DE2214453A1 - Schwingungsdaempfende schichtstoffe - Google Patents

Schwingungsdaempfende schichtstoffe

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DE2214453A1
DE2214453A1 DE2214453A DE2214453A DE2214453A1 DE 2214453 A1 DE2214453 A1 DE 2214453A1 DE 2214453 A DE2214453 A DE 2214453A DE 2214453 A DE2214453 A DE 2214453A DE 2214453 A1 DE2214453 A1 DE 2214453A1
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DE2214453A
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Gerald Brent Elder
Armand Francis Lewis
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American Cyanamid Co
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Description

  • Schwingungsdämpfende Schichtstoffe Die Erfindung bezieht sich auf perforierte Metallschichtstoffe mit Polymerkern und betrifft inshesondere Metallschichtstoffe mit Polymerkern, die aus einem perforierten Rern aus polymerem Material aufgebaut sind, der wenigstens auf einer Seite fit einer Metallschicht verbunden ist.
  • Insbesondere betrifft die Erfindung etallschichtstoffe mit Polymerkern, die einen Kern aus polymerem Material mit einer Vielzahl von Perforationen in seiner Flachseite aufweisen, an den wenigstens eine Metallschicht Qit oder einen zahen elastomeren Klebstoff gebunden ist.
  • Metallschichtstoffe sind bekannt und Gegenstand zahlreicher Patente. Die meisten Schichtstoffe sind für viele technische Zwecke brauchbar, weisen jedoch in wenigstens einer von drei wichtigen Eigenschaften, die f-tr die technische Verwendung wesentlich sind, Mängel auf, nämlich (1) Schall-und Schwingungsdämpfung, (2) leichtes Gewicht und (3) Formbarkeit. Die meisten handelsüblichen Metallschichtstoffe @eiden vit anderen Worten (1) keine ausreichende Dämofung von Schall und mechanischon Schwingungen, um beispielsweise ihre Vermendung für Küchenschränke, Gestelle für elektronische Relais, Instrumentengehäise, Grundplatten für Motoren und dergleichen zu ermöglichen.
  • Außerdem sind sie im allgemeinen (2) für die Praxis nicht leicht genug. Technisch ausgedrückt zeigen die gegenwärtig verfü@baren technischen Schichtstoffe im allgemeinen ein Verhaltnis von Festigkeit zu Gewicht, das für die Verwendung für manche Zwecke, zum Beispiel Kühlschranktüren, Beolankung und Verkleidung von Luftfahrzeugen, usw. zu niedrig ist. Schließlich sind viele technische Metallschichtstoffe deshalb nachteilig, weil sie (3) nicht ohne @ntschichtung in verschiedene Formen gebracht werden können d.h. der Schichtstoff versagt, wenn er durch Tiefziehen, Schweißen usw. in die For gebracht wird, die vo Endverbraucher gewünscht wird.
  • Es wurden nun Metallschichtstoffe gefunden, die Schall und Schwingungen zu dämpfen vermögen, leichtes Gewicht haben und ohne Entschichtung in verschiedene Formen gebracht werden können. Erfindungsgemäß werden diese Schichtstoffe durch Verbinden einer Metallaußenschicht mit einer Innenschicht aus einem perforierten polymeren Material erzeugt. Die Verwendung des perforierten kernmaterials ist das entscheidende Merkmal, das bei diesen Schichtstoffen die oben beschriebenen Eigenschaften ergibt.
  • Mit dem Ausaruck "Formbarkeit", wie en hierin verwendet wird, ist gemeint, daß die Schichtstoffe gebogen, tiefgezogen, gesä@t und durch PunktschweiRen, Saun0sci'lweißen, Löten, Prägen, lieten oder Bohren mit üblichen oder besonderen Vorrichtungen und Methoden weiter verarbeitet, verbunden oder nachverformt werden kennen.
  • Wie erwähnt, sind die ungewöhnlichen Schall- und Schwingungs dämpfungseigenschaften der erfindungsgemäßen Metallschichtstoffe eines ihrer besonderen 2-lerkmale Ihre Fähigkeit zur Dämpfung von akustischen und mechanischen Schwingungen ist noch erstaunlicher, wenn man bedenkt, daß die erfindungsgemäßen Schichtstoffe um 10 bis 25 % bessere Schallisolierungswerte als massive Metallolatten oder rnassive Schichtstoffe aufweisen. Es wird angenommen, daß diese vorteilhafte Eigenschaft dadurch bedingt ist, daß die erfindungsqemäßen Schichtstoffe bei einer niedrigeren Resonanzfrenquenz schwingen und daß akustisch bei höheren Frequenzen ein plötzlicher Abfall des Schallspektrums stattfindet. Die erfindungsgemäßen Produkte können unter kryogenen Bedingungen verwendet werde, weil keine Entschichtung von verarbeiteten Konstruktionen aus den Schichtstoff bei so niederen Temperaturen wie -196 °C stattfindet.
  • Die Erfindung bezweckt also berforierte Metallschichtstoffe damit Polymerkern.
  • Weiter bezweckt die Erfindung Metallschichtstoffe mit Polmerkern, die aus wenigstens zwei Schichten bestehen, die miteinander mit oder ohne einen Klebstoff verbunden sind und von denen die eine eine ,dletallschicht und die andere eine Schicht aus polymerem Material ist, das den Kern- oder Stützteil bildet und perforiert ist.
  • Außerdem bezweckt die Erfindung Metallschichtstoffe mit Polymerkern, die aus wenigstens zwei damit oder ohne einen Klebstoff miteinander verbundenen Schichten bestehen, von denen die äußere Schicht aus einem Metall mit verh@ltnis@äßig dünnem Querschnitt und die innere Schicht aus eine polymeren material besteht, das vorzugsweise dicker als die äußere Schicht ist und eine Vielzahl von Perforationen in seiner horizontalen Flachseite aufweist.
