PL172699B1

PL172699B1 - Element izolacji akustycznej i termicznej oraz sposób jego wytwarzania PL

Info

Publication number: PL172699B1
Application number: PL93300380A
Authority: PL
Inventors: Stefan Lahner; Manfred Roller
Original assignee: Faist M Gmbh & Co Kg
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1997-11-28
Also published as: HU215772B; HU9302579D0; HUT68467A; CZ193693A3; ES2102566T3; EP0588182A2; DE9212607U1; ATE152851T1; PL300380A1; EP0588182B1; EP0588182A3; CZ282028B6; DE59306374D1

Abstract

1. Element izolacji akustycznej i termicznej o lekkiej bu- dowie, wykonany z jednorodnego, spienionego materialu zawie- rajacego sproszkowane aluminium, wzglednie stop aluminiowy oraz srodek spieniajacy i uformowany z pólfabrykatu podczas procesu podgrzewania, znam ienny tym, ze mieszanka, z której jest wykonany zawiera dodatkowo do 30% sproszkowanego tlenku glinu, przy czym w spienionym m atenale (8) przewazajaca wiekszosc porów ma strukture otwarta 7 Sposób wytwarzania elementu izolacji akustycznej i termicznej, utworzonego z mieszaniny zawierajacej sproszkowane aluminium, wzglednie stop aluminiowy z dodatkiem od 0, 1% do 10% srodka spieniajacego, polegajacy na mieszaniu skladników, a nastepnie poddaniu prasowaniu pod cisnieniem od 10 do 500 MPa, a nastepnie na ogrzaniu utworzonego pólfabrykatu w temperaturze od 400 do 900 C, w wyniku którego otrzymuje sie spieniony, porowaty material, znam ienny tym , ze do mieszanki zawierajacej aluminium, wzglednie stop aluminiowy i srodek spieniajacy dodaje sie sproszkowany tlenek aluminium w ilosci do 30%, a nastepnie prowadzi sie proces ogrzewania az do uzyskania 60 do 90% poro- watosci spienionego materialu, w którym przewazajaca wiekszosc porów ma strukture otwarta Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest element izolacji akustycznej i termicznej o lekkiej budowie, wykonany z jednorodnego, spienionego materiału zawierającego sproszkowane aluminium, względnie stop aluminiowy oraz dodatek wodorku tytanu jako środek spieniający, uformowany z półfabrykatu podczas procesu podgrzewania.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób wytwarzania elementu izolacji akustycznej i termicznej ze spienionego materiału złożonego ze sproszkowanego aluminium, względnie stopu aluminiowego z dodatkiem od 0,1% do 10% wodorotlenku tytanu jako środka spieniającego. Jednorodna mieszanka, uzyskana w procesie mieszania, jest prasowana pod ciśnieniem od 10 do 500 MPa tworząc półfabrykat, z którego po podgrzaniu w temperaturze od 400 do 900°C otrzymuje się spieniony, porowaty materiał.

