DE3313624C2 - Polyurethanweichschaumstoff sowie dessen Verwendung - Google Patents

Polyurethanweichschaumstoff sowie dessen Verwendung

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Abstract

Ein neuartiger Polyurethanweichschaumstoff für Schallschutzzwecke weist bei einer Dichte von weniger als 90 kg/m3 und einem E-Modul von weniger als 106 N/m2 einen Verlustfaktor von mindestens 0,3 und im Temperaturbereich von -20 bis +80°C viskoelastische Eigenschaften auf. Der Schaumstoff wird erhalten, indem man ein Isocyanat mit einem Polyol umsetzt, in welchem mindestens eine Komponente eine OH-Zahl von 180 bis 400 aufweist. Der Schaumstoff eignet sich besonders zur Luftschallabsorption und -dämmung sowie zur Körperschalldämpfung.

Description

15 Polyurethanweichschaumstoffe 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 Polyurethanweichschaumstoff mit einem Raumgewicht von 05 bis 1,25 kg/I bestehen, vgl. DE-AS 19 23 161 und DE-OS 28 35 329. Derartige Materialien besitzen einen relativ hohen Ε-Modul oder geringen Verlustfaktor und sind daher als Feder für Masse/Feder-Sy- || >υ sterne zu steif. Für Schallschutzsysteme in der Autoindustrie geht darüber hinaus der Trend zu leichteren jag Materialien, welche eine Gewichtseinsparung ermöglichen; das hohe Raumgewicht der über 60 Gew.-% schwe-
ß re Füllstoffe enthaltenden Materialien kann dieser Fc rderung nicht gerecht werden.
% Es ist weiter bekannt, für die Luftschallabsorption offenzellige Polyurethanweichschaumstoffe einzusetzen.
* Da solche Schäume wie ein Schwamm leicht Schmutz und Feuchtigkeit aufnehmen, ist es in der Regel erforder-
25 lieh, 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 der zu dämmenden Wand, z.B. dem Karosserieblech eines Kraftfahrzeugs, im Abstand von 10 bis 30mm eine biegeweiche Kunststoffschicht (Masse) angeordnet Der Raum zwischen Blech und Kunststoffschicht wird mit 30 einem weichen Polyurethanweichschaumstoff ausgefüllt (Feder). Solche Masse/Feder-Systeme führen in vorteilhafter Weise zu einer veioessert-on Schalldämmung bei höheren Frequenzen, leiden aber unter dem Nachteil, daß im Bereich niedrigerer V-'requenzen Resonanzeinbrüche stattfinden.
Eine erhebliche Verbesserung (Lr Schalldämmung konnte dadurch erreicht werden, daß beispielsweise ein _ offenporiger Polyurethanweichschaumstoff mit einer viskoelastischen Masse getränkt wird, wobei es darüber
"*" J5 hinaus möglich ist, Art und/oder Menge der Tränkung entsprechend den jeweiligen akustischen Anforderungen r* zu variieren, vgl. DE-PS 27 56 622. Die Herstellung solcher Materialien erfordert jedoch einen nicht unbeträcht-
?, liehen Aufwand.
1ι Gegenüber diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Polyurethanweich-
j| schaumstoff zu entwickeln, der sich in einfacher Weise zu Formteilen, gegebenenfalls auch als Hiiiterschäumung
If 40 im Verbund mit anderen Materialien, verarbeiten läßt und sowohl zu einer Verbesserung der Luftschaliabsorp- i} tion als auch bei Verwendung als Feder in Masse/Federsystemen zu einer Erhöhung der Luftschalldämmung im
M Bereich der Resonanzfrequenzen führt. Das Schaumstoffmaterial soll darüber hinaus bei Anwendung mit oder
f ι ohne Septum eine Verbesserung der Körperschalldämpfung bringen.
