聲阻尼復(fù)合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聲阻尼材料合成物，其用作汽車應(yīng)用中的烘烤自由層覆層(bake-on free layer cladding)，特別是用來基于無機薄片填充的瀝青來抑制來自于車輛的3D形狀金屬體面板的聲學(xué)振動。
【背景技術(shù)】
[0002]特別是襯墊形式的聲阻尼復(fù)合物被用來抑制車輛中的振動噪聲，特別是與發(fā)動機相關(guān)的噪聲。高溫易熔襯墊可應(yīng)用到諸如門板和地板等不同金屬車輛組件，然后進行熱處理將襯墊熔合到金屬上。
[0003]用于汽車應(yīng)用作為烘烤阻尼材料的聲阻尼或隔音復(fù)合物一般由瀝青或樹脂基質(zhì)、填充劑和一些加工添加劑制成。用于隔音面板的典型復(fù)合物為:
[0004].按質(zhì)量為25-30%的瀝青；
[0005]?按質(zhì)量為0-5 %的聚合物；
[0006].按質(zhì)量為3-5 %的纖維；以及
[0007].按質(zhì)量為60-70%的填充劑(MORGAN等，殼牌瀝青工業(yè)手冊，Thomas Telford,1995， ISBN 0951662511)。
[0008]由于在粘彈性材料中，楊氏模量隨著溫度減小，并且損耗因數(shù)根據(jù)溫度具有峰值，所以在金屬板的阻尼效應(yīng)(稱作復(fù)合物阻尼)具有峰值處存在溫度窗口。阻尼器被設(shè)計成使該峰值適合于應(yīng)用溫度。車輛中使用的用來抑制例如金屬體板的振動的自由層阻尼器具有適合使用區(qū)域的最佳溫度分布曲線。例如，諸如外儀表板、通道區(qū)域或排氣上方的尾箱區(qū)域等車輛的較熱區(qū)域，需要最佳溫度分布曲線在60-80°C的范圍內(nèi)。其它略微較熱的區(qū)域需要最佳溫度分布曲線在10-40 °C的范圍內(nèi)。
[0009]為了獲得良好的阻尼性能，重要的是阻尼材料符合并粘附待抑制的下伏表面(underlying surface)。這在汽車工業(yè)中使用一致性(conformability)測試(見圖1)來進行測試，由此在固化過程中符合下伏表面的能力通過預(yù)定表面來測試。
[0010]無機填充材料特別是礦物填充劑被廣泛用于汽車阻尼板，特別是使用精細研磨的粉狀材料，例如石灰?guī)r、板巖或碳酸鈣。這些材料填充劑的結(jié)構(gòu)是圓細顆粒。并且，纖維狀或薄片狀無機填充劑的使用是已知的，并用在振動阻尼材料中。使用這些填充劑材料的原因是為了增加材料的硬度，提高整體性能，特別是材料的阻尼損耗因數(shù)。因為人們認(rèn)為云母的薄片形狀提高了振動阻尼性能，所以諸如云母薄片等薄片無機填充劑被認(rèn)為是用于聲阻尼材料的優(yōu)選材料。盡管這種薄片填充劑的增加量將提高阻尼性能，但是在較高濃度，材料可能變得太硬而不易操作，并容易破裂或斷開。而且，材料在烘烤或固化過程中在較高3D形狀區(qū)域缺少一致性。因此，現(xiàn)今使用的實際濃度低于為了獲得良好阻尼性能所希望的濃度。
[0011]對于具有高程度3D形狀的區(qū)域，例如由于車體面板內(nèi)的整體肋板，填充劑成分被減少，以將一致性提高到令人滿意的等級，但是犧牲了整體的阻尼性能。因此，目前市場上可獲得的阻尼器是一種折中，而不能令人滿意。
[0012]在非常凸出或彎曲的區(qū)域，僅高達15-20 %的薄片填充劑能夠用來滿足一致性要求。更高的量僅在車體的平坦區(qū)域是可行的。替換地，非薄片填充劑被用來獲得一致性，但是具有降低的阻尼性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的是獲得一種粘彈性材料，其能夠用作烘烤自由層阻尼，消除目前可獲得的現(xiàn)有材料的缺點，特別地，本發(fā)明的目的是獲得一種具有增強的阻尼性能、在烘烤固化過程中能夠符合3D形狀表面的阻尼材料。
[0014]出人意料地，已發(fā)現(xiàn)權(quán)利要求1中所述的僅使用少量松弛劑和大量云母填充劑的材料復(fù)合物將制成滿足汽車工業(yè)中一般使用的一致性測試并且具有增強的阻尼性能的自由層阻尼器。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，用于車輛表面的阻尼的自由層阻尼材料包括:
[0016]?按質(zhì)量為40%至60%的瀝青；
[0017]?作為唯一的填充劑:薄片無機填充劑，按質(zhì)量濃度為40%至52%，優(yōu)選按質(zhì)量為45%至50% ;以及
[0018].使用松弛劑。
[0019]松弛劑被定義為這樣一種試劑，其在固化過程中松弛材料來足夠獲得良好的一致性，而不會在大于固化之前的原復(fù)合物密度的60 %的固化過程中減小復(fù)合物材料的密度，優(yōu)選材料中不具有與在固化過程中發(fā)泡作用相關(guān)的氣隙。
