DE69203204T2 - Schwingungsdämpfender Werkstoff. - Google Patents
Schwingungsdämpfender Werkstoff.Info
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Description
- Diese Erfindung betrifft eine Verbesserung eines schwingungsdämpfenden Materials des Verbundstofftyps, welches aus einer eingezwängten Platte und einer auf einer Plattenoberfläche der eingezwängten Platte laminierten viskoelastischen Materialschicht gebildet ist.
- Bisher wurden schwingungsdämpfende Materialien des Verbundstofftyps, die unter Verwendung einer dünnen Stahlplatte als eine einzwängende Platte und Bereitstellen einer viskoelastischen Materialschicht aus Gummi, Harz oder anderen Materialien auf einer Oberfläche der einzwängenden Platte hergestellt waren, in verschiedenen industriellen Bereichen verwendet. Schwingungsdämpfende Materialien des Verbundstofftyps wurden entwickelt, um Schwingungen mittels des "dynamisch viskoelastischen Verhaltens" des viskoelastischen Materials zu absorbieren. Von einem strukturellen Blickpunkt sind sie grob in zwei Typen eingeteilt: Ein Freischichttyp (free-layer type), der hergestellt wird durch Bereitstellen einer viskoelastischen Materialschicht 2 auf einer Plattenoberfläche eines schwingenden Körpers 4, wie in Figur 7 gezeigt und ein eingezwängter Typ, der hergestellt ist durch schichtweises anordnen einer viskoelastischen Materialschicht 2 zwischen einen schwingenden Körper 4 und einer einzwängenden Platte 1 oder zwischen zwei einzwängenden Platten 1, wie in Figur 8 gezeigt. Der erstere absorbiert Schwingungen durch Umwandlung von Schwingungsenergie in thermische Energie als ein Ergebnis einer Spannungskompressionsdeformation der viskoelastischen Materialschicht. Der letztere absorbiert Schwingungen durch Umwandeln von Schwingungsenergie in thermische Energie, im wesentlichen-als ein Ergebnis von einer Scherdeformation.
- Schwingungsdämpfende Materialien des Verbundstofftyps, entweder des Freischichttyps oder des eingezwängten Typs, haben eine viskoelastische Charakteristik, die für die viskoelastische Materialschicht inhärent ist. Sehr große Nachteile der schwingungsdämpfenden Materialien des Verbundstofftyps sind, daß die schwingungsdämpfende Eigenschaft (Verlustfaktor) ein scharfes Maximum nahe der Glasübergangstemperatur hat und, daß der Temperaturbereich für eine ausreichende Effizienz der schwingungsdämpfenden Eigenschaft sehr eng ist, was bedeutet, daß seine Abhängigkeit von der Temperatur groß ist.
- Bisher wurden die folgenden drei Wege vorgeschlagen, um die Temperaturabhängigkeit von schwingungsdämpfenden Materialien des Verbundstofftyps zu verringern:
- Ein feines Pulver aus Mika, Graphit, Magnesiumsilikat, das als ein Füller verwendet wird, wird mit einem viskoelastischen Material vermischt, um den Oberflächenbereich einer einzwängenden Oberfläche, die die Scherdeformation bewirkt, zu vergrößern und um die Energieumwandlungsmenge zu vergrößern, wobei die Form des Verlustfaktors mit der Temperatur von einer spitzen Form zu einer divergenten (breiten) Form abgeändert wird.
- Gemische von verschiedenen Polymerarten werden phasensepariert, um zu bewirken, daß entsprechende Phasen ihre speziellen Glasübergangspunkte teilen, um eine Vielzahl von Maximumtemperaturen im Verlustfaktor zu erzeugen.
- Ein mechanisch struktureller Polymerverbundstoffkörper wird hergestellt.
- Diese Wege haben jedoch die nachstehend aufgeführten Probleme.
- Bei dem Weg (a) tendiert, obwohl die Temperaturabhängigkeit des Verlustfaktors üblicherweise durch Einmischen eines Füllers verringert wird, der Verlustfaktor bei der Maximumtemperatur dazu, relativ niedrig zu werden. Darüber hinaus ist der Verlustfaktor umso niedriger je weiter die Temperatur von der Maximumtemperatur entfernt ist. Daher erreicht dieser Weg keinen hohen Verlustfaktor bei einer Vielzahl von Temperaturbereichen.
- Da der Effekt der Phasenseparierung bei Weg (b) für eine beliebige Kombination von Polymeren nicht immer erreicht wird, ist insbesondere eine Betrachtung des Gemischs von Polymeren erforderlich, um eine Phasenseparierung sicherzustellen und es entwickelt sich eine Schwierigkeit bei solchen Gemischen. Darüber hinaus führt eine Phasenseparierung üblicherweise zu einem Abfallen der Klebekraft von Polymeren.
