6.5. Вибропоглощающие покрытия

Вибропоглощающие, или демпфирующие, покрытия используются как эффективные средства борьбы с вибрациями и шумом в промышленности и на транспорте, возникающими в результате колебаний элементов машин и конструкций. Покрытия рассеивают (гасят) энергию колебания подложки, препятствуя шумообразованию. Это свойство обусловлено полимерным строением их пленкообразующих компонентов. Полимеры по механическому поведению занимают промежуточное положение между упругими телами и жидкостями. Они не запасают всю работу внешних сил в виде потенциальной энергии в отличие от упругих тел и не диссипируют ее полностью в теплоту в отличие от жидкостей. Для них характерно частичное превращение колебательной энергии в потенциальную и ее частичное рассеивание в виде теплоты. Диссипированная энергия проявляется как механическое демпфирование, мерой интенсивности которого служит отношение диссипируемой энергии к максимальной потенциальной энергии, запасенной на протяжении цикла колебаний:

(6.6)

где - коэффициент диссипации или тангенс угла механических потерь; - модули накопления и потерь энергии, соответственно.

Аналогичными параметрами являются логарифмический декремент D и удельная демпфирующая способность или внутреннее трение y:

.                                                                  (6.7)

Логарифмический декремент у полимеров на 1-2 порядка больше, чем у металлов. Скорость распространения звука (с), определяемая как отношение модуля упругости Е к плотности материала у полимеров относительно низка:

.                                                                          (6.8)

Все это в совокупности  обеспечивает полимерам свойство вибропоглощения. Наиболее высока удельная демпфирующая способность полимеров при температуре стеклования (Тс), в связи с чем в условиях эксплуатации покрытие должно находиться в состоянии, близком к высокоэластическому. Применение кристаллических полимеров для вибропоглощения более предпочтительно, чем аморфных, поскольку они проявляют свойство вибропоглощения в более широком интервале температур.

В качестве вибропоглощающих наиболее эффективны наполненные системы, поскольку внутреннее трение наиболее значительно в гетерогенных средах, состоящих из вязкоупругой (полимерной) и твердой фаз. В качестве наполнителей используются вещества с чешуйчатой и волокнистой формой частиц (графит, микрослюда, алюминиевая пудра, микроасбест), в количествах до 20%. Положительные результаты достигаются и при использовании барита, мела, молотого кварца и др.

Рис. 6.2. зависимость логарифмического декремента эпоксидных покрытий от относительной деформации (по данным с. с. негматова и и. и. пака): 1 - образец без покрытия (стальная подложка); 2, 4 - образцы с ненаполненным покрытием; 3, 5 - образцы с покрытием, наполненным чешуйчатым графитом

Но при больших степенях наполнения (35-40%) показана сравнительная демпфирующая способность ненаполненных и наполненных эпоксидных покрытий.

Степень вибропоглощения x зависит от соотношения толщин пленки и металлической подложки и их динамических модулей ; для ее оценки используют следующее эмпирическое уравнение:

(6.9)

где А, m, n - постоянные.

На массивных подложках демпфирующий эффект покрытий мал, но он существенен на тонкослойных изделиях, когда a³1 (см. рис.6.2).

Коэффициент диссипации для большинства недемпфированных конструкций, как правило, не более 0,01. Вибропоглощающие покрытия могут увеличить его до 0,05 и более, что позволяет снизить амплитуды резонансных колебаний почти на 15 дБ.

В вибрирующих узлах и механизмов используют покрытия из порошковых пентапластовых, полиамидных и полиэтиленовых композиций, жидких эпоксидных (марка СВМ-51), олигоэфиракрилатных (марка СВМ-428) и битумных (противошумные мастики №579, 580 и др.) составов. Их толщина, составляя 0,3-3 мм, обеспечивает снижение вибрации в частотном диапазоне 50-10 000 Гц. При этом (с уменьшением вибрации и шума) повышается срок эксплуатации конструкций.