DE3002775A1 - Verfahren zur herstellung eines schalldaemmenden werkstoffes sowie durch das verfahren hergestellter werkstoff - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines schalldaemmenden werkstoffes sowie durch das verfahren hergestellter werkstoff

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DE3002775A1
DE3002775A1 DE19803002775 DE3002775A DE3002775A1 DE 3002775 A1 DE3002775 A1 DE 3002775A1 DE 19803002775 DE19803002775 DE 19803002775 DE 3002775 A DE3002775 A DE 3002775A DE 3002775 A1 DE3002775 A1 DE 3002775A1
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cells
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Paul Seiler
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Roth Freres SA
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Description

Patentanwälte Dipl.-lng. H. Schmitt
Dipl.-Ing. W. Maucher
Freiburg I. Sr.
DreikönigstraSe 13
Unsere A!;if - Biite Flotrr.-::;: '/rii!
*.** M Λ^ΜΛ·.
ROTH FRERES, S.A.,
5, rue Schertz, STRASBOURG-MEINAU (Bas-Rhin, Frankreich)
Verfahren zur Herstellung eines schalldämmenden Werkstoffes sowie durch das Verfahren hergestellter Werkstoff
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von schalldämmenden Werkstoffen und hat ein neues Verfahren zum Erzeugen eines solchen Werkstoffes zum Gegenstand.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf den durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellten Werkstoff.
Insbesondere im Bauwesen und in der Kraftfahrzeugkonstruktion dienen schalldämmende Werkstoffe dem Zweck, eine maximale Absorption der Schallwellen zu bewirken, die in Räumlichkeiten oder im Insassenraum eines Fahrzeugs vorhanden sind.
Bei Räumlichkeiten oder Insassenräumen, deren Wandung nicht durch einen schallabsorbierenden Werkstoff abgedeckt sind, findet eine für die Bewohner bzw. Insassen störende Reflektion an der Wandung der Schallwellen statt. Aus diesem Grund ist es
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notwendig, die Wandung mit solchen, die Schallwellen mehr oder weniger wirksam absorbierenden Werkstoffen zu bedecken, um den Aufenthalt in den Räumlichkeiten oder dem Insassenraum akustisch zu dämpfen und behaglicher zu gestalten.
Um eine Schalldämmung zu bewirken, werden zur Zeit Filze aus Jute, oder aus Naturfasern oder synthetischen Fasern bestehende Vliesen verwendet, deren Fasern ineinandergeflochten ggf. durch Phenolharze miteinander verbunden sind. Als weitere Möglichkeit bleibt die Verwendung von Kunstschaum mit offenen, miteinander in Verbindung stehenden Poren.
Solche Jutefilze und aus natürlichen oder synthetischen miteinander verflochtenen Fasern bestehende Vliesen sind jedoch des öfteren sehr brüchig, so dass sie nur in Form von einer Unterschicht oder mit einer planen Oberfläche verwendet werden " können. Das Verlegen solcher Werkstoffe erfordert ausserdem qualifizierte Facharbeiter.
Die aus synthetischem und natürlichen miteinander verflochtenen, durch Phenolharze miteinander verbundenen bestehenden Vliesen lassen sich durch Heisspressen in die gewünschte Form bringen. Sie sind jedoch sehr hydrophil, so dass sie in Berührung mit metallischen Werkstoffen bei Vorhandensein einer Feuchtigkeitsquelle nicht verwendet werden können, was ihre Anwendung im Kraftfahrzeugwesen und insbesondere an der Einfassung eines KFZ-Himmels und innerhalb der Motorhaube ausschliesst. Dabei sammelt sich die durch den Werkstoff aufgenommene Feuchtigkeit und führt zu einer Verrostung des Metalls, während gleichzeitig die schalldämmende Wirkung verschlechtert wird.
Des weiteren geht ein Grossteil der schalldämmenden Eigenschaften solcher Vliesen beim Formen durch Meisspressen verloren, wobei das spezifische Gewicht erhöht wird.
