DE4113153C2

DE4113153C2 -

Info

Publication number: DE4113153C2
Application number: DE19914113153
Authority: DE
Inventors: Stavros Dr. Perroy Waadt/Vaud Ch Spiliadis
Original assignee: DuPont de Nemours International SARL
Current assignee: DuPont de Nemours International SARL
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1993-04-15
Also published as: DE4113153A1; EP0581893A1; WO1992018578A1; JPH06507196A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Industriedichtungen für den Einsatz mit Dampf, insbesondere auf solche Dichtun gen, die asbestfrei sind und mit Hilfe des Kalanderver fahrens unter Verwendung von organischen synthetischen Fasern, Füllstoffen und polymeren Bindemitteln herge stellt werden.

Aufgrund der Gefahren für die Gesundheit, die mit As bestfasern verbunden sind, ist die industrielle Nach frage nach para-Aramid-Pulpe, wie z. B. die im Handel erhältliche Poly(p-phenylenterephthalamid)-Pulpe, als Ersatz für Asbest ständig gestiegen. para-Aramid-Pulpe ist wegen ihrer hohen Temperaturbeständigkeit, Festig keit und Verschleißfestigkeit ein guter Ersatzstoff.

para-Aramid-Pulpe läßt sich gemäß dem in EP 3 92 559-A2 beschriebenen Verfahren herstellen. Bei diesem Verfahren werden para-Aramid-Fäden mechanisch zu Pulpe verarbei tet, indem sie zunächst in kurze Fasern geschnitten und dann zu Pulpe verschliffen werden. Diese Pulpe wird dann verwendet zur Herstellung von Produkten wie Bremsbelä gen, Dichtungen, Laminaten und Verbundstoffen. Einige Anwendungen für para-Aramid-Pulpe sind in Research Dis closure Journal No. 19 037 angeführt.

Herkömmliche Dichtungen sind verschiedener Art und fin den vielerlei Verwendung. Im deutschen Patent DE 37 35 634 werden Weichdichtungen für Verbrennungsmotoren beschrieben, die mit Hilfe eines konventionellen Her stellungsverfahrens für Papier aus para-Aramid-Pulpe und anderen Materialien erzeugt werden. Andere in diesem deutschen Patent angegebene Patentzitate beschreiben andere Dichtungen für Verbrennungsmotoren wie z. B. Zy linderkopfdichtungen. Derartige, mit Hilfe des konven tionellen Herstellungsverfahrens für Papier erzeugte Dichtungen sind nicht geeignet für den Einsatz mit Dampf, insbesondere bei Hochdruck-Dampfleitungen.

Die Verwendung von fluorierten Polymeren wie Polytetra fluorethylen (PTFE) in Dichtungen ist wohlbekannt. Man findet viele Zitate in der Patentliteratur, die die Ver wendung von PTFE in verschiedenen Dichtungsmaterialien zeigen. Das US-Patent 47 92 594 offenbart die Verwendung in Dichtungen aus den beschriebenen Tetrafluorethylen- Copolymer-Pulvern.

Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Industriedichtung für den Einsatz mit Dampf zugänglich gemacht, welche aus einem flexiblen Faservlies besteht, das mit Hilfe des Kalanderverfahrens mit organischen synthetischen Materialien, Füllstoffen und polymeren Bindemitteln hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Materialien in dem flexiblen Faservlies eine Mischung aus (1) p-Poly aramid-Pulpe und (2) wenigstens einem der Bestandteile (a) m-Polyaramid-Wolle oder -Fibride, und (b) Polytetra fluorethylen-Pulver sind.

Die Zeichnung stellt eine Kurve in erweitertem Maßstab dar, die den Wasserverlust in Prozent als Funktion der Versuchsdauer in Tagen zeigt.

