DE1909709B2

DE1909709B2 - Schwingungsdaempfende masse und deren verwendung

Info

Publication number: DE1909709B2
Application number: DE19691909709
Authority: DE
Inventors: Alan Edgar Runcorjj Cheshi re Turner (Großbritannien)
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1968-02-26
Filing date: 1969-02-26
Publication date: 1971-07-22
Also published as: DE1909709A1; FR2002647A1; GB1209823A; US3642954A

Description

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Die Erfindung betrifft schwingungsdämpfende Mas- wobei die Prozentanteile von a), b) und c) in der

sen, die für die Schwingungsdämpfung von Resonanz- Masse insgesamt 100 betragen,

platten z. B. aus Metall geeignet sind. Insbesondere Die Erfindung umfaßt ferner die Verwendung der

betrifft die Erfindung schwingungsdämpfende Massen, beschriebenen Masse als Zwischenschicht zwischen

die eine günstige Dämpfung in weiten Temperatur- 5 zwei Metallplatten in einem Verbrennungsmotor,

grenzen, z. B. von Umgebungstemperatur oder unter Eine Zwischenschicht aus der erfindungsgemäßen

der Umgebungstemperatur liegenden Temperaturen Masse ergibt z. B. zwischen 0,5 mm dicken Stahl-

bis zu erhöhten Temperaturen im Bereich von z. B. platten einen Verbund, dessen Verlustfaktor über 0,05

80⁰C oder noch höher, z. B. bis 100⁰C, ergeben und die für einen Temperaturbereich von über 100⁰C bei einer

als Zwischenschichten für Schichtstoffe besonders io Frequenz von 100 Hz beträgt, auch wenn diese

geeignet sind. Zwischenschicht eine Dicke von nur 0,15 mm hat.

Es ist bekannt, daß die Resonanzschwingungen von Durch entsprechende Wahl der Art und Konzenz. B. metallischen Platten dadurch verringert werden tration jedes polymeren Bestandteils der Masse können, daß sie mit synthetischen Polymeren über- können schwingungsdämpfende Stoffe erzielt werden, zogen oder durch Schichtstoffe ersetzt werden, die aus 15 die in den z. B. bei Verbrennungsmotoren vorkommeneinem Paket aus zwei oder mehr Platten aus z. B. den Frequenzbereichen unter den meisten normalen Metall bestehen, zwischen denen sich jeweils eine Betriebstemperaturbedingungen, z. B. von —10 bis Zwischenschicht aus Polymerem befindet. Ferner ist +100⁰C, eine günstige Dämpfung bewirken und die es bekannt, daß der Temperaturbereich, in welchem zwischen Metallplatten gelegt werden können, um die Schichtstoffe eine günstige Dämpfung ergeben, in 20 Schichtstoffe zu schaffen, die sich hervorragend eignen gewissem Umfang durch Copolymerisation vergrößert für das Pressen zu Gehäusen für Verbrennungmotoren, werden kann. Die Resonanzschwingungsbeständigkeit wie z. B. ölsumpfwannen, Nockenwellenantriebgeeines derart aufgebauten Schichtstoffes ist abhängig hausen und Ventilverkleidungen,
von a) der Art des Werkstoffs, z. B. Metalls, der So kann man z. B. durch Änderung des Acrylnitril-Platten und b) den relativen Dicken der Platten und 25 gehalts des Butadien-Acrylnitril-Copolymeren geder polymeren Zwischenschichten. Es soll aber im wissermaßen die minimale Effektivtemperatur der allgemeinen eine Schwingungsdämpfung angestrebt Masse bestimmen, wobei niedrigere minimale Effektivwerden, die einem Verlustfaktor für den Schichtstoff temperaturen niedrigere Acrylnitrilkonzentrationen von mindestens 0,05 bei einer Frequenz von 100 Hz erfordern. Auf der anderen Seite ergibt eine Verringe- oder höher entspricht. Dadurch erreicht man eine 30 rung des Acrylnitrilgehalts meistens auch eine Verbedeutende Verbesserung gegenüber einem Verlust- minderung der Dämpfungsfähigkeit der Masse, und faktor von 0,01 und meistens wesentlich niedriger, es ist deshalb selten vorteilhaft, wenn Copolymeren wie er bei Metallplatten, die nicht mit einem schwin- mit weniger als etwa 20 Gewichtsprozent Acrylnitril gungsdämpfenden Material behandelt wurden, beim verwendet werden. Eine Erhöhung des Acrylnitril-Schwingen in der Luft gegeben ist. Auch bei den be- 35 gehalts ergibt eine entsprechende Erhöhung der vorzugten der bisher beschriebenen Copolymeren Dämpfungsfähigkeit der Masse, was aber meistens beträgt der Temperaturbereich, bei dem ein derartiger von einer Erhöhung der minimalen Effektivtempe-Verlustfaktor für Schichtstoffe der beschriebenen Art ratur der Masse begleitet wird. Infolgedessen ist es erreicht worden ist, nämlich bei einer Frequenz von meistens nicht zweckmäßig, den Acrylnitrilgehalt über 100 Hz, meistens weniger als 100⁰C und bei einer 40 etwa 40 % hinaus zu erhöhen.

