DE3337526A1

DE3337526A1 - Vibrationsdaemfpungsmaterial auf polymer-basis mit schuppenfuellstoff

Info

Publication number: DE3337526A1
Application number: DE19833337526
Authority: DE
Inventors: Michiharu Matsuzaka Mishima; Yoshihiro Sendai Sugata; Kaoru Sendai Umeya
Original assignee: Central Glass Co Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd
Priority date: 1982-10-15
Filing date: 1983-10-14
Publication date: 1984-05-10
Also published as: JPH0150353B2; JPS5970559A; US4623586A; DE3337526C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Vibrationsdämpfungsmaterial zum Aufbringen auf die Oberflächen von vibrierenden Strukturen, wobei das Vibrationsdämpfungsmaterial einen in einer polymeren Matrix verteilten Schuppen-Füllstoff enthält.

Mit der Zunahme von Verkehr und Massentransport mit hoher Geschwindigkeit wurden die schädlichen Einflüsse von Vibrationen und Geräuschen in verschiedener Hinsicht ein ernsthaftes soziales Problem. In manchen Stadtgemeinschaften, in denen viele Leute in Mietwohnungen wohnen, bilden auch Haushaltsgeräusche und Schwingungen der benachbarten Wohnungen eine Bedrohung für die Gesundheit der dort Wohnenden. Es ist deshalb zur Zeit ein wichtiges und dringendes soziales Bedürfnis, die Vibrationen von Maschinen, Motoren, Aufbauten und dergl. und damit verbundene Geräusche zu reduzieren, um dadurch ein geruhsames und erholsames soziales Umfeld zu schaffen.

Eingehende Untersuchungen der Dämpfung mechanischer Vibrationen wurden bereits angestellt, und ebenso Untersuchungen von anderen Verfahren zur Herabsetzung oder Unterdrückung von Vibrationen, und es wurden bis heute verschiedene Vibrationsdämpfungsmaterialien entwickelt. Im allgemeinen sind diese Vibrationsdämpfungsmaterialien viskos-elastische Materialien, bei denen ein organisches polymeres Material als Hauptbestandteil verwendet wird, und in einigen Fällen sind zusammengesetzte Materialien auf der Grundlage von organischen polymeren Grundmaterialien in Verwendung. Zur einfachen Beschreibung kann gesagt werden, daß zum Abdämpfen von Vibrationen eines plattenartigen Gebildes ein Vibrationsdämpfungsmaterial in direkte Berührung mit einer Oberfläche der Platte gebracht wird, um eine Deckschicht ausreichender Stärke zu bilden. Wie bekannt, werden zwei grundsätzlich verschiedene Typen der Vibrationsdämpfung unter Benutzung von viskos-elastischen Deckschichten verwendet, und zwar solche vom Ausdehnungstyp (extensional type) und vom Zwangs-Schertyp (constrained shear type). Im Falle des Ausdehnungstyps wird die Außenfläche der Deckschicht aus dem viskoselastischen Dämpfungsmaterial unbedeckt gelassen, während

im Fall des Zwangs-Schertyps eine steife oder quasi«starre Deckschicht oder -platte über der Außenfläche der viskoselastischen Schicht angebracht wird.

Ein für die Ausdehnungsdämpfung benutztes Vibrationsdämpfungsmaterial soll einen großen Verlustmodul (loss modulus) besitzen, während ein bei der Zwangsscherdämpfung benutztes Vibrationsdämpfungsmaterial einen großen dynamischen Verlustfaktor (dynamic loss factor) besitzen soll. In jedem Fall ist es zusätzlich erwünscht, daß der Verlustmodul oder der dynamische Verlustfaktor über einem breiten Temperaturbereich und über einem breiten Frequenzbereich genügend groß sein soll. Bei den normalerweise für Vibrationsdämpfung eingesetzten polymeren Materialien ist es üblich, den Einfrierbereich (glass transition region) jedes polymeren Materials auszunutzen, da der Verlustmodul oder der dynamische Verlustfaktor in diesem Bereich am höchsten ist. Um ein polymeres Material mit einem relativ breiten Einfriertemperaturbereich zu erhalten, werden manchmal zwei oder mehr miteinander mischbare Polymerarten verwendet, oder es wird eine Vernetzungs-Copolymerisation (oder eine Synthese von einander durchdringenden polymeren Netzwerken) aus nicht miteinander mischbaren polymeren Materialien eingesetzt. Bei Vibrationsdämpfungsmaterialien, die in der Ausdehnungsdämpfung eingesetzt werden sollen, wird oft ein anorganischer Füllstoff mit pulverigem, körnigem, schuppenartigem oder faserartigem Aufbau dem als Matrixmaterial benutzten organischen Polymer hinzugefügt, um ein zusammengesetztes Material zu erhalten, das einen relativ großen Verlustmodul zeigt.

Dennoch sind die bisher üblichen Vibrationsdämpfungsmaterialien in gewisser Hinsicht immer noch unzufriedenstellend oder mangelhaft. Bei den üblichen Dämpfungsmaterialien, bei denen nur ein organisches Polymer eingesetzt wird, sei es nun ein einziges Polymer oder eine Vielzahl von polymeren Materialien, nimmt der Verlustmodul oder der dynamische Verlustfaktor jedes Dämpfungsmaterials in großem Ausmaß und scharf in einem Temperaturbereich über der Einfriertemperatur oder in einem niedrigen Frequenzbereich ab. Bei den üb-

lichen Dämpfungsmaterialien, die einen anorganischen Füllstoff enthalten und bei der Ausdehnungs-Vibrationsdämpfung eingesetzt werden, ist die tatsächliche Auswirkung des Füllstoffes nicht so groß wie erwartet. Daneben wird eine Zunahme des Verlustmoduls infolge des Zusetzens eines anorganischen Füllstoffes zu einem organischen polymeren Material von einer gleichzeitigen Abnahme des dynamischen Verlustfaktors begleitet, so daß Dämpfungsmaterialien der zusammengesetzten Art wenig Auswirkung oder wenig Sinn zum Einsatz bei der Vibrationsdämpfung der Zwangs-Scherart aufweisen. Vom industriellen Standpunkt aus wird die Flexibilität in der Versorgung von zusammengesetzten Dämpfungsmaterialien durch derartige Beschränkungen der Einsatzart sehr verschlechtert.

Es ist damit ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Vibrationsdämpfungsmaterial zu schaffen, das aus einem organischen polymeren Grundmaterial und einem Füllstoff besteht, und trotzdem für die Vibrationsdämpfung sowohl bei Ausdehnungsdämpfung als auch bei Zwangsscherdämpfung gleich gut einsetzbar ist, und weiter einen höheren Verlustmodul aufweist beim Einsatz zur Ausdehnungsdämpfung und einen höheren dynamischen Verlustfaktor bei der Verwendung bei Zwangs-Scherdämpfung, als es bei üblichen Dämpfungsmaterialien der Fall ist, und die diese Eigenschaften dazu über einem breiteren Temperaturbereich und auch breiteren Frequenzbereichen zeigt.

Ein erfindungsgemäßes Vibrationsdämpfungsmaterial ist ein zusammengesetztes Material, das ein organisches Polymer als Matrix des zusammengesetzten Materials enthält sowie einen in der polymeren Matrix fein verteilten oder dispergierten Schuppen-Füllstoff. Dieses zusammengesetzte Material wird in erster Linie dadurch charakterisiert, daß die Ausrichtung der Schuppen des Füllstoffes so kontrolliert wird. daß die Hauptflächen der einzelnen Schuppen sich in einem Winkel von 0° + 30 zu einer vorbestimmten Ebene ausrichten, die eine Masse des Vxbrationsdampfungsmaterials durchschneidet.

Die Ausrichtung der erwähnten vorbestimmten Ebene hängt davon ab, ob das Vibrationsdämpfungsmaterial als Dehnungsdämpfungs- oder als Zwangs-Scher-Dämpfungsmaterial benutzt wird. Bei der Ausdehnungs-Vibrationsdämpfung liegt die vorbestimmte Ebene parallel zu der in dem zusammengesetzten System vorhandenen Neutralebene, die in dem zusammengesetzten System mit einer Schicht des Vibrationsdämpfungsmaterials existiert, wenn das System Biege-Schwingungen unterworfen wird. In der Zeichnung zeigt Fig. 3 einen Balken eines Vibrationssystems mit einer Dämpfungsschicht. Wenn der Balken einer Biegebelastung unterworfen wird, wird ein Vibrationsbiegemoment erzeugt, das durch die Pfeile F dargestellt ist, so daß eine Zugspannung S,_ in einer allgemein zur Hauptfläche des Balkens parallelen Sichtung in einem /aes Balkens erzeugt wird, während eine Druckspannung S_r in umgekehrter Richtung in dem verbleibenden Bereich des Balkens erzeugt wird. In einer Ebene P ,der Grenzfläche zwischen den beiden Bereichen des Balkens, werden die Zugspannungen S und die Druckspannungen S_r gleich Null. Diese Ebene P„ wird als neutrale Ebene bezeichnet. Die neutrale Ebene P liegt normalerweise parallel zur Hauptfläche des Balkens und in der Nähe der Mitte ihrer Stärke, falls der Balken homogen ist.

