NO143869B

NO143869B - Vibrasjonsdempende laminat.

Info

Publication number: NO143869B
Application number: NO752619A
Authority: NO
Inventors: Herbert William Kingsbury
Original assignee: British Uralite Ltd
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1975-07-23
Publication date: 1981-01-19
Also published as: AU8315275A; GB1451707A; IT1040985B; FR2279545A1; CA1072434A; DK138403B; ATA578275A; IE41642B1; JPS5141146A; NO752619L; SE7508505L; NO143869C; IE41642L; US4048366A; BE831686A; ZA754608B; ES439627A1; DE2532758A1; DK330975A; FR2279545B1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår vibrasjonsdempning og spesielt et vibrasjonsdempende laminat som er spesielt egnet for demping av støy, spesielt fra motorer, ved anbringelse på overflaten av komponenter, som f.eks. motordeler, som er spesielt tilbøyelig til å vibrere, hvor laminatet omfatter et lag av ikke-porøst forsterket termoplastmaterial fastklebet til hver side av et mellomlag, hvor termoplastlagene omfatter en grunnmasse av mykt termoplastmaterial forsterket med fibermaterial i form av stapelfibre dispergert i grunnmassen.

Fra DE-OS 2.231.334 er det kjent et laminatmaterial av denne art, med to ytterlag av bitumen med innleirede asbestfibre,

og et mellomlag av filt. Ved forsøk med et slikt laminat,

hvis ytterlag var 2mm tykke mens mellomlaget var 12mm tykt,

er det oppnådd en maksimal forbedring av gjennomgangstapet på ca 6 dB i området 20-500 Hz, hvor det i motorkjøretøyer ofte forekommer akustiske problemer. På grunn av laminatets tykkelse er det bare i begrenset utstrekning anvendelig for bekledning av deler i motorrommet på en bil, og filtmellom-laget medfører en tendens til delaminering og beskadigelse av bekledningen, f.eks. ved ublid behandling i forbindelse med vedlikehold og reparasjon av motoren.

Oppfinnelsen har til hensikt å fremskaffe et vibrasjonsdempende laminat av den innledningsvis nevnte art, med vesentlig bedre dempingsegenskaper og fri de påpekte ulemper ved det kjente laminat. Dette er i henhold til oppfinnelsen oppnådd ved at mellomlaget er av metall med en tetthet på minst 7 g/cm^ og en skjærmodul ikke større enn 4 x IO-<*--*-> dyn/cm^.

Selv om laget av forsterket termoplastmaterial fortrinnsvis forbindes direkte med metall-laget kan det også holdes adskilt fra dette men dog forbundet med det ved hjelp av minst et ytterligere lag som ligger mellom de to lag og er forbundet med både metall-laget og termoplastlaget.

I en foretrukket form for oppfinnelsen består laminatet av et lag av metall, fortrinnsvis bly, med et lag av forsterket termoplastmaterial på hver side. Fortrinnsvis er i det minste ettav termoplastlagene forbundet direkte med metall-laget, det vil si uten et mellomliggende lag.

Laminatet i henhold til foreliggende oppfinnelse er beregnet til å festes som kledning på maskindeler som er tilbøyelige til å utvikle og/eller overføre støy ved vibrasjon, f.eks. sylinderblokker og maskindeler av platematall. Laminatene er spesielt brukbare for reduksjon av støyen fra forbrennings-motorer, for hvilket formål de vil anbringes som kledning på de forskjellige bestanddeler av motoren. Laminatene har den kombinerte virkning at de reduserer vibrasjon i vedkommende motorkomponent og reduserer nivået av den støy som overføres gjennom vedkommende del av motoren.

For å oppnå optimal forbedring av gjennomgangstapet skal metallet i laminatets metall-lag, som kan være metall eller legering, fortrinnsvis ha en tetthet pa minst 10 g/cm og gjerne en skjærmodul n som ikke overskrider 4 x 10" dyn/cm^ og som fortrinnsvis ikke overskrider 3 x 10" dyn/cm o, hvor skjærmodulen beregnes fra følgende formel

hvor E er Youngs modul og cer Poissons tall..

