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Kunstharz-Komposition, Verfahren zu ihrer Herstellung,
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ihre Anwendung und aus der Komposition hergestellte Folie Die Erfindung
bezieht sich auf eine Kunstharz-Komposition, die aus mindestens zwei verschiedenen
Polymeren und einem Füllstoff zusammengesetzt ist, sowie auf ein Verfahren zu ihrer
tierstellung, ihre Verwendung als Ausgangsmaterial für schwingungsdämpfende Folien
und eine Folie aus der Kunstharz-Komposition.
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Es ist bekannt, daß sowohl Mischpolymerisate als auch Polymerisatgemische
zur Herstellung schwingungsdämpfender Folien geeignet sind; insbesondere wurden
Gemische aus Polystyrol und Polymethylmethacrylat, aus Polystyrol und einem Styrol/Methylacrylat-Mischpolymerisat
und aus Polymethylmethacrylat und Polyvinylacetat untersucht (vgl. Kolloid - Zeitschrift,
Band 148 (1956), Seiten 57 ff).
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Ferner ist bekannt, daß Füllstoffe die schalldämpfende Wirkung von
Antidröhnmassen, die als Bindemittel ein Acrylestermischpolymerisat, ein Polyvinylpropionat
oder ein weichmacherhaltiges Polyvinylacetat enthalten, beeinflussen; dabei werden
Füllstoffe wie Vermiculit, Glimmer, Graphit, Kaolin, Chinaclay, Feldspat, Talkum,
Asbest, Ruß, Bariumsulfat und Perlite jeweils in einer Menge bis zu 40 Prozent eingesetzt
(vgl. Kunststoffe, Band 50 (1960), Seiten 606 ff).
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Ein wichtiges Kriterium für die Anwendbarkeit schwingungsdämpfender
Stoffe zur Dämpfung der Biegeschwingungen von harten Platten, insbesondere von Blechen
in Blechkonstruktionen von Fahrzeugen aller Art sowie in Maschinen, Geräten und
Bauteilen, ist die Temperaturbandbreite der Dämpfung, die bei den meisten technischen
Anwendungen der Dämpfungsstoffe für den Frequenzbereich zwischen
100
und 1000 Herz hauptsächlich interessiert (vgl.
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Kolloid-Zeitschrift, Band 216-217 (1967), Seiten 64 ff).
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Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines thermoplastischen
Materials, das zur Herstellung einer Folie geeignet ist, die eine Schwingungsdämpfung
in einem möglichst breiten Temperaturbereich gewährleistet.
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Die Erfindung betrifft nun eine Kunstharz-Komposition, bestehend aus
a) 10 bis 90 Gewichtsprozent eines Copolymers aus mindestens einem Acrylsäurealkylester
mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, einem Methacrylsäurealkylester mit
1, 2 oder 3 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, einem Amid einer ungesättigten Monocarbonsäure
mit 3, 4 oder 5 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls einer ungesättigten Monocarbonsäure
mit 3, 4 oder 5 Kohlenstoffatomen, b) 90 bis 10 Gewichtsprozent mindestens eines
Polymers eines Vinylesters mit 4, 5 oder 6 Kohlenstoffatomen, c) 0 bis 80 Gewichtsprozent
eines anorganischen Füllstoffes, d) O bis 10 Gewichtsprozent eines Epoxidharzes
mit einem mittleren Epoxid-Äquivalentgewicht von 100 bis 5000 und e) 0 bis 10 Gewichtsprozent
eines Alkoholats eines zwei-, drei- oder vierwertigen Metalls, wobei die Menge der
Komponenten c), d) und e) jeweils auf die Summe der Komponenten a) und b) bezogen
ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer
Kunstharz-Komposition, dadurch gekennzeichnet, daß a) 10 bis 90 Gewichtsteile eines
Copolymers aus milidestens einem Acrylsäurealkylester mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen
im Alkylrest, einem Methacrylsäurealkylester mit 1, 2 oder 3 Kohlenstoffatomen im
Alkyl-
rest, einem Amid einer ungesättigten Monocarbonsäure mit
3,4 oder 5 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls einer ungesättigten Monocarbonsäure
mit 3, 4 oder 5 Kohlenstoffatomen mit b) 90 bis 10 Gewichtsteilen mindestens eines
Polymers eines Vinylesters mit 4, 5 oder 6 Kohlenstoffatomen, c) 0 bis 80 Gewichtsteilen
eines anorganischen Füllstoffs, d) 0 bis 10 Gewichtsteilen eines Epoxidharzes mit
einem mittleren Epoxid-Äquivalentgewicht von -100 bis 5000 und e) 0 bis 10 Gewichtsteilen
eines Alkoholats eines zwei-, drei- oder vierwertigen Metalls wobei die Summe der
Komponenten a) und b) 100 Gewichtsteile beträgt, bei einer Temperatur von 150 bis
1800C während einer Zeitspanne von 10 bis 30 Minuten in einem Kneter intensiv miteinander
vermischt werden und das Gemisch dann in Form von Teilchen mit einem durchschnittlichen
Partikeldurchmesser von 1 bis 10 mm ausgetragen wird.
