DE1694227A1 - Schwingungsgedaempfte Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus Pfropfpolymerisaten von Styrol oder Styrol/Acrylsaeure auf Vinylacetat/n-Butylacrylat/Dibutylmaleinat/Crotonsaeure-Copolymerisaten - Google Patents
Schwingungsgedaempfte Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus Pfropfpolymerisaten von Styrol oder Styrol/Acrylsaeure auf Vinylacetat/n-Butylacrylat/Dibutylmaleinat/Crotonsaeure-CopolymerisatenInfo
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Description
FARBWERKE HOECHST AG.
Anläse 1
zur Patentanmeldung Fw
8. November 1967 .Stfc/br
5555 - Gm 796*
Schwingungsgedärapfte Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus
Pfropfpolymerisaten von Styrol oder Styrol/Acrylsäure auf
Vinylacetat/n-Buty1acrylat/Dibuty!maleinat/Grotonsäure-Cqpoiymerisaten
^_^_______________
Aus der belgischen Patentschrift 598,603 ist begannt, daß man
hochwertige Tempsraturbreitband-EntdrQhnungsmittel zur Dämpfung
der Biegesshwingtasgen von BlechlconstruJctionen durch Copolymerisation von Uonomsfea Iierstellen kann, deren Homopolymerisate
sich in ihrer Einfriertemperatur um mindestens 200C 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 ©»-Atomen in Frage kommen,
also z.B. Vinylacetat«-n-Butylacrylat-' und/oder Dibutylmaleinat-Copolymerisate«
Es wurde nun gefunden, daß Pfropfpolymerisate von Styrol oder
gegebenenfalls von Styrol zusammen mit geringen Mengen einer
copolymerisierbaren Carbonsäure f besondere Acrylsäure und/oder
Methacrylsäure,auf Copolymerisaten aus Vinylacetat, geeigneten
Estern ungesättigter, polymerisationefähiger Carbonsäuren und
einer ungesättigten, copolyHeriaationsfähigen Säure, bevorzugt
108830/IS12 SAD
- 2 - Fw 5555 - Gm 796
Crotonsäure, überraschend gute Dämpfungseigenschaften, vor
allem im Hinblick auf die TemperattErbandbreite aufweisen und
somit besonders zur Schwingungsdämpfung von Verbundsystemen aus harten Platten, insbesondere von Blechen, geeignet sind.
Als Ester kommen insbesondere die der Acryl- und Maleinsäure
mit zwischen 3 und 12 C-Atomen enthaltenden Alkoholresten in Betracht, bevorzugt n-Butylaerylat und Dibutylraaleinat. Mit
diesen Copolymerisaten, bei denen die entdröhnende Wirkung
kritisch vom Gewichtsverhältnis der Monomeren abhängt, kann
man eehr breite Dämpfungskurven mit beachtlich hohen Maximalwerten
der Dämpfung erhalten. Vo* wirtschaftlichen Standpunkt bieten sie außerdem den Vorteil, daß sie preisgünstig sind.
Die Pfropfpolymerisate aus Styrol oder gegebenenfalls von
Styrol zuosnmen mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure
(Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf Copolymerisaten aus
30 bis 40 6ew.-% Vinylacetat, 3© bis 40 Gew.-$ n-Butylacrylat,
30 bis 10 Gew.-% Dibutylmaleinat und ca. IO Gew.-% Crotonsäure
werden durch lösen des Copolymerisates in aonomerem Styrol gegebenenfalls
Styrol zusammen mit einer copolymerisierbaren
Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) - mit beigefügtem Katalysator durch radikalische Polymerisation bei Temperaturen
von ca. 60°C bis ca, 1800C hergestellt.Besonderes Interesse
haben Pfropfpolymerisate von 4Q bis SO Gew.-% Styrol oder
Styrol zusammen mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Hethacry!säure) auf 6O bis 2O Gew.-% der oben
genannten Copolymerisate, z.B. ein Pfropfpolymerisat von 50 ;
Gew.-5i Styrol oder von 5O Gew.-% einer Mischung aus 9O Gew.-*
Styrol und 10 Oew.-% Acrylsäure auf jeweils 50 Gew.-% des obengenannten Copolymerisates. Als Initiator dez* Polymerisation kann
z.B. tertiäres Butylhydroperoxid in üblichen Konzentrationen
verwendet werden.
