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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 Auslegeschrift 1 200458 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 200 C unterscheiden. In dieser Patentschrift
wurde auch bereits darauf hingewiesen, daß als Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel
unter anderem überwiegend amorphe Copolymerisate aus Äthylen und Vinylestern von
Fettsäure mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen in Frage kommen, also auch Vinylacetat-Äthylen-Copolymerisate.
Die bisher verwendeten Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate konnten jedoch z. T. nicht
allen Anforderungen der Praxis genügen.
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Es wurde nun gefunden, daß Pfropfpolymerisate eines Gemisches aus
66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylnitril 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 Äthylen kommen bevorzugt solche mit einem
Vinylacetatanteil von etwa 10 bis etwa 30 Gewichtsprozent, insbesondere solche mit
etwa 18 Gewichtsprozent in Frage. Der Äthylenanteil ergibt sich demzufolge zu etwa
90 bis etwa 70 Gewichtsprozent.
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Diese Copolymerisate bieten vom wirtschaftlichen Standpunkt den Vorteil,
daß sie außerordentlich preisgünstig sind.
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Die Pfropfpolymerisate aus einer Mischung von 66 Gewichtsprozent
Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylnitril auf Copolymerisaten wie oben beschrieben
werden durch Herstellung einer Gallerte aus dem Copolymerisat von oben in einem
Gemisch aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylnitril mit beigefügtem
Katalysator durch radikalische Polymerisation bei Temperaturen von etwa 600 C bis
etwa 1800 C hergestellt. Besonderes Interesse nehmen Pfropfpolymerisate von 35 bis
65 Gewichtsprozent eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent
Acrylnitril auf 65 bis 35 Gewichtsprozent der oben beschriebenen Copolymerisate,
z. B. ein Pfropfpolymerisat von 60 Gewichtsprozent eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent
Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylnitril auf 40 Gewichtsprozent eines Copolymerisates
wie oben beschrieben. Als Initiator der Polymerisation kann z. B. tertiäres Butylhydroperoxyd
in üb-
lichen 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 eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent
Acrylnitril auf Copolymerisaten aus Vinylacetat und Äthylen vorgeschlagen, die dadurch
gekennzeichnet sind, daß für die Zwischenschichten Pfropfpolymerisate von 35 bis
65 Gewichtsprozent eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent
Acrylnitril auf 65 bis 35 Gewichtsprozent eines Copolymerisates aus 10 bis 30 Gewichtsprozent
Vinylacetat und 90 bis 70 Gewichtsprozent Äthylen verwendet werden.
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Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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Fig. la zeigt den Verlustfaktor dcomb eines erfindungsgemäßen Verbundblechs
in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Temperaturkurve wurde an Verbundblechsystemen
aus 0,5 mm dicken Stahlblechen mit etwa 0,75 mm dicken dämpfenden Zwischenschichten
bei 100 und 1000 Hz bestimmt. Als Zwischenschicht wurde ein Pfropfpolymerisat aus
60 Gewichtsprozent eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent
Acrylnitril auf 40 Gewichtsprozent eines Copolymerisates aus 18 Gewichtsprozent
Vinylacetat und 82 Gewichtsprozent Äthylen verwendet.
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Fig. lb zeigt die Temperaturabhängigkeit des Verlustfaktors dcornt
eines Verbundblechsystems mit einem der besten bekannten Entdröhnungsmittel, einem
weichmacherhaltigen modifizierten Vinylacetat-Copolymerisat. Die dämpfende Zwischenschicht
wurde in einer Dicke von etwa 0,3 mm auf die 0,5 mm dicken Stahlbleche als Schmelzkleber
aufgetragen und die Temperaturkurve bei 100 und 1000 Hz bestimmt.
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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.
