DE1301664B - Verbundsysteme aus harten Platten mit schwingungsdaempfenden viskoelastischen Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere Blechen, mit schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden viskoelastischen polymeren Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite.
• Die deutsche Auslegesehrift 1200458 beschreibt die Verwendung von Mischungen, die mindestens eine mit geeigneten Weichmachern äußerlich weichgemachte homo- und/oder copolymere Komponente sowie mindestens eine diese Weichmacher gar nicht oder nur wenig aufnehmende homo- und/oder copolymere Komponente und gegebenenfalls Füllstoffe enthalten, als Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel. Diese Mischungen wurden insbesondere für die Entdröhnung durch einseitigen Belag im Massenverhältnis Belag zu Blech von etwa 0,2 : 1 entwickelt.
• Aus der belgischen Patentschrift 598 603 ist 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 201 C unterscheiden. In dieser Patentschrift wurde auch bereits darauf hingewiesen, daß als Temperaturbreitband-Entdröhnungsmittel unter anderem überwiegend amorphe Copolymerisate aus Athylen und Vinylestern von Fettsäuren mit 2 oder 3 Kohlenstoffatomen in Frage kommen, also auch Vinylacetat-Athylen-Copolymerisate. Die bisher verwendeten Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate konnten jedoch zum Teil nicht allen Anforderungen der Praxis genügen.
• Es wurde nun gefunden, daß Pfropfpolymerisate von Styrof oder gegebenenfalls auch Styrol mit geringen Mengen einer copolymerisierbaren Carbonsäure, besonders Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, auf Copolymerisaten aus Vinylacetat und Äthylen überraschend gute Dämpfungseigenschaften vor allem im Hinblick auf die Temperaturbandbreite aufweisen und somit zur Schwingungsdämpfung von Verbundsystemen aus harten Platten, insbesondere von Blechen, geeignet sind. Als Copolymerisate aus Vinylacetat und Athylen kommen bevorzugt solche mit einem Vinylacetat-Amteil von etwa 10 bis etwa 30Gewichtsprozent, insbesondere solche mit etwa 18 Gewichtsprozent in Frage. Der Athylen-Anteil ergibt sich demzufolge zu etwa 90 bis etwa 70Gewichtiprozent. Diese Copolymerisate bieten vom wirtschaftlichen Standpunkt den Vorteil, daß sie außerordentlich preisgünstig sind.
• Die Pfropfpolymerisate aus Styrol oder gegebenenfalls auch Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf Copolymerisaten, wie oben beschrieben, werden durch Herstellung einer Gallerte aus dem Copolymerisat von oben in monomerem Styrol - gegebenenfalls Styrol und copolymerisierbarer Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methaerylsäure) - mit beigefügtem Katalysator durch radikalische Polymerisation bei Temperaturen von etwa 60 bis etwa 1 SO` C hergestellt. Besonderes Interesse nehmen Pfropfpolymerisate von 35 bis 65 Gewichtsprozent Styrol oder Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf 65 bis 35 Gewichtsprozent der oben beschriebenen Copolymerisate, z. B. ein Pfropfpolymerisat von 60 Gewichtsprozent Styrol oder von 60Gewichtsprozent einer Mischung aus 90Gewichtsprozent Styrol und 10 Gewichtsprozent Acrylsäure und/oder Methacrylsäure auf jeweils 40 Gewichtsprozent eines Copolymerisats, wie oben beschrieben. Als Initiator der Polymerisation kann z. B. tertiäres Butylhydroperoxid in üblichen Konzentrationen verwendet werden. Mit diesen Pfropfpolymerisaten, bei denen die entdröhnende Wirkung kritisch vom Gewichtsverhältnis der Monomeren abhängt, kann man sehr breite Dämpfungskurven mit beachtlich hohen Maximalwerten der Dämpfung erhalten.
• Erfindungsgemäß werden deshalb Verbundsysteme aus harten Platten, insbesondere aus Blechen, mit schwingungsdämpfenden selbsthaftenden Zwischenschichten aus Pfropfpolymerisaten von Styrol, gegebenenfalls von Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf Copolymerisaten aus Vinylacetat und Athylen vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet sind, daß für die Zwischenschichten Pfropfpolymerisate von 35 bis 65 Gewichtsprozent Styrol oder Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure (Acrylsäure und/oder Methacrylsäure) auf 65 bis 35 Gewichtsprozent eines Copolymerisats aus 10 bis 30 Gewichtsprozent Vinylacetat und 90 bis 70 Gewichtsprozent Athylen verwendet werden.
• Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
• F i g. 1 a zeigt den Verlustfaktor d""b eines erfindungsgemäßen Verbundblechs in Abhängigkeit von der Temperatur. Die Temperaturkurve wurde an Verbundblechsystemen aus 0,5 mm dicken Stahlblechen mit etwa 0,8 mm dicken dämpfenden Zwischenschichten bei 100 und 1000 Hz bestimmt. Als Zwisc.henschicht wurde ein Pfropfpolymerisat aus 60 Gewichtsprozent einer Mischung aus 90 Gewichtsprozent Styrol und 10 Gewichtsprozent Acrylsäure auf 40 Gewichtsprozent eines Copolymerisats aus 18 Gewichtsprozent Vinylacetat und 82 Gewichtsprozent Athylen verwendet.
• F i g. 1 b zeigt die Temperaturabhängigkeit des Veriustfaktors dmb eines Verbundblechsystems mit eimm der besten bekannten Entdröhnungsmittel, eineni votichmacherhaltigen modifizierten Vinylaoetat.Ckq" risat. Die dämpfende Zwischen-Schicht e in einer Dicke von etwa 0,3 mm auf dW U nirw dicken Stahlbleche als Schmelzkleber aufgetre*en wid die Temperaturkurve bei 100 und IOW Efz bntimmt F ig. 2a rzigt ein erfindungsgemäßes Verbundblech in symmetrischer und F i g. 2 b in unsymmetrischer Anordnung. Die äußeren Bleche sind mit 1, die Dämpfungsschicht mit i bezeichnet.
• Ein Vergleich der Kurven 1 a und 1 b veranschaulicht die überlegene 1,eistungsfähigkeit der neuen Systeme. 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, 55 (1965), S. 634, vor allem Abb. 9. Für eine symmetrische Anordnung, bestehend aus zwei 0,5 mm dicken Stahlblechen und einer Zwischenschicht von 0,3mm Dicke, kommt der Verlustfaktord"""b des kombinierten Systems, gemessen im Biegeschwingungsverfahren (vgl. z. B. H. 0 b e r s t, L. B o h n und F. Linhardt, Kunststoffe, 51 [1961], S.495), dem Wert d"",b = 1 schon nahe. Bei der seit langem bekannten Blechdämpfung durch einseitige dämpfende Beläge, die als spritz-, spachtel- oder aufklebbare Schichten sogenannte Entdröhnungsmittel angewendet werden, sind die Verlustfaktoren des kombinierten Systems bei technisch vertretbaren Schichtdicken oder Verhältnissen der Belagmasse zur Blechmasse im allgemeinen kleiner als d""", = 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 (vgl. 1. c. [19651, Abb. 8 bis 10). Bei Verbundblechsystemen ist es zweckmäßig, als Bandbreite die Breite des Temperaturintervalls zu definieren, in dem der Wert von d"",l, = 0,05 überschritten wird. Die Dämpfung nicht durch zusätzliche Entdröhnungsmaßnahmen gedämpfter Bleche in Blechkonstruktionen verschiedener Art entspricht Werten d"",b < 0,01. Der Bezugswert d".b = 0,05 bedeutet also eine beträchtliche Dämpfungserhöhung (um etwa 15 db [Dezibell) gegenüber der »Nulldämpfung« d", b = 0,()1-In Kurve 1 b wird der Bezugswert d, b = 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 501' C. Damit sind diese Ve-bundsysee.,r.- CI- zahl-eiche technische Anwendungen. geeignc#t-. Modifikation des Weichmachergehalt'as kann das Temperaturband hoher dämpfender Wirkung nach höheren Temperat-.,y--.-# verschoben werden und damit speziellen tecftn,#szi,#--n Anwendungen angepaßt werden, z. B. in Maschinenaggregaten mit erhöhter Betriebstemperatur. Dieses Beispiel von Verbundblechsystemen mit optimal eingestellter selbsthaftender Zwischenschicht eines Temperaturbreitband - Dämpfungsstoffes, hergestellt durch Copolymeri3ation 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.
• Die erfindungsgemäße Anordnung 1 a, deren Mononierenverhältnis im optimalen Bereich liegt, weist bei Dämpfungshöchstwerten von etwa 0,25 eine überraschend große Temperaturbandbreite auf. Der Schwerpunkt der Dämpfung liegt für 100 Hz bei etwa 105' C und für 1(X)0 Hz bei rund 601 C. Die Temperaturbandbreite beträgt etwa 1500 C (100 Hz) bzw. etwa 901 C (1000 Hz). Besonders günstig ist bei den Kurven der F i g. 1 a der langsame Abfall der Dämpfung nach höheren wie auch nach niederen Temperaturen, der vor allem für die Frequenz 100 Hz stark ausgeprägt ist.
