DE3710731A1 - Polyurethanweichschaumstoff mit schallisolierenden und entdroehnenden eigenschaften - Google Patents

Polyurethanweichschaumstoff mit schallisolierenden und entdroehnenden eigenschaften

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DE3710731A1
DE3710731A1 DE19873710731 DE3710731A DE3710731A1 DE 3710731 A1 DE3710731 A1 DE 3710731A1 DE 19873710731 DE19873710731 DE 19873710731 DE 3710731 A DE3710731 A DE 3710731A DE 3710731 A1 DE3710731 A1 DE 3710731A1
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Ernst Dr Lohmar
Gerhard Burak
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Dr Alois Stankiewicz GmbH
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polyurethanweichschaumstoff, der sich besonders gut für Schallisolierungen eignet. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß neben einer Luftschallabsorption- und Schalldämmwirkung in Masse-Feder-Systemen auch die Entdröhnungswirkung zur Schallisolation genutzt werden kann, und zwar dadurch, daß er aufgrund seiner Oberflächenbeschaffenheit guten Kontakt mit einem zu entdröhnenden Blech ermöglicht.
Es sind zwar die unterschiedlichen Polyurethanweichschaumstoffe für die Schallisolation bekannt, jedoch eignen sie sich nicht, wie der erfindungsgemäße Schaumstoff, zur Entdröhnung. So beschreiben die DE-AS 19 23 161 und die DE-OS 28 35 329 mineralisch gefüllte Schaumstoffe, die aufgrund ihrer hohen Raumgewichte von 0,5 bis 1,25 kg/dm³ gute Schalldämmung ermöglichen. Eine Entdröhnung von Blechen ist mit diesen Materialien jedoch nicht möglich, da der Verlustfaktor dieser Schaumstoffe zu gering ist.
Die DE-PS 27 56 622 ist zwar auf die Herstellung von Schaumstoffen mit hohen Verlustfaktoren abgestellt, jedoch ist das beschriebene Verfahren, nämlich die Tränkung offenporiger Polyurethan- oder PVC-Schaumstoffe mit viskoelastischen Rohstoffen, z. B. anorganische Füllstoffe enthaltenden Polyolefinen oder organischen Harzen bzw. Wachsen, mit erheblichem Aufwand verbunden.
Die DE-PS 33 13 624 betrifft ebenfalls die Herstellung eines Polyurethanweichschaumes mit hohem Verlustfaktor. Doch lassen sich die viskoelastischen Eigenschaften nicht ohne weiteres für die Entdröhnung von Blechen, wie z. B. Karosseriebodengruppen und Stirnwänden in Kraftfahrzeugen nutzen, weil zur Entdröhnung eine Kopplung zwischen dem zu entdröhnenden Blech und dem viskoelastischen Material gegeben sein muß. Dies ist bei den bekannten Schaumstoffen nicht ohne Hilfsmittel möglich. Aus diesem Grunde werden heute kompakte Materialien zur Entdröhnung auf Fahrzeugbodengruppen aufgeschmolzen. Dies ist mit erheblichem Aufwand verbunden. Da die Aufschmelzprozesse in der Regel vor oder während der Lackierung der Karossen erfolgen, treten Probleme bezüglich Lackverschmutzung auf. Das Einschmelzen in separaten Öfen ist mit großem Energieaufwand verbunden, so daß ein erhebliches Interesse vorhanden ist, die Entdröhnung ohne separate Schmelzprozesse vorzunehmen.
Es wurde auch der Versuch unternommen (DE-OS 35 10 932) die viskoelastischen Eigenschaften eines Schaumstoffes durch adhäsive Beschichtungen zur Kopplung zwischen Blech und Schaumstoff zu nutzen, doch ist das Verfahren mit einem Zusatzaufwand verbunden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Polyurethanschaumstoff zu entwickeln, der diese Nachteile vermeidet und neben einer Verbesserung der Luftschallabsorption und Luftschalldämmung in sogenannten Masse-Feder-Systemen zusätzlich die Entdröhnung von Blechen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Polyurethanweichschaumstoff entwickelt wurde, der aufgrund seiner Zusammensetzung eine an sich adhäsive Oberfläche und zusätzlich einen Verlustfaktor von über 0,4 hat.
