DE3042352A1 - Selbsttragendes kunststoffschwermaterial fuer die schallisolation - Google Patents

Description

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Es sind bereits hochgefüllte Kunststoffschwerfolien bekannt, welche sich insbesondere zur Schalldämmung eignen. Sie dienen zum Auskleiden der Gehäuse von schallerzeugenden Maschinen sowie zur Schallisolierung des Innenraums von Kraftfahrzeugen. Aufgrund des verhältnismäßig hohen Gewichtes und der guten Schalldämmeigenschaften lassen sich bereits mit relativ geringen Schichtdicken sehr gute akustische Ergebnisse erzielen.

Aus der DE-PS 19 4o 838 ist eine Kunststoffschwerfolie bekannt, welche neben 6o bis 9o Gew.% schweren anorganischen Füllstoffen 1o bis 4o Gew.% eines Ethylen/Vinylacetatmischpolymeren (EVA) mit einem Vinylacetatgehalt von 1o bis 45 Gew.% als organisches Bindemittel enthält. Dieses Material ist bei üblichen Temperaturen selbsttragend, so daß daraus beispielsweise durch Tiefziehen vorgeformte Teile zur Auskleidung von Maschinen bzw. Kraftfahrzeugen hergestellt werden können. Bei Temperaturen oberhalb von etwa 11o C besteht allerdings keine Formstabilität mehr, so d.aß dann ein temperaturbeständiger Träger, beispielsweise ein Blech, zur Stabilisierung erforderlich ist. An stark geneigten bzw. senkrecht stehenden Flächen kann dieses Material derartigen höheren Temperaturen nicht mehr ausgesetzt werden. Auch der in der DE-PS vorgeschlagene Zusatz von bis zu etwa 1o Gew.% eines Harzes, z.B. eines Phenol/Formaldehydharzes, bringt keine ausreichende Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit.

Mit Hilfe anderer Bindemittel hat man eine Erhöhung der Wärmef ormbe st ändigk'eit auf Temperaturen von etwa 14o bis max. 165°C erreicht, beispielsweise durch Verwendung von Ethylen/Propylen/Dien-Terpolymerkautschuk (EPDM) im Gemisch mit Polyolefinen gemäß der GB-PS 15 31 37o und/oder Ethylen/Vinylacetatcopolymeren (EVA) gemäß der DE-OS 23 19 431. Gegenüber den Materialien auf Basis von EVA müssen dabei hinsichtlich der akustischen Eigenschaften allerdings Einbußen in Kauf genommen werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein für die Schalldämmung und -dämpfung geeignetes Kunststoffschwermaterial mit relativ hohem spezifischen Gewicht zu schaffen, welches in" den wesentlichen akustischen Eigenschaften den unter Verwendung von EVA als Bindemittel hergestellten Materialien ebenbürtig ist, jedoch noch bei Temperaturen von 18o C und darüber, d.h. in dem Bereich von etwa 18o bis 21 ο C, gute Wärmeformbeständigkeit zeigt. Für ein solches Material besteht aus verschiedenen Gründen ein erhebliches Bedürfnis. Zum einen gibt es Anwendungen, bei welchen das Material sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sein kann und demgemäß einer solchen Belastung standhalten muß; dies gilt beispielsweise für eine Anwendung im Motorraum eines Kraftfahrzeuges und/oder in der Nähe von dessen Auspuffsystem. Noch wichtiger ist die Forderung der Automobilindustrie nach einem Material, welches bereits vor der Grundierung bzw- Lackierung der Karosserie eingebaut werden

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kann und das die beim anschließenden Einbrennen der Grundierung oder Lackierung in den Trocknungsanlagen auftretenden Temperaturen in der Größenordnung von etwa 2oo°C auszuhalten vermag.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein selbsttragendes KunststoffSchwermaterial für die Schallisolation, d.h. die Luftschalldämmung und gegebenenfalls die Körperschalldämpfung, welches ein spezifisches Gewicht von etwa 1,6 bis 2,5 g/cm aufweist und bei Temperaturen zwischen 18o und 21o C wärmeformbeständig ist. Es handelt sich um ein Material auf Basis einer Grundmischung aus 5o bis 9o Gew.% anorganischen Füllstoffen und 1o bis 5o Gew.% eines organischen Bindemittels, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das Bindemittel

Ethylen/Propylen/Dien-Terpolymerkautschuk (EPDM) und/oder Ethylen/Propylen-Copolymerkautschuk (EPM) und Polyamid in einem Gewichtsverhältnis von EPDM und/oder EPM zu Polyamid von o,75:1 bis 2,25:1 enthält.