In Fig. 1 der Zeichnung ist die Vibrationsdämpfung des Dehnungstyps dargestellt unter Verwendung einer Schicht 2OA aus einem erfindungsgemäßen Dämpfungsmaterial. Die Schicht 2OA wird aus einer polymeren Matrix 22 gebildet, die Schuppen 24 als Füllstoff enthält. Ein Substrat 10 stellt den Aufbau oder die Struktur dar, deren Vibration zu dämpfen ist. In diesem Fall liegt die erwähnte vorbestimmte Ebene parallel zur Hauptfläche der Schicht 2OA, so daß die Hauptflächen der einzelnen Schuppen 24 sich in einem Winkel von 0 + 30° zur Hauptfläche der Schicht 2OA erstrecken. Wenn das zusammengesetzte System aus dem Substrat 10 und der Dämpfungsschicht 2OA sich in einer Biegevibration befindet, liegt die neutrale Ebene entweder im Substrat 10 oder in der Dämpfungsschicht 2OA. In diesem Fall ist es von großer Wichtigkeit zur Erzielung von großen Verlustmodulwerten über weiten Temperatur- und Frequenzbereichen, daß die Abweichungen der Ausrichtung der einzelnen

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Schuppen 24 von dem Winkel 0° innerhalb einer Toleranz von + liegen. Falls dies nicht der Fall ist, wird der Verlustmodul des Vibrationsdämpfungsmaterials 2OA im gesamten Temperaturbereich und in jedem Frequenzbereich kleiner, und insbesondere bei Temperaturen über dem Einfrierbereich oder in einem niedrigfrequenten Bereich, so daß die Auswirkung der Füllstoffschuppen 24 auf die Vibrationsdämpfung sehr gering wird. Dazu wird dann, wenn die Ausrichtung der Schuppen 24 nicht in dem genannten Bereich liegt, der Verlustmodul des Vibrationsdämpfungsmaterials möglicherweise geringer als der des polymeren Materials der Matrix 22 in einem gewissen Temperaturbereich unterhalb der Einfriertemperatur oder in einem hohen Frequenzbereich. Bevorzugterweise liegen die Abweichungen der Ausrichtung der einzelnen Schuppen 24 von dem Bezugswinkel von 0° innerhalb von +15°.

Fig. 2 stellt eine Zwangs-Scher-Vibrationsdämpfung dar anhand einer Schicht 2OB aus einem erfindungsgemäßen Dämpfungsmaterial, die zwischen einer Zwangs-Deckschicht 30 und einem Substrat 10 liegt. In diesem Fall steht die erwähnte vorbestimmte Ebene senkrecht auf den Hauptoberflächen der Schicht 2OB, so daß die Hauptflächen jeder Schuppe 20 sich in einem Winkelbereich von 90° + 30° zu den Hauptflächen der Schicht 2OB und damit zu einer neutralen Ebene des dargestellten Dreischichtensystems befinden sollen. In diesem Fall ist es von höchster Wichtigkeit zur Schaffung von verbesserten Werten des dynamischen Verlustfaktors, daß die Abweichung der Ausrichtung der einzelnen Schuppen 24 von dem Bezugswinkel innerhalb der Toleranz von +30° liegt. Wenn das nicht der Fall ist, nimmt der dynamische Verlustfaktor bei Temperaturen unter dem Einfrierbereich oder im Hochfrequenzbereich ab, und es wird unmöglich, die Vorteile, die ein Schuppenfüllstoff bezüglich des dynamischen Verlustfaktors bei dem Vibrationsdämpfungsmaterial bringt, vollständig zu erhalten. Diese Auswirkung wird später anhand eines Ausführungsbeispiels gezeigt. Auch in diesem Fall soll bevorzugterweise die Abweichung der Ausrichtung der einzelnen Schuppen von dem Bezugswinkel von 0°

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(oder 90° zur neutralen Ebene) innerhalb eines Bereichs von + liegen.

Als überraschender Vorteil der vorliegenden Erfindung ergibt sich, daß nicht nur der Verlustmodul, sondern auch der dynamische Verlustfaktor durch Zugabe eines Füllstoffes zu einem organischen Polymer erhöht wird. Wie bereits erwähnt, wurde es bisher als unmöglich betrachtet^ die Wirksamkeit bei der

Zwangs-Scherdämpfung durch Verwendung eines auf polymerem Basismaterial beruhenden zusammengesetzten Materials mit einem anorganischen Füllstoff zu verbessern. Dazu besitzt ein erfindungsgemäßes Dämpfungsmaterial auch einen höheren Verlustmodul als übliches Vibrationsdämpfungsmaterial des zusammengesetzten Typs in jedem Temperatur- oder Frequenzbereich. Als zusätzlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich, daß das neue Vibrationsdämpfungsmaterial, wenn es als ein großer Block gebildet wird, entweder zu Schichten geschnitten werden kann, die zur Ausdehnungs-Vibrationsdämpfung verwendet werden oder zu Schichten mit anderer Ausrichtung zur Verwendung bei der Zwangs-Scherdämpfung.

Ein erfindungsgemäßes Vibrationsdämpfungsmaterial ist wirksam bei verschiedenen Maschinen, Fahrzeugen, Gebäuden, Brücken, Rohren, Leitungen und anderen Strukturen einsetzbar. Die Materialien der Oberflächen, mit denen das Vibrationsdämpfungsmaterial in Berührung gebracht wird, können beispielsweise Metall, Beton, Holz, Keramik oder glasfaserverstärkte Kunststoffe sein.

Das erfindungsgemäße Material ist, wie bereits ausgeführt, in seinem Vibrationsdampfungsverhalten gegenüber bekannten Materialien überlegen und ergibt so eine große Verbesserung der Geräuschherabsetzung bei verschiedenen Einsatzgebieten. Es ist daneben durch Anwendung dieses Dämpfungsmaterials möglich, den Ermüdungsbruch bei Metallbauteilen durch Vibrationsermüdung zu verhindern. Demgemäß ergeben sich besondere Anwendungen für dieses Vibrationsdämpfungsmaterial beim Zellenbau von Fluggeräten oder bei Raketengehäusen als Dämpfungsschich't bei einem Sandwichaufbau.

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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in dieser zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausdehnungs-Vibrationsdämpfungssystems unter Benutzung eines erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungsmaterials,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Zwangs-Scher-Vibrationsdämpfungssystems unter Benutzung eines erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungsmaterials,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Biegeschwingungen ausführenden Modellsystems mit Darstellung einer neutralen Ebene im Vibrationssystem,

Fig. 4 eine schematische perspektivische Darstellung einer Schicht aus einem zusammengesetzten Material als Zwischenform eines Vibrationsdämpfungsmaterials entsprechend der Erfindung,

eine schematische perspektivische Darstellung eines Blockes, der durch Aufeinanderschichten und Zusammen pressen einer Anzahl von Schichten nach Fig. 4 gebildet ist,

Fig. 6(A) eine schematische und perspektivische Darstellung einer aus dem Block nach Fig. 5 ausgeschnittenen Schicht, die als erfindungsgemäßes Vibrationsdämpf ungsmaterial für Dehnungsdämpfung dient,

Fig.6(B) eine schematische und perspektivische Darstellung einer anderen aus dem Block nach Fig. 5 ausgeschnittenen Schicht zur Verwendung als erfindungsgemäßes Vibrationsdämpfungsmaterial für Zwangs-Scher Dämpfung,

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Fig. 7 eine graphische DArstellung der Temperaturabhängigkeit des Verlustmoduls eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungsmaterials zur Verwendung bei der Dehnungsdämpfung, im Vergleich mit anderen Vibrationsdämpfungsmaterialproben,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Frequenzabhängigkeit des Verlustmoduls der gleichen Materialien wie in Fig. 7,

Fig. 9 eine graphische Darstellung der Temperaturabhängigkeit des dynamischen Verlustfaktors eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungsmaterials im Vergleich zu anderen Vibrationsdämpfungsmaterialien, und

Fig. 10 eine graphische Darstellung der Frequenzabhängigkeit des dynamischen Verlustfaktors der gleichen Materialien wie in Fig. 9.