Erfindungsgeraäö'werden deshalb Verbundsysteme aus harten Platten,
insbesondere aus Blechen mit schwingungsdärapfenden selbsthaftenden Zwischenschichten aus Pfropfpolymerisaten von Styrol,
109.830/1512-
- 3 - Fur 5555 - Ga 796
gegebenenfalls von Styrol zusammen alt einer copolyaerisierbaren
Carbonsäure ( Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf Copolymerisate aus Vinylacetat/n-Butylacrylat/Dibutylmaleinat/Crotonsäure
vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß für die Zwischenschichten Pfropfpolymerisate von 40 bis 80 Gew.-% Styrol
oder Styrol mit einer copolyaerisierbaren Carbonsäure ( Acrylsäure ünd/oder Methacrylsäure ) auf 60 bis 20 Gew.-% eines Copolymer isates aus IO bis 40 Gew.-fc Vinylacetat, 30 bis 40 Gew.-%
n-Butylacrylat, 30 bis 10 Gew-.-% Dibutylnaleinat und 5 bis
10 Gew.-% Crotonsäure verwendet werden.
Ein Vergleich der Figuren 1 a und 1 b veranschaulicht die überlegene Leistungsfähigkeit der neuen Systeae. Die Figur 1 a
zeigt den Verlustfaktor <äCOBj, eines erfindungsgemäßen Verbundbleches in Abhängigkeit von der Temperatur. Zum Vergleich
wurde eines der besten bekannten Entdröhnungsiaittel für Verbundbleche, ein weichmacherhaltiges !Kodifiziertes Vinylacetat-Copolymerisat ( Figur Ib), herangezogen. Bei den Copolymerisat
der Figur 1 b handelt es sich üb 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 £>5 (1965), 634, vor allem Abbildung 9. 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 BiegeschWJngungsverfahren (vgl. z.B. H. Oberst, L. Bohn und F. Linhardt,
Kunststoffe 51 (1961). 495 ) dem Wert d . - 1 schon nahe.
— comu
Bei der seit langem bekannten Blechdampfung durch einseitige
dämpfende Beläge, die als spritz-, spachtel- oder aufklebbare Schichten sog. EntdrShftufigsalttel angewendet, werden, sind die
Verlustfaktoren des koalisierten Systens bei technisch vertretbaren Schichtdicken oder -Verhältnissen der Belagmasse zur
Blecbmasse ia allgemeinen kleiner als dCCBb m 0,2. Mit den
neuerdings sich iaaer starker durchsetzenden Verbundblechsysteaen
können, wie das hier angeführte Beispiel zeigt, bei optimaler
109830/1512
- 4 - Pw 5555 - Gm
Einstellung des Zwischenschichtnaterials um ein Kehrfaches
höhere Dämpfungswerte erreicht werden.
Die Temperaturbandbreite derOämpfung 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 - IO ). Bei Verbundblecheystemen
ist es zweckmäßig, als Bandbreite die Breite des Temperaturintervalls zu definieren, in de* der Wert von dcoeb " 0,05
Überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen
verschiedener Art entspricht Werten dcomb " 0,01. Der Bezugswert <ieoaij " 0,05 bedeutet also eine beträchtliche Dämpfungserhöbung ( um etwa 15 dB (Dezibel) ) gegenüber der "Nulldämpfung"
dcomb * °'01·
In Figur 1 b wird der Bezugswert d . « 0,05 im hauptsächlich
interessierenden Frequenzbereich zwischen 100 und 1000 Hz bei den Temperaturen etwa zwischen 00C und 5O°C überschritten, die
Temperaturbandbreite beträgt also rund 5O°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 3eispiel 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.
BAD ORiGSNAL
109830/1512
- 5 - . Pw 5555 - Gm 796
In. Fig. 1 a und 1 b sind die Temperaturkurven des Verlustfaktors
d b von Verbundblechsystemen aus 0,5 η dicken Stahlblechen
mit ca. 0,7 mm bzw. 0,3 mm ( in Figur 1 b) dicken dämpfenden Zwischenschichten für 100 und 1000 Hz wiedergegeben.
1 a) einem Pfropfpolymerisat aus 50 Gew.-% Styrol auf
50 Gew.-% eines Copolymerisates aus 35 Gew.-% Vinylacetat,
35 Gew.-% n-Butylacrylat, 20 Gew.-% Dibutylmaleinat und
10 Gew.-% Crotonsäure als Zwischenschicht ( erfindungsgemäß ) und
1 b) einem weichmacherhaltigen modifizierten Vinylacetat-Copolymerisat als Zwischenschicht.
