CN101341199A - 减小振动传递 - Google Patents

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Abstract

一种热膨胀材料，在膨胀后，在－10℃至+40℃之间的温度下，在0至500Hz的频率范围内，该热膨胀材料的杨氏储能模量E′在0.1MPa至1000MPa之间，损耗因子至少为0.3(优选至少为1)，剪切储能模量G′优选在0.1MPa至500MPa之间。该热膨胀材料用于与框架结合以形成耗散振动波的挡板，该耗散振动波的挡板有效地减小车辆中可能存在的来自于振动发生器的振动传递。

Description

减小振动传递
技术领域
本发明涉及减小振动发生器产生的振动传递。
背景技术
在车辆中，由动态力发生装置例如发动机、电动机、泵或变速箱等产生的振动通过结构元件传递到例如面板之类的发射表面，导致结构传递噪音的散发。
为了至少减小这种结构传递噪音，已经提出许多不同的解决方法。在车辆结构中，已经提出一些被动方法，例如求助于减振器或阻尼垫。这些阻尼垫经常应用到振动板上，例如车辆的门或地板上。这些方法对噪音的降低程度常常令人不满意。
在传统的工艺中，沥青或柏油和比重较大的填充剂的混合物被挤压成薄片，由薄片冲压或切割成合适的形状。这些薄片与适当的金属板部件结合，并且有时也必须通过加热调整到薄片的形状。尽管由于材料成本低，这些沥青薄片还经常使用，但是这些沥青薄片比较易碎，而且易于从金属板部件脱落，特别是在低温下。同样，经常提到的掺入添加剂仅会导致微小的改进，这对于多数应用场合还是不够的。而且，将预成型的沥青部件涂覆到机器或车辆的形状复杂的或几乎不能接近的钣金件例如车辆门上的空腔的内表面是完全不可能的。此外，还具有其它缺点，在许多情形下，仅一个车辆或装置就需要几个冲压件，因此需要昂贵的存储量。
因此，有很多使用其它聚合物体系来消除沥青薄板的缺点的尝试。例如，发展了聚醋酸乙烯酯的水聚合物分散体或含有填充剂的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，其能够以必要的涂层厚度喷涂在钣金件上。然而，当生产速度较快时，由于水不能足够快地从被喷涂的涂层中去除，特别是在涂层相当厚的情况下，这些聚合物体系不利于工业上使用。
聚合物涂层的隔音性能在聚合物体系的玻璃化转变温度范围内最好，因为由于该温度范围内聚合物的粘弹性，振动过程中的机械能通过分子流现象转化成热能。基于PVC塑溶胶的常规可喷射的涂层材料，例如作为底部涂料广泛用于机动车结构中，其在-20℃至+60℃的应用温度范围内不具有显著的隔音效果，因为取决于增塑剂的比例，玻璃化转变温度的最大值为大约-20℃至-50℃。
因此已经有改进这些常规的PVC塑溶胶的尝试，使其在-20℃至+60℃的应用温度范围内具有较好的隔音性能。根据已公布的德国专利申请3514753中已知，常规塑溶胶中的涂层包括多重不饱和化合物，例如丙烯酸双脂或三丙烯酸脂，过氧化物交联剂和无机填充剂。但是，在加硬的状态下，这些塑溶胶硬度最大且易碎，特别是在低温下，由于其不具有足够的弹性，这些塑溶胶不适合用于车辆结构中。除了这点，这些组分具有非常小的损耗因子tanδ，因此隔音效果并不显著。
已公布的德国专利申请3444863中描述了一种合成物，其包括PVC或氯乙烯或乙酸乙烯酯共聚物，及选择地包含甲基丙烯酸甲酯均聚物或共聚物，增塑剂混合物和惰性填充剂。该增塑剂混合物包括与甲基丙烯酸甲酯共聚物相容的增塑剂，及用于氯乙烯聚合物并与可能存在的甲基丙烯酸甲酯聚合物相容的增塑剂。与常规的PVC塑溶胶相比，由此获得的上述塑溶胶具有改进的隔音效果。但是，特别是在30℃以上的温度下，该隔音效果又降低了。如果试图通过改变各组分的相对含量来将最大损耗因子tanδ的范围转移到较高温度，涂层的低温柔性将非常严重地下降。但是，减小的低温柔性在车辆结构中正好是不利的。此外，由于这些组分，损耗因子在较低温度下减小非常严重。因此，这些塑溶胶混合物仅在非常小的温度范围内具有较大的损耗因子。
此外，已经开发出了主动的方法来减小结构传递噪音。这些方法一般使用传感器、信号处理、驱动器和电源，通过产生相应的力或应变来抵消振动或有效地增加振动的耗散。
尽管主动的控制方法已经表现出能有效地减小结构传递噪音，但是这些方法需要复杂的技术设备，特别是关于信号处理和传感器方面。这不仅增加了成本，也导致了增加故障的危险。
因此，需要一种实用的方法来有效地减小系统内特别是车辆内的结构传递噪音。
因此，本发明的一个目的在于克服现有技术的缺点。
发明内容
经过长期而又广泛的研究工作，本发明人现已发现系统内例如车辆内的结构传递噪音可以通过一个特殊的耗散振动波的挡板来有效地减小，该耗散振动波的挡板包含有特殊的热膨胀材料。
根据本发明，该耗散振动波的挡板包括具有内表面和外表面的框架，该框架具有多边形截面，特别是矩形截面，可选择为U形截面，并且该框架包括位于其外表面或内表面的至少一个表面上的涂层，该涂层包括热膨胀材料，该热膨胀材料从这些材料中选择：在膨胀后并且在-10℃至+40℃之间的温度下，在0至500HZ的频率范围内，这些材料的杨氏储能模量E′在0.1MPa至1000MPa之间，损耗模量E″优选在0.5至1之间，损耗因子大于0.3(优选大于1)，剪切储能模量G′优选在0.1MPa和500MPa之间。
附图说明
图1为根据本发明在热膨胀材料膨胀前的耗散振动波的挡板的第一实施例的示意性透视图；
图2为图1中的耗散振动波的挡板在热膨胀材料膨胀后的示意性透视图；
图3为图1中的耗散振动波的挡板在插入结构元件后的示意性透视图；