Für· die polymere Matrix eines erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungsmaterials kann ziemlich frei aus den weithin verwendeten verschiedenen polymeren Materialien ausgewählt werden einschließlich Gummiarten, Elastomeren, thermoplastischen Harzen und warmaushärtenden Harzen. Beispielsweise kann Butylkautschuk, Chloroprenkautschuk, Butadienkautschuk, Nitrilkautschuk, Isoprenkautschuk, Urethankautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk und Styrol-Butadien-Kautschuk neben Naturkautschuk als synthetischer Kautschuk verwendet werden. Außer diesen Kautschukarten kann ein geeignetes Elastomer auch aus den Elastomeren auf Polystyrolbasis, Polyolefinbasis, Polyurethanbasis und Polyesterbasis beispielsweise ausgewählt werden. Ebenfalls können thermoplastische Harze wie Polyamid (Nylon), Polycarbonate, Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polymethyl-methacrylat und Polyurethan als typische Beispiele benannt werden, und es kann auch Asphalt eingesetzt werden. Beispiele von verwendbaren Duroplast-Harzen oder warmaushärtenden Harzen sind beispielsweise Epoxid-Harz, Polyesterharz, Melaminharz, Phenolharz,

Polyethylenharz und Diallylphthalatharz.

Wahlweise kann eine einzige Art von polymerein Material für die polymere Matrix Verwendung finden, es können aber auch eine Mischung aus zwei oder mehreren polymeren Materialien verwendet werden, um eine aus mehreren Bestandteilen bestehende polymere Matrix zu erzeugen. In jedem Fall können auch wahlweise ein allgemein benutztes Additiv oder
mehrere Additive, z.B. Weichmacher, Zusätze zur Verbesserung der Klebeeigenschaften und/oder Farbstoffe in das
ausgewählte polymere Material eingemischt werden.

Verschiedene Arten von anorganischen Schuppenstoffen, die
zur Zeit im Handel erhältlich sind, können als Schuppenfüllstoff bei dem erfindungsgemäßen zusammengesetzten
Material Verwendung finden. Typische Beispiele sind Glasschuppen, Aluminiumschuppen, Schuppen aus Edelstahl, Ferritschuppen, z.B. aus Bariumferrit, Schuppen aus Montmorillonit, aus Natur- oder Synthetik-Glimmer, aus Graphit, aus Molybdändisulf id, aus Kohlenstofffluorid, Ton bzw. Lehm (clay) und Talkum» Im Hinblick auf die Festigung der

Adhäsion des polymeren Matrixmaterials mit den als Füllstoff verwendeten Schuppen können in manchen Fällen die Schuppen vorher einer Oberflächenbehandlung mit z.B. einem Haftvermittler (coupling agent) unterworfen werden. Es ist auch
möglich, mit einem organischen Polymer beschichtete anorganische Schuppen zu verwenden.

Einige der vorstehend genannten Schuppen-Füllstoffmaterialien, beispielsweise Montmorillonit und der sogenannte, zu den synthetischen Fluorglimmern gehörende tetra-silizierte Glimmer, erfahren in bestimmten Flüssigkeiten eine Volumenzunahme. Es ist aus diesem Grunde möglich, einen "AlSi-FiIm" genannten anorganischen Film zu erhalten, wenn man solche
Schuppen in einem polaren Lösungsmittel einweicht und auf-

treiben läßt, so daß sich ein Sol ergibt, das Sol auf eine ebene Platte durch ein Fließbeschichtungsverfahren aufbringt und die sich so ergebende Filmschicht trocknen läßt. Dieser anorganische Film kann erfindungsgemäß als Schuppenfüllstoff entweder in Form der Schicht selbst oder in angemessen zerstoßener Form verwendet werden. Bei Schuppenfüllstoffmaterialien mit einer Schichtgitterstruktur, beispielsweise bei Montmorillonit, Glimmer und Graphit, ist es zulässig, daß unterschiedliche Arten von Molekülen, Atomen oder Ionen zwischen den Kristallschichten des Schuppenmaterials eingeschlossen sind.

Es ist auch möglich, einen organischen Schuppenfüllstoff zu verwenden, solange der Elastizitätsmodul des organischen Füllstoffmaterials größer als der des als Matrixmaterial verwendeten Polymers ist. Beispielsweise können Schuppen aus verschiedenen synthetischen Harzen wie Polyester, Polyamid, Polyamid, Polycarbonat, Polyethylen, Polypropylen und Acrylharzen verwendet werden. Es sind jedoch gegenwärtig für diese Zwecke geeignete Schuppen aus derartigen Harzen kaum handelsüblich. Außerdem besteht die Möglichkeit, natürliche organische Schuppenfüllstoffmaterialien zu verwenden, beispielsweise Reiskleie, wenn diese in geeigneter Weise gemahlen oder zerstoßen ist.

Die Kombination eines polymeren Matrixmaterials mit einem Schuppenfüllstoff kann unter Beachtung der verschiedenen Faktoren wie des Vibrationsdämpfungsverhaltens und anderer für das zusammengesetzte Material wesentlicher Eigenschaften und Umgebungsbedingungen ausgewählt werden, die für das Vibrationsdämpfungssystem bei seinem Einsatz bedeutsam sind. Nötigenfalls ist es auch zulässig, einen anorganischen körnigen oder faserförmigen Füllstoff zusammen mit einem Schuppenfüllstoff zu verwenden.

Mit dem Ausdruck "Schuppe" soll bei der vorliegenden Beschreibung der normale Sinn dieses Wortes gemeint sein.

D.h. es gibt keine strenge Begrenzung der Form und Größe der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Schuppen. Die Form der Schuppen kann allgemein kreisförmig oder allgemein polygonal sein, und beispielsweise kann der Durchmesser (oder eine äquivalente Abmessung wie die durchschnittliche Diagonale bei polygonalen Schuppen) der Schuppen zwischen etwa 1 um und 10 mm und die Stärke zwischen 20 nm und 1 mm liegen. Normalerweise werden Schuppen verwendet mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 20 bis 1000 um und einer Stärke von 1 bis 100 um.

Vorzugsweise sollte das Formverhältnis (das Verhältnis von Durchmesser (oder Äquivalent) zur Stärke) der Schuppen mindestens 10 und vorzugsweise größer als 25 sein. Schuppen mit einem kleineren Formverhältnis als 10 besitzen eine relativ geringe Verstärkungswirkung, und mit solchen Schuppen hergestellte Vibrationsdämpfungsmaterialien ergeben eine relativ geringe Erhöhung des Verlustmoduls, wenn sie bei Ausdehnungsdämpfung eingesetzt werden, und eine relativ geringe Erhöhung des dynamischen Verlustfaktors, wenn sie bei der Zwangs-Scherdämpfung eingesetzt werden. Außerdem sind Schuppen mit einem derartig geringen Formverhältnis nur schwer gleichmäßig in der polymeren Matrix zu verteilen, da sie zum Verklumpen neigen, und es erweist sich darüber hinaus als schwierig, die Ausrichtung der Schuppen, wie sie in der Beschreibung dargelegt wird, zu kontrollieren.

Es ist auch wünschenswert, den Gehalt an anorganischem Schuppenfüllstoff in dem zusammengesetzten Material erfindungsgemäß zwischen 3 und 60 Vol.-% zu halten, und vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 50 Vol.-%. Wenn der Anteil des Schuppenfüllstoffes geringer als 3 Vol.-% ist, wird wiederum die Verstärkungswirkung des Füllstoffes gering bleiben, und die Erhöhung des Verlustmoduls bzw. des dynamischen Verlustfaktors des zusammengesetzten Materials bleibt relativ klein. Andererseits führt eine Erhöhung des Füllstoffanteils über 60 Vol.-% hinaus leicht zu einem bedeutenden Anstieg des

Leerraumvolumens in dem zusammengesetzten Material und es überdeckt sich auch ein beträchtlicher Anteil der einzelnen Schuppen_r wobei nur wenig polymeres Matrixmaterial zwischen den benachbarten Schuppen eindringt, und infolge dieser Fehler verschlechtern sich die Eigenschaften des zusammengesetzten Materials bezüglich ihrer Vibrationsdämpfungseigenschaften und der mechanischen Festigkeit, so daß diese Verschlechterungen beim Einsatz nicht mehr außer Acht gelassen werden können. Ein praktikabler maximaler Anteilswert eines anorganischen Schuppenfüllstoffes hängt etwas von dem Material und dem Durchmesser der Schuppen ab. Bei Verwendung von Glasschuppen kann beispielsweise der Füllstoffanteil bis zu etwa 50 Vol.-% betragen, wenn der Durchmesser der Schuppen bei 45-90 um liegt, und bis zu 55 Vol.-%, wenn der Durchmesser bei 250-300 um liegt. Die Beschichtung von anorganischen Schuppen mit einem organischen Polymer verbessert die Mischbarkeit der Schuppen mit dem polymeren Matrixmaterial. Deshalb kann bei Verwendung von beschichteten Schuppen der praktikable Bereich des Schuppenanteils in dem zusammengesetzten Material auf 3-90 Vol.-% erweitert werden (wobei das Volumen des anorganischen Schuppenmaterials selbst in Betracht gezogen wird), ohne daß sich Schwierigkeiten bei der Kontrolle der Ausrichtung der Schuppen ergeben, insoweit das Formverhältnis der Schuppen mindestens 10 beträgt, und in diesem Fall liegt der bevorzugte Schuppenanteil in dem Bereich von etwa 15 bis etwa 85 Vol.-%.

