RU2625355C1 - Method of manufacturing panels of sound-absorbing screens - Google Patents

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: extruding the mixture of isotactic polypropylene with a m-phenylene-bis-maleimide-based modifier is carried out. Fibrous filler is represented by basalt fiber treated with a water-incompatible silane-containing lubricant. The extrusion product is cooled, cut into granules and dried. The granulate is mixed with isotactic polypropylene and the fibrous filler. The mixture is extruded. The extrusion product is cooled and cut into granules. The dried granulate is mixed with castor oil. The mixture is extruded.

EFFECT: improvement of physical and mechanical properties of panels of sound-absorbing screens.

1 tbl

Description

Изобретение относится к технологии изготовления шумозащитных ограждений, устанавливаемых вдоль автомобильных дорог, железнодорожных путей, вокруг промышленных объектов и других источников шума.The invention relates to a technology for the manufacture of noise barriers installed along roads, railways, around industrial facilities and other noise sources.

Эффективность звукопоглощающих экранов определяется их звукопоглощающими и звукоизоляционными свойствами, а также физико-механическими показателями, в частности: механической прочностью, стойкостью к ударам камней, защитой от поражения обслуживающего персонала и населения электрическим током, которые, в свою очередь, зависят как от состава исходных материалов, так и от способа изготовления изделия.The effectiveness of sound-absorbing screens is determined by their sound-absorbing and sound-insulating properties, as well as physicomechanical indicators, in particular: mechanical strength, resistance to stone shocks, protection against electric shock from personnel and the public, which, in turn, depend on the composition of the starting materials , and from the method of manufacturing the product.

Известны способы изготовления панелей звукопоглощающих экранов формованием полимерных материалов на основе термопластичных полимеров и волокнистого наполнителя - стеклянных, базальтовых, углеродных и другие волокон (RU 2173372 С2, RU 156212 U1, RU 2005105431 A, RU 2173372 С2, RU 2015148 С1, CN 103897262 А). Панели звукопоглощающих экранов могут быть изготовлены методом литья под давлением. Однако указанный метод имеет недостаточно высокую производительность, не позволяет получать изделия непрерывной длины, имеющие строго одинаковую толщину по всей площади, что, в свою очередь, не позволяет организовать непрерывный высокопроизводительный процесс изготовления панелей звукопоглощающих экранов.Known methods for the manufacture of panels of sound-absorbing screens by molding polymeric materials based on thermoplastic polymers and fibrous filler - glass, basalt, carbon and other fibers (RU 2173372 C2, RU 156212 U1, RU 2005105431 A, RU 2173372 C2, RU 2015148 C1, CN 103897262 A) . Sound-absorbing panels can be injection molded. However, this method has insufficient productivity, it does not allow to obtain products of continuous length having strictly the same thickness over the entire area, which, in turn, does not allow to organize a continuous high-performance process for the manufacture of panels of sound-absorbing screens.

Панели, изготовленные методом экструзии, в отличие от изготовленных методом литья, строго одинаковы по толщине во всех точках, имеют ровный торец. Достоинством метода экструзии является высокая производительность и возможность получать изделия непрерывной длины. Однако в процессе экструзии исходный материал подвергается воздействию и высоких температур, и сдвиговых напряжений, что приводит к изменению его структуры и технологических свойств и может оказать отрицательное влияние на физико-механические свойства получаемого продукта. В связи с этим и к составу материала, предназначенного для экструзионного формования, и к условиям экструзии предъявляются особые требования.Panels made by extrusion, unlike those made by casting, are strictly identical in thickness at all points, have an even end. The advantage of the extrusion method is high productivity and the ability to obtain products of continuous length. However, in the process of extrusion, the starting material is exposed to both high temperatures and shear stresses, which leads to a change in its structure and technological properties and can have a negative effect on the physicomechanical properties of the resulting product. In this regard, both the composition of the material intended for extrusion molding and the extrusion conditions are subject to special requirements.

Известен способ изготовления панелей шумозащитных экранов путем смешения и последующей экструзии полиметилметакрилата, полученного экструзионной полимеризацией, и волокнистого наполнителя - полиамидных нитей (ЕР 1606457 В1).A known method of manufacturing panels of noise shields by mixing and subsequent extrusion of polymethyl methacrylate obtained by extrusion polymerization, and a fibrous filler - polyamide filaments (EP 1606457 B1).