- Bei Weg (c) muß das Young-Modul von jedem Polymer beim Laminieren von Polymeren in Betracht gezogen werden. Eine beliebige Kombination von Polymeren liefert bei einer Vielzahl von erwünschten Temperaturbereichen nicht immer einen hohen Verlustfaktor. Darüber hinaus ist eine Betrachtung der Adhäsionsfähigkeit zwischen Polymeren auch erforderlich und das Herstellungsverfahren ist in eine Vielzahl von Schritten aufgeteilt, was eine Erhöhung der Herstellungskosten bewirkt.
- Daher liefert die vorliegende Erfindung ein schwingungsdämpfendes Material mit einer einzigen Polymerphase, welche stabil ist und ohne verschiedene Arten von Polymeren zu laminieren ist, wobei das Material in einer Vielzahl von Temperaturbereichen Maxima des hohen Verlustfaktors aufweist und einen ausgezeichneten Verlustfaktor in einem großen Temperaturbereich hat.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein schwingungsdämpfendes Material des eingezwängten Typs bereitgestellt, in welchem die viskoelastische Materialschicht zum Absorbieren von Schwingungen aus einem Blasen enthaltenden druckempfindlichen Klebstoff (Kontaktklebstoff) hergestellt ist.
- In diesem schwingungsdämpfenden Material wird ein erstes Maximum des Verlustfaktors nahe dem Glasübergangspunkt des druckempfindlichen Klebstoffs erzeugt und ein zweites Verlustfaktormaximum wird nahe dem Temperaturbereich über dem Glasübergangspunkt aufgrund des Verlustes von Schwingungsenergie, welcher durch Reibung an der Zwischenschicht zwischen Blasen und Polymer, die mit der Expansion und Kontraktion der Blasen verbunden ist, bewirkt wird.
- Bezugnehmend auf die Abbildungen:
- Figur 1 ist ein schematisches Strukturdiagramm eines schwingungsdämpfenden Materials des eingezwängten Typs, welches eine Ausführungsform der Erfindung ist.
- Figur 2 zeigt Graphen, die Schwingungsdämpfungseigenschaften (Verlustfaktoren) eines bekannten schwingungsdämpfenden Materials und des schwingungsdämpfenden Materials gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, worin: (a) Änderungen im Verlustfaktor mit der Temperatur in dem bekannten schwingungsdämpfenden Material zeigt und (b) Änderungen des Verlustfaktors der Temperatur in dem schwingungsdämpfenden Material gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- Figur 3 zeigt Graphen, welche die Young-Moduli des bekannten schwingungsdämpfenden Materials und des schwingungsdämpfenden Materials gemäß der Erfindung aufzeigen, worin: (a) einen Graph zeigt, der die Veränderungen im Young- Modul mit der Temperatur in dem bekannten schwingungsdämpfenden Verbundstoffmaterial zeigt; und (b) Änderungen im Young-Modul mit der Temperatur im schwingungsdämpfenden Verbundstoffmaterial gemäß der Erfindung zeigt.
- Figur 4 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des schwingungsdämpfenden Materials der Erfindung.
- Figur 5 ist ein Graph, der Temperaturcharakteristika von Schwingungsdämpfungseigenschaften (Verlustfaktoren) durch die Ausführungsform und ein Vergleichsbeispiel zeigt.
- Figur 6 ist ein Graph, der Änderungen in den Young-Moduli von schwingungsdämpfenden Verbundstoffmaterialien gemäß der Ausführungsform und gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
- Figur 7 ist ein Strukturdiagramm eines schwingungsdämpfenden Materials des Freischichttyps.
- Figur 8 ist ein Strukturdiagramm eines bekannten schwingungsdämpfenden Materials des eingezwängten Typs.
- Nun wird eine Ausführungsform der Erfindung veranschaulichend genauer beschrieben.
- Figur 1 zeigt schematisch die Struktur eines schwingungsdämpfenden Materials des eingezwängten Typs gemäß der Erfindung. In der Zeichnung betrifft die Bezugsnummer 1 eine einzwängende Platte, 3 eine viskoelastische Materialschicht, die aus einem Blasen enthaltenden druckempfindlichen Klebstoff hergestellt ist und 4 einen schwingenden Körper.
- Eine Metallplatte, wie etwa eine Eisenplatte (kaltgewalzte Stahlplatte), Aluminiumplatte, Edelstahlplatte, Kupferplatte usw. oder ein Plattenmaterial aus der Keramikindustrie, wie etwa eine Calciumsilikatplatte, Schieferplatte, Gipsbauplatte usw. kann als die einzwängende Platte des schwingungsdämpfenden Materials verwendet werden.
- Es ist empfehlenswert einen druckempfindlichen Acrylklebstoff als den druckempfindlichen Klebstoff zu verwenden, welcher das Grundmaterial des Blasen enthaltenden druckempfindlichen Klebstoffs ist. Ebenfalls verwendbar sind Materialien auf Gummibasis, Silikonbasis, Essigsäurevinylbasis, EVA-Basis, Urethan, Vinyletherbasis, Nitrilgummibasis und Neoprenbasis. Um dafür zu sorgen, daß der druckempfindliche Klebstoff Blasen enthält gibt es z.B. ein Verfahren zum Rühren des druckempfindlichen Klebstoffs, so daß Blasen automatisch darin eingebracht werden, ein Verfahren des Zugebens eines Schäumungsmittels zu dem druckempfindlichen Klebstoff, um ein thermisch sich entwickelndes Gas zu erzeugen, ein Verfahren zum thermischen Expandieren einer Mikrokapsel und ein Verfahren zum Sprühen des druckempfindlichen Klebstoffs auf eine poröse Oberfläche und Anwenden von Hitze, um Blasen in dem druckempfindlichen Klebstoff auf der porösen Oberfläche zu erzeugen. Eine Porenanteil im Bereich von 5 % bis 80 % und ein Porendurchmesser im Bereich von 10 bis 300 um sind bevorzugt für den Blasen enthaltenden druckempfindlichen Klebstoff.
- Bei dem schwingungsdämpf enden Material, dessen viskoelastische Materialschicht aus einem Blasen enthaltenden druckempfindlichen Klebstoff wie im Graphen von Figur 2 (b) gezeigt, hergestellt ist, ändert sich die druckempfindliche Klebstoffschicht von einem Glaszustand in einen Gummizustand nahe dem Glasübergangspunkt (Tg), an welchem ein erstes Maximum des Verlustfaktors (n) erscheint Bei einer Temperaturerhöhung über den Übergangspunkt wird der druckempfindliche Klebstoff in einen Gummizustand abgeändert, worin Blasen leicht expandieren oder kontrahieren können. Als ein Ergebnis werden bei angewendeter Schwingung die Blasen über den druckempfindlichen Klebstoff, der im Gummizustandsbereich vorliegt zu ovalen Formen deformiert oder wiederholen Expansion und Kontraktion, während im Gegensatz hierzu eine Kontraktion und Expansion des druckempfindlichen Klebstoffs bewirkt wird. Aufgrund der dadurch an der Zwischenschicht des druckempfindlichen Klebstoffs und der Blasen oder zwischen entsprechenden Blasen erzeugten Reibung, wird die Schwingung in Hitze umgewandelt und absorbiert, was bewirkt, daß ein zweites Maximum des Verlustfaktors erscheint. Ein Graph von Figur 3(b) zeigt Änderungen des Young-Moduls (Elastizitätsrate), die dadurch auftreten. Das Young-Modul (E) wird in zwei Schritten als Antwort auf das zweite Maximum des Verlustfaktors geändert. Wenn sich die Temperatur nach dem Erscheinen des zweiten Maximums erhöht, überschreitet der innere Druck einer Blase die Klebekraft des druckempfindlichen Klebstoffs. Dann beginnen die Blasen mit der Expansion und die Reibung an der Zwischenschicht zwischen dem druckempfindlichen Klebstoff und den Blasen sinkt. Da das Druckdämpfungsmaterial die Schwingungsenergie nicht in Reibungshitze (Energie) umwandeln kann, sinkt n schnell ab.
- Die Graphen von Figur 2(a) und Figur 3(a) zeigen Charakteristika des Verlustfaktors und das Young-Modul eines bekannten schwingungsdämpfenden Materials im Vergleich mit Figur 2(b) und Figur 3(b).
- Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.
- In diesem Beispiel wird, wie in Figur 4 gezeigt, eine 0,6 mm dicke kaltgewalzte Stahlplatte als die einzwängende Platte 1 verwendet. Zwischen der einzwängenden Platte 1 und einer schwingenden Platte 4 in der Form einer 3,00 mm dicken Stahlplatte ist ein 0,1 mm dicker filmähnlicher Blasen enthaltender druckempfindlicher Klebstofflaminiert, welcher durch Bereitstellen von Blasen in einem druckempfindlichen Acrylklebstoff hergestellt ist.
- Nach dem Herstellen der Laminierung wird, nachdem die entsprechenden Elemente aufeinanderfolgend laminiert wurden, wird ein Zug auf die gegenüberliegenden Enden der entsprechenden Elemente angewendet, um unerwünschte Erscheinungen, wie etwa Knicke oder Oberflächenerhebungen zu entfernen und die Elemente werden durch eine Heißpresse bei einer Temperatur von 50ºC miteinander verbunden.
- Als Vergleichsbeispiel wurde eine Struktur verwendet, die anstelle des Blasen enthaltenden druckempfindlichen Klebstoffs 3 in der vorstehenden experimentellen Ausführungsform eine Struktur mit einem druckempfindlichen Klebstoff ohne Blasen enthält.
- Die Schwingungsdämpfungseigenschaften wurden durch ein mechanisches Impedanzverfahren zum Messen des Verlustfaktors getestet. Das erhaltene Young-Modul ist das Young-Modul eines Verbundstoffkörpers, welches aus einer Resonanzfrequenz berechnet wurde, die durch Messung des Verlustfaktors erhalten wurde. Es ist daher verschieden von dem Young-Modul des druckempfindlichen Klebstoffs selbst.
- Ein Graph von Figur 5 zeigt schwingungsdämpfende Eigenschaften (Temperaturcharakteristika) von schwingungsdämpfenden Materialien der vorstehenden experimentellen Ausführungsform und des Vergleichsbeispiels. Ein Graph von Figur 6 zeigt Änderungen im Young-Modul (Temperaturcharakteristika) des Verbundstoffkörpers.
- Wie im Graph von Figur 5 gezeigt, ist die schwingungsdämpfende Eigenschaft der vorstehenden Ausführungsform derart, daß zusätzlich zu einem Maximum (3ºC) des Verlustfaktors nahe dem Glasübergangspunkt des Blasen enthaltenden druckempfindlichen Klebstoffs ein zweites Maximum nahe bei 98ºC erscheint und die Temperaturabhängigkeit verringert ist. Im Gegensatz hierzu sinkt im Vergleichsbeispiel der Verlustfaktor beim Eintreten in den Hochtemperaturbereich obwohl ein Maximum des Verlustfaktors am Glasübergangspunkt des druckempfindlichen Klebstoffs erscheint. D.h. die Temperaturabhängigkeit ist hoch.
- Auf der anderen Seite stellt, wie in dem Graphen von Figur 6 gezeigt, das Young-Modul des Verbundstoffköpers gemäß der Ausführungsform eine zweistuf ige Änderung (von 14 auf 3,5x10¹&sup0;N/m²) dar. Das Vergleichsbeispiel jedoch stellt eine einstufige Änderung dar.
- Die Ergebnisse aus den vorstehenden Schwingungsdämpfungseigenschaftstests sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt Tabelle 1 Erstes Maximum Zweites Maximum Temperatur ºC Verlustfaktor Ausführungsform Vergleichsbeispiel
- Erfindungsgemäß wird unter Verwendung eines Polymers mit einer Einzelphase, welche stabil ist und ohne Laminierung verschiedener Polymerarten, ein schwingungsdämpfendes Material gezeigt, das einen ausgezeichneten Verlustfaktor in einem weiten Temperaturbereich aufweist, wobei Maxima des Verlustfaktors bei einer Vielzahl von Temperaturen erreicht werden können.
- Das erfindungsgemäße schwingungsdämpfende Material kann verwendet werden, um z.B. ein durch gekoppelte Oszillation eines Scheibenbremssystems eines Autos bewirktes Kreischgeräusch zu verhindern. In einem derartigen Fall wird seine Wirkung maximiert, wenn es als ein Kreischgeräusch verhinderndes schwingungsdämpfendes Material (Bremssystem) verwendet wird, bei welchem die Temperatur an der Rückseite der Bremsklötze am Anfang im Bereich von -10 bis 30ºC liegt und bei 80 bis 120ºC unter normaler Verwendung.
Claims (5)
1. Schwingungsdämpfendes Material des eingezwängten Typs,
dadurch gekennzeichnet, daß die viskoelastische
Materialschicht zum Absorbieren von Schwingungen aus einem
Blasen enthaltenden druckempfindlichen Klebstoff hergestellt
ist.
2. Schwingungsdämpfendes Material nach Anspruch 1, worin der
druckempfindliche Klebstoff einen druckempfindlichen
Acrylklebstoff umfaßt.
3. Schwingungsdämpfendes Material nach Anspruch 1 oder 2,
worin der Blasen enthaltende druckempfindliche Klebstoff
einen Porenanteil von 5% bis 80% hat.
4. Schwingungsdämpfendes Material nach einem der Ansprüche 1
bis 3, worin der Blasen enthaltende druckempfindliche
Klebstoff einen Porendurchmesser von 10 bis 300 um hat.
5. Scheibenbremssystem, das ein schwingungsdämpfendes Material
des eingezwängten Typs nach einem der Ansprüche 1 bis 4
enthält.
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