Bei einem erfindungsgemäßen zusammengesetzten Material erweist es sich als günstig, daß die typischerweise durch thermische Beanspruchung auftretenden inneren Spannungen an der Grenzfläche zwischen dem polymeren Matrixmaterial und den als Füllstoff beigefügten einzelnen Schuppen verbleiben. Bei der Anwesenheit derartiger innerer Spannungen bleibt die Molekülkette des Polymers an der Grenzfläche in gestrecktem Zustand und ergibt so einen Strukturunter-

schied zu dem übrigen Polymer. Die in Spannung versetzten oder gebundenen Polymer-Moleküle an der Grenzfläche ergeben eine ungleiche Struktur in Richtung parallel zu den Hauptflächen der ausgerichteten Schuppen gegenüber der Richtung senkrecht auf die Schuppenflächen. Aus diesem Grund ergibt die Aufrechterhaltung der erzeugten inneren Spannungen eine günstige Auswirkung auf das Vibrationsdämpfungsverhalten des zusammengesetzten Materials. Da die Formung des zusammengesetzten Materials normalerweise bei erhöhter Temperatur ausgeführt wird, ist es möglich, die an den Grenzflächen entstehenden erwähnten thermischen Spannungen dadurch beizubehalten, daß das heißgeformte zusammengesetzte Material rasch abgekühlt wird.

Ein bevorzugtes Verfahren zur Erzeugung eines zusammengesetzten Materials oder Vibrationsdämpfungsmaterials der erfindungsgemäßen Art in Form entweder einer Schicht oder eines Blockes mit erfolgreicher Kontrolle der Ausrichtung der Schuppen besteht in einem zweistufigen Formungsverfahren, bei dem die erste Stufe aus der Ausbildung eines Filmes' eines zusammengesetzten Materials besteht, welches im wesentlichen ein polymeres Matrixmaterial und einen Schuppenfüllstoff enthält, und die zweite Stufe darin besteht, daß eine Anzahl in der ersten Stufe erzeugter Filme schichtweise aufeinandergelegt und integriert werden, um entweder eine Schicht geeigneter Stärke oder einen Block zu bilden.

In der ersten Stufe können die Schuppen so ausgerichtet werden, daß die Hauptflächen jeder Schuppe parallel zu den Hauptflächen des Filmes des zusammengesetzten Materials liegen, und zwar dadurch, daß die Stärke des Filmes gleich oder geringer als der Durchmesser (oder eine äquivalente Abmessung bei nichtkreisförmigen Schuppen) der Schuppen ist. Ein zusammengesetztes Material zur Ausbildung eines solchen Filmes wird üblicherweise so vorbereitet, daß eine Mischung aus einem als Matrixmaterial verwendeten polymeren Material

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und einem ausgewählten Schuppenfüllstoff bei einer genügend erhöhten Temperatur durchgearbeitet oder geknetet wird. Das geknetete Gemisch kann zu einer Schicht oder einem Film unter Benutzung eines üblichen Formyerfahrens für Polymere wie Extrudieren, Druckformen, Einspritzformen, Kalandern geformt werden oder durch eine Lösungsmittelbehandlung wie Fließbeschichten oder durch eine Kombination zweier solcher Verfahren, wie der Kombination aus Fließbeschichten als erstem Schritt und Druckformen als zweitem Schritt. Während des Ausbildungsvorganges für die Schicht oder den Film können die Schuppen verschieden stark brechen, je nach der Art und dem Zustand des polymeren Matrixmaterials und auch je nach der Art des Formverfahrens. Es ist dementsprechend wichtig, ein im Hinblick auf die Viskosität des gekneteten oder durchgearbeiteten Gemisches geeignetes' Formverfahren auszuwählen, wobei auch der gewünschte Schuppendurchmesser in dem Produkt usw. in Betracht gezogen werden soll. Fig. 4 zeigt einen Film 50 des zusammengesetzten Materials, der aus einer polymeren Matrix 22 und als Füllstoff benutzten Schuppen besteht und in der beschriebenen Weise ausgebildet wurde.

Als zweite Stufe werden eine Anzahl derartiger Filme oder Schichten 50 aufeinandergelegt und zu einer angemessen dicken Schicht oder einem Block 60 gemäß Fig. 5 vereinigt. Dabei sind verschiedene Verfahren zum Aufeinanderlegen und Vereinigen der Filme 50 nutzbar. Wenn beispielsweise ein warmaushärtendes Harz oder ein Duroplast als polymeres Matrixmaterial benutzt wird und die Filme oder Schichten 50 aus dem Materialgemisch in ausgehärtetem Zustand vorhanden sind, kann die Vereinigung durch Benutzung eines Klebstoffes erfolgen. Wenn ein thermoplastisches Polymer als Matrixmaterial verwendet wird, können die bereits verfestigten Schichten 50 durch Heißpressen vereinigt werden, oder in manchen Fällen auch durch Benutzung eines entsprechenden organischen Lösungsmittels, das die Filmoberflächen anlöst und den Einzelschichten 50 eine Klebeeigenschaft verleiht.

Es ist zu verstehen, daß während des Vereinigungsvorgangs der Filme oder Schichten 50 zu dem Block 60 die Ausrichtung

der Schuppen 24 in dem Materialgemisch sich nicht ändert. D.h., die Hauptflächen der Schuppen 24 in dem Block 60 liegen wiederum parallel zur oberen (oder unteren) Fläche des Blockes 60. Wie in Fig. 6(Ä) dargestellt, kann eine zur Dehnungsvibrationsdämpfung geeignete dicke Schicht 2OA des Materialgemisches entsprechend Fig. 1 aus dem Block 60 in Fig.5 parallel zu den oberen und unteren Flächen des Blockes 60 ausgeschnitten werden. Wenn der Block 60 eine relativ geringe Stärke besitzt, kann der gesamte Block 60 als Vibrationsdämpfungsmaterialschicht für die Dehnungsdämpfung Verwendung finden. Wie anhand der Fig.6(B) gezeigt, kann eine andere Schicht 2OB des Materialgemisches, in der die Schuppen 24 senkrecht zu den großen Flächen der Schicht 2OB ausgerichtet sind, aus dem gleichen Block 60 in vertikaler Richtung ausgeschnitten werden. Diese Schicht 2OB ist dann für den Einsatz als Zwangs-Scher-Dämpfungsmaterial entsprechend Fig.2 geeignet.

Ein Block aus einem Materialgemisch der erfindungsgemäßen Art analog dem Block 60 in Fig. 6 kann auch durch ein anderes Verfahren erhalten werden. Zunächst wird eine entsprechende Menge von als Füllstoff verwendbaren Schuppen erzeugt. Das wird dadurch erreicht, daß die Schuppen entweder in Luft oder in einer entsprechenden Flüssigkeit aufgeschwemmt wer-

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den und daß/sie langsam zur Erzeugung eines Sediments bei einer Ausfällung abfallen läßt. Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Schuppen zufriedenstellend auszurichten, in der Weise, daß die Schuppen in der Anhäufung allgemein horizontal liegen. Dann wird ein polymeres Material mit genügend kleiner Viskosität langsam unter ausreichendem Druck in die aufgehäuften Schuppen eingebracht, d.h. die Schuppenlage wird mit diesem polymeren Material imprägniert, und das Material wird dann ausgehärtet, bis die Ausbildung des Blockes aus Materialgemisch vollendet ist. Um das Imprägnieren der Anhäufung von Schuppen mit dem Polymer erfolgreich durchzuführen, ist es von großer Wichtigkeit, daß das flüssige Polymer eine sehr geringe Viskosität besitzt. Als Abwandlung dieses Verfahrens kann ein flüssiges polymerisierbar es inonomeres

Material in das Schuppensediment eingebracht und darauffolgend polymerisiert und ausgehärtet werden. Es ist als weitere Abwandlung auch möglich, eine dicke Schicht aus Schuppen zu erzeugen, die bereits mit einem polymerisierbaren Monomer imprägniert sind, indem die Schuppen in einem flüssigen Monomer so zum Schweben gebracht werden, daß sie langsam sedimentieren, und daß dann, wenn sich alle Schuppen abgesetzt haben, der überflüssige Anteil des flüssigen Monomers abgelassen wird. Auch in diesem Fall befindet sich das flüssige Monomer in der Schuppenanhäufung und man läßt es daraufhin polymerisieren und aushärten.

