DE2852828B1 - Verfahren zur Herstellung einer koerperschalldaempfenden Beschichtung - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer koerperschalldaempfenden Beschichtung

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Description

Elastische Strukturen, wie beispielsweise dünne Bleche von Fahrzeugkarosserien oder Maschinengehäuse, strahlen unter Luftschallanregung bzw. Körperschalleinwirkung wegen ihrer ungenügenden Dämpfung hohe Anteile von Luftschall unterschiedlicher Frequenzen ab. Diese überwiegend niederfrequenten Geräusche im Bereich von insbesondere 100 bis 1000 Hz wurden bisher in der Praxis durch Aufbringen von Dämpfungsmaterialien bekämpft. Für diesen Zweck finden viskoelastische Dämpfungsfolien auf Basis von Bitumen und/oder gefüllten Kunstharzen sowie ferner Bitumenpappen mit und ohne zusätzliche Dämpfungsbeläge Anwendung. Die zur Zeit im Kraftfahrzeugbau überwiegend Anwendung findenden Bitumenfolien, welche im Fahrzeuginneren auf den Böden aufgelegt werden, müssen für eine wirksame Schalldämpfung ein hohes Flächengewicht aufweisen; in der Regel beträgt das Gewicht etwa 4 bis 7 kg/m2. Trotzdem kann auf diese Weise nur ein Verlustfaktor von etwa 0,1 bis 0,2 erreicht werden. Außerdem ist das hohe Gewicht gerade im Kraftfahrzeugbau ein erheblicher Nachteil.
Es sind auch schon Materialien bekannt, welche im Spritzverfahren aufgebracht werden können. Es handelt sich hier um die bekannten Beläge für den Unterbodenschutz von Kraftfahrzeugen auf Kunstharz- und/oder Bitumenbasis, welche biegeweich oder steif erstarren. Diese Materialien müssen jedoch in erster Linie guten Korrosionsschutz und hohe Abriebfestigkeit bieten.
Ihre schalldämpfenden Eigenschaften sind so schlecht, daß man in der Praxis ohne die oben erwähnten Folien im"Fahrzeuginneren nicht auskommt.
Die herkömmlichen Unterbodenschutzmaterialien auf Basis füllstoffhaltiger PVC-Plastisole liefern beispiefsweise bei einem Beschichtungsgewicht von 3 kg/m2 bei Raumtemperatur und 200 Hz nur einen Verlustfaktor von etwa 0,02.
Es ist an sich bereits bekannt, daß man die Schalldämpfung verbessern kann, wenn man auf dem schallabstrahlenden Substrat, zum Beispiel einem Blech, einen sandwichartigen Belag in der Weise bildet, daß man auf das Substrat eine Schicht aus weichem Material, z. B. einem Schaumstoff, aufbringt und über diesem eine biegesteife Schicht aus einem Material mit hohem spezifischen Gewicht anordnet. Solche Strukturen, wie sie beispielsweise aus der DE-AS 20 64 445 bekannt sind, bringen hinsichtlich der Schalldämmung eine erhebliche Verbesserung, eigenen sich jedoch nicht für die Schalldämpfung.
