DE1301662B - Verbundsysteme aus harten Platten mit schwingungsdaempfenden viskoelastischen Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere Blechen, mit schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden viskoelastisehen polymeren Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite.
• Die deutsche Auslegeschrift 1200 458 beschreibt die Verwendung von Mischungen, die mindestens eine mit geeigneten Weichmachern äußerlich weichgemachte homo- und/oder copolymere Komponente sowie mindestens eine diese Weichmacher gar nicht oder nur wenig aufnehmende homo- und/oder copolymere Komponente und gegebenenfalls Füllstoffe enthalten, als Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel. Diese Mischungen wurden insbesondere für die Entdröhnung durch einseitigen Belag im Massenverhältnis Belag zu Blech von etwa 0,2 : 1 entwickelt.
• Aus der belgischen Patentschrift 598 603 ist bekannt, daß man hochwertige Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel zur Dämpfung der Biegeschwingungen von Blechkonstruktionen durch Copolymerisation von Monoseren herstellen kann, deren Homopolymerisate sich in ihrer Einfriertemperatur um mindestens 20" C unterscheiden. In dieser Patentschrift wurde auch bereits darauf hingewiesen, daß als Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel unter anderem überwiegend amorphe Copolymerisate aus Äthylen und Vinylestern von Fettsäuren mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen in Frage kommen, also auch Vinylacetat-Äthylen-Copolymerisate. Die bisher verwendeten Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate konnten jedoch zum Teil nicht allen Anforderungen der Praxis genügen.
• Es wurde nun gefunden, daß Pfropfpolymerisate von Styrot oder gegebenenfalls auch Styrol mit geringen Mengen einer copolymerisierbaren Carbonsäure, besonders Acrylsänre und/oder Methaeryls liure, auf Copolymerisaten aus Vinylacetat und Äthylen überraschend gute Dämpfungseigenschaften, vor allem im Hinblick auf die Temperaturbandbreite aufweisen und somit zur Schwingungsdämpfung von Verhundsystemen aus harten Platten, insbesondere von Blechen, geeignet sind. Als CopoIymerisate aus Vinylacetat und Äthylen kommen bevorzugt solche mit einem Vinylacetat-Anteil von etwa 30 bis etwa 50 Gewichtsprozent, insbesondere solche mit etwa 40 Gewichtsprozent in Frage. Der Äthylen-Anteil ergibt sich demzufolge zu etwa 70 bis etwa 5t1 Gewichtsprozent. Diese Copolymerisate bieten vom wirtschaftlichen Standpunkt den Vorteil, daß sie außerordentlich preisgünstig sind.
• Die Pfropfpolymcrisate, aus Styrol oder gegebenenfalls auch Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure Methacrylsiiure) auf C'opolymerisaten, wie oben beschrieben, werden durch Lösen des Copolymerisates von oben in mono- ; nierem Styrol - gegebenenfalls Styrol und copolynierisierbarer Carbonsäure (Acry1säurc und/oder Methacrytsä ure) -- mit beigefügtem -Katalysator durch radikalische 1'olymerisation bei Temperaturen von etwa 60 bis etwa 180- C hergestellt. Besonderes Interesse nehmen Pfropfpolynierisate voll 55 bis 90 Gewichtsprozent Styrol oder Styrol mit einer copolynierisierharen Carbonsä ure (Acrylsiitire und/ oder Metliitcrylsiittre) auf .t.5 bis 10 Gewichtsprozent der olicn beschriebenen Copolynterimte, i. B. ein t 1'fropfpolynierisat voll 60 Gewichtsprozent Styrol oder. von 60(iewiclltsl)rozent einer Mischung atis 90 Gewichtsprozent Styrot und 10 Gewichtsprozent Acrylsäure und/oder Methacrylsäure auf jeweils 40 Gewichtsprozent eines Copolymerisats, wie oben beschrieben. Als Initiator der Polymerisation kann z. B. tertiäres Butylhydroperoxyd in üblichen Koni zentrationen verwendet werden. Mit diesen Pfropfpolymerisaten, bei denen die entdröhnende Wirkung kritisch vom Gewichtsverhältnis der Monoseren abhängt, kann man sehr breite Dämpfungskurven mit beachtlich hohen Maximalwerten der Dämpfung erhalten.