图4为图3中的耗散振动波的挡板在热膨胀材料膨胀后的示意性透视图；
图5为示出了三条曲线的曲线图，分别表示了车身内作为频率的函数的结构传递噪音的变化。
具体实施方式
如前所述，用于与框架结合的热膨胀材料从这些材料中选择的：在膨胀后并且在-10℃至+40℃的温度下，在0至500Hz的频率范围内，这些材料的杨氏储能模量E′在0.1MPa至1000MPa之间，优选损耗模量E″在0.5至1之间，损耗因子大于0.3(优选大于1)，优选剪切储能模量G′为0.1MPa至500MPa。
杨氏储能模量(E′)定义为材料的比例极限下的拉伸应力与拉伸应变之比。剪切储能模量G′定义为比例极限内的剪切应力与剪切应变之比并作为弹性地存储在材料内的等效能量的测量标准。对于拉压中的阻尼，损耗因子(有时也作为结构固有阻尼或损耗角正切被提及)为杨氏损耗模量E″与杨氏储能模量E′之比。对于剪切中的阻尼，损耗因子为剪切损耗模量G″与剪切储能模量G′之比。这些数值可以通过材料的动态力学分析(DMA)容易地确定，在本发明的上下文中，该材料为膨胀后的热膨胀材料。如本领域所熟知，动态力学分析可以通过间接方法或通过直接方法来完成，其中在间接方法中材料的特点被表现在框架上(Oberst的梁试验)，在直接方法中被测样品仅由被表现的材料制成(粘弹分析仪)。
本发明中选择使用的框架具有一内表面和一外表面。该框架在横截面上的形状应为多边形。优选地，框架的横截面形状具有至少三个为直线和/或弧线的边。在一个实施例中，该框架在一边敞开或部分敞开，但是在另一实施例中，框架的横截面形状是封闭的。例如，框架的横截面可以具有从包括矩形、正方形、五边形、六边形、U形或D形的组合中选择的形状。框架各个边的长度可以相等或不同，其长度一般根据耗散振动波的挡板要插入的结构元件的内部尺寸或周围放置耗散振动波的挡板的结构元件的外部尺寸来选择。该框架可以完全中空，但是在一些实施例中，可以具有一个或多个内部元件，例如支柱、肋、横壁等等。框架可以在面向中空结构元件的底部表面或边缘上设有小垂片、支架或其它突出部，耗散振动波的挡板插入该中空结构元件内。这些突出部被设置成用于支持该表面或边缘使其远离结构元件的下部内表面，借此允许在车辆装配操作中使用的任何液体完全涂覆或接触该下部内表面。在耗散振动波的挡板固定到结构元件的外部的实施例中，挡板的表面设有上面放置热膨胀材料的涂层并面向表面元件的外表面，该挡板的表面可以通过任何适当的定位装置例如间隔元件、卡子、凸缘等等类似地与该外表面保持相对短的距离。
在本发明的一个实施例中，该框架是直的，但是在另外的实施例中，框架可以是弯曲的或曲线的。在其它实施例中，该框架可以在某些部分是直的，而在其余部分是曲线的。框架的每个边可以是平面(平坦)的，但也可以是框架的一个边包含一个或多个锯齿区域和/或一个或多个突出部分。该框架的边可以是连续的(无任何开口)，但在某些实施例中，框架的一个或多个边可以包含一个或多个开口。一般而言，可以这样选择框架的形状和结构，使其与结构元件的轮廓或形状大致平行或相匹配，其中耗散振动波的挡板要插入所述结构元件中或耗散振动波的挡板要固定在所述结构元件上，并清洁结构元件内或结构元件外表面上的任何元件，否则如果不清洁的话，这些元件一旦在被涂覆热膨胀材料以后，就可能阻止耗散振动波的挡板装配到该结构元件内或该结构元件上。如下面更详细的描述，在耗散振动波的挡板的外表面和结构元件的内表面之间(在挡板插入结构元件内的实施例中)或在耗散振动波的挡板的内表面和结构元件的外表面之间(在挡板固定在结构元件的外部的实施例中)允许存在一些余隙空间是合意的。
所述框架可以由金属制成。优选金属为钢，特别是镀锌钢和铝。
所述框架也可以由合成材料制成，可选地该合成材料可以是纤维增强的(例如，用玻璃纤维增强)和/或用其它类型的填充剂增强的合成材料。优选的合成材料为在高达至少180℃时具有低吸水性以及尺寸稳定的热塑性合成材料。例如合适的热塑性材料可以选自由聚酰胺(PA)、聚苯硫醚(PPS)、聚苯醚(PPE)、聚苯砜(PPSU)、聚醚酰亚胺(PEI)和聚苯酰亚胺(PPI)构成的组。热固性合成材料例如成型化合物、刚性聚亚氨酯等等也可用来构成该框架。该框架可以通过任何适宜的方法，例如成型(包括注塑成型)、冲压、弯曲、挤压等方法形成想要的形状。
优选地，框架相当硬。在一个实施例中，框架在室温下至少和耗散振动波的挡板要插入的或耗散振动波的挡板固定在其上的结构元件一样坚硬。
在耗散振动波的挡板要插入结构元件的实施例中，涂层涂覆在框架外表面的至少一部分上，但也可以涂覆在整个外表面上。类似地，在耗散振动波的挡板固定在结构元件上的实施例中，涂层涂覆在框架内表面的至少一部分上，但也可以涂覆在整个内表面上。热膨胀材料的涂层可以是连续的，尽管如此，本发明也考虑在框架的外表面或内表面上具有两个或多个分隔开的热膨胀材料部分，这些部分的尺寸、形状、厚度等可以不同。
包含热膨胀材料的涂层的厚度可以相同，但是涂层的厚度也可以沿框架的外表面或内表面上变化。一般地，涂层的厚度在0.5至10mm之间。
热膨胀材料为这样一种材料，其受热会发泡并膨胀，但其在室温(例如15-30℃)下一般为固体(并优选尺寸稳定)。在一些实施例中，该热膨胀材料会变干，没有粘性，但在另一些实施例中是有粘性的。该热膨胀材料优选是这样配制的，其能够成型或模塑(例如注塑成型或挤压)成使用的想要形式，这种成型或模塑在室温以上的温度下进行，该温度足够软化或熔化热膨胀材料使其容易被加工，但是该温度低于引起膨胀材料膨胀的温度。冷却该成型的或模塑的热膨胀材料到室温以产生尺寸稳定的并具有想要的形状或形式的固体。经过发泡剂的活化作用，即经受约130℃至240℃(取决于使用的热膨胀材料的精确组分)之间的温度，热膨胀材料一般将膨胀到原始体积的至少约100％或者至少约150％或者可选为至少约200％。当为想要的最终用途需要时，甚至可以选择更高的膨胀率(例如至少约1000％)。例如当用于汽车车身时，膨胀材料的活化温度一般低于生产中在车身上烘烤底漆或油漆的温度。
