輕質、高效的減震系統的製作方法
2023-09-19 17:03:20
專利名稱：輕質、高效的減震系統的製作方法
背景技術：
發明領域本發明涉及一種輕質、高效的減震系統。更特別是，本發明涉及一種輕質、彈性、丁基粘合劑組合物，當該組合物同一種膜層合時，提供優異的減震性能。
相關技術描述一個日益增長的需求就是製成高效和有效的結構體。這一需求結合保存能源的願望和日益增長的需要，產生了以更高的速度移動和/或震動的輕質結構體，產生了更高的溫度，因而產生了更高的聲學要術和不希望的更高幅的震動。這一點反過來要求尋找更好的減震材料。
眾所周知，在所應用的內力或外力的影響下震動的設備和結構體中的組成部分能夠通過同一種粘彈材料層的與之貼合而顯著減小。例如，美國專利US3,640,836公開了一種減震層壓製品，其中的粘彈層是一種由乙烯、乙酸乙烯酯和丙烯酸和/或甲基丙烯酸組成的聚合物。美國專利US3,847,726公開了另一種在-25℃至60℃範圍內用作減震材料的聚環氧化物、聚醚胺、雜環胺和苯酚的粘彈性粘合劑組合物。但是，公開的這些組合物在更長的時間後並不能有效的減震，也不能提供現今技術時代需要的輕質、高效的系統。
為了減震在組合物中使用橡膠，這一點在現有技術中也是公知的。日本專利JP90-306255公開了減振器和消音器包括(a)100份組合物含有SBR25-40份，礦物油15-40份和碳黑30-47％，(b)≤100份(再生)橡膠，(c)100-600份(基於100份a+b)比重≥2.5的無機化合物，和(d)10-100份(基於a+b)細煤粉。EP335642A2公開了一種適合減震的層合的複合材料，該複合材料以金屬或合金作支承、橡膠或粘彈聚合物作減震和熱融粘合劑作粘合製成的。該層合的結構體適合於改進了的隔音應用。JP61005158B4公開了比重＞2.5的隔音材料和減震材料，該材料是通過將由100份橡膠和150-600份非金屬纖維和/或例如石棉和雲母的非金屬鱗片狀無機物質組成的混合物同金屬纖維混合製成的。但是，這些組合物還是不能提供本發明材料能夠使用於其中的結構體所需要的輕質、高效的減震效果。
因此，通常需要一種高效、輕質的減震系統，該系統能夠使工業，尤其是汽車業繼續以自身的技術生產越來越輕的汽車。並且，也需要一種高效的系統，該系統能夠承受大約0℃至大約60℃的溫度而保持高效的消音。
發明概述本發明公開了一種高效、輕質、彈性、丁基粘合劑的獨特的組合物，當該組合物應用於底材時，優選通過層合應用於底材，通常提供一種優異的減震系統。該組合物含有至少一種丁基橡膠、至少一種增粘樹脂、至少一種輕質顏料和基本上球形的微球的混合物。本發明的組合物的比重是大約1.0至大約1.20。
更特別是，本發明包括一種輕質減震系統，該系統包括(a)底材，和(b)存在於該底材的至少一個表面上的輕質減震組合物，該組合物包括(ⅰ)大約10％至35％重量的丁基橡膠，(ⅱ)大約5％至大約20％重量的增粘樹脂，(c)大約10％至30％重量的顏料，和(d)大約1％至10％重量的基本上球形的微球。
本發明的組合物的比重是大約1.00至大約1.30。
該系統可以應用於若干用途中，包括運輸業、建築業、航空航天業和用具業(appliance industry)。在運輸業中的應用通常包括交通工具中承受強烈震動的部分，這些部分包括艦尾防波板(quarterpanels)、頂部、門、內部、船肋板(floor pan)和操舵室。
本發明也可以包括非必要的組分來進一步實現需要的或想要的特殊的性能。這些組分包括各種各樣的填料和例如聚丁烯和脂肪酸的可以相容的增塑劑。