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Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung der vorgenannten Kunstharz-Komposition
als Ausgangsmaterial zur Herstellung von schwingungsdämpfenden Folien sowie die
aus der Kunstharz-Komposition hergestellte Folie.
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Die erfindungsgemäße Kunstharz-Komposition setzt sich vorzugsweise
zusammen aus 20 bis 80 Gewichtsprozent der Komponente a). 80 bis 20 Gewichtsprozent
der Komponente b), 60 bis 80 Gewichtsprozent der Komponente c) 0 bis 6 Gewichtsprozent
der Komponente d) und 0 bis 6 Gewichtsprozent der Komponente e),wobei die Menge
der Komponenten c), d)und e)jeweils auf die Summe der Komponenten a) und b) bezogen
ist.
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Hauptbestandteil der erfindungsgemäßen Kunstharz-Komposition ist ein
Gemisch von mindestens zwei nach Art und Eigenschaften verschiedenen Polymeren.
Während als Komponente a) ein Copolymer aus mindestens drei Monomeren eingesetzt
wird, das eine Einfriertemperatur von höchstens -100C aufweist, dient als Komponente
b) ein Vinylesterpolymer mit einer Einfriertemperatur von mindestens +50C. Besonders
vorteilhaft ist ein Gemisch der Komponenten a) und b), deren Einfriertemperaturen
sich um mindestens 200C unterscheiden. Vorzugsweise liegt die Einfriertemperatur
der Komponente a) im Bereich von -50 bis -100C, und die Einfriertemperatur der Komponente
b) beträgt 5 bis 500C, vorzugsweise 10 bis 35"C.
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Die Komponente a) ist ein Copolymer aus mindestens einem Acrylsäurealkylester,
vorzugsweise zwei oder drei Acrylsäurealkylestern, mit jeweils 4 bis 10 Kohlenstoffatomen,
vorzugsweise 4 bis 8 Kohlenstoffatomen, im Alkylrest, sowie einem Methacrylsäurealkylester
mit 1, 2 oder 3 Kohlenstoffatomen im Alkylrest, einem Amid einer ungesättigten Monocarbonsäure
mit 3, 4 oder 5 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls einer ungesättigten Monocarbonsäure
mit 3, 4 oder 5 Kohlenstoffatomen. Das Copolymer wird hergestellt durch Polymerisation
eines Gemisches aus 70 bis 85 Gewichtsprozent, vorzugsweise 75 bis 82 Gewichtsprozent,
des oder der Acrylsäurealkylester(s), 5 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 8 bis
17 Gewichtsprozent, des Methacrylsäurealkylesters, 3 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise
4 bis 8 Gewichtsprozent, des Amids und 0 bis 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,4
bis 3 Gewichtsprozent, der Monocarbonsäure unter üblichen Bedingungen. Die Viskosität
des Copolymers liegt im Bereich 20 bis 80 Pa.s, vorzugsweise von 35 bis 50 Pa s
(gemessen in der Schmelze bei einer Temperatur von 1800C).
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Als Acrylsäurealkylester werden Acrylsäureester mit
linearem
oder verzweigtem Alkylrest verwendet, beispielsweise Acrylsäurebutylester. Acrylsäurepentylester,
Acrylsäurehexylester, Acrylsäureoctylester, Acrylsäuret-butylester, Acrylsäure-amylester,
Acrylsäure-t-amylester, Acrylsäure-Z,2-dimethylbutylester, Acrylsäure-3, 3-dimethylbutylester
und Acrylsäure-4-ethylhexylester. Geeignete Methacrylsäurealkylester sind Methacrylsäure-methylester,
-ethylester und -propylester, und als Amide eignen sich insbesondere Acrylsäureamid,
Methacrylsäureamid, Crotonsäureamid und Vinylessigsäureamid. Als Monocarbonsäure
wird insbesondere Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure oder Vinylessigsäure eingesetzt.