Frequenz von z. B. 1000 Hz wesentlich weniger, z. B. Eine Erhöhung der Konzentration des Butadien-

nur 50° C, selbst wenn die polymeren Zwischenschich- Acrylnitril-Copolymeren in der Masse ergibt meistens

ten eine Dicke von 0,3 mm und die Stahlplatten eine eine Erhöhung der Gesamtwirksamkeit des Stoffes bei

solche von 0,5 mm haben. niedrigen Temperaturen; jedoch kann eine uner-

Aufgabe der Erfindung ist demgemäß, eine schwin- 45 wünschte Reduktion der Wirksamkeit bei hohen gungsdämpfende Masse zur Verfügung zu stellen, die Temperaturen die Folge sein, wenn Konzentrationen günstige Dämpfungseigenschaften in einem weiten über etwa 60 Gewichtsprozent verwendet werden. Die Temperaturbereich von Umgebungstemperaturen oder für die meisten Anwendungszwecke günstigen Kondarunter bis 80 bzw. 100⁰C oder höher hat und die zentrationen dieses Copolymeren in der Masse liegen besonders bei Verwendung als Zwischenschicht 50 im Bereich von 10 bis 60 Gewichtsprozent, vorzugszwischen Resonanzplatten aus Metall geeignet ist. weise 30 bis 50 Gewichtsprozent.

Die schwingungsdämpfende Masse gemäß der Er- Die Eigenschaften der Masse im mittleren und oberen

findung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie Temperaturbereich können hauptsächlich durch Änderung der Art und Konzentration des Styrolpolymeren

a) 10 bis 60 Gewichtsprozent eines Copolymeren ₅₅ bzw. -copolymeren und des chlorhaltigen Polymeren aus 60 bis 80 Gewichtsprozent Butadien und kontrolliert werden. Das Styrolpolymere bzw.-copoly-40 bis 20 Gewichtsprozent Acrylnitril, _mere m_acht zweckmäßig 10 bis 50, vorzugsweise 15 bis

b) 10 bis 50 Gewichtsprozent eines Copolymeren 25 Gewichtsprozent der Masse aus Der Styrolgehalt aus 10 bis 35 Gewichtsprozent Butadien und _s des Polymeren kann zweckmäßig 50 bis 100 Gewichts-90 bis 65 Gewichtsprozent Styrol und ^6o P^rof^{nt betra}f"· Copolymeren mit 65 bis 90 Ge-

wichtsprozent Styrol sind aber vorzuziehen.

c) 30 bis 80 Gewichtsprozent eines chlorhaltigen Das chlorhaltige Polymere macht zweckmäßig 30 bis Polymeren, bestehend aus λ) chlorierten Äthylen- 80 Gewichtsprozent, vorzugsweise 35 bis 60 Gewichtspolymeren mit 15 bis 50 Gewichtsprozent Chlor prozent, der Masse aus. Ist es ein chloriertes Äthylenoder ß) Copolymeren aus 10 bis 90 Gewichtspro- 65 polymeres, ζ. B. chloriertes Polyäthylen, so enthält es zent Vinylidenchlorid und 90 bis 10 Gewichts- vorzugsweise 15 bis 50 Gewichtsprozent Chlor. Ist prozent mindestens eines Alkylesters oder Nitrils es ein Vinylidenchloridcopolymeres, so enthält es vorvon Acryl- oder Methacrylsäure enthält, zugsweise 30 bis 90 Gewichtsprozent Vinylidenchlorid.

