DE69820676T2

DE69820676T2 - Vibrationsdämpfendes verbundmaterial

Info

Publication number: DE69820676T2
Application number: DE69820676T
Authority: DE
Inventors: John Todd; S. Robert BOYD; J. Melvyn CARE
Original assignee: Collins & Aikman Products Co Charlotte; Collins and Aikman Products Co
Current assignee: International Automotive Components Group North America Inc
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1998-10-05
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2018-10-06
Also published as: WO1999024290A1; EP1034090B1; CA2309983A1; EP1034090A1; AU9600498A; JP2001522751A; US6790520B1; JP3933393B2; DE69820676D1; ATE256578T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Erschütterungsdämpfungslaminat bzw. Schwingungsdämpfungslaminat und insbesondere ein Schwingungsdämpfungslaminat zur Verwendung im Fahrzeuginnenraum.
Die Isolierung in Fahrzeugen, speziell Pkw und Lkw, ist ein grundlegendes Anliegen von Autoherstellern insofern, als "leise" Autos immer populärer werden. Üblicherweise werden Schallisolierungspolster auf den Oberflächen der Karosserie, z. B. auf dem Boden, im Dach, auf der Heizungswand und dergleichen angebracht. Mit dem Isolierungspolster wird beabsichtigt, Geräusche zu dämpfen und Schwingungen zu verringern, die durch die Fahrzeugbewegung, den Motorbetrieb und alle sich bewegenden Teile verursacht werden.
Im Allgemeinen kann die Isolierung in Schallisolierung, Schallabsorption, Schwingungsdämpfung und Schwingungsisolierung untergliedert werden. Die Schallisolierung wird typischerweise durch das Abfangen von Schallwellen auf ihrem Übertragungsweg vollzogen, so dass ein übertragener Schallpegel geringer als ein Anfangsschallpegel ist. Materialien, die imstande sind, die Schallenergie zu verringern, sind als Schallisolierungsmaterial, dessen Verhalten durch Oberflächendichte, Biegefestigkeit und inneren Schwund bestimmt wird, einsetzbar. In einem gegebenen Frequenzbereich führt ein höheres Gewicht zu einem größeren Schallisolierungseffekt. Deshalb ist es anerkannt, Harzgemische mit hoher Dichte, in die große Mengen an Metallpulver, Calciumcarbonat, Glasfasern und anderen Füllstoffen eingemischt sind, zu verwenden. Es ist außerdem anerkannt, ein geschäumtes Material mit Asphalt zu imprägnieren, wie z. B. in der japanischen Patentanmeldung No. 18538/1986 beschrieben.
Die Schallabsorption wird durch die Absorption der Schwingungsenergie des Schalls als Wärmeenergie durch Nutzung des Viskositäts- oder Reibungswiderstandes eines großporigen Materials realisiert, so dass die Reflexion der Schallwellen minimiert wird. Beispiele für derartige Materialien schließen offenzellige Schaumstoffe, Glasfaserstoff, Asbest und dergleichen ein.
Die Schwingungsdämpfung wird typischerweise durch Absorbieren der Energie der Schwingungen oder Geräusche, die durch das Material übertragen werden, als Wärmeenergie vollzogen, umgewandelt als Folge der Deformation beim Scheren oder Komprimieren des Materials. Das Schwingungsdämpfungsmaterial sollte vorteilhaft einen hohen Verlustfaktor und ein hohes Elastizitätsmodul aufweisen. Das Schwingungsdämpfungsmaterial wird normalerweise nach Befestigung oder Beschichtung auf den Schwingungsplatten verwendet. Zwei Typen der Dämpfung sind bekannt, die einen Widerstandstyp, wobei eine Platte auf dem Schwingungsdämpfungsmaterial befestigt wird, und einen Nichtwiderstandstyp, wobei keine Platte verwendet wird, einschließen. Typisch für den Widerstandstyp sind schwingungsdämpfende Stahlbleche oder -platten unterschiedlicher Typen. Andere Schwingungsdämpfungsmaterialien schließen Harze ein, in denen große Mengen an Teilchen wie Ferrite, Metalle, Keramik, verschiedene Flocken, z. B. Talk, Glimmer und dergleichen, und verschiedene Fasem wie Wollastonit und Glasfasern enthalten sind.
