DE1675567A1

DE1675567A1 - Schwingungsdaempfende Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus Vinylacetat/AEthylen/AEthylacrylat-Copolymerisaten

Info

Publication number: DE1675567A1
Application number: DE19661675567
Authority: DE
Inventors: Dr Guenther Duve; Dr Joachim Ebigt; Dr Hermann Oberst; Dr Leonhard Reihs; Dr Alfred Schommer
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1966-04-23
Filing date: 1966-04-23
Publication date: 1971-01-07
Also published as: GB1179792A; US3640830A; DK111986B; JPS4535662B1; ES339567A1; CH483582A; NO127009B; LU53488A1; BE697430A; FR1520225A; AT272670B; NL6705374A; SE330986B

Description

Dr.Stk/br Pw 5048 * Om 722

Schwingungsdämpfende Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus Vinylacetat/Äthylen/Äthylacrylat-Copolymerisaten

Aus der belgischen Patentschrift 598 6Oj5 ist bekannt, daß man hochwertige Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel zur Dämpfung der Biegeschwingungen von Blechkonstruktionen durch Copolymerisation von Monomeren herstellen kann, deren Homopolymerisate sich In ihrer Einfriertemperatür um mindestens 20°C unterscheiden. In dieser Patentschrift wurde auch bereits darauf hingewiesen, daß als Temperat^rbreitband-Entdröhnungsmittel u.a. überwiegend amorphe Copolymerisate aus Äthylen und Vinylestern von Fettsäuren mit 2 oder J5 Kohlenstoffatomen in Präge kommen, also auch Vinylacetat-Äthylen-Copolymerisate. Die bisher verwendeten Äthylen/Vlnylacetat-Copolymerisate konnten Jedoch nicht allen Anforderungen der Praxis genügen.

Es wurde nun gefunden, daß man Verbundsysteme aus harten Platten, Insbesondere Blechen, mit einer wesentlich besseren Dämpfung In einem sehr breiten Temperaturbereich erhält, wenn man als schwingungsdämpfende, selbstklebende Zwischenschicht

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aus 75 - 50 Gew.-% Vinylacetat, 5-15 Gew.-% Äthylen, 20 55 Gew.-% Äthylacrylat und 0-5 Gew.-% Acryl- und/oder Methacrylsäure aufgebautes Copolymer!sat verwendet. Durch den Einbau einer dritten Komponente werden die Dämpfungseigenschaften von Vinylacetat /Kthylen-Copolynieri säten, die einen überwiegenden Anteil an Vinylacetat enthalten noch weiter verbessert und man kann mit diesen modifizierten Vinylacetat/ Äthylen-Copolymerisaten, bei denen die entdröhnende Wirkung kritisch vom Gewichtsverhältnis der Monomeren abhängt, glatte und extrem breite Dämpfungskurven mit sehr hohen Maximalwerten der Dämpfung in bestimmten Temperaturbereichen erhalten. Außerdem bieten sie u.U. den Vorteil einer Verbilligung des Entdröhnungsmittejs.

So wurde gefunden, daß mit 20 bis 30 Gew.-% Äthylacrylat modifizierte Vinylacetat/Äthylen-Copolymerisate eine sehr hohe dämpfende Wirksamkeit im Bereich normaler und mäßig erhöhter Temperaturen aufweisen. Durch den zusätzlichen Einbau von bis zu'5 Gew.-% an Acryl- und/oder Methacrylsäure wird die Haftfestigkeit der erfindungsgemäß zu verwendenden Terpolymerisate noch weiter verbessert.

Ein Vergleich der Figuren la und Ib veransßhaulicht die überlegene Leistungsfähigkeit der neuen Systeme. Kurve la zeigt den Verlustfaktor d , eines erfindungsgemäßen Verbundbleches in Abhängigkeit von der Temperatur. Zum Vergleich wurde eines der besten bekannten Entdröhnungsmittel für Verbundbleche, ein weichmacherhaltiges modifiziertes Vinylacetat-Copolymerisat (Kurve Ib) herangezogen. Bei dem Copolymerisat der Kurve Ib handelt es sich um einen Schmelzkleber, der besonders für die Herstellung schwingungsgedämpfter Verbundbleche, bestehend aus zwei äußeren Blechen und dem selbsthaftenden Schmelzkleber als dämpfender Zwischenschicht, geeignet ist. Mit derartigen Systemen werden im Maximum extrem hohe Dämpfungen erreicht, die aus physikalischen Gründen nicht mehr Ubertroffen werden können. Siehe dazu H. Oberst und A. Schommer, Kunststoffe £5., 6^4 (1965)* vor allem Abb. 9· Für eine symmetrische Anordnung,