Gemäß Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Aufl. 1963, Bd. 14, Seite 7o sind Polyamide mit anderen Polymeren oder sonstigen Stoffen nur wenig verträglich, wobei solche Kombinationen wegen verschlechterter mechanischer Eigenschaften auch kaum technische Vorteile bieten. Um so überraschender war es, daß sich Polyamide mit EPDM- und/oder EPM-Kautschuk und gleichzeitig mit einer ungewöhnlich hohen Menge an anorganischen Füllstoffen vermischen lassen und daß man auf diese Weise ein Material erhält, welches nicht nur ausgezeichnete Wärmeformbeständigkeit, sondern gleichzeitig hervorragende akustische

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Eigenschaften zeigt.

Das Gewichtsverhältnis von EPDM-Kautschuk zu Polyamid liegt erfindungsgemäß vorzugsweise zwischen 1:1 und 2:1, wobei die Wärmeformbeständigkeit mit steigendem Polyamidgehalt von etwa 18o auf etwa 21 ο C ansteigt. Durch Legieren von Ethylen/Vinylacetat-Mischpolymeren (Vinylacetatgehalt etwa 1o bis 5o, vorzugsweise 2o bis 45%) mit Polyamid lassen sich nur Werte bis zu etwa 18o°C erreichen.

Als EPDM-Kautschuk finden vorzugsweise Typen mit einer Mooney-Viskosität ML 1+4 (1oo°C) unter 1oo, insbesondere zwischen 25 und 9o, vor allem zwischen 25 und 5o, beispielsweise von etwa 35 Verwendung. Besonders geeignet sind solche EPDM-Typen, welche als Dienkomponente Dicyclopentadien oder 1,A-Hexadien oder besonders bevorzugt 5-Ethylidennorbornen enthalten. Die besten Ergebnisse wurden mit EPDM-Sequenzpolymeren erhalten, welche sich durch längere Folgen von Ethyleneinheiten in der Polymerkette auszeichnen. Die bevorzugten EPDM-Po lyrner en besitzen bei Raumtemperatur und bei höheren Temperaturen eine hohe bis mittlere Polymerrohfestigkeit ("green strength"). Es können sowohl höhermolekulare als auch niedermolekulare EPDM-Kautschuktypen Verwendung finden, wobei für die Auswahl jeweils Kriterien der Weiterverarbeitung wichtig sind: Für eine Verarbeitung mittels Spritzguß eignen sich insbesondere niedermolekulare Produkte. Für die Auswahl geeigneter EPM-Polymerer gilt das vorstehend für EPDM Gesagte sinngemäß.

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Polyamide im Sinne der Erfindung sind sowohl lineare Polykondensate von Lactamen als auch Polykondensate aus Diaminen und Dicarbonsäuren. Zu ersteren zählen die Kondensate von Lactamen mit 6 bis 12 Kohlenstoffatomen, von denen das 6-Polyamid besonders bevorzugt ist. Zu den letzteren gehören z.B. 6,6-, 6,8-, 6,1ο-, 6,12- und 8,8-Polyamid sowie Polyamide aus aliphatischen Diaminen und aromatischen Dicarbonsäuren. Geeignet sind für die Zwecke der Erfindung in erster Linie Polyamide mit einer Erweichungstemperatur unter 25o C, insbesondere bis zu 22o°C, vor allem 6-Polyamid.

