DE1694088A1

DE1694088A1 - Schwingungsdaempfende Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus Vinylacetat/2-AEthyl-hexylacrylat/Dibutylmaleinat/Crotonsaeure-Copolymerisaten

Info

Publication number: DE1694088A1
Application number: DE19661694088
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr Duve; Joachim Dr Ebigt; Hermann Dr Oberst; Alfred Dr Schommer
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1966-11-25
Filing date: 1966-11-25
Publication date: 1971-08-26
Also published as: SE337932B; US3674624A; AT272673B; DE1694088B2; NO127011B; FR1547852A; CH489726A; NL6715725A; LU54949A1; BE707102A; GB1207159A; DK116622B

Description

Anlage I ^BrStk/raI

zur Patentanmeldung Fw 5221

Schwingungsdämpfende Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus Vinylacetat/2-Äthyl-hexylacrylat/Dibut^ Copolymerisaten · -

Aua 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 νφ mindestens 20° C unterscheiden« In dieser Patentschrift wurde auch bereits darauf hingewiesen, daß als Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel u. a.~ überwiegend amorphe Copolymerisate aus Estern aus Alkoholen mit 4 bis 12 C-Atomen und Acryl- und Maleinsäure und Vinylester von Fettsäuren mit 2 oder 3 C-Atomen in Frage kommen, also z. B. " Vinylacetat-E-Ithylhexylacrylat- und/oder Dibutylmaleinat-Copolymeriijate. :

Be wurdie mki gefunden, dat Öopolyme^isate aus Vinylacetat, geeigneten Estern ungesättigter, polymerisationsfähiger Carbonaäuren und einer ungesättigten_r cojm-lyinerieationsfähigen Säure, bevorzugt Cfrotonsäure _f Überraschend'gute Dämpfungseigenschaften aufweieen tfed eornit besonders zur Schwingungsdämpfung von Verbundeyetemen aus harten Platten, injatbesondere von Blechen geeignet sind. Als Ester kommen insbesondere die der Acryl- und

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Maleinsäure mit zwischen 3 und 9 C-Atomen enthaltenden Alkoholresten in Betracht, bevorzugt 2-Äthyl-hexylacrylat und Dibutylmaleinat. Mit diesen ^polymerisaten, bei denen die entdröhnende Y'irkung kritisch vom Gewichtsverhältnis der Monomeren abhängt, kann man sehr breite Dämpfungskurven mit beachtlich hohen Maximalwerten der Dämpfung erhalten. Vom wirtschaftliehen Standpunkt bieten sie außerdem den Vorteil, daß sie preisgünstig sind.

So ergeben Copolymerisate aus 30 bis 40 Gew.-^ Vinylacetat, 30 bis 40 Gew.-;i 2-Ithyl-hexylacrylat, 30 bis 10 Gew.-i Dibutylmaleinat und ca. 10 Gew.-ρ Crotonsäure ausgezeichnete Breitbanddämpfungsmaterialien, die für Anwendungen in einem größeren Temperaturbereich in Präge kommen. =

Erfindungsgemäß werden deshalb Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere aus Blechen mit schwingungsdämpfenden selbsthaftenden Zwischenschichten aus Vinylacetat/2-lthyl-hexylacrylat/Dibutylmaleinat/Crotonsäure-Copolymerisaten vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß für die Zwischenschichten Copolymerisate aus 30 bis 40 Gew.-^ Vinylacetat, 30 bis 40 Gew.-^ 2-Äthyl-hexylacrylat, 30 bis 10 Gew.-^ Dibutylmaleinat und 5 bis 15 Gew.-^ Crotonsäure verwendet werden.

