DE3802090C2

DE3802090C2 -

Info

Publication number: DE3802090C2
Application number: DE19883802090
Authority: DE
Inventors: Franz-Josef 5068 Odenthal De Giesen; Klaus-Peter Dipl.-Ing. Majewski; Hans-Rainer Dr. 5093 Burscheid De Zerfass
Original assignee: GOETZE AG 5093 BURSCHEID DE
Current assignee: Federal Mogul Sealing Systems GmbH
Priority date: 1988-01-26
Filing date: 1988-01-26
Publication date: 1990-05-23
Also published as: DE3802090A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines für die Herstellung von Flachdichtungen geeigneten Flachdichtungsmaterials, bestehend aus einer Metallplatte mit einer ein- oder beidseitigen Beschichtung aus elastomerem Material.

In der Dichtungstechnik ist es bekannt, Metallbleche aus bevorzugt Stahl für die Herstellung von Flachdichtungen zu verwenden. So können beispielsweise Zylinderkopfdichtungen aus einem oder mehreren übereinanderliegenden Metallblechen bestehen und man spricht von Einlagendichtungen und Mehrlagendichtungen. Zur Herstellung werden die Dichtungsplatten aus Metallbändern ausgestanzt, und die Dichtungsplatten können zur Erhöhung der Dichtpressung bevorzugt am Brennraumöffnungsrand gesickt sein. Bei Mehrlagendichtungen werden die übereinanderliegenden Dichtungsplatten bevorzugt durch Einfassungen an den Öffnungsrändern zusammengehalten.

Vor allem zur Verbesserung der Mikro- und Makroabdichtung ist es beispielsweise aus der GB-PS 11 61 444 bekannt, die Dichtflächen der Metallbleche ein- oder beidseitig mit meist sehr dünnen Überzügen aus elastomerem Material zu versehen,wobei bei Mehrlagendichtungen häufig nur die äußeren Metallbleche beschichtet werden.

Der Auftrag des Überzug erfolgt in der Praxis entweder an der fertiggestellten Dichtung oder an den Metallplatten bevorzugt durch Aufspritzen und Aufwalzen und nachträgliches Trocknen und/oder Vulkanisieren. Solche Verfahrensschritte sind allerdings relativ aufwendig und kostspielig, so daß die Massenfertigung derartiger Dichtungen unwirtschaftlich wird. Beim Auftragen der Beschichtungen auf ungestanzte Dichtungsplatten müssen darüber hinaus die beschichteten Platten noch stanzbar und zur Sickenbildung verformbar sein, ohne daß die Beschichtungen sich von den Metallplatten lösen.

Als besonders wirtschaftliches Beschichtungsverfahren von Metallblechen ist beispielsweise nach der Literaturstelle in Bänder, Bleche, Rohre 6 (1987), Seiten 265 bis 267, das Coil-Coating-Verfahren bekannt, bei dem das Beschichtungsmaterial auf einer Metallbandstrecke zwischen dem sich von einer Rolle abwickelnden Metallband und dem sich auf eine zweite Rolle aufwickelnden Metallband kontinuierlich aufgetragen sowie bevorzugt thermisch getrocknet und/oder vernetzt wird. So werden vor allem zinkstaublackierte Bleche hergestellt, oder es werden auf diese Art Bleche mit Klebstoffen beschichtet, auf die dann Elastomere oder andere Weichstoffe, beispielsweise auch für die Herstellung von Zylinderkopfdichtungen, aufgeklebt und/oder aufvulkanisiert werden können.

Der Auftrag von Elastomeren im Coil-Coating Verfahren ist in der Praxis jedoch schwierig, da übliche Elastomermischungen, sei es in hochviskoser Form oder in der Form von niedrig viskosen Lösungen, relativ lange Trocknungs- und Vulkanisationszeiten besitzen, auch dann, wenn sie in geringen Schichtstärken von nur 0,005 bis 0,1 mm aufgetragen werden. Die relativ kurze Strecke von 100 bis 200 m, die das Metallband zwischen dem Abwickeln und Aufwickeln je nach Bandgeschwindigkeit in etwa 0,5 bis 2,5 Minuten durchläuft, reicht dann zum befriedigenden Ausvulkanisieren des Überzugs nicht mehr aus.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Flachdichtungsmaterials gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruches zu schaffen, dessen Beschichtung aus elastomerem Material im Coil-Coating-Verfahren aufgetragen wird, wobei das beschichtete Flachdichtungsmaterial problemlos zu vor allem Zylinderkopfdichtungen von Verbrennungskraftmaschinen durch Stanzen und Verformungen verarbeitbar sein soll. Die hergestellte Dichtung soll darüber hinaus die erforderlichen Funktionseigenschaften besitzen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Flachdichtungsmaterials gelöst, bei dem zur Beschichtung im Coil-Coating-Verfahren eine elastomere Lösung, enthaltend

