DE1694089A1 - Schwingungsdaempfende Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus Vinylacetat/n-Butylacrylat/Dibutylmaleinat/Crotonsaeure-Copolymerisaten - Google Patents

Description

zur Patentanmeldung Fw

Schv/ingungsdämpfende Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus

■Vinylacetat/n-Butylaorylat/liibutyimalelnat/Grotonsäure-Copolymerisaten

Aue der- belgischen Patentschrift 598 603 ist bekannt, daß man hochwertige lemperaturbreitband-Entdröhnungsmittol zur Dämpfung der Biegeschwingungen von Blechkonstruktionen durch Copolymerisation von !.Ionomeren herstellen kann, deren Homopolymerisate sich in ihrer Einfriertemperatur um mindestens 20° 0 unterscheiden. In dieser Patentschrift wurde auch bereits darauf hingev/iesen, daß als Semperaturbreitband-Entdröhnungemittel u. a. überwiegend amorphe Copolymerisate aus Estern aus Alkoholen mit 4 bis 12. C-Atomen unft Acryl- und Maleinsäure und Vinylester von 3?ettsäuren mit 2 oder |5 C-Atomen in Frage kommen, also z. B. Vinylacetat-n-Butylacrylajt vind/oder Dibutylmaleinat-Copolymerisate. I- ■

Es wurde nuh gefunden, daß Copolymerisate aus Vinylacetat, geeigneten Eatern ungesättigter, polyraerisationsfähiger Carbonsäuren und einer ungesättigten, copolymerisationsfähigen Säure, bevorzugt Crotonaäure¹, überraschend gute Dämpfungseigenschaften aufweisen und somit besonders zur Schwingungsdämpfung von Verbundsystemen aus harten platten, insbesondere von Blechen, geeignet sind. Als Ester komme|i insbesondere die der Aeryl- und Maleinsäure mit zwischen 3 void 9 C-At men enthaltenden Alkoholresten in Betracht, bevorzugt n-$utylacrylat und Dibutylmaleinat. Mit diesen Copolymer!-

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säten, bei denen die entdröhnende TTirkung kritisch vom öewichtsverhältnis der Monomeren abhängt, kann man sehr breite Dämpfungskurven mit beachtlich hohen Maximalwerten, der Dämpfung erhalten. Vom wirtschaftlichen Standpunkt bieten sie außerdem den Vorteil, daß sie preisgünstig sind.

So ergeben Copolymerisate aus 30 bis 40 Gew.-¹J Vinylacetat, 30 bis 40 Gew.-;i n-Butylacrylat, 30 bis 10 Gew.-;' Dibutylmaleinat lind ca. 10 Gew.-fj Crotonsäure ausgezeichnete Breitbanddämpfungsmaterialien, die für Anwendungen in einem größeren Temperaturbereich iri Präge kommen.

Erfindungsgemäß werden deshalb Verbundsysteme aus harten Platten, w insbesondere aus Blechen mit schwingungs dämpf enden, selbsth'aftenden Zwischenschichten aus Vinylacetat/n-Butylacrylat/Dibutylmaleinat/ Crotonsäure-Copolymerisaten vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß für die Zwischenschichten·Copolymerisate aus 30 bis 40 Gew.-v Vinylacetat, 30 bis 40 Gew.-;' n-Butylaerylat, 30 bis 10 Gew.-;' Dibutylmaleinat und 5 bis 15 Gew.-^ Crotonsäure verwendet werden.

Ein Vergleich der Figuren 1 a und 1 b veranschaulicht die überlegene Leistungsfähigkeit der neuen Systeme. Kurve 1 a zeigt den Verlustfaktor d , eines erfindungsgemäßen 'Verbundbleches in Abhängigkeit von der Temperatur. Zum Vergleich wurde eines der besten bekannten Entdröhnungsmittel für Verbundbleche, ein weichmacherhalti-" ges modifiziertes Vinylacetat-Copolymerisat (Kurve 1 b) herangezogen. Bei dem Copolymerisat der Kurve 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 j>£ (1965), 634, vor allem Abb. 9. Mr eine symmetrische Anordnung, bestehend aus zwei 0,5 mm dicken Stahlblechen und einer Zwischenschicht von 0,3 mm Dicke, kommt der Verlustfaktor d , des kombinierten Systemes, gemessen im Biegeschwingungsverfahren (vgl. z. B. H. Oberst, L. Bonn und F. Linhardt, Kunststoffe %± (1961), 495), dem Wert d ■> = 1 schon nahe. Bei der seit langem bekannten

