DE1909709A1 - Schwingungsdaempfende Masse und deren Verwendung - Google Patents

Description

Schwingungsdämpfende Masse und deren Verwendung

Die Erfindung betrifft Stoffe, die für die Schwingungsdämpfung von Sesonanzplatten z.B. aus Metall geeignet sind, sowie Verbundkonstruktionen mit solchen Stoffen. Insbesondere betrifft die Erfindung schwingungsdämpf ende. Stoff e., die eine günstige Dämpfung in weiten Temperaturgrenzen, z.B. ύοώ. Umgebungstemperatur oder unter der Umgebungstemperatur liegenden Temperaturen bis zu erhöhten Temperaturen im Bereich von z.B. 8O⁰C oder noch höher, z.B. bis. 100⁰G, ergeben, und die als Zwischenschichte für Schichtstoffe besonders geeignet sind.

Es ist bereits bekannt, dass die Ee.sonanzschwingungen von z.B. metallischen Platten dadurch verringert, werden können, dass sie mit gewissen synthetischen Polymeren überzogen

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oder durch Schichtstoffe ersetzt werden, die aus einem Paket aus zwei oder mehr Platten aus z.B. Metall bestehen, zwischen denen sich jeweils eine Zwischenschicht aus Polymer befindet. Es ist auch bekannt, dass der Temperaturbereich, in welchem die Schichtstoffβ eine günstige Dämpfung ergeben, gewisser* massen durch Copolymerisation vergröseert werden kann. Die ResonanzSchwingungsbeständigkeit eines derart aufgebauten Schichtstoffes is abhängig von a) der Art des Werkstoffs, z.B. Metalls, der Platten und b) den relativen Dicken der Platten und der polymeren Zwischenschichten. Es soll aber im allgemeinen eine Schwingungsdämpfung angestrebt werden, die einem Verlustbeiwert für den Schichtstoff von mindestens 0,05 bei einer frequenz von 100 Hz oder höher entspricht. Dadurch erreicht man eine bedeutungsvolle Verbesserung gegenüber eiaes Verlustbeiwert von 0,01 und meistens wesentlich niedriger, wi@ er bei Metallplatten, die nicht mit sinem schwingungsdämpfendea Material behandelt wurden, beim Schwingen in der Luft gegeben ist. Auch bei den bevorzugten der bisher beschriebenen mere beträgt der S!emperaturbereich,bei dem ein derartiger Verlustbeiwert für Schichtetoffe der beschriebenen Art worden ist, bei einer Frequenz von 1OO Hz meistens wenig©? als 100⁰C und bei einer Frequenz von z.B. 1 000 Hz wesentlich,..._......-...

weniger, z.B. nur 50°C, auch wenn die polymeren. Zwiachen8.chicht®& eine Dicke von sogar 0,3 mm und die ßtahlplatten eine von 0,5 mm.haben.

Es wurde nun eine Masse gefunden, die günstige, Dämpfungseigenschaften in einem breiten Temperaturbereich von,ITmgebungs/-- .

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temperaturen oder darunter bis 80-100^eC oder hoher hat. und die besonders bei Verwendung als Zwischenschicht zwischen Besonanzplatten aus z.B. Metall Schichtetoff· ergibt, die sehr günstige schw1 ngungsdampfende Eigenschaften in weiten Temperaturgrensen haben. Z.B. ergibt eine Zwischenschicht aus der erfindungsgemäasen Masse zwischen 0,5 «m dicken Stahlplatten einen Schichtstoff, dessen Verlustbeiwert über 0,05 fur einen Temperaturbereich τοη mehr als 100*0 bei einer Frequenz τοη 100 Hs betragt, auch wenn diese Zwischenschicht eine Dicke τοη nur 0,15 mm hat.

Genass der Torliegenden Erfindung besteht eine achwingungsdimpfende Masse aus a) einem Butadien/Acrylnitril-Copolymer, b) Polystyrol oder einem Copolymer daron mit bis zu 50 Gew£ Butadien und o) einem chlorhaltigen Polymer, das aus α) chlor* ierten Polymeren des Xthylens und (J) Oopolymeren τοη 10 bis Gew£ Vinylidenchlorid mit 90 bis 10 Gew% mindestens eines Alkylesters oder Nitrile τοη Acryl* oder Methacrylsäure gewählt ist.