如下方法也包括在本發明的範圍之內，該方法是將本發明的丁基粘合劑組合物以大約1.0至大約3.0mm的厚度擠出到防粘襯(releaseliner)上，然後將丁基粘合劑組合物層合到合適的底材上，例如鋁箔、mylar聚酯薄膜、聚烯烴膜或鋼板上。該方法也可以反過來，結果丁基粘合劑擠出到底材上，然後同防粘襯(release liner)層合。底材的厚度應該是大約50至150微米。
通過損耗因數測試減震性能，通常本發明的系統在20℃至60℃的溫度內損耗因數大約為0.09至大約0.60。本發明的系統在低溫和高溫下都具有最好的性能。如果需要，通過使用表面密封塗層可以進一步改進低溫的性能。表面密封徐層可以是任何合適的壓敏粘合劑塗層，例如引用於此以作參考的US4,581,281中公開的。
附圖的說明
圖1是實施例1中的損耗因數對溫度作圖。
圖2是實施例2中的損耗因數對溫度作圖。
圖3是實施例3中的損耗因數對溫度作圖。
圖4是實施例4中的損耗因數對溫度作圖。
圖5是實施例2或4中的損耗因數對溫度作圖。
發明的詳細說明本發明公開了一種有利地提供理想的減震性能的獨特組成的組合物。當施加到合適的底材上，例如鋁箔、邁拉聚酯薄膜、聚烯烴膜或鋼板上，就得到了一種輕質的減震系統。該系統能夠應用於交通工具中，例如汽車、卡車或船隻，用具或其他的由於強烈震動而承受噪音的合適的結構體中。
通常，本發明的系統在機動交通工具的艦尾防波板(quarterpanels)、頂部、門、內部、船肋板(floor pan)和操舵室中尋求應用。在其他應用中，該系統能夠安裝在交通工具的內部或外部、飛機用具或結構體的合適位置上以發揮最大的性能。使用中發現，當在相同條件下測試時，本發明的系統通常具有的聲音損耗因數比其競爭產品的聲音損耗因數高兩到三倍。通常認為30至40℃時的損耗因數對於汽車工業是最重要的。以前的減震系統中的損耗因數的值為0.2至0.18。更高的溫度這些系統中的減震效果降低到可以忽略的水平。另一方面，固化了的系統在30℃至40℃的溫度範圍內可以產生高達0.2的損耗因數，但是低溫下它們的性能差。本發明的系統在20℃至60℃的溫度範圍內具有的損耗因數為大約0.05至大約0.7，更特別是，在20℃至60℃的溫度範圍內具有的損耗因數為大約0.1至大約0.6，更特別是，在20℃至40℃的溫度範圍內具有的損耗因數為大約0.25至大約0.5。這種前所未有的性能甚至在溫度低到0℃時也可以得到。
儘管現有技術在設計它們的減震系統中可能已經應用了本發明的某些組分，但是本發明的獨特配方卻是從來沒有實現的。本發明者認為，增粘樹脂在該系統的性能中發揮關鍵的作用。據推測，選擇含量的增粘樹脂同系統中其他組分協同地將系統中的損耗因數增加到前所未有的水平。
通常，本發明的組合物包括至少一種增粘樹脂。有許多有用的增粘樹脂。它們包括天然存在的樹脂和它們的衍生物，例如脂族烴樹脂、松香和松香酯、萜烯和苯並呋喃和苯並呋喃茚樹脂。此外，含有基於樹脂的合成石油，該合成石油可以單獨使用也可以同天然衍生的樹脂混合使用。顧名思義，增粘樹脂通常用於提供組合物的粘著性。而本發明中它們也改進系統的減震效果。本發明優選的增粘樹脂包括那些公知的來自於Exxon Chemical(Houston TX)的商標牌號為「Escorez 1102,1104,1310LC,1580,2000系列和5000系列」的產品和來自於Sartomer Co.(West Chester,PA)的商標牌號為「Norsolene」的產品。在優選組合物中，樹脂的量為大約5-20％重量，到更優選的量為5-20％重量，到最優選的量為5-17％重量。以損耗因數測試的減震效果隨增粘樹脂的量的增加而變好。但是，當含量高於約20％重量，低溫時系統變脆，因而損失了減震效果。由於脆性造成的某些損失可以通過表面塗層來補償。塗層可以是任何表面密封塗層，包括任何合適的例如引用於此作為參考的US4,581,281中公開的壓敏粘合劑塗層。
