DE2249507A1 - Kaltverformbarer verbundwerkstoff zur herstellung von schalldaemmenden bauelementen - Google Patents

Kaltverformbarer verbundwerkstoff zur herstellung von schalldaemmenden bauelementen

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DE2249507A1
DE2249507A1 DE19722249507 DE2249507A DE2249507A1 DE 2249507 A1 DE2249507 A1 DE 2249507A1 DE 19722249507 DE19722249507 DE 19722249507 DE 2249507 A DE2249507 A DE 2249507A DE 2249507 A1 DE2249507 A1 DE 2249507A1
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Constantin Catsaros
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Cegedur Societe de Transformation de lAluminium Pechiney SA
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Cegedur Societe de Transformation de lAluminium Pechiney SA
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Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung
OEGEDUB Societe de Transformation de 1'Aluminium P.echiney 66, avenue Marceau, PARIS, Frankreich
betreffend
Kaltverformbarer Verbundwerkstoff zur Her Stellung von 'scha 11-däraroenden Bauelementen
Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff oder Sandwich, welcher durch Ziehen zu schalldämmenderj Bauteilen verformt werden kann. Der Verbundwerkstoff bestheht aus zwei 0,25 bis 2 mm starken Metallstreifen oder Blechen, deren Schichtstärkenverhältnis 1 bis 2 beträgt, sowie aus einer 0,4 bis 0,8 mm starken Folie aus schwach vernetztem Butylkautschuk. Der Werkstoff wird zur Herstellung von Ziehteilen, insbesondere für Tiefziehteile verwendet, wie beispielsweise Behälter, Bauelemente für die Automobilkarosserie, Boote, Fördereinrichtungen oder Stetigförderer sowie bei der Errichtung von Gebäuden.
ORIGINAL INSPECTED
.-■ 2 -
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Verbundwerkstoffe aus Metallen und thermoplastischen Kunststoffen sind bekannt. Sie sind von großem Interesse für zahlreiche technische Anwendungsgebiete, besitzen aber zugleich gewisse Nachteile, die ihre Entwicklung hemmen. DieB trifft voralleia für das Umformen durch Tiefziehen zu, weil die nur geringe Elastizität- oder Streckgrenze dieser Werkstoffe bei Raumtemperatur schnell erreicht wird. Wenn das Kunötstoffmaterial während der Verformung erwärmt wird, wozu eine komplizierte Werkzeugauastattung erforderlich ist und das Arbeitstempo verlangsamt wird, wird zwar der theoretisch mögliche Verformungsgrad des Kunststoffes verbessert; jedoch liegt die Erweichungstemperatur des Kunststoffes ziemlich nahe der Raumtempe ratur, damit dieser Werkstoff alle seine Eigenschaften der mechanischen Festigkeit verliert. Außerdem besitzen diese bekannten Verbundwerkstoffe nur sehr begrenzte schalldämmende Eigenschaften.
Ziel der Erfindung ist somit ein kalt verformbarer Verbundwerkstoff oder Sandwich zur Herstellung von schalldämmenden Ziehteilen und die mit Hilfe dieses Werkstoffes hergestellten Ziehteile selbst.
Der erfindungsgemäß vorgesehende Verbundwerkstoff oder Sandwich besteht aus zwei Metallstreifen oder Blechen, die durch einen Elastomerstreifen miteinander verbunden sind. Die Metallstreifen sind 0,25 bis 2 mm dick, das Verhältnis ihrer Schichtstärke beträgt 1 bis 2. Bas Elastomer ist ein wenig ungesättigter Butylkautschuk in einer Schichtstärke von 0,4 bis 0,8 mm.
Gemäß einer bevorzugten Ausbildungform des Verbundwerkstoffes beträgt die Schichtdicke der Metallstreifen 0,4 bis 1 mm.
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Die Erfindung sowie vorteilhafte. Weiterbildungen werden nun mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung und die folgenden Beispiele näher erläutert. Die Figuren 1 und 2 der Zeichnung zeigen ein mit Hilfe des. erfindungsgemäßen Werkstoffes hergestelltes-Tiefziehteil in zwei senkrecht zueinander , stehenden Schnitten, wobei 3?ig. 2 ein Schnitt entlang II in Pig.. 1 ist. In beiden Figuren bedeuten gleiche Bezugszeichen gleiche Teile oder Elemente.
Der verformbare Verbundwerkstoff besteht aus zwei Metallstreifen oder Blechen,, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung in einer Schichtstärke von 0,25 bis 2 mm, wobei das Verhältnis der Schichtstärke 1 bis beträgt; zwischen beiden Metallstreifen befindet sich ein Streifen aus schwach vernetzten] Butylkautschuk in einer Stärke von 0,4 bis 0,8 mm. .