Durch entsprechende Wahl der Art und Konzentration jedes · polymeren Bestandteils der Masse können sohwingimgsdampf ende Stoffe erzielt werden, die in den z.B. bei Verbrennungsmotoren Torkoamenden Frequenzbereichen unter den meisten normalen Betriebstemperaturbedingungen, z.B. τοη »10*0 bis +10O^-C, eine günstige Dampfung bewirken, und die zwischen Metallplatten gelegt werden können, um Schichtstoffe zu schaffen, die sich hervorragend eignen für das Pressen zu Gehauen für Verbrennungs-

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motoren, wit z.B. .01 sumpf wannen, Nookenwellenantriebgehaiuien und Ventilverkleidungen.

So kann aan z.B. durch Xnderung de· Acrylnitrilgehalts d·· ButAdien/Acrylnitril-Oopoljaare gawlsaeraassen dl· minimal· Zffektivtemperatur dar Haaa· bestimmen, wobei niedrig·!¹· miniaal· Effektivtemperaturen erfordern niedriger· Acrylnitrilkoneentrationen. Auf der anderen Seite ergibt eine Verringerung de« Aexgrlnitrllgehalta meiatena auch eine Verminderung der Däapfungefähigkeit der Hasse, und ·· iat de«halb leiten vorteilhaft, wenn Copolymere alt weniger als etwa 20 Qew% Acryl* nitril verwendet werden. Sine Erhöhung de· Acrylnitrilgehalta •rgibt eine entsprechende Erhöhung der Dämpfungsfahlgkeit der Hasse, was aber meistens τοη einer Srhohung der minimalen Sffektivteaperatur der Masse begleitet wird. Infolgedessen 1st es meistens nicht eweokaaseig, den Acrylnitrilgehalt über etwa 40% hinaus su erhohen.

Sin· Srhohung der Konsentration des Butadien/Acrjlnitril-Copolyiiere in der nasse ergibt meisten« eine Srhohung der Gesaatwirksaakeit des Stoffes bei niedrigen Temperaturen; Jedoch kann eine unerwünscht· Reduktion der Wirksamkeit bei hohen Temperaturen dl· Folg· sein, wenn Konzentrationen über etwa 60 G«w£ verwendet werden. Die fur die meisten Anwendungsswecke gunstigen Xonsentrationen dieses Copolymere in der Hasse liegen la Bereich von 10 bis 60 0ew£_t vor tug «weise 30 bis %> Gen*.

Sie Eigenschaften der Hasse Im mittleren und oberen !Temperatur« ,bereich können hauptsächlich durch Änderung der Art und Eon-

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kentratlon dee ßtyrolpolymere bzw. -copolymtrs und des chlorhaltigen Polymere kontrolliert werden. Das ßtyrolpolymer bzw. -copolymer macht zweckmässig 10 bis 50, vorzugsweise 15 bis 25 GewJfc der Masse aus. Der Styrolgehalt des Polymers kann zweokmasslg 50 I)Ie 100 Gew# betragen. Copolymere mit 65 bis 90 Gew% Styrol sind aber vorzuziehen.

Das chlorhaltige Polymer macht zweckmässig 30 bis 80 Gew#, vorzugsweise 35 bis 60 Gew#, der Hasse aus. Ist es ein chloriertes ithylenpolymer, z.B. chloriertes Polyäthylen, so enthält es vorzugsweise 15 bis 50 Gew$ Chlor. Ist es ein Vinylidenchlorid-Copolymer, so enthalt es vorzugsweise 30 bis 90 Gew# Vinylidenchlorid. Bas Comonomer mit dem Vinylidenchlorid kann ein Alkylester oder ein Kitril von Acryl- oder Methacrylsäure sein. Bevorzugt werden Acrylnitril und Acrylsäure ättay Ie ster. Als weitere Beispiele kann man jedoch Acrylsäurebutylester, Acrylsäure-2-äthylheayIester, Methacrylaäurebutyle8ter, Methacrylaäure-2-äthylhexylester und Methacrylnitril erwähnen»

Sie MaBse kann auch andere Komponenten, die auch Polymere sein können, enthalten. Insbesondere kennen bis zu 20 Gew$ des ßtyrolpolymers bzw. -copolymers durch ein vernetztes Butadien/-Styrol-Elastomer ersetzt werden.

