DE1694089C3 - Schwingungsdämpfende Verbundsysteme mit Zwischenschichten aus Vinylacetat/n-Butylacrylat/Dibutylmaleinat/Crotonsäure-Copolymerisaten - Google Patents

Description

Aus der britischen Patentschrift 9 73 602 ist es bekannt, daß man hochwertige Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel zur Dämpfung der Biegeschwingungen von Blechkonstruktionen durch Copolymerisation von Monomeren herstellen kann, deren Homopolymerisate sich in ihrer Einfriertemperatur um mindestens 20 C unterscheiden. In dieser Patentschrift wurde auch bereits darauf hingewiesen, daß als Temperaturbreitband-Entdröhiungsmittel unter anderem überwiegend amorphe Copolymerisate aus Estern aus Alkoholen mit 4 bis 12 C-Atomen und Acryl- und Maleinsäure und Vinylester von Fettsäuren mit 2 oder 3 C-Atomen in Frage kommen, also z. B. Vinylacetatn-Butylacrylat und/oder Dibutylmaleinat-Copolymerisate.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperaturbandbreite der Dämpfung ohne wesentliche Einbußen bei der maximalen Dämpfung zu höheren Temperaturen hin zu verschieben. Die hohe Dämpfung bei hohen Temperaturen ist notwendig, wenn Blechkonstruktionen entdröhnt werden sollen, die beispielsweise zur schalldämpfenden Ummantelung von Dampfturbinen dienen.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verbundsystem aus harten Platten, insbesondere Blechen, mit einer schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden Zwischenschicht, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zwiselenschicht aus einem Copolymerisat aus

Gewichtsprozent

a) Vinylacetat 30 bis 40

b) n-Butylacrylat 30 bis 40

c) Dibutylmaleinat 30 bis 10

d) Crotonsäure 5 bis 15

besteht.

Die Zwischenschicht kann bis zu 1 Gewichtsprozent bezogen auf das Copolymerisat an Füllstoffen enthal- ⁶S ten.

Das Dickenverhältnis der äußeren Platten, bzw. Bleche liegt zweckmäßig zwischen 1:1 und 1:4. Ein Vergleich der Fig. la und Ib veranschaulicht die überlegene Leistungsfähigkeit der neuen Systeme. Fig. I a zeigt den Verlustfaktor d_COmb eines erfindungsgemäßen Verbundblechs in Abhängigkeit von der Temperatur. Zum Vergleich wurde eines der besten bekannten Entdröhnungsmittel für Verbundbleche, ein weichmacherhaltiges modifiziertes Vinylacetat-Copolymerisat (Fig. 1 b) herangezogen. Bei dem Copolymerisat der Fig. Ib 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 dsizu 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 d_romb des kombinierten Systems, gemessen im Biegeschwingungiverfahren (vergleiche z. B. H. Oberst, L. Bohn und F. Linhardt, Kunststoffe 51 [1961], 495), dem Wert dcomb = 1 schon nahe. Bei der seit langem bekannten ßlechdämpfung durch einseitige dämpfende Beläge, die als spritz-, spachtel- oder aufklebbare Schichten sogenannter Entdröhnungsmittel angewendet werden, sind die Verlustfaktoren des kombinierten Systems bei technisch vertretbaren Schichtdicken oder Verhältnissen der Belagmasse zur Blechmasse im allgemeinen kleiner als dcomb = 0,2. Mit den neuerdings sich immer stärker durchsetzenden Verbundblechsystemen können, wie das hier angeführte Beispiel zeigt, bei optimaler Einstellung des Zwischenschichtmaterials 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 (vergleiche Kunststoffe [1965], Abb. 8 bis IU). Bei Verbundblechsystemen ist es zweckmäßig, als Bandbreite die Breite des Temperaturintervalls zu definieren, in dem der Wert von dcomb = 0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art entspricht Werten dcomb = 0,01. Der Bezugswert dcomb = 0,05 bedeutet also eine beträchtliche Dämpfungserhöhung (um etwa 15 dB) gegenüber der »Nulldämpfung« d_COmb — 0,01.

In Fig. Ib wird der Bezugswert dcomb = 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 50⁰C. Damit sind diese Verbundsysteme für zahlreiche technische Anwendungen geeignet. Durch Modifikation des Weichmachergehalts 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-Dämpfungsstoffs, hergestellt durch Copolymerisation passend gewählter monomerer Komponenten, wird

bisher von anderen Anordnungen ähnlicher Art nicht Ein besonderer Vorteil dieses Dämpfungsstoffs ist es, Übertreffen und kann deshalb als Standardsystem daß er sich hervorragend zur kontinuierlichen Aufangesehen werden, an dem die akustische Wirksamkeit tragung für die Massenproduktion von Verbunudes erfindungsgemäßen Systems durch Vergleich be- blechen eignet. Es handelt sich ebenfalls un. einen lirieilt werden kann. 5 Schmelzkleber, der bei höheren Temperaturen aufge-

In Fig. la und Ib sind die Temperaturkurven des spachtelt, aufgestrichen oder aufgegossen werden kann.

