DE2016676A1

DE2016676A1 - Dämpfungsmaterial

Info

Publication number: DE2016676A1
Application number: DE19702016676
Authority: DE
Inventors: Donald Blenner; Thomas J Dudek; William F Hafner; Benjamin Shim
Original assignee: Lord Corp
Current assignee: Lord Corp
Priority date: 1966-08-01
Filing date: 1970-04-08
Publication date: 1971-02-18

Description

Dr. Ing, E. BERKENFELD . Dipl.-lng. M. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlage · Aktenzeichen

β. April 1970 Sch// ^Mpm·^dAnm· Lord Corporation

Dämpfungsmaterial

Diese Erfindung bezieht sich auf Dämpfungsüberzüge, insbesondere auf als DämpfungsüberzUge und Kerne für sprödes Metall, Kunststoff und andere Baumaterialien verwendete, polymere Stoffe, um eine Resonanz vibration abzufangen.

Dämpfungsbehandlungen unter Verwendung polymerer Stoffe zum Ablenken mechanischer Vibrationsenergie, gebraucht man zur Überwachung des Resonanzverhaltens sioh biegender Oberflächen. Sie schwächen oder beseitigen die Ausstrahlung stören·* den Lärms von vibrierenden Oberflächen sowie die Übertragung unerwünschter Vibrationen und erhöhen die Dauerfestigkeit der Baumaterialien.

Eine übliche, angewandte Dämpfungsmethode besteht in dem überziehen der Oberfläche des zu dämpfenden Metalls bzw. Materials mit einem polymeren Dämpfungsmaterial. In dieser Weise angewandte Dämpfungsmaterialien sind Ausdehndämpfungsstoffe (extensional damping materials) genannt worden und kennzeichnen sich üblicherweise durch hohe Werte ihres dynamischen Verlustmoduls, E, bei den interessierenden Temperaturen und Frequenzen. Die theoretische Analyse des Resonanzverhaltens eines Freiträgers, welcher mit einem viskoelastisohen Dämpfungsmaterial überzogen ist, ist bekannt. Es wurde gefunden, daß der Verlustfaktor (das Verhältnis der abgelenkten Energie zur gelagerten Energie je Vibrationsperiode) des Verbundträgers für praktische Zwecke (einschließlich der Aufbringung von Überzügen geringen Gewichts) in erster Linie eine Funktion der Verhältnisse des Verluetmodula des vlskoelastisohen Materials zum

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Lagermodul dea Metalls (bzw. nichtverlustigen Materials) und des Verhältnisses der Dicke von Dämpfungsmaterial und Metall ist. Wenn die dynamischen Eigenschaften dea Dämpfungsmaterials als Funktion der Frequenz und Temperatur bekannt sind« ist es daher möglich, das dynamische Verhalten einer überzogenen Stange jeder Länge zu " errechnen. Die Theorie wurde angewandt, um die Entwicklung von Dämpfungsmaterialien für dünne Platten und andere, kompliziertere Gebilde zu leiten.

Gegenwärtig ist es möglich, die Lage der Spitzendämpfung bei eirxr gewünschten Temperatur und Frequenz auf einen begrenzten Grad ein-, zustellen. Jedoch die Temperatur- und Frequenzbereiche, über welche eine hohe DänpTung erreicht wird, sind infolge der begrenzten Temperatur- und Frequenzbandbreiten des Verlustmoduls der bis jetzt zur Verfügung stehenden Dämpfungsmaterialien beschränkt. Diese Temperaturbandbreitenbegrenzung zusammen mit dem Erfordernis eines geringen zusätzlichen Gewichts, hat die Anwendungsgebiete für zusätzliche Dämpfungsbehandlungen in der Luftfahrt, bei Geschossen, sohnellem Durchgangsverkehr, Schiffen, Gefriereinheiten, Heimgeräten und Masohinengehäusen beschränkt.

