DE60305765T2 - Verfahren zum Herstellen von räumlich geformten schalldämpfenden Substraten - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Komposite bzw. Verbundkörper mit strukturellen und akustischen Eigenschaften. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung schließt die Herstellung eines Polyurethanharzes und dessen Aufbringung auf eine erste Seite eines Substrats mit anschließender Formung des Substrats zu einer gewünschten dreidimensionalen Formgestalt ein. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung die Herstellung akustischer Schallteile für Automobile, wie dreidimensionaler Dämmbretter, seitlicher Innen- und Motorfeuerwandisolierungen, seitlicher Motorhaubenisolierungen, innerer Radraum-Isolierungen und von Kofferraum-Trimmisolierungen.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Das Innere eines Automobils ist im Normalfall gegen Schall und Geräusche isoliert, die über den Rahmen des Automobils übertragen werden, wobei dieser Schall bzw. die Geräusche von den Reifen, vom Straßen-, Wind- und Motorlärm sowie von Lärmgeräuschen aus weiteren mechanischen Teilen des Automobils kommen. Zahlreiche Substrate sind im Stand der Technik zur Schallbekämpfung von außen nach innen in einem Automobil bekannt. Beispielsweise ist es im Stand der Technik bekannt, ein Fasermaterial zwischen den Außengeräuschen und dem Inneren des Automobils einzubauen. Das Material dämpft die Schallübertragung und -schwingungen. Es gibt eine große Vielfalt von im Stand der Technik bekannten Dämmmaterialien, z.B. aus Vlies-Textilien wie aus Regenerat-Unterlagen, und aus geschäumten Polyurethanmaterialien. Es ist im Stand der Technik auch bekannt, eine akustische Isolierbarriere auf das Dämmmaterial über einen Klebstoff aufzubringen. Eine derartige Anwendung kommt im Normalfall im Teppich eines Automobils vor, siehe z.B. US 4,056,161 , 4,966,799, 5,266,143 und 5,068,001. Allerdings sind solche akustischen Dämmmaterialien ziemlich schwer.
  • Außerdem ist es im Stand der Technik bekannt, eine genadelte Komposit-Akustiksperre zu erzeugen, wodurch sich der Bedarf für Klebstoffe erübrigt, siehe z.B. US 6,109,389 . Des Weiteren ist es im Stand der Technik bekannt, ein Paneel oder ähnliches Element mit strukturellen und akustischen Eigenschaften bereitzustellen, welche aus einem zellulären Kern, der auf beiden Seiten mit Häuten aus Stofffalten aus mit einem thermoplastischen Harz imprägnierten Mineral- oder Synthesefasern überzogen ist und die Befähigung aufweist, signifikanten Lasten zu widerstehen und eine akustische Dämmung zu ergeben, siehe z.B. US 5,888,610 .
  • Auch gibt es zwei im Stand der Technik bekannte Verfahren zur Herstellung einer Dämmbrettisolation, die auf die Feuerwand von Automobilen montiert wird, um vor Motorlärm zu schützen oder diesen zu absorbieren. Im Allgemeinen schließen diese Dämmbrett-Barrieren ein Vakuum-geformtes Schwerschicht-Bariumsulfat-gefülltes EVA oder PVC oder eine durch Spritzguss geformte TPO-Haut und einen Entkoppler wie einen Gieß-Polyurethanschaum, Spalt-Polyurethanschaum, Fasermatten aus Polyester- oder Naturfasern und Regenerat-Unterlagen ein. Im Fall von Fasermatten wird ein phenolischer Binder angewandt.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer bekannten Dämmbrettisolation beinhaltet die Erhitzung einer Vinyl-Platte, worauf das Vinyl auf ein Formungswerkzeug übertragen und anschließend im Vakuum geformt wird. Ist die Sperre ein Gießschaum, wird dann ein flüssiger Schaum auf das mit Werkzeug bearbeitete Vinyl in einem offenen oder geschlossenen Werkzeug-Verfahren aufgebracht, worauf der aufgetragene Schaum entformt und getrimmt bzw. zugerichtet wird. Ist die Sperre eine Faser- oder Regenerat-Matte, werden das geformte Vinyl auf ein weiteres Formungswerkzeug übertragen und die Faser- oder Regenerat-Matte zugefügt, geformt und gehärtet.