Die Zugabe von feinverteilten Füllstoffen dient der Erhöhung der Scherfestigkeit der Hasse, falls notwendig. Als Beispiele fur geeignete Füllstoffe kann man Lampenschwarz, Grq&it, Glimmer, Vermiculit und Calciumcarbonat, die auch in Mischung miteinander verwendet werden können, erwähnen. BIe zugegebene

Hange hangt vom Anwendungezweck der Masse ab. Soll die Maas· z.B. ala Zwischenschicht zwischen zwei Heeonanzplatten dienen, so beträgt die Füll at off menge vorzugsweise nicht mehr al a 5% dea Gewichts der Hasse". Soll die Haaae andererseits als überzug auf eine Hesonanzplatte auaaen aufgetragen werden, so kann der Füllstoffgehalt tweckmässig bis zu 60 Gew# der Haase betragen.

Die erflndungsgemässen Hassan können dadurch hergestellt werden, dass die einzelnen Bastandteile miteinander gemischt werden, während die polymeren Stoffe welch gehalten werden, indem z.B. ein Zweiwalsenatuhl oder Banburymischer verwendet wird. Es erscheint nicht unbedingt notwendig zu sein, dass eine vollkommene, innige Mischung ersielt wird. Jedoch soll im allgemeinen wenigstens ein Gemisch erreicht worden, das dem bloßen Auge homogen erscheint. Man kann auch so verfahren, dass die Bestandteile in geeigneten Flüssigkeiten gelost oder diepergiert und die flüssigkeiten dann miteinander gemischt werden, worauf die Hasse aus dam gebildeten Gemisch gewonnen wird.

Vie bereits erwähnt, eignen sieh die Hassen nach der Erfindung besondere für die Bildung von Laminaten oder Schichtstoffen bzw. geschichteten Konstruktionen, bei denen sie die Form von Zwischenschichten z.B. als Platten oder folien haben können, die sich jeweils zwischen zwei Platten befinden, wovon mindestens eine aus Metall oder einem anderen Bs-sonanzstoff besteht. Um solche lAminate bzw. geschichtete Konstruktionen herzustellen, können die Massen auf die Platten aus einer Lösung oder Dispersion S.B. durch Spritzen aufgebracht werden. Die Haaae kann aber

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auch BU ein·r Platt« oder Folie verarbeitet werden, die dann z.B. aufgepresst werden kann.

Ausser ihren sehr vorteilhaften Sohwinguiigsdämpfungseigensehaften weisen die Mai sen nach der Erfindung auch Klebeigenschaften auf. Infolgedessen ist es meistens nicht notwendig, die Metallplatten einer Vorbehandlung ausser einer Botfettung zu unterwerfen, luch ist es nicht notwendig, Tor dem Aufbringen der erfindungsgeaaesen Hasse ein zusatzliches Klebaittel bu verwenden, es sei denn, dass eine besonders starke Haftung fur erwünschenswert gehalten wird.

Die gebildeten Schichtstoffe, bei denen jede Zwischenschicht auß dem sehwlngungsdäapfenden Stoff eine Dicke von vorzugsweise 0,05 bis 1,25 mm hat und die Platten aus Metall sind, haben eine Ge saut dicke von vorzugsweise 1 bis 6 mm. Sie eignen sich besonders für die Verarbeitung eu Gehäusen fur Maschinenteile, z.B. Gehäusen für die schweren gegossenen und/oder bearbeiteten Teile (wie z.B. Zylinderblocke und Zylinderkopfe) von Verbrennungsmotoren z.B. für Straaaenfahrzeuge. Insbesondere können sie für die Herstellung von Mockenwellenantriebgehausen, Olsumpfwannen, Ventil- oder Ventilstosselverkleidungen u.dgl. oder von Teilen davon verwendet werden.

Die Erfindung let Im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei alle Teile als Gewichteteile angegeben Bind.

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Beispiel 1

Eine Hasse aus 40 Teilen eines Butadien/Acrylnitril-Copolymers mit 3M- Gew# Acrylnitril, 20 Teilen eine β Butadien/Styrol-Copolymers nit 85 Geu% Styrol und MO Teilen eines chlorierten Polyäthylens mit 27 Gen% Chlor wurde zu einer Folie verarbeitet, indem die Bestandteile mit einem geheizten Zwe!walzenstuhl vermischt werden und die Mischung dann von den Walzen eines geheizten Kalenders zu einer Folie gewalzt wird.

Der Verlustbeiwert von Proben der Folie wurde mit einer schwingenden Zunge nach der auf S.2 bis 6 der Zeitschrift Journal of Scientific Instruments, Band 32 (1955) beschriebenen Methode gemessen und betrug mindestens 0,1 über den gesamten Temperaturbereich von -10*C bis +100⁰C bei einer Scherfestigkeit von 10⁷ bis 10¹⁰ 9yn/em².