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Die Komponente b) ist ein Polymer eines Vinylesters mit 4, 5 oder
6 Kohlenstoffatomen, das durch Polymerisation von Vinylacetat, Vinylpropionat oder
Vinylbutyrat, gegebenenfalls in Kombination mit einem Maleinsäuredialkylester oder
Fumarsäuredialkylester mit jeweils 4 bis 18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 4 bis
10 Kohlenstoffatomen, in den Alkylresten unter üblichen Bedingungen hergestellt
wird. Polyvinylacetat ist besonders gut geeignet. Die Viskosität der 20gewichtsprozentigen
Lösung des Vinylester-Homopolymers in Essigsäureethylester liegt im Bereich von
4 bis 250 mPa s, vorzugsweise von 30 bis 150 mPa s (gemessen im Höppler-Viskosimeter
bei einer Temperatur von 200C nach DIN 53015); seine Säurezahl beträgt zweckmäßigerweise
0,2 bis 2,5 mg KOH/g, vorzugsweise 0,2 bis 1,0 mg KOH/g (gemessen nach DIN 53402).
Die Viskosität der 20gewichtsprozentigen Lösung des Vinylester-Copolymers in Essigsäureethylester
liegt im Bereich von 3 bis 30 mPas, vorzugsweise 5 bis 20 mPa s (gemessen wie oben
angegeben). Die Komponente b) kann auch ein Gemisch verschiedener Polymere sein.
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Die Komponente c) ist ein anorganischer Füllstoff,
vorzugsweise
ein Carbonat oder Oxid oder inertes Mineral. Geeignete Füllstoffe sind beispielsweise
Graphit, Schiefermehl, Kreide, Glimmer und Vermiculite.
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Besonders vorteilhaft ist ein Füllstoff, der ein Gemisch verschiedener
Materialien darstellt, vorzugsweise ein Gemisch aus Kreide und einem weiteren Füllstoff;
das Gewichtsverhältnis beträgt dabei 2 : 1 bis 1 : 2.
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Die Komponente d) ist ein Epoxidharz mit einem mittleren Epoxid-Äguivalentgewicht
von 100 bis 5000 g, vorzugsweise von 100 bis 500 g (1larzmenge, die 1 Mol Epoxidgruppen
enthält). Die Viskosität des Epoxidharzes liegt im Bereich von 0,1 bis 35 Pas, vorzugsweise
von 0,5 bis 15 Pa s (gemessen bei einer Temperatur von 25"C im Höppler-Viskosimeter
nach DIN 53015). Geeignete Epoxidharze sind beispielsweise die bekannten Glycidylether
von Bisphenoien, d.h. Reaktionsprodukte von Bisphenolen, z.B. Bis(4-hydroxyphenyl)-methan
oder 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)-propan, mit Epichlorhydrin. Diese Epoxidharze zeigen
je nach dem Molverhältnis der beteiligten Komponenten eine flüssige, pastöse oder
feste Konsistenz.
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Die Komponente e) ist ein Alkoholat eines zweiwertigen, dreiwertigen
oder vierwertigen Metalls, dessen Alkoholkomponente vorzugsweise ein einwertiges
oder zweiwertiges Alkanol mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, insbesondere 2 bis 4 Kohlenstoffatomen,
ist. Besonders geeignet sind Alkoholate des Magnesiums, Calciums und vorzugsweise
des Aluminiums mit Ethanol, Propanol, Butanol, Ethylenglykol, Propandiol-(1,3) und
Butandiol-(1,4).
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Die erfindungsgemäße Kunstharz-Komposition wird hergestellt durch
gleichmäßiges und intensives Vermischen der jeweils beteiligten Komponenten bei
einer Temperatur von 150 bis 1800C, vorzugsweise 160 bis 1700C. Zum
Herstellen
des Gemisches genügt ein Zeitraum von 10 bis 30 Minuten, vorzugsweise von 15 bis
25 Minuten. Als Mischgerät wird ein Gerät bevorzugt, das ein homogenes Durchmischen
der einzelnen Gemisehbestandteile gewährleistet; besonders geeignet ist hierfür
ein Kneter. Zweckmäßigerweise wird das Gemisch aus dem Mischgerät in Form von Teilchen
mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1 bis 10 mm, vorzugsweise von
2 bis 5 mm, ausgetragen.
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Eine Granulatform ist hierbei bevorzugt.