Eine andere, gegenwärtig bei Aufbauten gebräuchliche Dämpfungsmethode wendet viskoelastisohe, polymere Materialien an, welche zwischen Häuten aus Metall, Kunststoff oder anderem Baumaterial geschichtet sind. In dieser Weise verwendete Polymere bezeichnet man als erzwungene Schichtdämpfungsmaterialien (constrained layer damping materials). Die Beziehungen zwischen dem Verlustfaktor des Verbundschichtstoffes und den viskoelastischen Eigenschaften des Kernmaterials und den geometrischen Gegebenheiten des Schichtstoffes sind im Vergleich zum Falle der Ausdehnungsdämpfung etwas komplizierter, doch die theoretische Analyse wurde zur Errechnung der dynamischen Eigenschaften des Schichtaufbaues entwickelt, falls die Eigenschaften des viskoelastischen Kerns bekannt sind. Polymere Stoffe für diese Anwendung sollten im allgemeinen einen hohen Verlustfaktor über den breitest raögliohen Temperatur- und Frequenzbereich aufweisen. Es ist auch möglich, den elastischen Sohermodul den geometrisohen Gegebenehelten des Sohiohtstoffes anzupassen, um optimale Dämpfung zu erhalten.

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Bisher wurden die Eigenschaften der Dämpfungsmaterialien direkt . dadurch erhalten, daß man das Verlustverhalten in dynamisch-mechanischen Testen beobachtete. Dazu gehören Torsionspendel, Komplexmodul-Biegewelleneinrichtung, (diese Einrichtung arbeitet mit Strahlbeugung zum Prüfen von physikalischen Eigenschaften von Elastomeren) dynamisch-mechanische Spektrometer u.dgl. . Elektrische Leitfähigkeitsmessungen mit Oleichstrom wurden offenbar zur Kennzeichnung potentieller Dämpfungsmaterialien nicht benutzt.

Die Verwendung dielektrischer Methoden zum Studium potentieller mechanischer Dämpfungsfähigkeit in einem Polymeren war bis jetzt beschränkt. Dies ergibt sich daraus, daß Anstrengungen bei direkter Beziehung dielektrischer Daten mit dynamisch-mechanischen Beziehungen in nur einigen Fällen erfolgreich waren. Es wurden nunmehr bestimmte Techniken und Parameter dielektrischer Messungen | und Werte gefunden, welche eine klare, vorteilhafte Messung des Dämpfungswirkunsgrades polymerer Materialien schaffen.

Es wurden auch bestimmte*polymere Stoffe aufgefunden, welche, insbesondere als Ausdehnungsdämpfungsüberzüge, einen ungewöhnlichen Dämpfungswirkungsgrad besitzen und den bisher bekannten Ma-?----~ V terialien weit überigen sind. Diese Materialien besitzen auch überlegene Eigenschaften bei erzwungener Schichtdämpfungsanwendung, jedoch in einem weniger ausgeprägten Grad, wie dies bei Ausdehnungsdämpfungsüberzügen der Fall ist. Es sei jedoch betont, daß sowohl bei Ausdehnungs- als auch bei erzwungenen Schichtanwendüngen die erfindungsgemäßen Stoffe gegenüber bisher verfügbaren Materialien weit überlegen sind.

Bei Dämpfungsanwendungen, wie sie hier betrachtet werden, ist es wichtig, einen breiten Temperatur- und Frequenzbereich der Dämpfung zu haben. Eines der Probleme der bisherigen Dämpfungs-. materialien war der Mangel hoher Dämpfungsgröße über einen solch breiten Temperatur- und Frequenzbereich.

Die relativ geringe Temperaturbandbreite der bisher bekannten * Vibrationsdämpfungsmaterialien - etwa 12°C, wenn man den Bezugswert η c «0,1 (m₂/m. «0,3) nimmt - ist ein entschiedener Nachteil für eine große Anzahl industrieller Anwendungen. Die Nach-L 66/2 _₅_

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frage nach verbesserten Dämpfungsmaterialien ist besonders augenfällig auf dem Gebiet des modernen Transportwesens, beispielsweise Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Eisenbahnwaggons usw.. Solche Fahrzeuge werden gegenwärtig mit Dämpfungsmaterialien behandelt, deren Maximalwirkung auf Raumtemperatur (21⁰C) eingestellt ist. Fährt man diese Fahrzeuge an kalten Wintertagen (beispielsweise -235⁰C) oder in heißen Zonen (beispielsweise mit Außentemperaturen von 38⁰C), so kann die Vibrationsdämpfungswirküng auf eine unzulässig geringe Größe herabgesetzt sein. Es ist ganz offensichtlich, daß insbesondere bei sich rasch bewegenden Transportmitteln gute Vibratlonsdämpfungsmittel benötigt werden, welche weite Temperaturbereiche überdecken.

