DE1694087C3

DE1694087C3 -

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Publication number: DE1694087C3
Application number: DE19661694087
Authority: DE
Priority date: 1966-11-25
Filing date: 1966-11-25
Publication date: 1976-06-10

Description

Aus der deutschen Auslegeschrift 1200458 ist es bekannt, daß man hochwertige Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel zur Dämpfung der Biegeschwingungen von Blechkonstruktionen herstellen kann durch Abmischen von einer oder mehreren homo- und/oder copolymeren Komponenten, die mit geeigneten Weichmachern äußerlich weichgemacht sind, und einer oder mehreren homo- und/oder copolymeren Komponenten, die diese Weichmacher gar nicht oder nur wenig aufnehmen, wobei die einzelnen Komponenten sich in ihrer Einfriertemperatur um mindestens 10° C unterscheiden und ihre unterschiedlichen Einfriertemperaturen im wesentlichen beibehalten.

Ferner ist aus der britischen Patentschrift 968326 bekannt, daß solche Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel bestehen können aus einer Mischung von homo- und/oder copolymeren Komponenten, die in der Mischung mit geeigneten Weichmachern äußerlich weichgemacht sind, wobei sich im thermodynamischen Gleichgewicht die Weichmacher auf die in'einem geeigneten Mengenverhältnis gemischten Komponenten so verteilen, daß die Komponenten sich nach erfolgter Weichmacherwanderung in ihrer Einfriertemperatur um mindestens 10° C unterscheiden.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Entdröhnungsmittel mit einer erhöhten Temperaturbandbreite und einer verbesserten Temperaturstandfestigkeit zu erhalten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verbundsystern aus harten Platten, insbesondere Blechen, mit einer schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden Zwischenschicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zwischenschicht aus folgende, nach der Herstellung des Verbunds bei 150 bis 210° C thermisch nachbehandelten Stoffmischungen besteht:

a) 52 bis 70 Gewichtsprozent einer Komponente aus

a) 1. 0 bis 50 Gewichtsprozent Copolymerisat I von Vinylacetat und Dibutylmaleinat mit einem Gewichtsverhältnis der Monomeren von

60 : 40 bis 80 : 20,

a) 2. 100 bis 50 Gewichtsprozent Copolymerisat Il

von Vinylacetat und Crotonsäure mit einem Gewichtsverhältnis der Monomeren von 90 : 10 bis 96 : 4,

b) 40 bis 22 Gewichtsprozent mindestens eines Weichmachers,

c) 8 bis 10 Gewichtsprozent eines bifunktionellen Epoxydweichharzes, insbesondere eines Di-

epoxyds eines aliphatischen Polyalkohols mit 6

bis 10 Kohlenstoffatomen und einem xjehalt von 0,61 bis 0,72 Mol Epoxygruppen je 100 g Harz.

Die Zwischenschicht kann bezbgen auf die Menge

der Komponente a) bis zu 1 Gewichtsprozent Füllstoffe enthalten.

Das Dickenverhältnis der äußeren Platten bzw. Bleche liegt zweckmäßig zwischen 1 : 1 und 1 : 4. Die thermische Nachbehandlung der Zwischenschicht bewirkt durch die Reaktion zwischen Epoxyd- und Carboxylgruppen eine Vernetzung. Dadurch wird die Temperaturstandfestigkeit der Zwischenschicht erheblich erhöht.

Als Weichmacher kommen z. B. Ester der Phthalsäure in Frage, wie Uiamylphthalat, Dihexylphthalat,

Dioctyiphthalat, Dinonylphthalat, Didecylphthalat, Diisooctylphthalat, Diisononylphthaiat, Diisodecylphthalat, Dicyclohexylphthalat sowie gemischte Phthalsäureester, die verschiedene der aufgeführten Alkoholreste enthalten, ferner Trihexylphosphat, Diphenyl-kresyl-phosphat, Diphenyl-xylenyl-phosphat und Diphenyl-octyl-phosphat. Es ist im allgemeinen vorteilhaft, Weichmachergemische zu verwenden, vor allem Gemische, die aus Di-2-Äthylhexylphthalat und Trikresylphosphat bestehen, und insbesondere solche,

die die beiden zuletzt genannten Weichmacher in gleichen Anteilen enthalten.