热膨胀材料可以通过挤压、共铸成型、包覆成型等之类的适当方法施加到框架表面。例如，热膨胀材料可以加热到足以使材料软化或熔化的温度，而不会激活可能存在的发泡剂或硬化剂，该温度被软化或熔化的材料然后以带状物被挤压到框架的外表面或内表面。经冷却，带状的热膨胀材料然后被重新凝固或粘附到框架表面上。或者，热膨胀材料的薄片可以通过模切而形成具有想要的尺寸和形状的单独部分，该单独部分然后通过适当的方法被贴附到框架的外表面或内表面，例如通过机械紧固件或将与框架表面接触的部分的表面加热到足以使热膨胀材料起热熔胶作用的温度。也可以使用单独涂覆的粘结层来将热膨胀材料贴附到框架的外表面或内表面。
在一特别有利的实施例中，该热膨胀材料包括：
-按重量为25％至70％，优选为35％至55％的至少一种热塑性弹性体(优选为苯乙烯/丁二烯或苯乙烯/异戊二烯嵌段共聚物或其部分氢化的衍生物)；
-按重量为15％至40％，优选为20％至35％的至少一种非弹性体的热塑性材料(优选乙烯/醋酸乙烯酯或乙烯/丙烯酸甲酯共聚物)；
-按重量为0.01％至2％，优选为0.05％至1％的至少一种稳定剂或抗氧化剂；
-按重量为2％至15％的至少一种发泡剂，优选其含量足以使热膨胀材料在150℃的温度加热时体积膨胀至少100％；
-按重量为0.5％至4％的一种或多种硬化剂，可选择地包括按重量为0.5％至2％的至少一种烯烃不饱和单体(olefinically unsaturated monomer)或低聚体；以及可选地
-按重量为至多10％(例如0.1％至10％)的至少一种增粘树脂；
-按重量为至多5％(例如0.1％至5％)的至少一种增塑剂；
-按重量为至多10％(例如0.1％至10％)的至少一种蜡；
-按重量为至多3％(例如0.05％至3％)的至少一种用于发泡剂的活化剂；
以及可选地包括至少一种填充剂(填充剂的含量按重量为优选小于10％，更优选小于5％)，该百分数为热膨胀材料的总重量的重量百分数。
一般而言，理想的是使用的可塑性弹性体的软化点不高于发泡剂开始被活化的温度，优选该温度比热膨胀材料要膨胀时所暴露于其中的温度低至少约30℃。该热塑性弹性体优选选自由热塑性聚亚氨酯(TPU)和A-B，A-B-A，A-(B-A)n-2-B，A-(B-A)n-1和(A-B)n-Y型嵌段共聚物(包括线性和放射型嵌段共聚物)构成的组，其中A为芳香族聚烯烃嵌段(aromatic polyvinyl block)(“硬的”)，B段代表聚丁二烯，聚异戊二烯等橡胶类嵌段(“软的”)，可以是部分或全部氢化的。Y为多官能化合物，n是至少为3的整数。这些嵌段在性质上可以是锥形的或倾斜的，或者完全由一种类型的聚合单体构成。
B段的氢化去除了最初存在的双键，并提高了嵌段聚合物的热稳定性。在本发明的某些实施例中这些聚合物是优选的。
合适的嵌段共聚物包括但不限于SBS(苯乙烯/丁二烯/苯乙烯)共聚物，SIS(苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯)共聚物，SEPS(苯乙烯/乙烯/丙烯/苯乙烯)共聚物，SEEPS(苯乙烯/乙烯/乙烯/丙烯/苯乙烯)共聚物或SEBS(苯乙烯/乙烯/丁二烯/苯乙烯)共聚物。
特别合适的嵌段共聚物包括苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯三嵌段共聚物，及其全部或部分氢化的衍生物，其中聚异戊二烯嵌段包含相当大比例的单体部分，该单体部分来自具有1，2和/或3，4结构的异戊二烯。优选地，至少约50％的聚合异戊二烯单体部分具有1，2和/或3，4结构，剩余的异戊二烯部分具有1，4结构。这种嵌段共聚物可以从可乐丽株式会社(KurarayCo.，Ltd)获得，商标为HYBRAR，也可以使用美国专利No.4 987 194中描述的方法制备，通过引用其全部内容结合进本申请。
在本发明的一些优选实施例中，“硬”嵌段表示按重量为约15％至30％之间的嵌段聚合物，“软”嵌段表示按重量为约70％至大约80％之间的嵌段聚合物。“软”嵌段的玻璃化温度优选为从大约-35℃至大约10℃，“硬”嵌段的玻璃化温度优选为从大约90℃至大约110℃。嵌段聚合物的熔融指数优选为从大约0.5至大约6(由ASTM D1238测量，190℃，2.16Kg)。一般地，嵌段聚合物的平均分子量为大约30000至大约300000。
合适的热塑性聚氨酯(TPU)的例子，根据常规方法，是这样制备的，通过将二异氰酸酯与每个分子具有至少两个异氰酸酯反应性基团的化合物反应，优选双官能团醇类。要使用的合适的有机二异氰酸酯包括，例如，脂肪族二异氰酸酯、脂环族二异氰酸酯，芳代脂肪族(araliphatic)二异氰酸酯，杂环二异氰酸酯和芳香族二异氰酸酯。