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Das Comonomere mit dem Vinylidenchlorid kann ein Maschinenteile, z. B. Gehäusen für die schweren

Alkylester oder ein Nitril von Acryl- oder Methacryl- gegossenen und/oder bearbeiteten Teile (wie z. B.

säure sein. Bevorzugt werden Acrylnitril und Acryl- Zylinderblöcke und Zylinderköpfe) von Verbrennungs-

säureäthylester. Als weitere Beispiele kann man jedoch motoren z.B. für Straßenfahrzeuge. Insbesondere

Acrylsäurebutyleste^Acrylsäure^-äthylhexylester, Me- 5 können sie für die Herstellung von Nockenwellen-

thacrylsäurebutylester, Methacrylsäure-2-äthylhexyl- antriebgehäusen, Ölsumpfwannen, Ventil- oder Vcntil-

ester und Methacrylnitril erwähnen. Stößelverkleidungen u. dgl. oder von Teilen davon

Die Masse kann auch andere Komponenten, die verwendet werden.

auch Polymeren sein können, enthalten. Insbesondere Die Erfindung ist im folgenden an Hand von Auskönnen bis zu 20 Gewichtsprozent des Styrolpoly- io führungsbeispielen näher erläutert, wobei alle Teile meren bzw. -copolymeren durch ein vernetztes Bu- als Gewichtsteile angegeben sind.
tadien-Styrol-Elastomeres ersetzt werden. . I₁

Die Zugabe von feinverteilten Füllstoffen dient der B e ι s ρ ι e 1 1

Erhöhung der Scherfestigkeit der Masse, falls not- Eine Masse aus 40 Teilen eines Butadien-Acrylnitril-

wendig. Als Beispiele für geeignete Füllstoffe kann 15 Copolymeren mit 34 Gewichtsprozent Acrylnitril,

man Lampenschwarz, Graphit, Glimmer, Vermiculit 20 Teilen eines Butadien-Styrol-Copolymeren mit

und Calciumcarbonat, die auch in Mischung mitein- 85 Gewichtsprozent Styrol und 40 Teilen eines chlo-

ander verwendet werden können, erwähnen. Die zu- rierten Polyäthylens mit 27 Gewichtsprozent Chlor

gegebene Menge hängt vom Anwendungszweck der wurde zu einer Folie verarbeitet, indem die Bestandteile

Masse ab. Soll die Masse z. B. als Zwischenschicht 20 mit einem geheizten Zweiwalzenstuhl vermischt werden

zwischen zwei Resonanzplatten dienen, so beträgt und die Mischung dann von den Walzen eines ge-

die Füllstoffmenge vorzugsweise nicht mehr als 5 % heizten Kalanders zu einer Folie gewalzt wird,

des Gewichts der Masse. Soll die Masse andererseits Der Verlustbeiwert von Proben der Folie wurde

als Überzug auf eine Resonanzplatte außen aufge- mit einer schwingenden Zunge nach der auf S. 2 bis 6

tragen werden, so kann der Füllstoffgehalt zweck- 25 der Zeitschrift Journal of Scientific Instruments,

mäßig bis zu 60 Gewichtsprozent der Masse betragen. Bd. 32 (1955), beschriebenen Methode gemessen und

Die erfindungsgemäßen Massen können dadurch betrug mindestens 0,1 über den gesamten Temperaturhergestellt werden, daß die einzelnen Bestandteile mit- bereich von —10 bis 4-100⁰C bei einer Scherfestigeinander gemischt werden, während die polymeren keit von 10' bis 10¹⁰ Dyn/cm².
Stoffe weich gehalten werden, indem z. B. ein Zwei- 30 Schichtstoffe wurden hergestellt, indem eine Folie walzenstuhl oder Banburymischer verwendet wird. aus der beschriebenen Masse zwischen zwei 0,5 mm Es erscheint nicht unbedingt notwendig zu sein, daß dicken Platten aus Tiefziehflußstahl gehalten und das eine vollkommene, innige Mischung erzielt wird. Je- Ganze einem Preßdruck von etwa 0,7 kg/cm² bei doch soll im allgemeinen wenigstens ein Gemisch er- 130⁰C unterworfen wird.