  • Mit diesem Verfahren gebildete Sperren weisen ganz allgemein einen Doppelwand-Effekt durch Entkopplung des Schalls und des Eindringens von Schwingungen durch den Stahl der Feuerwand aus der schweren Schicht (der zweiten Wand) mittels des weichen, flexiblen, absorptiven Materials wie des oben beschriebenen Schaums oder der Matte auf. Sperren mit einer geharzten phenolischen Regenerat-Unterlage wirken in erster Linie als Absorber, die Schall absorbieren, der aus der Feuerwand eindringt oder aus dem Fahrgastraum reflektiert wird.
  • Allerdings besteht im Stand der Technik immer noch ein Bedarf für ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten Komposits, der ein mit einem Polyurethanharz auf der einen Seite überzogenes Substrat enthält. Ganz spezifisch bleibt im Stand der Technik ein Bedarf, leichte akustisch und strukturell dreidimensionale Schall-Isolationsteile für Automobile bereitzustellen.
  • In EP-A-0 251 267 ist ein Verfahren zur Erzeugung eines dreidimensionalen Komposits offenbart, das die Stufen umfasst, in denen ein 2-Komponenten-Polyurethanharz aus einem Polyol und einem Isocyanat vermischt, das Harz auf eine erste Seite einer Glasfaser-Matte aufgebracht, die mit Harz überzogene Matte auf ein Heiß-Formungswerkzeug übertragen, die mit Harz überzogene Matte zu einem dreidimensionalen Komposit geformt, der dreidimensionale Komposit aus dem Werkzeug entnommen und der dreidimensionale Komposit zugerichtet werden.
  • US 5,486,256 ist auf eine biegsame laminierte Platte aus geschäumtem Harz und Faserglas gerichtet. Die flexible laminierte Platte des Patents ist mit einem 11-stufigen Verfahren hergestellt. Die flexible Laminatplatte des Patents weist mehrere Faserglas-Schichten auf. Die flexible Laminatplatte des Patents wird als Kopfleiste für den Fahrgastraum eines Fahrzeugs verwendet.
  • US 4,374,885 ist auf Sitzkissen aus Polyurethanschaumblöcken gerichtet.
  • EP 0 304 005 A1 ist auf ein Faser-verstärktes, Hitze-stabiles Material gerichtet.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Es ist herausgefunden worden, dass dreidimensionale, gegen akustischen Schall isolierte Automobilteile durch Aufbringung eines Polyurethanharzes auf die erste Seite eines Substrats und anschließende Formung des mit Harz überzogenen Substrats gefertigt werden können.
  • Automobilteile, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind, wiegen weniger als herkömmliche Schaum- und Schwerschicht-Komposite und ergeben eine bessere Schallabsorption als gegossener Schaum oder biegsamer Blockmaterialschaum der gleichen Dicke.
  • Die vorliegende Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler akustischer Schall-Dämmmatten gerichtet. Gemäß der vorliegenden Erfindung gefertigte Dämmmatten sind zum leichteren Einbau selbst-tragend.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In 1 ist schematisch die Impedanzrohr-Testausrüstung dargestellt.
  • In 2 ist der Schallabsorptionskoeffizient einer Schaumplatte mit einer Dicke von 7,62 mm eines Dämmisolators bei einem Frequenzbereich von 100 bis 6400 Hz dargestellt.
  • In 3 ist der Schallabsorptionskoeffizient des Ford Taurus® Ultralite-Dämmisolators bei einem Frequenzbereich von 100 bis 6400 Hz dargestellt.