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"■ J- ·"■
Aus synthetischem zellenförmigem Schaum in Form von PUR-Schaum, PVC-Schaum oder Polycarbodiimid-Schaura bestehende Werkstoffe besitzen allgemein eine niedrige Schalldämmung. Des weiteren ist Polycarbodiimid-Schaum sehr brüchig und schwierig zu verarbeiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen. Zu diesem Zweck bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines schalldämmenden Werkstoffes, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man im wesentlichen die Zellenstruktur eines synthetischen Schaumes dadurch grundlegend verändert, dass die Schaumplatte zwischen Walzen oder den Platten einer Presse zusammengedrückt wird, um eine Abänderung in der Form der Zellen sowie Brüche und Knicke des Schaumgerippes auszulösen, was insbesondere durch eine 50 %ige Verminderung der Plattendicke erfolgt.
Gemäss einer Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird das Zusammendrücken der Schaumplatte so eingeschränkt bzw. dimensioniert, dass eine mehrschichtige Platte, die aus zwei äussere, zerrissene Zellen aufweisende Schichten und eine Mittelschicht mit unbeschädigten Zellen besteht, erreicht wird, was insbesondere durch eine Verminderung auf 66 % der ursprünglichen Stärke der Platte hervorgerufen wird.
Gemäss einem Merkmal der Erfindung findet das Zusammendrücken vorzugsweise im kalten Zustand oder zumindest bei einer 120° C nicht überschreitenden Temperatur statt.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf einen schalldämmenden Werkstoff, der aus einer Platte aus synthetischem, vorzugsweise auf 50 % seiner ursprünglichen Stärke zusammengedrücktem Schaum bestehts die abgeänderte Zellen sowie Brüche und Risse des Zellengerippes aufweist.
Gemäss einer Abwandlung der Erfindung besteht der schalldämmende Werkstoff aus einer Schaumplatte, die vorzugsweise
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auf 2/3 ihrer ursprünglichen Stärke zusammengedrückt worden
Schichten ist und die zwei äussere, zerrissene Zellen aufweisende/ und
eine unbeschädigte Zellen aufweisende Mittelschicht aufweist.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind der nun folgenden Beschreibung anhand der durchaus nur beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung zeigenden schematischen Figuren zu entnehmen, Es zeigen :
Figur 1 einen Schnitt einer Vorrichtung zur Erläuterung des erfindungsgemässen Herstellungsverfahrens ;
Figur 2 in einem erheblich grösseren Masstab einen Teil der Platte vor bzw· nach der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens j
Figur 3 eine der Figur 2 entsprechende Schnittansicht zur Darstellung eines erfindungsgemässen schalldämmenden Werks toffe s, und
Figuren 4 und 5 Vergleichskurven der Schallabsorption einer aus Polycarbodiimid-Schaum bestehenden Platte vor bzw. nach ihrer erfindungsgemässen Behandlung, wobei die Werte innerhalb eines Metallkastens bzw. mittels eines Kundt'sehen Rohres bestimmt wurden.
Gemäss der Erfindung und insbesondere gemäss der bevorzugten, in Figur 1 der beiliegenden Zeichnungen abgebildeten Ausführungsform der Erfindung besteht im wesentlichen das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines schalldämmenden Werkstoffs darin, dass die Zellenstruktur eines Polycarbodiimid-Schaums durch das Zusammendrücken einer Pleite 1 aus diesem Schaumstoff zwischen Walzen 2 abgeändert wird, um diese Platte 1 in eine Platte 3 umzuwandeln, deren Stärke nur 50 % der Stärke der Platte X beträgt, indem eine Veränderung der Form der Zellen sowie Brüche und Knicke des Schaumgerippes erfolgt.
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BAD ORIGINAL
Das Einführen der Platte 1 zwischen die Walzen 2 und die Entfernung der so hergestellten Platte 3 am Austritt der Walzen wird auf bekannte Weise mittels Förderbänder 4 bewerkstelligt.
