RU2572542C2 - Composite material for vibration and acoustic protection and method for production thereof - Google Patents
Composite material for vibration and acoustic protection and method for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572542C2 RU2572542C2 RU2014123869/05A RU2014123869A RU2572542C2 RU 2572542 C2 RU2572542 C2 RU 2572542C2 RU 2014123869/05 A RU2014123869/05 A RU 2014123869/05A RU 2014123869 A RU2014123869 A RU 2014123869A RU 2572542 C2 RU2572542 C2 RU 2572542C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- filler
- composite material
- particles
- matrix
- rubber
- Prior art date
Links
Landscapes
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
Область примененияApplication area
Изобретение относится к области производства композиционных резиноподобных материалов на основе бутадиен-нитрильных, хлоропреновых, изопреновых и других видов каучуков, применяемых для изготовления элементов конструкций вибрационной и акустической защиты, в том числе, для создания гидроакустических покрытий.The invention relates to the production of composite rubber-like materials based on nitrile butadiene, chloroprene, isoprene and other types of rubbers used for the manufacture of vibration and acoustic protection structural elements, including the creation of hydroacoustic coatings.
Уровень техникиState of the art
Широко известно применение нанодисперсных углеродных частиц и волокон в качестве усиливающих наполнителей для повышения важнейших эксплуатационных характеристик резиноподобных материалов.It is widely known the use of nanodispersed carbon particles and fibers as reinforcing fillers to increase the most important performance characteristics of rubber-like materials.
Так, например, в опубликованной заявке СА 2670145 показан резиноподобный материал, в котором, при введении наноразмерного наполнителя, обеспечены повышение прочности материала при растяжении, устойчивость к воздействию нефтепродуктов и термостойкость. Из CN 1554693 известен резиноподобный материал (и способ его получения), в котором, благодаря использованию, в качестве наполнителя, углеродных нанотрубок, повышена термостойкость и износостойкость материала и его стойкость к старению, что позволило значительно расширить область его применения. Дополнительно можно сослаться также на опубликованную заявку CN 1615336, в которой показан синтетический резиновый или натуральный каучук, укрепленный углеродными нанотрубками и способ его получения. Полученный в результате материал обладает улучшенными механическими, физическими и химическими свойствами.So, for example, in published application CA 2670145, a rubber-like material is shown in which, with the introduction of a nanoscale filler, an increase in tensile strength of the material, resistance to oil products and heat resistance are provided. A rubber-like material (and a method for producing it) is known from CN 1554693, in which, thanks to the use of carbon nanotubes as a filler, the heat resistance and wear resistance of the material and its resistance to aging are increased, which significantly expand the scope of its application. Additionally, reference can also be made to published application CN 1615336, which shows synthetic rubber or natural rubber reinforced with carbon nanotubes and a method for producing it. The resulting material has improved mechanical, physical and chemical properties.
Указанные выше известные наномодифицированные резины применяются в основном в области шинной промышленности, а также для изготовления иных изделий в автомобилестроении, строительстве, легкой промышленности и проч. При этом они не обладают необходимыми повышенными звукоизолирующими и виброизолирующими характеристиками, что не позволяет использовать их для создания элементов конструкций вибрационной и акустической защиты, в том числе для создания гидроакустических покрытий, применение которых обеспечивает снижение уровней первичного и вторичного акустических полей защищаемого объекта, находящегося в воде при воздействии гидростатического давления.The aforementioned known nanomodified rubbers are mainly used in the field of the tire industry, as well as for the manufacture of other products in the automotive industry, construction, light industry and so on. At the same time, they do not have the necessary increased soundproofing and vibration isolating characteristics, which does not allow using them to create structural elements of vibration and acoustic protection, including the creation of hydroacoustic coatings, the use of which reduces the levels of primary and secondary acoustic fields of the protected object located in water when exposed to hydrostatic pressure.
При разработке новых звуко- и виброизоляционных материалов, например для гидроакустических покрытий, решаемые задачи связаны с необходимостью обеспечения высоких характеристик звукоизоляции, что может быть обеспечено высокой удельной массой, низким модулем упругости, а также высоким коэффициентом механических потерь применяемых материалов. Эти задачи зачастую решаются благодаря созданию резин с дисперсными наполнителями из металлов, оксидов или солей металлов, сплавов. В качестве наполнителей, улучшающих эксплуатационные свойства, могут также использоваться волокна (нити) из металлов и различных модификаций углерода.In the development of new sound and vibration insulation materials, for example for hydroacoustic coatings, the tasks to be solved are associated with the need to ensure high characteristics of sound insulation, which can be ensured by high specific gravity, low modulus of elasticity, and also a high coefficient of mechanical loss of the materials used. These tasks are often solved by creating rubbers with dispersed fillers of metals, oxides or metal salts, alloys. As fillers that improve operational properties, can also be used fibers (filaments) of metals and various modifications of carbon.