Aus der US-PS 38 33 404 sind schalldämpfende Beschichtungen aus zwei Schichten bekannt, von denen die innere aus einem viskoelastischen Gemisch von elastomeren und thermoplastischen Polymeren mit einem Ε-Modul von weniger als 1 · 1010 dyn/cm2 besteht, während die äußere von einem steifen Kunststoff mit einem Ε-Modul von mehr als 1 · 1010 dyn/cm2 gebildet wird. Aufgrund der hohen Steifigkeit der äußeren Schicht, welche gegebenenfalls durch Zusatz von verstärkenden Fasern erzielt wird, ähnelt die so erhaltene Struktur einem herkömmlichen Sandwich-System, bei welchem eine viskoelastische Schicht zwischen zwei steifen Materialien aus Metall, Holz oder dergleichen angeordnet ist.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches es erlaubt, auf möglichst einfache Weise, d. h. insbesondere durch Auftragen im Spritzverfahren, mit Hilfe an sich üblicher Materialien Beschichtungen herzustellen, welche alle Anforderungen an den Korrosions- und Abriebschutz erfüllen und gleichzeitig schon bei verhältnismäßig niedrigen Flächengewichten eine gute Körperschalldämpfung ergeben. Es wurde überraschend gefunden, daß eine Lösung möglich ist, wenn man zwei Schichten aufträgt, deren Ε-Modul jeweils in einem bestimmten Bereich liegen und relativ zueinander einen bestimmten Abstand aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer körperschalldämpfenden, gleichzeitig korrosions- und abriebfesten Beschichtung auf einem
rv5 steifen Substrat, auf welches nacheinander zwei Beschichtungsmaterialien mit unterschiedlichem E-Modul aufgebracht werden, von denen die erste einen Ε-Modul von weniger als 1 · 10l0cyn/cm2 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man auf das Substrat eine erste Schicht aus einem viskoelastischen Material aufspritzt, das nach dem Gelieren und/oder Aushärten einen Ε-Modul von 5 · 106 bis 5 · 108 dyn/cm2 aufweist, und dann auf die erste eine zweite Schicht aus einem viskoelastischen Material aufspritzt, das nach dem Gelieren und/oder Aushärten einen Ε-Modul von 5 · 107 bis 5 . 109 dyn/cm2 aufweist, wobei der E- Modul der zweiten (äußeren) Schicht mindestens zehnmal größer ist als der der ersten.
Vorzugsweise wählt man die Beschichtungsmaterialien so aus, daß der Ε-Modul der zweiten (äußeren) Schicht 40 bis lOOOmal größer ist als der der ersten (inneren) Schicht.
Überraschend hat sich gezeigt, daß es entgegen den »CONSTRAINED LAYER«-Theorien, wie sie auch der US-PS 38 33 404 zugrunde liegen, für eine hohe Körperschalldämpfung nicht erforderlich ist, eine Deckschicht mit einem Ε-Modul von mehr als 1010 dyn/cm2 zu erzeugen, was auf erhebliche praktische Schwierigkeiten stößt und den Einsatz spezieller, besonders verstärkter Materialien erfordert. Vielmehr wurde gefunden, daß man überraschend hohe Verlustfaktoren in der Größenordnung von 0,1 bis 0,3 innerhalb des praktisch interessierenden Temperaturbereiches von etwa —20 bis +500C srhält, wenn man entsprechend der Erfindung zwei Materialien auf das Substrat aufspritzt und anschließend geliert, deren Ε-Moduln sich um mindestens eine Zehnerpotenz voneinander unterscheiden. Dabei reichen zur Erzielung dieser Verlustfaktoren Belaggewichte von etwa 20 bis 60% des Substratgewichts aus. Diese Angaben beziehen sich auf Messungen bei 200 Hz, doch werden ähnliche Werte auch bei anderen Frequenzen in dem physiologisch besonders wichtigen Frequenzbereich von etwa 20 2-5 bis 1000 Hz gefunden.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Beschichtungen eignen sich die für den Korrosions- und Abriebschutz an sich bereits bekannten Materialien, wie sie beispielsweise als Unterbodenschutz für Kraftfahrzeuge Verwendung finden. Es handelt sich hierbei in erster Linie um Plastisole auf Basis von Polyvinylchlorid-Homopolymeren oder auch -Copolymeren, beispielsweise mit Vinylidenchlorid. Ebenfalls geeignet sind Plastisole auf Basis von Acryl-Homo- oder -Copolymeren, wie sie in neuerer Zeit aus den DE-AS 24 54 235 und DE-AS 25 29 732 bekannt geworden sind. Ferner sind auch Polyamin-Epoxide brauchbar. Zur Einstellung der Ε-Moduln der Materialien für die beiden Schichten können in an sich bekannter Weise Weichmacher eingesetzt werden. Der Ε-Modul eines gegebenen Materials sinkt um so mehr, je stärker die weichmachende Wirkung und je größer die zugesetzte Menge des jeweiligen Weichmachers ist. Der Ε-Modul läßt sich auch durch Überführen des Materials in ein Schaumma- « terial, beispielsweise durch Zusatz eines beim Gelieren aktivierten Blähmittels, erniedrigen. Andererseits können die mechanischen Eigenschaften, vor allem die Abriebfestigkeit, durch Zusatz von Füllstoffen in an sich bekannter Weise verbessert werden.