Ein Vergleich der Figuren 1 a bis 1c veranschaulicht die überlegene Leistungsfähigkeit der neuen Systeme. Die Kurven 1 a und 1 b zei. gen den Verlustfaktor d_comi) zweier erfindungsgemäßen Verbundbleche in Abhängigkeit von der Temperatur. Zum Vergleich wurde eines -der besten bekannten Entdröhmingsmittel für Verbundbleche, ein welchmacherhaltiges modifiziertes Vinylacetat-Copolymerisat (Kurve 1 c), herangezogen. Bei dem Copolymerisat der Kurve 1 σ 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 aua physikalischen Gründen nicht mehr übertreffen werden können. Siehe dazu H. Oberst und A. Sohoämer, Kunst" letoffe J|£ (1965>, 654» vor allem Abb.

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Für eine symmetrische Anordnung, bestehend aus zwei 0,5 mm dicken Stahlblechen und einer Zwischenschicht von 0,3 mm Dicke, kommt der Verlustfaktor" d ^ des kombinierten Systems, gemessen im Biegeschwingungsverfahren (vgl. z. B. H. Oberst, L. Bonn und F. Linhardt, Kunststoffe £1 (1961), 495), dem Viert d_com1;3 = ¹ schon nahe. Bei 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 _ -κ = 0,2» Mit den neuerdings sich immer stärker durchsetzenden Verbundblechsystemen können, wie das hier angeführte Beispiel zeigt, bei optimaler Einstellung des Zwischen- ™ Schichtmaterials 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 IQ)VVeI Verbundblechsystemen ist es zweckmäßig, als Bandbreite die Breite des Temperaturintervalls zu definieren, in dem der V/ert von d , = 0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art entspricht Werten d , = 0,01. Der Bezugswert d . = 0,05 bedeutet also Λ eine beträchtliche Dämpfungserhöhioig (um etwa 15 dB (Dezibel)) gegenüber der "Uulldämpfung" d _m^ = 0,01.

In Kurve 1 c wird der Bezugswert d _Q , = 0,05 im hauptsächlich interessierenden Frequenzbereich zwischen 100 und 1000 Hz bei den Temperaturen etwa zwischen 0° und 50° G überschritten, die Temperaturbandbreite beträgt also rund 50° C. Damit sind diese Verbundsysteme für zahlreiche technische Anwendungen geeignet. Durch Modifikation 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

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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 Standardeystem angesehen werden, an dem die akustische Wirksamkeit des.erfindungsgemäßen Systems durch Vergleich beurteilt werden kann.

In Figur 1 a bis c sind die Temperaturkurven des Verlustfaktors ^comb ^von VerbundbleOli-syetemen aus 0,5 mm dicken Stahlblechen mit 0,3 mm bzw. 0,7 mm (in Figur 1b) dicken dämpfenden Zwischenschichten für 100 und 1000 Hz wiedergegeben.

Die Kurven wurden gemessen an Verbundsystemen ■■ mit

1 a) einem Copolymerisat aus 30 Gew.-?' Vinylacetat, 30 Gew.-?' 2-Äthyl-hexylacrylat, 30 Gew.^i Dibutylmaleinat und 10 Gew.-^ Crotonsäure als Zwischenschicht (erfindungsgemäß),

1b) einem Copolymerisat aus 35 Gew.-fS Vinylacetat, 35 Gew.-f> 2-Äthyl-hexylacrylat, 20 Gew.-?' Dibutylmaleinat und 10 Gew.-?5 Crotonsäure als Zwischenschicht (erfindungsgemäß) und

1 c) einem weichmacherhaltigen modifizierten Vinylacetat-Copolymerisat "als Zwischenschicht.

Die erfindungsgemäßen Anordnungen 1 a und 1 b, deren Monomerenverhältnisse im optimalen Bereich liegen, weisen sehr große Temperaturbandbreiten bei verhältnismäßig hohen Dämpfungsmaxima auf. Die weniger hohen Maxima der Kurven 1 a und 1 b im Vergleich zu denjenigen der Kurven 1 c können angesichts der großen Bandbreiten in Kauf genommen werden. Der Schwerpunkt der Dämpfung liegt für die Anordnung 1 a bei 15 bis 25° C mit Dämpfungshöchstwerten von ca. 0,5 bis 0,6. Die Temperaturbandbreite beträgt ca. 80° C für 100 Hz bzw. 70° C für 1000 Hz. Nach tiefen Temperaturen erstreckt sich der Anwendungsbereich bis -10° C. Die vorzüglichen eohwingungsdämpfenden Eigenschaften bleiben bis zu einer mittleren Temperatur von etwa +65° C