Ein Vergleich der Fig. la und Ib veranschaulicht die überlegene Leistungsfähigkeit der neuen Systeme im Hinblick auf die schwingungsdämpfende Wirkung.

Fig. la zeigt den Verlustfaktor d_comb eines erfindungsgemäßen Verbundbleches in Abhängigkeit von der Temperatur. Zum Vergleich wurde eines der besten bekannten Entdröhnungsmittel für Verbundbleche, ein weichmacherhaltiges modifiziertes Vinylacetat-Copolymerisat (Fig. Ib) herangezogen. Bei dem Copolymerisat der Fig. 1 b handelt es sich um einen Schmelzkleber, der besonders gut für die Herstellung schwingungsgedämpfter Verbundbleche, bestehend aus zwei äußeren Blechen und einem selbsthaftenden Schmelzkleber als dämpfender Zwischenschicht, geeignet ist. Mit derartigen Systemen werden im Maximum extrem hohe Dämpfungen erreicht, die aus physikalischen Gründen nicht mehr übertroffen werden

können. Siehe dazu H. Oberst und A. Schommer, Kunststoffe 55 (1965), 634, vor allem Abb. 9. Für eine symmetrische Anordnung, bestehend aus zwei 0,5 mm dicken Stahlblechen und einer Zwischenschicht von 0,3 mm Dicke, kommt der Verlustfaktor ^tom* <*^es kombinierten Systems, gemessen im Biegeschwingungsverfahren(vgl.z. B.H.Oberst,L.Bohn _BndF. Linhardt, Kunststoffe 51 (1961), 495), dem Wert d_comb = 1 schon nahe. Bei der seit langem bekannten Blechdämpfung durch einseitige dämpfende Beläge, die als rpritz-, spachtel- oder aufklebbare Schichten sogenannter Entdröhnungsmittel angewendet werden, sind die Verlustfaktoren des kombinierten Systems bei technisch vertretbaren Schichtdicken oder Verhältnissen der Belagmasse zur Blechmasse kn allgemeinen kleiner als d_comb = 0,2. Mit den neuerdings sich immer stärker durchsetzenden Verbundblechsystemen können, wie das hier angeführte Beispiel zeigt, bei optimaler Einstellung des Zv.ischenschichimateriaJs um ein Mehrfaches höhere Dämpfungswerte erreicht werden.

Die Temperaturbandbreite der Dämpfung des Verbundblechsystems hängt nicht nur von den viskoelastischen Kenngrößen der Zwischenschicht und der Stahlbleche, sondern auch stark von der »Geometrie« der Anordnung ab, d. h. von den Schichtdickenverhältnissen (vgl. Kunststoffe (1965), Abb. X bis 10). Bei Verbundblechsystemen ist es zweckmäßig, als Bandbreite die Breite des Temperaturintervalles zu definieren, in dem der Wert von d_comb = 0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art entspricht Werten d_comb = 0,01. Der Bezugswert d_camb = 0,05 bedeutet also eine beträchtliche Dämpfungserhöhung (um etwa 15 dB) gegenüber der »Nulldämpfung« d_comb = 0,01.

In Fig. Ib wird der Bezugswert d_comb = 0,05 im hauptsächlich interessierenden Frequenzbereich zwischen 100 und 1000 Hz bei den Temperaturen etwa zwischen 0° und 50° C überschritten, die Temperaturbandbreite beträgt also rund 50° C. Damit sind diese Verbundsysteme für zahlreiche technische Anwendungen geeignet. Durch Modifikation des Weichmachergehaltes 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 optimal eingestellter, selbsthaftender Zwischenschicht eines Temperaturbreitband-Dämpfungsstoffes, hergestellt durch Copolymerisation passend gewählter monomerer Komponenten, wird bisher von anderen Anordnungen ähnlicher Art nicht übertroffen und kann deshalb als Standardsystem angesehen werden, an dem die akustische Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Systems durch Vergleich beurteilt werden kann.