v j Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein Polyurethanweichschaumstoff für Schallschutzzwecke mit einer
ι 45 Dichte von weniger als 90 kg/m3, einem Ε-Modul von weniger als 106N/m2 und einem Verlustfaktor von
Ί mindestens 0,3 mit im Temperaturbereich von —20 bis +800C viskoelastischen Eigenschaften, der erhältlich ist
t durch Umsetzung eines Polyisocyanats oder eines Polyisocyanatprepolymeren mit einem Polyolgemisch, das aus
Polyethertriolen mit einem Molekulargewicht zwischen 4000 und 6500 und mindestens 15 Gew.-°/o, bezogen auf
/ das Polyolgemisch, eines Polyethertriols auf Propylenoxidbasis mit einer OH-Zahl von 180 bis 400 besteht, unter
50 Anwendung eines NCO-Index S 105.
Aus der US-PS 42 39 857 ist es zwar bekannt, elastomere Polyurethanweichschaumstoffe durch Umsetzung von organischen Polyisocyanaten mit Polyetherpolyolen in Gegenwart von Zinnkatalysatoren und Treibmitteln herzustellen, wobei ein Bestandteil der Polyolkomponente ein Ethylenoxid- oder Propylenoxidanlagerungsprodukt an Hydrochinon mit einer OH-Zahl von 392 bzw. 328 sein kann. Diese elastomeren Materialien weisen 55 jedoch in der Regel ein Raumgewicht von 320 bis 1120 kg/m3 und einen sehr hohen Ε-Modul in der Größenordnung von 108 N/m2 auf, d. h. sie besitzen keinerlei viskoelastische Eigenschaften.
Der erfindungsgemäße Schaumstoff zeichnet sich demgegenüber durch ein sehr geringes Raumgewicht und
einen sehr niedrigen Ε-Modul aus, wobei letzterer vorzugsweise unterhalb von 5 χ 105 N/m2 liegt. Der akusti-
Il sehe Verlustfaktor beträgt mindestens 0,3, vorzugsweise aber 0,5 und darüber. Das Material zeigt darüber hinaus
$1 60 gute Wärmeformstabilität: nach 70% Verformung bei 80° C, während 22 Stunden beträgt die bleibende Verfor-
»ij mung weniger als 5%.
fy» Zur Verarbeitung des erfindungsgemäßen Polyurethanweichschaumstoffs geht man vorzugsweise so vor, daß
ύ} man mittels des RIM-Verfahrens aus dem viskoelastischen Polyurethan Schaumstofformteile, gegebenenfalls im
fi} Verbund mit anderen Materialien, herstellt. Dabei liegen die erforderlichen Formstandzeiten bei weniger als
^ 65 3 Min., so daß eine wirtschaftliche Fertigung hoher Stückzahlen möglich ist.
'S Vorzugsweise soll die OH-Zahl des niedermolekularen Polyethertriols auf Propylenoxidbasis nicht mehr als
ή 350 betragen, also zwischen 180 und 350 liegen. Der Anteil des Polyethertriols mit einer OH-Zahl von 180 bis 400
(j und vorzugsweise von 180 bis 350 im Polyolgemisch beträgt mindestens 15, vorzugsweise aber 25 bis50Gcw.-"/n.
Als Polyisocyanate können sowohl aliphatische als auch aromatische Polyisocyanate Verwendung finden. Bevorzugt sind in erster Linie rohes Diphenylmethandiisocyanat (MDI), die isomeren Toluylendiisocyanate, gegebenenfalls Gemische aus beiden, sowie MDI-Prepolymere niedrigen Molekulargewichts (NCO-Gehalt zwischen 20 und 28%).