EP0027945 offenbart eine Verbundschicht, welche mindestens drei Lagen enthält und welche die Schalldämpfung unterstützen kann, wenn sie auf Metallkonstruktionen aufgeklebt wird. Das Schwingungsdämpfungslaminat in EP0027945 ist für den Kfz-Einsatz geeeignet und umfasst: eine Polyurethanschaum-Abstandsschicht mit einem Elastizitätsmodul von 1000 N/cm² bis 10 000 N/cm², wobei die Polyurethan-Abstandsschicht einander gegenüberliegende erste und zweite Flächen hat; eine Folienhalteschicht, die an der ersten Fläche der Polyurethanschaum-Abstandsschicht mit einer dazwischen liegenden viskoelastischen Klebstoffschicht klebend befestigt ist; eine Schicht, die auf der zweiten Fläche der Polyurethanschaum-Abstandsschicht angeordnet ist; eine Ablöseschicht, die auf der zuletzt erwähnten Schicht angeordnet ist.
Obwohl derartige Verfahren bekannt sind, bleibt die Forderung nach Verbesserungen auf den Gebieten der Schall- und Schwingungsdämpfung. Außerdem ist der Bedart an derartigen Verfahren, bei denen leichte Materialien eingesetzt werden, ohne übertrieben teuer zu sein, entscheidend geworden.
Es ist ein Ziel der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die vorstehend erwähnten Problem wenigstens teilweise zu lösen.
Erfindungsgemäß wird ein Schwingungsdämpfungslaminat für den Kfz-Einsatz zur Verfügung gestellt, umfassend:
eine Polyurethanschaum-Abstandsschicht mit einem Elastizitätsmodul von 6,89 N/cm² bis 206 842,72 N/cm² (10 bis 300 000 psi) und einer Stärke von etwa 0,25 cm bis 2,54 cm (0,1 inch bis 1,0 inch), wobei die Polyurethan-Abstandsschicht einander gegenüberliegende erste und zweite Flächen hat;
eine Folienhalteschicht, die an der ersten Fläche der Polyurethanschaum-Abstandsschicht mit einer dazwischen liegenden viskoelastischen Klebstoffschicht klebend befestigt ist, wobei die Folienhalteschicht Aluminiumfolie umfasst und eine Stärke zwischen 0,0025 cm und 0,025 cm (etwa 0,001 inch bis 0,01 inch) aufweist;
eine Haftkleberschicht, die auf der zweiten Fläche der Polyurethanschaum-Abstandsschicht angeordnet ist;
eine Ablöseschicht, die auf der Haftkleberschicht angeordnet ist;
eine dekorative Gewebeschicht, die an der Folienhalteschicht befestigt ist;
wobei die Konturen von Haftkleberschicht und Ablöseschicht so gestaltet sind, dass sie zu einem Profil eines Fahrzeugteils passen; und wobei das Laminat eine ausreichende Schersteifigkeit hat, so dass die viskoelastische Klebstoffschicht im Wesentlichen die gesamte Scherbelastung erfährt, wenn das Laminat Scherkräften ausgesetzt ist.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Schwingungsdämpfungslaminat zur Verfügung, das leicht ist und besonders gute Schallisolierungs- und Schwingungsdämpfungseigenschaften aufweist. Das Schwingungsdämpfungslaminat umfasst eine Folienhalteschicht, eine viskoelastische Schicht, eine Schaumstoff-Abstandsschicht und eine Haftkleberschicht einschließlich einer Ablöseschicht. Die Konturen von Haftkleberschicht und Ablöseschicht sind so gestaltet, dass sie zu einem Profil des Gegenstandes passen, der isoliert und schwingungsgedämpft werden soll wie z. B. eine Bodenwanne eines Fahrzeuginnenraums. Eine dekorative Gewebeschicht kann auf der Folienhalteschicht angebracht oder auf diese geklebt werden. Eine besonders geeignete Gewebeschicht ist eine Teppichtschicht mit oder ohne Rückenverstärkung. Das Gesamtgewicht des Laminats ist gering, und das Gesamtgewicht des Fahrzeugs kann im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen zur Schall- und Schwingungsdämpfung um etwa 10 bis 15 kg (20 bis 30 pounds) verringert werden.