Verlustfaktors d_COmb von Verbundblechsystemen aus Das Verbundsystem wird anschließend am besten

(),5 mm dicken Stahlblechen mit 0,3 mm dicken dämp- zwischen Walzen unter Druck abgekühlt. Außer einem

!enden Zwischenschichten für 100 und 1000 Hz wieder- Entfetten ist keine Vorbehandlung der Bleche und

gegeben. Die Kurven wurden gemessen an Verbund- io keine weitere Klebschicht erforderlich. Auf Grund des

Systemen mit Gehalts der Copolymerisate an Crotonsäure kann

1 a) einem Copolymerisat aus 35 Gewichtsprozent gegebenenfalls sogar auf das Entfetten verzichtet wer-

Vinylacetat, 35 Gewichtsprozent n-Butylacrylat, 20 den. Man erreicht eine ausgezeichnete Haftung.

Gewichtsprozent Dibutylmaleinat und 10 Gewichts- Der Dämpfungsstoff hat eine gute Fließbeständigkeit,

prozent Crotonsäure als Zwischenschicht (erfindungs- 15 Die Verarbeitbarkeit der Verbundbleche entspricht in

gemäß) und weiten Grenzen der von normalen Blechen; d. h. die

1 b) einem weichmacherhaltigen modifizierten Vinyl- Verbundbleche können abgekantet, gebogen, geformt,

»cetat-Copolymerisat als Zwischenschicht (Vergleich). geschweißt und genietet werden. Bei nicht zu engen

Das erfindungsgemäße System 1 a), dessen Mono- Krümmungsradien können sie auch tiefgezogen wermerenverhältnisse im optimalen Bereich liegt, ergibt 20 den. Man erhält Verbundbleche mit einer Dämpfungsglatte Dämpfungskurven und weist eine überraschend höhe und einem Temperaturbereich der Dämpfung, große Temperaturbandbreite bei relativ hohen Dämp- die für zahlreiche Anwendungen sehr gut geeignet ist, iungsmaxima auf, die denen des Systems I b) nicht insbesondere bei vergleichsweise hohen Betriebstempewesentlich nachstehen. Der Schwerpunkt der Dämp- raturen.

fung liegt bei 20 bis 30⁰C mit Dämpfungshöchstwerten 25 Kleine Mengen Füllstoff, z. B. zur Verbesserung der von etwa 0,3 bis 0,6. Die Temperaturbandbreite beträgt elektrischen Leitfähigkeit (Verbesserung der Wideretwa lOO'C (100 Hz) bzw. 80°C (1000 Hz). Besonders standsschweißung) können den Dämpfungsstoffen zugünstig ist bei Fig. la der langsame Abf?ll der gesetzt werden. Um die Dämpfungswirkung nicht zu Dämpfung nach hohen Temperaturen bei 100 wie verschlechtern, sollte die Füllstoffmenge aber unter auch bei 1000 Hz. Der Bezugswert d_COmb = 0,05 wird 30 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise unter 0,5 Gewichtsin einem Temperaturbereich von 0 bis etwa 90⁼C prozent, bezogen auf das Polymerisat, gehalten werden, überschritten. Gegenüber dem Standardsystem 1 b) Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise Schwerspat, weist das System 1 a) eine merklich größere Tempe- Kieselsäure, Graphit und Ruß.

raturbandbreite auf. Die vorzüglichen schwingungs- Die Gesamtdicke des Verbundblechs liegt vorzugsdämpfenden Eigenschaften bleiben bis zu einer mitt- 35 weise zwischen 1 und 6 mm. Die Zwischenschichten leren Temperatur von etwa +90⁰C erhalten, bei den können 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,5 mm hauptsächlich interessierenden tiefen Frequenzen um betragen. Die maximale Dämpfung erhält man bei 100 Hz auch noch darüber, so daß sie für zahlreiche symmetrischen Verbundblechen. Die Biegesteifigkeit Anwendungen, insbesondere für solche bei höheren und Festigkeit ist aber bei gleichem Gewicht bei unTemperaturen (z. B. in Maschinenaggregaten usw.) in 40 symmetrischen Verbundanordnungen größer. Bei An-Frage kommt. Das Copolymerisat des Systems 1 a) Wendungen, bei denen, bezogen auf das Gewicht, eine bietet wegen seines Gehalts von 10 Gewichtsprozent möglichst hohe Festigkeit erreicht werden soll, wird Crotonsäure außerdem die Möglichkeit, durch eine man deshalb unsymmetrische Verbundbleche bevorvernetzende Reaktion mit einer bi- oder trifunktionel- zügen. Das Verhältnis der Dicken von z. B. Blechen len Verbindung (z. B. mehrere Epoxyd-, Isocyanat- 45 soll vorzugsweise zwischen 1:1 und 1:4 liegen,
oder ähnliche Gruppen enthaltende Verbindungen) Fig. 2 zeigt erfindungsgemäße Verbundsysteme in den Erweichungsbereich und damit den Bereich hoher symmetrischer (a) und unsymmetrischer (b) Anord-Dämpfung merklich nach noch höheren Temperaturen nung. Zwischen den beiden äußeren Platten oder zu verschieben. Blechen 1 liegt die Dämpfungsschicht 2.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patemansprüche:

1. Verbundsystem aus harten Platten, insbesondere Blechen, mit einer schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden Zwischenschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einem Copolymerisat aus

Gewichtsprozent

a) Vinylacetat 30 bis 40

b) n-Butylacrylat 30 bis 40

c) Dibutylmaleinat 30 bis IO

d) Crotonsäure 5 bis 15

besteht.

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

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