Так, например, из патента US 6790894 известен основанный на резине звукоизоляционный материал, включающий в качестве наполнителей дисперсные порошки из металла или его окисей, сплавов или солей и обычные компоненты смешивания, а в техническом решении по патенту US 5400296 в качестве наполнителя для звукоизоляционного резиноподобного материала используются стеклянные микросферы. В результате может достигаться повышение удельной массы или снижение модуля упругости и обеспечение определенного коэффициента механических потерь материала, при этом объемное содержание наполнителей достигает 40-80 масс. %, размер частиц наполнителя составляет от 10 до 100 мкм. Также иногда применяются сочетания наполнителей различной дисперсности (US 7263028), которые обладают различными характеристиками акустического импеданса. В этом случае вероятность поглощения энергии в материале увеличивается. Предполагается, что путем тщательного подбора материалов матрицы и наполнителя, разработчик может создать композитный материал с оптимальным балансом звукоизоляции и затухания колебаний, плотностью, прочностью и температурными характеристиками. Например, результатом технологии, изложенной в патенте US 6790894, стало улучшение целевых свойств материала: снижение напряжений при 100% деформациях с 1.16 до 0.87 МПа, повышение коэффициента механических потерь с 0.29 до 0.34, повышение плотности с 1100 до 3500 кг/м3. Однако несмотря на указанное выше благоприятное изменение эксплуатационных показателей модифицированного наполнителями звукоизоляционного резиноподобного материала, степень изменения показателей недостаточна, что выражается в недостаточной термостойкости и износостойкости композиционного материала, в недостаточно высоком коэффициенте механических потерь. Большое объемное содержание наполнителя в указанных материалах приводит к повышению жесткости материала и, следовательно, к ухудшению его звукопоглощающих свойств.Thus, for example, rubber-based soundproofing material is known from US Pat. No. 6,790,894, including dispersed powders of metal or its oxides, alloys or salts and common mixing components as fillers, and in the technical solution of US Pat. No. 5,400,296 as a filler for soundproof rubber-like material. glass microspheres are used. As a result, an increase in the specific gravity or a decrease in the elastic modulus and the provision of a certain coefficient of mechanical losses of the material can be achieved, while the volume content of fillers reaches 40-80 masses. %, the particle size of the filler is from 10 to 100 microns. Also sometimes combinations of fillers of various fineness are used (US 7263028), which have different characteristics of acoustic impedance. In this case, the probability of energy absorption in the material increases. It is assumed that by careful selection of matrix and filler materials, the developer can create a composite material with an optimal balance of sound insulation and vibration damping, density, strength and temperature characteristics. For example, the technology described in US Pat. No. 6,790,894 resulted in an improvement in the target properties of the material: reduction of stress at 100% strain from 1.16 to 0.87 MPa, increase in mechanical loss coefficient from 0.29 to 0.34, increase in density from 1100 to 3500 kg / m 3 . However, despite the aforementioned favorable change in the operational parameters of the modified soundproof rubber-like material modified by the fillers, the degree of change in the indicators is insufficient, which is expressed in the insufficient heat resistance and wear resistance of the composite material, in the insufficiently high coefficient of mechanical losses. The large volume content of the filler in these materials leads to an increase in the rigidity of the material and, consequently, to a deterioration in its sound-absorbing properties.
В качестве ближайшего аналога принято указанное выше техническое решение по патенту US 6790894, в описании к которому раскрывается состав звукопоглощающего резиноподобного материала и способ его изготовления.As the closest analogue, the above technical solution was made according to US Pat. No. 6,790,894, the description of which discloses the composition of the sound-absorbing rubber-like material and the method of its manufacture.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по созданию композиционного материала для вибрационной и акустической защиты с улучшенными эксплуатационными свойствами.The present invention is aimed at solving the problem of creating a composite material for vibration and acoustic protection with improved performance properties.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении коэффициента механических потерь резиноподобного композиционного материала (что обеспечивается за счет возможности выбора оптимального объемного содержания наполнителя), а также в повышении его термостойкости и износостойкости за счет создания пространственной жесткой теплопроводящей армирующей сетчатой структуры в материале.The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to increase the coefficient of mechanical loss of a rubber-like composite material (which is ensured by the possibility of choosing the optimal volume content of the filler), as well as to increase its heat resistance and wear resistance by creating a spatial rigid heat-conducting reinforcing mesh structure in the material .