reicht werden, das dem bloßen Auge homogen er- 35 Bei den verschiedenen Versuchen betrug die Dicke

scheint. Man kann auch so verfahren, daß die Be- der Zwischenschicht 0,15, 0,30 bzw. 0,45 mm. Der

stand teile in geeigneten Flüssigkeiten gelöst oder Verlustbeiwert des Schichtstoffs wurde jeweils nach

dispergiert und die Flüssigkeiten dann miteinander dem nachstehend beschriebenen Verfahren gemessen,

gemischt werden, worauf die Masse aus dem gebildeten Ein etwa 76 bis 152 mm langer Streifen aus dem

Gemisch gewonnen wird. 4° Schichtstoff wurde im Bereich des einen Endes an die

Wie bereits erwähnt, eignen sich die Massen nach Antriebsstange eines 22,68-kg-Schüttelapparats ange-

der Erfindung besonders für die Bildung von Laminaten klammert, der dann in Schwingung gesetzt wird, und

oder Schichtstoffen bzw. geschichteten Konstruktionen, zwar mit der Eigenfrequenz des Streifens. Die Ampli-

bei denen sie die Form von Zwischenschichten z.B. tudeder Schwingung wurde mit einem auf dem Streifen

als Platten oder Folien haben können, die sich jeweils 45 geklebten keramischen Spannungsmesser gemsssen.

zwischen zwei Platten befinden, wovon mindestens Die Frequenzen, die einen Amplitudenwert von I/J/2

eine aus Metall oder einem anderen Resonanzstoff der maximalen Amplitude ergeben, wurden nach einer

besteht. Um solche Laminate bzw. geschichtete Kon- Methode ermittelt, die der auf S. 2 bis 6 der Zeit-

struktionen herzustellen, können die Massen auf die schrift Journal of Scientific Instruments, Bd. 32 (1955),

Platten aus einer Lösung oder Dispersion z. B. durch 5° beschriebenen ähnlich ist.

Spritzen aufgebracht werden. Die Masse kann aber Der Verlustbeiwert der Schichtstoffe wurde nach

auch zu einer Platte oder Folie verarbeitet werden, die der Formel:

dann z. B. aufgepreßt werden kann. _ Z₁-Z₂

Außer ihren sehr vorteilhaften Schwingungsdämp- ^r'⁼ 7

fungseigenschaften weisen die Massen nach der Erfin- 55

dung auch Klebeigenschaften auf. Infolgedessen ist berechnet, wobei η der Verlustbeiwert und Zo d'^e

es meistens nicht notwendig, die Metallplatten einer Eigenfrequenz ist und Zi und f₂ die Frequenzen sind,

Vorbehandlung außer einer Entfettung zu unterwerfen. die einen Amplitudenwert von l/}'2 der maximalen

Auch ist es nicht notwendig, vor dem Aufbringen der Amplitude ergeben.

erfindungsgemäßen Masse ein zusätzliches Klebmittel 60 Die Eigenschwingung der geprüften Schichtstoffe

zu verwenden, es sei denn, daß eine besonders starke lag im Bereich von 100 bis 300 Hz.

Haftung für erwünschenswert gehalten wird. Bei dem Schichtstoff mit der dünnsten Zwischen-

Die gebildeten Schichtstoffe, bei denen jede Zwi- schicht betrug der Verlustbeiwert der Konstruktion

schenschicht aus dem schwingungsdämpfenden Stoff mehr als 0,06 für den Temperaturbereich von —2 bis

eine Dicke von vorzugsweise 0,05 bis 1,25 mm hat 65 weit über 100⁰C. Bei dem Schichtstoff mit der 0,30 mm

und die Platten aus Metall sind, haben eine Gesamt- dicken Zwischenschicht betrug der Verlustbeiwert mehr

dicke von vorzugsweise 1 bis 6 mm. Sie eignen sich als 0,08 für einen Temperaturbereich von unter —10

besonders für die Verarbeitung zu Gehäusen für bis wesentlich über +100⁰C, und beim Schichtstoff

mit der dicksten Zwischenschicht betrug der Verlustbeiwert der Konstruktion mehr als 0,1 für einen Temperaturbereich von —5 bis wesentlich über 100⁰C. Aus den Schichtstoffen wurden Ventilverkleidungen und Nockenwellenantriebgehäuse für Verbrennungsmotoren nach dem Tiefziehverfahren herausgepreßt.