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bestehend aus zwei 0,5 nun dicken Stahlblechen und einer Zwischenschicht von 0,3 mm Dicke, kommt der Verlustfaktor

d , des kombinierten Systems, gemessen Im BiegeschwingungscomD

verfahren (vgl. z.B. H.Oberst, L.Bonn und P. Linhardt, Kunststoffe {5U ^95 (1961)), dem Wert d_comb = 1 schon nahe. Bei der seit langem bekannten Blechdämpfung durch einseitige dämpfende Beläge, die als spritz-, spachtel- oder aufklebbare Schichten sogenannter Ent dehnungsmittel angewendet werden, sind die Verlustfaktoren des kombinierten Systems bei technisch vertretbaren Schichtdicken oder Verhältnissen der Belagmasse zur Blechmasse im allgemeinen kleiner als d_comb = 0,2. Mit den neuerdings sich immer stärker durchsetzenden Verbundblechsystemen können,mte das hier angeführte Beispiel zeigt, bei optimaler Einstellung des Zwischenschichtmaterials um ein Mehrfaches höhere Dämpfungswerte erreicht werden.

Die Tempraturbreite der Dämpfung z.B. des Verbundblechsystems hängt nicht nur von den viskoelastlschen Kenngrößen der Zwischenschicht und der Stahlbleche,sondern auch stark von der "Geometrie" der Anordnung ab, d.h. von den Schichtdickenverhältnissen ( vgl. I.e. (1965), Abb.8 bis 10)). Bei Verbundblechsystemen ist es zweckmäßig, als Bandbreite die Breite des Tempraturintervalles zu definieren, in dem der Wert von ä

d , = 0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art entspricht Werten d . ^* 0,01. Der Bezugswert ^d _comv>⁼ 0,05 bedeutet also eine beträchtliche Dämpfungserhöhung (um etwa 15 dB (Dezibel)) gegenüber der "Nulldämpfung" ä_QOTah = 0,01.

In Kurve Ib wird der Bezugswert d . - 0,05 im hauptsächlich interessierenden Frequenzbereich zwischen 100 und 1000 Hz bei den Temperaturen etwa zwischen 0 und 50⁰C überschritten, die

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Temperaturbreite beträgt also rund 50°C. Damit sind diese Verbundsysteme für zahlreiche technische Anwendungen geeignet. Durch Modifikation des Weichmachergehaltee kann das Temperaturband hoher dämpfender Wirkung nach höheren Temperaturen verschoben werden und damit speziellen technischen Anwendungen angepaßt werden, z.B. in Maschinenaggregaten mit erhöhter Betriebstemperatur. Dieses Beispiel von Verbundblechsystemen mit optima3 eingestellter, selbsthaftender Zwischenschicht eines Temperaturbreitband-Bämpfungsstoffes, hergestellt durch Copolymerisation passend gewählter monomerer Komponenten, wird bisher ™ von anderen Anordnungen ähnlicher Art nicht Ubertroffen und kann deshalb als Standardsystem angesehen werden, an dem die akustische Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Systems durch Vergleich beurteilt werden kann.

In Figur la und Ib sind die Temperaturkurven des Verlustfaktors ^dcomb von Verbundblechsystemen aus 0,5 mm dicken Stahlblechen mit 0,j5 mm dicken dämpfenden Zwischenschichten für 100 und 1000 Hz wiedergegeben. Die Kurven wurden gemessen an Verbundsystemen mit

1 a) einem Copolymerisat aus 63 Gew.-# Vinylacetat, 10 Gew.-% Äthylen und 27 Gew.-% Äthylacrylat als Zwischenschicht (erfindungsgemäß) und

Ib) einem weichmacherhaltigen modifizierten Vinylacetat-Copolymerisat als Zwischenschicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung la), deren Monomerenverhältnis im optimalen Bereich liegt, ergibt glatte Dämpfungskurven und weist eine überraschend große Temperaturbandbreit· bei sehr hohen Dämpfungsmaxima auf, die in bezug auf die Höhe denen der Anordnung Ib) nicht wesentlich nachstehen. Der Schwerpunkt der Dämpfung liegt bei 20 bis 30°C mit Dämpfungshöchstwerflen von ca. 0,4 bis 0,6. Die Temperaturbreite beträgt 95°C (100 Hz) bzw. 50⁰C (1000 Hz). Besonders günstig ist bei Kurv« la) der Langsame Abfall der Dämpfung nach hohen Temperaturen bei 100 Hz. Das