Коэффициент механических потерь (КМП) является одной из важнейших характеристик звуко- и вибропоглощающих материалов. Он показывает, насколько эффективно уменьшаются вибрации при монтаже вибропоглотителя и вследствие этого - насколько снижается уровень излучения структурного шума. Физически КМП материала показывает степень влияния на рассеивание энергии и непосредственно связан со значением коэффициента потерь энергии в колебательной системе. Чем выше КМП, тем менее вероятно возникновение резонансов и меньше распространение структурного шума.The mechanical loss coefficient (KMP) is one of the most important characteristics of sound and vibration-absorbing materials. It shows how effectively vibration is reduced during the installation of a vibration absorber and, as a result, how much the level of radiation of structural noise is reduced. Physically, the CMF of the material shows the degree of influence on energy dissipation and is directly related to the value of the energy loss coefficient in the oscillatory system. The higher the CMF, the less likely the occurrence of resonances and less the propagation of structural noise.
Для достижения указанного технического результата предлагается звукоизоляционный и виброизоляционный композиционный материал и способ его получения.To achieve the specified technical result, a soundproofing and vibration-insulating composite material and a method for its production are proposed.
Предлагаемый композиционный материал включает матрицу на основе резиноподобного материала и наполнитель. В качестве наполнителя использованы углеродные нановолокна или нанотрубки, или углеродные ультрадисперсные частицы (наноразмерные частицы), или их сочетания при характерном диаметре для каждого из указанных видов наполнителя до 1 мкм, при этом объемное содержание наполнителя в композиционном материале составляет от 0,01% до 45%.The proposed composite material includes a matrix based on rubber-like material and a filler. The filler used carbon nanofibers or nanotubes, or carbon ultrafine particles (nanosized particles), or combinations thereof with a characteristic diameter for each of these types of filler up to 1 μm, while the volumetric content of the filler in the composite material is from 0.01% to 45 %
Предлагаемый способ получения заявляемого композиционного материала включает операцию введения наполнителя в матрицу, выполненную на основе резиноподобного материала с обеспечением равномерного распределения наполнителя в объеме матрицы. В качестве наполнителя используют углеродные нановолокна или нанотрубки, или углеродные ультрадисперсные (наноразмерные) частицы, или их сочетания при характерном диаметре для каждого из указанных видов наполнителя до 1 мкм, при этом объемное содержание наполнителя в композиционном материале составляет до 45%.The proposed method for producing the inventive composite material includes the operation of introducing a filler into a matrix made on the basis of rubber-like material with a uniform distribution of the filler in the matrix. As the filler, carbon nanofibres or nanotubes, or carbon ultrafine (nanosized) particles, or combinations thereof with a characteristic diameter for each of these types of filler up to 1 μm, are used, with the volumetric content of the filler in the composite material being up to 45%.
Оптимальное объемное содержание наполнителя в составе композиционного материала определяется на основе следующей зависимости:The optimum volumetric content of the filler in the composition of the composite material is determined based on the following relationship:
в которойwherein
гдеWhere
EM - комплексный модуль упругости матрицы,E M is the complex modulus of elasticity of the matrix,
EB - комплексный модуль упругости наполнителя,E B is the complex modulus of elasticity of the filler,
c∗ - объемное содержание межфазной области вокруг частиц наполнителя,c ∗ is the volume content of the interfacial region around the filler particles,
d - средний диаметр частиц наполнителя,d is the average particle diameter of the filler,
αM, αB - параметры, определяющие толщину межфазной зоны в матрице вокруг частиц наполнителя:α M , α B - parameters that determine the thickness of the interfacial zone in the matrix around the filler particles:
где D - среднее расстояние между частицами наполнителя,where D is the average distance between the particles of the filler,
GM, GB - комплексные модули сдвига матрицы и наполнителя,G M , G B - complex shear moduli of the matrix and filler,
l - длина волокон (если частицы имеют форму, близкую к сферической, то l=d).l is the length of the fibers (if the particles have a shape close to spherical, then l = d).