üblicherweise wird ein erfindungsgemäßes Vibrationsdämpfungsmaterial zu einer Schicht oder zu einem Band geformt, bevor es auf die zu dämpfenden Gegenstände aufgebracht wird. Es ist aber auch in manchen Fällen möglich, ein Ausdehnungsdämpfungsitiaterial erfindungsgemäßer Art direkt an der Oberfläche des vibrierenden Bauteiles dadurch auszubilden, daß eine Aufschlämmung aus einer polymeren Matrix und einem Schuppenfüllstoff auf die Oberfläche beispielsweise durch Aufbürsten oder Aufsprühen aufgebracht wird und daß dann das polymere Material in der aufgetragenen Aufschlämmung ausgehärtet oder verfestigt wird.

Bei einer Zwangsscher-Vibrationsdämpfungsschicht der erfindungsgemäßen Art unterscheidet sich die Deckschicht 30 (Fig.2) nicht von denen, die mit üblichen Vibrationsdämpfungsmaterialien eingesetzt werden. D.h. das Material der Deckschicht kann aus einer großen Vielzahl von relativ harten oder steifen Materialien wie Metallen, Metallegierungen, faserverstärkten Kunststoffen, glasfaserverstärktem Beton, flexiblen Kunststoffkarten, Asbestkarten, Holz und Sperrholz ausgewählt werden. Es kann auch ein Materialgemisch auf Basis eines organischen Polymers benutzt werden, falls der Elastizitätsmodul eines solchen Materials beträchtlich höher als der des Vibrationsdämpfungsmaterials unter der Deckschicht ist.

Beispiel 1

Ein thermoplastischer Polyurethanelastomer (abgekürzt PUR) wurde als polymeres Matrixmaterial und Glasschuppen (abgekürzt GFL) als Schuppenfüllstoff verwendet. Die Glasschuppen hatten einen gewichteten durchschnittlichen Durchmesser von ca. 230 um und eine Stärke von etwa 2,5 um, so daß ein Formverhältnis von 92 errechnet wurde.

Das PUR in Pulverform wurde vorher bei 80°C 2 Stunden lang getrocknet, und 10 Gew.-Teile des getrockneten PUR wurden in 7o Gew.-Teilen Dimethylformamid (DMF) gelöst. Die vorbestimmte Menge von GFL wurde der PUR-Lösung hinzugefügt und das sich ergebende Gemisch durchgearbeitet, so daß sich eine angemessen viskose Aufschlämmung ergab. Nach Entgasung wurde die Aufschlämmung mit einem Fließbeschichtungsverfahren auf ein plattenförmiges Substrat mit einer ebenen und glatten Oberfläche so aufgebracht, daß sich eine dünne Beschichtung ergab, die bei 80 C 5 Stunden lang getrocknet wurde. In der getrockneten Beschichtung waren die Glasschuppen allgemein parallel zu der Schichtebene ausgerichtet. Nach dem Trocknen wurde die Schicht von dem Substrat abgenommen und weiter bei Unterdruck getrocknet. Dann wurde in einer Heißpresse der Film 10 Minuten auf 180°C erhitzt und dann gleichförmig bei der gleichen Temperatur mit einem Druck von ca. 50 bar so gedrückt, daß sich eine etwa 133u starke Schicht aus einem Materialgemisch aus PUR und GFL er gab. Da die Stärke dieser Schicht geringer als der durchschnittliche Durchmesser der einzelnen Glasschuppen war, waren alle Schuppen parallel zur Hauptfläche der Schicht ausgerichtet. D.h., daß diese Schicht den gleichen Aufbau besaß, wie er in Fig.4 dargestellt ist, wobei sich also eine Schicht 50 aus dem Materialgemisch ergab, das sich aus einer PUR-Matrix 22 und GFL-Schuppen 24 zusammensetzte. Eine Anzahl gleicher Filme 50 wurde durch dieses Verfahren hergestellt.

Diese Filme 50 wurden aufeinandergeschichtet, so daß sich ein vorläufiges Laminat ergab. In einer Heißpresse wurde das vorläufige Laminat 10 Minuten auf 180°C erhitzt und dann bei der gleichen Temperatur 3 min mit einem Druck komprimiert, der 5 bar nicht überstieg. Damit wurde aus dem vorläufigen Laminat aus den Schichten 50 ein einheitlicher Block 60, wie er in Fig.5 dargestellt ist. Dieser Block 60 wurde unter dem angegebenen Kompressionsdruck gehalten und dann rasch von 180°C mit einer Abkühlrate von 12°C/min auf 30°C abgekühlt unter Durchleiten von Kühlwasser durch in der Metallform vorgesehene Leitungen. Nach
dem Entnehmen des Blockes 60 aus der Metallform wurde der
gleiche Block 60 wieder in der oben beschriebenen Weise vorgeheizt, gedrückt und rasch abgekühlt. Bei dem so erhaltenen Block 60 aus dem Materialgemisch.waren die Glasschuppen 24
parallel zur oberen und unteren Fläche des Blockes 60 ausgerichtet, d.h. senkrecht zu der Stapelrichtung der ursprünglichen Schichten 50 und zur Richtung des auf das Laminat ausgeübten Druckes.

Dann wurde, wie in Fig. 5 und 6(A) dargestellt, eine Schicht 2OA aus dem Block 60 so ausgeschnitten, daß die Glasschuppen 24 in dieser Schicht 2OA parallel zu den Hauptflächen der Schicht 2OA ausgerichtet waren. Gemäß Fig. 5 und 6(B) wurde eine andere
Schicht 2OB aus dem gleichen Block 60 so ausgeschnitten, daß die Glasschuppen 24 in dieser Schicht 2OB senkrecht zu den
Hauptebenen der Schicht 2OB ausgerichtet waren. Durch eine
Untersuchung mit einem Raster-Elektronenmikroskop wurde bestätigt, daß in beiden Schichten 2OA nach Fig. 6(A) und 2OB
nach Fig.6(B) die Orientierungsabweichungen der einzelnen Glasschuppen 24 in der jeweiligen Schicht innerhalb von +15° von der Vorgaberichtung lagen. In dem Block 60 aus dem Materialgemisch und damit in den beiden Schichten 2OA und 2OB betrug der Anteil der Glasschuppen 24 annähernd 32 Vol.-%.

Die Schicht 2OA aus Fig.6(A) wurde als ein Vibrationsdämpfungsmaterial für Dehnungsdämpfung benutzt und die Schicht 2OB nach

Fig.6(B) als Vibrationsdämpfungsmaterial für eine Zwangsscherdämpfung. Die Vibrationsdämpfungseigenschaften der jeweiligen Schichten 2OA und 2OB wurden dann im Vergleich mit zwei Arten bekannter Vibrationsdämpfungsmateriaiien gemessen, wie sie nachstehend als Vergleichsbeispiel 1 beschrieben sind.

Vergleichsbeispiel 1

Eine vorbestimmte Menge von GFL, wie sie in Beispiel 1 benutzt wurden, wurde dem (vorher ebenfalls bei 80 C in 2 Stunden getrocknetem) pulverisierten PUR hinzugefügt, wie es in Beispiel 1 benutzt wurde, und danach wurde trockengemischt. Das Gemisch kam in eine Metallform und wurde in einer Heißpresse 10 Minuten auf 180⁰C erhitzt und dann bei der gleichen Temperatur durch Aufbringen eines Druckes von ca. 50 bar während 3 Minuten zur Ausbildung eines Blockes aus dem Materialgemisch komprimiert. Der Block wurde unter Beibehaltung des Kompressionsdruckes mit einer durchschnittlichen Abkühlrate von 12°C/min unter Durchleiten von Kühlwasser durch in der Metallform vorhandenen Leitungen rasch von 180⁰C auf 30°C abgekühlt. Danach wurde der Block aus der Form entnommen und in diesem Fall der Heißpressvorgang nicht wiederholt. In dem so erzeugten Block betrug der Glasschuppenanteil annähernd 32 Vol.r% wie beim Ausführungsbeispiel 1, jedoch waren die einzelnen Schuppen willkürlich ausgerichtet. Verschiedene Schichten wurden aus diesem Block in verschiedenen Richtungen ausgeschnitten und mit dem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Es bestätigte sich, daß in jeder Schicht die einzelnen Glasschuppen zufallsorientiert waren, ohne einen Hinweis auf eine bestimmte Ausrichtung bezüglich der Hauptoberfläche der Schicht. Diese Schichten werden nachfolgend als Vibrationsdämpfungsmaterial R bezeichnet.

-Daneben wurde eine PUR-Schicht ohne Zugabe eines Füllstoffes ausgebildet. Diese reine PUR-Schicht wird als Vibrationsdämpfungsmaterial M bezeichnet.