Einige der Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind dargelegt worden, weitere werden in der Fortsetzung der Beschreibung erscheinen, wenn sie in Verbindung mit den angefügten Zeichnungen betrachtet werden, wobei
1 eine vergrößerte Schnittansicht ist, die durch einen Teil des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungslaminats vorgenommen wurde, wobei die dekorative Gewebeschicht nicht gezeigt ist;
2 eine stark vergrößerte Schnittansicht ist, die durch einen Teil des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungslaminats vorgenommen wurde;
3 ist eine grafische Darstellung der Ergebnisse des Oberst-Beam-Tests gemäß einem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfungslaminat und gemäß Beispiel 1.
Speziell Bezug nehmend auf die Zeichnungen und insbesondere 1 und 2 bezeichnet die Referenzzahl 10 das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungslaminat. Das Schwingungsdämpfungslaminat 10 umfasst eine Halteschicht 15, eine viskoelastische Schicht 20, eine Schaumstoff-Abstandsschicht 25 und eine Haftkleberschicht 30 einschließlich einer Ablöseschicht 35.
Die Halteschicht 15 dämpft Schwingungen durch Scherdeformation. Die Halteschicht 15 ist ein Material, das eine genügende Steifigkeit aufweist, um Scheren in der viskoelastischen Schicht 20 zu induzieren, ohne selbst übermäßige Dehnung zu erfahren. Geeignete Halteschichten sind dünn und typischerweise Folien aus unterschiedlichen Materialien. Beispielsweise können Aluminium, Papier (z. B. Karton, Pappe unter der Bedingung, dass sie wasserfest sind), Kunststoff, Nylon und dergleichen verwendet werden. Eine bevorzugte Halteschicht 15 ist eine Alumininiumfolieschicht. Die Halteschicht hat typischerweise eine Stärke von etwa 0,00254 bis 0,0254 cm (0,001 bis 0,010 inch) und bevorzugt von etwa 0,0076 bis 0,0127 cm (0,003 bis 0,005 inch).
Die viskoelastische Schicht 20 ist ein Material, das Scheren zulässt. Es können unterschiedliche Polymere verwendet werden, wobei deren Auswahl dem Fachmann überlassen wird. Bevorzugt weisen die Polymere ihnen innewohnende Hafteigenschaften auf, obwohl einer nicht haftfähigen viskoelastischen Polymerschicht durch Beschichten, Spritzen usw. eines geeigneten Klebstoffs auf die viskoelastische Schicht Hafteigenschaften verliehen werden können. Geeignete Polymere schließen Natur- und Synthesekautschuk, Acrylsäureesterpolymere und -copolymere, z. B. Copolymere mit Styrol, Vinylidenchlorid, Vinylacetatpolymere und -copolymere, Polyvinylalkylether, wasserdispergierbare Polyurethane, und Copolymere von Butadien mit Styrol, Acrylnitril oder Methylmethacrylat ein. Geeignete Acrylsäureester schließen Alkylacrylate und -methacrylate, z. B. Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Isopropylacrylat, Butylacrylat, tert-Butylacrylat, Hexylacrylat, Heptylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Decylacrylat, Dodecylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Butylmethacrylat und dergleichen ein. Acrylsäureester von nichttertiären Alkoholen können auch mit Alkoholen, die z. B. 2-Methylbutanol, 3-Methylbutanol, 2-Ethylbutanol, 4-Methylpentanol, 2-Propylpentanol, n-Hexanol, 2-Methylhexanol, 4-Methylhexanol, 2-Hexanol, 2-Ethylhexanol, 4-Ethylhexanol, 4-Methyl-2-pentanol, 2,3,4-Triethylhexanol, 2-Ethyl-3-methylhexanol, 2-Heptanol, 3-Heptanol, 3-Methylheptanol, 2-Ethylheptanol, 2-Methyl-4-ethylheptanol, n-Octanol, Isooctanol, n-Decanol, n-Dodecanol, 10-Chlordecanol und 6-Methoxyhexanol einschließen, verwendet werden.