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Blechdämpfung durch einseitige dämpfende Beläge, die als spritz-, spachtel- oder auf klebbare Schichten sogenannter Entdröhnungsraittel angewendet werden, sind die "Verlustfaktoren des kombinierten Systems bei technisch vertretbaren Schichtdicken oder* Verhältnissen der Be-

•zur Blechmasse -

lagmassevim allgemeinen kleiner als d _, = 0,2. Mit den neuerdings sich immer stärker durchsetzenden Verbundbleehsystemen können, wie das hier angeführte Beispiel zeigt, bei optimaler Einstellung des Zwischenechiehtmaterials um ein Mehrfaches höhere Dämpfungswerte erreicht werden.

Die Temperaturbandbreite der Dämpfung z. B. 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. 1. c. (1965), Abb. 8 bis 10), Bei Verbundbleehsystemen ist es zweck- f mäßig, als Bandbreite die Breite des Temperaturintervalles zu definieren, in dem der Wert ^von ^ «i, = 0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art entspricht Werten cLcomb = 0,01. Der Bezugswert d,. = 0,05 bedeutet also eine beträchtliche Dämpfungserhöhung (um etwa 15 dB (Dezibel)) gegenüber der "Nulldämpfung" ά_οοώ1) = 0,01.

In Kurve 1 b wird der Bezugswert d ^- ⁼ 0»°5 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 Modi- { fikation des TCeichmachergehaltes kann das Temperaturband hoher dämpfender Wirkung nach höheren Temperaturen verschoben v/erden und damit speziellen technischen Anwendungen angepaßt werden, z. B. in Maschinenaggregaten mit erhöhter Betriebstemperatur. Dieses Beispiel von Verbundbleehsystemen mit optimal eingestellter, selbsthaftender Zwischenschicht eines Temperaturbreitband-Dtopfungsstoffes, hergestellt durch Copolymerisation passend gewählter monomerer Komponenten, wird "bisher von anderen Anordnungen ähnlicher Art nicht Übertroffen und kann deshalb als Standardeystem angesehen wer'den, an dem die akustische Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Systems durch Vergleich beurteilt werden kann.

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BAD ORIGINAL

In-Figur 1 a und 1 b sind die Temperaturkurven des Verlustfaktors ^comb ^von ^¹"¹³¹¹¹¹^¹⁶^⁸⁷⁸*^6111631 aus 0,5 mm. dicken Stahlblechen mit 0,3 min dicken dämpfenden Zwischenschichten für 100 und 1000Hz. wiedergegeben. Die Kurven wurden gemessen an Verbundsystemen mit

1 a) einem Copolymerisat aus ^T Gew.-i> Vinylacetat, 35 Gew.-$ n-Butylacrylat, 20 Gew.-^ Dibutylaaleinat und 10/Gew.—$ Crotonsäure als Zwischenschicht (erfimdungsgemäß) und

1b) einem weichmaeherhaltigen modifizierten Vinylacetat-Copolymerisat als Zwischenschicht. ⁼

Die erfindungsgemäße Anordnung 1a), deren Monomerenverhältnisse im optimalen Bereich liegt, ergibt glatte Dämpfungskurven und weist

eine -

überraschend große Temperaturbandbrei'te bei relativ hohen Dämpfungs-

™. maxima auf, die denen der Anoi*dnung 1 b) nicht wesentlich nachstehen. Der Schwerpunkt der Dämpfung liegt bei 20 bis 30° C mit. Dämpfungshöchstwerten von ca. 0,3 bis 0,6. Die Temperaturbandbreite beträgt ca. 100° C (100 Hz) bzw. 80° C (1000 Hz). Besonders günstig ist bei Kurve 1 a) der langsame Abfall der Dämpfung nach hohen Temperaturen bei 100 wie auch bei 1000 Hz.' Der Bezug'sweft d_öl , = 0,05 wird in einem Temperaturbereich von 0 bis ca. 90° G überschritten. Gegenüber dem Standardsystem 1 b) weist die Anordnung 1 a) eine merklich größere Temperaturbaiidbreite auf. Die vorzüglichen schwingungsdämpfenden Eigenschaften bleiben bis zu einer mittleren Temperatur von etwa +90° C erhalten, bei den hauptsächlich interessierenden tiefen Frequenzen um 100 Hz auch noch darüber,