An der Schicht 2OA aus zusammengesetztem Material nach Fig.6(A),

hergestellt nach Beispiel 1, und auch an der Schicht R aus zusammengesetztem Material und der reinen PUR-Schicht M nach Vergleichsbeispiel 1 wurden bei verschiedenen Temperaturen Messungen des Verlustmoduls ausgeführt unter Benutzung eines dynamischen Viskoelastometers vom nichtresonanten Zwangsdehnungstyp unter der Voraussetzung, daß diese Schichten bei Dehnungsvibrationsdämpfung eingesetzt werden. Die Ergebnisse sind in den Fig. 7 und 8 enthalten, und dabei zeigt das Symbol A die Ergebnisse mit der zusammengesetzten Materialschicht 2OA nach Beispiel 1 und die Symbole R bzw. M die beiden Arten der Probenschichten nach Vergleichsbeispiel· 1.

Fig. 7 zeigt die Abhängigkeit des Verlustmoduls bei jeder Probe von der Temperatur, wobei die Dämpfung bei einer Frequenz von 110 Hz gemessen wurde.' Die angezeigten beiden Temperaturbereiche T. und T sind jeweils Temperaturbereiche unterhalb bzw. überhalb der Einfriertemperatur (glass transition temperature) des als polymeres Matrixmaterial benutzten PUR.

Fig. 8 zeigt die Abhängigkeit des Verlustmoduls jeder Probe von der Frequenz. Die in Fig.8 gezeigten Kurven sind synthetische Kurven oder sogenannte "Stammkurven" (master curves), die erhalten werden, indem man unter unterschiedlichen Zeit/ Temperatur-Zuständen erhaltene Daten einander überlagert. Die zugehörige Standardtemperatur betrug -25°C. In Fig.8 ist der gesamte Frequenzbereich in einen Bereich F- relativ hoher Frequenzen und einen Bereich F_ relativ niedriger Frequenzen unterteilt.

Bei der PUR-Schicht M ohne Füllstoff nimmt der Verlustmodul in hohem Maße sehr scharf sowohl im hohen Temperaturbereich T~ als auch im Niederfrequenzbereich F„ ab. Wie bekannt, ist dieses Verhalten nicht für PUR bezeichnend, sondern allen üblicherweise bei den Vibrationsdämpfungsmaterialien des Dehnungstyps übiicherweise eingesetzten polymeren Materia-

lien gemeinsam, und dieses Verhalten bildet den größten Nachteil, wenn lediglich ein polymeres Material ohne Hinzufügung eines Füllstoffes als Vibrationsdämpfungsmaterial des Dehnungstyps eingesetzt wird. Obwohl es möglich ist, polymeres Material mit verbreitertem Einfrierbereich durch Mischen oder Copolymerisieren zweier oder mehrerer Arten von polymeren Materialien zu erhalten, ist es trotzdem unmöglich, diesen angeführten Nachteil nur durch Mischen oder Copolymerisieren zu vermeiden oder im hohen Maße zu verringern. Um eine Weiterverbesserung in dieser Beziehung zu erreichen, ist es allgemein üblich, anorganische Füllstoffe zu einem für Vibrationsdämpfung eingesetzten polymeren Material hinzuzufügen, und es zeigt sich, daß allgemein ein schuppiger Füllstoff wirksamer ist als ein pulverisierter oder faserförmiger Füllstoff. Es zeigt sich in den Fig. 7 und 8, daß das zusammengesetzte Material R nach Vergleichsbeispiel 1, das Glasschuppen in Zufallsausrichtung enthält, einen höheren Verlustmodul aufweist als das reine polymere Material M, und zwar im gesamten Temperatur- wie im gesamten Frequenzbereich. Jedoch sind die gegenüber diesem Material verbesserten Eigenschaften der Probe R immer noch im praktischen Einsatz unzufriedenstellend. Im Gegensatz dazu erweist sich der Verlustmodul bei der nach Beispiel 1 unter Benutzung des gleichen Polymers und des gleichen schuppigen Füllstoffes, jedoch mit kontrollierter Ausrichtung der Schuppen in der beschriebenen Weise erzeugten Schicht 2OA in jedem Temperaturbereich und ebenfalls in jedem Frequenzbereich bemerkenswert höher. Darüber hinaus ist es charakteristisch für diese Schicht 2OA, daß der Verlustmodul insbesondere im Bereich T_ hoher Temperaturen nach Fig.7 und im Bereich F- niedriger Frequenzen in Fig.8 sehr verbessert ist.

An der Schicht 20(B) nach Fig.6(B) aus zusammengesetztem Material, die nach Beispiel 1 erzeugt wurde, und auch an den zwei Proben M und R nach Vergleichsbeispiel 1, wurden Messungen des dynamischen Verlustfaktors oder der Größe der Verlusttangente tan 5 ebenfalls unter Benutzung des

erwähnten dynamischen Viskoelastometers durchgeführt unter der Voraussetzung, daß diese Schichten bei der Vibrationsdämpfung nach Zwangsschertyp eingesetzt werden. Die Ergebnisse sind in den Fig. 9 und 10 festgehalten, wobei das Symbol B die Schicht 2OB nach Beispiel 1 und die Symbole M bzw. R die zwei Probenarten nach Vergleichsbeispiel 1 bezeichnen. Das Symbol BT bedeutet eine weitere zusammengesetzte Materialschicht der erfindungsgemäßen Art, die so erreicht wurde, daß die nach Beispiel 1 erzeugte Schicht 2OB einer Anlaß-Temperaturbehandlung von 3 Stunden bei 100°C unterworfen wurde, um die an den Grenzflächen zwischen den einzelnen Schuppen und der polymeren Matrix verbliebenen thermischen Spannungen zu lösen. Fig. 9 zeigt die Abhängigkeit des dynamischen Verlustfaktors von der Temperatur, bei 110 Hz gemessen. Der niedrige Temperaturbereich T-nach Fig. 7 wurde dabei in zwei Bereiche T.. und T₁, weiter unterteilt, und der Bereich T- hoher Temperaturen nach Fig.7 in zwei Bereiche T„ und T₂J. Fig. 10 zeigt die Abhängigkeit des dynamischen Verlustfaktors von der Frequenz. Diese Kurven wurden ebenso wie die entsprechenden in Fig.8 zusammengesetzt. Der Bereich F₁ hoher Frequenz aus Fig.8 wurde in Fig.10 in zwei Bereiche F₁. und F₁, unterteilt, und der Bereich F-, mit

ι a ι D ζ.

niedriger Frequenz ebenfalls in zwei Bereiche F- und F₃, .

Bei der PUR-Schicht M ohne Füllstoff war der dynamische Verlustfaktor sehr klein, bis auf den besonderen Temperaturbereich T_2a oder dem besonderen Frequenzbereich F₂- Wie bekannt, ist diese Tendenz allen allgemein für Vibrationsdämpfungszwecke eingesetzten polymeren Materialien gemeinsam, und diese Eigenschaft bildet einen sehr ernsthaften Nachteil beim Einsatz eines reinen polymeren Materials als viskos-elastische Schicht eines Vibrationsdämpfungsmitteis bei Zwangsscher-Vibrationsdämpfung. Obwohl ein Mischen oder Copolymerisieren zweier oder mehrerer Arten von polymeren Materialien diesen Nachteil in einem gewissen Ausmaß reduzieren kann, so ist doch diese Auswirkung zum praktischen Einsatz weithin nicht zufriedenstellend.

Der Zusatz eines anorganischen Füllstoffes zu einem polymeren Material, wie bei der Probe R nach Vergleichsbeispiel 1 hat allgemein die Wirkung, daß die Spitze des dynamischen Verlustfaktors etwas verbreitert wird, jedoch wird diese Verbreiterung der Spitze durch eine beträchtliche Erniedrigung des Maximalwertes des Verlustfaktors begleitet. Deshalb wurden bisher polymere Materialien mit einem anorganischen Füllstoff als ungeeignet für die Zwangsscher-Vibrationsdämpfung angesehen. . . ,·.

Dagegen wird bei der nach Beispiel 1 durch Kontrolle der Ausrichtung der als Füllstoff verwendeten Schuppen in der beschriebenen Art erzeugten Schicht 2OB ein beträchtlich vergrößerter dynamischer Verlustfaktor insbesondere in dem Bereich der erhöhten Temperaturen T₃, nach Fig. 9 und dem Bereich der niedrigeren Frequenzen F_, in Fig.10 erzielt. Es ist dazu besonders darauf hinzuweisen, daß bei der erfindungsgemäßen Schicht 2OB ein hoher Spitzenwert des dynamischen Verlustfaktors sowohl im nicht ganz so tiefen Temperaturbereich T₁, nach Fig.9 als auch im nicht ganz so hohen Frequenzbereich F₁, in Fig.10 erreicht wird, während bei der Probe M ohne Füllstoff der dynamische Verlustfaktor einen recht geringen Wert in den angeführten Temperatur- oder Frequenzbereichen besitzt. Wie wichtig es ist, die Ausrichtung der als Füllstoff benutzten Schuppen zu kontrollieren, kann man aus der Tatsache ersehen, daß die Probe R, die die gleichen Schuppen in willkürlicher Ausrichtung enthält, gegenüber der Probe 2OB stark abfällt. Wie sich aus diesen anschaulichen experimentellen Ergebnissen ergibt, zeigt das erfindungsgemäß zusammengesetzte Material zum Einsatz bei der Zwangsscher-Vibrationsdämpfung eine beträchtliche Erhöhung des dynamischen Verlustfaktors in einem breiten Temperaturbereich und ebenfalls in einem breiten Frequenzbereich.