Однако панели, изготовленные известным способом, обладают звукоотражающими свойствами, что является неприемлемым в связи с высоким уровнем шума непосредственно на транспортных магистралях.However, panels made in a known manner have sound-reflecting properties, which is unacceptable due to the high noise level directly on the highways.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ изготовления панелей звукопоглощающих экранов, включающий смешение изотактического полипропилена с волокнистым наполнителем и последующую экструзию (DE 102012100567 А1). В качестве волокнистого наполнителя используют лигноцеллюлозные волокна в количестве 50-85 мас.%.Closest to the proposed invention is a known method of manufacturing panels of sound-absorbing screens, comprising mixing isotactic polypropylene with a fibrous filler and subsequent extrusion (DE 102012100567 A1). As the fibrous filler, lignocellulosic fibers in an amount of 50-85 wt.% Are used.

Недостатком известного способа являются низкие физико-механические показатели панелей звукопоглощающих экранов.The disadvantage of this method is the low physical and mechanical properties of the panels of sound-absorbing screens.

Технической задачей изобретения является создание способа изготовления панелей звукопоглощающих экранов, лишенного указанного недостатка.An object of the invention is to provide a method of manufacturing panels of sound-absorbing screens, devoid of this drawback.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение физико-механических свойств панелей звукопоглощающих экранов.The technical result of the invention is to improve the physico-mechanical properties of the panels of sound-absorbing screens.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления панелей звукопоглощающих экранов, включающем смешение изотактического полипропилена с волокнистым наполнителем и последующую экструзию, в качестве волокнистого наполнителя используют базальтовое волокно, обработанное водонесовместимым силансодержащим замасливателем, проводят экструзию смеси изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида при их массовом соотношении от 8,5:1,0 до 9,0:1,0 соответственно, охлаждение и резку на гранулы продукта экструзии, сушку полученного гранулята модифицированного изотактического полипропилена, смешение изотактического полипропилена и указанного волокнистого наполнителя с полученным гранулятом модифицированного изотактического полипропилена при следующем соотношении компонентов, мас.%:The specified technical result is achieved by the fact that in a method of manufacturing panels of sound-absorbing screens, including mixing isotactic polypropylene with a fibrous filler and subsequent extrusion, basalt fiber treated with a water-incompatible silane-containing sizing agent is used as a fibrous filler, and the mixture of isotactic polypropylene with a modifier based on modifier is extruded -bis-maleinimide when their mass ratio is from 8.5: 1.0 to 9.0: 1.0, respectively, cooling and cutting per g Anulov extrudate, drying the resulting granulate modified isotactic polypropylene, a mixture of isotactic polypropylene and said fibrous filler with the resultant granulate modified isotactic polypropylene in the following ratio, wt.%:

изотактический полипропиленisotactic polypropylene 67,0-70,067.0-70.0 гранулят модифицированного изотактического полипропиленаmodified isotactic polypropylene granulate 0,8-1,20.8-1.2 указанный волокнистый наполнительspecified fibrous filler остальное,rest,

экструзию полученной смеси, охлаждение продукта экструзии, резку его на гранулы, сушку гранулята, смешение осушенного гранулята с 0,8-1,2 мас.ч. касторового масла на 100 мас.ч. гранулята и последующую экструзию полученной смеси.extruding the resulting mixture, cooling the extrusion product, cutting it into granules, drying the granulate, mixing the dried granulate with 0.8-1.2 wt.h. castor oil per 100 parts by weight granulate and subsequent extrusion of the resulting mixture.

В качестве волокнистого наполнителя используют обработанное любым водонесовместимым силансодержащим замасливателем базальтовое волокно. Такое обработанное водонесовместимым силансодержащим замасливателем базальтовое волокно имеется в продаже или оно может быть приготовлено, например, по RU 2167838 С1, с использованием замасливателей №4С (ГОСТ Р 53237-2008) или таких, как описано в http:// www.korsil.ru/silan-zamaslivatel.html, RU 2101241 C1, RU 2389698 C1, SU 1666480 А1 и др. Обработка базальтового волокна водонесовместимым силансодержащим замасливателем повышает противодействующую его слипанию антистатичность, исключающую электризуемость волокна при трении с рабочими органами экструдера. Результатом использования в качестве волокнистого наполнителя базальтового волокна, обработанного водонесовместимым силансодержащим замасливателем, является повышение физико-механических показателей панелей звукопоглощающих экранов, изготовленных предлагаемым способом.As a fibrous filler, basalt fiber treated with any water-incompatible silane-containing sizing agent is used. Such basalt fiber treated with a water-incompatible silane-containing sizing agent is commercially available or can be prepared, for example, according to RU 2167838 C1, using sizing No. 4C (GOST R 53237-2008) or such as described in http: // www.korsil.ru /silan-zamaslivatel.html, RU 2101241 C1, RU 2389698 C1, SU 1666480 A1, etc. The treatment of basalt fiber with a water-incompatible silane-containing lubricant increases its anti-sticking antistaticity, eliminating the electrification of the fiber by friction with the working bodies of the extruder. The result of the use of basalt fiber as a fibrous filler, treated with a water-incompatible silane-containing sizing agent, is an increase in the physico-mechanical properties of the panels of sound-absorbing screens made by the proposed method.