172 699

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 2735153 znany jest element izolacji akustycznej, charakteryzujący się znaczną odpornością na przenikanie fal dźwiękowych, czyli mający właściwości chłonności dźwięków. Ma on również właściwości tłumienia fal dźwiękowych, rozchodzących się po jednej jego stronie, czyli tłumienia dźwięków. Właściwość ta jest wynikiem mocowania elementu na klej lub docisk, bezpośrednio do elementu emitującego dźwięki, na przykład do blachy karoseryjnej.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 3224224 znane są tarcze tłumiące dźwięki w rurach wydechowych silników spalinowych, wykonane ze spienionego materiału ceramicznego, w których kontaktujące się ze sobą pory materiału pochłaniają kondensaty gazów spalinowych. Materiał ceramiczny okazał się jednak stosunkowo sztywny, przy czym po uformowaniu i wypaleniu nie jest wystarczająco elastyczny, a jego kształt nie ulega żadnym zmianom.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US 4713277 znany jest sposób wytwarzania płyt, mających właściwości izolacji akustycznej, który polega na wprowadzeniu do ciekłego aluminium środka zagęszczającego z równoczesnym mieszaniem. Środek zagęszczający, stanowiący najczęściej metaliczny wapń, służy do stabilizacji lepkości ciekłej mieszaniny. W procesie mieszania dodaje się proszek wodorku tytanu jako środek spieniający. Po wyjęciu z formy mieszadła, zawartą w niej jednorodną mieszaninę zamyka się pokrywą. W wyniku procesu spieniania uzyskuje się spieniony materiał o zamkniętych porach. Ścianki zamkniętej formy określają przy tym zewnętrzny kształt spienionego elementu. Walcowe elementy wykonane ze spienionego materiału, zaopatrzone w otwory przelotowe, są używane jako wkładki tłumiące dźwięki w rurach wydechowych silników spalinowych.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 2735153 znane są elementy izolacji akustycznej wykonane ze spienionego tworzywa sztucznego, przede wszystkim z poliuretanu, które mają otwartą strukturę porów.

Znany jest również sposób łączenia spienionych materiałów o otwartych porach z materiałami o porach zamkniętych lub wypełnianych wypełniaczami albo materiałem impregnacyjnym. Jednakże koszty wytwarzania materiałów o dwojakiej strukturze są na tyle wysokie, że nie zyskały one szerszego zastosowania. Dotyczy to również wykładzin wykonanych ze spienionego tworzywa o strukturze otwartych porów, omówionych w niemieckim opisie patentowym nr DE 3624427. Ponadto okazało się, że zagospodarowanie takich elementów izolacyjnych do ich użycia stwarza poważne problemy ekologiczne.

Z niemieckiego opisu patentowego nr De 3821468 znane są elementy izolacji termicznej wykonane z materiałów warstwowych, mające również dobre właściwości izolacji akustycznej. Elementy te składają się z warstw wykonanych z jednego lub z kilku materiałów, w związku z czym są obarczone opisanymi wyżej wadami, a ponadto ich cechy wytrzymałościowe uniemożliwiają zastosowanie tych materiałów do budowy elementów samonośnych, lecz wymagają stosowania usztywnień najczęściej wykonanych z blachy aluminiowej, co odpowiednio podnosi koszty produkcji.

Badania, które doprowadziły do wynalazku wykazały, że 20 do 30% dodatek tlenku glinu do mieszanki zawierającej sproszkowane aluminium, względnie stop aluminium oraz środek spieniający umożliwia uzyskanie w procesie ogrzewania materiału spienionego, co stanowi szczególnie korzystną cechę materiału pod względem izolacji akustycznej.

Celem wynalazku jest opracowanie elementu izolacyjnego, którego struktura materiałowa ma lepsze właściwości izolacji akustycznej i termicznej w porównaniu do znanych podobnych elementów. Cel ten realizuje element izolacyjny według wynalazku, wykonany z mieszanki, zawierającej dodatkowo od 20% do 30% tlenku glinu, przy czym w spienionym materiale przeważająca większość porów ma strukturę otwartą. Porowatość spienionego materiału wypełniającego element wynosi korzystnie od 60% do 90%. Ponadto zewnętrzna powierzchnia elementu jest korzystnie pokryta cienką aluminiową powłoką.

W celu możliwości wbudowania elementu w konstrukcję nośną zaopatrzoną w żebra, spieniony materiał ma strefy o większej grubości i strefy o mniejszej grubości.

172 699

Przeciętna wielkość porów spienionego materiału mieści się w granicach od 0,1 do 1,5 mm, zaś jego gęstość w granicach od 0,3 do 2 g/cm³. Jedna strona spienionego materiału jest korzystnie zaczerniona grafitem.