Schichtstoffe wurden hergestellt, indem eine Folie aus der beschriebenen Hasse zwischen zwei 0,5 mm dicken Platten aus Tiefziehflusstahl gehalten und das Ganze einem Pressdruck von etwa 0,7 kg/e* bei 150°C unterworfen wird.

Bei den verschiedenen Versuchen betrug die Dicke der Zwischenschicht 0,15 na» 0,30 mm bzw. 0,4-5 ■». Der Yerluetbeiwert des Schichtstoffe wurde jeweils nach dem nachstehend beschriebenen Verfahren gernessen.

Ein etwa 76 bis 152 mm langer Streifen aus dem Schichtstoff wurde im Bereich des einen Ende an die Antriebsetange eines 22,68 kg-Schiittelapparats angeklammert, der dann in Schwingung

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gesetzt wird, und zwar mit der Eigenfrequenz dee Streifens. Die Amplitude der Schwingung wurde mit einem auf dem Streifen geklebten keramischen Spannungsmesser gemessen. Die Frequenzen, die einen Amplitudenwert von Λ//2 der maximalen Amplitude ergeben, wurden nach einer Methode ermittelt, die der auf S.2 bis 6 der Zeitschrift Journal of Scientific Inatrumente, Band 32 (1955) beschriebenen ähnlich ist.

Der Verlustbeiwert der Schichtstoffe wurde nach der Formel:

berechnet, wobei -^ der Verlustbeiwert und f die Eigenfrequenz ist und f. und £~ ^^e Frequenzen sind, die einen Amplitudenwert von 1/,/? der maximalen Amplitude ergeben.

Die .Eigenschwingung der geprüften Schichtstoffe lag im Bereich

von 100 bis JOO Hz. . .

Bei dem Schichtstoff mit der dünnsten Zwischenschicht betrug der Verluatbeiwert der Konstruktion mehr als 0,06 für den Temperaturbereich von -2°C bis weit über 100^eC. Bei dem Schichtstoff mit der 0,30 mm dicken Zwischenschicht betrug der VerluBtbeiwert mehr als 0,08 für.einen Temperaturbereich von unter -10⁰C bin wesentlich über +100⁰C, und beim Schichtstoff mit der dicksten Zwischenschicht betrug der Verlustbeiwert der Konstruktion mehr als 0,1 für einen Temperaturbereich von -5*C bis wesentlich über 100*G.

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Aus den Schichtstoffen wurden Ventilverkleidungen und Nockenwellenantriebgehäueen fur Verbrennungsmotoren nach dem Tiefziehverfahren herausgepresst.

Beispiel 2 ·

Die Masse gemäss Beispiel 1 wurde dadurch modifiziert, dass das ßtyrol/Butadien-Copolymer durch eine gleiche Menge Poly« styrol ersetzt wurde. Ein Schichtstoff wurde hergestellt, der aus einer Zwischenschicht aus dieser Masse, die eine Dicke von 0,20 mm hatte, und swei 0,46 mm dicken Aussenplatten aus Tiefziehflusstahl "bestand.

Der Verlustheiwert von Proben des Schichtstoffs wurde wie bei Beispiel 1 gemessen und betrug O,O7 für einen Temperaturbereich von unter 0*C biß über +80⁰O. Man konnte die Schichtstoffe z.B. zu Ventilverkleidungen und HToekenwellenantriebgehäusen für Verbrennungsmotoren z.B. durch Tiefziehen verarbeiten.

Beispiel 3

Die Maese gemäße Beispiel 1 wurde dadurch modifiziert, dass das chlorierte Polyäthylen durch eine gleiche Menge eines Copolymers aus 80 Gew# Vinylidenchlorid und 20 Gew# Acrylsäureäthylester ersetzt wurde. Aus dieser Masse wurden Platten hergestellt.

Der Verlußtbeiwert von Proben aus der Platte wurde wie be.i Beispiel 1 gemessen und betrug mehr als 0,1 für einen Temperaturbereich von unter -20*0 bis über +80⁰C.

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Schichtstoff« alt Zwischenschichten aus der Hasse zwischen Flusstahlplatten hatten ähnliche Schwingungseigensohaften wie die geaäss Beispiel 1.