• Erfindungsgemäß werden deshalb Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere aus Blechen, mit schwingungsdämpfenden selbsthaftenden Zwischenschichten aus Pfropfpolymerisaten voll Styrol, gegebenenfalls von Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf Copolymerisaten aus Vinylacetat und Äthylen vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß für die Zwischenschichten Pfropfpolymerisate von 55 bis 90 Gewichtsprozent Styrol oder Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacry1sä ure) auf 45 bis 10 Gewichtsprozent eines Copolymerisats aus 30 bis 50 Gewichtsprozent Vinylacetat und 70 bis 50 Gewichtsprozent Äthylen verwendet werden.
• Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
• F i g. 1 a zeigt den Verlustfaktor et, ",1,,, eines erfindungsgemäßen Verbundblechs in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Temperaturkurve wurde an Verbundblechsystemen aus 0,5 mni dicken Stahlblechen mit etwa 0,8 mm dicken dämpfenden Zwischenschichten bei 100 und 1000 Hz bestimmt. Als Zwischenschicht wurde ein Pfropfpolymerisat aus 60 Gewichtsprozent einer Mischung aus 90 Gewichtsprozent Styrol und l(1 Gewichtsprozent Acrylsäure auf Oft Gewichtsprozent eines Copolymerisats aus 40 Gewichtsprozent Vinylacetat und 60 Gewichtsprozent Äthylen verwendet..
• F i g. 1 b zeigt die Temperaturabhängigkeit des Verlustfaktors d,. "" ,,, eines Verbundblechsysteins mit einem der besten bekannten Entdröhnungsmittel, einem weichmacherlialtigen modifizierten Vinylacetat-Coliolymerisat. Die dämpfende Zwischenschicht wurde in einer Dicke von etwa 0.3 inni auf die 0,5 nim dicken Stahlbleche aufgetragen und die Temperaturkurve bei 100 und 1(1(1(t Hz bestininit.
• F i g. 2 a zeigt ein erfindungsgemäßes Verbundblech in symmetrischer und F i g. 2 b in unsymmetrischer Anordnung. Die äußeren Bleche sind mit 1, die Dämpfungsschicht mit 2 bezeichnet.
• Ein Vergleich der Kurven' I a und 1 b veranschaulicht die überlegene Leistungsfähigkeit der neuen Systeme. Bei dem Copolymerisat der Kurve 1 b handelt es sich um einen Schmelzkleber, der besonders gut für die Herstellung schwingungsgedämpfter Verbundbleche, bestehend aus zwei äußeren Blechen und einem selbsthaftenden Schmelzkleber als dämpfender Zwischenschicht, geeignet ist. Mit derartigen Systemen werden im Maximum extrem hohe Dämpfungen erreicht, die aus physikalischen Gründen nicht mehr übertroffen werden können (s. dazu H. Oberst und A. S c h o in in e r, Kunststolle, 55 (1965 j, S. 634, vor allem Abb. 9). Für eine symmetrische Anordinuig, bestehend aus zwei 0,5 nim dicken Stahlblechen und einer Zwischenschicht voll 0,3 nim Dicke, kommt der Verlustfaktor cl, "",i, des kombinierten Systems, gemessen im Biegeschwingungsverfahren (vgl. z. B. H. Oberst, L. Bohn und F. Linhardt, Kunststoffe, 51 [19611, S. 495), dem Wert d.."1111, -= 1 schon nahe. Bei der seit langem bekannten Blechdämpfung durch einseitige dämpfende Beläge, die als spritz-, Spachtel- oder aufklebbare Schichten sogenannte Entdröhnungsmittel angewendet werden, sind die Verlustfaktoren des kombinierten Systems bei technisch vertretbaren Schichtdicken oder Verhältnissen der Belagmasse zur Blechmasse im allgemeinen kleiner als d @""t,, = 0,2. Mit den neuerdings sich immer stärker durchsetzenden Verbundblechsystemen können, wie das hier angeführte Beispiel zeigt, bei optimaler Einstellung des Zwischenschichtmaterials um ein Mehrfaches höhere Diimpfungswerte erreicht werden.