二异氰酸酯的具体例子包括脂肪族二异氰酸酯，例如六亚甲基-二异氰酸酯；脂环族二异氰酸酯，例如异佛尔酮-二异氰酸酯、1，4-环己烷-二异氰酸酯、1-甲基-2，4-和-2，6-环己烷-二异氰酸酯及相应的异构体混合物、4，4’-、2，4’-和2，2’-二环己基甲烷-二异氰酸酯及相应的异构体混合物；及芳香族二异氰酸酯，例如2，4-甲代亚苯基-二异氰酸酯、2，4-和2，6-甲代亚苯基-二异氰酸酯的混合物、4，4’-二苯基甲烷-二异氰酸酯、2，4’二苯基甲烷-二异氰酸酯和2，2’-二苯基甲烷-二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷-二异氰酸酯和4，4’-二苯基甲烷-二异氰酸酯的混合物、氨基甲酸酯改性的液体4，4’-二苯基甲烷-二异氰酸酯和/或2，4’-二苯基甲烷-二异氰酸酯、4，4’-二异氰酸-1，2-二苯乙烷和1，5-亚萘基-二异氰酸酯。优选使用4，4’-二苯基甲烷-二异氰酸酯的重量百分数大于96％的二苯基甲烷-二异氰酸酯异构体混合物，特别是使用4，4’-二苯基甲烷-二异氰酸酯和1，5-亚萘基-二异氰酸酯。上述二异氰酸酯可以单独使用或与另一种结合的混合物形式使用。
与异氰酸酯反应的化合物包括但不限于多羟基化合物，例如聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇或可能包含氮、磷、硫、和/或硅原子的多元醇，或它们的混合物。每个分子中泽尔维季诺夫活泼氢原子的平均数目为约1.8至约3.0，优选每个分子中泽尔维季诺夫活泼氢原子的平均数目为约1.8至约2.2，平均分子量为400至20000g/mol的线性端羟基多元醇优选作为多元醇使用。作为其产品这些线性多元醇通常包含少量的非线性混合物。因此，这些多元醇通常指“基本上为线性多元醇”。
每个分子具有两个或三个羟基，数均分子量在400至20000的范围内，优选在1000至6000的范围内，在室温下为液体、玻璃状固体/无定形的或结晶的这些多羟基化合物优选作为多元醇。例如二三官能团或三官能团聚丙二醇；也可以使用环氧乙烷和环氧丙烷的无规和/或嵌段聚合物。另一种可以被优选使用的聚醚组合包括聚四亚甲基二醇(聚氧化四亚甲基二醇，聚四氢呋喃)，其可以例如通过四氢呋喃的酸聚合制备，这些聚四亚甲基二醇的数均分子量一般在600至6000的范围内，优选在800至5000的范围内。
通过浓缩二羧酸或三羧酸制备的液体的，玻璃状无定形的或结晶的聚酯适于作为多元醇，这些酸例如是己二酸、癸二酸、戊二酸、壬二酸、辛二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、3，3-二甲基戊二酸、对苯二酸、间苯二甲酸、六氢邻苯二甲酸、二聚脂肪酸及其具有低分子量的二醇或三元醇的混合物，例如乙二醇、丙二醇、二甘醇、三甘醇、二丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，8-辛二醇、，1，10-癸二醇、1，12-十二烷二醇、二聚脂肪醇、丙三醇、三甲醇基丙烷或它们的混合物。
用于制造TPU’s的另一组多元醇是基于ε-己内酯的聚酯，其还以“聚己酸内酯”所知。
然而，也可以使用油脂化工来源的聚酯型多元醇，例如这些聚酯型多元醇可以通过完成对至少部分稀烃不饱和的含脂肪酸脂肪混合物的环氧化甘油三酯类开环以及接着甘油三酯衍生物部分酯交换为烷基碳原子数为1～12的多元醇烷基酯来制备，其中脂肪混合物具有一个或多个碳原子为1～12的醇。其它合适的多元醇是聚碳酸酯型多元醇和二聚二醇(Henkel)，以及蓖麻油及其衍生物。例如以商标名“Poly-bd”可得到的羟基官能聚丁二烯可以作为制备本发明使用的TPU’s的多元醇。
优选地，聚醚型多元醇和玻璃状无定形或结晶聚酯型多元醇的组合用于制备TPU’s。
优选地，这些多元醇向异氰酸酯的平均官能度为约1.8至2.3，优选为1.9至2.2，特别优选为2.0。
热塑性聚氨酯也可以另外使用链增长混合物来制备，例如，低分子量的多元醇，例如乙二醇、丙二醇或丁二醇，或者低分子量的二胺，例如1，2-乙二胺、1，3-丙二胺或1，4-二氨基丁烷或1，6-二氨基己烷。
在优选实施例中，热塑性聚氨酯的软段部分选自由聚(己二酸乙二醇酯)、聚(己二酸1，4-丁二醇酯)、聚(己二酸乙二醇1，4-丁二醇酯)，聚(己二酸己二醇2，2-甲基丙二醇酯)、聚己酸内酯、聚(己二酸二甘醇酯)、聚(碳酸1，6-己二醇酯)和聚四氢呋喃构成的组。
适用于本发明的其它热塑性弹性体包括其它类型的嵌段共聚物，该嵌段聚合物包括硬段和软段，例如，聚苯乙烯/聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚砜/二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚酯/聚醚嵌断共聚物(例如共聚酯，如由对苯二甲酸二甲酯、聚四氢呋喃和1，4丁二醇合成的共聚酯)、聚碳酸酯/聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物、聚碳酸酯/聚醚嵌段共聚物、共聚聚醚酰胺(copolyetheramides)、共聚聚醚酯酰胺(copolyetheresteramides)等等。也可以用不是嵌段共聚合物，但总地为精细地相互分散的多相体系的热塑性弹性体或合金，包括聚丙烯与乙丙橡胶(EPR)或三元乙丙橡胶(EPDM)的混合物(如通常被接枝或交联的混合物)。
除了一种或多种热塑性弹性体以外，热膨胀材料还优选包含一种或多种非弹性体热塑性材料。优选地，非弹性体热塑性材料这样选择，以改进热膨胀材料的粘结性和可加工性。一般而言，理想的是使用一种非弹性体热塑性材料，其软化点不高于发泡剂开始活化的温度，优选比热膨胀材料在其要膨胀时所处的温度至少低约30℃。特别优选的非弹性体热塑性材料包括烯烃聚合物，特别是烯烃(例如乙烯)与非烯烃单体(例如乙烯基酯，如乙酸乙烯酯和丙酸乙烯酯，(甲基)丙烯酸酯，如丙烯酸和甲基丙烯酸的C1至C6烷基酯)的共聚物。特别适于本发明使用的非弹性体热塑性材料的例子包括乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(特别是包含按重量为约20％至约35％的醋酸乙烯酯的共聚物)和乙烯/丙烯酸甲酯共聚物(特别是包含按重量为约15％至约35％的丙烯酸甲酯和/或维卡(Vicat)软化点小于50℃和/或熔点在60℃至80℃范围内和/或熔融指数为3至25g/10分钟的共聚物，按照ASTM D1238，190℃，2.16Kg测量)