Der Verbundwerkstoff wird technisch hergestellt, .indem zwischen zwei Metallstreifen oder Blechen eine Bahn aus Butylkautschuk in Form einer dicken und viskosen Masse, erhalten durch Auflösen in einem Lösungsmittel wie Methylchlorid, kalandert wird.
Zur Herstellung des Butylkautschuks wird Isobutylen mit 0,5 bis 4 5°, bezogen auf sein Gewicht^ eines Diolefins wie Isopren copolymerisiert; die beiden Monomeren werden dazu in einem inerten Lösungsmittel gelöst, beispielsweise in Methylchlorid oder Trichloräthylen. Erhalten wird dabei ein schwach ungesättigtes Produkt mit Molekulargewicht ooer-.halb 35 000. " *
Dieses Produkt besitzt eine hohe Viskosität bei Raumtemperatur und Gebrauchstemperatur und sichert dadurch eine wirksame Bindung der beiden Metallstreifen oder Bleche,
. - 4 3098 16/1186
Bestimmt wird diese Eigenschaft entsprechend der Norm ASTM D 1646: die Viskosität Mooney ML 1 + 4 (bei 1000C.) beträgt 20 bis 120° Mooney, vorzugsweise 30 bis 90° Mooney.
Der Verbundwerkstoff besitzt auoh eine geringe Kerb- oder Sehlagzähigkeit, da der entsprechend der Norm DIK 55.512 gemessene Rückprall weniger als 30 j6, vorzugsweise weniger als 15 $ beträgt; weiterhin eine starke Bruchdehnung; die Verformung auch Kriechen oder Fließen kann während dem Äiehen mehr als 50 $ betragen; man erreicht 1 000 bis 1 200 fo Bruchdehnung, da die Verwendung eines geringen oder schwachen Teils der Dehungszone die Verformung des Bütylkautschuks ermöglicht, ohne daß Innere Spannungen bestehen bleiben.
mögen / Bemerkenswert ist das ausgezeichnete elektrische Isolierver' des Polymeren, aufgrund dessen er allgemein in der elektrischen Kabelindustrie verwendet wird. Unter den zahlreichen Abwandlungen, die auf dem Markt zur Verfugung stehen, werden mit dem am schwächsten ungesättigten Butylkautschuk die besten'Ergebnisse beim Verbundwerkstoff nach der Erfindung erzielt.
Der Butylkautschuk kann mit verschiedenen Füllstoffen versetzt sein, beispielsweise mit Calciumcarbonate Kaolin, Kieselsäure oder Siliciumdioxid und Ruß. Als RuB wird eine eehr feinteilige Sorte mit Korngröße 25 bis 35 um {m/ttw) und einer spezifischen Oberfläche von i?0 bis 60 m /g verwendet. Die bevorzugte Sorte ist der unter der Bezeichnung HAF handelsübliche hochabriebfeste ölruß. Weiterhin können Weichmacher oder Plastifiziermittel wie Mineralöle, Ester und Kiefernholzteer zugesetzt werifn* si»
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Als Beispiel wird folgende Rezeptur angegeben: Butylkautschuk (Copolymer aus Isobutylen und Gew.-Teile
0,8 °/o Isopren) 100
Kaolin ' · . 20
Ruß HAP, Type N 330 55
paraffin-naphtenisches Öl 14
Formaldehyd-Alkylphenolharz ' . 3
phenolisches Antioxidans 1
Nachfolgend wird eine Reihe von Tiefζiehversuchen beschrieben. Angewandt wurde.hierbei der vom Forschungsinstitut der französichen Eisenmetallurgie, Institut de Recherches de la Siderurgie 3?rancaise (IRSID) genormte Versuch,
Beispiel ' -
Es wurde die Bedeutung der Schichtdicke der drei lagen des Verbundwerkstoffes sowie die Beschaffenheit der Metallstreifen oder Bleche untersucht. Hierzu wurden 8 Sandwichs aus Butylkautschuk hergestellt, 4 von ihnen - mit dem Index 1 bezeichnet, unter Verwendung von Metallstreifen aus einer Aluminiumlegierung enthaltend 3 i° Magnesium (AG· 3), die 4 anderen, mit dem Index 2 bezeichnet, unter Verwendung von Metallstreifen aus eimern SPDD bezeichneten Spezialstahl für das Tiefziehen. Dieser sehr wenig chargierte. Stahl besitzt folgende Eigenschaften:
Bruchfestigkeit 34 bis 49 Hektobar
Streckgrenze 23 Hektobar
Bruchdehnung 50 bis 62 $.