k so daß sie für zahlreiche Anwendungen, insbesondere für solche bei höheren Temperaturen (z. B. in Maschinenaggregaten usw.) in Frage kommt. Das Copolymerisat der Anordnung 1 a) bietet wegen Beines Gehaltes von 10 Gew.->o Crotonsäure außerdeto die Möglichkeit, durch eine vernetzende Reaktion mit, einer bi- oder tr if unkt ioneil en Verbindung (z. B. mehrere Epoxyd-, Isocyanat- oder ähnliche Gruppen enthaltende Verbindungen) den Erweichungsbereich und damit den Bereich hoher Dämpfung merklich nach noch höheren Temperaturen zu verschieben.

Ein besonderer Vorteil dieses Dämpfungsstoffes ist es, daß er sich, hervorragend zur kontinuierlichen Auftragung für die Massenproduktion von Verbundblecheii eignet. Ee handelt sich ebenfalls um einen Schmelzkleber, der bei höheren Temperaturen aufgespachtelt» aufgestrichen oder .^tlSgegossen werden kann. Das Verbundsystem wird an-

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schließend am "besten zwischen Walzen unter Dvu$fc abgekühlt. Außer einem Entfetten ist keine Vorbehandlung der Bleöhe und keine weitere Klebschicht erforderlich. Auf Grund des Gemaltes der Copolymerisate an Crotonsäure kann ggf. sogar auf das Entfetten verzichtet werden. Man erreicht eine ausgezeichnete Haftung.

Der DäMpfungastoff hat eine gute Fließbeständigkeit. Die Verarbeitbarkeit der Verbundbleche entspricht in weiten Grenzen der von nor* ■alen Blechen; d. h. die Verbundbleche 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. (j

Kleine Mengen Füllstoff, z. B. zur Verbesserung der elektrischen leitfähigkeit (Verbesserung der Widerstandsschweißung) können den Dämpfungestoffen zugesetzt werden. Um die Dämpfungswirkung nicht zu verschlechtern, sollte die Füllstoffmenge aber unter 1 Gew.-^, vorzugsweise unter 0,5 Gew.-jf, bezogen auf das Polymerisat, gehalten werden. Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise Schwerspat, Kieselsäure, Graphit und Ruß.

Die Gesamtdicke des Verbundbleches liegt vorzugsweise zwisohen 1 und 6 Mm. Die Zwischenschichten können 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,2 I)Ia 0,5 mm betragen. Die maximale. Dämpfung erhält man bei symmetrischen Verbundblechen. Die Biegesteifigkeit und Festigkeit ä ist aber bei gleichem Gewicht bei unsymmetrischen Verbundanordnungen gröftr. Bei Anwendungen, bei denen, bezogen auf das Gewicht, •in· mögliohet hohe Festigkeit erreicht werden soll, wird man deshalb unavemetrische Verbundbleohe bevorzugen. Das Verhältnis der Blöken von z| B. Siechen sqll vorzugawel8e zwischen 1:1 und 1 t 4 liegen.

Figur 2 zeigt erfindungagemäße Verbundsysteme in symmetrischer (a) und unaymeetyiecher (b) Anordnung. Zwischen den beiden äußeren Plattes oder Blechen (1) liegt die Dämpfungsschicht (-2).

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere Blechen mit schwingungedämpfenden, selbsthaftenden Zwischenschichten, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenschichten Copolymerisate aus 30 bis 40 Gew.-"? Vinylacetat, 30 bis 40 Gev/.-r^ n-Butylacrylat, 30 bis 10 Ge\v.-"Vl)ibutylmaleinat und 5 bis 15 Grew.-/J Crotonsäure verwendet werden.

2. Verbundsysteme nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Copolymerieat der Zwischenschicht bis zu 1 Gew.-;·', bezogen auf das Copolymerisat, Füllstoffe beigemischt sind.

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

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