Die erfindungsgemäßen KunststoffSchwermaterialien können gegebenenfalls noch weitere Bestandteile enthalten, welche die Verarbeitung erleichtern oder die Alterungsbeständigkeit verbessern, vorausgesetzt, daß dadurch die Wärmeformbeständigkeit nicht zu stark sinkt. Beispielsweise kann das Fließverhalten der Mischungen durch einen Zusatz von Polyolefinen wie Polyethylen oder insbesondere Polypropylen verbessert werden, wobei jedoch in der Regel Zusatzmengen von mehr als 3 Gew.%, bezogen auf das organische Bindemittel, bereits zu einer zu großen Beeinträchtigung der Wärmeformbeständigkeit führen. Ferner können Ethylen/Vinylacetat-Mischpolymere, vorzugsweise solche mit weniger als 5o Gew.% Vinylacetat, zugesetzt werden. Größere Mengen von mehr als 1o%, bezogen auf das Bindemittel, führen jedoch zu einer Beeinträchtigung der Wärmeformbeständigkeit,

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen KunststoffSchwermaterialien finden die üblichen anorganischen bzw. mineralischen feinteiligen

Füllstoffe Verwendung, wobei diese hinsichtlich ihres spezifischen Gewichtes so ausgewählt bzw. miteinander gemischt werden, daß das fertige Material ein spezifisches Gewicht zwischen etwa 1,6 und 2,5 g/cm erreicht. Besonders bevorzugt ist Schwerspat (Bariumsulfat); ferner sind Kreide, Glimmer, Schiefermehl, Asbestmehl, Ruß oder Bleierze oder deren Gemische miteinander bzw. mit Schwerspat geeignet.

Zur Herstellung der KunststoffSchwermaterialien der Erfindung ist eine innige Vermischung der Bindemittelbestandteile sowie des Bindemittels mit den Füllstoffen eine wichtige Voraussetzung. Dazu werden bei erhöhten Temperaturen arbeitende Mischvorrichtungen mit einem beträchtlichen Schergefälle benötigt, z.B. Mischwalzwerke, Papenmeier-Mischer oder Zweischnecken-Extruder. Eine geeignete Vorrichtung ist beispielsweise ein Zweischnecken-Extruder der Firma Werner & Pfleiderer, Stuttgart, mit einem Schneckendurchmesser von 53 mm und einem Abstand zwischen Schneckenkamm und Gehäusewand von o,2 bis o,4 mm. Bei T5o Umdrehungen/Min, wird ein Schergefälle von etwa 1ooo bis 2ooo see. erreicht. Die Mischtemperatur ist u.a. vom Erweichungspunkt des verwendeten Polyamids abhängig und liegt in der Regel zwischen etwa 22o und 25o C.

In der Regel, insbesondere aber bei Verwendung von niedermolekularem EPDM-Kautschuk lassen sich aus dem erfindungsgemäßen Kunststoffschwermaterial Formteile mittels Spritzguß herstellen. Es ist jedoch auch möglich, mit Hilfe eines

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Extruders unter genauer Kontrolle der Temperatur ein bahnförmiges Material der gewünschten Schichtdicke zu erzeugen und dieses anschließend in der Wärme, beispielsweise durch Vakuumverformung, zu den benötigten Formteilen zu verarbeiten.

Die bevorzugte Schichtdicke des Materials für die Geräuschbekämpfung beträgt etwa 2 bis 8, vorzugsweise 3 bis 5 mm. Eine weitere Verbesserung der Schalldämpfung von Strukturen aus Blech, z.B. Maschinengehäusen oder Kraftfahrzeugkarosserien, kann man dadurch erreichen, daß man das Kunststoffschwermaterial nicht direkt auf das Blech aufbringt, sondern in an sich bekannter Weise (vergl. DE-PS 2o 64 445) eine Federschicht aus Schaumstoff zwischen dem Blech und der Schwerschicht anordnet. Demgemäß ist es möglich, das erfindungsgemäße Kunststoffschwermaterial auf der Unterseite mit Schaumstoff, z.B. aus Polyurethan oder vernetztem Polyethylen, zu kaschieren. Wenn gleichzeitig auch eine Körperschalldämpfung angestrebt wird, dann kann der Schaumstoff gemäß der DE-OS 25 26 325 mit einer viskoelastischen Masse getränkt werden, wobei es gemäß der DE-OS 27 32 483 besonders günstig ist, den Schaumstoff bereichsweise mit unterschiedlichen Mengen und/oder Arten viskoelastischer Masse zu tränken, um eine optimale Dämpfung nur in den Bereichen erhöhter Körperschallemission zu erreichen. Gegebenenfalls kann die akustische Federschicht auch aus einem Faservliesmaterial bestehen, welches auf die Unterseite des Kunststoff schwerinaterials aufgebracht ist.