Aus einem Vergleich zwischen den Kurven B und BT in den beiden Fig. 9 und 10 ist zu sehen, daß das Anlassen oder

die Wärmebehandlung des erfindungsgemäßen Vibrationsdämpfungsmateriais eine geringe Abnahme des dynamischen Verlustfaktors ergibt. Es ist deshalb zu empfehlen, die thermischen Spannungen in dem Material an der Grenzfläche zwischen den einzelnen Schuppen und der polymeren Matrix ungelöst zu lassen, außer, wenn angenommen wird, daß die Aufrechterhaltung dieser Spannungen ein gewisses Problem bei dem Aufbringen des Vibrationsdämpfungsmaterials ergibt.

Beispiel 2

Unter Benutzung der gleichen Stoffe PUR und GFL wie in Beispiel 1 wurden mit Abänderung des GFL-Anteils fünf verschiedene zusammengesetzte Materialien nach der Erfindung in Form eines Blockes 60 nach Fig.5 allgemein nach dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren hergestellt. Der Anteil von GFL (wobei die Schuppen einen durchschnittlichen Durchmesser von ca. 230 um, eine Stärke von 2,5 um und einen Formfaktor 92 besaßen) in den jeweiligen Blöcken 60 ist in der nachfolgenden Tabelle angeführt. Die Schicht 2OA nach Fig.6(A) wurde aus jedem Block 60 ausgeschnitten und der Verlustfaktor E" bei 20°C und 110 Hz gemessen, um das Vibrationsdämpfungsverhalten des zusammengesetzten Materials bei Ausdehnungsdämpfung zu ermitteln. Die so erhaltenen Daten sind in Tabelle 1 zusammen mit entsprechenden, an Proben nach dem nachfolgenden Vergleichsbeispiel 2 erhaltenen zusammengefaßt.

Vergleichsbeispiel 2

Unter Benutzung der gleichen Materialien wie in Beispiel 2 und mit dem Herstellvorgang für das zusammengesetzte Material R nach Vergleichsbeispiel 1 wurden fünf verschiedene schichtartige zusammengesetzte Materialien mit unterschiedlichem GFL-Anteil erzeugt (ohne die Ausrichtung der Glasschuppen zu steuern) , wobei gleiche Anteilswerte wie bei den entsprechend bezifferten Proben nach Beispiel 2 gewählt wurden. Auch für diese Proben ist der gemessene Verlustmodul E" in Tabelle 1 festgehalten, wobei die Messung wie in Beispiel 2 angegeben erfolgte.

-	Schuppen- Anteil (Vol.-%)	3337526	Proben nach Vgl. 2	Schuppen anteil (Vol.-%)	Ψ	E" bar )
	43	- 29 -	No. 1	43	1,1	χ 10⁹
	26	Tabelle 1	No. 2	26	3,5	χ 10⁸
Proben nach Bsp. 2	19	E" (u bar)	No. 3	19	2,0	χ 10⁸
No. 1	12	3,4 χ 10⁹	No. 4	12	1,2	χ 10⁸
No. 2	6	1,2 χ 10⁹	NO. 5	6	3,8	χ 10⁷
No. 3		5,6 χ 10⁸	M (nach Vgl. 1)	O	2,6	χ 10⁷
No. 4	2,7 χ 10⁸
NO. 5	8,0 χ 10⁷

Außerdem wurden Proben von Schichten 2OB nach Fig.6(B) aus zwei gemäß Beispiel 2 erzeugten Blöcken 60 geschnitten. Bei diesen Proben und den entsprechenden Proben nach Vergleichsbeispiel 2 wurde der dynamische Verlustfaktor tan 5 bei 30°C und 110 Hz gemessen, um das Zwangsscher-Vibrationsdämpfungsverhalten der Materialproben zu ermitteln. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.

	Schuppen anteil CVoI.-*)	3	Tabelle 2	Proben nach Vgl. 2	Schuppen anteil (Vol.-%)	tanö
Proben nach Bsp. 2	43 12	tanö	No. 1 No. 4	43 12	0,045 0,040
No. 1(B) No.4(B)		0,10 0,078	M nach Vgl. 1	O	0,035

Beispiel

Statt der in den Beispielen 1 und 2 benutzten Glasschuppen GFL wurden zwei Arten von Glasschuppen in diesem Beispiel benutzt, die einen unterschiedlichen Formfaktor besaßen. Die Glasschup-

pen mit größerem Formfaktor hatten einen gewichteten durchschnittlichen Durchmesser von ca. 640 um und eine Stärke von 2,5 um, so daß sich ein Formfaktor von 260 errechnen ließ. Die anderen Glasschuppen besaßen einen gewichteten durchschnittlichen Durchmesser von ca. 68 um und eine Stärke von ca. 2,5 um, so daß sich ein Formfaktor 27 ergab. Als polymere Matrix wurde PUR wie in den Beispielen 1 und 2 verwendet.

Allgemein entsprechend Beispiel 2 wurden verschiedene Arten von zusammengesetzten erfindungsgemäßen Materialien in Form von Blöcken 60 erzeugt. Bei den aus den jeweiligen Blöcken ausgebildeten Schichten 2OA nach Fig.6(A) und den aus ausgewählten zwei Blöcken 60 ausgeschnittenen Schichten 2OB wurden ebenso wie bei den entsprechenden Proben, die nach dem nachstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel 3 erzeugt wurden, die in Beispiel 2 beschriebenen Messungen unter den gleichen Bedingungen ausgeführt. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 3A und 3B zusammengefaßt.

Vergleichsbeispiel 3

Unter Benutzung der gleichen Materialien wie in Beispiel 3 und nach dem gleichen Vorgang, wie er in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 beschrieben ist, wurden acht Arten schichtförmiger zusammengesetzter Materialien hergestellt, wie sie in Tabelle 3A aufgeführt sind, und entsprechend den Proben nach Beispiel 3 untersucht. Die Ergebnisse sind ebenfalls in den Tabellen 3A und 3B angeführt.

	Glasschuppen	44	Glasschuppen	4	Anteil in Vol.-%	3337526	1 -	-t	7	E" (u bar)	-	1	.1	Glasschuppen	44	E" • -( u bar)	10⁹
	Formfaktor Anteil in Vol.	26	Form faktor	44	- 3	Tabelle 3A	3	,0 χ 10⁹		5	,2	Form- Anteil faktor Vol.-%	6	3,6 χ	io^y
	260	19	260	6		2	,5 χ 10⁹			. 3	260 44		1,8 χ	1O^Ö
Proben nach Bsp. 3	260	12	260		1	,1 χ 10⁹	Proben nach Vgl. 3	, 4	260 26		9,2 χ	10⁸
Nb. 1	260	6	3	,0 χ 10⁹	No.	. 5	260 19		5,0 χ	1O^Ö
Nb. 2	260	43	3	,6 χ 10⁸	No.	. 6	260 12		1,4 χ	1O^Ö
No. 3	260	25	8	,9 χ 10⁸	No.	. 7	260 6		1,6 χ	10⁷
No. 4	27	12	4	,2 χ 10⁷	No.	. 8	27 43		3,8 χ	10⁷
No. 5	27		,7 χ 10⁷	No.		27 25		3,2 χ
Nb. 6	27	Tabelle 3B	No.		27 12		ιδ
No. 7		tan	No.			tar
Nb. 8	0,090	No.		Glasschuppen	0,043
	0,090		rorm- Anteil iaktor in Vol.-%	0,041
Proben nach Bsp. 3		5 Proben nach ^ vgi.3 *	260
Nb. 1(B)		Nb.	260
No.5 (B)		No.
Beispiel

Statt der bei den vorangehenden Beispielen verwendeten Glasschuppen wurde schuppiger Naturglimmer benutzt. Die Glimmerschuppen hatten einen gewichteten durchschnittlichen Durchmesser von etwa 230 um und eine Stärke von etwa 3,0 um, so daß der Formfaktor 77 errechnet wurde. Bei einem Teil der Proben dieses Beispieles wurden die Glimmerschuppen mit Polymethylmethacrylat (PMMA) so beschichtet, daß das Verhältnis Glimmer zu PMMA bei den beschichteten Schuppen 90:10 in Vol.-% betrug. Als Material für die polymere Matrix wurde wie in den vorhergehenden Beispielen PUR benutzt.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen zusammengesetzten Materialien und die Untersuchung der Materialien in Form von Schichten 2OA nach Fig. 6(A) oder Schichten 2OB nach Fig.6(B) wurde entsprechend den Beschreibungen in Beispiel 2 ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 zusammen mit Ergebnissen der Proben nach dem nachstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel 4 gezeigt. In Tabelle 4 bezieht sich der Anteil der beschichteten Glimmerschuppen auf den Glimmergehalt selbst, d.h. ausschließlich der PMMA-Beschichtung.