В качестве дополнительного материала, поясняющего возможности выбора (благодаря предложенному техническому решению) оптимального объемного содержания наполнителя в композиционном материале, обеспечивающего получение максимального значения коэффициента механических потерь резиноподобного композиционного материала, следует проанализировать опубликованную заявку JP 2010205254, в которой предлагается способ определения динамических свойств композиционных материалов со сферическими включениями в качестве наполнителя. Способ основан на применении аналитического самосогласованного метода и метода комплексных модулей, известных из механики композиционных материалов. Этот способ не позволяет определять свойства композиционных материалов с наноразмерными наполнителями. Используемая здесь расчетная модель механики композитов позволяют учесть только объемное содержание включений и не позволяет учитывать влияние размеров таких включений. В то же время влияние размеров включений на величину демпфирующих характеристик композитов является чрезвычайно значительным, так как в материале с мелкодисперсными наполнителями присутствует большее число межфазных зон и границ, которые играют важную роль в диссипации энергии. При этом методика, изложенная в опубликованной заявке, ориентирована на применение в автомобильной отрасли и не направлена на создание материалов для акустической защиты.As an additional material explaining the possibility of choosing (thanks to the proposed technical solution) the optimal volumetric content of the filler in the composite material, which ensures the maximum value of the mechanical loss coefficient of rubber-like composite material, analyze published application JP 2010205254, which proposes a method for determining the dynamic properties of composite materials with spherical inclusions as a filler. The method is based on the application of the analytical self-consistent method and the method of complex modules, known from the mechanics of composite materials. This method does not allow to determine the properties of composite materials with nanoscale fillers. The calculation model of the mechanics of composites used here allows one to take into account only the volume content of inclusions and does not allow taking into account the influence of the sizes of such inclusions. At the same time, the influence of inclusion sizes on the damping characteristics of composites is extremely significant, since in a material with finely dispersed fillers there is a greater number of interphase zones and boundaries, which play an important role in energy dissipation. Moreover, the methodology described in the published application is focused on application in the automotive industry and is not aimed at creating materials for acoustic protection.
Изобретение поясняется рисунком, на котором представлена в полулогарифмических координатах рассчитанная зависимость коэффициента механических потерь композиционного материала.The invention is illustrated in the figure, which shows the calculated dependence of the coefficient of mechanical losses of the composite material in semi-logarithmic coordinates.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Предложенный композиционный материал для вибрационной и акустической защиты состоит из резиноподобной матрицы (на основе бутадиен-нитрильных, хлоропреновых, изопреновых и др. каучуков) и наполнителя. В качестве наполнителя использованы ультрадисперсные углеродные волокна (нановолокна, нанотрубки), или углеродные ультрадисперсные частицы (наноразмерные частицы) при диаметре каждого из указанных видов наполнителя до 1 мкм. Объемное содержание наполнителя в виде наноразмерных включений в композиционном материале составляет до 45%. При этом в одном композиционном материале возможно использование указанных нановключений (волокон и частиц) в их сочетании (например, нановолокна и нанотрубки).The proposed composite material for vibration and acoustic protection consists of a rubber-like matrix (based on nitrile butadiene, chloroprene, isoprene, and other rubbers) and a filler. Ultrafine carbon fibers (nanofibers, nanotubes) or carbon ultrafine particles (nanosized particles) with a diameter of each of these types of filler up to 1 μm were used as filler. The volumetric content of the filler in the form of nano-sized inclusions in the composite material is up to 45%. Moreover, in one composite material it is possible to use the indicated nanoinclusions (fibers and particles) in their combination (for example, nanofibres and nanotubes).
При получении предлагаемого композиционного материала наполнитель, состоящий из ультрадисперсных наноразмерных включений диаметром до 1 мкм, вводят в матрицу, находящуюся в вязкотекучем состоянии, выполненную на основе резиноподобного материала, используя при этом резиносмесительное оборудование, например, валкового типа. При введении обеспечивают равномерное распределение нанонаполнителя в объеме матрицы. Режим смешения выбирают таким образом, чтобы обеспечить оптимальное диспергирование частиц наноструктурированного углеродного наполнителя. Объемное содержание наполнителя в композиционном материале обеспечивается в количестве от 0,01% до 45%.Upon receipt of the proposed composite material, a filler consisting of ultrafine nanosized inclusions with a diameter of up to 1 μm is introduced into a matrix in a viscous-flowing state, made on the basis of a rubber-like material, using rubber mixing equipment, for example, of a roll type. With the introduction of ensure uniform distribution of nanofiller in the matrix. The mixing mode is chosen in such a way as to ensure optimal dispersion of the particles of the nanostructured carbon filler. The volumetric content of the filler in the composite material is provided in an amount of from 0.01% to 45%.
Оптимальное (для получения композиционного материала с максимальным значением коэффициента механических потерь) объемное содержание наполнителя в составе композиционного материала определяют на основе расчета по указанной ниже зависимости. Для расчета используется модифицированное правило смеси в рамках постановки для определения эффективного комплексного модуля упругости композиционного материала, армированного наноразмерными включениями. Комплексный модуль упругости композиционного материала Е определяется из зависимости:The optimal (to obtain a composite material with a maximum value of the coefficient of mechanical losses) volumetric content of the filler in the composition of the composite material is determined based on the calculation according to the dependence below. For the calculation, a modified mixture rule is used as part of the statement to determine the effective complex elastic modulus of the composite material reinforced with nanosized inclusions. The complex modulus of elasticity of the composite material E is determined from the dependence:
в которойwherein
гдеWhere
EM - комплексный модуль упругости материала матрицы,E M is the complex modulus of elasticity of the matrix material,
EB - комплексный модуль упругости наноразмерных включений наполнителя,E B is the complex modulus of elasticity of nanoscale filler inclusions,
c∗ - объемное содержание межфазной области вокруг частиц наполнителя,c ∗ is the volume content of the interfacial region around the filler particles,
d - средний диаметр частиц наполнителя,d is the average particle diameter of the filler,
αM, αB - параметры, определяющие толщину межфазной зоны в матрице вокруг частиц наполнителя:α M , α B - parameters that determine the thickness of the interfacial zone in the matrix around the filler particles:
где D - среднее расстояние между частицами наполнителя,where D is the average distance between the particles of the filler,
GM, GB - комплексные модули сдвига матрицы и наполнителя,G M , G B - complex shear moduli of the matrix and filler,
l - длина волокон (если частицы имеют форму, близкую к сферической, то l=d).l is the length of the fibers (if the particles have a shape close to spherical, then l = d).