  • In 4 ist der Vergleich des Schallabsorptionskoeffizienten einer mit Polyurethan überzogenen Flachs-Sisal-Fasermatte gemäß der vorliegenden Erfindung mit herkömmlichen Polyurethanschäumen bei einem Frequenzbereich von 100 bis 6400 Hz dargestellt.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung dreidimensionaler Komposite zur Schallbekämpfung gerichtet. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Erzeugung eines schallabsorbierenden dreidimensionalen Komposits gerichtet, das aus den Stufen besteht, in denen man ein 2-Komponenten-Polyurethanharz aus einer Polyolmischung und einem Isocyanat vermischt, das Harz auf eine erste Seite eines Substrats aufträgt, anschließend das mit Harz überzogene Substrat auf ein Heiß-Formungswerkzeug überträgt, das mit Harz überzogene Substrat zu einem dreidimensionalen Komposit formt und man schließlich den dreidimensionalen Komposit aus dem Werkzeug nach der Härtung und Zurichtung des dreidimensionalen Komposits entnimmt, wobei dieser dann einen Schallabsorptionskoeffizient bei 1000 Hz von 0,25 und bei 3000 Hz von 0,8 aufweist. Ferner kann, gemäß der vorliegenden Erfindung, im dreidimensionalen Komposit das Harz gegebenenfalls auf beide Seiten des Substrats aufgebracht sein.
  • Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyurethanharz kann mit einem breiten Bereich der Polyol/Isocyanat-Verhältnisse zubereitet und verarbeitet werden. Vorzugsweise weist das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendete Polyurethanharz einen NCO-Index im Bereich von 90 bis 130 und bevorzugter von 100 bis 120 auf.
  • Das in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyurethanharz enthält eine Polyolmischung. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die Polyolmischung ganz allgemein eine Polyol- oder Isocyanat-reaktive Komponente. Das erste Polyol ist generell mit ca. 30 bis ca. 80 und vorzugsweise mit 45 bis ca. 65 Gew.-% der Gesamtmischung vorhanden. Das zweite Polyol ist generell mit ca. 10 bis 64 und vorzugsweise mit ca. 27 bis ca. 47 Gew.-% vorhanden. Gegebenenfalls umfasst die Polyolmischung ferner ca. 0 bis ca. 20 und vorzugsweise ca. 3 bis ca. 10 Gew.-% einer Fettsäure. Die Polyolmischung kann auch einen Katalysator mit ca. 0 bis ca. 5 und vorzugsweise mit ca. 0,2 bis ca. 1 Gew.-% umfassen. Auch kann die Polyolmischung ferner einen Füllstoff umfassen, der in einer Menge von ca. 0 bis ca. 20 und vorzugsweise von ca. 1 bis ca. 5 Gew.-% vorliegt. Außerdem können schwarze Pigmente zur Polyolmischung, nötigenfalls, in einer Menge von 0 bis 5 und vorzugsweise von ca. 0,5 bis 2 Gew.-% zugegeben werden. Kohlenstoffruß ist in breitem Umfang in der Industrie als Pigment verwendet worden, allerdings können organische Farbstoffe ebenfalls verwendet werden. Optionale Benetzungsmittel in einer Menge von 0 bis 5 und vorzugsweise von 0,1 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polyolmischung, können ebenfalls verwendet werden, um das Ausnässen von Urethan auf verschiedenen Matten noch weiter zu steigern.
  • Generell schließen die Isocyanat-reaktiven Verbindungen z.B. Hydroxylgruppen-enthaltende Verbindungen ein. Diese Materialien können in typischer Weise in zwei Gruppen von Verbindungen mit hohem Molekulargewicht von 500 bis 10.000 und von Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht von 62 bis 499 eingeteilt werden. Die bevorzugten Polyole sind gemäß der vorliegenden Erfindung Polyether mit niedrigem Molekulargewicht, abgeleitet aus üblich verwendeten Startern wie mit 4,4'-Dihydroxydiphenylpropan, Sucrose, Anilin, Ammoniak, Toluoldiamin, Monoethanolamin, Propylenglykol, Ethylenglykol, Trimethylolpropan und mit Ethylendiamin.