• Die Temperaturbandbreite der Dämpfung z. B. des Verbundblechsystems hängt nicht mir von den viskoelastischen Kenn-rößen der Zwischenschicht und der Stahlbleche, sondern auch stark von der »Geometrie« der Anordnung ab, d. lt. von den Schichtdickenverhältnissen (vgl a. a. O. [1965], Abb. 8 bis 1(1). Bei Verbundblechsystemen ist es zweckmäßig, als Bandbreite die Breite des Temperaturintervalls zu definieren, in dem der Wert von d,."111,, = 0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art entspricht Werten d"111,, < 0,01. Der Bezugswert d,."t.a, = 0,05 bedeutet also eine beträchtliche Dämpfungserhöhung (um etwa 15 db [Dezibell) gegenüber der »Nulldämpfung« ct,.""t,, = 0,01.
• In Kurve 1 b wird der Bezugswert d,." 111r1 = 0,05 im hauptsächlich interessierenden Frequenzbereich zwischen 100 und 100() Hz bei den Temperaturen etwa zwischen 0 und 50" C überschritten, die Temperaturbandbreite beträgt also rund 50° C. Damit sind diese Verbundsysteme für zahlreiche technische Anwendungen geeignet. Durch Modifikation des Weichmachergehalts kann das Temperaturband hoher dämpfender Wirkung nach höheren Temperaturen verschoben werden und damit speziellen technischen Anwendungen angepaßt werden, z. B. in Maschinenaggregaten mit erhöhter Betriebstemperatur. Dieses Beispiel von Verbundblechsystemen mit optimal eingestellter selbsthaftender Zwischenschicht eines Temperaturbreitband - Dämpfungsstoffes, hergestellt durch Copolymerisation passend gewählter monomerer Komponenten, wird bisher von anderen Anordnungen ähnlicher Art nicht übertroffen und kann deshalb als Standardsystem angesehen werden, an dem die akustische Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Systems durch Vergleich beurteilt werden kann.
• Die erfindungsgemäße Anordnung 1 a, deren Monomerenverhältnis im optimalen Bereich liegt, weist bei relativ hohen Dämpfungsmaxima eine überraschend große Temperaturbandbreite auf. Der Schwerpunkt der Dämpfung liegt für 1(K) i-Iz bei etwa 110" C und für 1000 Hz bei etwa 30" C mit Dämpfungshöchstwerten von etwa 0,4 bzw. 0,5. Die Temperaturbandbreite beträgt etwa 17.5"C (1(X) Uz) bzw. etwa 160g C (1000 Hz). Besonders günstig ist bei den Kurven der F i g. 1 a der langsame Abfall der Dämpfung nach hohen Temperaturen und für die tiefen Frequenzen um 100 Hz auch nach niederen Temperaturen. Die vorzüglichen schwingungsdämpfenden Eigenschaften bleiben - bei Bezug auf (1,.",11,, = 0,05 - in einem Temperaturbereich von rund 0 bis etwa 165° C erhalten. Gegenüber dem Standardsystem 1 b weist die Anordnung 1 a bei wesentlich größerer Temperaturbandbreite günstigeres Dämpfungsverhalten bei Temperaturen oberhalb 45" C auf, so daß sie für zahlreiche Anwendungen bei normalen und insbesondere höheren Temperaturen (unter anderem z. B. in Maschinen und Geräten mit erhöhten Betriebstemperaturen) in Frage kommt. Das Pfropfpolymerisat der Anordnung 1 a bietet wegen seines Gehalts an 10 Gewichtsprozent Acrylsäure außerdem die Möglichkeit, durch eine vernetzende Reaktion mit einer bi- oder trifunktionellen Verbindung (z. B. mehrere Epoxyd-, Isocyanatgruppen usw. enthaltende Verbindungen) den Erweichungsbereich und damit den Bereich hoher Dämpfung für spezielle Anwendungen noch weiter nach höheren Temperaturen zu verschieben.