• Die vorzüglichen schwingungsdämpfenden Eigenschaften bleiben von rund 25" C bis zu einer mittleren Temperatur von etwa 160' C erhalten. Gegenüber dem Standardsystem 1 b weist die Anordnung 1 a bei wesentlich größerer Temperaturbandbreite günstigeres Dämpfungsverhalten bei Temperaturen oberhalb 45' C auf, so daß sie für zahlreiche Anwendungen bei höheren Temperaturen (z. B. in Maschinen und Geräten mit erhöhten Betriebstemperaturen) in Frage kommt. Da§ Pfropfpolymerisat der Anordnung 1 a bietet wegen seines Gehalts an 10 Gewichtsprozent Acrylsäure außerdem die Möglichkeit, durch eine vernetzende Reaktion mit einer bi- oder trifunktionellen Verbindung (z. B. mehrere Epoxyd-, Isocyanatgruppen usw. enthaltende Verbindungen) den Erweichungsbereich und damit den Bereich hoher Dämpfung für spezielle Anwendungen noch weiter nach höheren Temperaturen zu verschieben.
• Ein besonderer Vorteil dieses Dämpfungsstoffes ist es, daß er sich hervorragend zur kontinuierlichen Auftragung für die Massenproduktion von Verbundblechen eignet. Zu diesem Zweck kann er erstens als fertiges Pfropfpolymerisat angewendet werden, zweitens als Gallerte des beschriebenen Copolymerisats mit dem aufzupfropfenden Styrol bzv#.7. Styrol-Acrylsäure- und/oder Methaerylsäure-Gemisch, das den Polymerisationsinitiator enthält und durch thermische Nachbehandlung der mit dieser Gallerte als Zwischenschichtmaterial versehenen Verbundsysteme bei Terrperaturen zwischen etwa 60 und etwa 180' C in das beschriebene Pfropfpolymerisat übergeführt wird. Es handelt sich ebenfalls um einen Schmelzkleber, der bei höheren Temperaturen aufgespachtelt oder aufgestrichen werden kann. Das Verbundsystem wird anschließend am besten zwischen Walzen unter Druck abgekühlt. Außer einem Entfetten ist keine Vorbehandlung der Bleche und keine weitere Klebschicht erforderlich. Auf Grund des Gehalts des Pfropfpolymerisats an Acrylsäure und/oder Methacrylsäure kann gegebenenfalls sogar auf das Entfetteit verzichtet werden. Man erreicht eine ausgezeichnete Haftung.
• Der Dämpfungsstoff hat eine gute Fließbeständigkeit. Die Verarbeitbarkeit der Verbundbleche entspricht in weiten Grenzen der von normalen Blechen; d. h., die Verbundbleche können abgekantet, gebogen, geformt, geschweißt und genietet werden. Man erhält Verbundbleche mit einer Dämpfungshöhe und einem Temperaturbereich der Dämpfung, die für eine Vielzahl von Anwendungen bei höheren Temperaturen sehr gut geeignet ist.
• Kleine Mengen Füllstoffe, z. B. zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit (Verbesserung der Widerstandsschweißung), können den Dämpfungsstoffen zugesetzt werden. Um die Dämpfungswirkung nicht zu verschlechtern, sollte die Füllstoffmenge aber unter 1 Gewichtsprozent, vorzugsweise unter 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polymerisat, gehalten werden. Als Füllstoffe eignen sich beispielsweise Schwerspat, Kieselsäure, Graphit und Ruß.
• Die maximale Dämpfung erhält man bei symmetrischen Verbundblechen. Die Biegesteifigkeit und Festigkeit ist aber bei gleichem Gewicht bei unsymmetrischen Verbundanordnungen größer. Bei Anwendungen, bei denen, bezogen auf das Gewicht, eine möglichst hohe Festigkeit erreicht werden soll, wird man deshalb unsymmetrische Verbundbleche bevorzugen.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Verbundsystenie aus harten Platten, insbesondere Blechen, mit schwingungsdämpfenden, selbsthaftenden viskoelastischen polymeren Zwischenschichten hoher Temperaturbandbreite, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zwischenschichten Pfropfpolymerisate von 35 bis 65 Gewichtsprozent Styrol oder Styrol mit einer copolymerisierbaren Carbonsäure, z. B. Acrylsäure und/oder Methacrylsäure, in Mengen von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf Styrol, auf 65 bis 35 Gewichtsprozent eines Copolymerisats aus 10 bis 30 Gewichtsprozent Vinylacetat und 90 bis 70 Gewichtsprozent Äthylen verwendet werden.