在本发明的一些实施例中，热塑性弹性体和非弹性体的热塑性材料的重量比至少为0.5∶1或至少为1∶1和/或不大于5∶1或2.5∶1。
增粘性树脂可以选自由松香树脂、萜烯树脂、萜烯酚树脂、衍生自裂化石油馏出物的石油树脂、芳香族增粘性树脂、塔尔油树脂、酮树脂和醛树脂构成的。
合适的松香树脂为松香酸、左旋海松酸、新松香酸、右旋海松酸、棕榈酸、前述松香酸的烷基酯、及松香酸衍生物的氢化产品。
合适的增塑剂的例子包括二元酸的C1-10烷基酯(例如邻苯二甲酸酯)、二芳基醚、聚亚烷基二醇苯甲酸酯、有机磷酸酯和苯酚或甲酚的烷基磺酸酯。
合适的蜡包括熔点范围为45℃至70℃的石蜡，熔化点范围为60℃至95℃的微晶蜡，熔化点在100℃至115℃之间的合成费-托石蜡，以及熔化点在85℃至140℃之间的聚乙烯蜡。
合适的抗氧化剂和稳定剂包括具空间位阻效应的苯酚和/或硫醚，具空间位阻效应的芳香胺等等。
所有已知的发泡剂，例如通过分解来释放气体的“化学发泡剂”，或使中空的珠体(有时也称可膨胀微球体)膨胀的物理发泡剂，适合作为发泡剂用于本发明。也可以使用不同的发泡剂的混合物以具有优势；例如，具有较低的活化温度的发泡剂可以和具有较高活化温度的发泡剂结合使用。
“化学发泡剂”的例子包括含氮化合物、酰肼化合物、亚硝基化合物和卡巴肼化合物，如偶氮二异丁腈、偶氮二酰胺、二亚硝基-1，5-亚戊基四胺、4，4’-氧代双(苯磺酰肼)、二苯砜-3，3’-二磺酰肼、1，3-二磺酰肼苯和对甲苯磺酰氨基脲。
其它活化剂例如氧化锌、(改性)脲类等有助于“化学发泡剂”。
然而，“物理发泡剂”及特别是可膨胀的中空的微珠体(称微球体)也是可以使用的。有利地，中空的微珠体是基于聚偏二氯乙烯共聚物或丙烯腈/(甲基)丙烯酸酯类共聚物，并包含包裹在胶囊中的挥发性物质，例如轻烃或卤代烃。
合适的可膨胀的中空的微珠体在商业上是可以得到的，例如，分别来自Pierce & Stevens(现在为汉高公司的一部分)或Akzo Nobel，商标分别为“Dualite”和“Expancel”。
合适的硬化剂包括能够引起自由基反应的物质，特别是有机过氧化物，包括酮过氧化物、二酰基过氧化物、过酸酯、过氧缩酮(perketals)、过氧化氢、及其它过氧化物，如过氧化氢异丙苯、二叔丁基过氧化二异丙苯、双(-2-叔丁基过氧化异丙基苯)、二(2-叔丁基过氧化异丙基苯、1，1-二叔丁基过氧化-3，3，5-三甲基环己烷、二异丙苯过氧化物、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧二碳酸二烷基酯、二过氧缩酮(例如1，1-二叔丁基过氧-3，3，5-三甲基环己烷)、酮过氧化物(例如过氧化甲乙酮)、和4，4-二叔丁基过氧-正丁基戊酸酯。硬化剂优选为潜性硬化剂，即该硬化剂在室温下基本上是惰性或没有反应性，但是通过加热到升高的温度(例如，在从130℃至大约240℃范围内的温度)被活化。
在特别理想的实施例中，热膨胀材料包含少量的(例如重量百分数为0.1至5或0.5至2)一个或多个稀烃不饱和单体和/或低聚物例如(甲基)丙烯酸C1至C6烷基酯(例如丙烯酸甲酯)，不饱和羧酸例如(甲基)丙烯酸，不饱和酸酐例如马来酸酐，多元醇和烷氧基多元醇(甲基)丙烯酸酯例如甘油三丙烯酸酯、乙二醇双丙烯酸酯、三乙二醇双丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)等等，1，3，5-苯三酸三稀丙基酯、偏苯三酸三烯丙基酯(TATM)、1，2，4，5-苯四酸四烯丙基酯，1，1，3-三甲基-5-羧基-3-(4-羧基苯基)茚的二烯丙基酯、丙烯酸二羟二环五二稀基(dihydrodicyclo pentadienyl)酯、偏苯三酸三羟甲基丙烷酯(TMPTM)、季戊四醇三甲基丙烯酸酯、苯撑双马来酰亚胺、异氰尿酸三(2-丙烯酰氧乙基)酯、异氰尿酸三烯丙基酯(TAIC)、氰尿酸三烯丙酯(TAC)、偏苯三酸三(2-甲基丙烯酰氧乙基)酯，不饱和腈类，例如(甲基)丙烯腈，乙烯基化合物(包括乙烯基芳烃化合物例如苯乙烯)，烯丙基化合物等等及其他们的组合。在一个实施例中，使用的稀烃不饱和单体和/或低聚体每个分子仅包含一个C-C双键(例如，该单体或低聚体相对稀烃不饱和官能基为单官能的)。优选地，单体和/或低聚体这样选择，当膨胀材料加热到足以活化硬化剂的温度时(例如，通过过氧化物的热分解)，该单体和/或低聚体能够进行膨胀材料中的硬化剂引发的自由基反应(例如齐聚反应或聚合反应)。
合适的填充剂的例子包括重质碳酸钙和沉淀碳酸钙、滑石粉、碳酸钙、黑烟末、碳酸钙镁、及重晶石和铝-镁-钙型硅酸盐填充剂，例如钙硅石和绿泥石。但是优选地，填充剂的总重量被限制在按重量为小于10％，更优选地按重量为小于5％。在一个实施例中，热膨胀材料不包含填充剂(这里定义为基本上无机粒子，例如上面提到的材料的粒子)。
在本发明的一些实施例中，热膨胀材料的成分这样选择，该膨胀材料没有或基本没有任何热固性树脂，例如环氧树脂(例如，热膨胀材料包含按重量为小于5％或小于1％的环氧树脂)。