Die einzelnen Verbundstoffe waren wie folgt zusammengesetzt: (Der in mm angegebene V/ert-iät'die Stärke der betreffenden Schicht) . ' .
- 6 -3098 16/1166
1 ' , AG3 :
1 : AG3 :
1 ϊ AG3 :
1 ί AG3 :
2 : SPDD:
2 : SIDD:
2 : SPDD:
: SPDD
AG3 : 0,8 mm
AG3 : 0,8 mm
AG3 : : 0,5 03Ql
AG3 : : 0.3 mm
SPDI) : ί 0,8 mm
SPSD ί : 0,8 mn}
SPDD : : 0,5 torn
SPDD : 0,3 mm
0,8 mm, Butylkautschuk j 0,5 mm,
0,8 mm, Butylkautschuk : 1 mm,
0,5 mm, Butylkautschuk : 0,5 mm,
u,5 mm, Butylkautschuk : 0,5 mm,
'·„ : SPDD: 0,8 mm, Butylkautschuk : 0,5 mm,
0,8 mm, Butylkautschuk : ί mis,
0,5 ram, Butylkautschuk : 0,5 moo»
: 0,5 mm,Butylkautschuk : 0,5 mm,
Die Herstellung dieser Verbundwerkstoffe erfolgt in folgenden Stufen:
Entfetten der "beiden Metallstreifen; Eintauchen der beiden Streifen in Irichloräthylen; Aufbringen der! Butylkautschukfolie zwischen die beiden Metallstreifen:
der oberflächlich durch Trlchloräthylen angegriffene Butylkautschuk haftet an der legierung AG 3; Pressen des Verbundwerkstoffes während 15 Stunden unter 10 Tonnen.
Die kritische Eigenschaft des Butylkautschuks wurde durch Vergleich mit einem anderen Verbundwerkstoff nachgewiesen, der unter Verwendung eines Neoprenklebers, Handelsbezeichnung "Bostik Supergrip Nr. 662" als Zwischenschicht hergestellt worden war; die Stärke dieser Zwischenschicht wurde geringer gehalten, um zu berücksichtigen, daß die optimale Stärke, d.h. die Stärke entsprechend dem maxiaalen Ziehen, bzw. Tiefziehen, in diesem Falle ebenfalls geringer war.
Es wurden folgende mit Neopren hergestellte Verbundwerkstoffe
geprüft:
e.
AG3 : ο, 8 mm, Neopren : 0, 3 mm, AG3 : O ,8 mm
AG3 : ο, 8 mm, Neopren : 0, 6 mm, AG3 : O .0 mm
309 3 16/ 1166
ί 0,5 mm, Neopren : 0,3 mm, AG3 : 0,5 mm
AG-3 : 0,5 mm, Neopren : 0,3 mm, AG-3 : 0,3 mm
SPDD : 0f& mm, Neopren : 0,5 mm, SPDD : 0,8 mm
SPDD : 0,8, mm, Neopren : 0,6 mm, SPDD : 0,8 mm
SPDD : 0,5 mm, Neopren : 0,3 mm, SPDD : 0,5 mm
SPDD : 0,5 mm, Neopren : 0,3 mm, SPDD : 0,3 -mm
Hergestellt wurden die Verbundwerkstoffe wie folgt:
Entfetten der beiden Metallstreifen; Auftragen einer Schicht Neoprenkleber mit dem Pinsel auf jeden Streifen;
Verdampfen oder Verdunsten der im Kleber enthaltenen Lösungsmittel während 20 Minuten;
Pressen des Sandwich auf Unterlagen oder Keilen, um die angestrebte SLeberschichtstärke beizubehalten, während 15 Stunden unter 10 Tonnen.