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Zwischenschichtmaterial der Anordnung la) ist in seinem Dämpfungsverhalten dem der Anordnung Ib) vor allem durch die höhere Dämpfung bei 100 Hz bei Temperaturen zwischen 60 und 100 C überlegen und eignet sieh vor allem für Motorengehäuse oder z.B. Waschmaschinen, die bei Zimmertemperaturen und auch bei höheren Temperaturen laufen.

Ein besonderer Vorteil dieses Dämpfungsstoffes ist es, daß er sich hervorragend zur kontinuierlichen Auftragung für die Massenproduktlnn von Verbundblechen eignet. Es handelt sich ebenfalls um einen Schmelzkleber, der bei höheren Temperaturen " aufgespachtelt, aufgestrichen oder aufgegossen werden kann. Das Verbundsystem wird anschließend am besten zwischen Walzen unter Druck abgekühlt. Außer einem Entfetten ist keine Vorbehandlung der Bleche und keine weitere Klebschicht erforderlich.

und /

Bei den Acryl - oder Methacrylsäuregruppen enthaltenden Mischpolymerisaten kann sogar auf das Entfetten verzichtet werden. Man erreicht eine ausgezeichnete Haftung.

Der Dämpfungsstoff hat eine gute Fließbeständigkeit, die bei den Carboxylgruppen enthaltenden Mischpolymerisaten durch eine geringe Vernetzung, z.B. mit Epoxiden oder Isocyanaten noch weiter verbessert werden kann. Die Verarbeitbarkeit der Ver- λ bundbleche entspricht in weiten Grenzen der von normalen Blechen; d.h. die Verbundbleche können gekantet, gebogen, geformt, geshweißt und genietet werden. Bei nicht zu engen Krümmungsradien können sie auch tiefgezogen werden. Man erhält Verbundbleche mit einer Dämpfungshöhe und einem Temperaturbereich der Dämpfung, die für zahlreiche Anwendungen gut ausreicht.

Kleine Mengen Füllstoffe, z.B. zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit (Verbesserung der Widerstandsschwelßung) können den Dämpfungsstoffen zugesetzt werden. Um die Dämpfungswirkung nicht zu verschlechtern, sollte die PUl1stoffmenge aber unter 1 Gew.-%, vorzugsweise unter 0,5 Gew.-^, bezogen auf das

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Polymerisat, gehalten werden. Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise Schwerspat, Kieselsäure, Graphit und RuS.

Die Gesamtdicke des erfindungsgemäßen Verbundsystems liegt vorzugsweise zwischen 1 und 6 mm. Die Zwischenschichten können 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm betragen. Die maximale Dämpfung erhält man bei symmetrischen Verbundsystemen. Die Biegesteifigkeit und Festigkeit ist aber bei gleichem Gewicht bei unsymmetrischen Verbundanordnungen größer. Bei Anwendungen, bei denen, bezogen auf das Gewicht, eine möglichst hohe Festigkeit erreicht werden soll, wird man deshalb unsymmetrische Verbundsysteme bevorzugen. Das Verhältnis der Dicken von z.B. Blechen soll vorzugsweise zwischen 1:1 und 1:4 liegen.

Figur 2a zeigt erfindungsgemäße Verbundsysteme in symmetrischer und Figur 2b in unsymmetrischer Anordnung. Zwischen den beiden äußeren Platten oder Bleehen (1) liegt die Dämpfungsschicht (2).

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Claims

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Patentansprüche:

Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere aus Blechen, mit Schwingungsdämpfenden Zwischenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenschichten Copolymerisate aus 75 bis 50 Gew.-% Vinylacetat, 5 bis 15 Gew.-% Äthylen, 20 bis 35 Gew,-# Äthylacrylat und 0 bis 5 Gew.-# Acryl- und/oder Methacrylsäure verwendet werden.

Verbundsysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Copolymerisat der Zwischenschicht bis zu 1 Gew.-%, bezogen auf das Copolymerisat, Füllstoffe beigemischt sind.

Verbundsysteme nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Platten bzw. Bleche gleiche oder ungleiche Dicken haben, wobei das Verhältnis der Dicken zwischen 1:1 und 1: 4 liegt.

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