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Ein Vergleich der Kurven ja und lb veranschaulicht die überlegene
Leistungsfähigkeit der neuen Systeme. Bei dem Copolymerisat der Kurve ob 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), 634, vor allem Abb. 9. Für eine symmetrische Anordnung, bestehend aus zwei
0,5 mm dicken Stahlblechen und einer Zwischenschicht von 0,3 mm Dicke, kommt der
Verlustfaktor dcomb des kombinierten Systems, gemessen im Biegeschwingungsverfahren
(vgl. z. B. H. Oberst, L. Bohn und F. Linhardt, Kunststoffe 51 [1961], 495), dem
Wert dcom>= 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 dComb = 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. [1965], Abb. 8 bis 10). Bei Verbundblechsystemen
ist es zweckmäßig, als Bandbreite die Breite des Temperaturintervalls zu definieren,
in dem der Wert von dcomb = 0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche
Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art
entspricht Werten dcomb =< 0,01. Der Bezugswert dco,o = 0,05 bedeutet also eine
beträchtliche Dämpfungserhöhung (um etwa 15 dB [Dezibel]) gegenüber der »Nulldämpfung«
dcojnb = 0,01.
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In Kurve 1 b wird der Bezugswert dcomb = 0,05 im hauptsächlich interessierenden
Frequenzbereich zwischen 100 und 1000 Hz bei den Temperaturen etwa zwischen 0 und
500 C überschritten, die Temperaturbandbreite beträgt also rund 500 C. Damit sind
diese Verbundsysteme für zahlreiche technische Anwendungen geeignet. Durch Modifikationen
des Weichmachergehaltes 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.
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Die erfindungsgemäße Anordnung (F i g. 1 a), deren Monomerenverhältnis
im optimalen Bereich liegt, weist bei Dämpfungshöchstwerten von etwa 0,2 bis etwa
0,3 eine überraschend große Temperaturbandbreite auf. Der Schwerpunkt der Dämpfung
liegt für 100 Hz bei etwa 1100 C und für 1000 Hz bei rund 600 C. Die Temperaturbandbreite
beträgt etwa 1350 C (100 Hz) bzw. etwa 1000 C (1000 Hz). Besonders günstig ist bei
den Kurven der F i g. 1 a der langsame Abfall der Dämpfung nach hohen wie auch nach
niederen Temperaturen und der dadurch bedingten großen Temperaturbandbreite. Die
vorzüglichen schwingungsdämpfenden Eigenschaften bleiben von etwa 300 C bis zu einer
mittleren Temperatur von rund 1450 C erhalten. Gegenüber dem Standardsystem 1 b
weist die Anordnung 1 a bei we-
sentlich größerer Temperaturbandbreite günstigeres
Dämpfungsverhalten bei Temperaturen oberhalb 500 C auf, so daß sie für zahlreiche
Anwendungen bei höheren Temperaturen (z. B. in Maschinen und Geräten mit erhöhten
Betriebstemperaturen) in Frage kommt.
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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 angewandt
werden, zweitens als Gallerte des beschriebenen Copolymerisates mit dem aufzupfropfenden
Styrol-Acrylnitril-Gemisch, das den Polymerisationsinitiator enthält und durch thermische
Nachbehandlung der mit dieser Gallerte als Zwischenschichtmaterial versehenen Verbundsysteme
bei Temperaturen zwischen etwa 60 und etwa 1800 C in das beschriebene Pfropfpolymerisat
übergeführt wird. Es handelt sich ebenfalls um einen Schmelzkleber, der bei höheren
Temperaturen aufgespachtelt oder aufgestrichen werden kann.
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Das Verbundsystem wird anschließend unter Druck abgekühlt. Außer einem
Entfetten ist keine Vorbehandlung der Bleche und auch keine weitere Klebschicht
erforderlich. 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
Verbund anordnungen größer. Bei Anwendungen, bei denen, bezogen auf das Gewicht,
eine möglichst hohe Festigkeit erreicht werden soll, wird man deshalb unsymmetrische
Verbundbleche bevorzugen.