  • Wie bereits kurz erwähnt wurde, bestehen die neuen Schichtstoffe nach der Erfindung in ihrer einfachsten Form aus (A) einer 7xletalloberflache, die ein gewünschtes ästhetisches Aussehen, Korrosionsfestigkeit, mechanische Festigkeit und Dauerhaftigkeit haben kann und die (B) mit einem Kern aus polymerem Material verbunden ist, der auf seiner Oberfläche und durch seinen Querschnitt Perforationen aufweist.
  • Im Rahmen der Erfindung liegen ferner weiter ausgestaltete Produkte mit einem perforierten Polymerkern, der auf beiden Flachseiten mit einer Metallschicht verbunden ist. Ferner kann der Schichtstoff aus zwei oder mehr miteinander verbundenen perforierten Polymerschichten und einer auf den Außenseiten des erzeugten Doppelkerns gebundenen Schicht aus Metallblech bestehen. Verschiedene andere Gestaltungen liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung, d.h. Schichstoffe mit anderen Kernen, Deckschichten und dergleichen.
  • In der G5-PS 951 266 sind typische handelsübliche Metallschichtstoffe beschrieben, denen die neuen Schichtststoffe nach der Erfindung überlegen sind.Diese bekannten Schichtstoffe bestehen aus zwei oder mehr Metallagen, von denen die eine eine Stütz- oder Kernlage und die andere ein Metallblech ist, die mit einem Klebstoff miteinander verbunden sind. Zwischen den Metallen und in dem Klebstoff befindet sich jedoch eine Lage aus flexiblem Polymerharz. Diese Polymerschicht verleiht dem bekannten Schichtstoff seine Struktureigenschaften.
  • Die erfindungsvemaßen Schichtstoffe enthalten keine solche Polymerschicht, die mit jeder Metallschicht verbunden ist. Erfindungsgem,'?ß können ohne Verwenduna der zusätzlichen Polymerschicht Schichtstoffe mit Eigenschaften erzeugt werden, die denen des bekannten Produkts wenigstens gleichwertig und in den meisten Fällen überlegen sind.
  • Erfindungsgemäß werden die ausgezeichneten Ergebnisse durch Verwendung einer Kombination aus einer perforierten Kernschicht aus polymerem Material und wenigstens einer dünnen Metallschicht als Deckhaut erzielt.
  • Die Verwendung von solchen perforierten Schichten ergibt ausgezeichnete Schichtstoffe, in denen der Anteil an jeglichem zusätzlichem Klebstoff, wenn ein solcher verwendet wird, weniger als 1 % des Gesamtgewichts des Schichtstoffs beträgt.
  • Für die Schicht oder Schichten der erfindungsgemäßen Schichtstoffe können viele Sorten von Metallen verwendet werden, von denen korrosionsbeständiger Stahl, Kohlenstoffstahl oder Aluminium bevorzugt werden. Es können aber auch andere Metalle verwendet werden, zum Beispiel Zink, Gold, galvanisierter Kohlenstoffstahl, aluminiumbeschichteter Kohlenstoffstahl, Magnesium, Kupfer, Messing, Blei, Nickel, Silber, Nickellegierung und dergleichen.
  • Im allgemeinen kann jedes polymere Material als Kernteil der neuen Schichtststoffe nach der Erfindung verwendet werden. Das Polymer wird dabei jeweils nach dem Typ des zu erzeugenden Schichtstoffs gewählt. Das heißt, daß dann, wenn ein Klebstoff zum Verbinden des Metalls mit dem Polymerkern verwendet wird, jedes Polymer, das mit dem Klebstoff vertraglich ist, verwendet werden kann.
  • Wenn dagegen kein Klebstoff verwendet wird, muß ein Polymer solchen Typs gewählt werden, das selbst die Komponenten verbinden kann, zum Beispiel unter Anwendung von Wärme und/oder Druck Polymere des letzteren Typs sind allgemein bekannt.
  • Geeignete Polyrere sind beispielsweise Olefinpolymere wie Polyäthylen, darunter Polyäthylen hoher Dichte, und Polypropylen, Polyvinylhalogenide, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenhalogenide wie Polyvinylidenfluorid, Polyäthylenglycolterephthtalat, "Nylon"-Harze, d.h. Adipinsäure-Polyalkylenamin-Reaktionsorodukte, Polycarbonate, d.h. Phosgen-Polyhydroxyaryl-Reaktionsprodukte, Polyurethane, d.h. Reaktionsprodukte von Isocyanaten mit Polyäthern oder Polyestern, Pol'yvinylacetat, Polyvinylbutyral, Butadiencopolymere, Polystyrole, d.h. Polystyrol selbst oder Polymethylstyrol, Cellulosepolymere wie Celluloseacetat und Cellulosebutyrat, Acrylat- und Methacrylathomopolymere und -copolymere wie Polymethylmethacrylat, Polyäthylacrylat und Methylmethacrylat-Äthylacrylat-Copolymere,die sogenannten "schlagzähen Polymeren", d.h. Kautschuk-Polymer-Mischungen wie Mischungen von Polystyrol mit 5 bis 10 0 Butadien-Styrol, Polyacrylnitril mit 5 bis 27 % Butadien-Styrol und Methylmethacrylatpolymere mit 20 bis 50 % aufgepropftem Polybutadien und dergleichen.
  • Das polymere Kernmaterial kann in beliebiger Form, d.h. massiv, geschäumt, gebläht (Erzeugnisse, in denen Luft vorhanden ist) usw., verwendet werden, sofern das Material wie oben angegeben perforiert ist.
