Полимерный звукопоглощающий материал и способ его изготовления

Изобретение относится к области звукопоглощающих полимерных композиционных материалов. При изготовлении полимерного звукопоглощающего материала разрезают и размещают внутри слоя ячеистой структуры пористый звукопоглощающий наполнитель толщиной не менее 3 мм посредством его вдавливания. Затем звукопоглощающий наполнитель располагают внутри указанной структуры на такую высоту, чтобы с обеих сторон звукопоглощающего наполнителя содержались воздушные полости толщиной не менее 2 мм. Звукопоглощающий наполнитель располагают посредством вдавливания поверх него второго слоя из полимерного материала с плотностью менее 0,3 г/см3 и прочностью на срез не более 2 МПа, с последующим удалением последнего. После чего проводят гидрофобизацию звукопоглощающего наполнителя и его приклеивание к стенкам ячеек посредством его пропитки раствором на основе фтор- или кремнийорганического каучука. Другое изобретение группы относится к полимерному звукопоглощающему материалу, изготовленному указанным выше способом. Группа изобретений позволяет упростить изготовление звукопоглощающего материала, снизить его вес и влагопоглощение. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к области звукопоглощающих полимерных композиционных материалов, предназначенных для использования преимущественно в наружном контуре двигателя и мотогондолы двигателя, в том числе в воздухозаборнике, каналах авиационного двигателя и прочих звукопоглощающих конструкциях.

Известен способ изготовления трубчатого звукопоглощающего материала (панели) для звукопоглощающего устройства, включающий намотку ленты пропитанного связующим композиционного материала на формообразующие резиновые вкладыши, сборку обмотанных вкладышей в пакет, полимеризацию пакета в тепловой печи, охлаждение пакета и извлечение формообразующих вкладышей. Перед намоткой композиционного материала на поверхность формообразующих вкладышей наносят слой фторопластовой суспензии и сушат при температуре 15-35°C в течение 25-40 мин, в процессе полимеризации сначала нагревают пакет до температуры 115-125°C, выдерживают при этой температуре в течение часа, затем продолжают нагрев до температуры 165-175°C и выдерживают при этой температуре в течение 2,5 ч, при этом нагрев пакета производят со скоростью не менее 15°C/ч, а охлаждение производят сначала в тепловой печи до температуры 40°C, затем на воздухе до комнатной температуры, причем формообразующие вкладыши извлекают не ранее 24 ч и не позднее 48 ч после проведения полимеризации (RU 2384721 C1, 20.03.2010).

Недостатком вышеописанного способа изготовления трубчатого звукопоглощающего материала является большая трудоемкость, связанная с необходимостью изготовления каждой ячейки по отдельности и также необходимостью перфорации каждого слоя материала в случае использования многослойной звукопоглощающей конструкции.

Известен трубчатый звукопоглощающий материал, входящий в состав звукопоглощающего устройства турбовентиляторного двигателя. Устройство содержит корпус и скрепленные с ним перфорированные трактовую стенку и прямоугольные трубчатые заполнители из описанного материала, трубчатые заполнители выполнены с перекрестными слоями волокнистого материала и расположением их в боковых стенках под углом 60-80° к трактовой стенке (RU 2346171 C1, 10.02.2009).

Недостатками вышеописанного материала являются узкий диапазон частот эффективной работы и большой вес, обусловленный высокой плотностью волокнистого материала и его структурой, представляющей собой соединенные между собой единичные трубчатые ячейки.

Известен звукопоглощающий материал, включающий слой ячеистой структуры и помещенный внутрь него звукопоглощающий наполнитель, имеющий толщину до 50% от толщины слоя ячеистой структуры. Над звукопоглощающим наполнителем и под ним содержатся воздушные полости толщиной более 1,25% от толщины слоя ячеистой структуры (US 4421201 A, 20.12.1983).

В описанном аналоге отсутствуют сведения о гидрофобизирующей обработке и методе крепления звукопоглощающего наполнителя в ячейке. Звукопоглощающие наполнители, как правило, имеют достаточно большое влаго- и водопоглощение, в связи с чем без дополнительной гидрофобизирующей обработки акустические характеристики будут значительно снижаться при попадании влаги и агрессивных жидкостей на материал, а также снизится срок эксплуатации конструкции с применением данного материала.