Es wurde nämlich gefunden, daß die adhäsiven Eigenschaften, die Voraussetzungen sind für die Übertragung von Dämpfungseigenschaften, abhängig sind von der Einstellung der Kennzahl (NCO-Index) einer Polyurethanmischung. Überraschend und für den Fachmann nicht voraussehbar, zeigte sich, daß nur bei Einhaltung der Kennzahlen auf Werte zwischen 80 und 50 ein Optimum der adhäsiven Eigenschaften erreichbar ist (vgl. Fig. 2). Weiterhin nicht voraussehbar war, daß gerade in diesem Bereich der Einstellung der Kennzahl auch gute Dämpfungseigenschaften des Schaumstoffes einstellbar sind (vgl. Fig. 1).
Polyurethanschaumstoffe mit dieser Eigenschaftskombination sind neuerartig und bisher nicht bekannt; sie eröffnen die in der Aufgabenstellung beschriebenen Möglichkeiten zu neuen Konzepten einer Schallisolierung und sind somit von erheblichem Interesse.
Die erfindungsgemäßen Schaumstoffe eignen sich auch zur Hinterschäumung von Schwerfolien und Teppichen, so daß neben der entdröhnenden Wirkung auch Luftschalldämmungseigenschaften genutzt werden können. Aufgrund des niedrigen E-Moduls eignen sie sich auch für die Verwendung als Feder in Masse-Feder-Sy­ stemen.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach einen Polyurethanweichschaumstoff für Schallschutzzwecke mit adhäsiver Oberfläche, den man durch Umsetzung eines Polyisocyanats oder eines Polyisocyanatpräpolymers mit einem Überschuß an Polyolen oder deren Gemischen unter Anwendung eines NCO-Index von 80, bes.≦70 erhält und der eine Dichte von 80 kg/m³- 250 kg/m³, einen E-Modul von weniger als 300 000 N/m² und einen Verlustfaktor von mindestens 0,4 aufweist.
Als Polyole kommen z. B. infrage: Polyetherpolyole, insbesondere auf der Basis von Ethylenoxid und/oder Propylenoxid. Geeignete Polyisocyanate sind neben Diphenylmethan-4,4- diisocyanat mit NCO-Gehalt 31% auf Basis von MDI auch solche mit abweichenden NCO-Gehalt.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Schaumstoffs erfolgt vorzugsweise mittels des RIM-Verfahrens (Reaction Injection Moulding). Auf diese Weise lassen sich Schaumstoffteile auch im Verbund mit anderen Materialien, wie z. B. Gewebeeinlagen, Vlieseinlagen, Hinterschäumen von Schwerschichten oder Teppichen bzw. Textilien Werkstoffe herstellen. Die Formstandzeit läßt sich mittels Beschleunigern auf unter 3 Minuten einstellen, was eine kostengünstige Herstellung von Formteilen ermöglicht.
Der erfindungsgemäße Schaumstoff wird nach den dem Stand der Technik entsprechenden Regeln für Kaltformschäume (z. B. G. Woods "Flexible Polyurethane Foams", Chemistry and Technology, 1982, 206 ff) hergestellt.
Entscheidend ist hierbei jedoch, daß auf die Einhaltung der Kennzahl im oben angeführten Bereich geachtet wird.
Die Erfindung wird anhand der im folgenden näher erläuterten Beispiele sowie der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 und 2 Eigenschaften der erhaltenen Schaumstoffe,
Fig. 3 und 4 jeweils in unterschiedlicher Formgebung ein auf ein durch ein profiliertes Blech gebildetes Wandteil aufgebrachtes schalldämmendes adhäsives Isolationssystem als Wandverkleidung, das den erfindungsgemäßen Polyurethanweichschaumstoff verwendet,
Fig. 5, 6 jeweils in unterschiedlicher Formgebung entsprechend Fig. 3 und 4 ein Schallisolationssystem als Wandverkleidung mit über einen Entkoppler aufgebrachtem Teppich.