Ein anderes Beispiel sind Maschinenanlagen mit dünnwandigen Plattenkonstruktionen, welche eich im Betrieb rasch erhitzen. Ein besonders gutes Beispiel einer solchen Anlage ist die Heimwaschmaschine mit dünnwandigem Plattengehäuse, wobei die normale Arbeitstemperatur dieser Maschinen etwa 49 bis 6O⁰C beträgt. Da gefordert wird, daß diese Maschinen sowohl beim Anlaufen (bei etwa 21⁰C) als auch im kontinuierlichen Betrieb geräuscharm arbeiten, muß ein befriedigendes Vibrationsdämpfungsmaterial den gesamten Bereich von etwa 21⁰C bis 6o°C mit seiner Vibrationsdämpfungswirküng überstreichen. Man kann auch eine Kompomisslösung für Maschinen . dieser Art versuchen, indem man ein Dämpfungsmittel anwendet, welches bei einer mittleren Temperatur innerhalb des gewünschten Bereiches wirksam ist. Für den in letzterem Beispiel erwähnten Bereich würde ein Mittel mit maximaler Wirkung bei einer Temperatur von 41 C den größten Dämpfungseffekt in der Mitte des gewünschten Temperaturbandes aufweisen, jedoch würde es an den Grenzen des Bereichs unbefriedigend bleiben, insbesondere an der oberen Grenze, wo das größte Erfordernis nach Vibrationsdämpfungseffekt besteht.

Ein besonders schwieriger Fall existiert beim modernen Flugzeug, welches den Boden bei einer Temperatur von 29⁰C verlassen mag und in wenigen Minuten sich auf einer Höhe von 10 000 Metern und Tempeifturen von -40°C befindet. In solchen Fällen sind die bisherigen Materialien völlig unbefriedigend. Die effindungsgemäßen Stoffe schaffen einen viel breiteren Temperatur- und Frequenzbereich, als mit herkömmlichen, bei Dämpfungsanwendungen gebrauoh-L 66/2 _4_

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ten Polymeren erzielt werden kann und lösen viele diser bisher unlösbaren Problem-e des Dämpfens einer Vibration.

Es wurde gefunden, daß Dämpfungsüberzüge und -sohichtstoffe auf der Basis von Polymeren, welche sich von den Monomeren der homologen Methacrylatreihe ableiten, Verbindungen ergeben, welche hohe Dämpfungsausdehnungen Über beträchtlich größere Temperatur- und Frequenzbereiche ergeben als alle anderen bekannten Ausdehnungsdämpfungsstoffe. Es wurde gefunden, daß Homopolymere der Methacrylate und Copolymere der Monomeren der Methacrylatreihe mit anderen Monomeren, insbesondere Styrol, und physikalische Gemische der Homopolymeren der Methacrlyatreihe mit anderen Homopolymeren, insbesondere Polystyrol, diese hervorragenden Dämpfungs- , eigenschaften besitzen. Polymere der Methacrylsäureester zeigen im ™ allgemeinen mehrgängige Dämpfungsmeohanismen, eine Spitze mechanischen Verlustes in Verbindung mit Bewegugen des Polymerkettengerüstes, eine sekundäre Spitze, welche im allgemeinen den Bewegungen der Seitenketten des Esters zugeschrieben wird. Die beiden Verlustspitzen sind gewöhnlich in den unverdünnten Polymeren auflösbar, obgleich Portionen der Spitzen überlappen. Dies wird nicht mit Polymeren erreicht, welche keine sekundären Verlustmechanismen besitzen. Es wurde gefunden, daß durch den Zusatz von Weichmacher die Hauptübergangsverlustspitze nach niedrigen Temperaturen zu (Messungen bei konstanter Frequenz durchgeführt) mit schnellerer Geschwindigkeit verschoben wird als die Sekundärspitze und bei Weichmachergehalten, welcher für Ausdehnungsdämpfuiigs anwendungen | von Interesse sind, führt dies zu einem Zusammenaddieren der beiden Spitzen, um eine breite Temperaturbandbreite zu ergeben, über welche eine hohe Dämpfung, insbesondere bei Ausdehnungsdämpfungsanwendungen, eintreten kann.

