DE69123879T2

DE69123879T2 - Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Bleches und danach hergestelltes Produkt

Info

Publication number: DE69123879T2
Application number: DE69123879T
Authority: DE
Inventors: Pierre-Jean Cunat; Marc Mantel
Original assignee: USINOR Sacilor SA
Current assignee: Ugine SA
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 1997-08-07
Anticipated expiration: 2011-05-24
Also published as: PT97774B; KR100243559B1; NO912060D0; ES2097196T3; FR2662637B1; CA2043185C; FI105900B; KR910019697A; JPH04232050A; FI912562A0; DK0459875T3; FI912562A; EP0459875B1; CA2043185A1; NO178102B; EP0459875A1; PT97774A; DE69123879D1; NO178102C; NO912060L

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bleches mit Mehrschichtaufbau, eines sogenannten Sandwich-Bleches, und das mit dem Verfahren gewonnene Blech, wobei das Blech aus wenigstens zwei das Ausgangsmaterial bildenden gewalzten Metallblättern aufgebaut ist, die untereinander durch einen Kern verbunden sind, welcher den Zusammenhalt des Aufbaus gewährleistet.
Bleche mit Mehrschichtaufbau werden zur Erfüllung von drei Hauptzwecken entwickelt:
- Abschwächung ihrer Tendenz, in Resonanz zu treten
- Dämpfung von Luftschall (Automobil-, elektromechanische, Elektro-Haushaltsindustrie)
- ästhetische und Empfindungsbedürfnisse des Aussehens, des Griffs und des Klangs.
Die Berücksichtigung dieser Überlegungen geht in Richtung der Herstellung von Materialien, die in der Lage sind, einen Teil der Schwingungsenergie zu absorbieren, wenn dieses Material Schwingungen unterworfen wird.
Abgabe von Schwingungsenergie in Form von Wärme erfolgt in einem viskoelastischen Material, beispielsweise einem Polymer, und die geeignete Wahl dieses Polymers gestattet es, die Dämpfungseigenschaften in Abhängigkeit vom Temperaturbereich und Frequenzbereich des Einsatzes anzupassen.
Mit dem Ziel, Bleche mit Mehrschichtaufbau herzustellen, die obige drei Eigenschaften aufweisen, wurden Zusammenfügungen von einem Kern, beispielsweise aus Epoxid- oder Phenolharz, zugeordneten Metallblättern hergestellt. Diese organischen Harze werden entweder zwischen den gepreßten und erwärmten Metallblättern polymerisiert oder zwischen die Blätter nach Polymerisation in Form eines Films eingefügt.
Um den elektrischen Widerstand der zwischen den Blättern eingesetzten Harze, im Hinblick auf eine Möglichkeit der Punktschweißung, zu vermindern, ist es bekannt, diese Harze mit elektrisch leitfähigen Mikroteilchen, wie beispielsweise Nickelkugeln, zu beladen, wobei die zwischen den Metallblättern angeordneten mit leitfähigen Teilchen beladenen oder nicht beladenen Harze polymerisierbar sind.
Die Verwendung solcher Bleche mit Mehrschichtaufbau ist zwangsläufig auf Anwendungsgebieten nicht angebracht, wo die Metallblätter, aus denen sie aufgebaut sind, die Unzulänglichkeit haben, sich durch eine fehlende Haftung vom Harzkern zu lösen, insbesondere wenn die Mehrschichtaufbauten mechanischen Spannungen unterworfen sind, sei es bei ihrer bleibenden Verformung nach einem Tiefen, sei es unter der Einwirkung von Schwingungsenergie in einem bestimmten Frequenzbereich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Bleche mit Mehrschichtaufbau zu gewinnen, welche spezielle akustische und mechanische Eigenschaften in Verbindung mit einer vereinfachten Herstellung aufgrund der Natur der für die Bildung des Kern verwendeten Materialien bieten.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Blechen mit Mehrschichtaufbau, dadurch gekennzeichnet, daß
- man wenigstens ein Metallblatt mit einer Suspension bestreicht, die aus Teilchen eines Haftungseigenschaften aufweisenden Polymers in einem wässerigen und/oder organischen Dispersionsmedium gebildet ist,