热膨胀材料的膨胀通过加热步骤实现，其中热膨胀材料在一定温度下加热一段时间以激活发泡剂和可能存在的任何硬化剂。
取决于热膨胀材料的性质和在装配线上的线路条件，加热步骤一般在130℃至240℃优选150℃至200℃的温度下进行，在加热炉内的停留时间为大约10分钟至大约30分钟。
为了引起热膨胀材料的膨胀，在车辆部件经过通常使用的电泳液步骤之后使用加热步骤是有利的，该加热步骤中的温度一般足够引起预期的膨胀。
本发明还涉及一种用于减小振动传递的方法，所述振动传递是从振动发生器到该振动发生器经由结构元件被连接到的位置，该方法包括为所述结构元件配备用于耗散由振动发生器产生的振动能量的装置，其特征在于，用于耗散振动能量的装置包括上述的根据本发明的耗散振动波的挡板。
振动发生器的例子包括电动机、发动机、泵、变速箱、悬架减震器和弹簧。
根据本发明的方法特别适用于减小汽车中的结构传递噪音。在该情形下，振动发生器通过结构元件连接到所述车辆的乘坐室的至少一个构成部件。结构元件的形状为管状的导轨，其具有多边形优选为矩形的横截面。
根据本发明的方法依次包括：
-.选择根据本发明的耗散振动波的挡板，该耗散振动波的挡板具有使其能够插入结构元件内的尺寸；
-.将耗散振动波的挡板插入结构元件内或将耗散振动波的挡板在靠近振动发生器的位置固定在结构元件上；以及
-.使热膨胀材料膨胀。
有利地，这样选择耗散振动波的挡板，使得在耗散振动波的挡板的外表面和结构元件的内表面之间(在挡板插入结构元件的实施例中)或在耗散振动波的挡板的内表面和结构元件的外表面之间(在挡板固定在结构元件外部的实施例中)获得了大约1至10mm的间隙。这种布置是合意的，其使得例如清洁液、转化涂液、电泳(e-coat)液等液体与结构元件的内表面和外表面自由接触。这样在引入耗散振动波的挡板之后并在热膨胀材料涂层膨胀之前，内表面和外表面因而可容易地用该液体处理。
在另一优选实施例中，耗散振动波的挡板的横截面具有与结构元件的横截面相同的形状。例如，如果结构元件具有内部长度为l，内部宽度为w的矩形横截面，耗散振动波的挡板的外部(在挡板插入结构元件的位置时)尺寸就为l和w减去两倍的膨胀材料必需的间隙。一般应这样选择耗散振动波的挡板的纵向长度，使其不长于挡板要插入其中的或挡板要固定在其上的结构元件的长度。一般地，耗散振动波的挡板的纵向长度至少与框架的最长横截面尺寸一样长，例如是框架的最长横截面尺寸的至少两倍或至少三倍。较长的长度将使得在结构元件和框架之间能够引入更多数量的热膨胀材料，但是一般由于造价和重量原因，这种热膨胀材料的使用量优选不会显著超过为达到想要的振动传递减小程度所需的数量。
耗散振动波的挡板优选尽可能靠近振动发生器并在产生声音的接收振动结构之前插入结构元件内或固定在结构元件上。如果需要，可以使用任何适当的方法在热膨胀材料激活之前将耗散振动波的挡板物理附加到结构元件，从而使挡板相对结构元件固定在想要的位置，在结构元件经受到进一步的操作时(例如在车辆组装过程中可能遇到)借此阻止挡板的移动。这种连接例如可以通过使用机械紧固件例如卡子、销、螺钉、螺栓、夹具等来完成，也可以使用框架和结构元件中之一或两者上的法兰或垂片实现，框架和结构元件通过焊接、铆接或粘结相互连接。耗散振动波的挡板与结构元件可选择地以协作的方式设置，从而可以依靠重力和/或摩擦力单独地将挡板保持在位置上。例如，要固定在矩形结构元件外部的U形的耗散振动波的挡板可以设置成具有在U形框架的开口端的每侧向内延伸的法兰。当耗散振动波的挡板固定在结构元件周围时，这些法兰倚靠在结构元件的上部外表面，借此使得挡板悬挂在结构元件上。
热膨胀材料的膨胀通过加热步骤得到的。
取决于热膨胀材料的性质和装配线的线路条件，加热步骤一般在130℃至240℃优选在150℃至200℃的温度下进行，在加热炉内停留时间为大约10分钟至大约30分钟。
为了引起热膨胀材料的膨胀，在包含耗散振动波的挡板的车辆部件经过一般使用的电泳液的步骤之后，使用加热步骤是有利的，因为该加热步骤中的温度通常足以引起想要的膨胀。
用于框架的热膨胀材料的数量是这样选择的，使其在膨胀后的体积占据框架和结构元件面向框架的表面之间的间隙。热膨胀材料可以这样配备，使其在膨胀后粘附在结构元件的内表面或外表面。
这里描述的本发明的耗散振动波挡板可以用于汽车车架内的任意位置。例如，这些位置包括但不限于立柱(包括A、B、C和D柱)、滑轨、立柱到门的区域、车顶到立柱的区域、中柱区域、顶盖纵梁、挡风玻璃或其它窗框、行李箱盖、天窗、移动顶部到车顶区域、其他的车辆开缝线位置、电机(发动机)滑轨、下门框架、门槛滑轨、支撑梁、横梁、下滑轨等等。
根据下面结合附图的优选实施例的描述，本发明的上述及其它目的、特征及优点将变得更明显，其中：
图1为根据本发明在热膨胀材料膨胀前的耗散振动波的挡板的第一实施例的示意性透视图；
图2为图1中的耗散振动波的挡板在热膨胀材料膨胀后的示意性透视图；
图3为图1中的耗散振动波的挡板在插入结构元件后的示意性透视图；
图4为图3中的耗散振动波的挡板在热膨胀材料膨胀后的示意性透视图；
图5为示出了三条曲线的曲线图，分别表示了车身内作为频率的函数的结构传递噪音的变化。
图1中示出的耗散振动波的挡板1包括U形框架2，该U形框架2具有内表面2a和外表面2b。包括有热膨胀材料的涂层3涂覆到外表面2b上。热膨胀材料的初始厚度可为0.5至10mm，例如2mm。
U形框架2由金属或合成材料制成。优选的金属为镀锌钢或铝。当使用合成材料时，这些材料可以有选择地被纤维增强。合成材料可以从前面描述的材料中选择。框架2的厚度可为例如0.2至5mm，例如大约1mm。优选地，这样选择金属或合成材料的厚度，从而提供一框架，该框架的硬度至少等于与耗散振动波的挡板结合的结构元件的硬度。