Die Schaumstoff-Abstandsschicht 25 wird verwendet, um die Folienhalteschicht von der Basiskonstruktion, d. h. der Fahrzeugkarosserie, getrennt zu halten. Vorzugsweise weist die Schaumstoff-Abstandsschicht 25 eine ausreichende Schersteifigkeit auf, dass das viskoelastische Dämpfungsmaterial (viskoelastische Klebstoffschicht 20) die gesamte Scherbelastung erfährt. Bevorzugt hat der Schaumstoff ein Biegemodul von 6,89 bis 206 842,72 N/cm² (etwa 10 bis 300 000 psi). Geeignete Schaumstoffe schließen Polyurethan, PVC, Polyethylen, Polypropylen, EPS, EPP, Polyamide, Polyimide, Melamin und dergleichen ein. Polyurethanschaum wird wegen seines niedrigen Preises, seines geringen Gewichts und seiner Gefügesteifigkeit bevorzugt. Ein bevorzugter spezieller Polyurethanschaum ist von Foamex Canada, Toronto, Ontario erhältlich. Ein weiterer geeigneter Polyurethanschaum ist im US-Patent No. 4,508,774 von Grabhoefer et al. beschrieben. Die Schaumstoffdicke beträgt vorzugsweise 0,127 bis 2,54 cm (etwa 0,05 bis 1,0 inch) und stärker bevorzugt etwa 0,51 bis 1,524 cm (0,20 bis 0,60 inch).
Viele verschiedene Klebstoffe können für die Haftkleberschicht 30 verwendet werden. Vorzugsweise ist die Haftkleberschicht 30 wieder entfernbar. Die Klebstoffschichten können aus denselben Polymeren wie die viskoelastische Klebstoffschicht 20 oder anderen Polymeren bestehen. Diese Materialien können Natur- und Synthesekautschuk, Acrylsäureesterpolymere und -copolymere, z. B. Copolymere mit Styrol, Vinylidenchlorid, Vinylacetatpolymere und -copolymere, Polyvinylalkylether, wasserdispergierbare Polyurethane, und Copolymere von Butadien mit Styrol, Acrylnitril oder Methylmethacrylat einschließen. Geeignete Acrylsäureester schließen Alkylacrylate und -methacrylate, z. B. Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat, Isopropylacrylat, Butylacrylat, tert-Butylacrylat, Hexylacrylat, Heptylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Decylacrylat, Dodecylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylmethacrylat, n-Butylmethacrylat und dergleichen ein. Acrylsäureester von nichttertiären Alkoholen können auch mit Alkoholen, die z. B. 2-Methylbutanol, 3-Methylbutanol, 2-Ethylbutanol, 4-Methylpentanol, 2-Propylpentanol, n-Hexanol, 2-Methylhexanol, 4-Methylhexanol, 2-Hexanol, 2-Ethylhexanol, 4-Ethylhexanol, 4-Methyl-2-pentanol, 2,3,4-Triethylhexanol, 2-Ethyl-3-methylhexanol, 2-Heptanol, 3-Heptanol, 3-Methylheptanol, 2-Ethylheptanol, 2-Methyl-4-ethylheptanol, n-Octanol, Isooctanol, n-Decanol, n-Dodecanol, 10-Chlordecanol und 6-Methoxyhexanol einschließen, verwendet werden.
