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=40ºС,Т=20ºС | 0,1 0,17 | 0,110,18 | 0,13 0,21 |
Анализ полученных результатов испытаний звукоизолирующего резинобитумного материала с использованием модифицированной и немодифицированной некондиционной базальтовой ваты (табл. 10) показывает более значительное улучшение физико-механических характеристик звукоизолирующего резинобитумного материала с использованием модифицированной некондиционной базальтовой ваты. Практически в 2 раза повышается условная прочность при растяжении как в продольном, так и в поперечном направлении. При этом 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 (400-5000Гц) .
Таблица 10
Сравнительные физико-механические характеристики звукоизолирующих разработанных резинобитумных материалов на основе модифицированной и немодифицированной некондиционной базальтовой ваты
| № п/п | Наименование показателя | Норма по ТУ38.305-57-077-93 | 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 | 3,02,0 | 3,652,7 | 7,76,5 |
| 2 | Относительное удлинение при разрыве, %, не менее- в продольном направлении- в поперечном направлении | 60,065,0 | 70,076,0 | 8680 |
| 3 | Способность к звукоизоляции, Дб, не менее, при частоте Гц400500630800100012501600200025003150400050006300 | 3333555555101212 | 76646910101310121621 | 777571012131614181919 |
Применение модифицированной базальтовой ваты позволит увеличить долговечность изделий на ее основе, стабилизировать изготовление сложных формованных изделий разнообразной геометрической формы, значительно облегчив при этом готовое изделие.
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 (кондиционной и некондиционной) характерны следующие полосы поглощения: 3409 (3440), 2820 (2920), 2320 (2340), 1640 (1645), 1400 (1400), 1045 (1040), 800, 594,7 и 555,7 см-1
Относительно интенсивная полоса поглощения с максимумом 3409 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 1045 см-1 обусловлена валентными колебаниями связи Si-Oв цепочном кремнекислородном мотиве: апорит 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-Oи кремнийкислородные мостики Si-O- Si и О- Si-О. В состав базальта в качестве примеси входит ортосиликат оливин 2MgO
SiO2 -2FeO SiO2, 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-Oв изолированных тетраэдрах. Очень слабый максимум при 1640 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 2920см-1, 2340 см-1, 1400 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 : ассиметричные – 1458 см-1, симметричные - 1375 см-1; полосы поглощения конденсированных ароматических соединений – 1602 см-1, полосу связанной воды в районе 3200 см-1и узкий слабовыраженный максимум при 1025 см-1 обусловленный валентными колебаниями связи С=О.
Рис. 5ИКС-спектры: а) базальтовая вата: 1- кондиционная вата;
2- некондиционная вата; б)1- спектр битумного вибропоглощающего материала; 2-резинобитумный вибропоглощающий материал
На ИК-спектрах битумных композиционных образцов (рис. 5 б) 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 органо-силикатные 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.4), которые свидетельствуют о более полном химическом и физическом взаимодействии функциональных групп битума с базальтовыми волокнами. По данным ТГА (табл.4), битумные композиции на основе кондиционной и некондиционной базальтовой ватой в сравнении со битумными материалами на основе асбеста более термостойки. Так, потери массы при 3000С у битумных и резинобитумных материалов с асбестом составляют 16 и 14%, а с базальтовыми волокнами –13 и 11%, то есть на 12,5% меньше, при 8000С – с асбестом 80 и 69%, с базальтовыми волокнами 70 и 66% ( на 14,3% меньше).
В целом деструкция предлагаемых образцов смещается в область более высоких температур по сравнению с серийным материалом. Об этом свидетельствуют и более высокие значения энергии активации деструкции предлагаемых материалов (табл.4).
Таблица 4
Сравнение термостойкости битумных и резинобитумных композиций методом термогравиметрического анализа
| Состав | Потери массы, % при температуре, º C | Энергия активации, кДж/моль | |||||||
| 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | ||
| Битумный материал (асбест 5%) | 4 | 8 | 16 | 31 | 58 | 66 | 70 | 80 | 358,1 |
| Резинобитумный материал (асбест2%) | 3,0 | 5,0 | 14 | 28 | 45 | 57 | 59 | 69 | 344,2 |
| Битумный материал (некон. базальтовая вата 10%) | 3 | 5 | 13 | 26 | 50 | 61 | 62,5 | 70 | 560,0 |
| Битумный материал (кон. базальтовая вата 10%) | 3,1 | 4,8 | 12,8 | 25 | 49,6 | 60 | 61 | 68,2 | 557,0 |
| Резинобитумный материал (некон. базальтовая вата 8%) | 2,9 | 3,5 | 11,0 | 23 | 39 | 51 | 53 | 66 | 404 |
| Резинобитумный материал (кон. базальтовая вата 8%) | 2,7 | 3,4 | 10,4 | 22,6 | 38,4 | 50,1 | 51,8 | 64,2 | 402 |
Термогравиметрический анализ показал, что введение базальтовых волокон повышает термостойкость битумных композиционных материалов в среднем на 14 %.