Vergleichsbeispiel 4

Unter Benutzung der in Beispiel 4 erwähnten Materialien wurden mit dem gleichen Vorgang wie nach Vergleichsbeispiel 1 schichtförmige zusammengesetzte Materialien, wie sie in Tabelle 4 aufgeführt sind, hergestellt, mit ungesteuerter Ausrichtung der Glimmerschuppen, und sie wurden entsprechend den Vorgängen in Beispiel 4 untersucht.

Tabelle 4

Proben Anteil von nach Glimmer-Bsp.4 schuppen in Vol.-%

E" (u bar)

Proben
nach
Vgl. 4

Anteil von Glimner-.schuppen .in Vol.-%

E" (u bar)

No. 1
No. 2
No. 3

No. 4

43 20

82

(beschichtet)

65 (beschichtet)

6,9 χ ΙΟΙ ,3 χ 1O^S 2,1 χ

No.1
No. 2
No. 3

1,2 χ 1O^y No. 4

43 20

(beschichtet)

65 . (beschichtet)

2,3 χ 10"

4,3 χ 10

1 ,3 χ

8,2 χ 10

Die Messung des dynamischen Verlustfaktors tan δ an der Probe Nr. 1 nach Beispiel 4 in Form einer Schicht 2OB nach Fig.6(B) ergab einen Wert von 0,20, während der Wert tan δ der Probe Nr. 1 nach Vergleichsbeispiel 4 0,072 betrug.

Beispiel 5

Eine Mischung aus 100 Gew.-Teilen Polyvinylchloridharζ, 30 Gew.-Teilen Dioctylphthalat (Weichmacher) und 26 Gew.-Teilen Nitrilkautschuk wurde als Material für die polymere Matrix verwendet. Glasschuppen mit großem Formfaktor (260), wie sie in Beispiel 3 benutzt wurden, wurde dem Polymer-Gemisch hinzugefügt und ein erfindungsgemäßes zusammengesetztes Material mit einem zweistufigen Verfahren ausgebildet/ wobei die erste Stufe in der Ausbildung einer dünnen Schicht mit Heißwalzen durchgeführt wurde und die zweite Stufe darin bestand, daß ein Laminat aus diesen Filmen mittels einer geheizten Presse komprimiert wurde. Der Anteil der Glasschuppen in dem Erzeugnis betrug 43 Vol.-%.

Die Messung des Verlustmoduls E" an einer Probe dieses zusammengesetzten Materials in Form einer Schicht 2OA nach Fig.6(A) ergab einen Wert von 1,8 χ 10 ubar bei 20°C und 110 Hz. Zum Vergleich wurde eine schichtförmige Vergleichsprobe aus den gleichen Materialien so ausgebildet, daß sie ebenfalls 43 Vol.-% Glasschuppen enthielt, jedoch wurde die Ausrichtung der Schuppen

nicht gesteuert. Es ergab sich ein E"-Wert von 8,1 χ 10 ubar. Bei einem weiteren Referenzbeispiel, das nur aus dem Polymer-

gemisch gebildet wurde, betrug E" = 1,2 χ 10 ubar.

SH

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Vibrationsdämpfungsmaterial aus einem zusammengesetzten Material, gekennzeichnet durch

ein organisches Polymer als Matrix (22) des zusammengesetzten Materials, und

einen in der Polymer-Matrix verteilten Schuppenfüllstoff, wobei die Ausrichtung der Schuppen (24) des Füllstoffes so gesteuert ist, daß die Hauptoberflächen der einzelnen Schuppen (24) in einem Winkel von 0° + 30 zu einer vorbestimmten Ebene liegen, die eine Masse (2CZV,20B) des Vibratxonsdämpfungsmaterials (50) durchschneidet.

MANlTZ ■ FINSTERWALD HEYN · MORGAN · 8000 MÜNCHF.N 22 · ROBERT-KOCH-STRASSE ! · TEL. (089) 224211 ■ TELEX 0S-29B72 PAIW HANNS-JÖRG ROTERMIJND · 7000 STUTTGART 50 (BAD CANNS ΓΛΤΤ) ■ SFELBtRGSTR. 23/25 · TEL. (0711) 567261

2. Vibrationsdämpfungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse des Vibrationsdämpf ungsmaterials die Form einer Schicht (20A) besitzt, und daß die vorbestimmte Ebene parallel zur Hauptoberfläche der Schicht (20A) liegt.

3. Vibrationsdämpfungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Masse des Vibrationsdämpf ungsmaterials die Form einer Schicht (20B) besitzt, und daß die vorbestimmte Ebene senkrecht zu den Hauptoberflächen der Schicht (20B) liegt.

4. Vibrationsdämpfungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Einzelschuppen (24) des Füllstoffes einen Formfaktor (Verhältnis Durchmesser zu Stärke der Schuppen) von mindestens 10 besitzen.

5. Vibrationsdämpfungsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Formfaktor größer als 25 ist.

6. Vibrationsdämpfungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Füllstoffschuppen (24) aus einem anorganischen
Material bestehen.

7. Vibrationsdämpfungsmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Anteil der Füllstoff schuppen (24) in dem Material 3 bis 60 Vol.-% beträgt.

8. Vibrationsdämpfungsmaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Füllstoffschuppen mit einem organischen Polymer beschichtet sind und daß der Anteil des anorganischen Materials der Schuppen in dem Vibrationsdämpfungsmaterial von 3 bis 90 Vol.-% beträgt.

9. Vibrationsdämpfungsmaterial nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Schuppenfüllstoff Metallschuppen, Glasschuppen, Ferritschuppen, Schuppen aus Montmorillonit oder Glimmer, Graphitschuppen, Molybdändisulfid-Schuppen, Graphit-Fluorid-Schuppen, Ton-(clay)-Schuppen oder Talkum-Schuppen umfaßt.

10. Vibrationsdämpfungsmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß das organische Polymer aus Kautschuken, Elastomeren, Thermoplasten und warmaushärtenden Harzen (Duroplasten) ausgewählt ist.

11. Vibrationsdämpfungsmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel der Hauptoberflächen der Schuppen 0° + 15° beträgt.

12. Vibrationsdämpfungsmaterial nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß an den
Grenzflächen zwischen der polymeren Matrix (22) und den einzelnen Schuppen (24) des Füllstoffs bestehende interne Spannungen ungelöst gelassen sind.

13. Verfahren zur Vibrationsdämpfung bei einem Aufbau oder einem Teil desselben durch dichte Bedeckung einer Oberfläche des
Aufbaus oder des Teils mit einer Schicht von Vibrationsdämpfungsmaterial, das ein organisches Polymer und einen
Füllstoff umfaßt, wobei die Außenfläche der Schicht unbedeckt bleibt und ein Vibrationsdämpfungssystem vom Dehnungstyp erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet ,
daß als Füllstoff in dem Vibrationsdämpfungsmaterial Schuppen (24) verwendet werden, deren Ausrichtung so gesteuert
wird, daß die Hauptflächen der einzelnen Schuppen einen Winkel von 0 + 30° zu einer neutralen Ebene (P_n) bilden, welche

in dem Vibrationsdämpfungssystem besteht, wenn ein Biegemoment durch Vibration an dem System erzeugt wird.

14. Verfahren zur Vibrationsdämpfung bei einem Aufbau oder einem Teil desselben durch dichte Bedeckung einer Oberfläche des
Aufbaus oder des Teils mit einer Schicht von Vibrations-

dämpfungsmaterial, das ein organisches Polymer und einen Füllstoff umfaßt, wobei die Außenfläche der Schicht mit einer Deckschicht bedeckt wird und ein Vibrationsdämpfungssystem vom Zwangsschertyp erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet , daß als Füllstoff in dem Vibrationsdämpfungsmaterial Schuppen (24) verwendet werden, deren Ausrichtung so gesteuert wird, daß die Hauptflächen der einzelnen Schuppen einen Winkel von 90° + 30° mit einer neutralen Ebene (P>J bilden, die in dem Vibrationsdämpfungselement vorhanden ist, wenn durch Vibration ein Biegemoment an dem System erzeugt wird.