下面的非限制性实施例描述了本发明及其工作方式。
如图3所示，耗散振动波的挡板1被引入到车身的结构元件，例如被引入到纵向形状为滑轨或立柱的前梁4。当引入耗散振动波的挡板时，该结构元件已经被封闭，例如该结构元件可以是液压成形的立柱或滑轨或已经通过将两个或多个成形的钣金部件紧固在一起组装的立柱或滑轨。可选地，耗散振动波的挡板可以被引入到通道形状的部件。在插入耗散振动波的挡板1之后，通道形状的部件可以通过在通道形状部件的开口侧设置板状物(其可以是平坦的或形成为非平面状的)来被封闭或密封以形成结构元件，通道形状的部件和板状物优选通过适当的连接方式，例如焊接、粘结、机械紧固件及其组合等相互固定。
如图3所示，耗散振动波的挡板可以具有近似矩形的框架2，该框架2具有与前梁4减去为膨胀材料必需的间隙相同的外部尺寸(在该情形下在框架周围减去4mm)。耗散振动波的挡板可以宽松地放置(即不使用物理连接)在结构元件内，或者使用一个或多个连接装置例如卡子、螺栓、螺钉、销等固定在位置上。例如，与结构元件4的内表面接触的挡板2的边缘可以具有一个或多个从那里延伸开来的卡子，该卡子插入所述内表面的孔或其它插槽，借此将耗散振动波的挡板保持在位置上。卡子可以这样设置，使框架2的边缘安置成距离结构元件的底部一段小距离，借此允许清洁液、转化涂液、油漆或底漆物质或在车辆组装过程中通常使用的其它任何液体更充分地与结构元件的内表面接触。
在耗散振动波的挡板1插入以后，为了引起框架的外表面2b和结构元件的内表面之间的空间内的热膨胀材料的膨胀，车身被加热到180℃持续20分钟。活动的耗散振动波的挡板在图4中示出。加热后，现在膨胀的热膨胀材料的涂层厚度为4mm。膨胀可以在车辆部件经电泳液内的处理之后在经过加热炉的通道内完成。
在其它实施例中，可以这样选择耗散振动波的挡板1，从而使耗散振动波的挡板1的外表面与结构元件的内表面之间的间隙为大约1至10mm。在所有这些情形下，热膨胀材料在加热后占据整个间隙。
图5示出了使用真实的车身完成的实验结果。在该实验中，耗散振动波的挡板从前梁的末端定位，长度为52cm。
使用振动台作为振动发生器，并将其连接在车身滑轨形式的前纵梁的自由端上，该振动台提供频率范围从20Hz至2000Hz的宽带激励。
注入的振动通过设置在入口点的力传感器测量。
与纵梁连接的前地板和前围板的响应通过加速度计测量。
地板的间隔平均迁移率在20Hz至2000Hz的频率范围内计算(m/s/n)。
图5中给出了在振动传递通道上使用本发明和在振动板上直接使用传统的阻尼垫的振动水平的比较，所述曲线以频率的函数示出了间隔的平均迁移率。
进行了三个实验：
-.在振动板和振动传递通道上没有使用任何附加的阻尼材料(图5中的曲线C2)。
-.在振动板(前地板和前围板)上使用2.9kg的传统的柏油阻尼垫(图5中的曲线C3)；这是在研究的车身上使用的抑制板的振动的传统方法。
-.下面描述的是使用根据本发明的耗散振动波的挡板(图5中的曲线C1)。
该热膨胀材料具有以下成分：
按重量为45份的SIS嵌段共聚物，含20重量％的苯乙烯；
按重量为5份的芳烃树脂作为增粘剂；
按重量为2.5份的邻苯二甲酸二异壬酯；
按重量为4.5份的微晶蜡；
按重量为27.5份的热塑性乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(28重量％醋酸乙烯酯)；
按重量为0.1份的酚类抗氧化剂；
按重量为8.8份的发泡剂(偶氮二酰胺)；
按重量为1.0份的1，1-二叔丁基过氧化-3，3，5-三甲基环己烷；
按重量为0.5份的丙烯酸甲酯；
按重量为1.5份的氧化锌处理的尿素。
根据曲线C1和C2可见，在100Hz至500Hz之间的结构传递噪音的频率范围内，间隔平均的迁移率平均降低了5.0dB。由于间隔平均的迁移率与结构传递噪音直接成比例，所以噪音也减小了44％。
通过比较曲线C3和C2可见，在100Hz至500Hz之间的结构传递噪音的频率范围内，间隔平均的迁移率平均降低了1.4dB，即15％。
当将由于本发明取得的噪音的降低即44％和使用现有技术方法得到的噪音的降低即15％相比较时，本发明提出的解决方法相对最经常使用的现有技术方法(振动减震器和阻尼垫)的优越性就明显地显露出来。
本发明的主要优点如下：
-.需要少得多的材料来抑制振动板的振动；
-.与在振动板上使用阻尼材料相比，就汽车或机器制造商的成本而言，使用根据本发明的耗散振动波的挡板要便宜得多；
-.与作为板的处理的多功能的解决方法相比，在传输通道上工作的能力需要对车身结构作更深入的分析，但是该方法可用于给定的激励源或频率范围；
-.使用根据本发明的耗散振动波的挡板也有利于结构的硬度，从而改进车辆的安全性和舒适性，但是对结构硬度的实质贡献总是将减小耗散振动波的挡板性能的功效。

Claims (18)

1.一种耗散振动波的挡板，该挡板包括具有内表面和外表面的框架，其特征在于，包括热膨胀材料的涂层存在于所述内表面或所述外表面的至少一个表面上，其中，在膨胀后和在-10℃至+40℃之间的温度下，在0至500Hz的频率范围内，所述热膨胀材料的杨氏储能模量E′在0.1MPa至1000MPa之间，损耗因子大于0.3。
2.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，所述框架具有多边形的横截面。
3.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，所述热膨胀材料包括至少一种热塑性弹性体，至少一种非弹性体的热塑性材料，至少一种稳定剂或抗氧化剂，至少一种发泡剂以及至少一种硬化剂。