應用於本發明的丁基橡膠可以有品級的差別。這些丁基橡膠品級區別在於摩爾％、不飽和度、分子量和製備中為防止降解而加入的穩定劑的性能。這些丁基橡膠包括部分交聯的丁基橡膠、異丁烯和異戊二烯的共聚物。本發明中丁基橡膠的實例包括，但是並不僅限於此，那些公知的來自於Exxon Chemical(Houston,TX)的商標牌號為「Butyl 065,165,268和269」的產品和「Kalar 5215」(Belleville,NJ)。在本發明的優選組合物中，丁基橡膠的量大約為整個系統的約10至30％重量，更優選的量大約為10至25％重量，最優選的量為大約15至25％重量。
基本上球形的微球或細顆粒由於它們的重量輕而在本發明中是有用的。它們可以用於提供松密度(bulk)、控制粘度、增加粘合強度等方面。有許多可以在本發明中發現應用的球粒或微球種類。它們包括陶瓷、聚合物和玻璃或它們的混合物的中空、基本上球形的或細的顆粒。本發明中的微球的優選使用量為大約1至大約15％重量，更優選大約1至10％重量，最優選大約3至10％重量。合適的填料的實例包括那些公知的來自於PQ Corporation(Valley Forge,PA)的商品牌號為「Extendosphere SF」和「Q-CEL」的產品，來自於Fillite(Atlanta,GA)的「Fillite 150100」和來自於3M(St.Paul,MN)的「Scotchlite Glass Bubbles K系列」的產品。
顏料或顏料混合物也可以用於本發明的組合物中以提供顏色。對於其他的性能，顏料也可以用於增加組合物的固含量，起到填料的作用。通常，任何穩定的無機或有機的鹼性顏料都可以用於本發明的組合物中。本發明中有用的顏料的實例包括碳黑和Austin碳黑。用於本發明中的顏料的量可以在很大範圍內變化。優選使用大約10至35％重量，更優選使用大約10至30％重量，最優選使用大約15至25％重量。合適的顏料是來自於Degaussa AG(Frankfurt,Germany)的商品牌號為「Special Black 100」的產品，來自於Coal Fillers,Inc.(Bluefiled,VA)的商品牌號為「Austin Black 325」的產品，和來自於Cabot Corp.(Boston,MA)的商品牌號為「Regal Black 300」的產品。
為進一步制定該系統，可以向本發明的組合物中加入任意選擇的成分。這些組分通常以一定的量使用，該量不會反過來改變系統理想的性能。可以加入的組分包括填料和增塑劑。儘管本發明中使用的組分可能以有利於特殊的功能為特徵，但是這些組分並不僅限於它們的典型功能，因而通常用於本發明中以為系統提供理想的性能，這一點是可以理解的。例如，顏料也可以用作填料等。
為了得到某些性能例如抗龜裂性、防水性和二氧化碳阻隔效應，可以使用片狀填料例如不同的雲母(包括殼雲母(mica fractionatedshell)和金雲母)、滑石和粘土。此外，它有利於混合填料。用於本發明的優選的填料的量大約為整個系統的15至45％重量，更優選的量為整個系統的大約20至40％重量，最優選的量為整個系統的大約25至35％重量。填料可以從天然存在的或不同化學組成的幾種矽酸鹽中得到，並且公知的來自於Oyster Shell Products(Mobile,Alabama)的商品牌號為「ROY-CAL-L」的產品，來自於Thiele Kaolin Company(Sandersville,GA)的商品牌號為「RC-32 Clay」的產品，來自於KMGMiherals(Kings Mountain,NC)的商品牌號為「4-K Mica」的產品和來自於Polar Minerals,(Mt.Vernon,IN)的商品牌號為「5000 SeriesMica」的產品。
