DE3313624A1

DE3313624A1 - Polyurethanweichschaumstoff fuer schallschutzzwecke, verfahren zu dessen herstellung sowie dessen verwendung

Info

Publication number: DE3313624A1
Application number: DE19833313624
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Phys. Dr. 6901 Wiesenbach Böhm; Rainer Dipl.-Chem. Dr. 7500 Karlsruhe Jösel
Original assignee: Henkel Teroson GmbH
Current assignee: Henkel Teroson GmbH
Priority date: 1983-04-12
Filing date: 1983-04-12
Publication date: 1984-10-18
Also published as: GB2138012B; FR2545493B1; FR2545493A1; IT1176005B; DE3313624C2; GB2138012A; IT8420480A0

Description

Polyurethanschaumstoffe haben bereits in verschiedener Form für den Schallschutz Verwendung gefunden. So sind seit langem Matten zum Verkleiden der Wände von Kraftfahrzeugkarosserien bekannt, die zur Erzielung einer guten Schalldämmung aus einem hochgefüllten Polyurethanschaumstoff mit einem Raumgewicht von o,5 bis 1,25 kg/1 bestehen, vergl. DE-AS.19 23 161 und DE-OS 28 35 329. Derartige Materialien besitzen einen relativ hohen E-Modul oder geringen Verlustfaktor und sind daher als Feder für Masse/Feder-Systeme zu steif. Für Schallschutzsysteme in der Autoindustrie geht darüber hinaus der Trend zu leichteren Materialien, welche eine Gewichtseinsparung ermöglichen; das hohe Raumgewicht der über 6o Gew.% schwere Füllstoffe enthaltenden Materialien kann dieser

Forderung nicht gerecht werden.
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Es ist weiter bekannt, für die Luftschallabsorption offenzellige Polyurethanschaumstoffe einzusetzen. Da solche Schäume wie ein Schwamm leicht Schmutz und Feuchtigkeit aufnehmen, ist es in der Regel erforderlich, auf den Absorberschaum eine Deckfolie aufzubringen, was zu einer deutlichen Verschlechterung der akustischen Eigenschaften führt.

Schließlich ist es bekannt, die Schalldämmung durch den

Doppelwandeffekt zu verbessern. Dabei wird auf die zu dämmende Wand (z.B. das Karosserieblech eines Kraftfahrzeugs) im Abstand von etwa 1o bis 3o mm eine biegeweiche Kunststoffschicht (Masse) angeordnet. Der Raum zwischen Blech und Kunststoffschicht wird mit einem

weichen Polyurethanschaumstoff ausgefüllt (Feder). Solche

Masse/Feder-Systeme führen in vorteilhafter Weise zu einer verbesserten Schalldämmung bei höheren Frequenzen, leiden aber unter dem Nachteil/ daß im Bereich niedrigerer Frequenzen Resonanzeinbrüche stattfinden.

Eine erhebliche Verbesserung der Schalldämmung konnte dadurch erreicht werden, daß beispielsweise ein offenporiger Polyurethanschaumstoff mit einer viskoelastischen Masse getränkt wird, wobei es darüber hinaus möglich ist, Art und/oder Menge der Tränkung entsprechend den jeweiligen akustischen Anforderungen zu variieren, vergl. DE-PS 27 56 622. Die Herstellung solcher Materialien erfordert jedoch einen nicht unbeträchtlichen Aufwand.

Gegenüber diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Polyurethanweichschaumstoff zu entwickeln, der sich in einfacher Weise zu Formteilen, ggf. auch als Hinterschäumung im Verbund mit anderen Materialien, verarbeiten läßt und sowohl zu einer Verbesserung der Luftschallabsorption als auch bei Verwendung als Feder in Masse/Federsystemen zu einer Erhöhung der Luftschalldämmung im Bereich der Resonanzfrequenzen führt. Das Schaumstoffmaterial soll darüber hinaus bei Anwendung mit oder ohne Septum eine Verbesserung der Körperschalldämpfung bringen.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß sich diese Ziele dadurch verwirklichen lassen, daß man einen Polyurethanweichschaumstoff herstellt, der in dem für die Praxis wesentlichen Temperaturbereich von -2o bis +80 C viskoelastische Eigenschaften aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Polyurethanweichschaumstoff für Schallschutzzwecke, der im wesentlichen füllstofffrei ist und bei einer Dichte von

weniger als 9o kg/m sowie einem Ε-Modul von weniger als 1o N/m einen Verlustfaktor von mindestens o,3 und im Temperaturbereich von -2o bis +80 C viskoelastische Eigenschaften besitzt.