  • Die Polymerkernschicht muß perforiert sein, damit die bereits beschriebenen vorteilhaften Bivenschaften erzielt werden.
  • Mit dem Ausdruck "perforiert" oder "Perforierung" ist irgendeine Polymerplatte gei?eint, die Perforierungen von der Art und dem Typ aufweist, die durch Stoß-, Stanz-, Stanz-Falz-, Formpreß-, Bohr- oder 5ießnerforationsitiethoden erzeugt werden kennen.
  • Die Perforationen können kreisförmig, oval, rechteckig, rautenförmig oder beliebig ausgebildete Löcher sein.
  • Die angewandte Perforationsgröße hangt von dem beabsichtiaten Verwendungszweck ab. Wenn beispielsweise der Schichtstoff für Bauzwecke verwendet werden soll, wird es bevorzugt, wenn der Lochdurchmesser nicht größer als die Dicke der Deckschicht ist, so daß das Decknetall nicht in die Löcher eingedrückt wird1 wenn auf den Schichtstoff während der Formgebung Biegedruck ausgeübt wird, so daß das Aussehen der Deckschicht nicht zu sehr beeinträchtigt wird.
  • Wenn dagegen ein ganstigeres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht angestrebt wird, sind größere Löcher oder Perforationen zweckmäßig.
  • Die jeweiligen Größen, Formen usw. der Perforationen in der Kernschicht sind zwar nicht kritisch, es wurde jedoch gefunden, daß die offene Fläche des Polymerkerns etwa 5 bis etwa 95 % des Kerns betragen soll. Optimale Eigenschaften der Schichtstoffe werden mit offenen Flächen des Polymerkerns von etwa 15 bis etwa 75 % erzielt. Einige der vorteilhaften perforierten Kerntypen und ihre offenen Flächen in % sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt.
  • In der Zeichnung zeigen die Figuren 1 bis 9 verschiedene Arten und Ausbildungen von perforierten Polymerkernen als repräsentative Beispiele für Polymerkerne, die zur Erzeuguna der erfindungsgemäßen Schichtstoffe geeignet sind. Die Figuren zeichen die Perforationen in ihren wirklichen Größen in Ausschnitten, die in den meisten Fällen 38 x 38 mm (1 1/2 " x 1 1/2 ") messen.
  • Fig. 1 zeigt eine Polymerschicht mit einer offenen Fläche von 5 % und kreisförmigen Perforationen mit einem Durchmesser von 1,59 mm (0,0625").
  • Fia. 2 zeigt eine Polymerschicht mit einer offenen Fläche von 22 % und kreisförmigen Perforationen mit einem Durchmesser von 1,07 mm (0,041").
  • Fig. 3 zeigt eine Polymerschicht mit einer offenen Flache von 30 % und kreisförmigen Perforationen mit einem Durchmesser von 1,67 mm (0,066").
  • Fig. 4 zeigt eine Polymerschicht mit einer offenen Fläche von 63 % und kreisförmigen Perforationen mit einem Durchmesser von 3,97 mm (0,156 ").
  • Fig. 5 zeigt eine Polymerschicht mit einer offenen Fläche von 46 z und kreisförmigen Perforationen mit einem Durchmesser von 7,14 mm (0,281 ").
  • Fig. 6 zeigt eine Polymerschicht mit einer offenen Flache von 43 %, die von kreisförmigen Perforationen mit einem Durchmesser von 7,93 mm (0,321:1) und 3,18 mm (0,125") gebildet wird.
  • Die Figuren 7 bis 9 zeigen Polymerschichten mit offenen Flächen von 60 %, 76 % bzw. 29 rÕ, die durch Perforationen mit anderer als kreisiörmiger Gestalt, nämlich Rauten, Quadraten und Schlitzen gebildet werden.
  • Alle diese Arten von perforierten Polyrnarschichten sowie beliebige andere Polymerschichten, die Perforationen mit beliebiaer'GestalL und Größe aufweisen, können zur Erzeugung der neuen Schichtstoffe verwendet werden.
  • Die Dicke der perforierten Kernschicht der neuen Schichtstoffe kann in verhältnismäßig weiten Grenzen schwanken.
  • In der Praxis werden jedoch im allgemeinen Dicken von etwa 0,127 bis 25,4 mm (5 bis 1000 mil) angewandt. Die perforierte Kernschicht soll vorzugsweise wenigstens zweimal so dick wie die Blatt-, Haut- oder Decknetallschicht sein, deren Dicke zweckmäßig etwa 0,025 bis 2,5 mm ( 1 bis 100 mil) beträgt. Es können jedoch Kerne und Deckschichten mit der gleichen Dicke angewandt werden.
  • Die Dicke der Klebstoffschicht soll, wenn verwendet, etwa 0,013 bis 0,10 mm (0,5 bis 4 mil) betragen.
  • Dickere Schichten sind unnötig und manchmal wegen der Schwierigkeit, Schichtstoffe mit dickeren Schichten ohne Verkratzen oder Eindrücken der OberflNchen zu erzeugen, nachteilig, sind jedoch nicht ausocschlossen, wenn sie für einen bestimmten Gebrauchszweck erforderlich sind, besonders wenn ein therr.isch und elektrisch isolierender Schichtstoff gewünscht wird. Eine kritische Begrenzung bei Verwendung eines klebstoffs liegt darin, daß der Klebstoff die Perforationen in dem Polymerkern nicht ausfüllen darf. Diese Perforationen traqan wesentlich zu den Eiaenschaften des fertigen Schichtstoffs bei, und diese Eigenschaften gehen praktisch verloren, wenn die Perforationen mit Klebstoff gefüllt werden. Kleinere Mengen Klebstoff in den Perforationen können jedoch hincrenormen werden.