通常增塑劑同其他樹脂一起使用以得到粘合力和粘結強度。為了得到這些理想的性能，本發明中可以使用若干增塑劑。典型的增塑劑的實例包括聚丁烯、石蠟油、妥爾油脂肪酸、凡士林和帶有長的脂肪族支鏈的某些鄰苯二甲酸酯例如雙十三烷基鄰苯二甲酸酯。本發明中可以使用某些以商品牌號為標記的增塑劑例如來自於ExxonChemicals(Houston,TX)的「Parapol 700」和「Parapol 1300」，來自於Amoco Chemicals(Chicago,IL)的「Indopol H-50」和「IndopolH-300」，和來自於Arizona Chemical(Panama City,Florida)的「Acintol」。本發明中的增塑劑的優選的量大約是整個系統的約10至30％重量，更優選和最優選的量分別大約為整個系統的10至25％重量和15至25％重量。
本發明的組合物可以用Baker-Perkins∑葉片式混合器混合併擠出到防粘紙(release paper)上，然後層合到一合適的例如鋁箔的底材上。該方法也可以反過來進行，即丁基粘合劑擠出到底材上，然後施加到防粘紙上。
減震性能通常用Engineering Society for Advancing MobilityLand Sea Air and Space的SAE J1637測試法測試。該方法測試由粘合到通常所謂的Oberst棒的懸臂鋼棒上的減震材料組成的系統的減震性能。該測試指示出材料承受的溫度下的損耗因數。該測試方法是基於ASTM E 756中描述的方法，區別僅在於SAE方法詳細說明了棒的材料、棒的尺寸和測試樣品的安裝條件。
如上所述，本發明系統的損耗因數在0℃至60℃的溫度範圍內可以為大約0.05至0.70，更特別是在20℃至60℃溫度範圍內大約為0.10至0.60。
下面給出非限定性的實施例來說明本發明。
實施例測試方法1、減震Engineering Society for Advancing Mobility Land Sea Airand Space,SAE J1637測試法該方法使用一鋼棒作測試棒。使用精密研磨標準材料(Gage Stock)(或稱作精密研磨平行材料(flat stock))棒作為Oberst棒。該Oberst棒可以從市場中買到，或用低碳鋼棒材機加工而成。當該棒是機加工成的，要注意保證棒的兩個面彼此平行並且邊緣和端部同兩個面要平直。每一次都使用新的棒。測試的樣品在100微米的底材上具有2mm厚的減震組合物。棒的尺寸可改變。
實施例3的製備方法使用Baker Perkins混合器。將Kalar 5215 182kg,Butyl 268 34kg,Escorez 1102 136kg和聚丁烯H50 15kg加入到混合器中並在夾套中有循環冷水的條件下混合30分鐘。然後，加入228kg的AustinBlack 325，並在隨後的30分鐘內再加入45kg。在保持高剪切(或撕捏)的條件下，加入3kg的FA-2油，然後增加91kg的4K雲母，114kg的RC-32 Clay,45kg的Roy Cal L和234kg的聚丁烯。混合全部混合物直至得到均勻的粘合劑。然後加入45kg微球混合15分鐘。在整個過程中，溫度保持在低於250°F。整個混合時間為3至4小時。用針入度硬度法進行質量對照試驗，然後將23kg的滑石加入混合器中以將丁基粘合劑分離成更小的塊，以使混合物能夠方便地從混合器中取出。隨後對其他的實施例使用了相似的方法。<