Beispiel
Nach der folgenden Richtrezeptur wurden verschiedene Schaumstoffe hergestellt:
Komp. A
48,0 G.-T.
Polyetherpolyol auf Basis Propylenoxid und Ethylenoxid (42 mg KOH/g, MG. 4000)
18,0 G.-T. Rizinus (160+10 KOH/g, Äg. 340+20)
26,0 G.-T. Polypropylenglykol (250 mg KOH/g, MG. 450)
6,0 G.-T. Polyetherpolyol auf Basis Polyethylenoxid und Propylenoxid (28 mg KOH/g, MG. 4900) (Zellregler)
1,0 G.-T. dest. Wasser (Treibmittel)
1,0 G.-T. Hilfsstoffe (wie Dimethylethanolamin, Dibutylzinndilaurat)
100,0 G.-T.
Komp. B: Diphenylmethan-4,4-diisocyanat (NCO-Gehalt: 31%)
Alsdann wurden die Komponente A und die Komponente B in den in der nachstehenden Tabelle angegebenen Verhältnissen dem Mischkopf einer RIM-Anlage zugeführt und in einer Form zu einem offenzelligen Schaumstoffteil verschäumt. Die Entformung erfolgt nach 3 Minuten.
Die Eigenschaften der erhaltenen Schaumstoffe sind in der Tabelle und in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben. Das Raumgewicht der Schaumstoffe lag bei ca. 120 g/dm³.
Tabelle
Technisch-physikalische Daten
Die Bestimmungen der adhäsiven Eigenschaften wurde wie folgt durchgeführt:
Versuchsaufbau
  • 1. Universal-Prüfmaschine der Fa. Frank, Weinheim, Typ 21 004,
    Platte oben 50×50 mm
    Platte unten 200×200 mm.
  • 2. Probengröße 50×50 mm.
  • 3. Geschwindigkeit 25 mm/min.
Versuchsdurchführung
Die Proben werden 4 mm (Kraftmeßdose 500 N) komprimiert und die Kraftanzüge der Maschine genullt.
Dann wurde die Platte mit 25 mm/min. nach oben gefahren und die Kraft bei Trennung notiert. Nach jeder Probe wurden die Platten mit Reinigungsmittel 60/95 gereinigt.
Anhand der Fig. 3 und 4 bzw. 5 und 6 wird die Verwendung erfindungsgemäßer Polyurethanweichschaumstoffe näher erläutert.
Das den Wandteil 1 als Untergrund bildende Blech weist Profilierungen auf, denen die als Formteil ausgebildete Wandverkleidung, nämlich ein Isolationssystem 3 mit darüber angeordnetem Teppich 8 folgt, wobei stets etwa gleiche Dicke der Wandverkleidung beibehalten ist. Die Wandverkleidung ist auf dem Wandteil 1 haftend aufgebracht, ohne einen Kleber verwenden zu müssen, und zwar mittels des adhäsive Wirkung an der Stelle 2 zeigenden aus erfindungsgemäßen Polyurethanweichschaumstoffen bestehenden Isolationssystems 3.
Die Wandverkleidung besteht also aus dem Isolationssystem 3, das wiederum als sogenannte Feder 4, 5 den Polyurethanweichschaumstoff und eine eine Schwerschicht bildende Masse 6 aus einem gefüllten Kunststoff aufweist. Örtlich unterschiedliches Schalldämmvermögen ist durch eine teilflächige Aufbringung der Feder 4, 5 erreichbar. Gegebenenfalls kann ein ganzflächiges gleichmäßiges Schalldämmvermögen durch eine entsprechend ganzflächige Aufbringung der Feder 4, 5 erreicht sein.