Das Zusammendrücken der Platte 1, das sich ebenfalls zwischen den Platten einer Presse verwirklichen lässt, wird auf jeden Fall bei einer unter 120° C liegenden Temperatur und bevorzugt in kaltem Zustand verwirklicht.
In erheblich grösserem Masstab stellt Figur 2 einen Teil der Platten 1 und 3 im Schnitt dar. Die Zellen der Platte 1 setzen sich aus einem Skelett zusammen, das teilweise mit Membranen 6 ausgestattet ist, die die Wandungen der Zellen 5 darstellen und die in Form der Oberfläche zwischen den Gerippen 7 der Zellen 5 und der Linie 8 dargestellt sind. Das Zellenskelett liegt in der Form einer mehr oder weniger regelmässigen Honigwabe. vor. Weil die Membranen 6 vorhanden sind, weist ein s olches Skelett im wesentlichen abgeschlossene Zellen auf, die Resonanzeigenschaften und folglich keine schalldämmende Wirkung aufweisen.
Wegen der zusammendrückenden, auf die Platte 1 zur Wirkung kommenden Krafteinwirkung, um die Platte 1 in die Platte 3 zu verwandeln, werden die Gerippe 7 teilweise zerrissen, was insbesondere an den Verbindungspunkten der Gerippe stattfindet, so dass die Membranen 6 sich entspannen und locker werden. Aus diesem Grund wird ein grösserer Anteil der Membranen 6 und der Gerippe 7 des Skeletts "freigesetzt", d.h. sie sind von nun an nur teilweise miteinanderverbunden und es entsteht eine Verwicklung der Gerippe und der teilweise freigesetzten Membranen, so dass die Kesonanzeigenschaften, die bei teilweise oder vollständig geschlossenen Zellen zu finden sind, verloren gehen. Dieser neue Aufbau der Zellen der Platte 3 begünstigt eine Dämmung bzw. Absorption der Schallwellen, weil es zu- einer Schwingung des Skeletts und der Membranen wegen der aktiven Absorption kommt, die ihrerseits durch die neue geometrische Form der miteinanderverbundenen, offenen
Zellen verursacht wird.
Eine weitere Wirkung des Zusammendrückens liegt .darin, dass die Hautteile und die Membranen des Skeletts näher beieinander zu liegen kommen, um eine verdichtete Schaumstoff-Struktur zu bilden, die der btruktur eines Filzes ähnelt. Diese Verdichtung bzw. Verfestigung des Schaums führt zu der weiteren Wirkung, dass Schallwellen durch flüssige Reibung gedämpft werden.
Die Abänderung der Zellenstruktur ermöglicht eine Abwandlung des Schaums, der ursprünglich brüchig war, in einen biegsamen, kerbfestigen Schaum, wobei die Kerbfestigkeit mit der ursprünglichen Dichte und mit dem Grad des Zusammendrückens steigt.
Die Temperatur beim Zusammendrücken soll niedriger als 120° C sein, um zu vermeiden, dass Zellen vollkommen zusammenfallen, was zu der Bildung einer das Eindringen der Schallwellen verhindernden Kruste führen würde, so dass, entgegen dem Ziel der Erfindung eine Reflektion der Schallwellen an der Oberfläche des Schaums stattfinden würde.
Gemäss einer Abwandlung der Erfindung ist es ebenfalls möglich das Zusammendrücken zu dimensionieren und zu begrenzen, um eine mehrschichtige Zellenstruktur zu bilden, die z.B. in Form einer dreischichtigen Rlatte vorliegt. Zu diesem Zweck wird z.B. eine platte 9 auf zwei Drittel ihrer ursprünglichen Stärke zusammengedrückt, um eine Platte 10 zu ergeben, deren zwei äussere gleiche Schichten 11 zusammengedrückte Zellen aufweisen, während die Mittelschicht 12 unbeschädigte Zellen aufweist (Figur 3).
Dieses Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Platte ermöglicht eine noch weitere Steigung der Schalldämmung innerhalb von gewissen Frequenzbereichen.