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erhalten.. Für die Anordnung 1 b liegt bei Höchstwerten von d , 0,4 "bis O₁O der Dämpfungsschwerpunkt im Temperaturbereich um 20 bis 25° G. Die Temperaturbandbreite beträgt ca. 100° G (für 100 Hz) bzw. 80° C (für 1000 Hz)* Wie bei Anordnung 1 a ist auch hier der langsame Abfall der Dämpfung nach hohen Temperaturen bei 100 Hz besonders günstig. Der Bezugswert d , = 0,05 wird in einem Temperaturbereich von ca. -15° G bis +80° C überschritten. Gegenüber dem Ständardsystem 1 c weisen die Anordnungen 1 a und 1 b bei größeren Temperaturbandbreiten günstigeres Dämpfungsverhalten bei Temperaturen unterhalb 0° C und oberhalb 50° G auf■»■ so daß sie für zahlreiche Anwendungsfälle in Frage kommen. Beide Copolymerisate (ta und 1 b) bieten wegen ihres Gehaltes von 10 Gew.-^ Crotonsäure außerdem die Möglichkeit, durch eine vernetzende Reaktion mit einer bi- oder trifunktioneIlen Verbindung (z, B. mehrere Epoxyd-, Isocyanatgruppen usw.' enthaltende Verbindungen) den Erweiehungsbereich und damit den Bereich hoher Dämpfung merklich 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. 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 Gehaltes der Copolymerisate an Crotonsäure kann ggf. 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 zahlreiche Anwendungen sehr gut geeignet iat, insbesondere auch bei tiefen Temperaturen unterhalb

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Kleine Mengen Füllstoffe, z. B. zur Verbesserung der elektrischen leitfähigkeit (Verbesserung der Y/iderstandsschweißung) können den Dämpfungsstoffen zugesetzt werden. Um die Dämpfungswirkung nicht zu verschlechtern, sollte die Füllstoff menge aber unter f Gew.-5', vorzugsweise unter 0,5^:"" Gew.-^, bezogen auf das Polymerisat, gehalten werden. Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise Schwerspat, Kieselsäure, Graphit und Büß.

Die Gesamtdicke des Verbundbleches liegt vorzugsweise zwischen 1 und 6 mm, Die Zwischenschichten können 0,1 bis 1 ram, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 nun betragen. 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, wir. d\ man deshalb unsymmetrische Verbundbleche bevorzugen. Das Verhältnis der Dicken der äußeren Plat^S⁰¹¹ vorzugsweise zwischen 1 : 1 und 1 : liegen. ^{ten bzw}' ^Bleche

Figur 2 zeigt erfindungsgemäße Verbundsysterne in symmetrischer (a) und unsymmetrischer (b) Anordnung. Zwischen den beiden äußeren Platten oder Blechen (1) liegt die Dämpfungsschicht (2).

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Claims

5221 ' ' Patentansprüche

1.Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere Blechen mit schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden Zwischenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenschichten Copolymerisate aus 30 bis 40 Gewv-v^-Vinylacetat, 30 bis 40 Gev/.-^

Gew.—

2-Athyl-hexylacrylat, 30 biß 10/ί Dibutylmaleinat und 5 bis 15 Gew.-"' Crotonsäure verwendet v/erden.

2. Verbundsysteme nach Anspruch 1, dadurch gelcennzeichnet, daß dem Copolymerisat der Zwischenschicht bis zu 1 Grew.-.i, bezogen auf das Copolymerisat, Füllstoffe beigemischt sind.

3. Verbundsysteme nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicken der äußeren Platten bzw. Bleche zwischen 1 : 1 und 1 s 4 liegt.

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