Celem wynalazku jest również opracowanie sposobu wytwarzania elementu izolacji akustycznej i termicznej, zapewniającego uzyskanie jego korzystnych właściwości. Zadanie to zrealizowano w sposobie wytwarzania według wynalazku charakteryzującym się tym, że do mieszanki zawierającej aluminium, względnie stop aluminiowy i środek spieniający, dodaje się sproszkowany tlenek aluminium w ilości od 20% do 30%, a następnie prowadzi się proces ogrzewania aż do uzyskania 60 do 90% porowatości spienionego materiału, w którym przeważająca większość porów ma strukturę otwartą.

Uzyskany półfabrykat o dowolnym kształcie poddaje się ogrzewaniu w zamkniętej formie, którą całkowicie wypełnia w procesie spieniania, nadając równocześnie żądany kształt spienionemu materiałowi.

Spieniony materiał dodatkowo korzystnie formuje się na zimno, a ponadto poddaje się czernieniu przez grafityzację.

Badania eksploatacyjne wykazały, że element izolacji akustycznej i termicznej według wynalazku charakteryzuje się bardzo korzystnymi właściwościami zarówno pod względem chłonności, jak i tłumienia dźwięków.

Wynalazek jest przykładowo wyjaśniony na rysunku, na którym: fig. 1 - przedstawia element izolacyjny według wynalazku w przekroju podłużnym; fig. 2 - prawą, górną część elementu według fig. 1 w przekroju; fig. 3 - strukturę porowatego materiału, z którego jest wykonany element w powiększonym przekroju; fig. 4 - schemat procesu technologicznego wytwarzania elementu według wynalazku.

Figura 1 przedstawia w przekroju izolacyjny element osłonowy karoserii samochodu z wyobloną zewnętrzną powierzchnią 2, stykającą się bezpośrednio z blachą kabiny samochodu. Element jest wykonany ze spienionego materiału, zawierającego dużą ilość porów 3, których otwarte ścianki 3a (fig. 3) są utworzone ze stopu aluminium. Zewnętrzna, skierowana do kabiny samochodu powierzchnia 2 elementu jest zaopatrzona w cienką, nieporowatą aluminiową powłokę 4, natomiast skierowana w stronę emitującej dźwięki komory silnika, wewnętrzna powierzchnia 1 jest porowata, dzięki czemu dźwięki przenikające do wnętrza otwartych porów 3 oraz do przestrzeni 3c pomiędzy porami 3 są zarówno pochłaniane, jak i tłumione.

Aluminiowa powłoka 4 oraz krawędź 5 elementu są utworzone w wyniku powierzchniowego stopienia ścianek 3a porów, które stykają się wzajemnie w punktach 3d i dzięki temu mają sktrukturę utwardzonej skorupy aluminiowej, otaczającej samoutwardzony, spieniony materiał 8, zawierający w przeważającej większości pory z otworami 3b w ściankach 3a, a więc mający strukturę otwartą, znakomicie pochłaniającą dźwięki. Porowatość spienionego materiału 8 wynosi 60 do 90%.

W celu możliwości ułożenia elementu w wystających miejscach konstrukcji wsporczej samochodu, element według wynalazku jest zaopatrzony po stronie wewnętrznej w korytka 6 (fig. 1), przy czym jego grubość jest większa w płaskiej strefie A, niż w strefie B, w której znajdują się korytka 6.

Minimalna grubość elementu w strefie B wynosi 2 mm, jego grubość w pobliżu krawędzi 5 elementu - 3 mm, natomiast w strefie A grubość wynosi kilka centymetrów. Dobór odpowiednich grubości warstw, wielkości porów i znajdujących się między nimi wolnych przestrzeni, zarówno jak grubość ścianek porów dobiera się w zależności od warunków akustycznych istniejących w miejscu wbudowania elementu oraz żądanych jego właściwości chłonności i tłumienia dźwięków.