Ein für beide Schichten besonders bevorzugter Klebstoff ist Flexcryl 1625, erhältlich von Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, Pennsylvania, und ist ein Acryl mit hohem Feststoffanteil auf Wasserbasis. Die Stärke der viskoelastischen Klebstoffschicht 20 beträgt etwa 0,013 bis 0,025 cm (0,005 bis 0,010 inch). Die Stärke der Haftkleberschicht 30 beträgt etwa 0,013 bis 0,025 cm (0,005 bis 0,010 inch).
Die Haftkleberschicht 30 schließt eine Ablöseschicht 35 ein. Die Ablöseschicht schützt den Klebstoff vor Schmutz und dergleichen und bewahrt die Klebrigkeit der Klebstoffschicht 30 vor der Verwendung. Geeignete Ablöseschichten schließen lineares Polyethylen niedriger Dichte, Polypropylen und wachs- oder silikonbeschichtetes Kraftpapier und dergleichen ein. Die besonders bevorzugte Ablöseschicht 35 umfasst lineares Polyethylen niedriger Dichte, beziehbar von Fox River Associates.
Wie 2 zeigt, kann das Schwingungsdämpfungslaminat 10 eine dekorative Gewebeschicht enthalten. Die dekorative Gewebeschicht kann ein Gewebe oder Vlies des im Allgemeinen im Fahrzeuginnenraum verwendeten Typs sein. Beispielsweise kann die Schicht Teppich mit oder ohne Rückenverstärkungsschicht sein.
Das Schwingungsdämpfungslaminat kann unter Verwendung herkömmlicher Verfahren hergestellt werden. In einem Thermoformverfahren z. B. kann ein Schaumstoff-Abstandsschicht-Formteil einer vorgegebenen Abmessung durch einen Curtain-Beschichter geführt werden, um die viskoelastische Schicht 20 aufzubringen. Der Klebstoff wird gehärtet (z. B. unter Verwendung eines Ofens). Die Halteschicht wird befestigt. Die Schaumstoff-Abstandschicht/viskoelastische Schicht werden übereinander geschichtet und anschließend vor dem Thermoformen unter Verwendung einer Form oder eines Werkzeugs vorgewärmt. Die miteinander verbundene Ablöseschicht/Haftschicht wird in die Form oder das Werkzeug gelegt, die Schaumstoff-Abstandsschicht/viskoelastische Schicht gegenüberliegend dazu angeordnet und das Ganze zur gewünschten Form gepresst.
Das Schwingungsdämpfungslaminat 10 kann außerdem unter Verwendung eines Polyurethan-Spritzgussverfahrens geformt werden. Das Laminat 10 wird geformt, so dass das Produkt, insbesondere die Haftkleberschicht 30, entsprechend der Kontur des Gegenstandes, auf dem das Laminat 10 angebracht wird, geformt wird. Bei der Ausführung wird die Haftkleberschicht einschließlich der Ablöseschicht 35 auf einer profilierten Formhälfte angeordnet, und die Folienhalteschicht 15 und die dekorative Gewebeschicht 45 werden in Richtung der flachen Formhälfte angeordnet. Ein Vakuum wird erzeugt, um die Haftkleberschicht 30 und die Ablöseschicht 35 anzuziehen, um sie der profilierten Formhälfte anzupassen. Der Schaum wird durch eine Einspritzöffnung in die Form eingespritzt, um den Hohlraum zu füllen.
Obwohl die Erfindung bezüglich ihrer Anwendung in Fahrzeugen beschrieben wird, ist es selbstverständlich, dass das erfindungsgemäße Schwingungsdämpfungslaminat auch in Eisenbahnen, Flugzeugen, Waschmaschinen, Kühlschränken, Keyboards, Vakuumreinigungsanlagen, Generatoren, Stereoanlagen, Druckern und dergleichen eingesetzt werden kann.