Die Dichtungen gemäß vorliegender Erfindung sind flexi ble Faservliese, hergestellt nach dem konventionellen Kalanderverfahren zur Erzeugung gepreßter Dichtungen, unter Verwendung von Kalandern, die der Fachwelt wohlbe kannt sind. Die für diese flexiblen Faservliese verwen deten organischen Fasern umfassen eine Mischung aus (1) p-Polyaramid-Pulpe (fibrillierte Fasern unterschiedli cher Länge, im Durchschnitt gewöhnlich kürzer als 12 mm) und (2) wenigstens einen der Bestandteile (a) m-Polyara mid-Kurzfaser (gewöhnlich bezeichnet als Wolle oder Fi bride), und (b) Polytetrafluorethylen-Pulver. Im allge meinen weist die Mischung von (1) zu (2) ein Gewichts verhältnis im Bereich von 99 : 1 bis 50 : 50 auf, vorzugs weise ein Gewichtsverhältnis im Bereich von 99 : 1 bis 80 : 20. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß bei Verwendung derartiger Mischungen zur Herstellung von Dichtungen mit Hilfe des Kalanderverfahrens der Wasser verlust durch die Dichtung sehr niedrig ist im Vergleich zu herkömmlichen Dichtungen, die mit diesem Verfahren aus Asbest und p-Polyaramid-Pulpe alleine hergestellt wurden.

para-Polyaramid-Pulpe und m-Polyaramid-Fasern sind wohl bekannt und sind im Handel unter den Warenzeichen KEVLAR® bzw. NOMEX® von E.I. du Pont de Nemours & Co. erhältlich. para-Polyaramid-Pulpe läßt sich wie in EP 3 92 559-A2 beschrieben herstellen. Vorzugsweise wird eine Kurzfaserpulpe der für diese Erfindung vorteilhaf ten Mischung hergestellt durch Wirbelluftschleifen wie in der US-Patentanmeldung Ser. No. 07/5 06 968, eingereicht am 27.02.1990 im Namen von Haines und Schuler (KB-3040), beschrieben. Eine Mischung aus p-Polyaramid und m-Poly aramid kann auch vor dem Zerkleinern hergestellt werden wie in EP 3 92 559-A2 beschrieben. Die fibrillierten Fa sern in der Pulpe weisen im allgemeinen eine Länge von etwa 0,2 bis 8 mm auf, vorzugsweise von etwa 1 bis 3 mm.

Polytetrafluorethylen- (PTFE) -Pulver ist ein weißes rieselfähiges Pulver mit Submikron-Teilchengröße. Es ist ebenfalls im Handel erhältlich unter dem Warenzeichen TEFLON® von E.I. du Pont de Nemours & Co. Ein vorteil haftes PTFE-Pulver weist eine Schüttdichte von 300-600 g/l auf, vorzugsweise von 500-550 g/l, eine durchschnittliche Verteilung der Teilchengröße bezogen auf das Volumen von 3-100 µm und eine Fließfähigkeit von 0,5-50 g/10 min. Das PTFE-Pulver wird im allgemeinen vor dem Zerkleinern mit p-Polyaramid-Pulpe gemischt.

Eine wie oben beschriebene Mischung aus organischen Fa sern wird zu einem flexiblen Faservlies, wie es als Dichtung für den Einsatz mit Dampf vorteilhaft ist, durch Mischen mit anderen Materialien, von denen bekannt ist, daß sie für Dichtungen vorteilhaft sind, und Formen der Matte aus Fasern (Vlies) mit Hilfe des wohlbekannten Kalanderverfahrens. Dieses Verfahren läßt sich durchfüh ren mit Hilfe irgendeiner für diesen Zweck im Handel erhältlichen Kalandriermaschinen.

Weitere für die Herstellung von Dichtungen vorteilhafte Materialien sind Füllstoffe (sowohl organische als auch anorganische Materialien), polymere Bindemittel und nach Belieben Bestandteile wie Antioxidantien, Färbemittel, Härter und dergleichen. Bis zu 10 Gew.-% zusätzlicher Fasern können eingebracht werden, z. B. anorganische Silicat-Fasern. Beispiele für anorganische Füllstoffe sind Talk, Bariumsulfat, Calciumcarbonat und Wollasto nit. Beispiele für polymere Bindemittel sind bevorzugte Gummibindemittel, z B. Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), natürlicher Kautschuk und Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuke (EPDM).