In Fig. la und 1 b sind die Temperaturkurven des Verlustfaktors c_comb von Verbundblechsystemen aus 0,5 mm dicken Stahlblechen mit 0,3 mm dicken dämpfenden Zwischenschichten für 100 Hz und 1000 Hz wiedergegeben.

Die Kurven wurden gemessen ?.n Verbundsystemen mit

1 a) einer Mischung, bestehend 1. aus einem Gemisch aus 33 Gewichtsteilen eines Copolymerisates von Vinylacetat und Dibutylmaleinat im Gewichtsverhältnis 70/30 und 33 Gewichtsteile eines Copolymerisates von Vinylacetat und Crotonsäure im Gewichtsverhältnis 95/5, 2. aus 13 Gewichtsteilen Di-2-Äthylhexylphthalat und 13 Gewichtsteilen Trikresylphosphat als Weichma-

cbergemisch und 3. aus 8 Gewichtsteilen eines bifunktionellen Epoxydweichharzes, eines Diepoxyds eines aliphatischen Polyalkohols mit 6 bis 10 C-Atomen und einem Gehalt von 0,61 ίο bis 0,72 Molen Epoxydgruppe je 100 g Harz.

Die für die Prüfung im Schwingungsversuch präparierten Verbundblechsysteme wurden 15 Minuten bei 190° C thermisch nachbehandelt.
1 b) einem weichmacherhaltigen modifizierten Vi- »5 nylacetat-Copolymerisat als Zwischenschicht

(Vergleich).

Das erfindungsgemäße System 1 a) mit einer Stoffmischung als Zwischenschicht, deren Gewichtsverhältnisse im angegebenen optimalen Bereich liegen. ergibt glatte Dämpfungskurven und weist bei den technisch besonders interessierenden tiefen Frequenzen um 100 Hz eine überraschend große Temperaturbandbreite bei relativ hohen Dämpfungsmaxima (in der Umgebung von 20° C) auf, die als vergleichsweise »5 sehr hoch anzusehen sind, wenn sie auch die maximalen Dämpfungen der Fig. Ib nicht ganz erreichen. Die technisch sehr wichtige große Temperaturbandbreite von rund 100° C bei 100 Hz hängt physikalisch gesetzmäßig mit einer gewissen Abflachung der Maxima zusammen. Die Bandbreite ist bei tiefen Frequenzen von besonderer Bedeutung, weil es beim Aufbau der Resonanzschwingungen auf die Zahl der Biegewellenlängcn über die gegebenen Blechabmessungen ankommt; je mehr Wellenlängen auf die Abmessungen entfallen, desto stärker sind die Resonanzen bei gegebenem Verlustfaktor gedämpft. Bei tiefen Frequenzen sind aber die Wellenlängen am größten, und demgemäß ist ihre Zahl über Strukturen vergleichsweise klein. Fig. la zeigt, daß man noch bei etwa 100° C mit einer beträchtlichen Schwingungsdämpfung rechnen kann.

Ein weiterer akustischer Vorteil der erfindungsgemäß zu verwendenden Stoffmischung im Vergleich zu derjenigen der Fig. 1 b ist es, daß die dämpfende Wirkungsich weiter nach tieferen Temperaturen (bis unterhalb 0° C) erstreckt.

Besonders hinzuweisen ist auf die technologischen Vorzüge des neuen Materials. Ein Hauptvorteil ist es, daß die Zwischenschicht nach der thermischen Nachbehandlung wegen der dann vorliegenden Vernetzung nicht mehr fließt, so daß technische Mangel bei hohen Temperaturen, z. B. infolge Austritts des verflüssigten Stoffes an den Rändern der Konstruktionen, nicht in Betracht gezogen zu werden brauchen. Ein weiterer Vorteil ist die haftverbessernde Wirkung der Epoxyd- und Carboxylgruppen sowie der aus diesen sich bildenden substituierten Ester. Bei der Verarbeitung bedeuten die haftverbessernden Gruppierungen gegebenenfalls eine Erleichterung insofern, daß die Entfettung der Bleche nicht mehr so kritisch ist.