Der Molekularaufbau und die Konzentrationen verschiedener Weichmacher und Füllstoffe beeinträchtigen die Temperatur- und Frequenzbandbreiten der DämpfungsVerbindungen. Diese Effekte scheinen jedoch trennbar zu sein von den Polymeraufbaueffekten, welche man in der Methaorylatserie von Polymeren beobachtet, die zu den viel stärker wirksamen Temperaturbereichen für Dämpfungsverbindungen führen, welche aus diesen Polymeren zubereitet wurden. Die Methaorylatserie der Dämpfungsmaterialien ist daher nicht auf eine L 66/2 ■- -5-

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besondere Weichmacher- oder Füllstoffart beschränkt. Dämpfungsüberzüge unterscheiden sich von üblichen Farben- oder Schutzüberzügen dadurch, daß sie eine Mindestdicke aufweisen müssen, welche größer ist als jene von gewöhnlichen Farbenüberzügen. Gewöhnliche Farbenüberzüge haben die Größenordnung eines getrockneten Films mit einer Dicke von 0,025 - 0,050 mm, während die Mindestdicke für die Wirksamkeit einer wahrnehmbaren Dämpfung 0,25 mm beträgt.

Als Maß der Bestimmung der relativen Wirksamkeit von Dämpfungsüberzügen, wurde ein Freiträger aus Standardstahl auf einer Seite mit dem Dämpfungsüberzug überzogen und der Verlustfaktor ^ c des zusammengesetzten Gebildes wurde unter Anwendung bekannter Techniken bei verschiedenen Temperaturen und Frequenzen gemessen. Bei gleichen Massenverhältnissen von überzug zu Metall (das Verhältnis 0,3 wurde hler als Standard benutzt) zeigen die erfindungsgemäßen überzüge beim zusammengesetzten Gebilde einen Verlustfaktor von 0,1 oder größer über eine Temperaturbreite von 69 bis 86°F (20,6⁰C bis 30,O⁰C), im Vergleich zu einer Temperaturbreite (in gleicher Weise bestimmt) von 45 bis 50⁰F (7,22°C bis 10,0⁰C) für andere bekannte Materialien. Sie zeigen auch einen Verlustfaktor des zusammengesetzten Gebildes von 0,2 oder größer über einen Temperaturbereich von 30 bis 35°F (1,1t°C bis 1,67⁰C), im Vergleich zu 10 bis 15°F (^12,2⁰C bis -9,44°C) für andere bekannte Stoffe.

Diese DämpfungsüberzUge werden in folgender Welse zubereitet: Kunststoffmaterialien werden mit einem geeigneten Weichmacher zur Festlegung der Region maximaler Dämpfung (in Verbindung mit dem Glasübergang) im gwünschten Temperatur- und Frequenzbereich weichgemacht. (Messungen des dielektrischen Verlustes und der Gleichstromleitfähigkeit können angewandt werden, um schnell den richtigen Weichmachergehalt zu bestimmen, welcher erforderlich ist, um die Temperatur der Spitzendämpfung festzulegen). Dann wird Füllstoff zugesetzt, um den dynamischen Verlustmodul des Überzuges zu erhöhen (ein notwendiges Erfordernis für nicht erzwungene DämpfungsUoerzUge). Es kann auoh möglich sein, nicht weichgemaohte Polymerstoffe zu benutzen, welohe bereits ihre maximalen Dämpfungseigensohaften im gewünsohten Temperatur- und Frequenzbereioh aufweisen, indem man lediglich geeignete Füllstoffe' hinzusetzt. .5.

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+ Gläsübergang = glass transition.

Dieser Ausdruck wird erläutert auf Seite 356 des Buches "Synthetic Rubber", herausgegeben von John Wiley & Sons, Inc., New York; Chapman & Hall, Limited, London.

Dämpfungsmaterialien auf Basis der Methacrylatpolymeren, jedoch vorzugsweise in leicht unterschiedlicher Art zubereitet,· sind auch gleichermaßen wirksam bei Anwendungen erzwungener Schichtdämpfung (dreischichtige Schiohtstoffe). Da geringere Moduli oft für Dämpfungsmaterialien benötigt werden, welche für erzwungene Schidtdämpfungsbehandlungen geeignet sind, werden sie ohne Füllstoff oder mit Füllstoffen solcher Art und Menge bereitet, daß sich der optimale Modul ergibt. Füllstoffe werden auch zugesetzt, um die Temperaturbandbreite (bei etwas Verliefe an.Spitzendämpfung) ^ zu verbreitern. Weichmacher werden bei Anwendungen erzwungener " Schichtdämpfunggebraucht, um diö Temperatur der Spitzendampfung und den Modul zu steuern.

