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Die Erfindung bezieht sich auf Verbundsysteme aus harten Platten,
insbesondere Blechen, mit schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden viskoelastischen
polymeren Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite.
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Die deutsche Auslegesehrift 1200458 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.
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Aus der belgischen Patentschrift 598 603 ist bekannt, daß man
hochwertige Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel zur Dämpfung der Biegeschwingungen
von Blechkonstruktionen durch Copolymerisation von Monomeren herstellen kann, deren
Homopolymerisate sich in ihrer Einfriertemperatur um mindestens 201 C unterscheiden.
In dieser Patentschrift wurde auch bereits darauf hingewiesen, daß als Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel
unter anderem überwiegend amorphe Copolymerisate aus Athylen und Vinylestern von
Fettsäuren mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen in Frage kommen, also auch Vinylacetat-Athylen-Copolymerisate.
Die bisher verwendeten Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate konnten jedoch zum Teil
nicht allen Anforderungen der Praxis genügen.
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Es wurde nun gefunden, daß Pfropfpolymerisate von Styrof oder gegebenenfalls
auch Styrol mit geringen Mengen einer copolymerisierbaren Carbonsäure, besonders
Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, auf Copolymerisaten aus Vinylacetat und Äthylen
überraschend gute Dämpfungseigenschaften vor allem im Hinblick auf die Temperaturbandbreite
aufweisen und somit zur Schwingungsdämpfung von Verbundsystemen aus harten Platten,
insbesondere von Blechen, geeignet sind. Als Copolymerisate aus Vinylacetat und
Athylen kommen bevorzugt solche mit einem Vinylacetat-Amteil von etwa
10 bis etwa 30Gewichtsprozent, insbesondere solche mit etwa 18 Gewichtsprozent
in Frage. Der Athylen-Anteil ergibt sich demzufolge zu etwa 90 bis etwa 70Gewichtiprozent.
Diese Copolymerisate bieten vom wirtschaftlichen Standpunkt den Vorteil, daß sie
außerordentlich preisgünstig sind.
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Die Pfropfpolymerisate aus Styrol oder gegebenenfalls auch Styrol
mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf
Copolymerisaten, wie oben beschrieben, werden durch Herstellung einer Gallerte aus
dem Copolymerisat von oben in monomerem Styrol - gegebenenfalls Styrol und
copolymerisierbarer Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methaerylsäure) - mit
beigefügtem Katalysator durch radikalische Polymerisation bei Temperaturen von etwa
60 bis etwa 1 SO` C
hergestellt. Besonderes Interesse nehmen
Pfropfpolymerisate von 35 bis 65 Gewichtsprozent Styrol oder Styrol
mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf
65 bis 35 Gewichtsprozent der oben beschriebenen Copolymerisate, z.
B. ein Pfropfpolymerisat von 60 Gewichtsprozent Styrol oder von 60Gewichtsprozent
einer Mischung aus 90Gewichtsprozent Styrol und 10 Gewichtsprozent Acrylsäure
und/oder Methacrylsäure auf jeweils 40 Gewichtsprozent eines Copolymerisats, wie
oben beschrieben. Als Initiator der Polymerisation kann z. B. tertiäres Butylhydroperoxid
in üblichen Konzentrationen verwendet werden. Mit diesen Pfropfpolymerisaten, bei
denen die entdröhnende Wirkung kritisch vom Gewichtsverhältnis der Monomeren abhängt,
kann man sehr breite Dämpfungskurven mit beachtlich hohen Maximalwerten der Dämpfung
erhalten.
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Erfindungsgemäß werden deshalb Verbundsysteme aus harten Platten,
insbesondere aus Blechen, mit schwingungsdämpfenden selbsthaftenden Zwischenschichten
aus Pfropfpolymerisaten von Styrol, gegebenenfalls von Styrol mit einer copolymerisierbaren
Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf Copolymerisaten aus Vinylacetat
und Athylen vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß für die Zwischenschichten
Pfropfpolymerisate von 35 bis 65 Gewichtsprozent Styrol oder Styrol
mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf
65 bis 35 Gewichtsprozent eines Copolymerisats aus 10 bis
30 Gewichtsprozent Vinylacetat und 90 bis 70 Gewichtsprozent
Athylen verwendet werden.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
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F i g. 1 a zeigt den Verlustfaktor d""b eines erfindungsgemäßen
Verbundblechs in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Temperaturkurve wurde an Verbundblechsystemen
aus 0,5 mm dicken Stahlblechen mit etwa 0,8 mm dicken dämpfenden Zwischenschichten
bei 100 und 1000 Hz bestimmt. Als Zwisc.henschicht wurde ein Pfropfpolymerisat
aus 60 Gewichtsprozent einer Mischung aus 90 Gewichtsprozent Styrol
und 10 Gewichtsprozent Acrylsäure auf 40 Gewichtsprozent eines Copolymerisats
aus 18 Gewichtsprozent Vinylacetat und 82 Gewichtsprozent Athylen
verwendet.