Die notwendige thermische Nachbehandlung (zur Vernetzung) stellt für die Verarbeitung keine nennenswerte Erschwerung dar. Sie ergibt sich in vielen Anwendungsfällen von selbst, z. B. beim Einbrennen einer Lackierung. Bei der üblichen Herstellungsweise der Verbundsysteme und der üblichen Technik der Formgebung sind die Temperaturen noch tief genug, so daß die dabei erwünschte Fließfähigkeit noch nicht

merklich durch die Vernetzung, die bei tieferen Temperaturen nur langsam fortschreitet, beeinträchtigt wird. Es handelt sich also bei der Verarbeitung bei der neuen Stoffmischung noch um ein thermoplastisches Material, einen »Schmelzkleber«, der bei genügend hohen Temperaturen aufgespachtelt, aufgestrichen oder aufgegossen werden kann.

Die Verarbeitbarkeit der Verbundblechc entspricht in weiten Grenzen der von normalen Blechen: d. h. die Verbundsysteme können abgekantet, gebogen, geformt, geschweißt 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 sehr gut geeignet ist, insbesondere bei vergleichsweise hohen Betriebstemperaturen.

Kleine Mengen Füllstoff, z. B. zur Vcrbessung der elektrischen Leitfähigkeit (Verbesserung der Widerstandsschweißung) können den Dämpfungsstoffen zugesetzt werden. Um die Dämpfungswirkung nicht zu verschlechtern, sollte die Füllstoffmenge aber untei 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise unter 0,5 Gewichts prozent, bezogen auf das Polymerisat, gehalten wer den. Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise Schwer spat. Kieselsäure, Graphit und Ruß.

Die Gesamtdicke des Verbundblechs liegt Vorzugs weise zwischen 1 und 6 mm. Die Zwischenschichter können 0,1 bis 1 mm. vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm betragen. Die maximale Dämpfung erhält man be

ίο symmetrischen Verbundblechen. Die Biegesteifigkeii und Festigkeit ist aber bei gleichem Gewicht bei unsymmetrischen Verbundanordnungen größer. Be Anwendungen, bei denen, bezogen auf das Gewicht eine möglichst hohe Festigkeit erreicht werden soll wird man deshalb unsymmetrische Verbundbleche bevorzugen. Das Verhältnis der Blechdicken soll vorzugsweise zwischen 1 : 1 und 1 : 4 liegen.

Fig. 2 zeigt erfindungsgemäße Verbundsysteme ir symmetrischer (α) und unsymmetrischer (b) Anord-

ao nung. Zwischen den beiden äußeren Platten oder Blechen (1) liegt die Dämpfungsschicht (2).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verbundsystem aus harten Platten, insbesondere Blechen, mit einer schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus folgenden, nach der Hersteilung des Verbunds bei 150 bis 210° C thermisch nachbehandelten Stoffmischungen besteht:

a) 52 bis 70 Gewichtsprozent einer Komponente aus

a) 1 0 bis 50 Gewichtsprozent Copolymerisat I von Vinylacetat und Dibutylmaleinat mit einem Gewichtsverhältnis der Monomeren von 60:40 bis 80:20,

a) 2. 100 bis SO Gewichtsprozent Copolymeri

sat II von Vinylacetat und Crotonsäure mit einem Gewichtsverhältnis der Monomeren von 90 : 10 bis 96 : 4,

b) 40 bis 22 Gewichtsprozent mindestens eines Weichmachers,

c) 8 bis 10 Gewichtsprozent eines bifunktionel-Ien Epoxydweichharzes, insbesondere eines Diepoxyds eines aliphatischen Polyalkohols mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen und einem Gehalt von 0,61 bis 0,72 Mol Epoxygruppen je 100 g Harz.

2. Verbundsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenschicht bis zu 1 Gewichtsprozent Füllstoffe, bezogen auf die Menge der Komponente α beigemischt sind.

3. Verbundsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Dicken der äußeren Platten bzw. Bleche zwischen 1 : 1 und 1 : 4 liegt.