Der Erfindungsgegenstand wird une-ter Bezugnahme auf die speziellen Beispiel erfindungsgemäßer Dämpfungsmaterialien und unter Hinwels auf die anliegenden Zeichnungen klarer verständlich.

Fig. 1 zeigt eine Kurve des Verlustfaktors des zusammengesetzten Gebildes in Abhängigkeit von der Temperatur für einen Teststab, welcher mit einer erfindungsgemäßen Masse überzogen ist, im Vergleich zu ähnlichen Teststäben, welche mit bisher verfügbaren Dämpfungsmitteln überzogen sind. |

Die Figuren 2 bis 7 zeigen Kurven des Verlustfaktors des zusammengesetzten Gebildes in Abhängigkeit von der Temperatur für verschiedene erfindungsgemäße Massen.

Die Figuren 8 bis 11 zeigen Vergleichskurven dielektrischer "tan cT " in Abhängigkeit von der Temperatur für verschiedene Materialien.

Die Figuren 12 und 1> zeigen Kurven der Volumenbeständigkeit in Abhängigkeit von der Temperatur für verschieden Stoffe.

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Nachstehend seine spezielle AusfUhrungsformen der Erfindung beispielhaft gegeben.

Beispiel 1 Qewiohtsteile

67/33 Methylmethacrylat-Styrol- 100 Copolymere

Weichmacher, Butyl-benzyl-phthalat 60 Dixon Graphit 1101 I50

Die Dämpfungseigenschaften dieser Verbindung sind in Flg. 1 gezeigt und dort mit typischen, handelsüblichen DÄmpfungsüberzUgen. verglichen, welche gegenwärtig im Gebrauch sind und unter den Bezeichnungen LD 400 und LD 403 verkauft werden.

Aus den Vergleichskurven ist festzustellen, daß die wirksame Temperaturbandbreite des erflndungsgeraäflen Materials breiter ist als diejenige beider bisheriger Materlallen in Kombination.

Beispiel 2 Qewichtstelle Polymethylmethacrylat 100

Weichmacher, Butyl-benzyl-phthalat 60 Dixon Graphit 1101 I50

Pig. 2 zeigt die Dämpfungseigenschaften dieser Zubereitung.

Beispiel 3	Gewichtstelle
Polystyrol	33
Polyme thylme thacry1at	67
Weichmacher, Butyl-benzyl-phthaiat	60
Dixon Graphit 1101	150

Pig. 3 zeigt die Dämpfungseigenschaften der Zubereitungen.

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Beispiel 4 Qewiohtsteile Polyäthylmethaorylat 100 Celluflex GEP-Welohmacher 50 Dixon Graphit 1101

Gewichtsteile	100

60	too
	390

Fig. 4 zeigt die Dämpfungseigensohaften dieser Zubereitung. Beispiel 5

67/33 Methylmethacrylat-Styrol-Copölymere'

Weichmacher, Butyl-Benzyl-Phthaiat Vermiculit τυυ λ Methylenchlorid (flüchtiges Lösungs-

mittel)

Das vorangehende Beispiel Veranschaulicht eine Nasse zum Sprühüberziehen.

Fig. 5 zeigt die Dämpfungseigenschaften dieser Zubereitung. Beispiel 6 Qewichtsteile

Poly-n-butylmethacrylat .100 Weichmacher! Butyl-benzyl-phthait 20 Dixon Oraphit 1101 150 Fig. 6 zeigt die Dämpfungseigensohaften dieser Zubereitung.

Die vorangegangenen sechs Beispiele veranschaulichen Materialien, welche insbesondere für Ausdehnungsdampfungsanwendungen geeignet sind. Das folgende Beispiel zeigt eine leicht modifizierte Masse, welche insbesondere für Anwendung bei erzwungener Sohlohtdämpfung geeignet

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ORlGiNA INSPECTED Beispiel 7 Qewichtateile -

67/53 Methylmethacrylat-Styrol- 100

Copolymere Weichmaoher, Butyl-benzyl-phthaiat 60 Flg. 7 zeigt die Däflipfungselgensohaften dieser Zubereitung.