Наиболее близким аналогом предложенной группы изобретений является звукопоглощающий материал и способ его получения, описанные в /US 2008/0251315 A1, 16.10.2008/. Звукопоглощающий материал включает слой ячеистой структуры и размещенный в нем звукопоглощающий наполнитель, имеющий толщину меньше толщины слоя ячеистой структуры. Воздушные полости содержатся над звукопоглощающим наполнителем и под ним. В качестве звукопоглощающего наполнителя используется воздухопроницаемый материал. Звукопоглощающий наполнитель прикреплен к стенкам ячеек при помощи клея с термостойкостью не менее 148°С.

Способ изготовления данного звукопоглощающего материала, взятый за прототип, включает следующие операции. Вначале из воздухопроницаемого материала нарезают листы, имеющие площадь больше площади поперечного сечения ячейки ячеистой структуры, помещают указанные листы в ячейки с помощью оснастки с поперечным сечением, соответствующим поперечному сечению ячейки, и размещают наполнитель внутри ячейки на нужную высоту. Поскольку площадь листа наполнителя больше площади поперечного сечения ячейки, края листа загибаются в ячейке и образуют фланцы, которые удерживают материал внутри ячейки за счет трения. Центральная область листа наполнителя выступает в роли резонатора, закрывающего отверстие ячейки. После размещения наполнителя внутри ячеек заготовку звукопоглощающего материала помещают в емкость с клеем на глубину, позволяющую пропитать фланцы и не допустить попадания клея на поверхность наполнителя, выполняющую роль резонатора. После полимеризации клея материал готов к эксплуатации (US 2008/0251315 A1, 16.10.2008, абзацы 0023, 0026, 0029, 0031, 0033, 0035. Fig. 3-4, 6-7).

Недостатком способа-прототипа изготовления звукопоглощающего материала является высокая трудоемкость, связанная с размещением звукопоглощающего наполнителя в каждой ячейке по отдельности. Автоматизация описанного технологического процесса требует высокой повторяемости размеров ячеек, а также дорогостоящего оборудования.

Отсутствие возможности размещения наполнителя внутри ячеек посредством вдавливания слоя наполнителя в ячеистую структуру связано с расположением в каждой ячейке наполнителя п-образной формы, а также тем, что для этого может подойти только звукопоглощающий наполнитель пористого типа, поскольку наполнители других типов довольно проблематично разрезать об края ячеистой структуры и поместить внутрь нее лишь благодаря вдавливанию.

Клей и наличие фланцев увеличивают вес конструкции. Операция приклеивания и, как правило, требуемая после этого термообработка заготовки материала усложняют процесс его изготовления.

В способе-прототипе не указаны типы связующих, которыми пропитан звукопоглощающий наполнитель, при том что для гидрофобизации звукопоглощающего наполнителя с сохранением акустических свойств материала на высоком уровне возможно применение ограниченного числа связующих.

Лишь с применением немногих связующих возможно гидрофобизировать звукопоглощающий наполнитель с сохранением акустических свойств материала на высоком уровне.

Задачей предложенной группы изобретений является разработка прочного звукопоглощающего материала, способного эффективно работать в широком частотном диапазоне в условиях сильного шумового фона, с улучшенной относительно прототипа способностью сохранения акустических свойств после воздействия влаги, а также разработка способа его получения со сниженной трудоемкостью за счет оптимизации процесса приклейки звукопоглощающего наполнителя к стенкам ячеек.

Техническим результатом предложенной группы изобретений является упрощение технологического процесса изготовления звукопоглощающего материала, снижение веса и влагопоглощения звукопоглощающего материала при достижении высоких акустических характеристик (коэффициент звукопоглощения α более 0,8) в широком частотном диапазоне (от 900 до 6000 Гц).