Die erfindungsgemäße Anordnung la),deren Monomerenverhältnis
im optimalen Bereich liegt, weist eine überraschend große Temperaturbandbreite bei relativ hohen Dämpfungsmaxima auf, die
denen der Anordnung 1 b) nicht wesentlich nachstehen. Der Schwerpunkt der Dämpfung liegt bei 50 bis 65°C mit Dämpfungshöchstwerten von 0,5 bis ca. 0,7. Die Temperaturbandbreite
beträgt 140°C (100 Hz) bzw. ca. 105°C (lOOOHz). Besonders günstig
ist bei Kurve la) der langsame Abfall der Dämpfung nach hohen
wie auch nach niederen Temperaturen. Der Bezugswert d „_.■ 0,05
COSO
wird in einem Temperaturbereich von ca. 5 C bis ca. 130C überschritten. Gegenflber dem Standardsystem 1 b) weist die Anordnung
la) bei merklich größeren Temperaturbandbreiten günstigeres Dämpfungsverhalten bei Temperaturen oberhalb 40°C auf, 00 dad
sie für zahlreiche Anwendungsfälle ( z.B. in Haschinen und Geräten
mit normalen und höheren Betriebstemperaturen ) in Frage kommt. Das Pfropfpolymerisat der Anordnung 1 a) bietet wegen seines
Gehaltes von 10 Gew.-% Crotonsäure außerdem die Möglichkeit, durch
eine vernetzende Reaktion mit einer bi- oder trifunktioneilen
Verbindung (z.B. mehrere Epoxyd-, Isocyanat- oder ähnliche Gruppen enthaltende Verbindungen ) den Erweichungsbereich und
damit den Bereich hoher Dämpfung noch welter nach höheren Ti
per»türen zu verschieben,
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- 6 - Fv 5555 - Gm 796
Ein besonderer Vorteil dieses Dämpfungsstoffes ist es, daß er
sich hervorragend zur kontinuierlichen Auftragung für die Massenproduktion von VerbundbleclPeignet. Zu diesem Zweck kann er
1. als fertiges Pfropfpolymerisat angewandt werden; 2. als Lösung
des beschriebenen Copolymerisate in dem aufzupfropfenden Styrol bzw. Styrol/Acrylsäure- und/oder -Methacrylsäure-Gemisch, das den
Polymerisationsinitiator enthält und durch thermische Nachbehandlung der mit dieser Losung als Zwischenschichtmater£al versehenen Verbundsysteme bei Temperaturen zwischen ca. 6OC und
ca. ISO0C 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. Afcßer einem
Entfetten ist keine Vorbehandlung der Bleche und keine
weitere Klebschicht erforderlich. Aufgrund des Gehaltes der
Pfropfpolymerisate an Crotonsäure bzw. Acrylsäure und/oder Methacrylsäure kann gegebenenfalls sogar auf das Entfetten
verzichtet werden. Man erreicht eine ausgezeichnete Haftung.
Der Dämpfungsstoff hat eine gute Fließbeständigkeit. Die Verarbeitbarkelt 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 zu verschlechtern, sollte die Füllst off menge aber unter
1 Gew.-%, vorzugsweise unter O,5 Gew.-%, bezogen auf das Polymerisat, gehalten werden. Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise Schwerspat, Kieselsäure, Graphit und Ruß.
109830/1512
- 7 - Fv 5555 - Gm 706
Die Gesamtdicke des Verbundbleches liegt vorzugsweise zwischen 1 und 6 am. Die Zwischenschichten können Otl bis 1 mm, vorzugsweise Of2 bis 0,5 as betragen. Die Maximale Dämpfung erhält man
bei symmetrischen Verbundblechen. Die Biegesteifigkeit und Festigkeit ist aber bei gleichem Gewicht bei unsymmetrischen Verbundanordnungen größer. Bei Anwendungenf bei denen, bezogen .
auf das Gewicht, eine möglichst hohe Festigkeit erreicht werden soll, wird man deshalb unsymmetrische Verbundbleche bevorzugen.
Das Verhältnis der Dicken der äuQeren Platten bcw. Bleche soll
vorzugsweise zwischen 1 : 1 und 1:4 liegen.
Figur 2 zeigt erfindungsgemäOe Verbundbleche in symmetrischer (a)
und unsymmetrischer (b) Anordnung. Zwischen den beiden äußeren Blechen (1) liegt die Dämpfungsechicht (2).
109830/1512
Claims (3)
- - 8 - Fw 5555 - Gm 796Patentansprüche:Xl Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere Blechen mit schwingungsdämpfenden selbsthaftenden Zwischenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenschichten Pfropfpolymerisate von 40 bis 80 Gew.-% Styrol oder Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure, z.B. Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, in Mengen von 0,1 bis 10 Gew.-%, bezogen auf Styrol, auf 60 bis 20 Gew.-% eines Copolymerisates aus 30 bis 40 Gew.-% Vinylacetat, 30 bis 40 Gew.-% n-Butylacrylat, 30 bis 10 Gew.-% Dibutylmaleinat und 5 bis 15 Gew.-% Crotonsäure verwendet werden.
- 2. Verbundsysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Pfropfpolymerisat der Zwischenschicht bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf das Pfropfpolymerisat, Füllstoffe beigemischt sind.
- 3. Verbundsysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicken der äußeren Platten bzw. Bleche vorzugsweise zwischen 1 : 1 und 1:4 liegt.109830/1512Leerseite
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