4.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，在膨胀后，在0至500Hz的频率范围内，在-10℃至+40℃之间的温度下，所述热膨胀材料的损耗因子大于1。
5.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，所述框架由金属组成。
6.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，所述框架由热塑性合成材料组成。
7.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，所述框架具有矩形横截面。
8.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，所述框架具有U形横截面。
9.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，所述热膨胀材料包括：
按重量为25％至70％的至少一种热塑性弹性体；
按重量为15％至40％的至少一种非弹性体的热塑性材料；
按重量为0.01％至2％的至少一种稳定剂或抗氧化剂；
按重量为2％至15％的至少一种发泡剂；
按重量为0.5％至4％的至少一种硬化剂；
选择地，按重量为0.5％至2％的至少一种烯烃不饱和单体；
选择地，按重量为至多10％的至少一种增粘树脂；
选择地，按重量为至多5％的至少一种增塑剂；
选择地，按重量为至多10％的至少一种蜡；
选择地，按重量为至多3％的至少一种用于发泡剂的活化剂；
选择地，至少一种填充剂；
所述百分数为热膨胀材料的总重量的重量百分数。
10.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，在膨胀后，在0至500Hz的频率范围内，在-10℃至+40℃之间的温度下，所述热膨胀材料的剪切储能模量G′为0.1MPa至500MPa。
11.如权利要求1所述的耗散振动波的挡板，其特征在于，所述热膨胀材料包括：
a)按重量为35％至55％的至少一种热塑性弹性体，其选自由热塑性聚氨酯、苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物、氢化的苯乙烯/丁二烯嵌段共聚物、苯乙烯/异戊二烯嵌段共聚物及氢化的苯乙烯/异戊二烯嵌段共聚物构成的组；
b)按重量为20％至35％的至少一种非弹性体热塑性材料，其选自由乙烯/醋酸乙烯酯共聚物和乙烯/丙烯酸甲酯共聚物构成的组；
c)按重量为0.05％至1％的至少一种稳定剂或抗氧化剂；
d)至少一种潜性化学发泡剂，其含量足以使膨胀材料在150℃的温度下加热至少20分钟时其体积膨胀至少100％；
e)按重量为0.5％至4％的至少一种过氧化物；
f)按重量为0.5％至2％的至少一种烯烃不饱和单体或低聚体；
其中，所述热膨胀材料包含按重量少于10％的填充剂。
12.一种用于减小振动传递的方法，所述振动传递是从振动发生器到该振动发生器经由结构元件被连接到的位置，该方法包括为所述结构元件配备用于耗散由振动发生器产生的振动能量的装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1至11中任一项所述的耗散振动波的挡板。
13.一种用于减小振动传递的方法，所述振动传递是从汽车内的振动发生器到所述汽车的乘坐室的至少一个构成部件，振动发生器通过结构元件连接到所述构成部件，该结构元件为具有多边形横截面的管状导轨形式，该方法依次包括：
-.选择如权利要求1至11中任一项所述的耗散振动波的挡板，该耗散振动波的挡板具有使其能够插入结构元件内或固定在结构元件上的尺寸；
-.将耗散振动波的挡板插入结构元件内或将耗散振动波的挡板在靠近振动发生器的位置固定在结构元件上；以及
-.使所述热膨胀材料膨胀。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，这样选择所述耗散振动波的挡板的尺寸，使得在上面具有涂层的耗散振动波的挡板的表面和结构元件的表面之间获得大约1至10mm的间隙，所述结构元件的表面面向其上具有涂层的所述耗散振动波的挡板的所述表面。
15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的热膨胀材料在130℃至240℃的温度下膨胀。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述的结构元件在耗散振动波的挡板插入或固定之后与液体成分接触，然后在加热炉内被加热，从而引起热膨胀材料的膨胀。
17.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述涂层包含一定量的热膨胀材料，所述热膨胀材料是这样选择的，使其在膨胀后的体积占据框架和结构元件的面向框架的表面之间的间隙。
18.一种车辆，包括振动发生器和乘坐室，其特征在于，所述振动发生器和所述乘坐室的构成部件通过结构元件连接，该结构元件为具有多边形横截面的管状导轨形式，其中，根据权利要求1至11中的任一项所述的耗散振动波的挡板位于所述结构元件内或所述结构元件上，所述热膨胀材料膨胀以占据框架和结构元件面向框架的表面之间的间隙。
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