SE468793B - Ljuddaempande sandwichmaterial jaemte foerfarande foer dess framstaellning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 79:; 2 Ett andra syfte med uppfinningen är att åstadkomma ett all- mänt sett ljuddämpande material, således att det är använd- bart för ljudisolering t ex i och mellan rum, och alltså medför dämpning av luftljud.

Dessa och andra syften uppnås enligt uppfinningen därigenom att som kärnmaterial användes ett uppskuret cellplastma- terial, företrädesvis rutskuret, med däri befintliga spalter, vilka är utfyllda med ett bindemedel som är ett elastomeriskt polymermaterial. Uppfinningen anvisar ett förfarande för att tillverka dylikt material, enligt krav 7.

Själva sandwichkonstruktionen kan vara plan men kan också utföras såsom krökt eller välvd, allt efter användningen.

Uppfinningens material medför alltså en dämpning, schematiskt uttryckt, både av stomljud och av luftljud.

En panels luftljudsreduktionstal är bland annat beroende av panelens ytvikt, böjstyvhet, inre förluster och frekvensen.

En väsentlig parameter vad beträffar panelens akustiska egenskaper är den så kallade koincidensfrekvensen. Denna parameter bestämmes av panelens ytvikt och böjstyvhet. Redu- ceras panelens böjstyvhet så ökas koincidensfrekvensen. För frekvenser vid och över koincidens kan reduktionstalet ökas om de inre förlusterna ökas.

Genom att sandwichpanelens kärna förses med slitsar i ett rutmönster och dessa slitsar fylles med ett material med låg styvhet så reduceras panelens böjstyvhet för högre frek- venser. Därmed ökas koincidensfrekvensen och reduktionstalet förbättras under koincidens. Det elastiska materialet i slitsarna medför också att den dynamiska kopplingen mellan de två sammanhållande laminaten försämras vilket också medför att reduktionstalet något förbättras.

Utbredning av stomljud eller mekaniska vågor i en struktur kan reduceras om panelens inre förluster ökas. Dämpningen av energiflödet i strukturen är i dB per längdenhet propor- tionell mot materialets förlustfaktor och vágtal. I mellan- 10 15 20 25 30 468 795 3 frekvensområdet förorsakas primärt förlusterna vid böjning av panelen genom skjuvning i kärnmaterialet. Detta medför att en ökning av laminatens förluster endast har en begränsad effekt. Fylles däremot slitsarna i kärnan med ett visko- elastiskt material med höga förluster innebär detta att de totala förlusterna genom skjuvkrafter ökas väsentligt utan att materialets vikt påverkas nämnvärt. På grund av slitsarna reduceras också panelens uppenbara böjstyvhet. Därmed ökas vågtalet. genom att både vågtal och förluster ökas så förhöjs dämpningen per längdenhet vid reducerad böjning av plattan, En vibrerande platta utstrålar ljud. Plattans utstrålade effekt är beroende av plattans hastighet vinkelrätt mot ytan samt plattans akustiska koppling till omgivande medium, exempelvis luft. Plattans strålningsförmåga reduceras om dess böjstyvhet minskas. Plattans hastighet blir mindre ju större förlusterna göres. Bägge effekterna uppnås med hjälp av att slitsarna enligt uppfinningen är fyllda med elastiskt mate- rial i kärnan.

Med elastomer menas ett material som uppvisar gummiliknande elastiska egenskaper. För närvarande föredrages ett två- komponents polyuretanmaterial, men även andra material är tänkbara, så länge de är tillverkningstekniskt användbara.

Exempel på dylika material är silikoner, mjukgjord epoxy, uretanmodifierad polyester och mjuka akrylater.

Det rör sig om ett gummiliknande material, som bör ha en hårdhet mätt i Shore D ligger i intervallet 10-75, helst i intervallet 20-30. Är det för hårt, uppnås ej den önskade ljuddämpningen. Är det för mjukt, så äventyras hållfastheten.

Eftersom man i många fall i dag använder motsvarande sand- wichmaterial med luftfyllda spalter, kan dock en användning av relativt mjuka material ibland som ljudmässigt förmånliga ändå försvaras.

Det som i sammanhanget är en särskilt intressant egenskap för elastomermaterialet är dess förlustfaktor. Förlustfaktorn n kan uppfattas som den imaginära delen av E-modulenz 10 15 20 25 30 -s se 793 4 E = Eo (1+in) där n är en funktion av både frekvensen och av temperaturen, samt är störst vid elastomermaterialets glastemperatur. I enlighet med en aspekt av uppfinningen är det sålunda lämp- ligt att använda ett elastomermaterial, vars förlustfaktor överstiger 30% och helst 40%, och detta i första hand inom frekvensintervallet 200-2000 Hz och vid temperaturintervall som kan komma i fråga vid avsedd användning, till exempel -10 - +so°c eller o - 4ø°c.

Vid tillverkningen föredrages att cellplastmaterialet först hopfogas med ytmaterial på båda sidorna, varefter de ännu ej utfyllda spalterna där cellplasten är uppskuren, pàfylles med bindemedel genom injicering, varvid bindemedlet vid till- förandet måste vara relativt lättflytande samt efter stelning bör ge god vidhäftning samt helst uppvisa liten krympning.

I enlighet med en särskild utföringsform hopfogar man två uppskurna skivor vid varandra medelst ett elastomert ma- terial, varvid den så åstadkomna enheten användes som kärna, med elastomerutfyllda uppskärningsspalter, vilket ger en ytterligare förbättring.

Rutskuret cellplastmermaterial förekommer i marknaden, varvid rutorna är fästade vid en tunn bana som bärare. Tillverk- ningen går så till, att bärarbanan fästes vid en hel platta av cellplast, varefter rutorna alstras genom att mellanrummen tas bort genom sågning eller fräsning, kvarlämnade banan.

Mellanrummen kan sedan i enlighet med uppfinningen utfylles med ett elastomeriskt härdpolymermaterial.

Utan att fràngå uppfinningen kan emellertid, åtminstone för plana skivor, tillverkningen ske på annat sätt. Exempelvis kan en skiva av cellplast uppdelas till långa band, vilka 10 15 20 25 30 35 5 795 fogas ihop med extruderade band av rektangulärt tvärsnitt till en ny skiva, som sedan uppdelas i band med snitt i vinkel (företrädesvis 900) däremot, som sedan sammanfogas pá liknande sätt med elastomerband. Den förstnämnda skivan kan även göras genom att hopfoga skivor av cellplast och skivor av elastomermaterial till en sandwich, varur band uppskäres, vilka då redan utgöres av med elastomerband hopfogade cell- plastband.

Genom uppfinningen erhålles en sandwichkonstruktion som dels dämpar ljud som god ljudisolerande vägg, dels uppvisar kraft- ig dämpning när det gäller framledning av mekaniska vågor med frekvenser inom det hörbara frekvensområdet.

Uppfinningen skall nu beskrivas utifrån utföringsexempel och i anslutning till figurerna, som visar: Fig. 1 en genomskärningsvy genom ett plant sandwichmaterial, Fig. 2 en genomskärningsvy genom ett krökt sandwichmaterial, Fig. 3 en ljudledningskurva för ett sandwichmaterial gjort med oskuren cellplastkärna, Fig. 4-8 ljudledningskurvor uppvisande ljudledningen för olika frekvenser, i logaritmiskt mått och uppritade relativt den som norm använda kurvan i fig. 1.

Fig. 9 visar dämpning av luftljud för tre olika material.

Fig. 1 och 2 visar i genomskärning två sandwichmaterial, olika endast däri att det ena är böjt samt kan vara dubbel- krökt (syns ej).

Ett rutskuret kärnmaterial 2 av cellplast är inlagt mellan två styrkeskikt 1, vilka är fästade vid kärnmaterialet 4 genom limfogar 3. Kärnmaterialet är uppskuret i bitar genom spår utfyllda genom ett elastomermaterial 4. Som framgår av Fig. 1, föreligger i det plana fallet i Fig. 1 raka spalter, 10 15 20 25 30 35 46si793 6 som i det krökta fallet i Fig. 2 blir kilformade, i det att krökningen här upptages. Av praktiska skäl finnes också oftast ett tunt mellanskikt 5 pá ena sidan. Detta samman- hänger med att ett rutskuret material måste hållas ihop efter skärningen, tills det monteras i sandwichkonstruktionen, och bärskiktet kan bestå av en gles väv, non-woven eller lik- nande, som inte hindrar limningsskiktet 3 från att hålla ihop kärnmaterial 2 och styrkeskikt 1. Styrkeskiktet består vid bàtkonstruktioner normalt av pàlaminerad glasfiberväv med polyesterplast men kan ofta vara ett skikt av metall, t ex aluminium, aluminiumlegering eller stàl.

En dylik sandwich tillverkas i allmänhet pà så sätt, att man först fäster styrkeskikten 1 vid kärnmaterialet 2 genom lim- skikt 3, kvarlämnande spalterna 4 mellan bitarna av kärn- material 2 väsentligen ofyllda. Elastomermaterial tillföres i flytande form lämpligen från sandwichens lägsta punkt, sär- skilt genom hàl upptagna vid korsningspunkten mellan spalter 4, varvid öppningar anordnas övertill, och det flytande elastomermaterialet bringas att förtränga luften i spalterna och utfylla dessa, genom att elastomermaterialet tillföres under tryck och/eller vakuum anbringas vid öppningarna över- till. Någon kombination därav är oftast lämplig, i det att ett alltför högt tryck kan medföra att fogarna mellan styrke- skikt och kärnmaterial brister. Ofta har man möjlighet, t ex vid bàttillverkning, att utnyttja att sandwichen anligger mot en form fràn ena sidan, varvid man också kan pàlägga kraft från motsatt hàll, t ex med sandsäckar.

Uppfinningen har provats med hjälp av exempel som tillverk- atS 2 Exempel 1 Som referensprov tillverkades en sandwichskiva, bestående av en kärna av PVC-cellplast med slutna celler, av vårt fabrikat nIVINYcELIÄR), kvalitet uso (so kg/mz), tjocklek 20 mm, ej rutskuret. Styrkeskikten bestod av 1 mm glasfiberväv i poly- esterhartslaminering. Skivan vägde 6,8 kg/kvm. 10 15 20 25 30 35 J: cm co -4 \o nu Exempel 2 Lika Exempel 1, med undantag av att kärnan bestod av en rut- skuren skiva, med kvadratiska rutor med 39 mm sida, omgivna av spalter med 1 mm bredd, vilka spalter utfylldes med ett polyuretanlim (Ceca 18591, draghàllfasthet 814 kN/m2). Skivan vägde 9,17 kg/kvm.

Exempel 3 Lika Exempel 2, med undantag av att två rutskurna skivor med tjockleken 10 mm sammanlimmades med en fog av samma poly- uretanlim. Skivan vägde 7,17 kg/kvm.

Exempel 4 Lika Exempel 2, med undantag av att kärnans PVC-plastmaterial H80 hade en högre densitet, 80 kg/m2.

Exempel 5 Lika Exempel 2, med undantag av att kärnans PVC-plastmaterial H100 hade ännu högre densitet, 100 kg/m2.

Exempel 6 Lika Exempel 1 med undantag av att i stället för en oskuren skiva av 20 mm tjocklek användes tvà skivor av tjockleken 10 mm, förenade av ett lager av samma polyuretanlim som i Exempel 2-6. Denna sandwich hade alltså endast ett med skivan parallellt dämpskikt.

Samtliga skivor hade dimensionerna 1,2 x 1,2 m. Jämförande prov beträffande ljudutbredningen har utförts på samtliga skivor. Fig. 3 visar en ljudledningskurva med logaritmisk dB-skala för dämpningen i dB/m, upptagen mellan 50 Hz och 4000 Hz. Denna kurva är representativ för sandwichmaterial av känt slag med kärna av hård skumplast och pàlaminerade glas- 10 15 20 25 30 35 468 95 8 fiberskikt, sådana som i dag allmänt används för tillverkning av båtar och fordon. Denna kurva togs därför som referens, i det att övriga exempels ljudledning relaterats härtill som norm, i det att noll-linjen i Fig. 4-8 motsvaras av resultat- et för Exempel 1, taget som normal.

Fig. 4-8 visar försöksresultaten för ljudutbredningar, nor- maliserade i förhållande till skivan enligt Exempel l, för resp. Exempel 2-6.

Som framgår av figurerna 4-8, visar det sig att man får en kraftig förbättring av absorptionen, eller en förbättrad dämpning av ljudledningsförmågan, om man utfyller spalterna i rutskärningen med ett material av föreslagen typ. Förbätt- ringen är särskilt stor inom intervallet 100-1000 Hz, där, som framgår av Fig. 3, absorptionen eljest faller kraftigt.

Försök har även gjorts för att undersöka och jämföra dämp- ningar av luftljud, varvid mätningar gjorts enligt svensk standard SS 02 5254 (internationell standard ISO 140-1978). I fig. 9 visas resultat för referensprovet enligt Exempel 1 jämfört med motsvarande för Exempel 2, alltså endast med skillnaden att materialet i ena fallet var oskuret, i andra fallet rutskuret med elastomerfyllda spalter. Av figurerna framgår att skillnaden i dämpning är stor och ökar kraftigt när frekvensen ökar över 500 Hz. Prover var 100 x 120 cm och inspända runt om vid kanterna i en vägg mellan ett sändarrum (106 m3) och ett mottagarrum (129 m3).

Det provade polyuretanlimmet Ceca 18951 hade ett hårdhets- värde i skalan Shore D om 21. Detta visade sig hållfasthets- mässigt och ljuddämpningsmässigt välanpassat särskilt till PVC-hårdskum med densiteten 60 kg/m3. Högre densiteter har högre hållfasthet, varför det är lämpligt att använda hårdare bindemedel i spalterna, när man vill uppnå högre hållfasthet- GI".

Beträffande hållfastheten har jämförande prov utförts medelst s k fyrpunktsböjprov, och beträffande skivorna i Exempel 1 (hel skiva), 2 (rutskurna med fyllda spalter) och 3 (två hela 10 15 20 17A.

I _ 7 I7J C'\ ÛÖ 9 4 skivor hoplagda med elastomer emellan). Både böjstyvheten och skjuvstyvheten visade sig för dessa fall inom mätfelen över- raskande uppvisa samma värden.

En jämförelse mellan vikterna per kvadratmeter för dessa till tjockleken lika skivor visade att i förhållande till skivan i Exempel 1 skivan i Exempel 2 vägde 35% mera och skivan i Exempel 3 5% mer.

Mervikten 35% pà grund av de fyllda spalterna i Exempel 2 skall jämföras med konventionell utfyllnad med spackelmassa innehållande mikrosfärer av plast (28%) och med massiv poly- estermassa (44%). Dessa siffror gäller ur praktisk synpunkt själva kärnmaterialet, i det att i exemplen använts ett tunt styrkeskikt, medan man i praktiken dessutom använder starka och därmed tunga styrkeskikt i sandwich.

En ytterligare fördel med att använda ett elastomeriskt material, jämfört med konventionella bindemedel, är att minskad utmattning kan förutsättas i och med den ökade energiupptagningen.

Claims (10)

10 15 20 25 30 '795 10 Patentkrav

1. Sandwichmaterial innefattande en kärna av konstruktions- cellplast, vid vilken är limmade ett ytskikt som styrkeskikt på vardera sidan om kärnan, varvid kärnans material är upp- skuret, företrädesvis i rutor, bildande med ett bindemedel k ä n n e t e c k n a t av att binde- medlet i spalterna utgöres av ett elastomeriskt polymerma- utfyllda spalter, terial, som dämpar ljud.

2. Sandwichmaterial enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det elastomeriska polymermaterialet är ett härdpoly- mermaterial.

3. Sandwichmaterial enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att bindemedlet i spalterna har en mekanisk förlustfaktor n, som inom frekvensintervallet 200-2000 Hz överstiger 30% och företrädesvis överstiger 40%.

4. Sandwichmaterial enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att bindemedlet i spalterna har en hårdhet, mätt i Shore D, uppgående till 10-75, företrädesvis inom intervallet 20-30.

5. Sandwichmaterial enligt krav 1 eller 2, k ä n n e- t e c kn a t av att bindemedlet i spalterna är ett poly- uretanlim.

6. Sandwichmaterial enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det uppskurna kärnmaterialet är en skummad PVC-plast med slutna celler.

7. Sandwichmaterial enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att kärnans material innefattar två skivor av uppskuret material, liggande mot varandra under mellankomst av samma bindemedel som i de nämnda spalterna. 10 15 20 11 458 793

8. Förfarande för tillverkning av ett sandwichmaterial enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att på ett uppskuret ut- brett kärnmaterial först limmas styrkeskikt pà båda sidorna därav, företrädesvis med ett lim med en förlustfaktor n som inom frekvensintervallet 200-2000 Hz, företrädesvis 40%, varefter materialet anordnas stående och ett elastomeriskt härdpolymermaterial med hög förlustfaktor i härdat skick i ohärdad form injiceras nedtill genom öppningar in till kärn- materialets uppskurna spalter, sà att däri befintlig luft förträngningsvis utträder i öppningar övertill, varefter härdpolymermaterialet får härda.

9. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att åtminstone nedtill mot styrkeskikten anordnas tryckmedel från utsidan, så att styrkeskikten icke löspressas från kärn- materialet.

10. Förfarande enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att vid öppningarna övertill anslutes ett vakuum.