Det metall som foretrekkes mest er bly.

Brukbare forbedringer av gjennomgangstapet kan oppnås når metall-lagene har en tykkelse på så lite som 0th mm; Imidlertid vil bedre resultater oppnås ved bruk av tykkere lag og det foretrekkes å benytte tykkelser på mellom 0,8 og 1,8 mm. Ytterligere, med dog ikke så gode, forbedringer kan oppnås med større tykkelser men av hensyn til omkostninger og vekt er den øvre praktiske grense ansett å være omkring 2 mm for metallaget.

Grunnmassen i laget av forsterket termoplastmaterial er et mykt termoplastmaterial. I alminnelighet vil termoplastmaterialet være i det vesentlige amorft, med liten eller ingen målbar krystallinitet. Slike■materialer vil også kjennetegnes véd at de er stort sett ikke-elastiske, hvilket er en ønskelig egenskap i grunnmassematerialet i overensstemmelse med foreligggende oppfinnelse.

Det mest foretrukne material er bitumen som også er kjent

som asfalt. Dette material kombinerer den ønskede mykhet og mangel på elastisitet, med god tilgjengelighet og lav pris. Bruk av andre myke termoplastmaterialer er imidlertid ikke utelukket og eksempler på slike er sterkt myknede vinyl-kloridpolymerer og lavdensitetpolyetylen.

Bitumenet er fortrinnsvis av-en art som har et myknings-punkt mellom 30°C og 155°C og en penetrering på 3 til 200, idet mykningspunktet og penetreringen måles i overensstemmelse med britisk standard målemetode 3235.

På grunn av den ønskelige ildfasthet som derved oppnås

er det forsterkede fibermaterial fortrinnsvis mineralfibre, spesielt asbest-fibre, selv om bruk av f.eks. metallfibre, glassfibre og syntetiske fibre også kan tenkes. En blanding av fibre kan også benyttes.

Forsterkningen av fibermaterial er fortrinnsvis i form

av stapelfibre og i en foretrukket form for oppfinnelsen er fibrene i form av separate lag inne i grunnmassen, idet disse lag strekker seg parallelt med grunnmasseplanet og fibrene i hvert lag er tilfeldig orientert i grunnmasseplanet .

Fortrinnsvis omfatter hvert lag av forsterket termoplastmaterial ett eller flere ark eller baner av bitumen som er forsterket med asbestfibre, idet asbestforsterkningen i hver bane eller hvert ark er i form av separate lag av asbestfibre hvor hvert lag strekker seg parallelt med banens plan og det totale vektforhold for asbest til bitumen i banen er 60 til 40 - 40 til 60. Slike baner kan dannes eksempelvis ved å forme en dispersjon av korte asbestfibre og bitumen i vann, idet det bygges opp en ønsket banetykkelse fra et antall lag av dispergsjonen, f.eks. ved bruk av en maskin og fremgangsmåte av den art som er benyttet ved fremstilling av papir, hvoretter banen varmes opp for smelting av bitumenet.

Eksempler på bitumenbaner som er forsterket med asbest-fibre og som kan benyttes i laminatene i overensstemmelse med oppfinnelsen er slike som markedsføres under handels-navnet "Industrialite" av British Uralite Limited, England.

Når slike baner benyttes for fremstilling av laminatene i overensstemmelse med foreliggende-oppfinnelse oppnås med det resulterende laminat utmerkede og varige støydempings-egenskaper, samt god motstand mot angrep fra omgivelsene, sopp og termitt, vannavstøtende evne, slitasjemotstand, motstand mot kryping under vanlige driftsforhold og uventet gode brannhemmende egenskaper. Laminatene kan også på

en enkel måte formes ved bruk av vanlige pressmetoder ved bruk av manuelle eller mekaniske presser og former tilsvarende de som benyttes ved metallpressing, og kan også stanses for fremskaffelse av hull ved bruk av stempler tilsvarende de som benyttes for kapping av metall og annet flatematerial. Disse laminater er derfor spesielt egnet for reduksjon av motorstøy idet de lett kan fortildannes til å passe til de forskjellige deler av en motor og kan tåle de betingelser som hersker i et motorrom.