Alle vorstehenden Zubereitungen wurden auf einer Zweiwalzen-Oummimühle bereitet. Polymeres, Weichmacher und Füllstoff wurden in den richtigen Mengenverhältnissen abgewogen und direkt in die Mühle gegeben. Die Mühlenwaten wurden normalerweise erhitzt (auf 38 bis 121⁰C₄ je nach der besonderen Zubereitung)« um eine Verschmelzung des Polymeren mit dem Weichmaoher zu bewirken.

Beispiel 5* ein System auf LÖsungsmittelbatis zur Sprühauftragung, wurde, wie oben, hergestellt und danach im Methylenchlorid (Lösungsmittel) aufgelöst. Es kann auch bereitet werden, indem man die festen Bestandteile direkt zum Lösungsmittel zusetzt und alles zusammen in einer Mischmaschine (z.B. Baker-Perkins-Mixer) vermischt.

Testproben werden hergestellt, Indem man den überzug (oder Kern) in einer Form unter Hitze und Druck direkt an die Metallunterlage bzw. die Metallunterlagen bindet. Die Proben werden vor dem Entfernen aus der Form unter Druck gekühlt, um eine Deformierung zu verhindern. Andere Bearbeitungsmethoden (beispielsweise Kalandern, Aufsprühen, Auftragen mit Spatel, Extrudieren usw.) sind möglich. Alle Proben werden auf einer Komplex-Modul-Apparatur von Bruel und Kjaer des Typs 3930 auf ihre dynamischen Dämpfungseigensohaften getestet.

» Aus-

Das dielektrisahe Verlustverhalten kann benutzt werden, um die Wirkungen der Polymerstruktur auf die Molekularbewegung zu studieren. Es ist bekannt, daß Polymefchylmethaorylat zwei Verlustspitzen aufweist, welches als alpha- und beta-Spltzen bezeichnet werden. Die alpha-Spitae tritt bei der höheren Temperatur auf und wird der Bewegung zugesohrieben, soweit dl·· die Hauptkette dt« Polymeren einbezieht. Die beta-Spitze bei der niedrigeren Tenpera-L 66/2 .₁₀-

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tür wird der Bewegung beigeordnet, soweit diese die polaren Esterseitengruppen einbezieht, welohe an die Hauptkette des Polymeren angegliedert sind. Es ist auch bekannt, daß der gleiche molekula-' re Prozeß, der alpha-Prozeß, für die alpha-Verlustspitze verantwortlich ist, welche in der HaUpt-GlasUbergangszon'e⁺, wie sie durch dynamisch-mechanische und dielektrisches ^Testen bestimmt wird, auftritt. Nunmehr wurde gefunden, daß ein Studium des alpha-Prozesses durch dielektrische Methoden Wertvolle Informationen Über die Kettendynamik in Verbindung mit dem dynamisch-mechanischen Verhalten geben kann, insbesondere bei polymeren Materialien auf der Basis von Methylmethacrylat und seinen Homologen.

Außerdem kann die dielektrische Methode auch Information über die Lager der Temperatur und die Temperaturbandbreite geben, welche mit der primären alpha-Verlustspitze und der sekundreren beta- I Verlustspitze einhergeht. Das dielektrische Verlustverhalten des alpha-Prozesses in einem Methylmethaurylat-Styrol-67/35-Copolymeren ist besonders markant. Dieses Copolymere zeigt etien alpha-Prozeß mit einem Ablenkiings- bzw. Streuungsfaktor, (tan ^f )-Spitze, welcher beträchtlich intensiver ist als der alpha-Prozess im Polymethylmethaorylat bmw. im Polystyrol. Ein solches Verhalten (welches einem synergistischen Effekt gleicht) zeigt an, daß die Konfiguration des Copolymeren für die Energiestreuung günstiger ist. Dieses Beispiel ist In Fig. 8 gezeigt.

+ Haupt-GlasUbergangszone .= main glass transition zone.

Dieser Ausdruck wird erläutert im Buch "Synthetic Rubber", heraus-

gegeben von John Wiley* Sons, Inc., New York; Chapmann & Hall, ™ Limited, London.

