声阻尼复合物的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种声阻尼材料合成物，其用作汽车应用中的烘烤自由层覆层(bake-on free layer cladding)，特别是用来基于无机薄片填充的沥青来抑制来自于车辆的3D形状金属体面板的声学振动。
【背景技术】
[0002]特别是衬垫形式的声阻尼复合物被用来抑制车辆中的振动噪声，特别是与发动机相关的噪声。高温易熔衬垫可应用到诸如门板和地板等不同金属车辆组件，然后进行热处理将衬垫熔合到金属上。
[0003]用于汽车应用作为烘烤阻尼材料的声阻尼或隔音复合物一般由沥青或树脂基质、填充剂和一些加工添加剂制成。用于隔音面板的典型复合物为:
[0004].按质量为25-30%的沥青；
[0005]?按质量为0-5 %的聚合物；
[0006].按质量为3-5 %的纤维；以及
[0007].按质量为60-70%的填充剂(MORGAN等，壳牌沥青工业手册，Thomas Telford,1995， ISBN 0951662511)。
[0008]由于在粘弹性材料中，杨氏模量随着温度减小，并且损耗因数根据温度具有峰值，所以在金属板的阻尼效应(称作复合物阻尼)具有峰值处存在温度窗口。阻尼器被设计成使该峰值适合于应用温度。车辆中使用的用来抑制例如金属体板的振动的自由层阻尼器具有适合使用区域的最佳温度分布曲线。例如，诸如外仪表板、通道区域或排气上方的尾箱区域等车辆的较热区域，需要最佳温度分布曲线在60-80°C的范围内。其它略微较热的区域需要最佳温度分布曲线在10-40 °C的范围内。
[0009]为了获得良好的阻尼性能，重要的是阻尼材料符合并粘附待抑制的下伏表面(underlying surface)。这在汽车工业中使用一致性(conformability)测试(见图1)来进行测试，由此在固化过程中符合下伏表面的能力通过预定表面来测试。
[0010]无机填充材料特别是矿物填充剂被广泛用于汽车阻尼板，特别是使用精细研磨的粉状材料，例如石灰岩、板岩或碳酸钙。这些材料填充剂的结构是圆细颗粒。并且，纤维状或薄片状无机填充剂的使用是已知的，并用在振动阻尼材料中。使用这些填充剂材料的原因是为了增加材料的硬度，提高整体性能，特别是材料的阻尼损耗因数。因为人们认为云母的薄片形状提高了振动阻尼性能，所以诸如云母薄片等薄片无机填充剂被认为是用于声阻尼材料的优选材料。尽管这种薄片填充剂的增加量将提高阻尼性能，但是在较高浓度，材料可能变得太硬而不易操作，并容易破裂或断开。而且，材料在烘烤或固化过程中在较高3D形状区域缺少一致性。因此，现今使用的实际浓度低于为了获得良好阻尼性能所希望的浓度。
[0011]对于具有高程度3D形状的区域，例如由于车体面板内的整体肋板，填充剂成分被减少，以将一致性提高到令人满意的等级，但是牺牲了整体的阻尼性能。因此，目前市场上可获得的阻尼器是一种折中，而不能令人满意。
[0012]在非常凸出或弯曲的区域，仅高达15-20 %的薄片填充剂能够用来满足一致性要求。更高的量仅在车体的平坦区域是可行的。替换地，非薄片填充剂被用来获得一致性，但是具有降低的阻尼性能。
【发明内容】
[0013]本发明的目的是获得一种粘弹性材料，其能够用作烘烤自由层阻尼，消除目前可获得的现有材料的缺点，特别地，本发明的目的是获得一种具有增强的阻尼性能、在烘烤固化过程中能够符合3D形状表面的阻尼材料。
[0014]出人意料地，已发现权利要求1中所述的仅使用少量松弛剂和大量云母填充剂的材料复合物将制成满足汽车工业中一般使用的一致性测试并且具有增强的阻尼性能的自由层阻尼器。
[0015]根据本发明，用于车辆表面的阻尼的自由层阻尼材料包括:
[0016]?按质量为40%至60%的沥青；
[0017]?作为唯一的填充剂:薄片无机填充剂，按质量浓度为40%至52%，优选按质量为45%至50% ;以及