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Die dafür zu benutzenden Polycarbodiimid-Schaumplatten werden durch waagerechte oder senkrechte Sägen aus Polycarbodiimid-Schaumblöcken zugeschnitten, die dadurch hergestellt werden, dass man ein schäumendes Gemisch in einen Kasten vergiesst oder auf ein sich bewegendes Band fliessen lässt, wobei das Gemisch sich ausdehnt und unter Polymerisation Blöcke bildet.
Dieser Polycarbodiimid-Schaum wird insbesondere mit den Dichten 16 und 19 hergestellt, wobei die schäumenden Gemische folgendermassen vorbereitet werden :
In der Dichte 16
- 100 Gewichtsteile Methylphenyldiisozyanat wie z.B. das Handelsprodukt 44 V 20 und 44 V 40 der Firma Bayer,
- 4 bis 6 Gewichtsteile Diphenylkresylphosphat, als Feuerhemmer , und
- 4 bis 6 Gewichtsteile Dimerisationsaktivator, wie z.B. das Handelsprodukt PU 1835 der Firma Bayer.
In der Dichte 19
- 100 Gewichtsteile Methylphenyldiisozyanat wie z.B. das Handelsprodukt 44 V 20 und 44 V 40 der Firma Bayer,
- 4 bis 6 Gewichtsteile Feuerhemmer und Weichmacher wie z.B. das Handelsprodukt PU 1827 der Firma Bayer,
-4 bis 6 Gewichtsteile eines Dimerisationsaktivators wie z.B. das Handelsprodukt PU 1835 der Firma Bayer.
Ein solcher Schaum besitzt die folgenden Eigenschaften :
- Wasserabweisung
- geringfügig geöffnete miteinander in Verbindung stehende Zellen,
- Steifigkeit und grosse Brüchigkeit
- die Einstufung als unbrennbares Produkt -niedrige Schalldämmung
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- die Form von aus Blöcken hergestellten Platten.
Dank der neuen, durch das erfindungsgemässe Verfahren erhaltenen Zellenstruktur, besitzt der Schaum folgende neuen Eigenschaften :
- die Form eines kerbfestigen, nicht brüchigen Schaumes,
- ausgezeichnete Schallabsorption
- die Form von Platten und Formteilen unter Beibehaltung der feuerhemmenden und hydrophoben Eigenschaften.
Beim Zusammendrücken einer Platte aus Polycarbodiimid-Schaum durch Walzen können die zur Anwendung kommenden Walzen z.B. einen Durchmesser von 20 cm aufweisen und bei einer Geschwindigkeit von etwa 15 - 20 m/Minute synchron zur Bewegung der Förderbänder in Drehung versetzt werden.
Zur Herstellung einer 20 mm dicken Platte aus einer 40 mm starken Platte mit der Dichte 16, beträgt der Walzspalt 7-8 mm und 4 bis 5 mm für Platten, die dieselbe Stärke aber die Dichte 19 aufweisen.
Zur Herstellung von mehrschichtigen Platten mit einer Endstärke von 20 mm ist die Ausgangsplatte 30 mm in der Stärke, während der Walzspalt auf 14 bzw. 16 mm eingestellt wird, um Schäume der Dichten 19 und 16 zu bearbeiten, wobei eine unbeschädigte bzw. unveränderte Mittelschicht mit einer Stärke von 10 mm erzeugt wird.
Letztlich um eine nach innen gerichtete Wölbung der Schaumplatten unter der Wirkung der Walzen- zu vermeiden und um eine gleichmässige regelmässige Oberfläche der Platten zu gewährleistenj so dass deshalb sämtliche Zellen gleichmässig sind, wird am besten jede Platte zweimal durch die Walzen, durch eine Hin- und Herbewegung·, geführt* Ein solcher Vorgang macht es möglich, die Walzen in den beiden Längsrichtungen der Platten
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zur Wirkung kommen zu lassen, um auf diese Weise eine bessere Verteilung der Risse in den Gerippen des Skeletts der Zellen undder Membranen zu bewirken.