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Für eine Verwendung des Kunststoffschwermaterials zur Auskleidung des Fahrgastraumes von Kraftfahrzeugen kann dessen Außenseite eine optisch ansprechende Struktur, d.h. eine geeignete Musterung oder Narbung erhalten. Andererseits ist es auch möglich, die Außenseite des Materials mit einer Teppichbeschichtung zu kaschieren, so daß sich das Material zur Auskleidung des Kraftfahrzeugbodens besonders eignet.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die nachfolgenden Beispiele dienen, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.

Beispiel 1

Unter Verwendung von 6-Polyamid (6-PA) mit einer Erweichungstemperatur von 22o°C (Ultramid der BASF AG, Ludwigshafen) und einem Ethylen/Propylen/Ethylidennorbornen-Kautschuk (EN-EPDM) vom Sequenztyp mit einer Mooney-Viskosität ML 1+4 (1oo C) von 3_5 (Buna AP 147 der Chemischen Werke Hüls, Mari) wurden die folgenden Kunststoffschwermaterialien, hergestellt (Angaben in Gewichtsteilen) :

	A	B	C
6-PA	16	13	11
EN-EPDM	14	17	19
Schwerspat	7o	7o	7 ο

Die beiden Bindemittelbestandteile wurden jeweils bei 22o C in einem Mischwalzwerk innig miteinander vermischt und an-

schließend mit dem Füllstoff versetzt. Es wurden Platten von jeweils 3 bis 3,5 mm Dicke hergestellt. Das Material wies ein

3 spezifisches Gewicht von etwa 2,o g/cm auf, so daß ein Flächen-

gewicht von etwa 6 bis 7 kg/m erreicht wurde.

Zur praxisgerechten Prüfung der Wärmeformstabilität wurden jeweils 2o mm breite Streifen der zu testenden Materialien so eingespannt, daß ein 1oo mm langer Streifen senkrecht stehend aus der Spannvorrichtung frei herausragte. Die Temperatur wurde in einem Umluftofen jeweils stufenweise alle 3o Min. um 1o°C gesteigert, bis der Streifen sich biegt und schließlich umkippt. Bewertung:

i.O. =Streifen steht senkrecht

fast i.O. =Streifen neigt/krümmt sich nicht i.O. ^Streifen kippt ab.

Dieser Test simuliert im Labor die Wärmestandfestigkeit relativ steifer vorgeformter akustischer Isolierteile für Karosserien, welche später in vertikaler oder stark geneigter Position bei hoher Temperatur Lackeinbrennöfen durchlaufen sollen.

Material A war bei 21 ο C i.O.; Material B war bei 2oo C i.O.; Material C bei 2oo°C fast i.O. und bei 19o°C i.O.

Beispiel 2

Zum Vergleich wurden zwei KunststoffSchwermaterialien aus EPDM-Kautschuk und Polyolefin hergestellt, wie sie z.Zt. in

der Praxis Verwendung finden, und mit dem erfindungsgemäßen Material hinsichtlich wesentlicher Eigenschaften verglichen:

	Y	2	55	64
EN-EPDM	7,	8	13,
Polypropylen	16,		-"	91
Niederdruck-Polyethylen	-	O	1o,	45
Mineralöl	6,		5,
Schwerspat	7o	7o

Ein Vergleich mit dem Material C des Beispiels 1 ergab folgende Meßwerte:

•ir VA' _ *" ** ·

ί	2.ο	1,9	1,9
2 Sppz.Gew. in g/cm	3,5	3,5	3,5
Dicke in min
Bi egefähigkeit bei 2o C um Dorn	19	8	2
ϊ η mm . ohne Bruch	o,3 o,35 o,15	o, 3 o, 25 o,12	o, 25 o, 18 o,o9
Dämpfung (Verlustfaktor d) im Sandwich bei 2o°C 4o°C 6o°C

Warmeformstabilität
im Streifen-Stehtest

bei	i.O.	i.O.	i.O.
9o°C	i.O.	i.O.	n.i.O.
loo°C	i.O.	i.O.	n.i.O.
12o°C	i.O.	i.O.	n.i.O.
14o°C	i.O.	fast i.O.	n. i.O.
3 6o°C	i.O.	n.i.O.	n.i.O.
18o°C	fast i.O.	n.i.O.	n.i.O.
2oo°C
Verbesserung der
Schalldämmung
auf 1 mm Blech im
Apamat (Mittelwert)	11	lo,5	11
in dB
(loo bis Io ooo Hz)

l)Nach Erichsen

2)Mit einer 7 mm dicken Zwischenschicht aus PU-Schaumstoff mit viskoelastischer Tränkmasse

3)gemäß Beispiel 1

- 15-

Die obigen Meßergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Kunststoffscbwermaterial den Materialien des Standes der Technik akustisch zumindest ebenbürtig ist, jedoch eine weit überlegene Wärmeformstabilität besitzt, welche ganz neue Anwendungsgebiete erschließt und es beispielsweise ermöglicht, Formteile bereits vor der Lackierung in ein Kraftfahrzeug einzubauen und^ dieses anschließend bei Temperaturen bis zu 2oo C durch eine Trockenanlage zu schicken.

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OR(GINAL INSPECTED

Claims (7)

1. Patentansprüche

   XJ- Selbsttragendes, gegebenenfalls ein- oder beidseitig kaschiertes Kunststoffschwermaterial mit einem spezifischen Gewicht von etwa 1,6 bis 2,5 g/cm für die Schalldämmung und -dämpfung auf Basis einer Grundmischung aus 5o bis 9o Gew.% anorganischen Füllstoffen und 1o bis 5o Gew.% eines organischen Bindemittels, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Ethylen/Propylen/Dien-Terpolymerkautschuk (EPDM) und/oder Ethylen/Propylen-Copolymerkautschuk (EPM) und Polyamid in einem Gewichtsverhältnis von EPDM und/oder EPM zu Polyamid von o,75:1 bis 2,25:1 enthält.
2. 2. Kunststoffschwermaterial gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von EPDM und/oder EPM zu Polyamid zwischen 1:1 und 2:1 liegt.

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3. 3. Kunststoffschwermaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das EPDM eine Mooney-Viskosität ML 1+4 (1oo C) zwischen 25 und 9o, vorzugsweise zwischen 25 und 5o aufweist.
4. 4. Kunststoffschwermaterial nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das EPDM ein Sequenzpolymer ist.
5. 5. Kunststoffschwermaterial· nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyamid eine Erweichungstemperatur unter 25o C, vorzugsweise bis zu 22o C aufweist.
6. 6. Kunststoffschwermaterial· nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es, bezogen auf das organische Bindemittel·, bis zu 3 Gew.% Polyolefine, insbesondere Polypropylen enthält.
7. 7. Kunststoffschwermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es auf der Unterseite iait einer als akustischer Federschicht dienenden Schaumstoff- oder Faservliesschicht kaschiert ist.

   B. Kunststoffschwermaterial· nach einem aar Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es auf der Außenseite eine Teppichbeschichtung auf v/ei st.

   y. Verwendung des Kunststoffscnwermaterials comäo den Ansprüchen 1 bis 8 oder eines daraus durch Spritzguß bzw.

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   RAD ORIGINAL

   durch Extrusion und anschließende Vakuumverformung hergestellten Formteils zur Luftschalldämmung und Körperschall ldämpfung bei Kraftfahrzeugen und Maschinc?naehäusen.

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