Комплексный модуль сдвига G и коэффициент механических потерь tg δ композиционного материала определяется на основе соотношения:The complex shear modulus G and the mechanical loss coefficient tan δ of the composite material are determined based on the ratio:
G′ - динамический модуль сдвигаG ′ - dynamic shear modulus
G″ - модуль потерьG ″ - loss modulus
vM - коэффициент Пуассона матрицы.v M is the Poisson's ratio of the matrix.
По результатам расчета подбирается оптимальное объемное содержание наполнителя f в пределах от 0,01 до 45% с учетом размеров армирующих нановключений (диаметр d и длина l), которое позволяет получить наиболее высокие значения коэффициента механических потерь композиционного материала.Based on the calculation results, the optimal volumetric content of the filler f is selected in the range from 0.01 to 45%, taking into account the dimensions of the reinforcing nanoinclusions (diameter d and length l), which allows to obtain the highest values of the mechanical loss coefficient of the composite material.
ПРИМЕР.EXAMPLE.
Матрица композиционного материала выполнена из резины, которая характеризуется комплексным модулем сдвига GM=0.7+i·0.5 МПа и объемным модулем KM=1500 МПа. В качестве наполнителя были использованы многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ), для которых продольный модуль упругости составляет EB=400 ГПа и модуль сдвига - GB=100 ГПа. Зависимость коэффициента механических потерь от объемного содержания наполнителя, с учетом длины и диаметра МУНТ оценивается с использованием предложенного модифицированного правила смеси.The composite material matrix is made of rubber, which is characterized by a complex shear modulus G M = 0.7 + i · 0.5 MPa and a bulk modulus K M = 1500 MPa. As a filler, multilayer carbon nanotubes (MWCNTs) were used, for which the longitudinal modulus of elasticity is E B = 400 GPa and the shear modulus is G B = 100 GPa. The dependence of the mechanical loss coefficient on the volumetric content of the filler, taking into account the length and diameter of the MWCNTs, is estimated using the proposed modified mixture rule.
На прилагаемом рисунке представлен в полулогарифмических координатах график зависимости коэффициента механических потерь композиционного материала tg δ от объемного содержания МУНТ (f) в случае различных значений длины и диаметра применяемых МУНТ. Сплошная линия на прилагаемом графике соответствует композиционному материалу, в котором использованы МУНТ диаметром d=50 нм и длиной l=1 мкм. Для этого композиционного материала оптимальным является объемное содержание МУНТ в 1%, которое соответствует максимальному повышению tg δ материала. Штриховая линия на графике соответствует композиционному материалу, армированному МУНТ с размерами d=10 нм и l=300 нм. Для этого композиционного материала оптимальное объемное содержание составляет 0,2%, которое не приведет к снижению коэффициента потерь (однако будут повышены такие эксплуатационные свойства композиционного материала, как прочность и термостойкость). Пунктир на графике соответствует наполнителю с размерами d=100 нм и l=3 мкм. Для данного композиционного материала следует выбирать объемное содержание наполнителя в 9-11%, которое соответствует пику коэффициента механических потерь.The attached figure shows, in semi-logarithmic coordinates, a graph of the dependence of the mechanical loss coefficient of the composite material tanδ on the volume content of MWCNTs (f) for different lengths and diameters of the MWCNTs used. The solid line in the attached graph corresponds to a composite material in which MWNTs with a diameter of d = 50 nm and a length of l = 1 μm are used. For this composite material, the volumetric content of MWCNTs of 1% is optimal, which corresponds to a maximum increase in tan δ of the material. The dashed line in the graph corresponds to the composite material reinforced with MWCNTs with dimensions d = 10 nm and l = 300 nm. For this composite material, the optimal volumetric content is 0.2%, which will not lead to a decrease in the loss coefficient (however, such operational properties of the composite material as strength and heat resistance will be improved). The dotted line on the graph corresponds to the filler with dimensions d = 100 nm and l = 3 μm. For this composite material, a volumetric filler content of 9-11% should be selected, which corresponds to the peak of the mechanical loss coefficient.