Beispiel 2

Die Masse gemäß Beispiel 1 wurde dadurch modifiziert, daß das Styrol-Butadien-Copolymere durch eine gleiche Menge Polystyrol ersetzt wurde. Ein Schichtstoff wurde hergestellt, der aus einer Zwischenschicht aus dieser Masse, die eine Dicke von 0,20 mm hatte, und zwei 0,46 mm dicken Außenplatten aus Tiefziehflußstahl bestand.

Der Verlustbeiwert von Proben des Schichtstoffs wurde wie bei Beispiel 1 gemessen und betrug 0,07 für einen Temperaturbereich von unter 0 bis über +80⁰C. Man konnte die Schichtstoffe z. B. zu Ventilverkleidungen und Nockenwellenantriebgehäusen für Verbrennungsmotoren z. B. durch Tiefziehen verarbeiten.

Beispiel 3

Die Masse gemäß Beispiel 1 wurde dadurch modi- «5 fiziert, daß das chlorierte Polyäthylen durch eine gleiche Menge eines Copolymeren aus 80 Gewichtsprozent Vinylidenchlorid und 20 Gewichtsprozent Acrylsäureäthylester ersetzt wurde. Aus dieser Masse wurden Platten hergestellt.

Der Verlustbeiwert von Proben aus der Platte wurde wie bei Beispiel 1 gemessen und betrug mehr als 0,1 für einen Temperaturbereich von unter —20 bis über +8O⁰C.

Schichtstoffe mit Zwischenschichten aus der Masse zwischen Flußstahlplatten hatten ähnliche Schwingungseigenschaften wie die gemäß Beispiel 1.

Man kann ähnliche Ergebnisse erzielen, wenn man dasVinylidenchlorid-Acrylsäureäthylester-Copolymere durch eine gleiche Menge eines Copolymeren aus Gewichtsprozent Vinylidenchlorid und 10 Gewichtsprozent Acrylnitril ersetzt oder wenn man das Styrol-Butadien-Copolymere durch eine gleiche Menge von Polystyrol ersetzt und wenn man bis zu 2O°/o des Styrol-Butadien-Copolymeren durch ein vernetztes Butadien-Styrol-Elastomeres ersetzt.

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingungsdämpfende Masse, dadurch gekennzeichnet, daß sie

a) IO bis 60 Gewichtsprozent eines Copolymeren aus 60 bis 80 Gewichtsprozent Butadien und 40 bis 20 Gewichtsprozent Acrylnitril,

b) 10 bis 50 Gewichtsprozent eines Copolymeren aus 10 bis 35 Gewichtsprozent Butadien und 90 bis 65 Gewichtsprozent Styrol und

c) 30 bis 80 Gewichtsprozent eines chlorhaltigen Polymeren, bestehend aus <x) chlorierten Äthylenpolymeren mit 15 bis 50 Gewichtsprozent Chlor oder ß) Copolymeren aus 10 bis 9Q_G_ewichtsprozent Vinylidenchlorid und 90 bis 10 Gewichtsprozent mindestens eines Alkylesters oder Nitrile von Acryl- oder Methacrylsäure enthält,

wobei die Prozentanteile von a), b) und c) in der Masse insgesamt 100 betragen.

2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen feinverteilten Füllstoff in einer Menge von bis zu 60 Gewichtsprozent der gesamten Masse einschließlich Füllstoff enthält.

3. Verwendung der Masse nach einem der Ansprüche 1 und 2 als Zwischenschicht zwischen zwei Metallplatten in einem Verbrennungsmotor.