Технический результат достигается предложенным способом изготовления полимерного звукопоглощающего материала, включающим разрезание и размещение звукопоглощающего наполнителя внутри слоя ячеистой структуры и приклеивание указанного наполнителя к стенкам ячеек, при этом разрезают и размещают внутри слоя ячеистой структуры пористый звукопоглощающий наполнитель толщиной не менее 3 мм посредством его вдавливания, затем звукопоглощающий наполнитель располагают внутри указанной структуры на такую высоту, чтобы с обеих сторон звукопоглощающего наполнителя содержались воздушные полости толщиной не менее 2 мм, причем звукопоглощающий наполнитель располагают посредством вдавливания поверх него второго слоя из полимерного материала с плотностью менее 0,3 г/см3 и прочностью на срез не более 2 МПа, с последующим его удалением, после чего проводят гидрофобизацию звукопоглощающего наполнителя и его приклеивание к стенкам ячеек посредством пропитки раствором на основе фтор- или кремнийорганического каучука.

С целью регулировки акустических характеристик и плотности получаемого материала стадии разрезания, размещения и расположение звукопоглощающего наполнителя можно повторить по меньшей мере два раза, причем таким образом, чтобы с обеих сторон каждого размещенного внутри ячейки наполнителя содержались воздушные полости толщиной не менее 2 мм. Использование нескольких тонких слоев наполнителя, размещенных внутри ячеистой структуры, вместо одного может быть более предпочтительно для использования в конструкциях авиационных двигателей, например, в случае создания в воздушных каналах граничных условий, обеспечивающих экспоненциальное снижение уровня шума, генерируемого силовой установкой двигателя.

Структура предложенного звукопоглощающего материала представлена на фиг. 1 (изометрическая проекция) и фиг. 2 (вид сбоку). Цифры на фигурах обозначают:

1 - наполнитель;

2 - слой ячеистой структуры (сотопласт);

3, 4 - воздушные полости.

Данная структура позволяет снизить плотность, повысить гидрофобность материала, а также добиться эффективного звукопоглощения в широком диапазоне частот. Применение описанной технологии изготовления позволяет снизить трудоемкость изготовления, а также проводить технологический процесс независимо от качества сотопласта.

Использование пористого звукопоглощающего наполнителя позволяет осуществить его вдавливание внутрь слоя ячеистой структуры, за счет чего стадии разрезания наполнителя и его размещения в ячеистой структуре осуществляются одновременно.

Размещение наполнителя в ячеистой структуре производят посредством вдавливания второго слоя из полимерного материала с плотностью менее 0,3 г/см3 и прочностью на срез не более 2 МПа. Данные свойства необходимы для того, чтобы материал можно было разрезать о края сотопласта. Такими материалами могут служить, например, пористые пенополиуретаны, пенополиимиды и так далее.

Снижение плотности материала достигается за счет отсутствия необходимости использования клея в процессе изготовления материала, а также отсутствия необходимых для приклейки наполнителя фланцев, содержащихся в материале-прототипе. При этом толщина звукопоглощающего наполнителя не менее 3 мм, а также наличие воздушных полостей дает возможность варьировать акустические характеристики для достижения значений звукопоглощения и веса материала, рекомендуемых при использовании в авиастроении. В случае если толщина воздушных полостей будет небольшой, а материал еще не будет пропитан гидрофобизирующим раствором, в процессе формования из материала звукопоглощающих конструкций наиболее распространенным методом с применением клеевых галтелей клей будет впитываться в звукопоглощающий наполнитель, что снизит акустические свойства звукопоглощающей конструкции.

Толщина звукопоглощающего наполнителя менее 3 мм приводит к уменьшению частотного диапазона звукопоглощения, а также к ухудшению качества изготовления материала и равномерности свойств. Приклейка звукопоглощающего наполнителя к стенкам сот также будет затруднена, поскольку в таком случае возможны дефекты расположения наполнителя в ячейке, такие как изменение положения наполнителя в слое ячеистой структуры и угол кривизны наполнителя, что приведет к снижению прочности фиксации наполнителя в ячейке, а также акустических характеристик.