Die Herstellung des erfir.dungsgemäßen Polyurethanweichschaumstoffs mit den angegebenen Eigenschaften erfolgt nach den üblichen, dem Stand der Technik entsprechenden Regeln für Kaltformschäume (siehe z. B. George Woods, »Flexible Polyurethane Foams«, Chemistry and Technology, 1982, insbesondere Seiten 47-71 und 158— 18C). Dies geschieht in der Weise, daß man das Polyolgemisch einschließlich üblicher Bestandteile, wie Treibmittel, Zellstabilisatoren, Katalysatoren und Pigmenten (1. Komponente), mit Polyisocyanat (2. Komponente) umsetzt Zu beachten ist lediglich, daß der NCO-Index den Wert 105 nicht übersteigt ι ο
Die Polyurethanweichschaumsioffe 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 Schaumstoffs nicht erforderlich ist Die Luftschalldämmung mit Hilfe von Masse/Feder-Systemen ist bei Verwendung des erfindungsgemäßen Schaumstoffs auch im Bereich niedriger Frequenzen (Resonanzfrequenzen) deutlich verbessert Wegen seiner viskoelastischen Eigenschaften trägt das Material bei Aufbringung auf Körperschall emittierende schwingende Bleche zur Dämpfung bei, wenn das Material mit oder ohne Septum eingesetzt wird.
Besonders deutlich sind die erfmdungsgemäß erzielten Verbesserungen aus den Diagramme;· 1 und 2 ersichtlich, welche Meßkurven für konventionelle Schaumstoffe im Vergleich zu dem erfindungsgeinäiisr. (Zusammen-Setzung wie in Beispiel 2) zeigen.
Das Diagramm 1 zeigt einen Vergleich zwischen einem konventionellen Schaumstoff und dem erfindungsgemäßen viskoelastischen Schaumstoff hinsichtlich des Schallabsorptionsgrades, wobei sich eine deutliche Verbesserung über den für Personenkraftwagen wichtigen Frequenzbereich von 100 bis 2000 Hz ergibt
In 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 de.i Einbruch im Bereich von 300 bis 700 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
20 mm
45 kg/m3
3 ■ 105 N/m2 0,32
Die Messungen erfolgten gemäß DIN 52 215-63 und Apamat (Diagramm 2).
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die nachfolgenden Beispiele, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
Beispiel 1
Herstellung eines Pclyurethanweichschaumstoff-Formteils
Für das Polyurethan wurden folgende Komponenten eingesetzt:
Polyethertriul auf Basis Propylenoxid/Ethylenoxid,
Molekulargewicht 6500 46.1
Polyethertriol auf Basis Propylenoxid/Ethylenoxid,
Molekulargewicht 4000 15,0
Polyethertriol ai: f Basis Propylenoxid, Molekulargewicht 700 26,5
konventioneller viskoelastischer
Schaumstoff Schaumstoff
Schichtdicke 50 mm 50 mm
Dichte 45 kg/m3 45 kg/m3
E-Modul 106 N/m2 3 - 105 N/m2
Verlustfaktor 0,08 0,32
Oberfläche dünne Haut 30 g/m2 geschlossene Haui
Diagramm 2
konventioneller viskoelastischer
Schaumstoff Schaumstoff
Schichtdicke 20 mm
Dichte 45 kg/m3
E-Modul 106 N/m2
Verlustfaktor 0,08
Wasser 2.0
Zellstabilisator (Polyetherpolysiloxane) 1,0
Bis-(dimethylamino)-ethylether 0,15
Diaza-bicyclo(2^)-octan(33%igin Dipropylenglykol) 0,85
Triethylamin 0,5
Trichlorfluormethan 7,2
Pigment 0,7 Roh-MDI(31%NCO) Index 100
ίο Die Komponenten wurden dem Mischkopf einer RIM-Anlage zugeführt und in einer Form zu einem offcnzelligen Formteil verschäumt. 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 Hinterschäumung ans Po'yurethanweichschaufTistoff
Der zwecks Erlangung einer ausreichenden Schaumdichtigkeit speziell ausgerüstete Teppich wurde, gegebenenfalls 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 entformi werden. Als Schaumrezeptur eignete sich eine gegenüber Beispiel I leicht veränderte Zusammensetzung:
Polyethertriol auf Basis Propylen/Ethylenoxid.
Molekulargewicht 6500 41,1 Polyethertriol auf Basis Propylenoxid/Ethylenoxid.