Wie bereits betont wurde, wirkt sich der Zusatz eines Wieichmachers zu einem Polymeren auf die Intensität und die Temperaturlage der tan- «f -Spitze in Verbindung mit dem alpha-Prozess aus. Im,Falle der Polymeren auf Methylmethacrylatbasis ist der Zusatz eines Weichmachers ausreichend, um die alpha-Spitzentemperatur .zu einer niedrigeren Temperatur zu verschieben. Wenn ausreichend ·. Weichmacher zugesetzt wird, so kann eine Konvergenz der alpha-Spitze mit der beta-Spitze niedrigerer Temperatur stattfinden. Der tan- «f Miiert wird erhöht und die Verlustkurve breitet sich

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in der Temperaturbreite beträchtlich aus, wenn diese Konvergenz stattfindet. Das Verschmelzen der alpha- und beta-Spitzen führt auch zu einer Verbreiterung der Temperaturbandbreite im dynamischmechanischen Verlustverhalten. Fig. 9 vergleicht die dielektrischen tan- -Werte von Polymethylmethacrylat mit und ohne 60 Teile je 100 Butyl-benzyl-phthalat-Weichmacher.

Fig. 10 zeigt einen ähnlichen Vergleich für das Methylmethacrylat-Styrol-67/63-Copolymere. Fig. 11 zeigt den gleichen Vergleich für ein physikalisches Gemisch aus Polymethylmethacrylat und Polystyrol im Verhältnis 2/1.

Messunsgen der Gleichstromleitfähigkeit (Widerstand) in polymeren Materialien durch ihre Glasübergangszonen sind angezeigt worden. In solchen bisherigen Berichten zeigen die Punkte der Leitfähigkeit (des Widerstandes), aufgetragen gegen die Temperatur, nur eine Änderung des Abfallens in der Glasübergangszone.

Nunmehr wurde gefunden, daß Leitfähigkeitsstudien, welche mit dynamischen Temperaturabtasten und fortlaufendem Stromüberwachen ä durchgeführt werden, zu einem ungewöhnlichen Verhalten in der Glasübergangszone führen können, welches sich von einem einfachen Ändern des Abfallens unterscheidet. Insbesondere wurden Beispiele der Umkehrung und des schrittweisen (Plateau) Verhaltens in der Glasübergangszone von polymeren Stoffen auf Basis Methylmethacrylat und seiner Homologen festgestellt.

Die an Methylmethaciⁱylat-Styro-67/j53-Copolymerem durchgeführten Gleichstromleitfähigkeitsstudien zeigen einen eindeutigen Unterschied im Ansprechen, verglichen mit Polymethylmethacrylat und Polystyrol. Dies veranschaulicht Fig. 12. Das Methylmethacrylat-Styrol-67/33-CopcLymere zeigt eine Umkehrung des Verlaufs in der Übergangszone.

Der Zusatz von 60 Teilen Butyl-benzyl-phthalat als Weichmaoher zum Polymeren verursacht Veränderungen im Verhalten der Gleichstromleitfähigkeit. Dies zeigt Fig. 1j5. Das weichgemaohte Methylmethaorylat-Styrol-67/j53-Copolymere zeigt einen Verlauf, weloher eine breite, schrittweise (Plateau) Region in der Glasübergangs-L 66/2 -12- ..'

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zone aufweist. Wie im Falle der dielektrischen Messungen hat der Weichmacherzusatz die Glasübergangszone zu einem niedrigeren Temperaturbereich verschoben. Fig. 1j5 zeigt auch die Kurve für weiohgemaehtes ELymethylmethacrylat und das weichgemachte phy- . ; sikalische Gemisch aus zwei Teilen Polymethylmethaoryiat und einem Teil Polystyrol.

Ähnliche Beobachtungen des Umkehrens bzw. des schrittweisen Verhaltens in der Glasübergangsζone bei Oleiohstromleitfähigkeitsstudien unter fortlaufendem überwachen des Stromes wurden bei anderen Polymeren gefunden, hierzu zählen Polyäthylmethacrylat, Poly-n-butyl-methacrylat, Polyisobutylmethaorylat, Polymethylacrylat, Copolymere aus Methylmethacrylat und Methylaorylat, Copolymere aus Methylmethaorylat lund Butylmethacrylat, Copolymere aus ä Methylmethacrylat und η-Butylacrylat, das Terpolymers aus Methylmethacrylat, Methylacrylat und Styrol.