De fiberforsterkede termoplastlag vil i alminnelighet ha

en tykkelse på 1 til 10 mm og fortrinnsvis 2 til 6 mm.

Selv om større tykkelser kan benyttes hvorved det vil

oppnås bedre støydemping, kan de økede tykkelser bevirke vanskeligheter ved håndtering og montering, spesielt i trange områder. Når to eller flere slike lag benyttes kan de ha.. samme eller forskjellige tykkelser.

Selv om fullgode resultater oppnås når den eneste forsterk-ning i termoplastmaterialet er fibermaterial kan det også, om ønsket, være andre fyllstoffer, f.eks. findelte mineral-fyllstoffer som f.eks. talkum, og findelte metallpartikler.

Lag av andre materialer kan også være anordnet i laminatet om dette skulle ønskes, f.eks. for ytterligere støydemping eller for andre formål som f.eks. overflatedekorasjon eller for beskyttelse mot angrep fra omgivelsene. Eksempelvis kan det anbringes lag av filt og/eller skumplast og/eller glassfibre i laminatet, det være seg som et indre lag i laminatet eller på laminatets utside. Når laminatet skal anbringes eksempelvis på en forbrenningsmotor kan de fri overflater■av laminatet om ønsket være behandlet med et oljefast lag, f.eks. epoksyplast eller polyamid eller med en oljefast maling. I andre bruksområder kan det

■ være ønskelig med et varmefast lag, f.eks. som et ytre

lag.

Et elastisk overflatelag har også vist seg nyttig, både

for beskyttelse mot omgivelsene og for forbedret støy-demping. Blant de elastiske materialer som her kan benyttes skal det spesielt nevnes polysulfidgummi, f.eks.

det material som markedsføres under betegnelsen TH 320/1

av Berger Chemicals, England. Polysulfidgummi-lagene kan hensiktmessig påføres i form av en oppløsning, f.eks. ved dypping.

I alminnelighet er det ansett at hvert lag i laminatet skal være sammenhengende men muligheten for bruk av f.eks. perforerte lag, spesielt perforerte metall-lag, er ikke utelukket. I tillegg eller alternativt kan overflatene på lagene være ikke-plane. Eksempelvis kan de være preget med små fordypninger e.l. Fullgod støydemping kan imidlertid oppnås med sammenhengende lag hvis overflater er plane.

De forskjellige lag i laminatet er forbundet med hverandre slik at det oppstår et enhetlig produkt. Passenede klebemidler for forbindelsen mellom termoplastlaget og metall-laget er polymerklebemidler som f.eks. klebemidler på gummibasis og for å lette fremstillingen av laminatet foretrekkes det at klebemidlene kan aktiveres ved varme eller ved til-førsel av et løsningsmiddel eller dampen av dette. To' egnede klebemidler som skal nevnes som eksempler er Bostik 1GA5 16 og 3M Scotch Grip Industrial Adhesive 1022.

Bindingen mellom de forskjellige lag kan være kontinuerlig over hele overflaten av lagene eller den kan være avbrudt, f.eks. ved punkt- eller linje-liming.

Ved en fremgangsmåte for fremstilling av et laminat i overensstemmelse med oppfinnelsen og omfattende et metall-lag mellom de to lag av forsterket termoplastmaterial blir de to baner av forsterket termoplast hver behandlet for å befri dem for vann, f.eks. ved ovnstørking, hvoretter et lag av polymerklebemiddel som gjøres virksomt ved på-virkning med varme påføres på den ene overflate av hvert lag ved sprøyting, pårulling eller med kost.

Metallbanen, f.eks. bly, flatlegges og avfettes hvoretter klebemiddelet påføres på samme måte på den ene eller begge overflater. Laminatet settes sammen med de klebe-middelbelagte overflater i de forskjellige lag i kontakt med hverandre hvoretter varme påføres for å bringe klebemiddelet til virkning. Når klebemiddelet er gjort virksomt konsolideres laminatet ved utøvelse av trykk, f.eks. ved at laminatet føres mellom valsene i en valsepresse, hvoretter klebemiddelet får anledning til å herde.

