Рис. 1. Коэффициент звукопоглощения шумоизоляционных материалов
РАЗРАБОТКА И ОСВОЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА
ФОРМОВАННОЙ ШУМОИЗОЛЯЦИИ И ОТДЕЛКИ ИНТЕРЬЕРА САЛОНОВ СРЕДСТВ ТРАНСПОРТА
НА ОСНОВЕ ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗО ЛЬНА
к.т.н. Е.Е. Алексеев, к.т.н. В.О. Симонян
Центральный научно-исследовательский институт хлопчатобумажной промышленности /г.Москва/,
к.т.н. В.В. Коровкин
ОАО «Росэкопласт»,
к.т.н. Т.Л. Кравец
ЗАО «Искож-Тверь»
УДК 675.92.017
Эффективная шумоизоляция в значительной степени определяет комфортность автомобиля и решающим образом влияет на его безопасность благодаря возможности предотвращения воздействия на человека острых, режущих элементов при разрушении автомобиля, создает комфортные условия для водителя, существенно снижая утомляемость и способствуя большей внимательности на дорогах. Уровень шумоизоляции автомобиля стал одним из важных критериев конкурентоспособности автомобиля.
Мировая тенденция по созданию экологически чистых средств транспорта с максимальной комфортностью предусматривает использование формующихся материалов на основе натуральных волокон (лен, хлопок) в смеси с синтетическими волокнами. Именно такого рода материалы преимущественно используют ведущие американские и европейские фирмы, поставляющие шумоизоляцию для автомобилей.
Для России важное значение имеет разработка формующихся шумоизоляционных материалов с использованием отечественного натурального сырья - льняных волокон. Создание и освоение широкого ассортимента шумо- и вибропоглощающих отделочных и обивочных материалов на льняной основе является одним из значимых направлений развития льняного комплекса России.
В рамках Федеральной целевой программы «Развитие льняного комплекса России на 2000 - 2001 годы» с 1999 г. в ЦНИХБИ были проведены научно-исследовательские работы по созданию шумоизоляционных, шумопоглощающих и вибродемпфирующих текстильно-композиционных материалов и формованных деталей из них для автомобильной промышленности. Эти работы получили поддержку у отечественных автомобильных заводов "АВТОВАЗ", "Москвич", "ЗИЛ". Работа завершается организацией на опытном производстве ЦНИХБИ опытно-промышленного участка по производству экологически чистых льнополимерных нетканых шумоизоляционных материалов для автомобильной промышленности.
Для разработки состава формующегося льнополимерного нетканого материала было использовано следующее сырье: полипропиленовые волокна 0,33; 0,68; 0,84 текс резкой 50 мм, 65 мм, 75 мм и льноволокно номеров 2, 3, 4.
Экспериментальные исследования показали, что оптимальным для изготовления формующегося шумоизоляционного иглопробивного нетканого материала является использование полипропиленового волокна 0,68 текс, резкой 75 мм и льноволокна номер 4.
При изучении возможности получения разработанных вариантов в производственных условиях определены технологические параметры основных операций изготовления нетканых иглопробивных основ по следующей технологии:
- предварительная подготовка льноволокна - рыхление, очистка,
- смешивание льноволокна и полипропиленового волокна в необходимом соотношении,
- чесание волокнистой смеси,
- формирование из ватки-прочеса волокнистого холста необходимой толщины,
- получение иглопробивного льнополипропиленового нетканого полотна «ЛЕНОПРОН».
По представленной технологической схеме наработаны экспериментальные образцы нетканых иглопробивных материалов различного состава и плотности.
Проведены исследования по выбору оптимального сырьевого состава облицовки салона автомобилей. При проведении формования льнополипропиленовых нетканых материалов на оборудовании ОАО "Искож-Тверь" изучены физико-механические показатели, определяющие прочностные (предел прочности, относительное удлинение) и упругие (модуль упругости при изгибе, изгибающее напряжение) свойства формованных материалов, в зависимости от состава нетканых полотен.