Ein weiterer Vergleich wurde mit reinen Metallbleelien durchgeführt; hierzu wurden folgende Massivbleche vorbereitet:
i.| : AG-3 : 1,6 mm (Vergleich mit dem Sandwich: 0,8 ram +
Elastomer + 0,8 mm) '
3<l : AG-3 : 1· mm (Vergleich mit dem Sandwich: 0,5 mm.+
- Elastomer + 0,5 mm) k.j : AG-3 : 0,8 mm (Vergleich mit dem Sandwich: 0,5 mm +
Elastomer + O.,3 mm) i2 : SPDD : 1,6 mm
J2 : SPDD : 1 ram
k2 : SPDD : 0,8 mm '
Das Ziehen erfolgte stets in der Weise, daß der stärkere MetajLLstreif en sicn auf der Außenseite des Ziehteils befand. ■
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Verwendet wurde ein rechtwinkliges Werkzeug mit asymetrischem Stempel und ausreichendem Spiel* zwischen Matrize und Stempel**um auch den dicksten Werkstoff zu ziehen. Der Druck deB Niederhalters wurde an dem mit Butylkautschuk hergestellten Werkstoff eingestellt und für den mit Meoprenkleber hergestellten Werkstoff und das Massivblech beibehalten,
Zur Herstellung des Niederhalters wurde ein rechtwinkliges Blech 280 χ 220 mm verwendet und entlang seinen Seiten 70 mm von den Tier Kanten entfernt beschnitten. Als Ziehsohmiere wurde ein leicht hydrophiles (4 $>) Mineralöl mit Viskosität 65 bis 70 oSt/20°C verwendet, das mit einem Lappen auf den Rahmen aufgetragen wurde·
Die liefziehteile sind in Flg. 1 und 2 gezeigt. Es bedeuten: 11 die Innenmetalischloht, 12 die Butylkautschukschicht und 13 die Außenmetallsahicht, Sie mit Hilfe des Neoprenkleber-Verbundwerkstoffes und aus den Massivblechen hergestellten Ziehteile waren bis auf die Ziehtiefe identisch.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst; aufgeführt 1st jeweils die größte Ziehtiefe, die ohne Auftreten von Spuren von Brüchen oder Rissen erzielt werden tonnte·
*oder Spalt . ·
bzw. Patrize
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Druck el .es
Nieder-		 Schichtwerk
stoff mit
Bu tylka u ΐschük		 Ziehtiefe
mm		 Schichtwerkstoff
mit'- Neopren- '
kautschuk		 Ziehtlefe
mm		 Ma ss170©tallble ch Ziehtiefe .
-min
. halters 42' 35 42
Ii Bar Art
- ■ /		 35 Art 36 Art 40
80 η 41 ei ■;. ·■ 33 · :" h 40
90 *>1 25 h 21 32
70 cl 53
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70 h 51 . '50 ■kl 70
i 225 a2 52 e2 45 60
225 H 40 H. . -35. ".
225 *2 82- • ·
J 2
220 h2 h
Die GregeHütierstellung zeigt, claB der mit Butylkautschtik hergestellte Verbundwerkstoff sich "besser ziehen laßt als der mit Neoprenkleber hergestellte Sandwich, außer wenn die Butylkautschukschicht 1 mm erreicht. Auch läßt sich der Butylkautschuk-Verbundwerkstoff ebenso tief ziehen wie das· Massiv-"blecli, außer bei den geringeren Stärken. Es läßt sich somit für die Schichtstärke des Butylkautschukes eine obere G-renze 7on 0,8 mm und für die Schichtstärke der Metallstreifen eine untere G-renze von 0,4 mm festlegen. ; " .
Andererseits ist es schwierig, mit zu geringer Schichtstärke des Butylkautsonukes den Verbundwerkstoff herzustellen und . den Butylkautschuk in Haftung mit den Metallstreifen zu bringen: die untere G-renze liegt deshalb bei etwa 0,4 mm.
Die Untersuchung der Ziehteile ergab folgendes: einerseits lassen sich Verbundwerkstoffe hergestellt aus Metallstreifen mit einer-Stärke von mindestens 0,25 mm ziehen zu lasten eines
- 10 - .
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- ίο -
gewissen Verlustes an maximaler Ziehtiefe bezogen auf die Mässivbleche, wenn die Schichtstärke der Metallstreifen unter ü,4 mm bleibt; andererseits sind bei zu großen Schichtstärken der Metallstreifen die beim Ziehen auftretenden Spannungen derart, daß der Butylkautschuk kriecht und zwar von den Zonen starker Spannungen weg zu den Zonen mit geringeren Spannungen. Die Dicke oder Stärke der Butylkautschukschicht bleibt konstant, so lange die Stärke der Sohiohten oder Streifen 1 mm nicht übersteigt. Liegt diese letztere Stärke zwischen 1 und 2 mm, so wird eine gewisse Verringerung der Schichtstärke des Butylkautschukes in den Zonen starker Ziehspannungen beobachtet. Nimmt schließlich die Stärke der Metallstreifen über 2 mm zu, so werden Risse in der Butylkautschuksohioht beobachtet.
Beim Ziehen soll der stärkere oder dickere Metallstreifen sich stets auf der Außenseite des Ziehteils befinden. Das Verhältnis der Schichtstärken der beiden Metallstreifen kann 1 bis 2 betragen; oberhalb 2 nimmt die maximale Ziehtiefe schnell ab.