Ниже приведены примеры изготовления резиновых смесей с различными углеродными наполнителями.Below are examples of the manufacture of rubber compounds with various carbon fillers.
1. Состав резиновой смеси на основе бутадиен-нитрильных каучуков, содержащий наноструктурированный углеродный материал - углеродные нанотрубки марки Таунит.1. The composition of the rubber mixture based on nitrile butadiene rubbers containing nanostructured carbon material - carbon nanotubes brand Taunit.
1.1. Состав образца: каучук, вулканизирующие агенты, ускорители вулканизации, технологические добавки, модификаторы, углеродный наноматериал УНМ с добавкой функциональных компонентов, обеспечивающих оптимальное распределение УНМ в каучуках, приведен в Таблице 1.1.1. The composition of the sample: rubber, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, processing aids, modifiers, carbon nanomaterial CNM with the addition of functional components that ensure optimal distribution of CNM in rubbers, are shown in Table 1.
1.2. Требования по назначению: увеличивает коэффициент звукопоглощения материала, не снижает или улучшает радиоэкранирующие свойства материала, не снижает срока службы изделий.1.2. Requirements for the purpose: it increases the sound absorption coefficient of the material, does not reduce or improves the radio-shielding properties of the material, does not reduce the service life of the products.
2. Состав резиновой смеси на основе бутадиен - нитрильного и изопренового каучуков, содержащий наноструктурированный углеродный материал - углеродные нанотрубки марки Таунит М.2. The composition of the rubber mixture based on butadiene - nitrile and isoprene rubbers containing nanostructured carbon material - carbon nanotubes brand Taunit M.
2.1. Состав образца: каучук, вулканизирующие агенты, ускорители вулканизации, технологические добавки, модификаторы, углеродный наноматериал УНМ с добавкой функциональных компонентов, обеспечивающих оптимальное распределение УНМ в каучуках, приведен в Таблице 2.2.1. The composition of the sample: rubber, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, processing aids, modifiers, carbon nanomaterial CNM with the addition of functional components that ensure optimal distribution of CNM in rubbers, are shown in Table 2.
2.2. Требования по назначению: увеличивает коэффициент виброизоляции материала, не снижает или улучшает физико-механические свойства материала, не снижает срока службы изделий.2.2. Requirements for the purpose: it increases the coefficient of vibration isolation of the material, does not reduce or improves the physical and mechanical properties of the material, does not reduce the service life of the products.
3. Состав резиновой смеси на основе хлоропренового каучука, содержащий наноструктурированный углеродный материал марки Фуллерен C60.3. The composition of the rubber mixture based on chloroprene rubber containing nanostructured carbon material brand Fullerene C 60 .
3.1. Состав образца: каучук, вулканизирующие агенты, ускорители вулканизации, технологические добавки, модификаторы, углеродный наноматериал УНМ с добавкой функциональных компонентов, обеспечивающих оптимальное распределение УНМ в каучуках, приведен в Таблице 3.3.1. The composition of the sample: rubber, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, processing aids, modifiers, carbon nanomaterial CNM with the addition of functional components that ensure optimal distribution of CNM in rubbers, are shown in Table 3.
3.2. Требования по назначению: увеличивает коэффициент звукопоглощения материала, не снижает или улучшает радиоэкранирующие свойства материала, не снижает срока службы изделий.3.2. Requirements for the purpose: it increases the sound absorption coefficient of the material, does not reduce or improves the radio-shielding properties of the material, does not reduce the service life of the products.
Можно видеть, в состав каждой резиновой смеси фактически входят два нанонаполнителя: один не структурированный - технический углерод, а второй - структурированный углеродный материал (марки Таунит, Таунит М, Фуллерен). Небольшое содержание последнего в данном случае диктуется только экономическими соображениями - он имеет высокую стоимость, поэтому содержание ограничено небольшим количеством, достаточным для обеспечения эффекта.You can see that each nanoparticle actually contains two nanofillers: one non-structured carbon black, and the second a structured carbon material (brands Taunit, Taunit M, Fulleren). A small content of the latter in this case is dictated only by economic considerations - it has a high cost, so the content is limited to a small amount sufficient to ensure the effect.
4. Технологический процесс вулканизации резиновых смесей.4. The technological process of vulcanization of rubber compounds.
Изготовление резиновых смесей производится на вальцах ПД 630315/315 Л (фрикция 1:1,25) ГОСТ 14333-79 в периодическим режиме.The manufacture of rubber compounds is performed on rollers PD 630315/315 L (friction 1: 1.25) GOST 14333-79 in periodic mode.
