DE1301666B

DE1301666B - Verbundsystem aus harten Platten mit schwingungsdaempfenden viskoelastischen Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite

Info

Publication number: DE1301666B
Application number: DEP1700123.9A
Authority: DE
Inventors: Dr Alfred; Duve; Ebigt; Dr Guenther; Dr Hermann; Dr Joachim; Oberst; Schommer
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1967-12-05
Filing date: 1967-12-05
Publication date: 1969-08-21
Also published as: FR1598305A; DK122185B; SE360093B; BE724966A; NO128163B; ES361003A1; NL6816809A; AT296626B; JPS4617064B1; LU57392A1; US3547755A; GB1252895A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere Blechen, mit schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden viskoelastisehen polymeren Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite.
Die deutsche Auslegeschrift 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.
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 20° 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-Äthylen-Copolymerisate. Die bisher verwendeten Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate konnten jedoch zum Teil nicht alten Anforderungen der Praxis genügen.
Es wurde nun gefunden, daß Pfropfpolymerisate eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylnitril auf Copolymerisaten aus VinyIacetat 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 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 50 Gewichtsprozent. Diese Copolymerisate bieten vom wirtschaftlichen Standpunkt den Vorteil, daß sie außerordentlich preisgünstig sind.
Die Pfropfpolymerisatc aus einer Mischung von 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylnitril auf Copolymerisaten, wie oben beschrieben, werden .durch Herstellung einer Gallerte aus dem Copolynierisat von oben in einem Gemisch aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylnitril mit beigefügtem Katalysator durch radikalische Polymerisation hei Temperaturen von etwa 60 C bis etwa 180"(' hergestellt. Besonderes Interesse nehmen I'fropfpolymerisate von 5.5 bis 90 GewiclitsIirozent eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylilitril auf 45 bis 10 Gewichtsprozent der oben heschriebencn Copolynierisate, z. 13. ein Pfropfpolynierisal von 60 Gewichtsprozent eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylnitril auf 40 Gewichtsprozent eines Copolytnerisats, wie leben beschrieben. Als Initiator der Polymerisation kann z. 11. tertiäres Butylhydroperoxyd in übliehen 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.
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 Athylen vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß für die Zwischenschichten Pfropfpolymerisate von 55 bis 90 Gewichtsprozent eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 34 Gewichtsprozent Acrylnitril 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 nn Hand der Zeichnungen näher erläutert.
F i g. 1 a zeigt den Verlustfaktor d,."",,, 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 Copalymerisats aus 40 Gewichtsprozent Vinylacetat und 60 Gewichtsprozent Äthylen verwendet.
F i g. 1 b zeigt die Temperaturabhängigkeit des Verlustfaktors d"",", 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.
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 1 a und I 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. Siehe dazu 11. Oberst und A. Schonimer, Kunststoffe, 55 (1l)6.5), S.63=4, vor allem Abb.9. Für eine symmetrische Anordnung, bestehend aus zwei 0,5 mm dicken Stahlblechen und einer Zwischenschicht von 0,3 min Dicke, kommt der Verlustfaktor d,, des kombinierten Systems, gemessen im Biegeschwingungsverfahren (vgl. z. 13. 11. Oberst, 1.. 13 o h n und F. 1. i n !i a r Il t, Kunststoffe, 5 ! (1I)611, S. 495), dem Wert d,."11,1, 1 schon nahe. I3ei der seit langem bekannten Blechdämpfung durch einseitige dämpfende Beläge, die als spritz-, spachtel- oder aufklebbare Schichten sogenannter Entdröhnungsmittel angewendet werden, sind die Verlustfaktoren des kombinierten Systems bei technisch vertretbaren Schichtdicken oder Verhältnissen der Belagmasse zur Blechmasse im allgemeinen kleiner als d" ",b = 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.
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 d"",6 = 0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art entspricht Werten d,."",6 < 0,01. Der Bezugswert d","6 = 0,05 bedeutet also eine beträchtliche Dämpfungserhöhung (um etwa 15 db [Dezibell) gegenüber der »Nulldämpfung« d"",6 = 0,01.
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 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 100 Hz bei etwa 80 bis 120° C und für 1000 Hz bei rund 5 " C mit Dämpfungshöchstwerten von etwa 0,3. Die Temperaturbandbreite beträgt etwa 215° C (100 Hz) bzw. etwa 135"C (100011z). 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 d,."",6 -=. 0,05 - in einem Temperaturbereich von fast 10"C bis etwa 16.5"C erhalten. Gegenüber dem Standardsystem I b weist die Anordnung 1 a bei wesentlich größerer Temperaturbandbreite günstigeres Dämpfungsverhalten bei Temperaturen um 0° C und vor allem 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.
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 in dem aufzupfropfenden Styrol-Acrynitril-Gemisch, das den Polymerisationsinitiator enthält und durch thermische Nachbehandlung der mit dieser Gallerte als Zwischenschichtmaterial versehenen Verbundsysteme bei Temperaturen zwischen etwa 60 und etwa l80`' 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 unter Druck abgekühlt. Außer einem Entfetten ist keine Vorbehandlung der Bleche und auch keine weitere Klebschicht erforderlich. 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 An-. wendungen 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 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.
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

Patentanspruch: Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere Blechen, mit schwingungsdämpfenden, selbst- haftenden viskoelastischen polymeren Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite, d a -durch gekennzeichnet, daß für die Zwischenschichten Pfropfpolymcrisate von 55 bis 9() Gewichtsprozent eines Gemisches aus 66 Gewichtsprozent Styrol und 3-1 Gewichtsprozent Acrylititril auf 45 bis 10 Gewiclitiiprozciit eines Copolymerisats aus 30 bis 50C ewichtsprozent Vinylacetat und 70 bis 50 Gewichtsprozent Äthylen verwendet werden.