Die Adhäsionskräfte der Feder 4, 5 selbst kann bei der Herstellung des Isolationssystems 3 praktisch stufenlos geändert werden, nämlich durch eine entsprechende Steuerung des Mischungsverhältnisses. Dabei ist bei im wesentlichen gleichbleibender Dicke und örtlich unterschiedlichem Schalldämmvermögen lediglich ein einziger einfacher Arbeitsgang erforderlich, wobei gegebenenfalls versteifende Abdeckungen zusätzlich aufzutragen sind. Gemäß Fig. 4 und 5 ist nun bei der Wandverkleidung zwischen der Schwerschicht 6 und dem darauf angeordneten Teppich 8 ein Entkoppler 7 aus einem weichelastischen überwiegend offenporigen Material vorgesehen, vorzugsweise ein Schaumstoff, oder einem akustisch in gleicher Weise wirkenden Vlies bzw. Filz. Dieser Entkoppler 7 ist als dünne Schicht mit einer Dicke im Bereich von ca. 5 mm aufgebracht. Der Entkoppler 7 bewirkt, daß die sonst beobachtbare Verringerung der Biegeweichheit bei Aufbringen eines Teppichs auf das Isolationssystem vermieden ist, wobei darüber hinaus überraschend nicht nur die akustische Wirkung beibehalten, sondern in der Regel sogar verbessert wird. Darüber hinaus ist eine solche Anordnung in herkömmlicher Weise einfach verarbeitbar.

Claims (10)

1. Polyurethanweichschaumstoffe mit schallisolierenden und entdröhnenden Eigenschaften, erhältlich durch Umsetzung eines Polyisocyanats oder Polyisocyanatpräpolymers mit im Überschuß vorliegenden Polyolen oder deren Gemischen unter Einhaltung eines NCO-Indexes von80, besonders von70 zwecks Herbeiführung einer adhäsiven Oberfläche und weiter charakterisiert durch eine Dichte von 80 bis 250 kg/m³, einen E-Modul von<300 000 N/m² und einen Verlustfaktor von mindestens 0,4.
2. Verfahren zur Herstellung eines Polyurethanweichschaumstoffes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die ein Polyisocyanat oder Polyisocyanatpräpolymer enthaltende Komponente mit der Polyole oder deren Gemische im Überschuß enthaltenden Komponente unter Einhaltung von einem NCO-Index von80 zur Umsetzung bringt, insbesondere durch Zuführung in den Mischkopf einer RIM- Anlage.
3. Verwendung der Polyurethanweichschaumstoffe mit adhäsiver Oberfläche als Isolationssystem (3) für die entdröhnende Schallisolation besonders in Kraftfahrzeugen, insbesondere mit nachgeschalteten Schichten (6, 8), wie einer Schwerschicht (6) und einem Teppich (8).
4. Verwendung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei auf dem Isolationssystem (3) aufgebrachten Teppich (8) zwischen der Schwerschicht (6) des Isolationssystems (3) und dem Teppich (8) ein Entkoppler (7) aus weichelastischem überwiegend offenporigem Material angeordnet ist.
5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Entkoppler (7) aus Schaumstoff besteht.
6. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Entkoppler aus akustisch wirksamen Vlies oder Filz besteht.
7. Verwendung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Entkoppler (7) dünn im Bereich von ca. 5 mm ausgebildet ist.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Adhäsionskräfte gebundenen nachgeschalteten Schichten (4, 5, 6) akustisch dämpfende Eigenschaften aufweisen.
9. Verwendung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die adhäsive Beschichtung (2) ganz- oder teilflächig ausgeführt ist.
10. Adhäsives Isolationssystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die adhäsive Beschichtung (2) mit biegesteifen Abdeckungen aus Pappe, Kraftpapier, spritzbaren, aushärtbaren Kunststoffen oder dergleichen versehen ist.
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