Der schalldämmende Werkstoff gemäss der vorliegenden Erfindung kann in einer Presse in der Hitze geformt werden, wobei, um jegliche Bildung einer Kruste an der Oberfläche der Platte, die den schalldämmenden Eigenschaften entgegenwirken würde, zu verhindern, die Temperatur des Stempels und der Matrize zur Bearbeitung des Schaums unter 120° C liegen muss.
Der Werkstoff wurde in zwei Testserien in bezug auf seine schalldämmende Wirkung untersucht. In der ersten Serie wurde der Werkstoff in einem geeichten Metallkasten untersucht, der unter Vakuum geeicht worden war. Eine Probe des Werkstoffes wurde in dem Kasten untersucht. Die graphische Darstellung der Figur 4 gibt die gemessene Verstärkung in Dezibel wieder. In der graphischen Darstellung sind :
- an der waagerechten Achse die Frequenzen von 250 bis 8000 Hz aufgetragen, um die gemessenen Dezibelwerte anzugeben, und,
- an der senkrechten Achse, ist der Gewinn (in Dezibel) gemäss der Messung in einem Fall nach der Einführung einer Platte aus Polycarbodiimid-Schaum mit der Dichte 19 und einer Stärke von 40 mm ohne Behandlung (punktierte Kurve) und andererseits bei der Einführung einer ähnlichen aber erfindungsgemassen Platte mit der Stärke 20 mm (ausgezogene Kurve) aufgetragen. Diese graphische Darstellung zeigt insbesondere in dem Frequenzbereich 500 bis 5000 Hz die ausgeprägte Überlegenheit des behandelten Schaumes in bezug auf einen normalen Schaum, wobei die Überlegenheit insbesondere bei 1000 Hz zur Geltung kommt, wo der Gewinn bei 3,5 Dezibel im Vergleich zu einem Ausgangsschallpegel von 70 - 80 Dezibel je nach der Frequenz liegt.
Weitere Untersuchungen wurden mit einem Kundt1sehen Rohr durchgeführt. Zu diesem Zweck untersucht man nacheinander zuerst eine Probe des normalen Schaums mit der Dichte 19 und
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BAD ORIGINAL
einer Stärke von 40 mm und danach eine Probe des behandelten Schaums, der auf 20 mm zusammengedruckt worden war.
Die Ergebnisse sind in der graphischen Darstellung der Figur 5 abzulesen, wobei auf der waagerechten Achse die Frequenzen, bei denen die Absorption aufgenommen wurde, aufgetragen sind, während die senkrechte Achse zur Angabe der Schallabsorptionszahl 0£ dient, die durch das Kundt'sche Rohr gemessen wurde. Die punktierte Kurve stellt die Schalldämmung bzw. Schall-
. dar
absorption in QL bei normalem Schauray»während die ausgezogene Kurve die Absorption des behandelten Schaums darstellt. Gemäss dieser graphischen Darstellung sieht man, dass die Absorptionszahl QC des behandelten Schaums allgemein höher liegt als die des normalen Schaums zwischen 500 und 6000 Hz, wobei der Unterschied insbesondere bei 1000 Hz zu sehen ist, wobei die Absorptionszahlen des normalen Schaums und des behandelten Schaums bei 34 OC bzw· 90 OC liegen, d.h. mit einem Verhältnis zwischen den Zahlen von beinahe 1:3.
Der erfindungsgemässe Werkstoff lässt sich in zusammengesetzten Teilen wie z.B. KFZ-Himmeln oder dergleichen verwenden, wobei die behandelte Schaumplatte mit einer Stützschicht wie z.B. Wellpappe oder einer Schicht aus heissverformbarem PUR und/oder mit einer Dekorationsschicht wie z.B. einem Gewebe, einem Vlies, einem PVC od. dgl. verbunden wird.