  • Im allgemeinen kann jedes Klebstoffmaterial zur Erzeugung der neuen Schichtstoffe verwendet werden. Der Klebstoff wird, wie erwähnt, dann verwendet, wenn das polymere Kernmaterial selbst nicht qenüat, um die Metallschicht damit zu verbinden.
  • Verwendbare Klebstoffe sind beissielsweise Polyvinylacetat und Vinylacetatcooolunere, Polysulfide und Epoxy-Polysulfid-Mischungen, Klebstoffe auf Butylkautschukbasis, kautschukmodifizierte Polyäthylen/Propylen-Kautschuke und dergleichen.
  • Weitere geeignete Klebstoffe sind beistielsweise in den US-PS 2 610 910, 2 400 612, 2 514 427, 2 581 920, 2 673 845, 2 684 351, 2 879 252, 2 918 442, 2 920 990 und 2 977 273 beschrieben, auf die hierin Bezug genommen wird.
  • Gemäß einer bevorzuqten Ausführungsform soll die dynamische Glasübergangstemperatur des Klebstoffs bei der Gebrauchstemperatur, bei der der Schichtstoff verwendet werden soll, oder darunter liegen. Bei der Erzeugung eines Schichtstoffs aus Klebstoff, perforiertem Polymerkern und Metallhaut, soll die dynamische Glasübergangsfrequenz des Klebstoffs bei der Gebrauchs temperatur des Schichtstoffs bei oder über dem Frequenzwert liegen, den der Schichtstoff unter den Gebrauchsbedingungen ausgesetzt ist. Diese Erscheinungen sind ausführlicher in einen Artikel von A.F. Lewis et al, Proc. Fourth Int. Congress on Rheo1., Teil 2, S. 505, (19653, erläutert, auf den hierin Bezug genommen wird.
  • Zu den Klebstoffen, die zur Erzeugung der neuen Schichtstoffe nach der Erfindung verwendet werden können und im allgemeinen bevorzugt werden, gehören diejenigen, die in wenigstens einer der US-PS 3 391 051, 3 309 261 und 3 290 208 genauer erläutert sind, auf die hierin Bezug genommen wird.
  • Diese Klebstoffe bestehen aus folgenden Bestandteilen: (A) einem Polyurethanharz, (B) einen Dianinhärtungsmittel und (C) einem DiglyciGylester, einem Diglycidyläther, einem monoäthylenisch ungesättigten Monoglycidyläther oder einem monoäthylenisch ungesättigten Ionoalycidylester oder (D) einem .Mminosilan als Ersatz für oder zusätzlich zu (C) oder (E) einen Epoxysilan als Ersatz für (D) und zusätzlich zu (C) oder (F) einer mehrfach äthylenisch ungesätttigten Verbindung zusätzlich zu (A), (B), (C) und (E).
  • Zu den Polurethanharzen, die zur Herstellung der für die erfindungs@emäßen Zwecke bevorzugten klebstoffe verwendet werden können, gehören die Polyurethanharze auf Polyester-oder Polyatherbasis, jedoch kann allgetein jedes bekannte Polyurethanharz verwendet werden. Eine Klasse von Polyurethanharzen, die zur Herstellung der hierin verwendeten Klebstoffe geeignet sind, bilden die Umsetzungsprodukte der bekannten Polyalkylencther-, -thioäther- und -ätherthioätherglycole mit einer geeigneten Isocyanatverbindung.
  • Die Alkylenverbindungen können durch ebenfalls bekannten Alkylen-Arylen-Verbindungen ersetzt werden.
  • Eine zweite Klasse von geeigneten Polyurethanharzen sind solche, die aus linearen Polyestern mit einer Vielzahl von isocyanatreaktiven Hydroxylgruppen, zum Beispiel Kondensationsprodukten eines mehrwertigen Alkohols mit einer Polycarbonsäure oder einem Polycarbonsäureanhydrid, hergestellt werden. In den US-PS 2 729 618 und 3 016 346 sind Beispiele für verschiedene Polyurethane, die als Komponenten der für die erfindungsgemäßen Zwecke verwendbaren Klebstoffe dienen können, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung genannt. Auf diese Patentschriften wird hierin Bezug genommen.
  • Ein Polyurethanharzsystem, das sich als außerordentlich vorteilhaft erwiesen hat, ist das Umsetzungsprodukt eines Polyesters aus Adipinsäure und Äthylenglycol mit Methylendiphenylisocyanat. Dieses Produkt wird dann weiter mit 1,4-Butandiol umgesetzt. enn Polyurethanharze dieses Typs eingesetzt werden, muß kein Härtungsmittel verwendet werden.
  • Es kann jedoch zur Erzielung optimaler Ergebnisse erforderlich sein, das Polyurethan zu harten. Wenn eine solche Härtung nötig ist, können Härtunasmittel wie 4,4'-Diaminodiphenylmethan, 4,4'-Methylen-bis-2-ortho-chloranilin und dergleichen verwendet werden. Es sollen Mengen von 0 bis 130 % und vorzugsweise 20 bis 100 % des stöchiometrischen Äquivalents des Polyurethans angewandt werden.
  • Zu den Diglycidyläthern oder -estern und den monoäthylenisch ungesättigten Monoglycidyläthern oder -estern, die als Komponenten der hierin verwendeten Klebstoffe geeignet sind, gehören beispielsweise Glycidylmethacrylat, Glycidylacrylat, Allylglycidyläther, Diglycidylphthalat, Glycidylbenzylacrylamid, der Diglycidyläther von 2,2-Bis (p-hydroxyphenyl)propan und dergleichen, die in Mengen im Verhältnis von Diglycidylester oder -äther zu Polyurethan von 1:2 bis etwa 1:11 Teilen verwendet werden.