Når laminatene i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse anbringes på maskindeler, f.eks. deler av en forbrenningsmotor er de fortrinnsvis fortilformet, f.eks. ved støping, slik at de stemmer overens med formen på vedkommende motorbestanddel hvorpå de skal anbringes,hvoretter de klebeforbindes til denne bestanddel. Laminatet kan bringes til den ønskede form enten ved at laminatet fortilformes, f.eks. i en dertil egnet presse, eller ved at hvert lag formes separat og laminatet deretter dannes av de således fortilformede lag.

I det foretrukne tilfelle, hvor hvert av de forsterkede termoplastlag omfatter en eller flere baner av asbestfiber-fyltbitumen, hvor hvert lag av asbestfibre er i form av et antall separate skikt som strekker seg parallelt med banens plan , kan disse lag formes ved å mykne bitumenet og deretter forme laget, f.eks. maskinelt eller manuelt, mens bitumenet ennå er mykt. Mykningen kan bevirkes ved oppvarming eller ved å utsette laget for damper fra et løsningsmiddel for bitumenet, f.eks. trikloretylen.

Laminatene kan festes til vedkommende motordeler på hvilken som helst passende måte, f.eks. med bolter, skruer eller andre mekaniske anordninger. I alminnelighet er det imidlertid foretrukket å forbinde dem med motordelene ved hjelp av klebemiddel. Foretrukne klebemidler for dette formål er polymerklebemidler, f.eks. klebemidler på gummibasis.

På denne måte kan de forskjellige deler av motoren inn-kapsles separat med et støydempende laminat i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse.

Ved en fremgangsmåte for innkapsling av en maskindel med

et laminat i overensstemmelse med oppfinnelsen oppvarmes laminatet for mykning av termoplast-grunnmassen hvoretter et passende mønster skjæres fra det varme laminat, f.eks. ved bruk av en presse. Med termoplast-grunnmassen i myk tilstand formes mønsteret manuelt eller mekanisk til den tilsvarende form for kledning av maskindelen. De .tilsvarende eller tilstøtende overflater på maskindelen, som på forhånd er rengjort avfettes om nødvendig og laminatet blir så belagt med et polymerklebemiddel. Klebemiddel-lagene aktiveres, f.eks. ved oppvarming, og maskindelen og laminatet føres sammen og festes til hverandre ved på-virkning av varme og trykk. Den gjenstand som dermed dannes kan sluttbehandles, f.eks. ved at det på den ytre overflate påføres et oljefast beskyttende lag.

Oppfinnelsen skal nærmere beskrives under henvisning til vedføyde tegning.

Fig. 1 er et tverrsnitt i oppriss, og ikke i målestokk,

av et toppdeksel for en forbrenningsmotor, dekket med et laminat i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse.

Fig. 2 er et tverrsnitt i større målestokk gjennom et av de forsterkede termoplastlag i laminatet. Fig.3 viser skjematisk et sideriss, ikke i målestokk, av en forbrenningsmotor hvis forskjellige deler er kledd med laminater i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse . Fig. 4 viser skjematisk et utstyr for utprøving av virk-ningen av laminatene med hensyn til støydemping. Fig. 1 og 2 viser et vanlig toppdeksel 2 av presstilformet platemetall og dekket over stort sett hele overflaten med et laminat 4 som er forbundet med toppdekselet 2 ved hjelp av et klebemiddel 6.

Laminatet omfatter et 2 mm tykt indre lag 8 av bitumen

som er forsterket med asbestfibre og forbundet ved hjelp av et lag 10 av polymerklebemiddel til et 0,85 mm tykt ark 12 av bly som igjen er forbundet, ved hjelp av et lag 14 av polymerklebemiddel til et 2 mm tykt ytre lag 16 av bitumen som er forsterket med asbestfibre. De ytre overflater av kledningen er dekket med et lag 18 av oljefast maling. Toppdekselet 2 festes til sylindertoppen av motoren på vanlig måte ved hjelp av bolter som føres gjennom åp-ninger 20.