Beispiele

Preßdichtungen wurden hergestellt (etwa 2 mm dick) unter Verwendung einer Mischung aus (1) 80 Gew.-% p-Polyara mid-Pulpe (KEVLAR® IF 356) mit einer Faserlänge von 1-3 mm und 20 Gew.-% m-Polyaramid-Kurzfaserwolle (3-6 mm), und (2) 80 Gew.-% p-Polyaramid-Pulpe wie oben und 20 Gew.-% PTFE-Pulver (TEFLON® MP 1000). Die Dichtun gen wurden dann in einem Dampftest mit handelsüblichen Dichtungen aus Asbest und einer aus p-Polyaramid-Pulpe (KEVLAR® IF 356) alleine verglichen. Alle vier Dichtun gen waren zusammengesetzt mit gleichen Bindemitteln, Füllstoffen und anderen Bestandteilen, so daß sich die ungefähre Zusammensetzung der Dichtungen wie folgt er gab:

15 Gew.-% Mischung (1), Mischung (2), Asbest oder p-Polyaramid-Pulpe.
15 Gew.-% NBR-Kautschuk als Bindemittel.
70 Gew.-% anorganische Füllstoffe (d. h., eine Mischung aus Talk, Kaolin und Silicat-Pulver).

Jede Zusammensetzung enthielt etwa 1 Gew.-% eines Ver netzungsmittels und eines Antioxidans. In der noch fol genden Tabelle I ist die Dichtung A Mischung (1), und Dichtung B ist Mischung (2); Dichtung C ist KEVLAR®-Pul pe alleine.

Dampftest:

Eine Dampfkammer aus rostfreiem Stahl mit einem Fas sungsvermögen von 0,08 l, versehen mit einem Deckel aus rostfreiem Stahl mit 6 Meßschrauben, wird mit etwa 70 g Wasser gefüllt. Die zu untersuchende Dichtung wird zwi schen die Flansche von Kammer und Deckel geschraubt, bis zu einem Drehmoment von 107,873 N·m (11 kg·m). Das ganze System wird in einen auf 240°C gehaltenen Luftofen ge stellt und 3 h lang erhitzt, so daß sich ein vorbestimm ter Innenwasserdruck von 3,2 MPa (32 bar) aufbaut. Das System wird aus dem Ofen genommen und drei Stunden lang auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dieser Zyklus wird bis zu 40 Tage lang wiederholt. Am Ende eines Zyklus wird die Kammer gewogen, und der Wasserverlust wird ge messen nebst Wasserverlust am Ende der Testperiode, was dem Wasserverlust durch die Dichtung entspricht.

Der prozentuale Wasserverlust für jede Testdichtung (Durchschnitt aus 4 Tests) ist in Tabelle I gezeigt. Zusätzlich wurde der Wasserverlust in erweitertem Maß stab graphisch dargestellt, um den geringen Wasserver lust bei den erfindungsgemäßen Dichtungen (A und B) ge genüber handelsüblichen Dichtungen aus Asbest und KEVLAR®-Pulpe (C) demonstrieren zu können.

Tabelle 1

Claims

1. Industriedichtung für den Einsatz mit Dampf, welche aus einem flexiblen Faservlies besteht, das mit Hilfe des Kalanderverfahrens mit organischen syn thetischen Materialien, Füllstoffen und polymeren Binde mitteln hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Materialien in dem flexiblen Faser vlies eine Mischung aus (1) p-Polyaramid-Pulpe und (2) wenigstens einem der Bestandteile (a) m-Poly aramid-Wolle oder -Fibride, und (b) Polytetrafluor ethylen-Pulver sind.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von (1) zu (2) in der Mischung im Bereich von 99 : 1 bis 50 : 50 liegt.

3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mischung aus p-Polyaramid-Pulpe und m-Polyaramid-Fasern in Form kurzer Fasern im Gewichtsverhältnis von 99 : 1 bis 80 : 20 ist.

4. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mischung aus p-Polyaramid-Pulpe und Polytetrafluorethylen-Pulver im Gewichtsver hältnis von 99 : 1 bis 80 : 20 ist.

5. Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Faservlies bis zu 10 Gew.-% zusätzliche Fasern enthält.

6. Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in der Mi schung eine Länge im Bereich von 0,2 bis 12 mm auf weisen.

7. Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Faservlies im wesentlichen besteht aus

a) 5-20 Gew.-% der Mischung organischer Fasern;
b) 60-85 Gew.-% wenigstens eines anorganischen Materials; und
c) 10-20 Gew.-% eines polymeren Kautschuk-Bindemittels.

8. Verfahren zur Herstellung einer Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung organi scher Fasern durch Wirbelluftschleifen hergestellt wird.