Температура валков 40-60°C, зазор между валками 2 мм. Навеска материалов на вальцы и время введения ингредиентов указаны в таблицах 4-5.The temperature of the rolls is 40-60 ° C, the gap between the rolls is 2 mm. A portion of the materials on the rollers and the time of introduction of the ingredients are shown in tables 4-5.
Время загрузки - это время с начала момента смешения, отвечающее загрузке конкретного компонента смеси. Если в графе «время загрузки» указано ″0″, то это соответствует началу смешения, то есть данный компонент вводится на вальцы в первый момент времени, остальные -относительно этого момента.The loading time is the time from the beginning of the moment of mixing, corresponding to the loading of a specific component of the mixture. If ″ 0 ″ is indicated in the column “loading time”, then this corresponds to the beginning of mixing, that is, this component is introduced into the rollers at the first moment of time, the rest is relative to this moment.
Температура смеси при съеме не более 80°C. После окончания смешения смесь охлаждают и листуют калибром 2 мм.The temperature of the mixture when removing no more than 80 ° C. After mixing, the mixture is cooled and leafed with a caliber of 2 mm.
Технологические режимы изготовления резиновых смесей на другом типе оборудования определяются расчетом.Technological modes of manufacturing rubber compounds on another type of equipment are determined by calculation.
Вулканизация резиновых смесей производится в вулканизационном гидравлическом прессе ГОСТ 11997-89 при температуре 140°C. Время вулканизации определяется расчетом в зависимости от формы и размеров изделия. Для вулканизации пластин толщиной 2 мм время вулканизации всех резиновых смесей составляет 20 мин.The vulcanization of rubber compounds is carried out in a hydraulic vulcanizing press GOST 11997-89 at a temperature of 140 ° C. The vulcanization time is determined by calculation depending on the shape and size of the product. For vulcanization of plates with a thickness of 2 mm, the vulcanization time of all rubber compounds is 20 minutes
Claims (2)
отличающийся тем, что
в качестве наполнителя использованы ультрадисперсные углеродные нановолокна или нанотрубки, или наноразмерные ультрадисперсные углеродные частицы, или их сочетания при диаметре каждого из указанных видов наполнителя до 1 мкм,
при этом объемное содержание наполнителя в композиционном материале составляет от 0,01% до 45% и установлено на основе следующей зависимости:
в которой
где
ЕМ - комплексный модуль упругости матрицы,
ЕВ - комплексный модуль упругости наполнителя,
c* - объемное содержание межфазной области вокруг частиц наполнителя,
d - средний диаметр частиц наполнителя,
αМ, αВ - параметры, определяющие толщину межфазной зоны в матрице вокруг частиц наполнителя:
где D - среднее расстояние между частицами наполнителя,
GM, GB - комплексные модули сдвига матрицы и наполнителя,
l - длина волокон (если частицы имеют форму, близкую к сферической, то l=d);1. Composite material for vibration and acoustic protection, including a matrix based on rubber-like material and a filler,
characterized in that
as a filler used ultrafine carbon nanofibers or nanotubes, or nanosized ultrafine carbon particles, or combinations thereof with a diameter of each of these types of filler up to 1 μm,
the volumetric content of the filler in the composite material is from 0.01% to 45% and is based on the following relationship:
wherein
Where
E M is the complex modulus of elasticity of the matrix,
Е В - complex modulus of elasticity of the filler,
c * is the volume content of the interfacial region around the filler particles,
d is the average particle diameter of the filler,
α M , α B - parameters that determine the thickness of the interfacial zone in the matrix around the filler particles:
where D is the average distance between the particles of the filler,
G M , G B - complex shear moduli of the matrix and filler,
l is the length of the fibers (if the particles have a shape close to spherical, then l = d);
отличающийся тем, что
в качестве наполнителя используют углеродные нановолокна или нанотрубки, или наноразмерные ультрадисперсные углеродные частицы, или их сочетания при диаметре для каждого из указанных видов наполнителя до 1 мкм, при этом объемное содержание наполнителя в композиционном материале, составляющее от 0,01% до 45%, определяют на основе следующей зависимости:
в которой
где
ЕМ - комплексный модуль упругости матрицы,
ЕВ - комплексный модуль упругости наполнителя,
c* - объемное содержание межфазной области вокруг частиц наполнителя,
d - средний диаметр частиц наполнителя,
αМ, αВ - параметры, определяющие толщину межфазной зоны в матрице вокруг частиц наполнителя:
где D - среднее расстояние между частицами наполнителя,
GM, GB - комплексные модули сдвига матрицы и наполнителя,
l - длина волокон (если частицы имеют форму, близкую к сферической, то l=d). 2. A method of obtaining a composite material for vibration and acoustic protection, including the operation of introducing filler into a matrix made on the basis of rubber-like material, ensuring uniform distribution of filler in the matrix,
characterized in that
carbon filaments or nanotubes, or nanosized ultrafine carbon particles, or combinations thereof with a diameter for each of these types of filler up to 1 μm, are used as filler, and the filler volume content in the composite material of 0.01% to 45% is determined based on the following dependency:
wherein
Where
E M is the complex modulus of elasticity of the matrix,