Наряду с этим экспериментально было установлено, что использование растворов на основе фтор- или кремнийорганических каучуков (например, марок СКТС-ФН-50, СКТН-Г) для пропитки пористого звукопоглощающего наполнителя в сотопласте позволяет добиться:

- гидрофобизации материала за счет образования гидрофобной пленки на развитой поверхности пористого звукопоглощающего наполнителя,

- надежного приклеивания пористого наполнителя к стенкам ячеек за счет высокой адгезии состава пропиточного раствора к пористому звукопоглощающему наполнителю и стенкам ячеистой структуры и, как следствие, отсутствия необходимости дополнительного использования клея. Это, в свою очередь, исключает проведение дополнительных технологических операций по приклеиванию наполнителя и приводит к уменьшению плотности материала,

- сохранения эластичности звукопоглощающего наполнителя, что благоприятно сказывается на акустических характеристиках материала.

Таким образом, возможность упрощения способа обеспечивается за счет использования пористого звукопоглощающего наполнителя и экспериментально подобранного для его пропитки с целью гидрофобизации и приклеивания раствора на основе фтор- или кремнийорганического каучука, который при толщине звукопоглощающего наполнителя и каждой воздушной полости не менее 2 мм наряду с вышеуказанным обеспечивает материалу коэффициент звукопоглощения α более 0,8 в диапазоне частот от 900 до 6000 Гц.

Примеры осуществления

Пример 1

Звукопоглощающий материал был изготовлен следующим способом. Вначале произвели вдавливание в гидравлическом прессе звукопоглощающего наполнителя из открыто пористого пенопласта толщиной 5 мм в ячеистую структуру (сотопласт) толщиной 30 мм. Далее поверх слоя наполнителя производили вдавливание второго слоя, представляющего собой пористый пенопласт толщиной 12,5 мм. После этого второй слой был механически удален из ячеистой структуры. Данная операция обеспечила выставление звукопоглощающего наполнителя внутри указанной структуры таким образом, что с двух сторон звукопоглощающего наполнителя содержались воздушные полости толщиной 12,5 мм. Далее проводили гидрофобизацию наполнителя и его приклеивание к стенкам ячеек посредством его пропитки раствором на основе кремнийорганического каучука СКТС-ФН-50 (85%-ный раствор) путем окунания в пропиточную ванну таким образом, чтобы звукопоглощающий наполнитель, расположенный внутри ячейки, полностью погрузился в раствор.

Пример 2

Звукопоглощающий материал был изготовлен по примеру 1, однако звукопоглощающий наполнитель имел толщину 3 мм. Его выставление в ячеистой структуре проводили таким образом, что высота фронтальной воздушной полости составила 2 мм, а тыльной - 25 мм.

Пример 3

Звукопоглощающий материал был изготовлен по примеру 1, однако звукопоглощающий наполнитель пропитывали кремнийорганическим каучуком СКТН-Г (70%-ный раствор).

Пример 4

Звукопоглощающий материал был изготовлен по примеру 1, однако использовали звукопоглощающий наполнитель пористо-волокнистого типа (базальтовую вату) толщиной 10 мм. Его выставление в ячеистой структуре проводили таким образом, что высота воздушных полостей составила по 10 мм. Звукопоглощающий наполнитель пропитывали раствором на основе фторорганического каучука СКФ-26 (20%-ный раствор).

Пример 5

Звукопоглощающий материал был изготовлен по примеру 1, однако звукопоглощающий наполнитель пропитывали гидрофобизирующим составом на основе фторорганического каучука СКФ-32 (15%-ный раствор).

Пример 6

Был изготовлен звукопоглощающий материал способом, включающим следующие операции. Вначале произвели вдавливание в гидравлическом прессе звукопоглощающего наполнителя из открыто пористого пенопласта толщиной 3 мм в ячеистую структуру (сотопласт) толщиной 30 мм. Далее поверх слоя наполнителя производили вдавливание второго слоя, представляющего собой пористый пенопласт толщиной 3 мм. После этого второй слой был механически удален из ячеистой структуры. Данная операция обеспечила выставление звукопоглощающего наполнителя внутри указанной структуры таким образом, что с двух сторон звукопоглощающего наполнителя содержались воздушные полости толщиной 3 и 24 мм.