Na figurze 4 przedstawiony jest proces technologiczny wytwarzania elementu izolacyjnego według wynalazku. Mieszanina złożona ze sproszkowanego aluminium 9, wodorku tytanu 12 jako środka spieniającego oraz sproszkowanego tlenku aluminium 11, sprzyjającego otwarciu porów, zawierająca na przykład: sproszkowane aluminium w ilości 100 kg, sproszkowany wodorek tytanu w ilości 0,5 kg oraz sproszkowany tlenek aluminium w ilości 25 kg poddana zostaje w pierwszym etapie procesu dokładnemu wymieszaniu. Następnie mieszanka zostaje

172 699 utwardzona, pod ciśnieniem wynoszącym około 50 MPa, przybierając postać półfabrykatu 7. Półfabrykat ten podlega ogrzaniu do temperatury około 750°C, w której ulega spienieniu, przy czym porowatość spienionego materiału 8 wynosi od 60 do 90%, przy przeciętnej wielkości porów 3 wynoszącej około 0,8 mm, które to pory 3 w przeważającej większości mają strukturę otwartą. Na zewnętrznej powierzchni 2 porowatego elementu tworzy się samoczynnie, w wyniku stopienia ścianek porów 3, cienka aluminiowa powłoka 4.

Element wykonany z materiału spienionego 8 może mieć korzystnie zastosowanie jako izolacja akustyczna i termiczna w postaci wypełnienia ścianek działowych i osłon w samochodach, samolotach i statkach.

Fig. 4

Al- Proszek aluminiowy

TiH, - Proszek wodorku tytanu

Al„(L- Proszek tlenlru alumini mieszanie prasowanie _______I ogrzewanie oraz przeformowanie

172 699

Fig. 1

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Element izolacji akustycznej i termicznej o lekkiej budowie, wykonany z jednorodnego, spienionego materiałU zawierającego sproszkowane: aluminium, względnie stop aluminiowy oraz środek spieniający i uformowany z półfabrykatu podczas procesu podgrzewania, znamienny tym, że mieszanka, z której jest wykonany zawiera dodatkowo do 30% sproszkowanego tlenku glinu, przy czym w spienionym materiale (8) przeważająca większość porów ma strukturę otwartą.
2. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że porowatość spienionego materiału wynosi od 60% do 90%.
3. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że jego zewnętrzna powierzchnia (2) jest pokryta cienką aluminiową powłoką (4).
4. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że składa się ze stref (A) o większej grubości i stref (B) o mniejszej grubości spienionego materiału (8).
5. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że przeciętna wielkość porów spienionego materiału (8) mieści się w granicach od 0,1 do 1,5 mm, zaś jego gęstość w granicach od 0,3 do 2 g/cm³.
6. Element według zastrz. 1, znamienny tym, że jedna strona spienionego materiału (8) jest zaczerniona grafitem.
7. Sposób wytwarzania elementu izolacji akustycznej i termicznej, utworzonego z mieszaniny zawierającej sproszkowane aluminium, względnie stop aluminiowy z dodatkiem od 0,1% do 10% środka spieniającego, polegający na mieszaniu składników, a następnie poddaniu prasowaniu pod ciśnieniem od 10 do 500 MPa, a następnie na ogrzaniu utworzonego półfabrykatu w temperaturze od 400 do 900°C, w wyniku którego otrzymuje się spieniony, porowaty materiał, znamienny tym, że do mieszanki zawierającej aluminium, względnie stop aluminiowy i środek spieniający dodaje się sproszkowany tlenek aluminium w ilości do 30%, a następnie prowadzi się proces ogrzewania aż do uzyskania 60 do 90% porowatości spienionego materiału, w którym przeważająca większość porów ma strukturę otwartą.
8. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że półfabrykat o dowolnym kształcie poddaje się ogrzewaniu w zamkniętej formie, którą całkowicie wypełnia w procesie spieniania, nadając równocześnie żądany kształt spienionemu materiałowi.
9. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że spieniony materiał dodatkowo formuje się na zimno.
10. Sposób według zastrz. 7, znamienny tym, że spieniony materiał poddaje się czernieniu przez grafityzację.