  • Mit Vinylpolymeren modifizierte Polyether des Typs, gebildet z.B. durch Polymerisieren von Styrol oder Acrylnitril in der Gegenwart von Polyether ( US 3,383,351 , 3,304,273, 3,523,093 und 3,110,695 und DE 1 152 536 ) eignen sich ebenfalls, wie dies auch für Polybutadiene gilt, die OH-Gruppen enthalten. Außerdem schließen geeignete Hydroxylgruppenhaltige Polyole Ethylenglykol, 1,2- und 1,3-Propylendiol, 1,3- und 1,9- und 2,3-Butandiol, 1,6-Hexandiol, 1,10-Dexandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol, Glycerin und Trimethylolpropan ein.
  • Geeignete Polyole schließen für die vorliegende Erfindung auch Polyesterpolyole ein, die aus der Kondensation von z.B. Adipinsäure, Phthalsäure oder weiterer aliphatischer oder aromatischer Dicarbonsäuren oder von deren Anhydriden mit niedermolekularen Diolen, wie mit Propylenglykol, Dipropylenglykol, Tripropylenglykol oder mit Tetrapropylenglykol oder Ethylenglykol und seinen Oligomeren, mit Butandiol, Hexandiol oder mit weiteren aliphatischen Diolen, Bis-Phenol A oder mit weiteren aromatischen Diolen, die im Stand der Technik zur Herstellung von Polyesterpolyolen verwendet werden, stammen. Auch können gemäß der vorliegenden Erfindung Polycaprolactam oder Polylactide in den Polyolzusammensetzungen vorhanden sein. Natürlich vorkommende Polyesterpolyole wie Rizinus- oder modifiziertes Sojabohnenöl, Rapsöle oder Leinsamenöl oder Kondensationsprodukte von Rizinusölsäure und Butandiol oder Rizinusölsäure können ebenfalls zur Formulierung der gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyolmischung herangezogen werden.
  • Die in der vorliegenden Erfindung verwendete Polyolmischung kann auch eine Fettsäure einschließen. Geeignete Fettsäuren schließen z.B. Fettsäuren wie diejenigen Säuren der Formel: R(CO2H)n ein, worin n 1, 2 oder 3 ist und R mindestens 10 Kohlenstoffatome enthält. R kann Alkyl (d.h. cyclisches, lineares oder verzweigtes), Alkaryl, Aralkyl oder Aryl, gesättigt oder ungesättigt, sein. Beispiele geeigneter Säuren schließen z.B. n-Decan-, Neodecan-, Laurin-, Palmitin-, Stearin-, Isostearin-, Öl-, Leinölsäure und dgl. ein. Ölsäure ist die bevorzugte Fettsäure.
  • Weitere Additive, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen Katalysatoren, wie z.B. verschiedene organische Metallverbindungen, einschließlich z.B. Zinn(II)salze von Carbonsäuren, Dialkylzinnsalze von Carbonsäuren, Dialkylzinnmercaptide, Dialkylzinndithioester und tertiäre Amine wie z.B. Dimethylcyclohexylamin (d.h. Polycat 8), Pentamethyldiethylentriamin (d.h. Polycat 5), Kaliumacetat (d.h. Polycat 45), Bis[2-(dimethylamino)ethyl]ether (Niax A-1), Dimethylethanolamin (DMEA), Dabco WT usw. ein. Natürlich ist es auch möglich, jeden der Katalysatoren zu verwenden, die den Fachleuten des Standes der Technik der Polyurethan-Chemie gut bekannt sind.
  • Geeignete Füllstoffe und Verstärkungsmittel, die in der hierin oben beschriebenen Polyolmischung enthalten sein können, schließen sowohl organische als auch anorganische Verbindungen, z.B. Verbindungen wie Glas in der Form von Fasern, Flocken, Schnittfasern oder Mikrokugeln, Glimmer, Wollastonit, Kohlefasern, Kohlenstoffruß, Kohlenstoffrußpaste, Talkum und Calciumcarbonat, ein. Auch kann erneut gemahlenes Polyurethan mit einer Partikelgröße unter 100 μm aus z.B. einer Produktionstrimmung von Sitzkissen und SRIM- oder RIM-Teilen als Füllstoff verwendet werden.
  • Ausgangs-Polyisocyanatkomponenten zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung schließen aliphatische, cycloaliphatische, araliphatische, aromatische und heterocyclische Polyisocyanate des Typs ein, der z.B. von W. Siefken in Justus Liebigs Annalen der Chemie, 562, Seiten 72 bis 136, beschrieben ist. Spezifische Beispiele dieser Verbindungen sind Ethylen-, 1,4-Tetramethylen-, 1,6-Hexamethylen-, 1,12-Dodecan-, Cyclobutan-1,3-, Cyclohexan-1,3- und -1,4-diisocyanat und Mischungen dieser Isomeren.
  • Weitere Beispiele sind 1-Isocyanato-3,3,5-trimethyl-5-isocyanatomethylcyclohexan (DE-AS 1 202 785, US 3,401,190 ), 2,4- und 2,6-Hexahydrotolylendiisocyanat und Mischungen dieser Isomeren. Hexahydro-1,3- und/oder -1,4-phenylendiisocyanat, Perhydro-2,4'- und/oder -4,4'-diphenylmethandiisocyanat, 1,3- und 1,4-Phenylendiisocyanat, 1,4- und 2,5-Tolylendiisocyanat und Mischungen dieser Isomeren sind in der vorliegenden Erfindung ebenfalls geeignet. Diphenylmethan-2,4- und/oder -4,4'-diisocyanat, Naphthalin-1,5-diisocyanat, Triphenylmethan-9,4',9''-triisocyanat, Polyphenylpolymethylenpolyisocyanate des Typs, erhalten durch Kondensieren von Anilin mit Formaldehyd unter anschließender Phosgenierung, beschrieben z.B. in GB 874 430 und 848 671, können ebenfalls in der vorliegenden Erfindung verwendet werden; m- und p-Isocyanatophenylsulfonylisocyanate gemäß US 3,454,606 , perchlorierte Arylpolyisocyanate des Typs, beschrieben z.B. in DE-AS 1 157 601 ( US 3,277,138 ), Polyisocyanate, enthaltend Carbodiimidgruppen des Typs, beschrieben in DE 1 902 007 ( US 3,152,162 ), Diisocyanate des Typs, beschrieben in US 3,492,330 , und Polyisocyanate, enthaltend Allophanatgruppen, des Typs, beschrieben z.B. in GB 0 993 890 , BE 761 626 und in NL 7 102 524 , stellen weitere Beispiele geeigneter Isocyanate dar. Außerdem sind Polyisocyanate, enthaltend Isocyanuratgruppen des Typs, beschrieben z.B. in US 3,001,973 , DE-OS 1 929 039 und 2 009 408, Polyisocyanate, enthaltend Urethangruppen, des Typs, beschrieben z.B. in BE 752 261 oder in US 3,399,164 , Polyisocyanate, enthaltend acylierte Harnstoffgruppen, gemäß DE 1 230 778 und Polyisocyanate, enthaltend Biuretgruppen, des Typs, beschrieben z.B. in DE 1 101 394 ( US 3,124,605 und 3,201,372) und in GB 889 050 , sind ebenfalls geeignet.
  • Aromatische Polyisocyanate, die bei der Verarbeitungstemperatur flüssig sind, werden bevorzugt verwendet. Die bevorzugten Ausgangspolyisocyanate schließen Derivate von 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan, die bei Raumtemperatur flüssig sind, z.B. flüssige Polyisocyanate, enthaltend Urethangruppen, des Typs, erhältlich gemäß DE 1 618 380 ( US 3,644,457 ), ein. Diese können z.B. durch Reaktion von 1 mol 4,4'-Diisocyanatodiphenylmethan mit 0,05 bis 0,3 mol niedermolekularen Diolen oder Triolen, vorzugsweise mit Polypropylenglykol mit einem Molekulargewicht unterhalb 700, erzeugt werden.
  • Bevorzugt weisen die gemäß der vorliegenden Erfindung verwendeten Polyisocyanate einen 2,4-Diphenylmethandiisocyanat-Gehalt im Bereich von ca. 1 bis ca. 16 und bevorzugter von ca. 2 bis ca. 12 Gew.-% auf.
  • Gegebenenfalls können, gemäß der vorliegenden Erfindung, Prepolymere als Komponente des Polyurethanharzes verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Polyolkomponente in der Abwesenheit von Katalysatoren mit dem Polyisocyanat zur Herstellung eines Prepolymer umgesetzt werden. Zur Herstellung des Polyurethanharzes können dann der restliche Anteil des Polyols zugegeben und die Komponenten zusammen in der Gegenwart von Katalysatoren und weiterer geeigneter Additive umgesetzt werden. Weitere Additive können entweder zum Prepolymer oder zum restlichen Polyol oder zu beiden vor der Vermischung der Komponenten gegeben werden, wodurch am Ende der Reaktion das Polyurethanharz gebildet wird.
  • Substrate mit der Eignung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung können Fasermatten aus Flachs, Flachs-Sisal, Hanf, Jute, Polyurethanschaumkörnern oder aus Mischungen davon, Matten aus Natur- und Synthesefaser, aus Hanf plus Polypropylen- oder Polyetherfasern, synthetische Matten aus Polyetherfasern, Regenerat-Unterlagen, aus flexiblem oder hart-formbarem Polyurethanschaum einschließen. Vorzugsweise wiegt das Substrat 400 bis 1200 g/m2. Die Fasermatten können ca. 0,01 bis ca. 50 Gew.-% Polypropylen oder Polyester aufweisen.
  • Das oben beschriebene 2-Komponenten-Polyurethanharz kann auf das Substrat mit im Stand der Technik bekannten Maßnahmen, vorzugsweise durch Streichen, Rakeln oder über einen Walzenüberzieher, aufgetragen werden. Bevorzugter wird das 2-Komponenten-Polyurethanharz auf eine erste Seite des Substrats mittels eines Hochdruck-Sprühkopfes (Druck > 3,45 (MPa (500 psi)) unter Anwendung eines Aufprallmischverfahrens oder unter Anwendung einer Niederdruck-Einheit mit einem statischen Mischer im Sprühkopf (Druck < 1,03 MPa) (150 psi)) aufgesprüht werden.
  • Im Allgemeinen wird das Polyurethanharz auf das Substrat in einer Menge von 150 bis ca. 1500 g/m2 aufgetragen. Die Zusammensetzungen können gemäß der vorliegenden Erfindung mit herkömmlichen Verarbeitungsverfahren geformt werden. Im Allgemeinen wird das Substrat in herkömmlichen Pressen bei einer Form- oder Werkzeugtemperatur von 90 bis 130°C ca. 60 bis ca. 120 s lang geformt. Gegebenenfalls kann eine Papier-Wabenfolie unter das mit Harz überzogene Substrat vor der Formung des Komposits gelegt werden, um eine verbesserte Festigkeit zu ergeben.
  • Akustisch isolierte Automobilteile, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt und gefertigt sind, schließen dreidimensionale Dämmmatten, innere und seitliche Motor-Feuerwandisolierungen, seitliche Motorhauben-Isolierungen, innere Radraum-Isolierungen und Kofferraum-Trimmisolierungen ein.
  • Die Erfindung wird nun noch weiter durch die folgenden Beispiele, in denen alle Teile und Prozentsätze auf das Gewicht bezogen sind, wenn nichts Anderes spezifisch angegeben ist, erläutert, ohne aber darauf eingeschränkt zu sein.
  • Beispiele
  • Allgemeines Verfahren
  • Die folgenden Isocyanate und Polyole sind Beispiele der Komponenten des Polyurethanharzes zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung:
    • Isocyanat 1: Ein im Handel verfügbares aromatisches polymeres Diphenylmethandiisocyanat mit einem 2,4-MDI-Isomerengehalt von 1 bis 7 Gew.-%
    • Isocyanat 2: Eine umgesetzte Mischung (oder ein Prepolymer) aus ca. 80 bis ca. 100 Gew.-% Isocyanat 1 und ca. 0,01 bis ca. 20 Gew.-% einer im Handel verfügbaren Ölsäure/Adipinsäure/Pentaerythrit-Mischung
    • Isocyanat 3: Ein im Handel verfügbares aromatisches polymeres 2,9-Diphenylmethandiisocyanat
    • Polyol A: Ein Polyether, hergestellt mit einem Sucrose/Polyglykol/Wasser-Starter mit einem Molekulargewicht von ca. 440
    • Polyol B: Ein Polyether, hergestellt mit einem Monoethanolamin-Starter mit einem Molekulargewicht von ca. 240
    Tabelle 1.
    Figure 00090001
  • Beispiel 1
  • Eine Platte einer Flachs-Sisal-Matte (50% Flachs, 50% Sisal) mit einem Flächengewicht von ca. 1000 g/m2 wurde auf eine horizontale Trägerbefestigung gelegt. Die Größe der Matte wurde auf die Abmessungen des Formungswerkzeugs bezogen. Die Matte sollte alle Teile des Werkzeugs während der Formungsstufe bedecken. Die Polyolformulierung gemäß Tabelle 1 zusammen mit dem Isocyanat 2 wurde mit einem Mischungsverhältnis von POLYOL/ISO von 100:139,9 auf die obere Oberfläche der Matte mittels eines Niederdruck-Mischkopfes mit einem internen Statik-Mischer aufgebracht. Eine geeignete Ausrüstung für diesen Typ der Anwendung ist z.B. von Langemann verfügbar. Der typische Druck betrug 2,07 MPa (300 psi), der Durchsatz wurde auf ca. 20 g/s eingestellt, und die Gesamtmenge des auf die Matte aufgesprühten Polyurethanharzes betrug ca. 500 g/m2.
  • Das Substrat wurde dann in ein Aluminium-Formungswerkzeug überführt, das auf 90°C erhitzt wurde. Das Substrat wurde auf den männlichen Teil der Form so gelegt, dass die mit Harz versehene Oberfläche auf den männlichen Teil der Form gerichtet war. Infolgedessen wurde die Polyurethanschicht des fertigen Teils auf die Schallquelle ausgerichtet. Weil die zur Herstellung des beschriebenen Teils verwendete Form zur Formung herkömmlicher Dämmisolatoren aus einer Vinyl-Schwerschicht und aus einem biegsamen geformten Polyurethanschaum entworfen war, wurde eine Stützschicht aus einer Regenerat-Unterlage (unkomprimierte Dicke von ca. 5 cm, Dichte von ca. 70 kg/m3) auf das Substrat gelegt, um die notwendige Kompressionskraft während des Formungsvorgangs zu ergeben. Die Form wurde verschlossen, worauf das Harz 120 s lang gehärtet wurde. Nach Entnahme des Teils aus der Form wurde es von der Stützregenerat-Unterlage gesäubert und zugerichtet.
  • Impedanz-Rohrtest
  • Das in Beispiel 1 hergestellte Substrat und herkömmliche Isolatoren wurden in einem Widerstands/Impedanzrohr getestet. ASTM E1050 (Standard-Testverfahren für Widerstand (Impedanz) und Absorption von Akustik-Materialien in einem Rohr mit 2 Mikrofonen und einem digitalen Frequenz-Analysesystem) stellte die Vorgehensweise dar, die zur Erstellung der Daten in den 2 bis 4 angewandt wurde.
  • Der Aufbau mit den 2 Mikrofonen im Testverfahren mit dem Impedanzrohr ist schematisch in 1 dargestellt. Ein Bruel & Kjaer-System, enthaltend ein Widerstands/Impedanz-Rohr, 2 1/4'' Kondensermikrofone, einen Stromverstärker, ein Schnell-Fourier-Transform-Multikanalanalysiergerät und einen Computer mit Bruel & Kjaer-Software, wurde angewandt. 2 unterschiedlich große Rohre wurden für Messungen in unterschiedlichen Frequenzbereichen eingesetzt. Das große Rohr (100 mm Durchmesser) wird für Frequenzen von 100 bis 1600 Hz und das kleine Rohr (29 mm Durchmesser) wird für Frequenzen von 500 bis 6400 Hz eingesetzt.
  • Der Sprecher am Rohrende erzeugt eine stationäre Akustikebenenwelle im Rohr. Die Testprobe wird am anderen Ende mit einer starren Kolbenstützung angeordnet. Die Breitbandwelle wird in einfallende und reflektierte Komponenten unter Anwendung einer Übertragungsfunktions beziehung zwischen den akustischen Drücken an 2 Orten auf der Rohrwand getrennt. Das Analysiergerät berechnet die Größe des Reflexionskoeffizient R aus dem Amplitudenverhältnis des reflektierten zum einfallenden Druck an jeder Frequenz von Interesse. Dann ist der Frequenz-abhängige SA-Koeffizient gegeben mit: α(f) = 1 – R(f)2
  • Das ASTM-Verfahren empfiehlt die Testung von mindestens zwei 29 mm und zwei 100 mm Spezimen, die aus dem gleichen Materialblock geschnitten sind. Die Durchschnittsbildung dieser Ergebnisse gibt eine bessere Abschätzung der Materialleistung, da dadurch einiges der inhärenten Variabilität der Teile einbezogen wird.
  • Wie im Vergleich in den 2, 3 und 4 dargestellt, sind die gemäß der vorliegenden Erfindung hergesellten Polyurethanharzkomponenten weniger dicht und weisen eine höhere Schallabsorption als andere im Stand der Technik bekannte Schallisolatoren auf.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines akustischen dreidimensionalen Komposits, umfassend die Stufen, in denen man ein 2-Komponenten-Polyurethanharz aus einer Polyolmischung und einem Isocyanat oder aus einem Prepolymer vermischt, das Harz auf eine erste Seite oder auf eine erste und eine zweite Seite eines Substrats, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Naturfaser-Matten, Synthesefaser-Matten, Regenerat-Unterlagen und aus Mischungen davon, aufbringt, das mit Harz überzogene Substrat auf ein Heiß-Formungswerkzeug überführt, gegebenenfalls eine Papier-Wabenfolie auf die zweite Seite des Substrats oder unter das mit Harz überzogene Substrat vor der Formung des mit Harz überzogenen Substrats legt, das mit Harz überzogene Substrat zu einem dreidimensionalen Komposit formt, den dreidimensionalen Komposit aus dem Werkzeug entnimmt und man den dreidimensionalen Komposit zurichtet, worin der dreidimensionale Komposit einen Schallabsorptionskoeffizienten bei 1000 Hz von 0,25 und bei 3000 Hz von 0,8 aufweist.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Harz durch Sprühen, Streichen oder Walzen aufgetragen wird.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Harz mittels eines Hochdruck-Kopfes unter Aufprallmischen aufgesprüht wird.
  4. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Harz mittels eines Niederdruck-Kopfes mit statischem Mischer aufgesprüht wird.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei das Harz in einer Menge von 150 bis 1500 g/m2 aufgesprüht wird.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Substrat 400 bis 1200 g/m2 wiegt.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Fasermatten 0,01 bis 50 Polypropylen oder Polyester umfassen, worin die Fasermatte ein Flächengewicht von 400 bis 1200 g/m2 aufweist.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Polyurethanmischung 30 bis 60 Gew.-% Polyolmischung und 25 bis 55 Gew.-% Isocyanat umfasst.
  9. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Polyolmischung ferner eine Fettsäure, einen Katalysator und einen Füllstoff umfasst.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Polyolmischung ein erstes Polyol mit 30 bis 80 Gew.-% und ein zweites Polyol mit 10 bis 64 Gew.-% umfasst, wobei die Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht der Polyolmischung bezogen sind.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, worin die Fettsäure mit 1 bis 20 Gew.-%, der Katalysator mit 1 bis 2 Gew.-% und der Füllstoff mit 1 bis 10 Gew.-% vorhanden sind, wobei die Gewichtsprozente auf das Gesamtgewicht der Polyolmischung bezogen sind.
  12. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin das Polyurethanharz einen NCO-Index von 90 bis 130 aufweist.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, worin das Polyurethanharz einen NCO-Index von 100 bis 120 aufweist.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der akustische dreidimensionale Komposit ein Dämmisolator ist.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei der akustische dreidimensionale Komposit ein Motorhauben-Isolator ist.
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