Diese Umkehrungen und das sohrittähnliche Verhalten könnte als Anzeichen der konfigurellen Beweglichkeit der polaren Gruppen in Reaction auf das angelegte elektrische Feld beim Durchqueren der. Glasübergangszone erklärt werden. Findet man eine Umkehrung oder einen Schritt bzw. eine Stufe statt der einfachen Änderung im Abfall bei der Auftragung des Widerstandes gegen den Temperaturverlauf für Polymethylmethacrylat, so wird dieses damit erklärt, daß das Netzwerk des Polymeren lockerer ist. Ein Auflockern des Polymernetzwerkes kann durch Weichmaohung von außen oder durch strukturelle Weichmaohung durch Copolymerisation oder höhere Ho- ™ mologe innerhalb einer Familie, wie die Methacrylate, erreicht werden.

Es wurde gefunden, daß diese eigentümlichen Eigenschaften für die zur erfindungsgemäßen Benutzung angepaßten Materialien charakteristisch sind und angewandt werden können, um Materialien aufzustellen, welche zur erfindungsgemäßen Benutzung geeignet sind/

Bei der Durchführung der Erfindung 1st es bevorzugt, polymere Stoffe zu verwenden, welche Glas- und sekundäre Ubergangspunkte aufweisen, die weniger als 139⁰C, In den meisten Fällen weniger

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als 111⁰C, voneinander liegen.

Ss wurde gefunden, dafl die Menge an Weichmacher etwa 50# der Gesamtmasse nicht überschreiten sollte und vorzugsweise etwa j50# betragen sollte. Fernerwurde gefunden, daß Jeder herkömmliche Weichmacher verwendet werden kann, welcher für das besondere, in Rede stehende Polymere als Weichmacher funktioniert.

Als Füllstoff werden in den erfindungsgemäßen Dämpfungsmassen Füllstoffe geringerer Dichte bevorzugt, um einen maximalen Hasse/ Masse-Koeffizienten mit dem zu dämpfenden Netall zu erreichen. Es wurde gefunden, daß Graphit, Ruß, Gemische aus Graphit und Ruß, Kieselerde, Talkum und Vermiculit besonders befriedigend sind.

Ee wurde gefunden, daß das erfindungsgemäfl zu verwendende Polymere zwei Eigenschaften aufweiten »ufl. Ss nui polare Funktion und einen sekundären Übergangspunkt unterhalb T aufweisen. Ferner wurde gefunden, dad Methacrylat und Acrylate als grundlegende Ausgangsnaterialien für die Erfindung am misten befriedigend sind.

Die Erfindung ist nicht auf die hler beispielsweise wiedergegebenen AusfUhrungsformen beschränkt. Im Rahmen der Erfindung sind dem Fadnann vielmehr mannigfaltige Abänderungen ohne weiteres gegeben.

Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELDf Patentanwälte, KSIn Anlage "' Aktenzeichen zur Eingabe vom 6. äprü 1970 Sch Name d. Anm. Lord Corporation Patent ans prüche

1. Dämpfungsmaterialschicht in Kombination mit einem aus Druckschichten und Füllstoffen bestehenden Versteifungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungsmaterial aus einem polymeren Material wie Methacrylat-, Acrylat- und Methacylatester-Polymeren und -Copolymeren besteht, welche polare Funktionen und im festen Zustand"klar definierte, im Abstand voneinander befindliche Glas- und sekundäre Übergangspunkte aufweisen, und das polymere Material mit einem Weichmacher gemischt ist, welcher die beiden Übergangspunkte zwecks Schaffung eines kombinierten Ubergangseffekts zusammenbewegt, und die Schicht eine Dicke von wenigstens 0,25 mm auf weist.

2. Dämpfungsmaterialschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht ausreichend dick ist, um in einem Tempeaturbereich von 20 - JO⁰C einen Verlustfaktor von 0,1 oder mehr zu bewirken.

j5. Dämpfungsmaterialschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das polymere Material zwischen einengenden Versteifungsschichten angeordnet 1st.

4. Dämpfungsmaterialschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere Polymethylmethacrylat, Folymethaorylsäure oder Polyäthylmethacrylat ist.

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5. Dämpfungsmaterialschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere ein Copolymeres eines Homologen der Methacrylatreihe und Styrol ist.

6. Dämpfungsmaterialschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere ein Copolymeres von Homologen der Methacrylatreihe ist, welches Glas- und sekundäre Übergangspunkte innerhalb von 121⁰C voneinander aufweist.

7. Dämpfungsmaterialschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllstoff zugesetzt ist, welcher dem Material Steifheit verleiht.

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