Другим фактором, улучшающим физико-механические свойства панелей звукопоглощающих экранов, изготовленных предлагаемым способом, является проведение стадии экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида при их массовом соотношении от 8,5:1,0 до 9,0:1,0 соответственно, с последующим охлаждением полученного продукта, его резкой на гранулы и сушкой с получением гранулята модифицированного изотактического полипропилена. В качестве модификатора может быть использован любой модификатор на основе м-фенилен-бис-малеинимида (Химические добавки к полимерам. М., Химия, 1981, С. 177-178; RU 2569544 С1; http://libweb.kpfu.ru/z3950/EPOS_ESIC/Halikova_komp.pdf и др.).Another factor that improves the physicomechanical properties of panels of sound-absorbing screens manufactured by the proposed method is the extrusion stage of isotactic polypropylene with a modifier based on m-phenylene-bis-maleimide with a weight ratio of 8.5: 1.0 to 9.0: 1.0, respectively, followed by cooling the resulting product, cutting it into granules and drying to obtain a modified isotactic polypropylene granulate. As a modifier, any modifier based on m-phenylene-bis-maleimide can be used (Chemical additives to polymers. M., Chemistry, 1981, P. 177-178; RU 2569544 C1; http://libweb.kpfu.ru/ z3950 / EPOS_ESIC / Halikova_komp.pdf and others).

Результатом экструзии смеси изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида является продукт - гранулят модифицированного изотактического полипропилена, физико-механические и технологические свойства которого отличаются от свойств продукта, полученного простым смешением, поскольку в процессе экструзии исходные компоненты подвергаются воздействию высоких температур и сдвиговых напряжений, что способствует изменению их структуры в результате протекающих механохимических процессов. Далее гранулят модифицированного изотактического полипропилена подвергается второму циклу экструзии совместно с изотактическим полипропиленом и волокнистым наполнителем, а затем и третьему циклу экструзии, при этом немодифицированный изотактический полипропилен на этой стадии подвергается второму циклу экструзии. Известно, что повторения циклов экструзии приводят к существенным изменениям молекулярно-структурных характеристик полимеров винилового ряда, к которым относится полипропилен (http://www.dissercat.com/content/izmeneniya-struktury-i-svoistv-polimerov-vinilovogo-ryada-pri-mnogokratnoi-ekstruzii). Как показали эксперименты, указанные изменения приводят к улучшению физико-механических свойств панелей во всем объеме притязаний, ограничивающих условия предлагаемого способа изготовления панелей звукопоглощающих экранов.The result of extrusion of a mixture of isotactic polypropylene with a modifier based on m-phenylene bis-maleimide is a product - a granulate of modified isotactic polypropylene, the physico-mechanical and technological properties of which differ from the properties of the product obtained by simple mixing, since during the extrusion of the initial components are exposed to high temperatures and shear stresses, which contributes to a change in their structure as a result of ongoing mechanochemical processes. Next, the granulate of the modified isotactic polypropylene is subjected to a second extrusion cycle together with isotactic polypropylene and a fibrous filler, and then to the third extrusion cycle, while the unmodified isotactic polypropylene at this stage is subjected to a second extrusion cycle. It is known that repeating extrusion cycles lead to significant changes in the molecular structural characteristics of vinyl polymers, which include polypropylene (http://www.dissercat.com/content/izmeneniya-struktury-i-svoistv-polimerov-vinilovogo-ryada-pri -mnogokratnoi-ekstruzii). As experiments have shown, these changes lead to an improvement in the physicomechanical properties of the panels in the entire amount of claims that limit the conditions of the proposed method for the manufacture of panels of sound-absorbing screens.