Demzufolge lässt der Werkstoff sich in Platten oder in Formteilen verwenden, wobei eeine hydrophobischen Eigenschaften die Anbringung an metallischen Abstützungen durchaus zulassen, ohne dass ein Angreifen des Metalls durch Feuchtigkeit zu befürchten wäre. Ein besonders interessantes Gebiet für die Anwendung des erfindungsgemässen Werkstoffes liegt im Kräftfahrzeugwesen, beim Schiffbau und"dem Bau von Flugzeugen sowie im Bauwesen.
Letztlich, gemäss einem noch weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann die Schaumplatte aus PUR-Schaum, aus Polyharnstbff, aus Phenolschäumstoff oder aus einem anderen syntheti-
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sehen Schaumstoff bestehen, dessen Zellenstruktur es zulässt, unter Zusainmendrückung schalldämmende Wirkungen zu erzielen, die denjenigen des Polycarbodiimid-Schaums gleichkommen.
(W. Maucher) Patentanwalt
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Le"efseit

Claims (10)

  1. -PATENTANSPRÜCHE-
    lj Verfahren zur Herstellung eines schalldämmenden Werksxoffes, dadurch gekennzeichnet, dass man die Zellenstruktur eines synthetischen Schaumes dadurch grundlegend verändert, dass die Schaumplatte zwischen Walzen oder den Platten einer Presse zusammengedrückt wird, um eine Abänderung in der Form der Zellen sowie Brüche und Knicke des Schaumgerippes auszulösen, die eine Lockerung der die Wandungen der Zellen darstellenden Membranen hervorrufen.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumplatte vorzugsweise auf 50 % ihrer ursprünglichen Stärke zusammengedrückt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumplatte auf zwei Drittel ihrer ursprünglichen Stärke zusammengedrückt wird, um eine mehrschichtige Platte herzustellen, deren zwei äussere Schichten gerissene Zellen aufweisen und deren Mittelschicht unbeschädigte Zellen aufweist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammendrücken bevorzugt kalt oder unter einer Temperatur, die unter 120° C liegt, stattfindet.
  5. 5. Schalldämmender Werkstoff, der durch das Verfahren gemäss Anspruch 1 hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Platte aus synthetischem zusammengedrücktem Schaum besteht, welcher eine Änderung in der Form der Zellen sowie Brüche und Knicke des Schaumgerippes aufweist, die eine Lockerung der die Wandungen der Zellen darstellenden Membranen hervorrufen.
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    -■Λ
  6. 6. Schalldämmender Werkstoff, der durch das ^erfahren gemäss einem der Ansprüche 1 und 2 hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Polycarbodiimid-Schaumplatte besteht, die bevorzugt auf 50 % ihrer ursprünglichen Stärke zusammengedrückt ist, und die abgewandelten Zellen, sowie Brüche und Knicke des Gerippes dieser Zellen aufweist, die eine Lockerung der Wandungen der Zellen darstellenden Membranen hervorrufen.
  7. 7. Schalldämmender Werkstoff der durch das Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1-3 hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer Polycarbodiimidschaumplatte besteht, die bevorzugt auf 66 % ihrer ursprünglichen Stärke zusammengedrückt ist und je zwei äussere Schichten mit gerissenen Zellen und einer inneren Schicht mit unbeschädigten Zellen aufweist.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff in einer Presse unter einer Temperatur die unterhalb 120° C liegt, heiss verformt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff mit einer Stützschicht aus WeIl,-pappe oder aus heissverformbarem PUR und/oder mit einer Dekorationsschicht wie z.B. einem Gewebe, einem Vlies, einem PVC od. dgl. verbunden ist.
  10. 10. Schalldämmender Werkstoff nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumplatte aus PUR-Schaum, aus Polyharnstoff, aus Phenolschäumstoff oder aus einem anderen synthetischen Schaumstoff, dessen Zellenstruktur es zulässt, unter Zusammendrückung schalldämmende Wirkungen zu erzielen, die mit denen des Polycarbodiimid-Schaums vergleichbar sind.
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