- man auf das mit der Suspension bestrichene Blatt ein weiteres Blatt zur Bildung eines Mehrschichtaufbaus aufbringt,
- man den Mehrschichtaufbau preßt,
- man die Temperatur des Mehrschichtaufbaus anhebt, um eine teilweise und vollständige Verdampfung des wässerigen und/oder organischen Mediums und die Agglomeration der in dem Dispersionsmedium in Suspension befindlichen Teilchen zu bewirken.
Unter "Polymer mit Haftungseigenschaften" versteht man ein Homopolymer, das aus Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polybutadien ausgewählt ist, oder ein Copolymer, das aus den Polymeren Styrol/Butadien, Vinylacetat/Maleinsäureester, Acrylsäureester/Styrol oder einer gewogenen Mischung aus Homopolymer und Copolymer ausgewählt ist.
Mit Vorteil liegt die Temperatur, mit der die Verdampfung hervorgerufen werden kann, zwischen 100 und 250ºC und wird sie während einer Zeitdauer aufrechterhalten, die zwischen einigen Sekunden, vorzugsweise 2 bis 3 Sekunden, bei einer Temperatur von 250ºC und einigen Minuten, vorzugsweise 2 bis 3 Minuten, bei einer Temperatur von 100ºC liegt.
Bei einer besonderen Herstellungsform der Erfindung bewirkt man eine teilweise Trocknung der Suspension vor der Aufbringung eines Blattes auf das mit der Suspension eingestrichene Blatt.
Die Suspension enthält Teilchen eines Homopolymers, ausgewählt aus Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polybutadien, oder Teilchen eines Copolymers, ausgewählt aus den Polymeren Styrol/Butadien, Vinylacetat/Maleinsäureester, Acrylsäureester/Styrol, oder auch einer gewogenen Mischung von Homopolymer und Copolymerteilchen.
Vorzugsweise ist die Suspension in einem Dispersionsmedium hergestellt, das aus Wasser, Alkoholen, Ketonen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Terpentinöl und Butyldiglykol ausgewählt ist.
In vorteilhafter Weise enthält die Suspension ferner eine Weichmacherverbindung.
Vorzugsweise wird die Weichmacherverbindung aus Dibutylphtalat, Tributylphosphat, einem Ester und einem Polyester ausgewählt.
In vorteilhafter Weise enthält die Suspension ferner eine Verdickungsverbindung, ausgewählt aus einem alkalischen Caseinat, einem Polyacrylsalz, Carboxymethylzellulose und Methylzellulose.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Blech mit Mehrschichtaufbau, ein sogenanntes Sandwich-Blech, das nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
Unter den vorteilhaften Merkmalen des Mehrschichtblechs gemäß der Erfindung ist der Kern im wesentlichen aus agglomerierten Teilchen gebildet, die einen Trockenextraktfilm bilden.
Die agglomerierten Teilchen bestehen aus einem Homopolymer, ausgewählt aus Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polybutadien, oder einem Copolymer, ausgewählt aus den Copolymeren Styrol/Butadien, Vinylacetat/Maleinsäureester und Acrylsäureester/Styrol oder einer gewogenen Mischung von Homopolymerund Copolymerteilchen.
Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Blatt aus Stahl, Aluminium oder auch aus rostfreiem Kohlenstoffstahl.
Die Erfindung wird mit Hilfe der folgenden Beschreibung, die allein als Beispiel gegeben ist, besser verstanden werden, wobei zum Verständnis derselben auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen werden wird, auf welchen
die Fig. 1 und 2 die Werte des Dämpfungskoeffizienten b eines Mehrschichtbleches gemäß der Erfindung darstellen, dessen Kern ausgehend von einer Suspension von Polyvinylacetat hergestellt ist, wobei der Dämpfungskoeffizient einerseits in Abhängigkeit von der Frequenz (Fig. 1) und andererseits in Abhängigkeit von der Temperatur (Fig. 2) für zwei gegebene Frequenzen (3700 Hz und 46Q0 Hz) bestimmt ist,
die Fig. 3 die Schälenergie darstellt, die man bei einer T- Schälmessung in Abhängigkeit von der Schälgeschwindigkeit für ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes und für ein gleiches Blech, das einem Feuchtigkeitstest unterworfen ist, erhält.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Blechen mit Mehrschichtaufbau, sogenannten Sandwich-Blechen, besteht darin, wenigstens ein, beispielsweise kaltgewalztes, und eine Dicke zwischen 0,1 und 0,3 mm aufweisendes Metallblatt mit einer Suspension zu bestreichen, die aus Homopolymer- und/oder copolymerteilchen in einem wässerigen und/oder organischen Dispersionsmedium besteht.
Sobald das Bestreichen mittels der Suspension erfolgt ist, bringt man auf das mit der Suspension eingestrichene Blatt ein zweites Blatt auf. Dann wird der so gewonnene Mehrschichtaufbau unter Anhebung der Temperatur gepreßt, um einen Homopolymerund/oder Copolymer-Trockenextrakt nach Verdampfung eines Teils oder der Gesamtheit der Bestandteile des wässerigen und/oder organischen Mediums zu gewinnen. Die Temperaturerhöhung der Suspension kann entweder während der Aufbringung des zweiten Metallblatts unter Druck oder nach Aufbringung desselben stattfinden.
Bei einer besonderen Ausführungsform wird die Suspension vor der Aufbringung des zweiten Bleches voraufgehend und teilweise getrocknet.
Nach dem Trocknen zwischen den beiden Metallblättern bildet die Suspension einen Kern, der den Zusammenhang des Aufbaus gewährleistet und dem Blech mit Mehrschichtaufbau bemerkenswerte Eigenschaften der Dämpfung und Schalldämmung verleiht.
Der Kern hat mit Vorteil eine Dicke, die zwischen 10 und 200 Mikrometern variiert. Die Suspensionen zur Gewinnung des Kerns sind aus Homopolymerteilchen, wie beispielsweise Polyvinylacetat, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polybutadien, oder copolymerteilchen, wie beispielsweise Polymere Styrol/Butadien, Vinylacetat/Maleinsäureester, Acrylsäureester/Styrol, oder auch einer Mischung in bestimmten Anteilen der oben aufgezählten Teilchen gebildet.
Die erfindungsgemäßen Suspensionen bilden nach dem Trocknen Trockenextrakte, die zwischen 40 und 60 Volumen-% liegen, wobei der Durchmesser der Teilchen in Suspension zwischen 0,1 und 3 Mikrometern schwankt.
Die Viskosität der Suspensionen hängt vom Trockenextrakt, dem verwendeten Dispersionsmedium, wie beispielsweise Wasser, Alkohole, Ketone, aromatische Kohlenwasserstoffe, Terpentinöl und Butyldiglycol, ab.
Die Viskosität läßt sich einstellen, indem man eine bestimmte Menge eines Verdickungsmittels, beispielsweise des Zellulose- oder Acryltyps, oder auch eines Weichmachers, wie Dibutylphtalat, Tributylphosphat, oder eine gewogene Mischung der Verdickungs- und Weichmacherbestandteile hinzufügt.
Die Viskosität hängt auch von dem in der Suspension verwendeten Trockenextrakt ab. Die Viskosität und die Fließeigenschaften der Suspension können so an die Technik des Aufstreichens der Suspension, beispielsweise mit Applizierwalze, Rakel oder irgendwelche andere Techniken, angepaßt werden. Es ist auch möglich, die Benetzbarkeit der Suspension für verschiedene Zusammensetzungen der den Mehrschichtaufbau bildenden Metallblätter einzustellen.
Diese Vorgänge der Zusammenfügung der das Ausgangsmaterial bildenden Bleche können unter einer Presse mit geheizten Platten bei der Herstellung von planen Blechen mit Mehrschichtaufbau oder auch auf einer Kalandrierlinie zur Herstellung von Blechen großer Länge, die in Form von Wickeln konditioniert sind, ablaufen.
Die nachfolgend beschriebenen Versuchsergebnisse werden eine noch bessere Hervorhebung der Eigenschaften der Bleche mit Mehrschichtaufbau, der sogenannten Sandwich-Bleche, gestatten, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, wobei die die Sandwich-Bleche aufbauenden Blätter aus rostfreiem Walzstahl bestehen.
Zwei physikalische Eigenschaften wurden gemessen: Die Dämpfungs- und die Haftungseigenschaften.

a) Dämpfungseigenschaften:

Die Dämpfungseigenschaften werden durch Messung des mit b bezeichneten Dämpfungskoeffizienten oder Verlustfaktors unter Verwendung einer Vorrichtung bestimmt, die auf dem Nachweis von Resonanzspitzen bei kontinuierlicher Schwingung beruht.
Hierzu werden Proben mit normierten Abmessungen vertikal angeordnet, wobei eines der Enden eingespannt und das andere frei ist. Diese Proben werden Zwangsschwingungen in einem Frequenzbereich von 10 Hz bis 5000 Hz unterworfen.
Ein elektromagnetischer Sender erzeugt eine Transversalschwingung am freien Ende, und ein identischer Empfänger mißt die Schwingungsamplitude neben dem eingespannten Ende. Beim Durchstimmen der Frequenz durchläuft die Verstärkungskurve Sender/Empfänger (Resonanzkurve) mehrere Spitzen, deren Breite direkt mit dem Dämpfungskoeffizienten zusammenhängt. Wenn f&sub0; die Frequenz und W F die Halbwertsbreite der Spitze ist, ist der Verlustfaktor gegeben durch
b = W F/f&sub0;.
Bei einer sehr feinen Durchstimmung der Frequenz um die nach einer groberen Durchstimmung bestimmten Resonanzfrequenzen herum ist es möglich, eine Kurve zu schreiben, die den Dämpfungskoeffizienten b in Abhängigkeit von der Frequenz darstellt.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einerseits die Werte des Dämpfungskoeffizienten b eines Mehrschichtbleches in Abhängigkeit von der Frequenz und andererseits die Werte des Koeffizienten b in Abhängigkeit von der Temperatur des Bleches bei zwei gegebenen Frequenzen.
In dem Beispiel ist das erfindungsgemäße Blech durch einen Mehrschichtaufbau gebildet, der aus einem Kern von 70 µm, gepreßt zwischen zwei Walzblechen aus rostfreiem Stahl einer Dicke von 0,2 mm, gebildet ist. Der Kern wird mit einer Suspension gewonnen, deren Teilchen aus Polyvinylacetat einen Durchmesser von 1 bis 2 µm haben. Die Trocknung der Suspension wird gewonnen, indem man den Aufbau einem Druck von 10&sup5; Pa und einer Erwärmung auf 200ºC für 2 min zur Gewinnung eines Trockenextrakts von 54 % unterwirft.
Der Dämpfungskoeffizient oder Verlustkoeffizient b liegt im Bereich zwischen 0,01 und 0,1 bei einem Frequenzbereich zwischen 2 10³ und 10&sup4; Hertz (Fig. 1) und in einem Temperaturintervall zwischen 20 und 120ºC bei der Frequenz von 3700 Hz (Fig. 2).

b) Haftungseigenschaften:

Die Haftungseigenschaften werden durch Messung der T-Schälenergie bestimmt.
Schälungen unter 180º oder im T, beispielsweise in einer Zugmaschine, werden insbesondere für flexible Materialien verwendet, die Abmessungen und physikalische Eigenschaften haben, welche ihnen eine Biegung erlauben, die einen Winkel von 180º oder 90º erreichen kann, ohne daß Risse in den äußeren Blättern erscheinen.
Das Meßergebnis ist die Gewinnung einer Rohschälkraft, die nicht die Adhäsionskraft oder Kohäsionskraft bei der Schälung von der Kraft, die erforderlich ist, um die Blätter in T-Form zu biegen, unterscheidet.
Ausgehend von einem Gesetz für das elastoplastische Verhalten ermöglicht eine Berechnung der Verformungsenergie der Blätter die Herleitung der Schälenergie, die aufgewendet wird, um die Haftungsbindungen Metall/Polymer aufzubrechen.
Der Schälwiderstand, ausgedrückt in N/m oder in J/m², ist das Verhältnis einer Kraft zu einer Abmessung (Breite des Bleches)
Fig. 3 stellt eine T-Schälcharakteristik in Abhängigkeit von der Schälgeschwindigkeit dar.
In Abhängigkeit von der Schälgeschwindigkeit ist die Haftung im wesentlichen konstant und ungefähr gleich 2 KJ/m² nach Herstellung des Blechs (Kurve 1) und 1 KJ/m² nach einer Verweildauer der Probe von 10 Tagen in Wasser von 70ºC (Kurve 2).
Die nachfolgende Tabelle I gibt die Eigenschaften des oben beschriebenen Beispiels sowie diejenigen anderer Bleche gemäß der Erfindung an. TABELLE 1
Es können unterschiedliche Suspensionen bei der Herstellung von Blechen mit Mehrschichtaufbau verwendet werden, bei welchen die den Grundaufbau bildenden Bleche aus Stahl, Aluminium oder rostfreiem Stahl sind.
Die Eigenschaften des Mehrschichtaufbaus gemäß der Erfindung können bei einem Ausführungsbeispiel, wie einer Geschirrspülmaschine, dargelegt werden.
Die Motore, Entleerungspumpen, Elektroventile, Heizeinrichtungen und Filtereinrichtungen für das Schmutzwasser erzeugen im wesentlichen bei dieser Ausführungsform Luftschall.
Die Wanne der Geschirrspülmaschine ist mit einem Blech mit Mehrschichtaufbau gemäß der Erfindung hergestellt, das sich aus gebogenen oder getieften Elementen zusammensetzt, einem Aufbau, dessen Blätter eine Dicke von im wesentlichen gleich 0,2 mm haben und dessen Kern im wesentlichen aus Polyvinylacetat einer Dicke von ungefähr 0,1 mm gebildet ist.
Die feuchte Atmosphäre der Geschirrspülmaschine bei ihrer Verwendung erfordert, daß wenigstens das Blatt des Aufbaus, das die Innenfläche der Wanne bildet, aus rostfreiem Stahl besteht.
Die physikalischen Eigenschaften des Mehrschichtaufbaus des Blechs der Wanne werden in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren des Schalls, der beim Arbeiten der Geschirrspülmaschine durch die sowohl inneren wie äußeren Elemente und Funktionseinrichtungen, die die Geschirrspülmaschine aufbauen, erzeugt wird, bestimmt.
Beim Prüfen des Schallniveaus von zwei Geschirrspülmaschinen ein und desselben Typs, wobei die eine, als Referenz dienende mit einer Wanne bestückt ist, deren Wände aus teilweise mit Bitumen überzogenem rostfreiem Stahlblech sind, und die andere mit einer Wanne bestückt ist, deren Wände aus dem Blech mit Mehrschichtaufbau gemäß der Erfindung sind, stellt man fest, daß das Schallniveau der Geschirrspülmaschine mit einer Wanne aus Mehrschichtblech um mehr als 15 Dezibel reduziert ist.
Neben der Reduzierung des Schallniveaus der arbeitenden Geschirrspülmaschine verbessert der geringe Wärmeübertragungskoeffizient der Wände aus Mehrschichtaufbau auch die Wärmeisolation.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.

BEISPIEL

Es wird ein Sandwich-Blech mittels zweier gewalzter Bleche aus rostfreiem Stahl des Typs 304 (AISI) einer Dicke von 0,2 mm hergestellt.
Das eine der Bleche wird mit einer Suspension von Polyvinylacetat in Wasser mittels einer Rakel in einer Dicke von ungefähr 0,2 mm bestrichen.
Das zweite Blech wird aufgebracht und der Mehrschichtaufbau in einer Presse mit geheizten Platten gepreßt und die Temperatur dieses Aufbaus auf 200ºC während 3 min angehoben. Die technischen Eigenschaften des gewonnenen Sandwich-Bleches sind in Spalte 1 der Tabelle I protokolliert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Bleches mit Mehrschichtaufbau, eines sogenannten Sandwich-Bleches, welches Schwingungsund Schalldämmungseigenschaften aufweist und aus das Ausgangsmaterial bildenden gewalzten Metallblättern aufgebaut ist, die untereinander durch einen Kern verbunden sind, welcher den Zusammenhalt des Aufbaus gewährleistet, wonach

- man wenigstens ein Metallblatt mit einer Suspension bestreicht, die aus Teilchen eines Haftungseigenschaften aufweisenden Polymers in einem wässerigen und/oder organischen Dispersionsmedium besteht, wobei die Teilchen Teilchen eines Homopolymers, ausgewählt aus Polyvinylazetat, Polyvinylchlorid, Polystyrol und Polybutadien, oder Teilchen eines Copolymers, ausgewählt aus den Polymeren Styrol/Butadien, Vinylazetat/Maleinsäureester und Acrylsäureester/Styrol oder ein Gemisch aus Homopolymer- und Copolymer-Teilchen sind,

- man auf das mit der Suspension bestrichene Blatt ein weiteres Metallblatt zur Bildung eines Mehrschichtaufbaus aufbringt,

- man dann den so erhaltenen Mehrschichtaufbau preßt, und

- man die Temperatur des Mehrschichtaufbaus anhebt, um die Verdampfung des wässerigen und/oder organischen Mediums zwischen zwei Metallblättern und die Ausbildung eines Zwischenkerns zwischen den Blättern zu bewirken, der im wesentlichen aus Teilchen gebildet ist, die einen Film aus Trockenextrakten bilden, die zwischen 40 und 60 Volumen-% nach der Trocknung der Suspension darstellen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur bis auf 100 bis 250ºC anhebt und sie während einer Zeitdauer aufrechterhält, die zwischen einigen Sekunden, vorzugsweise 2 bis 3 Sekunden, für eine Temperatur von 250ºC und einigen Minuten, vorzugsweise 2 bis 3 Minuten, für eine Temperatur von 100ºC variiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Teiltrocknung der Suspension vor der Aufbringung eines Blattes auf das mit der Suspension eingestrichene Blatt bewirkt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension in einem Dispersionsmedium, ausgewählt aus Wasser, Alkoholen, Ketonen, aromatischen Kohlenwasserstoffen, Terpentinöl und Butyldiglycol, erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension ferner eine Weichmacherverbindung enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichmacherverbindung aus Dibutylphtalat, Tributylphosphat, einem Ester und einem Polyester ausgewählt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Suspension ferner eine Verdickungsverbindung enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdickungsverbindung aus einem alkalischen Kaseinat, einem Polyacrylsalz, Carboxymethylzellulose und Methylzellulose ausgewählt wird.