根據上述的測試法對樣品的減震性能進行了測試。使用的棒的尺寸如下
實施例尺寸安裝後的自由長度 200mm±0.5mm總長度225mm厚度 0.8mm±0.03mm寬度 12.7mm±0.03mm棒的安裝條件在以下示意結構中給出。
說明L=棒的自由長度200mm(這也是減震材料的長度)L=棒的總長度225mmH1=減震材料的厚度H2=棒的厚度0.8mmW=棒的寬度12.7mm注意減震材料不能接觸夾具或卡具。夾具和材料之間的縫隙(G)應該小於或等於1mm。
下表中給出了SAE J1637測試法的測試結果。
注意1A是同實施例1相同的組合物。4A和4B是同實施例4相同的組合物。
權利要求
1.一種輕質、未固化、彈性的減震組合物，包括(a)至少一種丁基橡膠，(b)至少一種增粘樹脂，(c)至少一種顏料，和(d)基本上球形的微球，其中所說的組合物的比重大約是1.00至1.20。
2.一種輕質、未固化、彈性的減震組合物包括(ⅰ)至少一種選自部分交聯的丁基橡膠、異丁烯-異戊二烯共聚物和它們的混合物的丁基橡膠，(ⅱ)至少一種以能夠有效提高組合物減震效果的量存在的增粘樹脂，(ⅲ)至少一種以能夠有效給予組合物顏色和增加組合物固含量的量存在的顏料，(ⅳ)以能夠有效控制組合物粘度和增加組合物粘合強度的量存在的基本上球形的微球，其中所說的組合物的比重大約是1.00至1.20。
3.一種減震系統，包括底材和存在於該底材的至少一個表面上的一種輕質、彈性的減震組合物，該組合物包括有效量的(a)至少一種丁基橡膠，(b)至少一種增粘樹脂，(c)至少一種顏料，和(d)基本上球形的微球，其中所說的減震系統的比重大約是1.10至1.30。
4.一種減震系統包括底材和存在於該底材的至少一個表面上的一種輕質、彈性的減震組合物，該組合物包括(a)大約15％至25％重量的至少一種丁基橡膠，(b)大約5％至17％重量的至少一種增粘樹脂，(c)大約15％至25％重量的至少一種顏料，和(d)大約3％至10％重量的微球。
5.一種提高底材減震的方法，包括如下步驟(a)製備一種根據權利要求1或2的輕質、未固化、彈性的減震組合物，(b)將有效量的組合物施加到至少一種底材上，和(c)在底材間形成一種粘合體。
6.根據權利要求1-4中任一項的組合物，還包括一種選自填料、增塑劑以及它們的混合物的成分。
7.根據權利要求1-4中任一項的組合物，其中的增粘樹脂選自脂族烴樹脂、松香和松香酯、萜烯、苯並呋喃、苯並呋喃茚樹脂以及它們的混合物。
8.根據權利要求1-4中任一項的減震組合物，其中基本上球形的微球選自陶瓷、聚合物和玻璃的球形微球和細顆粒以及它們的混合物。
9.權利要求3或4的減震系統，其中在大約20℃至大約60℃的溫度範圍內，其損耗因數大約是0.05至大約0.70。
10.權利要求3或4的減震系統，其中在大約0℃，其損耗因數大約是0.10至大約0.25。
11.權利要求4的減震系統，其中在大約20℃至大約60℃的溫度範圍內，該系統的損耗因數大約是0.10至0.60。
全文摘要
本發明公開了一種輕質的減震組合物,該組合物包括有效量的至少一種丁基橡膠、至少一種增粘樹脂、至少一種顏料和基本上球形的微球。本發明的組合物比重大約是1.0至1.2,並且在低溫以及高達大約60℃時都具有有效的減震效果。該組合物有效地應用於運輸業、建築業、航空航天業和用具業(appliance industry)。
文檔編號B32B25/18GK1231049SQ97197988
公開日1999年10月6日 申請日期1997年9月16日 優先權日1996年9月16日
發明者R·V·辛格 申請人:埃弗泰克北美有限責任公司