Im Gegensatz zu den vorbekannten Methoden (vergl. z. B. die US-PS 38 33 404) ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich, für die beiden Schichten Materialien auf derselben chemischen Basis, beispielsweise also zwei PVC-Plastisole, zu verwenden, voraus- π gesetzt, daß diese sich in ihren Ε-Moduln ausreichend voneinander unterscheiden. Man erhält auf diese Weise aufgrund der hervorragenden Verträglichkeit der Materialien miteinander eine ausgezeichnete Haftung zwischen den Schichten, wobei es ohne weiteres möglich ist, beide Schichten nacheinander aufzuspritzen und erst anschließend gemeinsam durch Erhitzen zu gelieren. Die Beschichtung weist die Abrieb- und Korrosionseigenschaften eines üblichen Unterbodenschutzes aus Polyvinylchlorid auf, übertrifft diese jedoch bei identischem Flächengewicht hinsichtlich des Verlustfaktors um etwa das zehnfache (mit herkömmlichen Unterbodenschutzmaterialien wird unter sonst gleichen Bedingungen nur ein Verlustfaktor in der Größenordnung von 0,02 erzielt).
Andererseits ist es auch möglich, als erste (innere) Schicht ein Material geringerer Abriebfestigkeit aufzubringen, beispielsweise die oben erwähnten Plastisole auf Acrylpolymerbasis, weiche den zusätzlichen Vorteil aufweisen, daß sie aufgrund ihrer Chlorfreiheit Stahlblechen besonders guten Korrosionsschutz bieten. Auf diese erste Schicht kann anschließend eine zweite Schicht aus einem füllstoffhaltigen PVC-Plastisol mit höherem Ε-Modul und ausgezeichneter Abriebfestigkeit aufgetragen werden. Dabei zeigt sich, daß zusätzlich auch die Schlagfestigkeit der Beschichtung aufgrund der darunterliegenden weicheren Schicht gegenüber herkömmlichen Beschichtungen deutlich verbessert ist.
Das Gewicht der Beschichtung kann etwa 10 bis 70, vorzugsweise etwa 20 bis 60% des Gewichtes des Substrats betragen. Die Gesamtschichtdicke liegt üblicherweise bei etwa 1 bis 20 mm, abhängig von dem gewünschten Beschichtungsgewicht, welches in der Regel zwischen etwa 1 und 5 kg/m2, vorzugsweise bei 2 bis 4 kg/m2 liegt. Die erste (innere) Schicht der Beschichtung kann 10% bis 80%, vorzugsweise 10% bis 40% der Gesamtschichtdicke ausmachen.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die Figuren und die nachfolgenden Beispiele dienen.
F i g. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Beschichtung im Schnitt, welche aus einem Blech als Substrat, einer viskoelastischen weicheren Zwischenschicht und einer viskoelastischen härteren Außenschicht besteht.
Fig.2 zeigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit des Verlustfaktors von der Frequenz für erfindungsgemäße, gemäß den nachfolgenden Beispielen 1 und 2 hergestellte Beschichtungen.
F i g. 3 zeigt in graphischer Darstellung die Abhängigkeit des Verlustfaktors von der Temperatur (gemessen bei 200 Hz) für die Beschichtungen der nachfolgenden Beispiele 1 (ausgezogene Kurven) und 2 (gestrichelte Kurven). Die Kurve 1 entspricht dabei jeweils der erfindungsgemäßen Beschichtung, die Kurve 2 einer Beschichtung aus dem Material der weicheren Zwischenschicht, die Kurve 3 einer Beschichtung aus der härteren äußeren Schicht (bei jeweils identischem Beschichtungsgewicht). Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Beschichtungen ist besonders deutlich.
Fig.4 zeigt in einer graphischen Darstellung die Abhängigkeit des Verlustfaktors vom Belaggewicht in % des Blechgewichts (jeweils gemessen bei 20° C und 200 Hz). Die Meßpunkte A wurden für sechs Beschichtungen gemäß der Erfindung erhalten. Der Bereich C entspricht einem härteren PVC, Bereich E einem weicheren PVC bei jeweils alleiniger Verwendung. Die Bereiche B und D wurden entsprechend für harte bzw. weiche Einstellungen auf Basis von Acrylpolymer-PIastisolen gefunden. Auch hier fallen die überlegenen schalldämpfenden Eigenschaften der erfindunsgsgemäßen Beschichtungen besonders auf.