  • Anstelle der Glycidylester und -äther kann ein Aminosilan wie gamma-Aminopropyltriäthoxysilan, delta-Aminobutyldiäthoxysilan oder dergleichen in Konzentrationen von etwa 0,1 bis etwa 4,0 Gewichtsprozent' bezogen auf das Gewicht des Polyurethanharzes, verwendet werden Wenn der Glycidylester oder -äther verwendet wird, kann außerdem zusätzlich dazu ein Epoxysilan wie gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan in Mengen von 0,1 bis 1,0 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Klebstoffs, verwende-ttilerden.
  • Eine weitere Komponente, aie in Kombination mit dem Polyurethanharz, dem Aminhärtungsmittel, dem Glycidylester oder -ither und dem Epoxysilan, verwendet werden kann, ist ine mehrfach äthylenisch ungesättigte Verbindung wie Tetraallylmelaming Trimethylolpropantrimethaoxylat, Divinylbenzol, Triallylphosphat, Triallylamin, Äthylenglycoldimethacrylat, Diallylphthalat, 1,4-Di (vinyloxy)-butan und dergleichen in Konzentrationen bis zu etwa 20 Gewichtsnrozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Klebstoffs.
  • Vorzugsweise kann ein gewebtes Element zwischen dem Deckmetall und dem perforierten Polymeren auf jeder Seite davon und in die Klebstoffschicht eingelegt werden. Durch dieses gewebte Element werden die schwin@ungsdämpfenden Eigenschaften des Schichtstoffs weiter verbessert und die Gefahr, daß sich Das Deokretall in die Perforationen des Polymerkerns eindrückt und dadurch die Oberfläche des Schichtstoffs beeinträchtigt wird, vermindert.
  • Der Begriff "gewebtes, die Belastbarkeit erhöhendes Element", wie er hierin verwendet wird, soll irgendein material oder Erzeugnis bezeichnen. das die For eines Gewebes oder Gitterwerks aus Schnüren, Bändern, Drähten usw. hat, die sich in regelmäßigen Abständen kreuzen und an den Ereuzungsstellen befestigt oer nicht befestigt sein können und bei Einbettunq in den Klebstoff die lokale Beansnruchbarkeit in dem Klebstoff erhöhen unc die Beansoruchung Der die Klebstoffschicht verteilen. Diese Elemente kannen die Form von Geflechten, Gewirken, Netzen, Sieben, gittern usw. haben und verschlungen, gestrickt, gewirkt oder in anderer Weise vernetzt sein.
  • Es wurde gefunun, daß die Zugabe des die Belastbarkeit erhöhenden Elements zu dem Klebstoff dazu führt, daß sich der Klebstoff anders verhält. Eine Festlegung auf irgendeine bestimmte Theorie ist nicht beabsichtigt, es wird jedoch angenommen, daß die folgende Brorteruna wenigstens eine Erklärung für diese Erscheinun liefert.
  • Jede plötzliche Unregelmäßigkeit in eines spannungsbelasteten festen Körper induziert eine Konzentration der Spannung an diesem Punkt. Der Spannungskonzentrationsfaktor hängt von der geometrischen Gestalt der Unregelmäßigkeit ab und kann von wenig mehr als 1 bis 100 oder darüber reichen.
  • In einen viskoelastischen Material wie einem kautschukartigen Klebstoff ist die Energie, die zur Dehnung des Materials bei geringen Spannungen erforderlich ist, fast völlig reversibel, wenn die Spannungsbeanspruchung aufgehoben wird, d.h.
  • es findet keine Dämpfung der Bewegung statt. Bei höheren Spannungswerten läßt sich die Energie nicht mehr zurückgewinnen und wird in den Material aufgezehrt, d. h. es findet eine Dämpfung statt.
  • Durch das gewebte Element verursachte Unregelmäßigkeiten in der Klebstoffschicht eines Metallschichtstoffs erhöhen die lokale Spannung in der Klebstoffschicht. Dadurch gelangt von den nieariven Spannungsenergien, die ohne diese Schicht zurückgewinnbar wären, mehr in das nicht-reversible oder Där-tfun-saebiet. Bei höheren Amolituden verteilen die Dr3hte cie Spannung über ein großes Gebiet und zwingen den Klebstoff in das Dämpfungsgebiet. Das Gesantergebnis ist ein Metallschichtstoff met breitem Dämpfungsbereich.
  • Die hierin verwendeten, die Belastbarkeit erhöhenden Eleete können regelmäßige oder unregelmäßige Gestalt haben.
  • Sie können einzelne unverbundene parallele gerade oder gebogene Elemente oder senkrechte gerade oder gebogene Elemente mit der gleichen oder einer verschiedenen Zahl von Elementen je Längeneinheit auf jeder ihrer Seiten enthalten. Die gewebten Teile können 1 bis 1000 und vorzugsweise 3 bis 103 Fäden je 2,5 cm (inch) enthalten und eine verschiedene Zahl von Fäden in jeder Richtung aufweisen.
  • Die die Belastbarkeit erhöhenden Elemente können aus beliebigem Material bestehen, beispielsweise aus Metallen, natürlichen oder synthetischen Polymeren, zum Beispiel Polyvinylidenchlorid, Polyacrylnitril, Polymethylmethacrylat, usw., neopren-beschichteteya Papier, Glas, Asbest, Papier, Glasfasern mit Polymerüberzug und dergleichen.