После этого материал перевернули и повторили операции, разместив внутри ячеистой структуры второй слой наполнителя, представляющего собой пористоволокнистый материал (базальтовую вату) толщиной 5 мм.

Таким образом, в материале были размещены 2 слоя наполнителя толщиной 3 и 5 мм, высота фронтальной и тыльной воздушных полостей составила по 3 мм, высота воздушной полости между наполнителями составила 16 мм.

Для 3 образцов материала, изготовленных согласно описанным примерам, были определены следующие свойства: плотность (по ГОСТ 15902.2), коэффициент звукопоглощения (по ОСТ-19043 5-2007) и влагопоглощение (по ГОСТ 3816).

Средние показатели свойств (по трем образцам) предложенного полимерного звукопоглощающего материала приведены в таблице.

Таким образом, предложенный способ обладает значительно уменьшенной трудоемкостью процесса изготовления полимерного звукопоглощающего материала и обеспечивает получение легкого материала с низкой степенью влагопоглощения и высокими акустическими характеристиками (коэффициентом звукопоглощения α более 0,8) в частотном диапазоне от 900 до 6000 Гц.

1. Способ изготовления полимерного звукопоглощающего материала, включающий разрезание и размещение звукопоглощающего наполнителя внутри слоя ячеистой структуры и приклеивание указанного наполнителя к стенкам ячеек, отличающийся тем, что разрезают и размещают внутри слоя ячеистой структуры пористый звукопоглощающий наполнитель толщиной не менее 3 мм посредством его вдавливания, затем звукопоглощающий наполнитель располагают внутри указанной структуры на такую высоту, чтобы с обеих сторон звукопоглощающего наполнителя содержались воздушные полости толщиной не менее 2 мм, причем звукопоглощающий наполнитель располагают посредством вдавливания поверх него второго слоя из полимерного материала с плотностью менее 0,3 г/см3 и прочностью на срез не более 2 МПа, с последующим его удалением, после чего проводят гидрофобизацию звукопоглощающего наполнителя и его приклеивание к стенкам ячеек посредством его пропитки раствором на основе фтор- или кремнийорганического каучука.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что стадии разрезания, размещения и расположения звукопоглощающего наполнителя внутри ячеистой структуры повторяют по меньшей мере два раза таким образом, чтобы с обеих сторон каждого размещенного внутри ячейки наполнителя толщиной не менее 3 мм содержались воздушные полости толщиной не менее 2 мм.

3. Полимерный звукопоглощающий материал, отличающийся тем, что он изготовлен способом по п. 1.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к пенопласту на основе фенольных смол и его применению. Пенопласт изготавливается по меньшей мере с применением следующих стадий: а) изготовление преполимера путем конденсации по меньшей мере фенольного соединения и формальдегида в соотношении 1:1,0-1:3,0 с применением 0,15-5 мас.% от количества используемого сырья основного катализатора при температуре от 50 до 100°C с получением коэффициента преломления реакционной смеси 1,4990-1,5020, измеренного при 25°C в соответствии с DIN 51423-2; б) добавка от 5 до 40 мас.% от количества используемого сырья по меньшей мере одного натурального полифенола при температуре от 50 до 100°C; в) добавка от 2 до 10 мас.% от количества используемого сырья одного или нескольких эмульгаторов и их смесей; г) добавка от 2 до 10 мас.% от количества используемого сырья одного или нескольких порообразователей и их смесей; д) добавка от 10 до 20 мас.% от количества используемого сырья отвердителя и е) отверждение.

Изобретение относится к жестким вязкоупругим материалам, которые могут быть использованы для вибропоглощения и звукоизоляции в машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к промышленной акустике, в частности к широкополосному и низкочастотному шумоглушению, и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства при шумоглушении в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

Многослойная панель акустической обработки содержит первую сердцевину с ячеистой структурой, размещенную между перфорированным покрытием и промежуточным покрытием и вторую сердцевину с ячеистой структурой, размещенную между промежуточным покрытием и непрерывным покрытием.