Hvert av lagene 8 og 16 av asbestfiberforsterket bitumen omfatter en grunnmasse 30 av bitumen og et antall skikt 32 av stapelasbestfibre, idet der er ca. 4 slike skikt per mm tykkelse i laget og idet fibrene i hvert skikt er vilkårlig orientert i skiktets plan.

Fig. 3 viser skjematisk en firesylindret dieselmotor 40

med et toppdeksel 42, sylindertopp 44, sylinderblokk 46,

t>-LUt;p-Lcn_t;i. 10, veivAdbbe ju, sump _>z uy j_ l un tp±<a i-e cixci registerdeksel 54. Toppdekselet, sideplatene, sumpen og frontplaten dekkes over en del eller hele vedkommende overflate med et alminat 56 hvis oppbygging er som beskrevet ovenfor i forbindelse med toppdekselet i fig. 1.

Meget brukbare reduksjoner i støynivået kan oppnås ved kledning av de fibrene deler med laminatet i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse. Noen eksempler på foretrukne laminater i overensstemmelse med oppfinnelsen og deres be-drede gjennomgangstap og dempingrate er vist i nedenstå-ende tabell.

I de ovennevnte eksempler er banen A en bane av asbestfiber-fylt bitumen som inneholder omtrent like store vektdeler asbest og bitumen og hvor asbestfibrene er i form av skikt som strekker seg i banens plan, idet der er omtrent 4 slike skikt per mm tykkelse. Asbestfibrene er gradert i området 6D til 4A i overensstemmelse med Quebec Standard Test, og og bitumenet er gradert i området 200 PEN 30°C SP til 155°C SP 7 PEN og H 110/120 SP 3 PEN (British Standard målemetode 3235) hvor PEN er penetreringen og SP er mykningspunktet.

Blyet var i overensstemmelse med Britisk Standard 1178'.

Lagene ble innbyrdes forbundet ved hjelp av klebemiddelet Bostik 1GA5 16.

Under henvisning til fig. 4 ble de forbedrede gjennomgang-tapverdier oppnådd ved å forbinde en prøve 102 av en støy-dempende bane til en stålplate 104 med diameter ca. 240 mm tykkelse 0,8 mm, med Bostik 1GA5 16 som klebemiddel og hvor platen ble anbragt på den åpne munning av et vertikalt rør 106 som er lukket ved den annen ende og som er delvis fylt med polyuretanskum 108. I røret 106 er det anbragt en høy-taler 110 hvortil det tilføres "hvit støy" ved hjelp av en hvitstøygenerator 112 og forsterker 114. Over sammenstillingen av prøven 102 og stålplaten 104 anbringes et ytterligere rør 116 hvori er anbragt en mikrofon 118 forbundet med et 1-oktavs filter 120 og et lydnivå-registreringsapparat 122. Verdiene for bedringen av gjennomgangstapet ble målt over

et område av frekvenser opp til ca. 4000 Hz og ovenstående tabell viser de gjennomsnittlige verdier for bedringen av gjennomgangstapet over det frekvensområdet hvor målingene ble gjennomført.

Fra sammenlignende eksempler hvor verdiene ble oppnådd for bedring av gjennomgangstapet for bare bly (tykkelse 1,1 mm og 1,66 mm) og for bare forsterket termoplastlag (tykkelse 4 mm) har det vist seg at økningen i bedret transmisjonstap oppnådd ved bruk av laminatene i eksempel 2 og 2 var større enn det kunne ventes basert på masseloven.

Verdiene for dempingsraten ble oppnådd ved bruk av en prøve-metode angitt i Britisk Standard AU 125 (1966).

Samtlige prøver ble gjennomført ved en temperatur på mellom

15 og 20°C.

Eksempel 7

I et ytterligere eksempel ble laminatet i eksempel 1 benyttet til å innkapsle hele enheten på flere prøver av firesylind-rede dieselmotorer med sylindervolum 1760 cm\ Følgende verdier for støydempingen ble oppnådd fra prøver utført i et lyddødt kammer.