  • iDie Dicke des gewebten die Belastbarkeit erhöhenden Elements ist nicht kritisch und wird von Gestaltungskriterien und der Dicke der Klebstoffschicht bestir>at, wobei das gewebte Element etwas dünner als die Klebstoffschicht ist, so daß es darin eingebettet wird.
  • Wenn ein Klebstoff verwendet wird, werden zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Schichtstoffe eine oder beide Seiten des Polymerkerns und eine Seite der Metallfolie, die miteinander verbunden werden sollen, mit dem Klebstoff beschichtet, wobei darauf zu achten ist, daß die Perforationen des Kerns nicht ausgefüllt werden, der Klebstoff wird gehärtet, und die Metallschicht wird gegen den Polymerkern gepreßt, um den Schichtstoff zu erzeugen. Während der Härtungsstufe wird das Lösungsmittel in dem Klebstoff verdampft, und dann wird der Klebstoff gehärtet. Hierauf werden die Schichten mit einem Druck von 3,5 bis 7 kg/cm2 (50 bis 100 psi) zusammengepreßt und nachgehärtet. Die Klebstoffe können auch als lösungsmittelfreie Systeme verwendet werden, wobei keine Verdampfungsstufe vor delta Härten erforderlich ist. Die erfindungsgemäßen Schichtstoffe können kontinuierlich erzeugt werden, wobei Rollen von Metall kontinuierlich mit Klebstoff beschichtet und dann zu Verdampfungszonen (falls nötig), Härtungszonen und Preßzonen geführt werden, oder sie können absatzweise erzeugt werden, wobei die Schichten einzeln mit Klebstoff beschichtet werden, zum Beispiel durch Aufsprühen, und dann unter Wärme und Druck verbunden werden.
  • Vor dem Auftrag des Klebstoffs auf ein Metall soll das Metall vorzugsweise sauber sein. Dies kann durch Behandlung des Metalls mit heißer wässriger Alkali- oder Säurelösung erreicht werden. Der Klebstoff wird vorzugsweise als 40- bis 70-prozentige Lösung in einem Lösungsmittel wie Methyläthylketon angewandt und kann auf das Metall durch Aufstreichen, Walzenbeschichtung, Fallfilmbeschichtung, Aufsprühen und dergleichen aufgebracht werden.
  • Wenn kein Klebstoff verwendet wird, werden die Schichtstoffe allgemein in der Weise hergestellt, daß die Folie und und der perforierte Kern einer Temperatur von etwa 5 C über der Glasübergangstemperatur des Kerns, wenn dieser aus einem nicht-kristallinen Polymeren besteht, und etwa 5 °C über dem kristallinen Schmelzpunkt des Kerns, wenn dieser aus einem kristallinen Polymeren besteht, ausgesetzt werden. Es können außerdem Drucke von Atmosphärendruck bis 14 kg/cm2 (200 psi) angewandt werden.
  • Die neuen Schichtstoffe nach der Erfindung sind zur Anwendung auf dem Bausektor, zum Beispiel für Rahmenpfosten, Fensterführungen, Fensterrahmen, Aufzugtüren und -verkleidungsplatten, usw., Automobilteile wie Innenverkleidungen, Armaturenbretter, Kotflügel und Radkappen, Haushaltserzeugnisse wie Küchenplatten, Ausgüsse, Verkleidungen, Klosett-Türen, Türrahmen und -füllungen, Badverkleidungen und Duschkabinen und für Gehäuse, Briefkästen, Kesselgehäuse, Garagentüren, Erzeuqnisse für die Industrie wie Kanäle und Abzüge, korrosionsfeste Kammern Bauclat-eng Verkleidungen, Platten und Gestelle für elektronische Geräte, Instrumentengehäuse, Wandplatten, Verkaufsautomaten und dergleichen,geeignet. Die Schichtstoffe kommen auch für An wendungen auf militärischem Gebiet und in der Raumfahrt in Betracht.
  • Durch die folgenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert. Alle Teile und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, wenn nichts anderes angegeben ist.
  • Bei spiel 1 Drei Teile Glycidylmethacrylat werden mit 1 Teil feingepulvertem 3,3'-Methylen-bis-ortho-chloranilin und 0,35 Teilen gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan in einem geeigneten Gefäß versetzt. Das Gefäß wird auf 70 OC erwärmt, damit sich die Bestandteile lösen, und dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die erhaltene Mischung wird dann mit 12 eilen eines handelsüblichen mit einem Polyester (90/60 Äthylenglycol/Propylenglycol-Adipat) erzeugten Polyurethanharzes (Polyester mit 3,3'-Dimethy1-4,4'-biphenylendiisocyanat umgesetzt) und 0,01 Teilen 2,5-D ctayl-2,5-di-(t.-butylperoxy)n-hexan als Katalysator unter Rühren versetzt. Die Zusammensetzung wird zu iner glatten Paste vermischt und auf beide Seiten einer 0,129 mm(0,0507")dicken Polyäthylenfolie mit einer Breite von 10 cm (4") und einer Länge von 25 cm (10") aufgetragen, die unter Bildung einer offenen Fläche von 38 % mit kreisförmigen Löchern mit einem Durchmesser von 1,5 mm (O,06i') perforiert ist. nie gleiche Zusammensetzung wird dann auf zwei 0,5 mm(0,020") dicke Aluminiumbleche mit ähnlichen Abmessungen aufgebracht. Die drei Lagen werden eine Minute auf 100 °C erwärmt. Dann werden die beiden @letallagen mit er Polymerlage dazwischen und den Klebstoffseiten in Berührung mit der Polymerlage heiß zusammencepreßt, wodurch eine Verbundstruktur mit einer Gesamtdicke von 2,36 mm (93 mii) erzeugt wird. Der Verhundstoff wird dann 20 Minuten bei 100 0C und 2 Stunden bei 130 °C gehärtet. Der erzeugte Schichtstoff wird hierauf auf seine Dämpfungseigensenaften @etestet. Nach der vorhergehenden Arbeitsweise werden ferner verschiedene weiter Schichtstoffe mit der Ausnahme ertellt, daS verschiedene Metallfolien und Poly@erkernmaterialien verwen@et worden und in einigen Fallen der Klebstoff weggelassen wird. Die Eigenschaften des Schichtstoffs von Beispiel 1, von Schichtstoffen nach dem Stand der Technik und von anderen Ausführungen der erfindung sind unten in der Tabelle angegeben.