На основании полученных результатов с учетом акустических характеристик, массы готовой детали и стоимости исходного сырья определен оптимальный сырьевой состав нетканых льнополипропиленовых материалов для изготовления различных деталей обивки салона автомобилей: 40-50% полипропиленового волокна и 60-50% льноволокна.
Для оценки надежности формованных деталей салона автомобиля в аварийных ситуациях проведены испытания под действием ударных нагрузок. Испытания на сопротивление удару при различных температурных режимах показали, что сформованный льнополипропиленовый материалов не образует трещин и при их разрушении детали обивки не образуют острых краев и режущих осколков, что характерно для деталей из материала "Поливуд". Поэтому использование новых формующихся материалов из нетканых льнополипропиленовых полотен позволит повысить надежность облицовки салона автомобиля в аварийных ситуациях.
Испытательным центром ОАО "Искож-Тверь" проведены испытания экспериментальных образцов деталей облицовки дверей автомобиля "Москвич" ("ИНТЕРЛЕН"), которые показали, что соответствие физико-механических показателей нормативным данным для лучшего зарубежного аналога - материала "ЛО-ПРЕ-ФИН".
При проведении сравнительных испытаний установлено, что при одинаковых прочностных показателях "ИНТЕРЛЕН" отличается более низкой поверхностной плотностью. Поэтому за счет снижения материалоемкости готовых деталей (на 20-30%) можно получить значительную экономию материальных ресурсов, а значит, и снизить себестоимость выпускаемой продукции.
Для гигиенической оценки формованного материала "ИНТЕРЛЕН" проведены токсикологические исследования в испытательном центре Государственного санитарно-эпидемиологического надзора в г. Москве, показавшие, что при температурном режиме формования льнополипропиленовых материалов не выявлено выделение из образца химических веществ, превышающих в количественном выражении значения ПДК для атмосферного воздуха.
На основании полученных результатов оформлено гигиеническое заключение на продукцию "Обивка дверей многослойная "ИНТЕРЛЕН"
№ 77.01.03.229.Т.17223.06.0 от 07.06.00.
С целью оптимизации состава материалов по акустическим характеристикам исследованы следующие комбинации и их отдельные составляющие шумоизолирующих и шумопоглощающих материалов:
1. Нетканое полотно ленопрон (30% лён + 70% ППр*)
2. Нетканое полотно ленопрон (50% лён + 50% ППр)
3. Формованная накладка (малифлиз + ленопрон 30/70 %)
4. Формованная накладка (малифлиз + ленопрон 30/70%) + ППу**/30 5. Формованная накладка (малифлиз + ленопрон 30/70%) + ППу/10 белый.
6. Формованная накладка (малифлиз + ленопрон 30/70%) + ППу/10 голубой.
7. ППу/30.
8. ППу/10 белый.
9. ППу/10 голубой.
* ППр - полицропилен,
** ППу - пенополиуретан.
Коэффициенты звукопоглощения этих материалов приведены на
Из рисунка видно, что процесс формования нетканого полотна «ЛЕНОПРОН» снижает его шумопоглощающие свойства, что объясняется уплотнением структуры материала. Вместе с тем, поглощающие характеристики формованной детали при введении в её конструкцию с тыльной стороны различных шумопоглощающих материалов улучшаются.
Наибольший эффект получен при комбинации с ППУ толщиной 30 мм, что объясняется высоким коэффициентом звукопоглощения материала.
Из рисунка видно влияние процентного состава компонентов в материале «ЛЕНОПРОН» на его поглощающие свойства. Предпочтительно сочетание волокон льна и полипропилена 50/50 %.