100 Gewichtsteile Nitrilbutadienkautschuk, hydrierten Nitrilbutadienkautschuk und/oder Fluorkautschuk,
1-10 Gewichtsteile eines organischen Peroxids mit einem Zersetzungspunkt oberhalb 150°C,
1-5 Gewichtsteile Triallylcyanurat und/oder Triallylisocyanurat als Vernetzungsaktivator,
10-150 Gewichtsteile micronisiertes Graphitpulver mit einer Teilchengröße von weniger als 0,010 mm,
bis zu 100 Gewichtsteile weißer pulvriger mineralischer Füllstoff,
bis zu 100 Gewichtsteile anorganischer Farbpigment,
bis zu 20 Gewichtsteile Vernetzungshilfsmittel aus Metalloxiden,
bis zu 30 Gewichtsteile Verarbeitungshilfsmittel aus der Gruppe der Gleitmittel, Weichmacher, Kupplungsmittel, Alterungsschutzmittel, Kunstharz und/oder Entlüftungsmittel sowie
300 bis 1200 Gewichtsteile eines die elastomeren Komponenten lösenden Lösungsmittels,

auf das Metallblech aufgetragen und dort getrocknet und vulkanisiert wird.

Der Überzug wird dabei bevorzugt in einer Dicke zwischen 0,005 und 0,100 mm aufgetragen, während die Dicke des Metallblechs aus bevorzugt Federstahl zwischen 0,1 und 0,5 mm liegt.

Es wurde gefunden, daß die mit dieser elastomeren Lösung im Coil-Coating-Verfahren beschichteten Metallbleche ein Flachdichtungsmaterial ergaben, das sich durch Stanzen und Verformungen zu Flachdichtungen mit den auch für Zylinderkopfdichtungen in Verbrennungskraftmaschinen geforderten hohen Funktionseigenschaften verarbeiten ließ, und zwar läßt sich die niedrig viskose Elastomerlösung in der gewünschten geringen Stärke im Coil-Coating-Verfahren auf das laufende Metallblech auftragen und dort bevorzugt thermisch bei Temperaturen von etwa 200 bis 350°C zu einem nichtklebenden, elastomeren Überzug während der zur Verfügung stehenden 0,5 bis 2,5 Minuten vulkanisieren. Durch die Verwendung eines oberhalb 150°C sich zersetzenden organischen Peroxids, wie Bis- (tertiärbutylperoxiisopropyl) -benzol als Vernetzer, werden erst bei den Vernetzungstemperaturen die zur schnellen Vulkanisation erforderlichen Radikale in ausreichender Menge gebildet, wobei Zusätze von Triallylcyanurat oder Triallylisocyanurat als Vernetzungshilfsmittel fungieren. Durch die Verwendung des in herkömmlichen Elastomermischungen an und für sich nicht üblichen Zusatzes an Graphit in micronisierter Form entsteht beim Vulkanisieren im Coil-Coating-Verfahren ein nichtklebender Überzug, der einmal bei der Verarbeitung ein klebefreies Aufwickeln der Metallbänder nach dem Beschichten ermöglicht und zum anderen Dichtungen liefert, die auch unter den extremen Betriebsbedingungen einer Zylinderkopfdichtung nicht kleben und sogar der Dichtung Gleiteigenschaften verleihen. Die die Wärme gut leitenden Graphitbestandteile sorgen dabei auch für die Ableitung der Wärme unter Betriebsbedingungen und verhindern die Überhitzung des Überzugsmaterials. Die weiteren Zusatzstoffe sind in der Elastomertechnik an und für sich üblich, und sie unterstützen das Vulkanisationsverhalten der Elastomeren und verbessern die Funktionseigenschaften der Überzüge.

So verbessern die weißen mineralischen Füllstoffe aus bevorzugt Siliciumoxid, Silicaten oder Kaolinen die funktionstechnisch wichtige Festigkeit der Überzüge, durch Farbpigmente, wie Ruße, Eisenoxide oder geeignete Metallsalze, wird die gewünschte Farbe des Überzugs erhalten, und die metalloxidischen Vernetzungshilfsmittel, wie Zinkoxid, Magnesiumoxid oder Bleioxid, verbessern das Vulkanisationsverhalten der Elastomere. Durch die Gleitmittel aus vor allem Wachsen und Stearaten wird die Verarbeitbarkeit der Elastomeren verbessert und durch die Weichmacher aus, in diesem Fall bevorzugt Dioctylsebacat oder Trioctyltrimellithat, erhalten die Überzüge die im Betriebstemperaturbereich gewünschte Geschmeidigkeit. Wesentlich vor allem ist die Zugabe der Kupplungsmittel aus bevorzugt Titanaten, Zirkonaten und Silanen und die Zugabe der Kunstharze aus insbesondere Phenolharzen, da sie die funktionsmäßig wichtige Festigkeit der Überzüge und ihre Haftung auf dem Metallblech steigern.