  • Der relative Schallübermittlungsverlust der Produkte wird durch Einspannen von Proben mit den Abmessungen 26 cm x 26 cm (10 1/4" x 10 1/4') in der Mitte einer Ahornbox mit Gen Abmessungen 26 cm x 26 xm x 2,4 m (10 1/4" x 10 1/4" x 8t) geprüft, die an flexiblen Schlauchträgern aufgehängt ist. Ein Mikrophon wird an dem Übertragungsseitenviertelpunkt der Box angebracht. Der Schallgenerator besteht aus einer in der Endplatte der Kammer montierten Lautsprecher, einem Rauschgenerator und einem Verstärker.
  • Bei jeder Probe werden der Rauschgenerator und der Verstärker so eingestellt, daß sich der gleiche Lingangsgeräuschpegel ergibt. Dann wird die Breitbanddifferenz infolge der Interferenz der Probe beobachtet und festgestellt.
  • T a b e l l e I rela- Biege- Biege- therm.
  • tiver modu- streck- Modu- Streck- Leit-Schall- lus, grenze, lus/ grenze/ fähig-Schichtstoff- Kleb- Dichte, übertra- kg/cm2, Dichte Dichte keit, Dämpfungskg/cm2 Beisp. aufbau stoffa g/ccm gungsver-(psi) in x10-7 in x10-4 cal/cm (psi) zeitb,sec.
  • lust bei x 10-6 x 10-3 sec.°C 500 Hz 1 0,5 mm (20 ja 1,67 10,2 0,041 0,30 0,0672 0,499 0,00074 2,7 mil) Alumi- (0,58) (4,3) (0,96) (7,1) nium auf beiden Seiten von perforiertem1 1 mm (40 mil) Polyäthylen 2 0,5 mm (20 ja 1,84 8,5 0,043 0,35 0,0504 0,506 0,0018 2,6 mil) Aluminium (0,61) (4,9) (0,72) (7,2) auf beiden Seiten von perforiertem1 1 mmm (40 mil) Polyvinylchlorid 3 0,25 mm (10 ja 1,34 10,7 0,012 0,11 0,0254 0,218 0,0025 0,7 mil) korrosions- (0,17) (1,5) (0,35) (3.1) beständiger Stahl auf beiden Seiten von perforiertem1 1 mm (40 mil) Polyvinylchlorid-gewebtes Polyvinyliden chloridtuch in Klebstoff T a b e l l e I (Forts.) rela- Biege- Biege- therm.
  • tiver modu- streck- Modu- Streck- Leit-Schall- lus, grenze, lus/ grenze/ fähig-Schichtstoff- Kleb- Dichte, übertra- kg/cm2 Dichte Dichte keit, Dämpfungskg/cm2 Beisp. aufbau stoffa g/ccm gungsver-(psi) in x10-7 in x10-4 cal/cm (psi) zeitb,sec.
  • lust bei x 10-6 x 10-3 sec.°C 500 Hz unter 4 0,25 mm (10 ja 1,08 8,0 0,012 0,066 0,0308 0,169 0,00043 0,5 mil) korrosions- (0,17) (0,94) (0,44) (2,4) bestä@diger Stahl auf beiden Seiten von perforiertem1 1 mm (40 mil) Polyäthylen-gewebtes Polyvinylidenchloridtuch in Klebstoff 5 0,5 mm (20 mil) ja 1,38 7,0 0,042 0,21 0,084 0,422 0,0092 3.1 (Comp) Aluminium auf (0,60) (3,0) (1,2) (6,0) beiden Seiten von massivem 3,1 mm (125 mil) Polyäthylen 6 (Comp) 0,5 mm (20 mil) ja 1,55 8.0 0,048 0,57 0,091 1,05 0,0015 3,6 Aluminium auf (0,68) (8,1) (1,3) (15,0) beiden Seiten von massivem 0,75 mm (30 mil) Polyäthylen T a b e l l e I (Forts.) rela- Biege- Biege- therm.
  • tiver modu- streck- Modu- Streck- Leit-Schall- lus, grenze, lus/ grenze/ fähig-Schichtstoff- Kleb- Dichte, übertra- kg/cm2 Dichte Dichte keit, Dämpfungskg/cm2 Beisp. aufbau stoffa g/ccm gungsver-(psi) in x10-7 in x10-4 cal/cm (psi) zeitb,sec.
  • lust bei x 10-6 x 10-3 sec.°C 500 Hz 7 0,25 mm (10 nein2 1,38 9,0 0,072 0,80 0,154 1,67 0,0013 0,8 mil) korrosions- (1,03) (11,4) (2,2) (23,8) beständiger Stahl auf beiden Seiten von perforiertem1 0,75 mm (30 mil) Polyäthylen 8 (Comp) 0,5 mm (20 mil) nein2 1,56 8,0 - - - - 0,0024 3,9 Aluminium auf beiden Seiten von massivem 0,75 mm (30 mil) Polyäthylen 9 0,38 mm (15 mil) ja 2,53 7,5 - - - - 0,0030 2,7 Messing auf beiden Seiten von perforiertem3 1,27 mm (50 mil) Polymethylmethacrylat T a b e l l e I (Forts.) rela- Biege- Biege- therm.