Das folgende Beispiel veranschaulicht eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dem Beispiel und in der gesamten Beschreibung sind alle Teile und prozentualen Anteile, wenn nicht anders angegeben, auf das Gewicht bezogen.
Beispiel
Ein Laminat, das eine 0,005 cm (0,002 inch) dicke Aluminiumfolie A. J. Oster, eine 0,015 cm (0,006 inch) dicke viskoelastische Acrylschicht Air Products 1625, einen 1,27 cm (0,5 inch) dicken Polyurethanschaum Foamex International, eine 0,015 cm (0,006 inch) dicke Acrylhaftkleberschicht Air Products 1625 und eine 0,005 cm (0,002 inch) dicke Ablöseschicht Fox River Associates umfasst, wird zur Verfügung gestellt. Eine Messung nach dem Oberst-Beam-Test gemäß ASTM E-756 wird bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt wie 3 zeigt. Das Schwingungsdämpfungslaminat weist im Vergleich zu herkömmlichen Vorrichtungen zur Dämpfung verbesserte Dämpfungseigenschaften auf.
Obgleich unterschiedliche Ausführungsformen hierin offenbart und beschrieben worden sind, ist es verständlich, dass verschiedene Änderungen und Modifizierungen von den Fachleuten vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung, wie in den folgenden Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims

Erschütterungsdämpfungslaminat (10) für den Kfz-Einsatz, das Folgendes umfasst: eine Polyurethanschaum-Abstandsschicht (25) mit einem Biegeelastizitätsmodul von 6,89 N/cm² bis 206.842,72 N/cm² (10 bis 300.000 psi) und einer Stärke von etwa 0,25 cm bis 2,54 cm (0,1 Zoll bis 1,0 Zoll), wobei die Polyurethanabstandsschicht einander gegenüberliegende erste und zweite Flächen hat; eine Folienhalteschicht (15), die an der ersten Fläche der Polyurethanschaum-Abstandsschicht mit einer dazwischen liegenden viskoelastischen Klebstoffschicht (22) klebend befestigt ist, wobei die Folienhalteschicht Aluminiumfolie umfasst und eine Stärke zwischen 0,0025 cm und 0,025 cm (etwa 0,001 Zoll bis etwa 0,01 Zoll) hat; eine Haftkleberschicht (30), die auf der zweiten Fläche der Polyurethanschaum-Abstandsschicht angeordnet ist; eine Ablöseschicht (35), die auf der Haftkleberschicht angeordnet ist; eine dekorative Gewebeschicht (45), die an der Folienhalteschicht befestigt ist; wobei die Konturen von Haftkleberschicht (30) und Ablöseschicht so gestaltet sind, dass sie zu einem Profil eines Teils eines Fahrzeugs passen; und wobei das Laminat eine ausreichende Schersteifigkeit hat, so dass die viskoelatische Klebstoffschicht im Wesentlichen die gesamte Scherbelastung erfährt, wenn das Laminat Scherkräften ausgesetzt wird.
Erschütterungsdämpfungslaminat (10) nach Anspruch 1, bei dem die Gewebeschicht eine Teppichschicht umfasst.
Erschütterungsdämpfungslaminat (10) nach Anspruch 1, bei dem die Haftkleberschicht (30) einen Acrylklebstoff auf Wasserbasis umfasst.
Erschütterungsdämpfungslaminat (10) nach Anspruch 1, bei dem die viskoelastische Schicht (20) einen Acryl auf Wasserbasis umfasst.
Verwendung eines Erschütterungsdämpfungslaminats (10) nach Anspruch 1 in einem Fahrzeugteil, wobei der Teil eine Bodenwanne des Fahrzeugs umfasst.