Рис. 1. Коэффициент звукопоглощения шумоизоляционных материалов
Как было показано, наиболее высокие показатели шумопоглощения удается получить при использовании материалов, дублированных пенополиуретаном. Наличие в составе слоистой шумоизоляции слоя пенополиуретана придает формованной накладке более высокое акустическое поглощение по сравнению с исходным неформованным нетканым материалом и превышает по этих характеристикам материал "Порозо". Многослойные конструкции деталей имеют более высокие шумопоглощающие свойства.
На основании проведенных исследований составлены рекомендации по конструкции формованных материалов, применяемых с целью шумозащиты салона автомобиля.
При проведении процесса формования материала «ЛЕНОПРОН» на оборудовании ОАО «Москвич» были выполнены исследования по разработке специальных многослойных дублированных материалов на основе материала «ЛЕНОПРОН» и разработана специальная прессформа «мастер-модель» для отработки процесса формования этих материалов.
Основной принцип устройства «мастер-модели» заключается в создании определенного зазора между металлическими поверхностями, в которых зажимается льнополипропиленовый или многослойный материал и затем выдерживается в течение определенного времени при заданных условиях формования (температура и давление).
В процессе экспериментальных работ по горячему прессованию многослойных материалов, дублированных по различным вариантам, получены формованные образцы материала «ИНТЕРЛЕН» различной толщины и плотности.
Физико-механические свойства формованных материалов оценивали по таким основным показателям, как прогиб при комнатной температуре и при температуре 90 °С, остаточная деформация, теплостойкость при температуре 110 С, устойчивость к переменному воздействию термоциклов, прочность сцепления облицовочного материала с основой.
На основании полученных результатов выбраны два направления исследований, по которым отрабатывали режимы формования двух деталей - накладки под капот и полки багажника автомобиля. Для накладки под капот требуется полужесткий формованный материал, обладающий высокими звукопоглощающими свойствами. Для полки багажника основой является жестко формованный материал, отличающийся высокими динамическими показателями при температуре 90 °С.
Формованный материал для полки багажника соответствует требованиям по прогибу при комнатной температуре, температуре +90 °С и остаточной деформации при температуре +90 °С.
При исследовании процесса формования многослойных дублированных материалов было установлено, что величина плотности материала «ЛЕНОПРОН», дублированного с пенополиуретаном, находится в прямой зависимости от толщины поролона между слоями «ЛЕНОПРОНа». В зависимости от температурных условий при формовании возможно получение материалов, имеющих одинаковую или различную плотность с лицевой и обратной стороной детали.
На основании выполненых иследований отработаны технологические процессы формования деталей интерьера автомобилей «Обивка дверей многослойная «ИНТЕРЛЕН», «Накладка крышки капота «ИНТЕРЛЕН», «Полка багажника «ИНТЕРЛЕН».
Составлена нормативно-техническая документация для изготовления деталей шумоизоляции автомобилей "Святогор" и "Князь Владимир" и автомобилей ГАЗ 3110 "Волга" и ГАЗ 2705 "ГАЗЕЛЬ".
В результате проведенных исследований созданы новые конструкции формующихся материалов на основе нетканого льнополипропиленового материала «ЛЕНОПРОН». Разработана технология производства формованной шумоизоляции «ИНТЕРЛЕН», обеспечивающий высокие шумопоглощающие свойства в широком диапазоне частот и создающий акустический комфорт в салоне автомобиля. Формованные материалы обладают необходимым комплексом физико-механических свойств, определяющих высокую надежность облицовки и повышающих безопасность автотранспорта в аварийных ситуациях.
В ходе технологических исследований формованных льнополипропиленовых материалов выявлено их преимущество перед используемыми в настоящее время материалами типа «Порозо», «Поливуд» и «Byдсток».
Формованные изделия «ИНТЕРЛЕН» прошли испытания на ведущих автомобильных заводах России и рекомендованы для проведения расширенных производственных испытаний на сборочных конвейерах. Эти изделия могут быть успешно использованы при комплектации автомобилей тюнинговыми фирмами.