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F i g. 1 b zeigt die Temperaturabhängigkeit des Veriustfaktors
dmb eines Verbundblechsystems mit eimm der besten bekannten Entdröhnungsmittel,
eineni votichmacherhaltigen modifizierten Vinylaoetat.Ckq" risat. Die dämpfende
Zwischen-Schicht e in einer Dicke von etwa 0,3 mm auf dW U nirw dicken
Stahlbleche als Schmelzkleber aufgetre*en wid die Temperaturkurve bei
100 und IOW Efz bntimmt F ig. 2a rzigt ein erfindungsgemäßes Verbundblech
in symmetrischer und F i g. 2 b in unsymmetrischer Anordnung. Die
äußeren Bleche sind mit 1,
die Dämpfungsschicht mit i bezeichnet.
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Ein Vergleich der Kurven 1 a und 1 b veranschaulicht
die überlegene 1,eistungsfähigkeit 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. Siehe dazu
H. Oberst und A. Schommer, Kunststoffe, 55
(1965), S. 634, vor
allem Abb. 9. Für eine symmetrische Anordnung, bestehend aus zwei
0,5 mm dicken Stahlblechen und einer Zwischenschicht von 0,3mm Dicke, kommt
der Verlustfaktord"""b des
kombinierten Systems, gemessen im Biegeschwingungsverfahren
(vgl. z. B. H. 0 b e r s t, L. B o h n und F. Linhardt, Kunststoffe,
51 [1961], S.495), dem Wert d"",b = 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""",
= 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 Dämpfungswerte erreicht werden.
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Die Temperaturbandbreite der Dämpfung z. B. des Verbundblechsystems
hängt nicht nur von den viskoelastischen Kenngrößen der Zwischenschicht und der
Stahlbleche, sondern auch stark von der »Geometrie« der Anordnung ab,
d. h. von den Schichtdickenverhältnissen (vgl. 1. c. [19651,
Abb. 8 bis 10).
Bei Verbundblechsystemen ist es zweckmäßig, als Bandbreite
die Breite des Temperaturintervalls zu definieren, in dem der Wert von d"",l, =
0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen
gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art entspricht Werten d"",b
< 0,01. Der Bezugswert d".b = 0,05
bedeutet also eine beträchtliche
Dämpfungserhöhung (um etwa 15 db [Dezibell) gegenüber der »Nulldämpfung«
d", b = 0,()1-In Kurve 1 b wird der Bezugswert d,
b = 0,05
im hauptsächlich interessierenden Frequenzbereich zwischen
100 und 1000 Hz bei den Temperaturen etwa zwischen 0 und
50' C überschritten, die Temperaturbandbreite beträgt also rund
501' C. Damit sind diese Ve-bundsysee.,r.- CI- zahl-eiche technische Anwendungen.
geeignc#t-. Modifikation des Weichmachergehalt'as kann das Temperaturband hoher
dämpfender Wirkung nach höheren Temperat-.,y--.-# verschoben werden und damit speziellen
tecftn,#szi,#--n Anwendungen angepaßt werden, z. B. in Maschinenaggregaten mit erhöhter
Betriebstemperatur. Dieses Beispiel von Verbundblechsystemen mit optimal eingestellter
selbsthaftender Zwischenschicht eines Temperaturbreitband - Dämpfungsstoffes,
hergestellt durch Copolymeri3ation 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.
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Die erfindungsgemäße Anordnung 1 a, deren Mononierenverhältnis
im optimalen Bereich liegt, weist bei Dämpfungshöchstwerten von etwa 0,25
eine überraschend große Temperaturbandbreite auf. Der Schwerpunkt der Dämpfung liegt
für 100 Hz bei etwa 105' C und für 1(X)0 Hz bei rund 601
C.
Die Temperaturbandbreite beträgt etwa 1500 C
(100
Hz) bzw. etwa 901 C (1000 Hz). Besonders günstig ist bei den Kurven der F
i g. 1 a der langsame Abfall der Dämpfung nach höheren wie auch nach niederen
Temperaturen, der vor allem für die Frequenz 100 Hz stark ausgeprägt ist.
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Die vorzüglichen schwingungsdämpfenden Eigenschaften bleiben von rund
25" C bis zu einer mittleren Temperatur von etwa 160' 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 höheren Temperaturen
(z. B. in Maschinen und Geräten mit erhöhten Betriebstemperaturen) in Frage kommt.
Da§ 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.
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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 angewendet
werden, zweitens als Gallerte des beschriebenen Copolymerisats mit dem aufzupfropfenden
Styrol bzv#.7. Styrol-Acrylsäure- und/oder Methaerylsäure-Gemisch, das den Polymerisationsinitiator
enthält und durch thermische Nachbehandlung der mit dieser Gallerte als Zwischenschichtmaterial
versehenen Verbundsysteme bei Terrperaturen 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
oder aufgestrichen 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 Entfetteit
verzichtet werden. Man erreicht eine ausgezeichnete Haftung.
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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 Verbundbleche mit einer Dämpfungshöhe und einem
Temperaturbereich der Dämpfung, die für eine Vielzahl von Anwendungen bei höheren
Temperaturen sehr gut geeignet ist.
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Kleine Mengen Füllstoffe, z. B. zur Verbesserung der elektrischen
Leitfähigkeit (Verbesserung der Widerstandsschweißung), können den Dämpfungsstoffen
zugesetzt werden. Um die Dämpfungswirkung nicht zu 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.
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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.