Пример 1Example 1

Сухую смесь изотактического полипропилена с промышленным модификатором Малеид Ф по ТУ 6-14-1004-87 (http://ntcp.ru/work/library/5103/5211) при их массовом соотношении 9,0:1,0, соответственно, пропускают через экструдер при максимальной температуре расплава 200°С. Выдавленные из экструдера стренги диаметром 3-4 мм охлаждают в водяной бане и режут на гранулы длиной 3-4 мм. Полученный гранулят модифицированного изотактического полипропилена сушат при температуре около 80°С не менее 2-х часов. В двухшнековый экструдер с диаметром шнеков 60 мм и отношением дины к диаметру, равным 15, подают высушенный гранулят, изотактический полипропилен и базальтовый ровинг, обработанный водонесовместимым силановым замасливателем, производства ООО «Каменный век» (http://www.b-composites.net/26.html) при следующем соотношении компонентов, мас.%:A dry mixture of isotactic polypropylene with industrial modifier Maleid F according to TU 6-14-1004-87 (http://ntcp.ru/work/library/5103/5211) with their mass ratio of 9.0: 1.0, respectively, is passed through an extruder at a maximum melt temperature of 200 ° C. The strands extruded from the extruder with a diameter of 3-4 mm are cooled in a water bath and cut into granules 3-4 mm long. The obtained granulate of the modified isotactic polypropylene is dried at a temperature of about 80 ° C for at least 2 hours. In a twin-screw extruder with a screw diameter of 60 mm and a dyne to diameter ratio of 15, dried granulate, isotactic polypropylene and basalt roving, treated with water-incompatible silane sizing, manufactured by Kamenny Vek LLC (http://www.b-composites.net /26.html) in the following ratio of components, wt.%:

изотактический полипропиленisotactic polypropylene 69,069.0 гранулированный продукт экструзии изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимидаgranular extrusion product of isotactic polypropylene with a modifier based on m-phenylene-bis-maleimide 1,01,0 волокнистый наполнительfiberfill остальноеrest

Процесс экструзии осуществляют при 240-245°С. Стренги диаметром около 4 мм, выходящие из экструдера, охлаждают в ванне с водой и рубят на грануляторе на отрезки длиной 3-5 мм. Затем полученные гранулы материала сушат в вакуумной сушилке барабанного типа при 75-85°С и остаточном давлении 0,4-0,6 кг⋅с/см² не менее 4-х час. Высушенные гранулы засыпают в смеситель сухого смешения (бетономешалку), добавляют касторовое масло в количестве 1,0% от массы гранул и перемешивают в течение 30 минут. Затем полученную смесь загружают в расходный бункер одношнекового экструдера, предварительно нагретого по зонам до следующих значений температуры: I зона 80°С; II зона 180°С; III зона 240°С; IV зона 240°С; профилирующая фильера 220°С. Выходящий из профилирующей фильеры лист толщиной 3±0,1 мм и шириной 500±1 мм помещают в калибратор и тянущее устройство. Калибратор охлаждают водой, имеющей температуру 10-12°С, с использованием чиллера. Отрезное устройств включается автоматически при достижении длины экструдируемого листа 6 м.The extrusion process is carried out at 240-245 ° C. Strands with a diameter of about 4 mm emerging from the extruder are cooled in a bath with water and chopped on a granulator into segments 3-5 mm long. Then the obtained granules of the material are dried in a drum-type vacuum dryer at 75-85 ° C and a residual pressure of 0.4-0.6 kg⋅s / cm ^{2 for} at least 4 hours. The dried granules are poured into a dry mixing mixer (concrete mixer), castor oil is added in an amount of 1.0% by weight of the granules and mixed for 30 minutes. Then the resulting mixture is loaded into the feed hopper of a single-screw extruder, preheated in zones to the following temperature values: I zone 80 ° C; II zone 180 ° C; III zone 240 ° C; IV zone 240 ° C; profiling die 220 ° С. The sheet emerging from the profiling die is 3 ± 0.1 mm thick and 500 ± 1 mm wide, and is placed in a calibrator and pulling device. The calibrator is cooled with water having a temperature of 10-12 ° C. using a chiller. Cutting devices are turned on automatically when the extruded sheet reaches 6 m.

Результаты испытаний полученных образцов панелей звукопоглощающих экранов показали снижение шума на 40 дБА, что подтверждает возможность реализации назначения предлагаемого способа.The test results of the obtained samples of panels of sound-absorbing screens showed a noise reduction of 40 dBA, which confirms the possibility of realizing the purpose of the proposed method.