Zur Herstellung der neuen Verbundwerkstoffe können die verschiedensten, für Ziehen geeigneten MetaIxe und legierungen Verwendung finden und die beiden Metallstreifen auch aus verschiedenen Metallen bestehen. Als Beispiel seihen angegeben: Kupfer, Messing, Eisen, Stahl und Weißblech.
Die Eigenschaften der neuen Verbundwerkstoffe bezüglich der Schalldämmung wurden durch Vergleichsmeesungen über Schallschwingungen durchgeführt an einem Becher mit kreisrunden Querschnitt und senkrechter Seitenwand. Es wurden zwei Becher hergestellt, der eine aus einem Verbundwerkstoff aus einer. : o,6 mm starken Butylkautschukfolie, die zu beiden Seiten mit 0,5 mm starken Folien aus Aluminiumlegierung ACr 3; der andere Becher aus einem 1 mm starken Massivblech aus AG 3; beide belegt war; „ ii _
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Becher wurden der Einwirkung einer schwingenden Platte unterworfen. Die Schwingungen wurden auf ein Drittel, der Hälfte und zwei Drittel der Höhe geraessen. Sie wechselten von 50 dl)"(Decibel) beim Sandwich zu 45 db beim Ma'ssivblech entsprechend eioeaGewinn um den Faktor 3· In gleicher Weise wechsexten die Schwingungen, welche durch einen EaIl der Becher aus 1,20 m Höhe auf eine Zementfliese erzeugt wurden, von 80 zu 66 db; der Gewinn betrug hier 14 db, entsprechend einem Gewinn um den Paktor 25; die Schwingungsfrequenz wurde um etwa die Hälfte verringert.
Die neuen Verbundwerkstoffe können anodisch oxidiert werden; bei dieser Behandlung quillt der Butylkautschuk entlang den Kanten etwas auf, so daß im letzteren Falle beschnitten werden muß. Die Kanten der beiden Metallplatten oder -streifen können entlang ihren Kanten gefalzt oder gebördelt werden; hierdurch wird der Butylkautschuk gegen den Angriff des Luftsauerstoffes oder des Meerwassers geschützt, so daß der Rußgehalt des Butylkautschuks herabgesetzt werden kann.
Die erhaltenen Werkstücke können gestrichen und im Ofen gebrannt werden, vorausgesetzt, daß die Brenntemperatur etwa 1500C nicht überschreitet.
Der neue Verbundwerkstoff eignet sich zur Herstellung von Behältern (Verpackungen, Tabletts, Mülleimer, Kochtöpfe), von Bauteilen der Autoinobilkarosserie (Verdeck, Auspuff, Motorhaube, Wagentüren, Kof f erraumhaube); von Schiffen (Bootskörper, Innenplatten oder -bauten), Fördereinrichtungen und Stetigförderer (Machinengehäuse, Transportbehälter, Container) sowie in der Bauindustrie. (z.B. beim Aufrichten des Ratntnpfahls oder für Außentüren).
Patentansprüche 309816/1166

Claims (4)

  1. Patentansprüche
    1,/ Kaltverformbarer Verbundwerkstoff zur Herstellung von echalldämmenden Bauelementen bestehend aus zwei Metall— streifen, die durch einen Elastotoerstreifen verbunden sind, dadurch gekennzeichnet , äaßdie Metallstreifen eine Dicke von 0,25 bis 2 mm haben, - da's Schichtstärkenver·- hältnis der Metallstreifen 1 bis 2 beträgt und das Elastomer ein Butylkautschuk mit geringe© ungesättigtem Anteil in einer Schichtstärke von 0,4 bis 0,8 mm ist.
  2. 2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet , daß die Dicke der Metallstreifen 0,4 bis 1 mm beträgt.
  3. 3. Verbundwerkstoff,nach Anspruch 1 oder 2* dadurch
    gekennzei. chnet , daß der Butylkautschuk durch Oopolytnerisieren eines Gemisches aus Isobutylen und 1,5 bis 4 i> bezogen auf das Gewicnt des letzteren, eines Diolefins wie Isopren, gelöst in einem inerten Lösungsmittel t vorzugsweise in Methylchlorid hergestellt worden iat und eine Viskosität nach Mooney JIL von 20 bis 120° besitzt.
  4. 4. , Verwendung des Verbundwerkstoffes nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Herstellung von schalldäramenden Bauelementen für die Autoraöbilkarosserie, für Schiffe, Behälter oder Außentüren für Gebäude durch Ziehen insbesondere Tiefziehen.
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DE19722249507 1971-10-11 1972-10-10 Kaltverformbarer verbundwerkstoff zur herstellung von schalldaemmenden bauelementen Pending DE2249507A1 (de)

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