[0020]已發(fā)現(xiàn)低數(shù)量使用通常用作可膨脹的約束層阻尼材料的發(fā)泡劑的試劑將會松弛材料，足夠允許在固化過程中的形狀一致性。另外，使用低量的松弛劑將避免過分發(fā)泡，并因此阻尼性能被保持在優(yōu)選的等級。
[0021]出人意料地，已發(fā)現(xiàn)吸熱劑甚至比放熱劑表現(xiàn)更好。至今，僅放熱發(fā)泡劑是已知的，并通常用來制作用于約束層阻尼的可膨脹的瀝青阻尼器。已發(fā)現(xiàn)由于較低的發(fā)泡能力，吸熱發(fā)泡劑是較好的松弛劑，其在固化中引起密度較少的減小，因此保持了較高的楊氏模量以及較高的阻尼特性。
[0022]由于松弛劑，材料將在固化過程中適應(yīng)下伏形狀，由此優(yōu)化阻尼性能。由于阻尼材料僅存在最小的膨脹，所以高度填充的材料的最初粘彈性能很難改變，就獲得了增加的云母濃度，并因此在車輛的成形或彎曲區(qū)域中獲得更好的阻尼生能。
[0023]松弛劑
[0024]作為松弛劑，吸熱或放熱化學(xué)發(fā)泡劑都可以使用。由于車輛白車身的固化溫度在大約150_200°C，所以優(yōu)選化學(xué)發(fā)泡劑的反應(yīng)溫度也在這個范圍內(nèi)。
[0025]由于不需要真實的發(fā)泡作用，相反地，這樣發(fā)泡不是優(yōu)選的，因而范圍是可以實現(xiàn)的，而不需要附加的反應(yīng)劑來優(yōu)化發(fā)泡反應(yīng)。特別地，用來增強例如更多氣體產(chǎn)品形式的泡沫產(chǎn)品的增強劑的使用也不是優(yōu)選的，因為這會使整體的自由阻尼性能變壞。
[0026]放熱化學(xué)發(fā)泡劑在分解過程中釋放能量并廣泛地用于可膨脹的約束層阻尼器。一旦分解已經(jīng)開始，它在能量供給已經(jīng)停止之后自發(fā)地繼續(xù)進行。放熱化學(xué)發(fā)泡劑包括酰肼和偶氮化合物。能夠按照本發(fā)明使用的該種放熱發(fā)泡劑的例子包括偶氮二甲酰胺(H2N-C0-N = N-C0-NH2)，例如 Porofor (Lanxess 公司)，或者苯磺酰肼(C2H14N405S2)，例如 Celogen OT (Galata Chemicals 公司)。
[0027]放熱劑傾向于具有較高的發(fā)泡作用，按質(zhì)量在0.5-2%的較低濃度是優(yōu)選的。按質(zhì)量3%等級及以上對于一致性具有負(fù)作用，這是因為阻尼材料傾向于較少有結(jié)合力并且太流體化，這增加了車輛在固化過程中材料可能流動的風(fēng)險。
[0028]吸熱化學(xué)發(fā)泡劑是在分解過程中消耗能量的化學(xué)劑，在全部反應(yīng)時間內(nèi)需要連續(xù)的能量輸入。它們大多數(shù)是基于碳酸氫鹽和檸檬酸。盡管它們是用于塑料工業(yè)的已知的發(fā)泡劑，但是吸熱發(fā)泡劑難以用于瀝青阻尼工業(yè)。根據(jù)本發(fā)明能夠用作松弛劑的化學(xué)發(fā)泡劑的例子是碳酸氫1丐，例如Hydrocerol (Clariant公司)。已發(fā)現(xiàn)按質(zhì)量在0.3和3%之間的濃度提供了一致性的良好結(jié)果。5%將獲得令人滿意的一致性并且同時發(fā)泡是最少的，表現(xiàn)了非常好的阻尼性能。盡管使用的百分?jǐn)?shù)還取決于填充劑的百分?jǐn)?shù)，作為一般的原則，可以說接近0.3的松弛劑濃度將會更優(yōu)選，并且在大多情形下足以獲得一致性，而不會降低阻尼性能。
[0029]松弛劑的優(yōu)選量是阻尼材料符合金屬底板的下伏3D形狀而不會在固化過程中破裂所需的最小量。使用大于該步驟所需的量將減低阻尼性能，并將是不利的。在通常顯示用于約束層阻尼器的阻尼材料的合適發(fā)泡或膨脹的范圍內(nèi)使用發(fā)泡劑將引起該層的顯著增加，以及為了獲得良好的自由層阻尼性能所需值的必須硬度的減小。另外，在復(fù)合物的固化烘烤過程中流動的風(fēng)險將增加。
[0030]出人意料地，很少量的松弛劑能夠用來在固化中松弛材料，足以讓它符合形狀并且同時允許使用較高濃度的薄片無機填充劑。由此，為了獲得符合3D形狀區(qū)域的良好自由層阻尼的阻尼特性被保持或者甚至被增強。在低濃度，化學(xué)發(fā)泡劑似乎作為松弛劑，而不會在瀝青中形成正常的泡沫。已發(fā)現(xiàn)如果使用低于3%濃度的化學(xué)發(fā)泡劑結(jié)合所要求的高等級的無機薄片填充劑，材料在固化中不會形成裂縫。
[0031]填充劑
[0032]作為唯一的填充劑，薄片無機填充劑使用例如云母薄片或石墨薄片。優(yōu)選地，由