Der erfindungsgemäße Schaumstoff zeichnet sich somit durch ein sehr geringes Raumgewicht und einen sehr niedrigen E-Modul aus, wobei letzterer vorzugsweise unterhalb von

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5 χ 1o N/m liegt= Der akustische Verlustfaktor beträgt mindestens o,3, vorzugsweise aber o,5 und darüber. Das Material zeigt darüberhinaus gute Wäremformstabilität: nach 7o% Verformung bei 80⁰C während 22 Stunden beträgt die bleibende Verformung weniger als 5%.

^₅ Zur Herstellung und Verarbeitung des erfindungsgemäßen Polyurethanweichschaumstoffes geht man so vor, daß man ein Isocyanat mit einem Polyolgemischumsetzt, in welchem mindestens eine Komponente eine OH-Zahl von mehr als I80 aufweist, und daß man mittels des RIM-Verfahrens

2Q (Reaction Injection Moulding) aus dem viskoleastischen Polyurethan Schaumstofformteile, ggf. im Verbund mit anderen Materialien, herstellt. Dabei liegen die erforderlichen Formstandzeiten bei weniger als 3 Min., so daß eine wirtschaftliche Fertigung hoher Stückzahlen möglich ist»

Als Polyole sind insbesondere Polyethertriole auf Basis Propylenoxid geeignet. Als Polyol-Komponenten mit einer OH-Zahl im Bereich von I80 bis 4oo kommen

3Q aber auch lineare und verzweigte Polyesterpolyole, lineare und verzweigte Produkte der ringöffnenden Polymerisation von Tetrahydrofuran und Polyethylenglykole in Betracht. Vorzugsweise soll die OH-Zahl des Polyols nicht mehr als 35o betragen, also zwischen 180 und 35o liegen. Der Anteil der Polyolkomponente

mit einer OH-Zahl von 18o bis 4oo und vorzugsweise 18o bis 35o im Polyolgemisch (1. Komponente) beträgt mindestens 15, vorzugsweise aber 25 bis 5o Gew.%.

Als Isocyanate können sowohl aliphatische als auch aromatische Isocyanate Verwendung finden. Bevorzugt sind in erster Linie rohes Diphenylmethandiisocyanat, die Isomeren Tolylendiisocyanate, ggf. Gemische aus beiden, sowie MDI-Prepolymere niedrigen Molekulargewichts (NCO-Gehalt zwischen 2o und 28%).

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Polyurethanweichschaumstoffes mit den oben angegebenen Eigenschaften erfolgt nach den üblichen, dem Stand der Technik ent-

. c sprechenden Regeln für Kaltformschäume (siehe z.B.

George Woods "Flexible Polyurethane Foams", Chemistry and Technology, 1982, insbesondere Seiten 47-71 und 158-18o). Dies geschieht in der Weise, daß man das Polyolgemisch einschließlich üblicher Bestandteile

2Q wie Treibmittel, Zellstabilisatoren, Katalysatoren, Pigmenten usw. (1. Komponente) mit Isocyanat (2. Komponente) umsetzt. Zu beachten ist lediglich, daß die NCO-Kennzahl bzw. der NCO-Index den Wert 1o5 nicht übersteigen soll.

Die Polyurethanweichschaumstoffe eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften ganz besonders zur Verwendung für Schallschutzzwecke. Das erfindungsgemäße Material bewährt sich für die Luftschallabsorption, da es ausreichend offenzellig ist. Die Zellöffnung findet bereits während der Herstellung statt, so daß eine Nachbearbeitung des Schaumstoffes nicht erforderlich ist. Die Luftschalldämmung mit Hilfe von Masse/Feder-Systemen ist bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumstoffes auch im Bereich niedriger Frequenzen (Resonanzfrequenzen) deutlich verbessert. Wegen

seiner viskoelastischen Eigenschaften trägt das Material bei Aufbringung auf Körperschall emitierende schwingende Bleche zur Dämpfung bei, wenn das Material mit oder ohne Septum eingesetzt wird.

Besonders deutlich sind die erfindungsgemäß erzielten Verbesserungen aus den beiliegenden Diagrammen ersichtlich, welche Meßkurven für konventionelle Schaumstoffe im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen (Zusammensetzung ^wi-^e i-ⁿ Beispiel 2) zeigen«

Das Diagramm 1 zeigt einen Vergleich zwischen einem konventionellen Schaumstoff (Terosorb 475o K) und dem erfindungsgemäßen viskoelastischen Schaumstoff hinsichtlich des Schallabsorptionsgrades, wobei sich eine deutliche Verbesserung über den für Personenkraftwagen wichtigen Frequenzbereich von 1oo-2ooo Hz ergibt.