  • tiver modu- streck- Modu- Streck- Leit-Schall- lus, grenze, lus/ grenze/ fähig-Schichtstoff- Kleb- Dichte, übertra- kg/cm2, Dichte Dichte keit, Dämpfungskg/cm2 Beisp. aufbau stoffa g/ccm gungsver-(psi) in x10-7 in x10-4 cal/cm (psi) zeitb,sec.
  • lust bei x 10-6 x 10-3 sec.°C 500 Hz 10 1,27 mm (50 jac 7,04 13,0 - - - - 0,0055 2,7 mil) Bronze auf einer Seite von perforiertem4 0,5 mm (20 mil) schlagzähem Polybutadien/ Methylmethacrylat-Pfropfpolymer unter 11 0,25 mm (10 mil) nein2 2,01 10,5 - - - - 0,00091 0,5 Titan auf einer Seite und 0,25 mm (10 mil) Magnesium auf der anderen Seite von 6,35 mm (250 mil) perforiertem5 Nylon6 unter 12 0,64 mm (25 mil) jad 3,13 8,0 - - - - 0,00035 0,5 Kupfer auf einer Seite von 1,27 mm (50 mil) perforiertem7 Celluloseacetatbutyrat-gewebtes Kupfergitter (10 Drähte pro 2,5 cm) in Klebstoff T a b e l l e T (Forts.) rela- Biege- Biege- therm.
  • tiver modu- streck- Modu- Streck- Leit-Schall- lus, grenze, lus/ grenze/ fähig-Schichtstoff- Kleb- Dichte, übertra- kg/cm2, Dichte Dichte keit, Dämpfungskg/cm2 Beisp. aufbau stoffa g/ccm gungsver-(psi) in x10-7 in x10-4 cal/cm (psi) zeitb,sec.
  • lust bei x 10-6 x 10-3 sec.°C 500 Hz unter 13 0,13 mm (5 ja 0,96 9,3 - - - - 0,002 0,5 mil) korrosionsbeständiger Stahl auf beiden Seiten von 2,5 mm (100 mil) perforiertem1 Polyäthylenglycolterephthalat mit Isoprenkautschuk beschichtetes gewebtes Papier (4 Fäden pro 2,5 cm) in Klebstoff 14 0,5 mm (20 mil) ja 0,17 10,6 - - - - 0,0007 2,9 Aluminium auf beiden Seiten von 25 mm (1000 mil) perforiertem1 Polyurethanschaum Erläuterungen a = wenn der gleiche wie in Beisp. 1, nicht besonders bezeichnet b = Zeit für freischwingenden an einem Ende eingespannten Arm, 12,7 mm x 250,8 mm (1/2" x 9 7/8"), zu Beginn um 2,5 cm (1") ausgelenkt bis zur Dämpfung der Schwingungsamplitude 1,6 (1/16") c = Polychloropren/Phenol-Formaldehyd-Klebstoff (US-PS 2 610 910) d = Nitrilkautschuk-Klebstoff (GB-PS 951 266) comp. = Vergleichsbeispiel 1 = 1,5 mm (0,06") runde Perforationen - 38 % offene Fläche 2 = Polymer bis Erweichungspunkt erwärmt; Deckschichten aufgelegt;Komponenten unter Druck verbunden 3 = 2 mm (0,080", kurzer Durchmesser) rautenförmige Perforationen - 60 % offene Fläche 4 = 1,67 mm (0,066", kurzer Durchm.) ovale Perforationen - 30 % offene Fläche 5 = 7,9 mm (0,312) und 3,2 mm (0,125") runde Perforationen - 43 % offene Fläche 6 = Adipinsäure-Hexamethylendiamin-Reaktionsprodukt 7 = 0,0625" quadratische Perforationen - 5 % offene Fläche

Claims (4)

  1. Patentansprü.che Schichtstoff, dadurch gekennzeichnet, daß er aus (A) einem perforierten Polymerkern mit einer offenen Fläche von 15 bis 75 %, an den ein elastomerer Klebstoff gebunden ist, der eine dynamische Glasübergangstemperatur aufweist, die nicht über der Temperatur liegt, bei der der Schichtstoff verwendet werden soll, und in den ein gewebtes die Belastbankeit erhöhendes Element eingebettet ist, wobei die Perforationen des Kerns praktisch frei von Klebstoff sind, und (@) wenigstens einer mit der Außenseite des Klebstoffs verbundenen Metallschicht aufgebaut ist.
  2. 2. Schichtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Belastbarkeit erhöhende Elerent ein Tuch ist.
  3. 3. Schichtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Belastbarkeit erhöhende Element ein Pletallgitter ist.
  4. 4. Schichtstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Belastbarkeit erhöhende Element Glasfasern mit Polymerbeschichtung sind.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4015169A1 (de) * 1990-05-11 1991-11-14 Bayerische Motoren Werke Ag Herstellverfahren fuer ein schalldaemmendes stahlblech-formteil
FR2732382A1 (fr) * 1995-04-03 1996-10-04 Clelial Sarl Materiau a proprietes d'absorption acoustique, procede de fabrication d'un element de paroi a absorption acoustique et element de paroi resultant
WO2001068406A1 (de) * 2000-03-11 2001-09-20 Lothar Kaspar Flächiges verbundbauteil und verfahren zur herstellung

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WO2001068406A1 (de) * 2000-03-11 2001-09-20 Lothar Kaspar Flächiges verbundbauteil und verfahren zur herstellung

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