Вибродемпфирующие материалы с резиновой крошкой - так ли они хороши?

Последнее время многие компании стали предлагать в качестве вибродемпфирующих материалов композиции, содержащие большое количество резиновой крошки, в основном полученной из вторично переработанных шин. Все это зачастую подается, как новые высокотехнологичные разработки с уникальным комплексом свойств.

Однако, так ли это на самом деле? Постараемся ответить на этот вопрос в рамках данного обзора.

Применение вторично переработанной резиновой крошки в массивных резиновых изделиях используется уже достаточно давно, однако, до недавнего времени, это были, как правило, изделия для народного хозяйства без особых требований к их свойствам (животноводческие плиты, пластины для ж/д переездов и т.п.). В этих случаях использование крошки вполне оправданно как с экономической точки зрения, так и в свете экологии.

В использовании же резиновой крошки в конструкционных материалах видится несколько подводных камней, которые мы и разберем ниже.

1. Экономическая выгода. 

Высокая несущая способность позволяет использовать частичное покрытие вибродемпфирующего слоя пластинами Nowelle®. Это значительно удешевит виброизоляцию.

Рабочая статическая  осевая  нагрузка вибродемпфирующих эластомерных плит, изготовленных из резиновых гранул с высоким содержанием натурального каучука и полиуретановых компаундов – 0,2…0,45 Н/мм²   Для наглядности это от 20 до 46 тонн на квадратный метр.

Рабочая статическая  осевая    Nowelle®  – не более 700 тонн на м². Для примера возьмем десятую часть от максимально допустимой нагрузки: 70 тонн на м.кв. Nowelle®  и 4,6 тонны на м кв.  для пластины из гранул.

Следовательно для виброизоляции 40 тонного станка потребуется 8,6 квадратных метра пластины из гранул (8,6 пластин 1м х 1м),  или 0,57 м. кв. Nowelle®, (1,16 пластин  Nowelle®  0,7м х 0,7м). Причем отрезки пластины нужно располагать отдельными элементами под углами или особо нагруженными элементами конструкции. Такие решения будут максимально точно отвечать необходимости виброгашения.

По стоимости это будет порядка 50 026 руб. для пластины из гранул  и 13 800 руб. при использовании Nowelle® .

2. Тип резиновой крошки.

В подавляющем большинстве случаев используют резиновую крошку, полученную из вторично переработанных автомобильных покрышек. Рассмотрим, что представляет собой подобная резина. В основе этих резин лежат изопреновые и бутадиен-стирольные каучуки различных видов, и их комбинации. Эти каучуки, ввиду своего химического строения, имеют один из самых высоких среди эластомеров показатель эластичности по отскоку. В качестве примера, в таблице 1 приведены значения эластичности по отскоку наполненных стандартных резиновых смесей на основе различных каучуков.

Таблица 1

Из таблицы явно видно, что изопреновые и бутадиен-стирольные каучуки и резины на их основе обладают высокой эластичностью, т.е. низким внутренним трением в молекулах полимера (гистерезисом), что важно для автомобильных шин, т.к. положительным образом отражается на комфорте пассажиров и сохранности узлов подвески автомобиля, уменьшает сопротивление качению (а, следовательно, и расход топлива при движении автомобиля) и положительным образом влияет на экологию.

Однако, для вибродемпфирующего материала необходимо иметь более высокий гистерезис, за счет чего, ввиду более высокого внутреннего трения внутри полимера, происходит бóльшая потеря механической энергии вибрации, что приводит к лучшему демпфированию.

Таким образом, наличие в вибродемпфирующем эластомерном материале крошки, полученной из вторично переработанных автомобильных покрышек, приводит к ухудшению вибродемпфирующих свойств материала, в случае применения в качестве базового, эластомера с низкой эластичностью. Использование же в качестве базового материала эластомера с высокой эластичностью, изначально не дает возможности получить материал с высокими вибродемпфирующими свойствами.

 3. Наличие пор в материале.

Не вызывает сомнения, что наличие крошки, как и различных посторонних включений, делает конечный материал не монолитным. При этом, даже приняв во внимание, что крошка сможет привулканизоваться к основному полимеру композиции, ввиду неравномерного распределения активных центров по поверхности, а также различного параметра растворимости (что ухудшает совмещение различных материалов) из-за использования в одной системе каучуков разных типов, невозможно добиться, чтобы крошка всей своей поверхностью полностью привулканизовалась к полимеру. В результате этого, в массиве материала образуются микропустоты, которые для краткости условно назовем «поры». Поскольку крошка распределена во всем объеме материала, в том числе и на поверхности, мы получаем систему с так называемыми открытыми порами.

Теперь рассмотрим поведение подобного материала в эксплуатации.

В большинстве случаев, вибродемпфирующий материал укладывается под фундамент зданий или под оборудование, т.е. либо в землю, либо в различные ниши, зачастую плохо вентилируемые, располагающиеся, как правило, ниже уровня пола. В подобных условиях невозможно избежать влияния на материал воды, которая будет воздействовать на резину. При этом будет иметь место не набухание непосредственно самой резины в воде (к чему большинство резин достаточно устойчивы), а «механическое» внедрение воды в имеющиеся в материале пустоты.

В результате этого, в условиях реальной эксплуатации подобных материалов получается система, состоящая из большого количества переработанной резиновой крошки и резины на основе «базового полимера», которая фактически выполняет роль связующего, чтобы полученная композиция имела приемлемые физико-механические свойства. Кроме этого, в соответствии с описанной структурой, в материале обязательно будут присутствовать хаотично распределенные микропустоты, в которых (во всех или в какой-то части), ввиду особенностей эксплуатации материала, будет находиться вода.

Естественно, что предсказать, как будет работать подобный материал, опираясь на испытания в лабораторных условиях, не представляется возможным. Более того, в зависимости от дисперсности крошки, распределения частиц разного размера в массиве материала и количества воды внутри этой композиции, эксплуатационные характеристики материала будут меняться. А учитывая, что вода, в отличие от воздуха, практически несжимаемый материал, в первую очередь кардинально изменятся именно динамические характеристики.

Также следует учитывать, что при отрицательных температурах вода, находящаяся в композиции, за счет увеличения своего объема, может вызвать локальное разрушение структуры материала.

Таким образом, использование резиновой крошки из вторично переработанных автомобильных покрышек при производстве вибродемпфирующих материалов, хотя и выглядит экономически более выгодным решением, которое можно дополнительно подкрепить заботой об экологии, в то же время негативно скажется на свойствах материала, что неизбежно отразится на его эксплуатационных характеристиках.

Срок эксплуатации пластин Nowelle® составляет по экпериментально-прогностическим исследованиям 50 лет и более, в то время как для пластин из крошки - 5 лет в соответствии с паспортными данными.

Компания НТЦ Резина, учитывая все вышеперечисленные факторы, производит исключительно монолитные вибродемпфирующие материалы, что гарантирует стабильность всех заявленных характеристик на протяжении всего срока службы.

Комментарии

Комментариев пока нет