Beispiel 1
Die Beschcihtungsmasse für die erste (innere) Schicht bestand aus 20 Gew.% eines Methylmethacrylat/Butylmethacrylat-CopoIymeren, 50 Gew.% Arylalkylsulfonat, 27 Gew.% Kreide (Füllstoff) und 3 Gew.% Azodi-
carbonamid (Blähmittel). Diese Masse wurde auf ein Blech aufgespritzt und zum Gelieren und Verschäumen 30 Minutenlang auf 170° C erhitzt.
Für die zweite (äußere) Schicht fand eine Masse aus 20 Gew:% Polyvinylchlorid, 7% monomeren! Dimethacrylat, 20Gew.% Dioctylphthalat, 10 Gew.% Dibutylphthalat, 43 Gew.% Kreide und 0,7 Gew,% Butylperbenzoat Verwendung. Auch diese Schicht wurde nach dem Aufspritzen 30 Minuten lang auf 170° C erhitzt.
Die beiden Schichten wurden in einem Schichtdickenverhältnis von 1 :3 .aufgebracht, wobei das Belaggewicht 57% des Blechgewichtes ausmachte.
Der Ε-Modul der ersten Schicht betrug 6 χ 107 dyn/cm2 und der Ε-Modul der zweiten Schicht 4 χ tO9 dyn/cm2. -
Die mit dieser Beschichtung erzielten Verlustfaktoren als Funktion der Frequenz und der Temperatur sind in den F i g. 2 und 3 graphisch dargestellt.
Beispiel 2
Für die erste (innere) Schicht fand die gleiche Zusammensetzung wie bei Beispiel 1 Verwendung.
Für die zweite (äußere) Schicht wurde eine Zusammensetzung aus 30 Gew.% eines Methylmethacrylat/ Butylmethacrylat-Copolymeren, 32,8 Gew.% Arylalkylsulfonat, 32 Gew.% Kreide, 5 Gew.% Benzin und 0,2 Gew.% Perylentetracarbonsäure eingesetzt. Die
ι ο Gelierung erfolgte innerhalb von 30 Minuten bei 170° C. Die beiden Schichten wurden in einem Schichtdickenverhältnis von 1 :4 aufgebracht, wobei das Gewicht der Beschichtung 54% des Gewichtes des Substrats betrug. Der Ε-Modul der ersten Schicht lag bei 6 χ 107dyn/ cm2, der der zweiten Schicht bei 1 χ 109 dyn/cm2.
Die Verlustfaktoren für die Beschichtung als Funktion der Frequenz und der Temperatur sind ebenfalls in den F i g. 2 und 3 graphisch dargestellt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung einer körperschalldämpfenden, gleichzeitig korrosions- und abriebfesten Beschichtung auf einem steifen Substrat, auf welches nacheinander zwei Beschichtungsmaterialien mit unterschiedlichem Ε-Modul aufgebracht werden, von denen die erste einen Ε-Modul von weniger als 1 · 1010 dyn/cm2 aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß man auf das Substrat eine erste Schicht aus einem viskoelastischen Material aufspritzt, das nach dem Gelieren und/oder Aushärten einen Ε-Modul von 5 · 106 bis 5 · 108 dyn/cm2 aufweist, und dann auf die erste eine zweite Schicht aus einem viskoelastischen Material aufspritzt, das nach dem Gelieren und/oder Aushärten einen E-Modul von 5 · 107 bis 5 · 109 dyn/cm2 aufweist, wobei der Ε-Modul der zweiten (äußeren) Schicht mindestens zehnmal größer ist als der der ersten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Beschichtungsmaterialien so auswählt, daß der Ε-Modul der zweiten (äußeren Schicht 40 bis lOOOmal größer ist als der der ersten (inneren) Schicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Flächengewicht der Beschichtung so wählt, daß er 20 bis 60% derjenigen des Substrats beträgt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die erste (innere) Schicht so aufspritzt, daß ihre Dicke 10 bis 80% der Gesamtdicke der Beschichtung ausmacht.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Beschichtung Plastiso-Ie auf Basis von Polyvinylchlorid-Homo- oder -Copolymeren oder von Acryl-Homo- oder -Copolymeren oder flüssige Polyamin-Epoxide verwendet, deren Ε-Modul durch Weichmacher und/oder Blähmittel eingestellt ist.
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