CC BY
47
УДК 678.7
Ю.В. Сытый, В.И. Кислякова, В.А. Сагомонова, Н.В. Антюфеева ПЕРСПЕКТИВНЫЙ ВИБРОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ВТП-3В
Для снижения уровня вибраций и шума внутри самолетов, вертолетов и других транспортных средств в ВИАМ разработан листовой вибропоглощающий материал ВТП-3В с рабочей температурой от -60 до +180°С, предназначенный в качестве покрытия конструкций, испытывающих одновременное воздействие вибрации и повышенной температуры. Приведены свойства материала ВТП-3В в исходном состоянии и после теплового старения, выдержки в камере тропического климата, воздействия микологической среды.
Ключевые слова: шум, вибрация, вибропоглощение, коэффициент механических потерь, прочность при отслаивании, клеевое соединение.
Для снижения уровня вибраций и шума изделий авиационной техники и различных транспортных средств используются вибропоглощающие материалы на основе резин, каучуков, термоэластопластов и других полимеров, обладающих хорошими дисси-пативными свойствами. Максимальная рабочая температура применяемых в настоящее время в авиационной технике вибропоглощающих материалов ВТП-1В и СКЛГ-6020М составляет 80 ° С [1]. Для потолочных панелей вертолетов, воздуховодов пассажирских самолетов и других транспортных средств требуется негорючий вибропоглощающий материал с максимальной рабочей температурой до 180 ° С, обладающий стойкостью к тепловому и тепловлажностному старению, адгезионными свойствами, экологичностью и технологичностью.
В ВИАМ разработан листовой вибропоглощающий материал ВТП-3В на основе термостойких полимерных волокон и термопластичного связующего. Материал ВТП-3В рекомендуется для применения в качестве вибропоглощающего покрытия потолочных панелей вертолетов, воздуховодов различных транспортных средств и других конструкций, работающих в условиях одновременного воздействия повышенной вибрации и температур до 180 ° С. Основные свойства вибропоглощающего материала представлены в табл. 1.
Таблица 1
Свойства вибропоглощающего материала ВТП-3В_
Свойства Значения свойств
Поверхностная плотность, кг/м2 Разрушающая нагрузка при растяжении, Н (ширина образца 25 мм) Относительное удлинение при разрыве, % Коэффициент механических потерь* при 20 ° С и частоте 100 Гц Диапазон рабочих температур, ° С Категория горючести Коэффициент теплопроводности, Вт/(мК) 1-1,2 4950 8,7 0,10 От -60 до +180 Самозатухающий 0,074
* Определяется методом динамического механического анализа в условиях трехточечного изгиба на комбинированных образцах вибропоглощающего материала ВТП-3В, наклеенного на подложку из алюминиевого сплава Д16-АТ размером 10x80 мм и толщиной 1 мм.
На рисунке представлена температурная зависимость коэффициента механических потерь комбинированных образцов вибропоглощающего материала ВТП-3В на подложке из сплава Д16-АТ при частотах 100 и 300 Гц. С повышением температуры от -60 до +180 °С коэффициент механических потерь комбинированных образцов ВТП-3В снижается с 0,11 до 0,06 при частоте 100 Гц и с 0,12 до 0,07 при частоте 300 Гц. Мак-
0,14
симальное значение коэффициента механических потерь вибропоглощающего материала ВТП-3В наблюдается при температуре -60° С в области, близкой к температуре стеклования сополимера тетрафторэтилена с гексафторпропиленом, которая составляет
-90 ° С [2]. Температуры стеклования ара-мидных и полиоксадиазольных волокон составляют 270-290 и 270° С соответственно [3, 4] и в меньшей степени влияют на изменение коэффициента механических потерь вибропоглощающего материала ВТП-3В в исследованном температурном диапазоне.
В табл. 2 и 3 представлены механические свойства вибропоглощающего материала ВТП-3В после различных видов старения.