Molekulargewicht 4000 16.0
Polyethertriol auf Basis Propylenoxid. Molekulargewicht 700 30,5
Wasser 2,0
Zellstabilisator (Polyetherpolysiloxane) 1,0
Bis-(dimethylamino)-ethylether 0,15
Diaza-bicyclo(2,2,2)-octan (33%ig in Dipropylenglykol) 0,85
Triethylamin 0,5
Trichlorfluormethan 7.2
Pigment 0,7 MDI-Prepolymer(25%NCO) Index 100
Beispiel 3
In einer Versuchsreihe wurde
— das Molekulargewicht der Polyethertriole variiert,
— die Mengen zwischen höhermolekularem Polyethertriol und dem Polyethertriol mit einer OH-Zahl zwisehen 180 und 400 variiert und
— die Art des Treibmittels variiert.
Die untersuchten Rezepturen sowie die an den erhaltenen Weichschaumstoffen gemessenen physikalischen Eigenschaften sicJ in der Tabelle 1 zusammengefaßt. Die Ergebnisse zeigen, daß in allen Fällen Weichschaumstoffe mit einer Dichte von weniger als 90 kg/mJ und einem deutlich unter 10b N/m2 liegenden Ε-Modul erhalten werden, wobei der Verlustfaktor mindestens OJ beträgt
Tabelle 1
Zusammensetzung a) b) c) d) e) f)
Polyethertriol auf Basis 75 — 50 30 —
Ethylenoxid/Propylenoxid;
MG 4000
Polyethertriol auf Basis Propylenoxid; MG 4000 10 — — — — —
Polyethertriol auf Basis — 85 — — 30 —
Ethylenoxid/Propylenoxid:
MC;65«)
Polyethertriol auf Basis Propylenoxid; MG 700: 15 10 50 70 70
OH-Zahl 230
Polyethertriol auf Basis Propylenoxid; MG 450; — 5 — — — —
OH-Zahl 370
Wasser 2,5 2,5 2,5 25 -
Tabelle 1 33 13 624 c) d) c) 0
Zusammensetzung a) b) 8
2,0
0,6
0,4
43		 8
2,0
0,8
0,4
50		 15
1,0
1,0
1,5
40		 2,0
0,6
0,4
45
Fiuortrichlormelhan
Zeiistabilisator
Diaza-bicyclo(2,2,2)-oclan(33%ig
in Dipropylenglykol)
Bis-(dimethylamino)-ethylether
Dibutylzinnmercaptid
Roh-MDI(NCO-lndexlOO)
ToluylendiisocyanatiNCO-lndex 100)		 8
1,0
1,0
52		 8
1,0
0,2
53
Rohdichte (kg/m3) 42 38 31 29 79 27
Elastizitätsmodul (N/m2) 1,3 χ 105 4,7 χ 104 9,7x10" 2,3XiO5 6,IxIO5 2,0 χ-
105 3
Verlustfaktor 0,54 0,30 0,31 0,60 0,84 0,34 ύ
Die Rohdichte wurde an frei geschäumten Proben bestimmt; die Messung von Elastizitätsmodul und Verlustfaktor erfolgte nach der Vibroinetermethode (DIN 53 426).
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Polyurethanweichschaumstoff für Schallschutzzwecke mit einer Dichte von weniger als 90 kg/m3, einem Ε-Modul von weniger als 106 N/m2 und einem Verlustfaktor von mindestens 03 mit im Temperaturbereich
5 von —20 bis +80"C viskoelastischen Eigenschaften, erhältlich durch Umsetzung eines Polyisocyanats oder
eines Polyisocyanatprepolymeren mit einem Polyolgemisch, das aus Polyethertriolen mit einem Moiekulargewicht zwischen 4000 und 6500 und mindestens 15 Gew.-%, bezogen auf das Polyolgemisch, eines P-jlyethertriols auf Propylenoxidbasis mit einer OH-Zahl von 180 bis 400 besteht, unter Anwendung eines NCO-IndexSl05.
ίο
2. Verwendung des Polyurethanweichschaumstoffs gemäß Anspruch 1 für Schallschutzzwecke.
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