Е В - complex modulus of elasticity of the filler,
c * is the volume content of the interfacial region around the filler particles,
d is the average particle diameter of the filler,
α M , α B - parameters that determine the thickness of the interfacial zone in the matrix around the filler particles:
where D is the average distance between the particles of the filler,
G M , G B - complex shear moduli of the matrix and filler,
l is the length of the fibers (if the particles have a shape close to spherical, then l = d).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123869/05A RU2572542C2 (en) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Composite material for vibration and acoustic protection and method for production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014123869/05A RU2572542C2 (en) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Composite material for vibration and acoustic protection and method for production thereof |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014123869A RU2014123869A (en) | 2015-12-20 |
| RU2572542C2 true RU2572542C2 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=54871143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014123869/05A RU2572542C2 (en) | 2014-06-11 | 2014-06-11 | Composite material for vibration and acoustic protection and method for production thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2572542C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762541C1 (en) * | 2020-11-24 | 2021-12-21 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | High-strength reinforcing element for hydroacoustic coatings |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353527C1 (en) * | 2007-12-04 | 2009-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт автоматической аппаратуры им. академика В.С. Семенихина" | Composite matrial for making vibro-impact-isolator |
-
2014
- 2014-06-11 RU RU2014123869/05A patent/RU2572542C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2353527C1 (en) * | 2007-12-04 | 2009-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт автоматической аппаратуры им. академика В.С. Семенихина" | Composite matrial for making vibro-impact-isolator |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2762541C1 (en) * | 2020-11-24 | 2021-12-21 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | High-strength reinforcing element for hydroacoustic coatings |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014123869A (en) | 2015-12-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Vigneshwaran et al. | Development and sustainability of industrial waste-based red mud hybrid composites | |
| Carvalho et al. | Optimization of AlSi–CNTs functionally graded material composites for engine piston rings | |
| Laurenzi et al. | Experimental study of impact resistance in multi-walled carbon nanotube reinforced epoxy | |
| Xing et al. | Enhanced mechanical properties of graphene/natural rubber nanocomposites at low content | |
| Yang et al. | Influence of graphite particle size and shape on the properties of NBR | |
| Alshahrani et al. | Development of efficient energy absorption components for crashworthiness applications: an experimental study | |
| TWI571489B (en) | Improved natural rubber compositions | |
| Zhang et al. | Anti-friction, wear-proof and self-lubrication application of carbon nanotubes | |
| JP2013533892A5 (en) | ||
| Felhös et al. | Tribological testing of peroxide cured HNBR with different MWCNT and silica contents under dry sliding and rolling conditions against steel | |
| Jamali et al. | Modeling of mechanical behaviors and interphase properties of polymer/nanodiamond composites for biomedical products | |
| JP2010185032A (en) | Rubber composition, and tire using the same | |
| RU2572542C2 (en) | Composite material for vibration and acoustic protection and method for production thereof | |
| Abd El-Aziz et al. | Impact of montmorillonite clay on energy absorption capability of glass/epoxy composite tubes: an experimental study | |
| Shehata et al. | Fabrication and characterization of nano-filled polymer composites | |
| Xue et al. | Tailoring the structure of Kevlar nanofiber and its effects on the mechanical property and thermal stability of carboxylated acrylonitrile butadiene rubber | |
| CN102080200A (en) | Hole extruding and strengthening method of 7A55-T7751 thick aluminum alloy plate | |
| Akyüz et al. | Effects of NR/SBR ratio on mechanical properties and artificial mechanical performance of anti-vibration bushings | |
| Abou‐Kandil et al. | Effect of different types of carbon black on the mechanical and acoustic properties of ethylene–propylene–diene rubber | |
| Kandas et al. | An investigation of the mechanical characteristics of natural particle‐reinforced glass and epoxy composites after immersion in acidic and basic aging solutions | |
| Elhousari et al. | The effect of rubber powder additives on mechanical properties of polypropylene glass-fiber-reinforced composite | |
| JP2010037351A (en) | Heat-resistant sliding member | |
| CN105221625B (en) | Shock damper | |
| Rajamani et al. | Synergistic effect of r-GO on the mechanical, microstructural and high velocity impact behaviour of synthetic fibre reinforced NiTi intermetallic laminates | |
| Joseph et al. | Experimental and statistical investigation on synergistic effect of nano based epoxy hybrid FRP on strength and durability of circular concrete columns |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180612 |