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Folien werden aus der erfindungsgemäßen Kunstharz-Komposition hergestellt
durch Kalandrieren oder Extrudieren mit einer Breitschlitzdüse. Bei Verwendung der
Folien als sogenannte Leichtdämmfolien beträgt ihre Stärke im allgemeinen 1 bis
5 mm, vorzugsweise 1,5 bis 4 mm. Die Folien sind besonders dadurch ausgezeichnet,
daß sie bei Frequenzen von 100 und 1000 Herz im Temperaturbereich von höchstens
-20°C bis mindestens +400C schwingungsdämpfend wirken.
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Das Dämpfungsverhalten der erfindungsgemäßen Folien wird durch die
Ermittlung des Verlustfaktors im Biegeschwingungsversuch nach DIN 53 440 geprüft.
Der dabei verwendete Probekörper besteht aus einem Stahlblech und der zu prüfenden
Folie, die mit dem Stahlblech verbunden ist, vorzugsweise durch Verkleben. Die Folie
hat eine Dicke von 1,5 bis 2,5 mm, während das Stahlblech 1,0 mm dick ist; dabei
beträgt der Belagsfaktor, d.h. der mit 100 multiplizierte Quotient aus der Folienmasse
und der Blechmasse, 40 bis 60 Prozent, vorzugsweise höchstens 50 Prozent.
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Die Messung wird jeweils bei einer Frequenz von 100 Herz und von 1000
Herz durchgeführt. Das Dämpfungsverhalten ist als gut zu bewerten, wenn die Temperaturbandbreite
sich bei einem Verlustfaktor von mindestens 0,05 über einen Bereich von mindestens
600C erstreckt, wobei die Temperaturuntergrenze höchstens -20°C beträgt.
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Die nachstehenden Beispiele dienen zur näheren Erleuteruna der Erfindung.Prozentangaben
und Verhältnisangaben beziehen sich jeweils auf das Gewicht.
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Beispiel 1 In einem handelsüblichen, heizbaren Kneter mit einem Fassungsvermögen
von 0,5 1 werden bei einer Innentemperatur von 1700C (a) 80 g eines Copolymers aus
62 % Acrylsäure-2-ethylhexyl-ester, 23 90 Acrylsäurebutylester, 8 % Methacrylsäuremethylester,
6 % Acrylsäureamid und 1 % Acrylsäure, das eine Einfriertemperatur von -470C und
eine Schmelzviskosität (bei 1800C) von 25 Pa s aufweist, mit (b) 40 g Polyvinylacetat,
dessen 20prozentige Lösung in Essigsäureethylester eine Viskosität von 130 mPaws
zeigt und das eine Säurezahl von 0,6 mg KOH/g aufweist, während eines Zeitraums
von 30 min homogen verknetet. Zu diesem Gemisch werden unter dauerndem Kneten innerhalb
von 10 min (c) 223 g eines Schiefermehl/Kreide-Gemisches (1:1) gegeben, und die
erhaltene Kunstharz-Komposition wird noch 30 min lang nachgeknetet.
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Das Dämpfungsverhalten einer Folie aus der vorgenannten Kunstharz-Komposition
wird im Biegeschwingungsversuch nach DIN 53440 untersucht. Die dazu benötigte Folie
wird durch Pressen der Kunstharz-Komposition bei einer Temperatur von 1600C zwischen
zwei Trennfolien in einer Heizpresse hergestellt; sie hat eine Stärke von 2,5 mm.
Der Probekörper besteht aus einem Stahlblech mit einer Dicke von 1 mm, das durch
Verkleben mit der vorgenannten Folie verbunden ist. Die Prüfung ergibt bei einem
Belagfaktor von 56,9 % einen Verlustfaktor von mindestens 0,05 über eine Temperaturbandbreite
von -300C bis 40"C bei einer Frequenz von 100 Hz und von -30°C bis 500C bei einer
Frequenz von 1000 Hz.
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Beispiel 2 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Maßgabe, daß die Komponente
(a) in einer Menge von-60 g und die Komponente (b) in einer Menge von 60 g eingesetzt
wird.
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Die Prüfung ergibt bei einem Belagfaktor von 56,9 % einen Verlustfaktor
von mindestens 0,05 über eine Temperaturbandbreite von -350C bis 65"C bei einer
Frequenz von 100 Hz und von -25°C bis 650C bei einer Frequenz von 1000 Einz.