Kan kann ahnliche Ergebnisse erzielen, wenn man das Vinylidenchlorid/iLcrylsäureäthyleeter-Copolymer durch eine gleiche Menge eines Copolymere aus 90 Gew£ Vinylidenchlorid und 10 Gew$ Acrylnitril ersetzt,oder wenn man das ßtyrol/Butadien-Copolymer durch eine gleiche Menge von Polystyrol ersetzt und wenn man bis zu 20% des Styrol/Butadien-Copolymera durch ein vernetjctes Butadien/Styrol-KLastoaer ersetzt.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Schwingungsdampfende Hasse gekenneelehnet durch die folgenden Bestandteile t a) ein Butadien/Aorylnitril-CopolyiaBr, b) Polystyrol oder ein Copolymer davon mit öle zu 50 Gew% Butadien und c) ein chlorhaltiges Polymer, das aus α) chlorierten Polymeren dee Xthylens und ß) Copolyaeren von 10 bis 90 Gev% Vinylidenchlorid mit 90 bis 10 Gew% mindestens eines Alky letter« oder Hitrila von Acryl- oder Methacrylsäure gewählt 1st.

   2. Kasse nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die folgenden Bestandteile ι

   a) 10 bis 60 Gew# eines Copolymers aus 60 bis 80 Ge w# Butadien und 40 bis 20 Gew% Acrylnitril,

   b) 10 bis 50 Gew# eines Copolymer β aus 10 bis 35 Gew# Butadien und 90 bis 65 Gew% Styrol, und

   c) 30 bis 80 Gew% eines chlorhaltigen Polymers, das aus α) chlorierten Xthylenpolymeren mit 15 bis 50 Gew% Chlor und ß) Copolymeren aus 30 bis 90 Gew% Vinylidenchlorid und 70 bis 10 Ge«% mindestens eines Alkylesters- oder Nitrile von Aoryl- oder KethacrylsEure gewählt ist_t

   wobei die Prosente von a), b) und c) in der Hasse derart gewählt werden, dass sie zusammen 100 machen.

   3. Hasse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie 30 bis 50 GewJi des Copolymere aus Butadien und Acrylnitril enthält.

   !!-.,Hasse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, ' dass sie 15 bis 25 Gev# Styrolpolymer oder -copolymer enthält.

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   5. Kasse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie 35 bis 60 Gew% chlorhaltiges Polymer enthält.

   6. Hasse nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, dass als chlorhaltiges Polymer ein Copolymer au» Vinylidenchlorid iind Acrylsäureäthylester oder Acrylnitril gewählt wird.

   7. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass xtK bis zu 20 Gew% des Styrolpolymers bzw. -copolymere durch ein vernetztes Butadlen/Styrol-Copolymer als Elastomer ersetzt sind.

   8. Hasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass sie auch einen feinverteilten Füllstoff enthält, der nicht mehr als 5 Grew# der gesamten Hasse einschliseilen FuIl-

   co stoff ausmacht.

   9· Hasse nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet,

   dass sie auch einen feinverteilten Füllstoff enthalt, der bis zu 60 GeW& der gesamten Hasse einsohlisslich Füllstoff ausmacht.

   PATE NT AM V/ Jt L T E
   Ik 1909 109.

   Dr. D. Thomsen H. Tiedtke G. Bühling

   Dipl.-Chem. " Dipl.-lng. Dipl.-Chem.

   8000 MÜNCHEN 2

   TAL 33

   TELEFON 0811/22 68 94

   TELEGRAMMADRESSE: THOPATENT

   München lo. April 1969

   Patentanmeldung P 19 o9 7o9.7 Imperial Chemical Industries Ltd case Q.2o 359 / T 3oll

   Neue Patentansprüche

   10) Verwendung der Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung einer Platte oder Folie

   11) Verwendung der Hasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Zwischenschicht in einem Schichtstoff aus zwei oder mehr Platten aus einem Resonanzstoff, insbesondere aus Metall, zwischen je zwei der Resonanzplatten.

   12) Verwendung der Masse nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zwischenschicht zv/ischen den Resonanzplatten aus Metall eine Dicke von o,o5 bis 1,25 mm hat.

   13) Verwendung der !»lasse nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem gänzlich oder teilweise als Gehäuse für Maschinenteile dienenden Schichtstoff gemäß den Ansprüchen 11 und 12. 909839/ 143-4 Mündliche Abreden, insbesondere durch Telefon, bedürfen schriftlicher Bestätigung

   Dresdner Bank München Kto. 109103 - Postscheckkonto Münchens. S974 __r_ , „, r*