Камера сгорания газовой турбины, включающая в себя глушитель, содержащий полость резонатора с впуском и трубой горловины, сообщающейся по текучей среде с внутренней частью камеры сгорания и полостью резонатора, и компенсационный узел.

Изобретение относится к области звукопоглощающих полимерных композиционных материалов, предназначенных для использования преимущественно в двигателях и мотогондолах двигателей.

Жаровая труба камеры сгорания содержит кольцевую внутреннюю жаровую трубу, кольцевую наружную жаровую трубу, по меньшей мере, один резонатор, горловину и уплотнительное кольцо.

При изготовлении кольцевого звукопоглощающего устройства, состоящего из звукопоглощающих секций, скрепленных по окружности друг с другом, в полость корпуса сборочного приспособления укладывают препрег стенки заготовки секции с прилеганием к днищу и торцам полости корпуса сборочного приспособления.

Изобретение относится к демпферу для уменьшения пульсаций давления в газовой турбине. Демпфер содержит корпус, основную горловину, продолжающуюся от корпуса, разделительную пластину, внутреннюю горловину с первым концом и вторым концом и отклоняющий поток элемент.

Устройство выброса газа из газотурбинного двигателя содержит наружную и внутреннюю стенки, образующие между собой тракт прохождения газа. Внутренняя стенка образует центральный корпус, определяющий внутреннюю полость, а наружная стенка выполнена перфорированной и сообщается с наружной резонансной полостью с возможностью поглощения шума первой гаммы звуковых частот.

Изобретение относится к энергетике. Переходная часть камеры сгорания выполнена с возможностью направления газов сгорания в путь потока горячего газа, продолжающийся между трубчатой камерой сгорания и первой ступенью турбины в газовой турбине.

Конструкция стенки с шумопоглощающими изолирующими свойствами для воздухозаборного коллектора газотурбинной установки содержит первое средство для механического крепления внешнего листа, герметично разделяющего пространства с обеих сторон стенки, а также второе средство для крепления шумоизолирующего материала между пространствами с обеих сторон стенки.

Изобретение относится к энергетике. Система форсунок, включающая, по меньшей мере, две раздельные, расположенные рядом форсунки, каждая из которых включает, по меньшей мере, одну камеру сгорания и один головной торец, который включает, по меньшей мере, устройство впрыска топлива и устройство внутреннего воздушного смешивания топлива, причем каждая форсунка включает колпачок с боковой и верхней стороной, причем, по меньшей мере, верхняя сторона колпачка расположена в направлении потока перед головным торцом, за счет чего между верхней стороной колпачка и головным торцом образуется форкамера форсунки, причем, по меньшей мере, две форкамеры форсунок включают акустическое соединение.

Шумопоглощающая структура содержит сотовую структуру, теплоизоляционную перегородку и шумогасящий материал. Сотовая структура имеет первый край, располагаемый наиболее близко к высокотемпературной области, и второй край, а также содержит ячейку, ограниченную множеством стенок, проходящих между первым и вторым краями. Теплоизоляционная перегородка расположена внутри ячейки сотовой структуры рядом с первым краем последней. Шумогасящий материал расположен внутри ячейки сотовой структуры между теплоизоляционной перегородкой и вторым краем. При изготовлении шумопоглощающей структуры располагают теплоизоляционную перегородку внутри ячейки сотовой структуры рядом с первым краем последней, а шумогасящий материал внутри ячейки сотовой структуры -между теплоизоляционной перегородкой и вторым ее краем. Другие изобретения группы относятся к вариантам реактивного двигателя, включающего указанную выше шумопоглощающую структуру, а также к вариантам способа обеспечения теплоизоляции и ослабления шума реактивного двигателя, в каждом из которых упомянутую шумопоглощающую структуру располагают рядом с высокотемпературной областью реактивного двигателя. Группа изобретений позволяет снизить вес теплоизоляции шумопоглощающей структуры реактивного двигателя без снижения ее теплоизоляционных свойств. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх