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Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel
Unter sogenannten"Entdröhnungsmitteln"versteht man Beläge aus Stoffen, die auf Blechkonstruktionen aufgebracht werden, um deren Schwingungen ("Dröhnen") zu dämpfen. Im Gegensatz zu den be- kannten Luftschallabsorptionsmitteln, die den Zweck haben, schon vorhandenen Luftschall zu absorbieren, dienen die Entdröhnungsmittel dazu, die Körperschallschwingungen fester Stoffe zu reduzieren, um eine Abstrahlung von Luftschall von vornherein zu vermeiden.
Die Entdröhnungsmittel nehmen in der Technik einen immer breiteren Raum ein. Ausserdem werden auch an die Qualität der dämpfenden Beläge immer grössere Ansprüche gestellt. Das Bestreben der modernen Technik geht. vor allem dahin, entdröhnende Materialien zu entwickeln, die sowohl bei extrem tiefen und hohen als auch bei üblichen Temperaturen eine wirksame Entdröhnung gewährleisten, d. h. das Entdröhnungstemperaturband soll bei den Gebrauchsfrequenzen von 100 bis 200 Hz so breit sein, um allen Anforderungen einer modernen Technik entsprechen zu können.
Ein Belagstoff, der, auf Blechkonstruktionen aufgebracht, in einem breiten Temperaturband eine gleichmässige entdröhnende Wirkung erzielt, was durch den mechanischen Verlustfaktor d der Kombination aus Blech und Belag gemessen wird, wird im folgenden als Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel bezeichnet. Ein solches Breitbandentdröhnungsmittel hat zugleich auch den Vorteil, dass es bei einer bestimmten Temperatur in einem breiten Frequenzbereich wirksam ist.
Die Bedingungen, die der Entdröhnungsstoff selbst erfüllen muss, um z. B. auf Blechkonstruktionen eine möglichst hohe dämpfende Wirkung zu erzielen, sind bekannt (s. dazu Oberst, H., Frankenfeld, K., Acustica 2 [1952], AB 181, Oberst, H., Becker, G. W., Frankenfeld K., Acustica 4 [1954], 433), u. zw. muss das Produkt aus dem dynamischen Elastizitätsmodul und dem mechanischen Verlustfaktor (Mass für die Hystereseverluste des Entdröhnungsstoffes) möglichst gross werden.
Bei den Entdröhnungsmitteln wird im allgemeinen ein bei Schwingungsbeanspruchung bei allen Hochpolymeren im Übergang vom harten zum weichen Stoffzustand (Einfrierbereich) auftretendes Maximum der inneren mechanischen Verluste (Hysterese) ausgenutzt. Die Temperaturlage hängt von der meistens volumetrisch bestimmten Einfriertemperatur des Stoffes ab. Im folgenden soll unter Einfriertemperatur jedoch stets die Temperatur verstanden werden, bei der bei Kurzzeitmessung mit der genannten Bezugsfrequenz von 100 bzw. 230 Hz das Maximum der mechanischen Verluste auftritt. Diese im Kurzzeitexperiment definierte Einfriertemperatur liegt im allgemeinen etwa 500 C oberhalb der volumetrisch bestimmten.
Alle bisher bekannten Entdröhnungsmittel bestehen aus Homopolymeren oder relativ homogen aufgebauten Copolymeren mit einem scharfen Übergang zwischen dem harten und weichen Stoffzustand und hatten daher den Nachteil, dass der Temperaturbereich guter Dämpfung relativ schmal bleibt.
Es wurde nun gefunden, dass Mischungen aus Homo- und/oder Copolymerisaten, die sich in ihrer Einfriertemperatur und demzufolge in der Temperaturlage ihres Dämpfungsschwerpunktes um mindestens 100C bis maximal 200 C unterscheiden und in einem geeigneten Mengenverhältnis zusammengestellt sind, in einem wesentlich breiteren Temperaturbereich als bei den bisher bekannten Entdröhnungsmitteln
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eine gute entdröhnende Wirkung auf Blechen ergeben. Das Temperaturband der Entdröhnung ist dabei durch die Mischungskomponenten mit der höchsten und tiefsten Einfriertemperatur festgelegt.
Weiterhin wurde gefunden, dass man chemisch heterogene Mischpolymerisate, die einerseits aus a) Vinyläthern und/oder Acrylsäureestern und/oder Methacrylsäureestern und/oder Maleinsäureestern von Alkoholen mit 4-12 Kohlenstoffatomen und/oder Vinylestern von Festtsäuren mit 4-12 C-Atomen und/oder Butadien und anderseits aus b) Vinylestern von Fettsäuren mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen und/oder Acrylsäureestern und/oder Methacrylsäureestern von Alkoholen mit 1-3 Kohlenstoffatomen und/oder Acrylnitril und/oder Vinylchlorid und/oder Vinylidenchlorid und/oder Styrol bestehen, aber auch Mischpolymerisate, deren Komponenten jeweils nur der Gruppe a) oder b) entstammen, sofern sie nur einen genügend grossen Unterschied in der Einfriertemperatur zeigen, besonders gut als Temperatur- breitband-Entdröhnungsmittel verwenden kann.
Darüber hinaus können die Mischpolymerisate andere Zumischungen enthalten, beispielsweise Naturkautschuke, Mischpolymerisate aus Butadien-Styrol, Butadien-Acrylnitril, Mischpolymerisate mit hohem Acrylnitrilgehalt oder z. B. Epoxydharze, Polyesterharze, Phenolformaldehyd- oder Maleinformaldehydharze.
Die zu fordernde Heterogenität des chemischen Aufbaus kann dadurch erreicht werden, dass man geeignete Monomere, die sich z. B. durch verschiedene Polymerisationsgeschwindigkeiten auszeichnen, copolymerisiert. Es werden hiedurch Polymerisatanteile erzeugt, die sowohl an den Monomeren der Gruppe a) als auch an denen der Gruppe b) angereichert sind. Durch die verschiedenen Einfriertemperaturen dieser heterogen zusammengesetzten Polymeranteile wird auf diesem Weg ein Kunststoff erhalten, der schon in zwei oder mehreren Temperaturbereichen schwingungsdämpfende Eigenschaften besitzt.
Alle Temperaturbreitbandabsorber sind in ihren Grenzen durch die Polymerisate bzw. die Polymerisatanteile des heterogenen Mischpolymerisats mit der tiefsten bzw. höchsten Einfriertemperatur bestimmt. Es ist durch eine geeignete Mischung von Polymerisaten verschiedener Einfriertemperatur dafür zu sorgen, dass nicht nur die beiden Grenzkomponenten, sondern in möglichst stufenlosem Übergang auch die Polymerisatbestandteile zwischen den beiden Grenzkomponenten in genügender Menge in den Breitbandabsorber eingebaut werden.
Durch Auswahl eines Monomerenpaares, wie z. B. 2-Äthylhexylacrylat-Vinylchlorid (dieses Paar hat sich beispielsweise als besonders geeignet erwiesen) und entsprechender Mischung von Mischpolymerisaten hohen und niedrigen Acrylatgehaltes kann man einen Breitbandabsorber z. B. von-800 bis +800 C ohne Schwierigkeiten erhalten. Darf der Temperaturbereich für die optimale Schwingungsdämpfung schmaler sein, etwa nur von 10 bis 400 C was für manche Fälle völlig ausreicht, so kann durch entsprechende Wahl der Mischkomponenten ein Temperaturschmalband-Entdröhnungsmittel erlangt werden, welches sich gegenüber den Absorbern mit breiteren Temperaturbereichen durch eine höhere mittlere Dämpfung auszeichnet.
Die Herstellung solcher Mischpolymerisate kann nach bekannten Verfahren durchgeführt werden. Ein so erhaltenes Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel erfüllt ferner die für die Praxis erforderliche Be-
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Handel ist, und andere aktive Füllstoffe. Holzmehl Korkmehl) keine Mischungskomponenten ausfallen.
Das erfindungsgemässe Entdröhnungsmittel kann als Dispersion mit oder ohne Füllstoff auf die zu entdröhnenden Bleche gespritzt werden, es kann aber auch als Folie auf einem Blech oder zwischen mehreren Blechen angebracht sein.
Beispiel l : Ein Suspensionsmischpolymerisat der Zusammensetzung Vinylchlorid 2-Äthylhexylacrylat 90 : 10 zeigt auf Grund der grösseren Reaktionsgeschwindigkeit des 2-Äthylhexylacrylates den ge- wünschten chemisch heterogenen Aufbau, da zu Beginn der Polymerisation ein Mischpolymerisat aus 60 Teilen Vinylchlorid und 40 Teilen 2-Äthylhexylacrylat und am Ende reinEs Polyvinylchlorid entsteht, so dass das Produkt praktisch eine Mischung von Polyvinylchlorid mit einer Reihe von Mischpolymerisaten von 1 bis 400/0 2-Äthylhexylacrylat darstellt. Da die Entdröhnung von z. B.
Blechen bei einer bestimmten Temperatur und bei einer bestimmten Gebrauchsfrequenz bedingt ist durch die Menge eines Stoffes, der bei dieser Temperatur sich gerade in einem Umwandlungsgebiet von hart nach weich oder umgekehrt befindet (Bereich der Einfriertemperatur), ist dieses Mischpolymerisat im Bereich der Einfriertemperatur des an Acrylat reichsten Mischpolymerisatanteils, bestehend aus 60 Teilen Vinylchlorid und 40 Teilen 2-Äthylhexylacrylat einerseits und Polyvinylchlorid anderseits zwar wirksam, aber nicht mit gleicher
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Dämpfungshöhe im gesamten Temperaturbereich. Die Messung der Schwingungsdämpfung und des E-Moduls bestätigen dies.
(Fig. 1, I). Dieses Produkt ist bereits allein in der Praxis in vielen Fällen erfolgreich einsetzbar.
Will man jedoch die optimalen Grenzen dieser Monomeren erfassen und zugleich eine gleichmässige Dämpfung über den gesamten Temperaturbereich erhalten, so ist es notwendig, dem oben genannten Mischpolymerisat noch ein oder mehrere Mischpolymerisate höheren Acrylgehaltes zuzumischen. Durch den Zusatz dieser weichen Mischpolymerisate wird jedoch der Dämpfungsbereich des oben genannten Mischpolymerisates bei höheren Temperaturen vermindert, so dass es zweckmässig ist, für eine Mischung mit optimalem Dämpfungsbereich noch reines Poylvinylchlorid zuzusetzen.
Eine solche Mischung mit solchen technisch interessanten Dämpfungseigenschaften hat folgende Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> Polymerisatzusammensetzung <SEP> in <SEP> Dämpfungskurve
<tb> Gew. <SEP> Teilen <SEP> Teile <SEP> Fig. <SEP> 1
<tb> Vinylchlorid <SEP> 2-Äthylhexylacrylat
<tb> 90 <SEP> 10 <SEP> 79 <SEP> 1 <SEP>
<tb> 70 <SEP> 30 <SEP> 5 <SEP> 2
<tb> 50 <SEP> 50 <SEP> 3 <SEP> 3
<tb> 30 <SEP> 70 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> 100 <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP> 5 <SEP>
<tb>
Diese Mischung wird mit Stabilisatoren versetzt und mittels Extruder oder Kalander zu einer Folie verarbeitet und auf die zu entdröhnenden Materialien in geeigneter Form aufgebracht. Das Produkt aus Schwingungsdämpfung und E-Modul zeigt in Anlage Fig. 1 die Maxima der Entdröhnung der Einzelkomponenten sowie das Temperaturbreitband der Mischung von zirka -800 bis 800 C (Fig. 1, I).
Bringt man eine aus der genannten Mischung hergestellte Kalanderfolie von 1, 5 mm Dicke auf ein Stahlblech von 1 mm Dicke (Massenverhältnis Belag zu Blech = 0,25), so zeigt die Kombination die in Fig. 1, II gezeigte Dämpfungskurve.
Bei gleicher Belagmenge muss die mittlere Dämpfungshöhe eines Breitbandabsorbers notwendig niedriger sein als die mittlere Höhe eines Absorbers mit geringer Temperaturbreite (s. Fig. 1, II und III). Bei der vorliegenden grossen Bandbreite ist diese bezogen auf den Verlustfaktor d = 0,01. Zum Vergleich sei erwähnt, dass Pappe bzw. Holz eine Dämpfung in der Grössenordnung von 10/0 besitzen.
Will man jedoch die dämpfenden Beläge in Form von Dispersionen auf zu entdröhnenden Materialien aufbringen, so stellt man ein solches Produkt in Emulsion her.
Beispiel 2 : Ein Emulsionsmischpolymerisat der Zusammensetzung Vinylchlorid 2-Äthylhexylacrylat 80 : 20 zeigt bereits in einem weiten Temperaturbereich eine gute Dämpfung (s. Fig. 2, I). Zur Erreichung der optimalen Grenzen des Temperaturbreitbandes ist es jedoch vorteilhaft, höheracrylathaltige Mischpolymerisate sowie Polyvinylchlorid obigem Mischpolymerisat zuzusetzen. Bringt man z. B, folgende Mischung
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<tb>
<tb> Polymerisatzus <SEP> am <SEP> mensetzung <SEP>
<tb> Teile
<tb> Vinylchlorid <SEP> 2-Äthylhexylacrylat
<tb> 100 <SEP> 0 <SEP> 20
<tb> 80 <SEP> 20 <SEP> 70
<tb> 50 <SEP> 50 <SEP> 5
<tb> 30 <SEP> 70 <SEP> 5
<tb>
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Beispiel 3 : Als Beispiel für ein erfindungsgemässes Entdröhnungsmittel mit kleiner Temperaturbandbreite, dafür aber sehr hohen Dämpfungswerten sei folgendes angeführt :
Mischung aus den Stoffen I, II und III, wo
I. eine nach der deutschen Patentschrift Nr. 1029565 hergestellte homopolymere PolyvinylacetatDispersion,
II. eine 55% ige Mischpolymerisat-Dispersion aus Vinylacetat und Dicarbonsäurediester, z. B. im Mo- nomerenverhältnis 77 : 23,
III. eine 50% igue Dispersion eines Mischpolymerisates aus Vinylacetat und Acrylsäurebutylester im Monomerenverhältnis 55 : 45, ist, gefüllt mit Vermiculit (expandierter Glimmer) und im Verhältnis Belagmasse/Blechmasse = 201o auf Blech aufgebracht.
Fig. 3 zeigt die Wirkung der einzelnen Komponenten auf Blech und Fig. 4 den Effekt der Mischung aus I, II und IIL.
Die sehr hohe Dämpfung ist zum Teil durch die schmalere Bandbreite zum Teil durch die Füllung mit einem leichten Füllstoff erreicht.
Beispiel 4 : 40 Teile einer nach der deutschen Patentschrift Nr. 1029565 hergestellten Polyvinylacetat-Dispersion mit 56-58% Feststoffgehalt (entspricht Komponente I in Beispiel 3), 30 Teile einer Copolymerisat-Dispersion aus Vinylacetat und Maleinsäuredibutylester im Monomerenverhältnis 77 : 23 mit einem Feststoffgehalt von 551o (entspricht Komponente II des Beispieles 3), 30 Teile eines Copolymerisatlatex aus Butadien und Styrol im Monomerenverhältnis 37 : 63 (Komponente IV) wurden gemischt und in solcher Menge auf ein Blech aufgespachtelt, dass nach Auftrocknung die Masse der Polymerenmi- schung 2Wo der Blechmasse betrug.
Die in Fig. 5 mit (I + II + IV) bezeichnete Kurve des mechanischen Verlustfaktors d der so hergestellten Kombination aus Blech und Kunststoff zeigt, dass die Mischung eine Temperaturbandbreite von 600 C aufweist. Dabei ist die Bandgrenze dort angenommen, wo der mechanische Verlustfaktor auf die Hälfte des Maximalwertes abgesunken ist. Diese sogenannte"Halbwertsbrei- te"soll auch in den folgenden Beispielen zur Definition der Temperaturbandbreite benutzt werden.
Beispiel 5 : In gleicher Weise, wie in Beispiel 4 beschrieben, wird eine Kombination aus Blech und Kunststoffbelag hergestellt, wobei jetzt die Kunststoffmischung aus 50 Teilen der Komponente I (vgl.
Beispiel 3 und 4), 20 Teilen einer Copolymerisat-Dispersion aus Vinylacetat und Acrylsäureäthylester im Monomerenverhältnis 45 : 55, die zur Haftverbesserung noch go Acrylsäure einpolymerisiert enthält, mit 501o Feststoffgehalt (Komponente V), 30 Teilen einer Copolymerisat-Dispersion aus Vinylpropionat und Acrylsäureäthylester im Monomerenverhältnis 90 : 10 mit 50% Feststoffgehalt (VI) besteht. Die Verlustfaktorkurve, die in Fig. 5 mit (I + V + VI) bezeichnet ist, ergibt eine Temperaturbandbreite von 550 C.
Beispiel 6 : In gleicher Weise, wie in Beispiel 4 beschrieben, wird eine Kombination aus Blech und Kunststoffbelag hergestellt, wobei jetzt die Mischung 20 Teile einer Copolymerisat-Dispersion aus Vinylchlorid und Acrylsäurebutylester im Monomerenverhältnis 85 : 15 mit 400/0 Feststoffgehalt (Komponente VII), 30 Teile einer Copolymerisat-Dispersion aus Vinylpropionat, Acrylsäureäthylester und Acrylsäurebutylester im Monomerenverhältnis 80 : 15 : 5 mit 50% Feststoffgehalt (Komponente VIII), 50 Teile der in Beispiel 3 beschriebenen Komponente II enthält. Die Verlustfaktorkurve, die in Fig. 6 mit (VII + VIII + II) bezeichnet ist, ergibt eine Temperaturbandbreite von 600 C.
Beispiel 7 : In gleicher Weise, wie in Beispiel 4 beschrieben, wird eine Kombination aus Blech und Kunststoffbelag hergestellt, wobei jetzt die Mischung 33 Teile einer Copolymerisat-Bispersion aus
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33 Teile der in Beispiel 5 beschriebenen Komponente VI, 33 Teile der in Beispiel 3 beschriebenen Komponente I enthält. Die Verlustfaktorkurve, die in Fig. 6 mit (IX + VI + I) bezeichnet ist, ergibt eine Temperaturbandbreite von 550 C.
Die vorkommenden Prozentangaben bedeuten Gewichtsprozente.
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