NO178102B - Flerlagsstruktur, såkalt sandwichplate, og fremgangsmåte for dens fremstilling - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en flerlagsstruktur, såkalt sandwich-plate, med vibrasjons- og lyddempende egenskaper, og en fremgangsmåte for dens fremstilling, idet strukturen består av laminerte metallplater som danner et substrat, festet til hverandre ved hjelp av en kjerne som opprettholder sammenholdingen i strukturen.

Som eksempler på kjent teknikk skal nevnes følgende: GB-A-1072362 beskriver belagte gjenstander bestående av et substrat som på i det minste én side har et belegg av en etylenpolymer, idet laminerte strukturer kan dannes ved bruk av etylenpolymeren som bindemiddel.

GB-A-1156898 angår bruken av en kopolymer dannet av en alfaolefinmonomer som har mellom 11 og 20 karbonatomer og en annen alfaolefin som har mellom 4 og 20 karbonatomer, som bindemiddel for dannelse av laminater.

DE-B-1719093 beskriver en fremgangsmåte for samtidig belegning av to substrater med et klebemiddel og sammenføyning av substratene for dannelse av et laminat. For dannelse av et metall-laminat belegges to metallfilmer samtidig med en klebemiddel-løsning, hvoretter filmene tørkes og lamineres.

NO-B-146087 beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av lyddempende metallkompositter, idet et lag av lyddempende plastklebemiddel påføres en metallplate, som oppvarmes for fjernelse av vann og/eller løsemiddel, hvoretter en andre metallplate sammenføyes med den belagte metallplaten.

Forskjellige typer flerlagsstruktur er utviklet for å oppfylle tre hovedformål:

minskning av tendensen til resonans,

dempning av støy som overføres gjennom luft (bilindustri, elektromekanisk teknologi, elektriske apparater til hjemme-bruk) ,

estetiske krav og særskilte krav med hensyn til utseende, berøringsfølelse og lydegenskaper.

Når disse hensyn skal tas i betraktning, fører dette til utvikling av materialer som er i stand til å absorbere en del av vibrasjonsenergien når materialet utsettes for vibrasjon.

Spredning av vibrasjonsenergien i form av varme skjer i et viskoelastisk material, f.eks. en polymer, og det veloverveiede valg av denne polymer muliggjør at dempningsegenskapene kan tilpasses som en funksjon av de temperatur- og frekvensområder som benyttes.

Med det mål å utvikle flerlagsstruktur som har de tre egenskaper som er nevnt ovenfor, er det blitt utviklet f.eks. metallplater kombinert med en kjerne av epoksy- eller fenolharpiks. De organiske harpikser polymeriseres enten mellom de komprimerte og oppvarmede metallplater eller innføres mellom platene etter polymeriseringen, i form av en film.

For å minske den elektriske motstand i harpiksene som innføres mellom platene for å muliggjøre punktsveising er en kjent teknikk å tilsette mikropartikler i disse harpikser, hvilke leder elektrisitet, slik som f.eks. strenger av nikkel, idet harpiksene som anbringes mellom metallplatene, enten de inneholder ledende partikler eller ikke, er polymeriserbare.

Bruken av en slik flerlagsstruktur er ikke nødvendigvis egnet for anvendelsesområder der de enkelte metallplater som de består av f.eks. oppviser den ulempe at de løsner fra harpikskjernen på grunn av manglende adhesjon, særlig når flerlagsstrukturene utsettes for mekaniske påkjenninger eller som et resultat av deres permanente deformasjon etter trekking, eller under påvirkning av vibrasjonsenergi i et bestemt frekvensbånd.

Formålet med oppfinnelsen er således å komme frem til en metallplate med flerlagsstruktur som har bestemte lydmessige og mekaniske egenskaper i kombinasjon med en forenklet fremstilling på grunn av egenskapene til materialene som benyttes for å danne kjernen.

Flerlagsstrukturen og fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved de trekk som fremgår av de etterfølgende patentkrav 1 og 6.

Utførelsesformer av strukturen og fremgangsmåten er angitt henholdsvis i patentkravene 2 - 5 og 7 - 13.

En av de fordelaktige egenskaper med flerlagsstrukturen i henhold til oppfinnelsen er at kjernen er dannet hovedsakelig av sammenføyde partikler som danner en film av tørre ekstrakter.

Oppfinnelsen vil fremgå klarere ved hjelp av den følgende beskrivelse, som utelukkende gjelder eksempler, idet det henvises til de vedføyde tegninger.

Fig. 1 og 2 fremstiller verdiene til dempningskoeffisienten £ til en flerlagsstruktur i henhold til oppfinnelsen, idet kjernen til denne er fremstilt med utgangspunkt i en suspensjon av polyvinylacetat, med en bestemt

dempningskoeffisient som en funksjon av frekvensen (fig. 1) på den ene side, og som en funksjon av temperaturen (fig. 2) på den annen side, for to gitte frekvenser (3700 Hz og 4600 Hz).

Fig. 3 viser løsrivningsenergien som oppnås når en T-løsrivning måles som en funksjon av løsrivningshastigheten for en struktur fremstilt etter fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen og for den samme strukturen når den utsettes for en fuktighetsprøve.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, for fremstilling av en flerlagsstruktur, såkalt sandwich-plate, består av at i det minste en metallplate belegges, f.eks. ved å kaldlamineres, idet tykkelsen til denne er mellom 0,1 og 0,3 mm, med en suspensjon som består av partikler av homopolymer og/eller kopolymer i et vandig og/eller organisk dispersjonsmedium.

Når belegningen ved hjelp av suspensjonen er utført sammenføyes en andre plate med platen som er belagt med suspensjonen. Deretter komprimeres den dannede flerlagsstruktur, og temperaturen heves, for å oppnå et tørt ekstrakt av homopolymer og/eller kopolymer, etter fordampning av en del av, eller alle komponentene i det vandige og/eller organiske medium.

Ved en særskilt utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen tørkes suspensjonen delvis før påføringen av den andre platen.

Etter tørking mellom to metallplater danner suspensjonen en kjerne som opprettholder sammenholdingen i enheten og gir flerlagsstrukturen bemerkelsesverdige egenskaper med hensyn til dempning og lyddempning.

Kjernen har fortrinnsvis en tykkelse som varierer fra 10 til 200 |im. Suspensjonene som benyttes for å danne kjernen består av partikler av homopolymer, slik som f.eks. polyvinylacetat, polyvinylklorid, polystyren, polybutadien, eller kopolymerer slik som f.eks. polymerene styren/butadien, vinylacetat/maleinester, akrylester/styren eller også en blanding av bestemte andeler av de partikler som er nevnt ovenfor.

Etter tørking danner suspensjonene tørre ekstrakter med mellom 40 og 60 volum%, og diameteren til partiklene i suspensjonen varierer fra 0,1 til 3 Jim.

Viskositeten til suspensjonene avhenger av det tørre ekstrakt, og av dispersjonsmediet som benyttes, slik som f.eks. vann, alkoholer, ketoner, aromatiske hydrokarboner, olje av terpentin og butyl-diglykol.

Viskositeten kan reguleres ved tilsetning av en bestemt mengde av et fortykningsmiddel, f.eks. av cellulose- eller akryltypen, eller også et plastifiseringsmiddel slik som dibutyj-ftalat, tributylfosfat eller en tilmålt blanding av fortykningsmiddelet og plastifiseringsmiddelet.

Viskositeten er følgelig en funksjon av det tørre ekstrakt som benyttes i suspensjonen. Viskositeten og de reologiske egenskaper til suspensjonen kan således tilpasses den teknikk som benyttes for å påføre suspensjonen,- f.eks. påføring med rulle eller avstryker eller med hvilke som helst andre teknikker. Det er også mulig å regulere fuktningsevnen til suspensjonen for forskjellige sammensetninger av flerlags s trukturen.

Disse operasjoner ved sammenføyning av de metallplater som danner substratet kan utføres ved hjelp av en presse med oppvarmede plater, for fremstilling av plane metallplater med flerlagsstruktur eller også i en kalandreringslinje, for å fremstille store lengder av metallplate som pakkes i form av kveiler.

Resultatet av de forsøk som er beskrevet i det følgende vil gi et bedre inntrykk av egenskapene til metallplatene i en flerlagsstruktur, såkalt sandwich-plate, fremstilt ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen, idet platene som inngår i sandwich-platen er laget av laminert, rustfritt stål.

To fysiske egenskaper er målt, nemlig dempnings- og adhesjonsegenskapene.

a) Dexnpningsegenskaper:

Dempningsegenskapene er bestemt ved måling av dempningskoef fisienten, eller tapsfaktoren, angitt som S, ved bruk av en innretning basert på detekteringen av resonanstoppene under kontinuerlig vibrasjon.

For dette formål anbringes prøvebiter med standard dimensjoner vertikalt, med en av endene innleiret og den andre fri. Disse prøvebiter utsettes for kontrollerte vibrasjoner i et frekvensområde fra 10 Hz til 5000 Hz.

En elektromagnetisk sender danner en vibrasjon på tvers av den frie enden, og en mottaker måler amplityden til vibrasjonen nær den innleirede enden. I løpet av en frekvenssveiping passerer kurven for sender/mottakerforsterkningen (resonanskurven) gjennom flere topper, og bredden til disse henger direkte sammen med dempningskoeffisientnen. Dersom f0er frekvensen og WF er bredden til toppen midt på høyden, er tapsfaktoren gitt ved S = WF/f0.

Ved hjelp av en meget finregulert frekvenssveiping i nærheten av resonansfrekvensene som er bestemt ved en mere vidtgående sveiping, er det mulig å frembringe en kurve som representerer dempningsfaktoren S som en funksjon av frekvensen.

Fig. 1 og 2 viser på den ene side verdiene for dempningskoeffisienten £ til en flerlagsstruktur som en funksjon av frekvensen, og på den annen side verdiene til koeffisienten £ som en funksjon av temperaturen i strukturen ved to gitte frekvenser.

I eksempelet i henhold til oppfinnelsen er flerlagsstrukturen dannet av en kjerne på 70 \ lvci, komprimert mellom to laminerte metallplater av rustfritt stål, 0,2 mm tykke. Kjernen er dannet av en suspensjon, med polyvinylacetatpartikler som har en diameter på 1 til 2 |Xm. Suspensjonen ble tørket ved at enheten ble utsatt for et trykk på 10<5>Pa og oppvarming til 200°C i to minutter, for å frembringe et 54 % tørt ekstrakt.Dempningskoeffisienten eller tapskoeffisienten £ ligger i området mellom 0,01 og 0,1 i et frekvensbånd mellom 2 x IO<3>og IO<4>Hz (fig. 1) og i et temperaturområde mellom 20 og 120°C ved en frekvens på 3700 Hz (fig. 2).

b) Adhesj onsegenskaper:

Adhesjonsegenskapene er bestemt ved måling av energien ved T-løsrivjiing.

Løsrivning under 180° eller T-løsrivning, f.eks. i en trekke-maskin, benyttes nærmere bestemt for fleksible materialer som har slike dimensjoner og fysiske egenskaper at de kan bøyes til en vinkel på 180° eller 90° uten at det oppstår brudd i de ytre lag.

Resultatet av målingene fører til en stor løsrivningskraft som ikke skilner mellom adhesjonskraften eller kohesjonskraften ved løsrivning, dvs den nødvendige kraft for å bøye platene til form som en T.

Med utgangspunkt i en lov vedrørende elastoplastisk oppførsel muliggjør en beregning av deformasjonsenergien for platene at løsrivningsenergien for å bryte den adhesive sammenføyning mellom metall og polymer kan beregnes.

Motstanden mot løsrivning, uttrykt i N/m eller i J/m<2>er forholdet mellom en kraft og en dimensjon (bredden til strukturen).

Fig. 3 viser en løsrivningsegenskap T som en funksjon av løsrivningshastigheten.

Som en funksjon av løsrivningshastigheten er adhesjonen tilnærmet konstant og er omtrent lik 2 KJ/m<2>etter fremstilling av strukturen (kurve 1) og 1 KJ/m<2>etter at prøven har vært neddykket i ti døgn i vann ved 70°C (kurve 2) . Den etterfølgende tabell gjengir egenskapene i det eksempel som er angitt ovenfor og for andre strukturer i henhold til oppfinnelsen.

De forskjellige suspensjoner kan benyttes ved fremstillingen av flerlagsstrukturen, idet metallplatesubstratene i denne er stål, aluminium eller rustfritt stål.

Egenskapene til en flerlagsstruktur i henhold til oppfinnelsen kan påvises i en utførelse, slik som en oppvaskmaskin.

I denne type utførelse utvikler motorene, tømmepumpen, elektroventilen, midlene for å oppvarme vannet og å filtrere avløpsvannet hovedsakelig støy som forplantes gjennom luft. Det indre av oppvaskmaskinen er laget av metallplate av en flerlagsstruktur i henhold til oppfinnelsen, bestående av bøyede eller falsede, eller innleirede elementer, idet de enkelte plater i strukturen har en tykkelse som tilnærmet er lik 0^2 mm og en kjerne som hovedsakelig består av et polyvinylacetat som er omtrent 0,1 mm tykt.

Den fuktige atmosfæren i oppvaskmaskinen under bruk krever at i det minste den platen i strukturen som danner den innvendige innerflaten er laget av rustfritt stål.

De fysiske egenskaper til flerlagsstrukturen til den indre metallplaten bestemmes som en funksjon av de forskjellige støyfaktorer som dannes både av de indre og ytre elementer samt innretninger som inngår i driften av oppvaskmaskinen når den er i bruk.

Ved måling av støynivået til to oppvaskmaskiner av denne samme typen, idet den ene utgjør referansen med et indre der veggene er laget av rustfritt stål delvis belagt med bitumen, mens den andre har et indre der veggene er laget av metallplate med en flerlagsstruktur i henhold til oppfinnelsen, er det konstatert at støynivåene til oppvaskmaskinen med et indre laget av en flerlagsmetallplate er minsket med mer enn 15 dB.

I tillegg til minskningen av støynivået til oppvaskmaskinen når den er i bruk forbedrer også den lave varmeoverførings-koeffisienten til veggene som er laget av en flerlagsstruktur også den termiske isolasjon.

Et eksempel på en utførelse av oppfinnelsen skal beskrives i det følgende.

EKSEMPEL

En sandwich-metallplate fremstilles ved hjelp av to laminerte metallplater laget av rustfritt stål av typen 304 (AISI),

0,2 mm tykk.

En av platene belegges med en vandig suspensjon av polyvinylacetat ved bruk av en avstryker, for å oppnå et belegg som er omtrenjb 0, 2 mm tykt.

Den andre metallplaten fastgjøres og flerlagsstrukturen komprimeres ved hjelp av en presse med oppvarmede plater, og temperaturen i denne struktur heves til 200°C i tre minutter. De tekniske egenskaper til sandwich-platen som oppnås er vist i kolonne 1 i tabellen.

Claims (13)

1. Flerlagsstruktur, såkalt sandwich-plate, med vibrasjons-og lyddempende egenskaper, bestående av laminerte metallplater som danner et substrat, festet til hverandre ved hjelp av en kjerne som opprettholder sammenholdingen i strukturen,karakterisert vedat den er dannet ved hjelp av de følgende trinn, i følgende rekkefølge: - at i det minste en metallplate belegges med en suspensjon som består av partikler av en polymer som har adhesjonsegenskaper, i et vandig og/eller organisk dispersjonsmedium, idet partiklene består av en homopolymer av polyvinylacetat, polyvinylklorid, polystyren eller polybutadien, eller av en kopolymer av polymerene styren/butadien, vinylacetat/maleinester og akrylester/styren, eller en blanding av partikler av homopolymer og kopolymer, - at en annen plate fastgjøres til platen som er belagt med suspensjonen, for å danne flerlagsstrukturen, - at flerlagsstrukturen komprimeres, og - at temperaturen i flerlagsstrukturen heves for å bevirke fordampning av det vandige og/eller organiske medium og sammenføyning av partiklene som er i suspensjon i dispersjonsmediet mellom platene, for dannelse av den vibrasjons- og lyddempende kjernen som hovedsakelig består av partikler som danner en film av tørre ekstrakter.

2. Struktur som angitt i krav 1,karakterisert vedat kjernen er dannet hovedsakelig av en homopolymer av polyvinylacetat, polyvinylklorid, polystyren og polybutadien, eller en kopolymer av polymerene styren/butadien, vinylacetat/- maleinester og akrylester/styren, eller en blanding av partikler av homopolymer og kopolymer.

3. Struktur som angitt i krav 1,karakterisert vedat i det minste en plate er laget av stål.

4. Struktur som angitt i krav 1,karakterisert vedat i det minste en plate er laget av aluminium.

5. Struktur som angitt i krav 1,karakterisert vedat i det minste en plate er laget av rustfritt stål.

6. Fremgangsmåte for fremstilling av en flerlagsstruktur, såkalt sandwich-plate, med vibrasjons- og lyddempende egenskaper, bestående av laminerte metallplater som danner et substrat, festet til hverandre ved hjelp av en kjerne som opprettholder sammenholdingen i strukturen,karakterisert vedde følgende trinn i følgende rekkefølge: - at i det minste en metallplate belegges med en suspensjon som består av partikler av en polymer som har adhesjonsegenskaper, i et vandig og/eller organisk dispersjonsmedium, idet partiklene består av en homopolymer av polyvinylacetat, polyvinylklorid, polystyren og polybutadien, eller av en kopolymer av polymerene styren/butadien, vinylacetat/maleinester og akrylester/styren, eller en blanding av partikler av homopolymer og kopolymer, - at en annen plate fastgjøres til platen som er belagt med suspensjonen, for å danne flerlagsstrukturen, - at flerlagsstrukturen komprimeres, og - at temperaturen i flerlagsstrukturen heves for å bevirke fordampning av det vandige og/eller organiske medium og sammenføyning av partiklene som er i suspensjon i dispersjonsmediet mellom platene, for dannelse av den vibrasjons- og lyddempende kjernen som hovedsakelig består av partikler som danner en film av tørre ekstrakter.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 6,-karakterisert vedat temperaturen, heves til 100 til 250°C og opprettholdes i et tidsrom som varierer fra noen få sekunder, og fortrinnsvis to til tre sekunder, for en temperatur på 250°C, til flere minutter, fortrinnsvis 2 til 3 minutter, for en temperatur på 100°C.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 6,karakterisert vedat en delvis tørking av suspensjonen utføres før en plate festes til den platen som er belagt med suspensjonen.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 6,karakterisert vedat suspensjonen dannes i et dispersjonsmedium bestående av vann, alkoholer, ketoner, aromatiske hydrokarboner, olje av terpentin eller butyl-diglykol.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 6,karakterisert vedat suspensjonen dessuten inneholder et plastifiseringsmiddel.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 10,karakterisert vedat plastifiseringsmiddelet består av dibutylftalat, tributylfosfat, en ester eller en polyester.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 6,karakterisert vedat suspensjonen inneholder et fortykningsmiddel.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 12,karakterisert vedat fortykningsmiddelet består av et alkalikaseinat, et polyakrylsyresalt, karboksymetylcellulose, hydroksyetylcellulose eller metylcellulose.