Пример 2Example 2

Процесс осуществляют по примеру 1, но в качестве волокнистого наполнителя используют не обработанный замасливателем базальтовый ровинг.The process is carried out as in example 1, but as a fibrous filler, basalt roving not treated with a sizing agent is used.

Пример 3Example 3

Процесс осуществляют по примеру 1, но без стадии получения гранулята модифицированного изотактического полипропилена. Соотношение исходных компонентов, подаваемых на смешение и последующую экструзию, составляет, мас.%: изотактический полипропилен - 70, базальтовый ровинг, обработанный водонесовместимым силансодержащим замасливателем, производства ООО «Каменный век» (http://www.b-composites.net/26.html) - 30.The process is carried out as in example 1, but without the stage of obtaining granules of modified isotactic polypropylene. The ratio of the initial components supplied for mixing and subsequent extrusion is, wt.%: Isotactic polypropylene - 70, basalt roving treated with a water-incompatible silane-containing sizing agent, produced by Kamenny Vek LLC (http://www.b-composites.net/26 .html) - 30.

Пример 4Example 4

Процесс осуществляют по примеру 1, но без стадии получения гранулята модифицированного изотактического полипропилена, а в качестве волокнистого наполнителя используют не обработанный замасливателем базальтовый ровинг. Соотношение исходных компонентов, подаваемых на смешение и последующую экструзию, составляет, мас.%: изотактический полипропилен - 70, базальтовый ровинг - 30.The process is carried out as in example 1, but without the stage of obtaining granules of modified isotactic polypropylene, and basalt roving not treated with a sizing agent is used as a fibrous filler. The ratio of the starting components fed to the mixing and subsequent extrusion is, wt.%: Isotactic polypropylene - 70, basalt roving - 30.

Кроме того, были проведены сравнительные испытания образцов, изготовленных по DE 102012100567 А1 (прототип), при использовании в качестве волокнистого наполнителя древесной стружки.In addition, comparative tests were carried out on samples manufactured according to DE 102012100567 A1 (prototype) when using wood shavings as a fibrous filler.

Показатели физико-механических свойств образцов, полученных по примерам 1-4, и результаты сравнительных испытаний, демонстрирующие достижение технического результата, приведены в таблице.The physical and mechanical properties of the samples obtained in examples 1-4, and the results of comparative tests demonstrating the achievement of a technical result, are shown in the table.

Claims (3)

Способ изготовления панелей звукопоглощающих экранов, включающий смешение изотактического полипропилена с волокнистым наполнителем и последующую экструзию, отличающийся тем, что в качестве волокнистого наполнителя используют базальтовое волокно, обработанное водонесовместимым силансодержащим замасливателем, проводят экструзию смеси изотактического полипропилена с модификатором на основе м-фенилен-бис-малеинимида при их массовом соотношении от 8,5:1,0 до 9,0:1,0 соответственно, охлаждение и резку на гранулы продукта экструзии, сушку полученного гранулята модифицированного изотактического полипропилена, смешение изотактического полипропилена и указанного волокнистого наполнителя с полученным гранулятом модифицированного изотактического полипропилена при следующем соотношении компонентов, мас.%:A method of manufacturing panels of sound-absorbing screens, comprising mixing isotactic polypropylene with a fibrous filler and subsequent extrusion, characterized in that basalt fiber treated with a water-incompatible silane-containing lubricant is extruded as a fibrous filler, and the mixture of isotactic polypropylene with a m-phenene-based modifier is extruded when their mass ratio is from 8.5: 1.0 to 9.0: 1.0, respectively, cooling and cutting into granules of the extrusion product, drying according to irradiated granules of modified isotactic polypropylene, mixing isotactic polypropylene and said fibrous filler with the obtained granulate of modified isotactic polypropylene in the following ratio, wt.%: изотактический полипропиленisotactic polypropylene 67,0-70,067.0-70.0 гранулят модифицированного изотактического полипропиленаmodified isotactic polypropylene granulate 0,8-1,20.8-1.2 указанный волокнистый наполнительspecified fibrous filler остальное,rest, экструзию полученной смеси, охлаждение продукта экструзии, резку его на гранулы, сушку гранулята, смешение осушенного гранулята с 0,8-1,2 мас.ч. касторового масла на 100 мас.ч. гранулята и последующую экструзию полученной смеси.extruding the resulting mixture, cooling the extrusion product, cutting it into granules, drying the granulate, mixing the dried granulate with 0.8-1.2 wt.h. castor oil per 100 parts by weight granulate and subsequent extrusion of the resulting mixture.