Die verwendeten Elastomeren bestehen aus Nitrilbutadienkautschuk, hydriertem Nitrilbutadienkautschuk und Fluorkautschuk. Sie lassen sich gut vulkanisieren und besitzen zugleich vor allem die für die Dichtungen im Motorenbau erforderlichen Beständigkeitseigenschaften. Die zur Lösung der Elastomeren erforderlichen Lösungsmittel müssen entsprechend auf das eingesetzte Elastomer abgestellt sein und bestehen bevorzugt aus Methylethylketon, Methylisobuthylketon oder n- Butylacetat. Falls erforderlich, kann auf das zu beschichtende Blech vor dem Beschichten ein Haftmittel aufgetragen werden.

Durch die Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung eines elastomerbeschichteten Flachdichtungsmaterials nach einem wirtschaftlichen Verfahren geschaffen worden. Das erfindungsgemäß hergestellte Flachdichtungsmaterial kann problemlos in der Massenfertigung durch Stanzen und Verformungen zu vor allem Zylinderkopfdichtungen von Verbrennungskraftmaschinen verarbeitet werden. Die Überzüge besitzen die für derartige Dichtungen erforderlichen Funktionseigenschaften, vor allem in bezug auf ihr Verformungsverhalten, auf ihre Haftung am Metallblech, auf ihre Beständigkeitswerte gegenüber den Abdichtmedien, auf ihr Antiklebverhalten und ihre Festigkeitswerte. Das erfindungsgemäß hergestellte Flachdichtungsmaterial kann dabei ein- oder beidseitig beschichtet werden, und es kann zu Ein- oder Mehrlagendichtungen verarbeitet werden. Bevorzugt werden mit dem erfindungsgemäß hergestellten Flachdichtungsmaterial Dichtungen für Verbrennungskraftmaschinen hergestellt, im Prinzip ist es jedoch auch möglich, das hergestellte Flachdichtungsmaterial für die Herstellung von Dichtungen für andere Einsatzfälle zu verwenden. Darüber hinaus kann die verwendete Elastomerlösung statt im Coil-Coating-Verfahren auch in anderen Verfahren, wie beispielsweise im Walz-, Spritz- oder Vorhanggießverfahren verarbeitet werden, und ihre Vulkanisation kann nicht nur thermisch, sondern auch durch energiereiche Strahlung erfolgen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines für die Herstellung von Flachdichtungen geeigneten Flachdichtungsmaterials, bestehend aus einer Metallplatte mit einer ein- oder beidseitigen Beschichtung aus elastomerem Material, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschichtung im Coil-Coating-Verfahren eine elastomere Lösung, enthaltend
100 Gewichtsteile Nitrilbutadienkautschuk, hydrierten Nitrilbutadienkautschuk und/oder Fluorkautschuk,
1-10 Gewichtsteile eines organischen Peroxids mit einem Zersetzungspunkt oberhalb 150°C,
1-5 Gewichtsteile Triallylcyanurat und/oder Triallylisocyanurat als Vernetzungsaktivator,
10-150 Gewichtsteile micronisiertes Graphitpulver mit einer Teilchengröße von weniger als 0,010 mm,
bis zu 100 Gewichtsteile weißer pulvriger mineralischer Füllstoffe,
bis zu 100 Gewichtsteile anorganischer Farbpigmente,
bis zu 20 Gewichtsteile Vernetzungshilfsmittel aus Metalloxiden,
bis zu 30 Gewichtsteile Verarbeitungshilfsmittel aus der Gruppe der Gleitmittel, Weichmacher,
Kupplungsmittel, Alterungsschutzmittel, Kunstharze und/oder Entlüftungsmittel sowie
300 bis 1200 Gewichtsteile eines die elastomeren Komponenten lösenden Lösungsmittels,
auf das Metallblech aufgetragen und dort getrocknet und vernetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Beschichtung zwischen 0,005 und 0,100 mm liegt.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte aus Federstahl besteht und eine Dicke zwischen 0,1 und 0,5 mm besitzt.

4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Auftrag des elastomeren Überzugs auf die Metallblechplatte ein Haftmittel aufgetragen wird.

5. Verwendung des nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten Flachdichtungsmaterials für die Herstellung von einlagigen oder mehrlagigen und/oder durch Sickungen verformten Flachdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen.