DE60317217T2

DE60317217T2 - Schallabsorbierende und schalldämpfende platte

Info

Publication number: DE60317217T2
Application number: DE60317217T
Authority: DE
Inventors: Paolo Scudieri
Original assignee: ADLER PLASTIC SpA
Current assignee: ADLER PLASTIC SpA
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-09-24
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2023-09-25
Also published as: US20060040099A1; WO2004028796A2; DE60317217D1; WO2004028796A3; EP1542863B1; AU2003277894A1; EP1542863A2; ITRM20020472A1; ITRM20020472A0; ATE376926T1

Description

Technischer Bereich
Diese Erfindung betrifft eine schallabsorbierende und schalldämpfende Platte. Insbesondere betrifft sie eine Platte, welche aus einer ersten Lage aus Kunststoffschaum besteht, die mit einer zweiten Lage aus einem anderen Material gekoppelt ist oder nicht. Diese Platte hat ein starkes Schallabsorptionsvermögen, eine niedrige Kerbschlagfestigkeit und insgesamt gute mechanische Eigenschaften und ist leicht, lässt sich verformen und ist imstande, langsam in seine ursprüngliche Gestalt zurück zu kehren, nachdem die die Verformung verursachende Einwirkung aufgehört hat.
Allgemeiner Stand der Technik
Auf dem Gebiet der schallabsorbierenden und/oder schalldämpfenden Materialien sind seit geraumer Zeit verschiedene Materialien dahingehend bekannt, dass sie den Schall filtern und dämmen. Sie werden ganz zielgerichtet eingesetzt, was vom speziellen Anwendungsgebiet abhängt. Beispiele reichen von ausgeklügelten und kostenaufwendigen Gravurplatten für reflexionsfreie Räume bis hin zu einfachen Kunststoffbahnen, die mit stark dämpfenden Blechen wie Bleiblech oder mit Kunststoff hoher Dichte und niedriger Kerbschlagfestigkeit verbunden sind und die beispielsweise dazu benutzt werden, um in den Motorkabinen von Booten gute akustische Verhältnisse zu schaffen. In der Automobilindustrie gehören zu den Beispielen für Vorrichtungen zur Schaffung von guten akustischen Verhältnissen Platten aus unterschiedlichen Fasern und/oder Kunststoffschaum in Verbindung mit einer Lage Bitumenbahn.
Auch wenn die obigen Materialien in ihrer Leistungsfähigkeit (die manchmal recht bescheiden sein kann) ganz beträchtlich schwanken, so haben sie doch einige Nachteile wie beispielsweise ein zu hohes Gewicht (zum Beispiel im Fall von Platten mit Bleiblech), ein zu großes Volumen, hohe Kosten oder eine geringe mechanische Festigkeit (beispielsweise verschlechtert sich bei Platten mit einer Bitumenbahn die Leistungsfähigkeit einerseits mit der Zeit und andererseits, nachdem sie niedrigen Temperaturen und/oder Temperaturschwankungen ausgesetzt gewesen sind; ferner können die Platten ganz leicht austrocknen, unter dem Einfluss von Vibrationen können sie Rissbildung zeigen und sich von ihrer Unterlage lösen). Verschiedene Versuche, die Leistungsfähigkeit der genannten Materialien zu erhöhen, haben nicht immer zu den erhofften Ergebnissen geführt. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn begrenzte Abmessungen und ein hohes Absorptionsvermögen gefordert werden: der Einsatz dünner Materialien muss mit Material hoher Dichte kompensiert werden, wodurch das Gewicht erhöht wird; denn bei müssen ein niedrigeres Schalldämmvermögen oder begrenzte mechanische Eigenschaften in Kauf genommen werden.
Beispielsweise betrifft das US-Patent US-5.010.113 ein flammhemmendes und schalldämpfendes Material aus Polyurethan, welches dadurch erhalten wird, dass man ein Aminosalz der Phosphorsäure, eine Verbindung, die mindestens zwei reaktionsfreudige Wasserstoffatome enthält, und eine Verbindung, die mindestens zwei Isocyanatradikale enthält, miteinander mischt und reagieren lässt.
Die deutsche Patentanmeldung 1991-41 229 666 beschreibt einen schalldämmenden viskoelastischen Schaum, der eine klebende Oberfläche aufweist und den man dadurch erhält, dass man stöchiometrische Mengen eines Polyisocyanats mit mindestens zwei Polyolen vom Polyethertyp, die miteinander inkompatibel sind, reagieren lässt.
Das Patent EP-0 884 349 beschreibt ein schalldämpfendes Material, welches aus einem quervernetzten Kunstharz – ausgewählt aus der Gruppe Polyolefin, Polystyrol und Polychlorvinyle – und einem inerten Füllmaterial, vorzugsweise Bariumsulfat, besteht (in den Beispielen beschrieben)
US-4.283.457 offenbart für akustische Anwendungsfälle eine Laminatstruktur, welche eine poröse und flexible Matte aus genadeltem Vliesstoff aus eigenflammsicheren feinen Fasern aus Glas oder aus anderen Materialien umfasst, die als Verkleidung auf eine schallabsorbierende flammhemmende flexible Unterlabe wie beispielsweise eine Lage aus offenzelligem Schaum oder eine Matte aus Glas- oder Mineralfasern aufgebracht sind. Es offenbart auch das Verfahren zur Herstellung einer derartigen Laminatstruktur. Je nach den dafür eingesetzten Materialien werden die Verkleidung und die Unterlage durch Nadelung und nachfolgendes chemisches Binden oder Flammbondieren verbunden und im Fall einer offenzelligen Schaumstoffunterlage kann die Unterlage an Ort und Stelle auf der Verkleidung geschäumt werden, wodurch eine enge Verbindung hergestellt wird.
Diese Dokumente erläutern jedoch nicht, welcher tatsächliche Schallabsorptionskoeffizient erhalten wird, und über die Wirkung des inerten Füllstoffs geben sie nur insofern Auskunft, dass dieser die Kosten des Fertigprodukts senkt und den Wärmeleitwiderstand erhöht.
Beschreibung der Erfindung
Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, eine schalldämmende Platte zur Verfügung zu stellen, die leicht ist, sich leicht gießen lässt, sehr biegsam ist und eine niedrige Kerbschlagfestigkeit aufweist und ferner eine hohe mechanische Festigkeit und ein hohes Schallabsorptions- und Schalldämmvermögen hat. Ferner soll diese Platte imstande sein, diese Eigenschaften über die Zeit selbst bei Temperaturänderungen beizubehalten.
Die Platte gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Lage, welche aus einem viskoelastischen Kunststoffschaum besteht, der ein fein verteiltes, inert chargiertes Material enthält, wobei diese Lage mit einer zweiten Lage gekoppelt ist, die aus einem Material besteht, welches aus der Gruppe gewählt wird, die aus Textilfasermatte, 100% Polyethersulfon und Polyethylenschaum besteht. Die Textilfasermatte ist vom bekannten Typ und besteht im Wesentlichen aus gesponnenen Garnabfällen unterschiedlicher Art.
Die genannte erste Lage der Platte besteht vorzugsweise aus einem viskoelastischen Polyurethanschaum, der nach den Verfahren des Standes der Technik in der Weise hergestellt wird, dass man (i) mindestens eine Verbindung, die man unter Ethylenoxiden und Propylenoxiden auswählt – Verbindung A – mit (ii) einer Isocyanatverbindung – Verbindung B – reagieren lässt, wobei in dem genannten Polyurethanschaum ein feinstverteiltes Inertmaterial – Verbindung C – gleichmäßig verteilt ist, welches ausgewählt wird aus der Gruppe aus Glasfasermaterial, textilen Kunst- und Naturfasern, Siliziumdioxid, Silikaten, Karbonaten und ähnlichen Materialien, und zwar einzeln oder in Kombination.
Im Detail haben die Ethylenoxide und die Propylenoxide ein Molekulargewicht, das in den Bereich von 200 bis 10.000 fällt, vorzugsweise jedoch von 200 bis 6.000, eine Hydroxylzahl, die in den Bereich von 20 bis 1.000 fällt, vorzugsweise jedoch von 20 bis 800, und eine Funktionalität, die in den Bereich von 3 bis 8 fällt. Diese Verbindungen werden allein benutzt (nur Ethylenoxide oder Propylenoxide) der werden nach den bekannten Verfahren gemischt. Die Isocyanatverbindung wird aus der Gruppe gewählt, die Toluendiisocyanat, Polymethylenpolyphenylisocyanate und Diphenylisocyanate mit einem Molekulargewicht im Bereich von 200 bis 8.000, im Idealfall von 200 bis 6.000, umfasst.
Die Verbindungen A, B und C sind im Reaktionsgemisch in Mengen vorhanden, die, ausgedrückt in Gewichtsprozent, in den Bereich von 30 bis 75, von 20 bis 65 bzw. von 5 bis 50 fallen.
Die erste Platte hat eine Stärke, die in den Bereich von 5 bis 500 mm fällt, und eine Dichte, die in den Bereich von 50 bis 200 kg/m³ fällt.
Vorzugsweise besteht das feinstgemahlene Material aus Glasfaser, Siliziumdioxid, Silikaten, Karbonaten und ihren Gemischen mit einer Teilchengröße im Bereich von 10 bis 500 μm, vorzugsweise von 50 bis 200 μm. Jedenfalls liegen die möglichen Teilchengrößen im Bereich von 10 bis 50 μm und von 10 bis 30 μm.
Vorzugsweise ist das Material, das zur Herstellung der genannten zweiten Lage verwendet wird, ein Filz, eine Matte oder ein gepresstes Material aus natürlichen oder künstlichen Textilfasern mit einer flächenbezogenen Masse, die in den Bereich von 400 bis 1.500 g/m² fällt, und eine Stärke, die in den Bereich von 10 bis 100 mm fällt. Die erste und die zweite Lage werden auf direkte Weise in der Gießform oder mittels Verkleben verbunden. Die bevorzugte Version der fertigen Platte umfasst eine Lage aus viskoelastischem Polyurethanschaum mit einer Dichte, die in den Bereich von 85 bis 120, vorzugsweise von 90 bis 105 kg/m³, fällt, und enthält das feinstgemahlene Material in Mengen, die in Gewichtsprozent in den Bereich von 60 bis 80, vorzugsweise von 65 bis 75, fallen, wobei der Rest die genannte zweite Lage ist, die eine flächenbezogene Masse im Bereich von 400 bis 900 g/m², vorzugsweise von 500 bis 800 g/m², aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung weist die genannte erste Lage eine freie Fläche oder Sichtfläche mit kleinen Vertiefungen auf, die eine weitgehend krummlinige Gestalt (im Idealfall kreisförmig, oval oder elliptisch), eine maximale Querabmessung im Bereich von 5 bis 15 mm, vorzugsweise von 7 bis 13 mm, eine Tiefe im Bereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise von 2 bis 6 mm, und einen Abstand zwischen den Zentren vom 1,10- bis zum 1,80-fachen der genannten maximalen Querabmessung haben.
Die folgenden Beispiele zeigen die technischen Ergebnisse, die bei einigen Platten gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten worden sind, und zwar lediglich zum Zweck der Veranschaulichung, wobei diese Beispiele keinerlei Einschränkung hinsichtlich der Gegenstände und des Schutzumfangs der Erfindung selbst bedeuten.
Beispiel 1
Es wurden Platten gefertigt, die aus einer ersten Lage aus Polyurethanschaumstoff bestehen, der in der Weise erhalten wurde, dass man ein Gemisch aus SPECFLEX NS 644 (hergestellt von DOW CHEMICAL), S. F. Ns 540 (hergestellt von DOW CHEMICAL) und Textilfasern (Polyester) in Anteilen von 40%, 50% bzw. 10% reagieren ließ. Die Platten wurden in drei Stärken (20, 30 und 45 mm) mit einer Dichte gleich 100 kg/m³ gefertigt und wurden mit einer zweiten Lage verbunden, die aus einer 20 mm starken Matte aus Textilfasergemisch mit einer flächenbezogenen Masse von 1000 g/m² bestand. Die erhaltenen Produkte wurden Schallabsorptionsprüfungen gemäß ASTM E1050-90 und ASTM C384-95 unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 in Prozent der Schallabsorption zusammengefasst. Tabelle 1

Stärke Frequenz (Hz)

1000 2000 3000 4000 5000 6000

20 79 85 89 94 93 89

30 81 89 97 99 95 94

45 85 90 96 99 99 96
Beispiel 2
Eine 20 mm starke erste Lage des Materials, welches nach der Beschreibung in Beispiel 1 gefertigt worden ist, wurde mit einer zweiten Lage verbunden, die aus 100% Polyethersulfon bestand. Dann wurde das sich ergebende Erzeugnis der Schallabsorptionsprüfung, auf die im vorangehenden Beispiel Bezug genommen wurde, unterzogen. Die Platte wurde sowohl in dem Zustand, wie sie hergestellt wurde, geprüft, als auch in einem Zustand, in welchem sie gepresst worden ist, um ihre Stärke um 75% zu reduzieren. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2

Stärke Frequenz (Hz)

1000 2000 3000 4000 5000 6000

Platte ungepresst 85 95 92 93 91 95

Platte um 75% gepresst 76 74 79 81 86 85

Claims

Mehrlagige schalldämpfende und schallabsorbierende Platte, hergestellt aus Kunststoff in Verbindung mit einem zweiten geeigneten Material, wobei die genannte Platte eine erste Lage umfasst, die aus einem Kunststoffschaum besteht, der ein gleichmäßig verteiltes inertes Füllmaterial enthält, sowie eine zweite Lage, welche aus einer Textilfasermatte besteht, wobei die genannte Platte dadurch gekennzeichnet ist, dass der genannte Schaum aus viskoelastischem Polyurethan besteht, welches in der Weise hergestellt wird, dass man (i) mindestens eine Verbindung, die unter Ethylenoxiden und Propylenoxiden ausgewählt wird und ein Molekulargewicht im Bereich von 4.000 bis 6.000 aufweist (Verbindung A) zusammen mit (ii) einer Isocyanatverbindung (Verbindung B) reagieren lässt, wobei das genannte Füllmaterial feinstgemahlen ist und unter Glasfaser, Kalziumkarbonat, textilen Kunst- und Naturfasern, Siliziumdioxid und ähnlichen Materialien in Kombination oder einzeln gewählt wird (Verbindung C).
Platte nach Anspruch 1, bei welcher die genannten Ethylen- und Propylenoxide eine Hydroxylzahl aufweisen, die im Bereich von 20 bis 1000 liegt, sowie eine Funktionalität, die im Bereich von 2 bis 8 liegt.
Platte nach Anspruch 1, bei welcher die genannte Isocyanatverbindung aus der Gruppe ausgewählt wird, welche aus Toluendiisocyanat, Polymethylen-Polyphenylisocyanaten und Diphenylisocyanaten besteht.
Platte nach Anspruch 1, bei welcher das genannte feinstgemahlene Material eine Teilchengröße hat, die im Bereich von 10 bis 500 μm liegt.
Platte nach Anspruch 4, bei welcher die genannte Teilchengröße im Bereich von 20 bis 200 μm liegt.
Platte nach Anspruch 1, bei welcher das genannte feinstgemahlene Material in der genannten ersten Lage in Mengen vorliegt, die im Bereich von 5 bis 50 Gewichtsprozent liegen.
Platte nach Anspruch 6, bei welcher das genannte feinstgemahlene Material in der genannten ersten Lage in Mengen vorliegt, die im Bereich von 10 bis 30 Gewichtsprozent liegen.
Platte nach Anspruch 1, bei welcher die genannte erste Lage eine freie Fläche oder Sichtfläche mit Eindrücken aufweist, welche eine weitgehend krummlinige Gestalt haben, im Idealfall eine kreisförmige oder ovale oder elliptische Gestalt.
Platte nach Anspruch 8, bei welcher die genannten Eindrücke eine maximale Querabmessung im Bereich von 5 bis 15 mm, eine Tiefe im Bereich von 2 bis 6 mm und einen Abstand zwischen den Mitten vom 1,10- bis zum 1,80-fachen der genannten maximalen Querabmessung haben.