[0018].使用松弛剂。
[0019]松弛剂被定义为这样一种试剂，其在固化过程中松弛材料来足够获得良好的一致性，而不会在大于固化之前的原复合物密度的60 %的固化过程中减小复合物材料的密度，优选材料中不具有与在固化过程中发泡作用相关的气隙。
[0020]已发现低数量使用通常用作可膨胀的约束层阻尼材料的发泡剂的试剂将会松弛材料，足够允许在固化过程中的形状一致性。另外，使用低量的松弛剂将避免过分发泡，并因此阻尼性能被保持在优选的等级。
[0021]出人意料地，已发现吸热剂甚至比放热剂表现更好。至今，仅放热发泡剂是已知的，并通常用来制作用于约束层阻尼的可膨胀的沥青阻尼器。已发现由于较低的发泡能力，吸热发泡剂是较好的松弛剂，其在固化中引起密度较少的减小，因此保持了较高的杨氏模量以及较高的阻尼特性。
[0022]由于松弛剂，材料将在固化过程中适应下伏形状，由此优化阻尼性能。由于阻尼材料仅存在最小的膨胀，所以高度填充的材料的最初粘弹性能很难改变，就获得了增加的云母浓度，并因此在车辆的成形或弯曲区域中获得更好的阻尼生能。
[0023]松弛剂
[0024]作为松弛剂，吸热或放热化学发泡剂都可以使用。由于车辆白车身的固化温度在大约150_200°C，所以优选化学发泡剂的反应温度也在这个范围内。
[0025]由于不需要真实的发泡作用，相反地，这样发泡不是优选的，因而范围是可以实现的，而不需要附加的反应剂来优化发泡反应。特别地，用来增强例如更多气体产品形式的泡沫产品的增强剂的使用也不是优选的，因为这会使整体的自由阻尼性能变坏。
[0026]放热化学发泡剂在分解过程中释放能量并广泛地用于可膨胀的约束层阻尼器。一旦分解已经开始，它在能量供给已经停止之后自发地继续进行。放热化学发泡剂包括酰肼和偶氮化合物。能够按照本发明使用的该种放热发泡剂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]放热剂倾向于具有较高的发泡作用，按质量在0.5-2%的较低浓度是优选的。按质量3%等级及以上对于一致性具有负作用，这是因为阻尼材料倾向于较少有结合力并且太流体化，这增加了车辆在固化过程中材料可能流动的风险。
[0028]吸热化学发泡剂是在分解过程中消耗能量的化学剂，在全部反应时间内需要连续的能量输入。它们大多数是基于碳酸氢盐和柠檬酸。尽管它们是用于塑料工业的已知的发泡剂，但是吸热发泡剂难以用于沥青阻尼工业。根据本发明能够用作松弛剂的化学发泡剂的例子是碳酸氢1丐，例如Hydrocerol (Clariant公司)。已发现按质量在0.3和3%之间的浓度提供了一致性的良好结果。5%将获得令人满意的一致性并且同时发泡是最少的，表现了非常好的阻尼性能。尽管使用的百分数还取决于填充剂的百分数，作为一般的原则，可以说接近0.3的松弛剂浓度将会更优选，并且在大多情形下足以获得一致性，而不会降低阻尼性能。
[0029]松弛剂的优选量是阻尼材料符合金属底板的下伏3D形状而不会在固化过程中破裂所需的最小量。使用大于该步骤所需的量将减低阻尼性能，并将是不利的。在通常显示用于约束层阻尼器的阻尼材料的合适发泡或膨胀的范围内使用发泡剂将引起该层的显著增加，以及为了获得良好的自由层阻尼性能所需值的必须硬度的减小。另外，在复合物的固化烘烤过程中流动的风险将增加。
[0030]出人意料地，很少量的松弛剂能够用来在固化中松弛材料，足以让它符合形状并且同时允许使用较高浓度的薄片无机填充剂。由此，为了获得符合3D形状区域的良好自由层阻尼的阻尼特性被保持或者甚至被增强。在低浓度，化学发泡剂似乎作为松弛剂，而不会在沥青中形成正常的泡沫。已发现如果使用低于3%浓度的化学发泡剂结合所要求的高等级的无机薄片填充剂，材料在固化中不会形成裂缝。
[0031]填充剂
[0032]作为唯一的填充剂，薄片无机填充剂使用例如云母薄片或石墨薄片。优选地，由