Eksempel 8

En vanlig dieselmotor ble behandlet med et laminat som angitt i eksempel 1. Etter en prøvetur fra England, gjennom Frankrike og Spania og deretter Marokko til Atlasfjellene og tilbake den samme vei til England, kunne det ikke på-vises noen reduksjon i de støydempende egenskaper og i de fysiske egenskaper for laminatet.

Mens laminatene i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse har vist seg spesielt egnet ofr demping av støy fra forbrenningsmotprer kan de også benyttes for andre formål der det er ønsket å redusere støyen som kommer fra. maskiner.

Eksempel 9

En overflate av laminatet i eksempel 2 ble belagt med et

1 mm tykt lag av Berger Chemicals TH 320/1 polysulfidgummi.

Dempingsraten for det belagte laminat, under bruk av en prøveprosess i overensstemmelse med Britisk Standard AU

125 (1966), ble målt til 39,5 dB/sek.

Eksempel 10

En overflate av laminatet i eksempel 2 ble belagt med et lag av Berger Chemicals TH 320/1 polysulfidgummi. Tykkelsen av laget varierte mellom 1,5 mm og 2,5 mm. Bedringen av gjennomgangstapet oppnådd ved beleggingen med polysulfidgummi ble målt ved bruk av apparater og prøvemetoder beskrevet ovenfor under henvisning til fig. 4 over frekvensområdet 400 til 6300 Hz, idet målingene ble foretatt med 1/3 oktav-intervaller. Resultatene viser at polysulfid-laget bedrer gjennomgangstapet for laminatet spesielt de frekvensområder 2000 til 2500 Hz.

Claims

1. Vibrasjonsdempende laminat bestemt for reduksjon av støy, spesielt fra motorer, ved å anbringes på overflaten av komponenter, som f.eks. motordeler, som er spesielt tilbøyelig til å vibrere, hvor laminatet omfatter et lag (8, 16) av ikke-porøst forsterket termoplastmaterial fastklebet til hver side av et mellomlag (12), hvor termoplastlagene omfatter en grunnmasse (30) av mykt termoplastmaterial forsterket med fibermaterial i form av stapelfibre dispergert i grunnmassen, karakterisert ved at mellomlaget (12) er av metall hvor metallet har en tetthet pa • minst 7 g/cm 3 og 11 o en skjærmodul ikke større enn 4 x 10 dyn/cm .

2. Laminat som angitt i krav 1, karakterisert ved at termoplastmaterialet (8, 16) er bitumen.

3. Lamiant som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at det forsterkede fiber material (8, 16) omfatter mineralfibre.

4. Laminat som angitt i krav 3, karakterisert 'ved at fibrene er asbest-fibre.

5. Laminat som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at stapelfibrene fore-ligger i form av et antall separate skikt (32) i det forsterkede termoplastmateriallag, hvilke fiberskikt strekker seg parallelt med plastlaget (8, 16) med fibrene i hvert fiberskikt vilkårlig orientert i skiktets plan.

6. Laminat som angitt i krav 5, karakterisert ved at termoplastmaterialet er bitumen og fibrene er asbest og at vektforholdet mellom bitumen og asbest er mellom 40:60 og 60:40.

7. Laminat som angitt i krav 1-6, karakterisert ved at hvert lag (8, 16) forsterket plastmaterial i laminatet har en tykkelse på 2-6 mm.

8. Laminat som angitt i krav 1-7, karakterisert ved at metall-laget (12) er av bly.

9. Laminat som angitt i krav 1-8, karakterisert ved at hvert metall-lag (12) har en tykkelse på 0,8 - 1,8 mm.

10. Laminat som angitt i krav 1-9, karakterisert ved at et lag (8, 16)" av forsterket termoplastmaterial er forbundet med et tilstøt-ende metall-lag (12) med minst et mellomliggende lag (10,14) som er klebeforbundet både til termoplastlaget og metall-laget .

11. Laminat som angitt i krav 1-10, karakterisert ved at det omfatter et oljefast overflatelag (18).