0,06 -100
-50
0
50
100 150 200° С
Температурная зависимость коэффициента механических потерь комбинированных образцов вибропоглощающего материала ВТП-3В при частотах 100 (•) и 300 Гц (о) в интервале температур от -60 до +180 °С
Таблица 2
Механические свойства материала ВТП-3В после теплового старения
Свойства Значения свойств
в исходном состоянии после выдержки при 180 ° С в течение, ч
200 500 1000
Разрушающая нагрузка при растя- 4950 4950 4950 4940
жении, Н (ширина образца 25 мм)
Относительное удлинение при 8,7 8,6 8,5 8,2
разрыве, %
Прочность при расслоении, кН/м 2 2 2 1,9
Таблица 3
Механические свойства материала ВТП-3В после 3 мес выдержки
Свойства Значения свойств
в исходном состоянии после 3 мес выдержки
в тропической камере при фотн=98% + микологическая среда
Разрушающая нагрузка при растя- 4950 4900 4730
жении, Н (ширина образца 25 мм)
Относительное удлинение при 8,7 8,7 8,7
разрыве, %
Прочность при расслоении, кН/мм 2 1,9 1,9
Результаты испытаний, представленные в табл. 2 и 3, показывают, что после теплового старения на воздухе при максимальной рабочей температуре 180° С, выдержки в течение 3 мес в тропической камере и воздействия 98% относительной влажности и микологической среды механические свойства ВТП-3В существенно не изменяются.
В табл. 4 и 5 представлены результаты исследования прочности клеевых соединений материала ВТП-3В с металлами в исходном состоянии и после теплового старения на воздухе*.
* Исследования проведены ведущим инженером Е.А. Требуковой.
Таблица 4
Прочность клеевых соединений материала ВТП-3В с металлами при температуре 20°С
Свойства Значения свойств при склеивании образцов клеем
ВК-58 ВК] Р-86
сплав Д16-АТ сталь 30ХГСА сплав Д16-АТ сталь 30ХГСА
Прочность при равномерном отрыве, МПа Прочность при отслаивании, кН/м 0,73 3,50 0,82 3,45 0,62 2,7 0,74 2,9
Таблица 5
Прочность при отслаивании клеевых соединений материала ВТП-3В _от стали 30ХГСА после теплового старения на воздухе_
Клеи Прочность при отслаивании, кН/м
в исходном после выдержки при 180 ° С в течение ч
состоянии 200 500 1000
при температуре испытаний, ° С
20 180 20 180 20 180 20 180
ВК-58 3,45 1,98 2,65 1,97 1,80 0,27 1,43 0,26
ВКР-86 2,9 1,86 2,97 1,79 2,68 1,69 2,60 1,66
Из данных табл. 3 и 4 видно, что в исходном состоянии прочность клеевых соединений материала ВТП-3В с металлами с использованием клея ВК-58 выше по сравнению с клеем ВКР-86. Однако после выдержки при максимальной рабочей температуре 180° С в течение 500 и 1000 ч прочность при отслаивании клеевых соединений с использованием клея ВК-58 существенно снижается с 3,45 до 1,80 и 1,43 кН/м при 20 ° С и с 1,98 до 0,27 и 0,26 кН/м при 180 ° С соответственно, в то время как прочность при отслаивании с использованием клея ВКР-86 сохраняется на достаточно высоком уровне после выдержки при 180 ° С в течение 1000 ч и составляет 2,60 кН/м при 20 ° С и 1,66 кН/м при 180 ° С.
На основании проведенных исследований для приклеивания вибропоглощающе-го материала ВТП-3В к металлам рекомендуется использовать клеи холодного отверждения ВК-58 для работы при максимальной температуре 180 °С в течение 200 ч и ВКР-86 в течение 1000 ч.
Материал ВТП-3В может применяться в контакте с титановыми сплавами и нержавеющими сталями с покрытиями, алюминиевыми сплавами с анодно -оксидными покрытиями. Вибропоглощающий материал ВТП-3В поставляется ВИАМ по ТУ 1-595-9-1074-2009 в виде листов размером 450*750 мм и толщиной 1-1,2 мм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Сытый Ю.В., Сагомонова В.А., Кислякова В.И., Большаков В.А. Новые вибропоглощающие материалы//Авиационные материалы и технологии. 2012. №2. С. 51-54.
2. Панин Ю.А., Малкевич С.Г., Дунаевская И.С. Фторопласты. Л.: Химия. 1978. 100 с.
3. Матренин C.B., Овечкин Б.Б. Композиционные материалы и покрытия на полимерной основе: Учебное пособие. Томск. 2008. 197 с.
4. Адаменко H.A., Фетисов A.B., Казуров A.B. Свойства полимерных матриц. Волгоград: ВолгГТУ. 2008. 38 с.