• Ein besonderer Vorteil dieses Dämpfungsstoffes ist es, daß er sich hervorragend-zur kontinuierlichen Auftragung für die Massenproduktion von Verbundblechen eignet. Zu diesem Zweck kann er erstens als fertiges Pfropfpolymerisat angewandt werden, zweitens als Lösung des beschriebenen Copolymerisats in dem aufzupfropfenden Styrol bzw. Styrol-Acrylsäure- und:'oder rrlethacrylsäure-Gemisch, das den Polymerisationsinitiator enthält und durch thermische Nachbehandlung der mit dieser Lösung als Zwischenschichtmaterial versehenen Verbundsysteme bei Temperaturen zwischen etwa 60 und etwa 180° C in das beschriebene Pfropfpolymerisat übergeführt wird. Es handelt sich ebenfalls um einen Schmelzkleber; der bei höheren Temperaturen aufgespachtelt, aufgestrichen. oder aufgegossen. werden kann. Das Verbundsystem wird anschließend am besten zwischen Walzen unter Druck abgekühlt. Außer einem Entfetten ist keine Vorbehandlung der Bleche und keine weitere Klebschicht erforderlich. Auf Grund des Gehalts des Pfropfpolymerisats an Acrylsäure und/oder Methacrylsäure kann gegebenenfalls sogar auf das Entfetten verzichtet werden. Man erreicht eine ausgezeichnete Haftung.
• Der Dämpfungsstoff hat eine gute Fließbeständigkeit. Die Verarbeitbarkeit der Verbundbleche entspricht in weiten Grenzen der von normalen Blechen; d. h., die Verbundbleche können abgekantet, gebogen, geformt, geschweißt und genietet werden. Man erhält universell verwendbare Verbundbleche mit einer Dämpfungshöhe und einem Temperaturbereich der Dämpfung, die für eine Vielzahl von Anwendungen bei normalen und höheren Temperaturen sehr gut geeignet ist.
• Kleine Mengen Füllstoffe, z. B. zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit (Verbesserung der Widerstandsschweißung), können den Dämpfungsstoffen zugesetzt werden. Um die Dämpfungswirkung nicht zti verschlechtern, sollte die Füllstoffmenge aber unter 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise unter 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polymerisat, gehalten werden. Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise Schwerspat, Kieselsäure, Graphit und Ruß.
• Die maximale Dämpfung erhält man bei symmetrischen Verbundblechen. Die Biegesteifigkeit und Festigkeit ist aber bei gleichem Gewicht bei unsymmetrischen Verbundanordnungen größer. Bei Anwendungen, bei denen, bezogen auf das Gewicht, eine möglichst hohe Festigkeit erreicht werden soll, wird man deshalb unsymmetrische Verbundbleche bevorzugen.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondereBlechen, mit schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden viskoelastischen polymeren Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite, d a -durch gekennzeichnet, daB für die Zwischenschichten Pfropfpolymerisate von 55 bis 90 Gewichtsprozent Styrol oder Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure, z. B.. Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, in Mengen von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf Styrol, auf 45 bis 10 Gewichtsprozent eines Copolymerisats aus 30 bis 50 Gewichtsprozent Vinylacetat und 70 bis 50 Gewichtsprozent Äthylen verwendet werden.