Xn Diagramm 2 sind die Meßkurven für zwei Masse/Feder-Systeme einander gegenübergestellt, wobei als Feder einmal ein konventioneller hochelastischer Schaum und zum anderen ein viskoelastischer erfindungsgemäßer Schaumstoff (Zusammensetzung wie in Beispiel 1) eingesetzt wurde. Es ist deutlich, daß es das erfindungsgemäße Schaumstoffmaterial ermöglicht, den Einbruch im Bereich von etwa 3oo bis 7oo Hz weitgehend zu vermeiden, wie er bei dem System des Standes der Technik auftritt=

Die Meßkurven der Diagramme 1 und 2 wurden an Materialien erhalten, welche folgende Eigenschaften besaßen:

Diagramm 1	konventioneller	viskoelastischer	5o mm	5o mm
		Schaumstoff	45 kg/m³	45 kg/m³
	1o⁶N/m²	3 · 1o⁵N/m²
Schichtdicke	o,o8	o,32
Dichte	dünne Haut	geschlossene
Ε-Modul	30 g/m²	Haut
Verlustfaktor
Oberfläche

Diagramm 2

Schichtdicke Dichte E-Modul Verlustfaktor

konventioneller viskoelastischer Schaumstoff

2o mm
45 kg/m* 1o⁶N/m² o,o8

2o mm 45 kg/m 3 · o,32

1o⁵N/m²

Die Messungen erfolgten gemäß DIN 52215-63 und Apamat (Diagramm 2).

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung sollen die nachfolgenden Beispiele dienen, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Beispiel 1

Herstellung eines Polyurethanweichschaumstoff-Formteils.

Für das Polyurethan wurden folgende Komponenten eingesetzt:

Triol auf Basis Propylenoxid/Ethylenoxid 46,1 Molekulargewicht 6 5oo.

Triol auf Basis Propylenoxid/Ethylenoxid 15,ο Molekulargewicht 4ooo

Triol auf Basis Propylenoxid 26,5

Molekulargewicht 7oo

Wasser 2, ο

Zellstabilisator (Polyetherpolysiloxane) 1,o

Katalysator (Aminkatalysatoren) 1 ,5

Trichlorfluormethan 7,2

-IO Pigment o,7

Roh-MDI (31% WCO) · Index 1oo

Die Komponenten wurden dem Mischkopf einer RIM-Anlage zugeführt und in einer Form zu einem offenzelligen -15 Formteil verschäumt _o Die Entformung erfolgte nach 3 Min» Das so erhaltene Formteil eignete sich insbesondere zur Unterfütterung von Kraftfahrzeug-Bodenmatten»

Beispiel 2

Herstellung eines Bodenteppichs für Kraftfahrzeuge mit Hintserschäumung aus Polyurethanweichschaumstoff „

Der zwecks Erlangung einer ausreichenden Schaumdichtigkeit speziell ausgerüstete Teppich wurde, ggf. zusammen mit Schallisolationsfolien,, in die Schäumform eingelegt. Nach Aufbringen eines der üblichen Formtrennmittel wurde bei geschlossenem Formdeckel wie in Beispiel 1 das reaktionsfähige Gemisch in gerade ausreichender Menge in die Form eingegossen. 2,5 bis 3 Min. nach dem Einschuß konnte entformt werden.

Als Schaumformulierung eignete sich eine gegenüber Beispiel 1 leicht veränderte Zusammensetzung:

- 1ο -

Triol auf Basis Propylen/Ethylenoxid 41,1 Molekulargewicht 65oo

Triol auf Basis Propylenoxid/Ethylenoxid 16,ο

Triol auf Basis Propylenoxid 3o,5 Molekulargewicht 7oo

Wasser 2,ο

Zellstabilisator (Polyetherpolysiloxane) 1,o

Katalysator (Aminkatalysatoren) 1,5

Trichlorfluorraethan 7,2

Pigment o,7 MDI-Prepolymer (25% NCO) Index 1oo

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- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

Polyurethanweichschaumstoff für Schallschutzzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß der im wesentlichen füllstofffreie Schaumstoff eine Dichte von weniger

ο 6 2

als 9o kg/m , einen Ε-Modul von weniger als 1o N/m und einen Verlustfaktor von mindestens o,3 sowie im Temperaturbereich von -2o bis +80 C viskoelastische Eigenschaften aufweist.
2. Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung des Polyurethanweichschaumstoffes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Isocyanat mit einem Polyol umsetzt, in welchem mindestens eine Komponente eine OH-Zahl von I80 bis 4oo aufweist, und daß man mittels des RIM-Verfahrens aus dem viskoelastischen Polyurethan Weichschaumstoff-Formteile, gegebenenfalls im Verbund mit anderen

Materialien, herstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Formstandzeiten von weniger als 3 Min. arbeitet.
4. Verwendung des Polyurethanweichschaumstoffes gemäß Anspruch 1 für Schallschutzzwecke, insbesondere für die Luftschallabsorption und -dämmung sowie für die Körperschalldämpfung.
5. Verwendung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den Polyurethanweichschaumstoff als Stirnwand-oder Bodenteppichhinterschäumung in Kraftfahrzeugen einsetzt.