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Beispiel 3 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Maßgabe, daß die Komponente
(a) in einer Menge von 48 g und die Komponente (b) in einer Menge von 72 g eingesetzt
wird.
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Die Prüfung ergibt bei einem Belagfaktor von 53,8 % einen Verlustfaktor
von mindestens 0,05 über eine Temperaturbandbreite von -250C bis 70"C bei einer
Frequenz von 100 Hz und von -200C bis 75"C bei einer Frequenz von 1000 Hz.
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Beispiel 4 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Maßgabe, daß die Komponente
(a) und die Komponente (b) jeweils in einer Menge von 60 g und die Komponente (c)
in einer Menge von 120 g verwendet wird.
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Die Prüfung ergibt bei einem Belagfaktor von 46,2 % einen Verlustfaktor
von mindestens 0,05 über eine Temperaturbandbreite von -25°C bis 40"C bei einer
Frequenz von 100 IIz und von -25°C bis 450C bei einer Frequenz von 1000 Hz.
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Beispiel 5 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Maßgabe, daß die Komponente
(a) und die Komponente (b) jeweils in einer Menge von 60 g und die Komponente (c)
in einer Menge von 180 g eingesetzt wird.
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Die Prüfung ergibt bei einem Belagfaktor von 54,8 % einen Verlustfaktor
von mindestens 0,05 über eine Temperaturbandbreite von -250C bis 50"C bei einer
Frequenz von 100 Hz und von -25°C bis 600C bei einer Frequenz von 1000 Hz.
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Beispiel 6 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Maßgabe, daß die Komponente
(a) und die Komponente (b) jeweils in einer Menge von 60 g und die Komponente (c)
in einer Menge von 280 g eingesetzt wird.
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Die Prüfung ergibt bei einem Belagfaktor von 58,4 % einen Verlustfaktor
von mindestens 0,05 über eine Temperaturbandbreite von -25°C bis 750C bei einer
Frequenz von 100 Mz und von -25°C bis 75"C bei einer Frequenz von 1000 Hz.
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Beispiel 7 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Maßgabe, daß die Komponente
(a) in einer Menge von 40 g, die Komponente (b) in einer Menge von 80 g und die
Komponente (c) in einer Menge von 280 g eingesetzt wird; dabei besteht die Komponente
(b) aus einem 1:1-Gemisch aus Polyvinylacetat, dessen 20prozentige Lösung in Essigsäureethylester
eine Viskosität von 130 mPa s zeigt und das eine Säurezahl von 0,G mg KOH/g aufweist,
und einem Copolymer aus 70 z Vinylacetat und 30 % Maleinsäuredi-n-butylester, dessen
20prozentige Lösung in Essigsäuremethylester eine Viskosität von 5 bis 20 mPa s
zeigt.
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Die Prüfung ergibt bei einem Belagfaktor von 55,5 % einen Verlustfaktor
von mindestens 0,05 über eine Temperaturbandbreite von -25°C bis 650C bei einer
Frequenz von 100 Hz und von -200C bis 75"C bei einer Frequenz von 1000 Hz.
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Beispiel 8 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Maßgabe, daß die Komponente
(a) und die Komponente (b) jeweils in einer Menge von 60 g und die Komponente (c)
in einer Menge von 360 g verwendet wird. Ferner wird die Komponente (c) im Gemisch
mit (d) 1,2 g eines flüssigen Epoxidharzes eingesetzt, das ein mittleres Epoxid-Äquivalentgewicht
von 180 bis 192 g und eine Viskosität von 9 bis 12 Pas aufweist.
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Die Prüfung erfibt bei einem Belagfaktor von 46,9 % einen Verlustfaktor
von mindestens 0,05 über eine Temperaturbandbreite von -250C bis 650C bei einer
Frequenz von 100 Hz und von -250C bis 700C bei einer Frequenz von 1000 Hz.
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Beispiel 9 Beispiel 1 wird wiederholt mit der Maßgabe, daß die Komponente
(a) und die Komponente (b) jeweils in einer Menge von 60 g und die Komponente (c)
in einer Menge von 360 g verwendet wird. Ferner wird die Komponente (c) im Gemisch
mit (e) 0,3 g Aluminiumbutandiolat eingesetzt.
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Die Prüfung ergibt bei einem Belagfaktor von 46,9 % einen Verlustfaktor
von mindestens 0,05 über eine Temperaturbandbreite von -250C bis ,5°C bei einer
Frequenz von 100 Hz und von -200C bis 700C bei einer Frequenz von 1000 Hz.