Dichtungsmaterial
Die Erfindung betrifft ein Dichtungsmaterial umfassend einen flächigen Schichtverbund aus mindestens zwei Lagen einer Graphitfolie im Wechsel mit mindestens einer Metalleinlage.
Dichtungsmaterialien bestehend aus Metalleinlagen und aus expandiertem Graphit durch Verdichten hergestellten Platten oder Folien aus Graphit sind bekannt (U.S. 3,404,061 ; DE-OS 25 18 351 ; US 4,422,894; Firmenprospekt TM SIGRAFLEX der SGL Technologies GmbH). Sie werden vor allem für Dichtungen, als Ofeneinbauten, Strahlungsschilde, Abscheidungsplatten in Elektrofiltem und für korrosionsbeständige Auskleidungen verwendet.
Hauptsächlicher Grund für die Entwicklung derartiger Schichtstoffe war die vergleichsweise geringe Belastbarkeit der durch Verpressen expandierten Graphits hergestellten Graphitfolien oder -platten gegenüber Zug- und Biegekräften. Bei der Handhabung im rauhen Betriebsalltag führte diese geringe Belastbarkeit häufig zu Beschädigungen der unverstärkten Graphitteile, wodurch die Verwendbarkeit der sonst hervorragende thermische, elektrische und chemische Eigenschaften aufweisenden Produkte dieses Typs eingeschränkt wurde.
Anordnung und Abfolge der einzelnen Lagen in derartigen Schichtstoffen sind weitgehend frei wählbar und richten sich nach dem vorgesehenen Anwendungszweck. In den meisten Fällen ist der Graphit ein- oder beidseitig auf die Metallage aufgebracht.
Nach der Art der Haftung zwischen Graphitfolie und Metalleinlage können zwei Arten derartiger Schichtstoffe unterschieden werden. Im ersten Fall ist die Haftung mechanischer Art. Der metallische Teil hat Oberflächenstrukturen, die beim Verpressen des Graphits mit dem Metallteil entweder in den Graphit eindringen oder in die der Graphit durch Fliessprozesse eindringt.
Beispiele hierfür sind Spießbleche, Bleche mit nicht entgrateten Bohrungen, Drahtgewebe, Sintermetalle bzw. Metalloberflächen mit porigen, rauhen oder verletzten Oberflächen wie z. B. Oberflächen von Dichtungsflanschen. Ein derartiges, häufig unerwünschtes Verkleben der Flachdichtungen mit den Gegenflächen, zwischen denen die Dichtung eingespannt ist, ist z. B. in DE 32 44 595 (Sp. 2, Z. 14 bis 28) und in DE-A 37 19 484 (Sp. 1 , Z. 68 bis Sp. 2, Z. 1 bis 8) angegeben. Diese Art von Verklebungen, die nicht reproduzierbar und nicht gleichmäßig über die sich berührenden Flächen verteilt auftreten, werden nur nach langem Gebrauch von unter Dichtungsbedingungen zusammengespannten Flächen beobachtet und können deshalb nicht als Grundlage für die Herstellung von Schichtstoffen aus Metall und Graphitlagen verwendet werden.
Im zweiten Fall werden die Metall- und die Graphitoberflächen mittels organischer oder anorganischer Kleber kraftschlüssig miteinander verbunden. Dieses Verfahren wird bevorzugt bei Vorliegen sehr glatter Metalloberflächen und/oder dann verwendet, wenn die Oberflächen nicht mit mechanisch wirkenden Verankerungselementen versehen werden können.
Die Verwendung von Dichtungen aus Graphitfolie oder aus Graphitfolie enthaltenden Schichtverbundwerkstoffen, beispielsweise in Rohrleitungen und Apparaten in der chemischen Industrie und Dampfleitungen in Kraftwerken und in Heizungsanlagen, ist Stand der Technik. Graphitfolie zeichnet sich aus durch Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und aggressive Medien, relativ geringe Durchlässigkeit für Fluide, hohe Kompressiblität, gutes Rückfederungsvermögen und eine sehr geringe Kriechneigung unter Druck. Diese Eigenschaften begründen die Eignung von Graphitfolie als Dichtungsmaterial.
Die mechanische Stabilität von Dichtungen aus Graphit lässt sich durch die Einbettung von Verstärkungseinlagen aus Metall (Blech oder Folie) zwischen zwei Graphitfolien vergrößern. Daher werden für Dichtungsmaterialen nach dem Stand der Technik bei einer Gesamtdicke von 1 bis 4 mm meist Schichtverbundwerkstoffe aus mehreren nur einige hundert μm starken Graphitfolien, zwischen denen Metalleinlagen eingebettet sind, verwendet.
Ein Verfahren für die Herstellung von Schichtverbundwerkstoffen aus mehreren alternierenden Metall- und Graphitschichten ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 616 884 bekannt. Zwischen den Metall- und den Graphitschichten wird ein unlösbarer klebstofffreier Verbund hergestellt, indem eine grenzflächenaktive Substanz aus der Gruppe der siliciumorganischen Verbindungen, der perfluorierten Verbindungen oder der Metallseifen in dünner Schicht auf mindestens eine der zu verbindenden Oberflächen aufgetragen wird, und die zu verbindenden Oberflächen anschließend in Kontakt gebracht und durch Druck- und Wärmeeinwirkung miteinander verbunden werden.
Weiterhin wird in dem Dokument DE 10 2004 041 043 B3 ein laminiertes Dichtungsmaterial und ein Verfahren zu seiner Herstellung beschrieben, welches aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Schichten besteht, von denen wenigstens eine erste Schicht eine Graphitfolie ist, die mit einer zweiten Schicht aus Graphitfolie, Fluorpolymer oder Papier verbunden ist. Ein solches Laminat soll sich dadurch auszeichnen, dass die erste und zweite Schicht mittels einer über eine wässrige Dispersion aufgebrachte Schicht aus Fluorpolymer miteinander verklebt sind. Dieses Laminat kann wenigstens eine Metallverstärkungsschicht in Form eines Streckmetalls, eines Spießblechs, eines Lochblechs oder eines Drahtgeflechts enthalten.
Aus Gründen der Arbeits- und Betriebssicherheit von Anlagen und des Umweltschutzes, insbesondere im Zusammenhang mit der Einführung der im Jahr 2002 neu ge- fassten TA Luft, besteht in der Industrie ein wachsender Bedarf an Dichtungsmaterialien, welche die Einhaltung niedriger Leckageraten ermöglichen. Zwar sind beispielsweise aus dem Dokument US 2006/0145428 A1 auch Dichtringe aus einer gewellten Metalleinlage und einer beidseitig aufgeklebten Graphitfolie bekannt, die die genannten Anforderungen erfüllen, jedoch sind solche Dichtringe an die Größe der vorgefertigten Metalleinlageringe gebunden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Dichtungsmaterial für Flanschverbindungen bereit zu stellen, welches mit einem gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Aufbau, die Anforderungen aus der TA Luft erfüllt, d.h. bei einer
Flächenpressung von 30 MPa und einem Helium-Differenzdruck von 1 bar eine Leckagerate von weniger als 10"5 kPa * l/(s*m) aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Aufbau des Dichtungsmaterials. Die Unteransprüche geben weitere vorteilhafte Merkmale und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtungsmaterials an. Das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial zeigt eine erhöhte Verpressung der Graphitfolien auf den Kamm- oder Steglinien der Metalleinlage und führt dadurch zu einer Reduktion der Leckage. Weiterhin gestattet das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial den freien Zuschnitt aus der Flächenware und somit eine unmittelbare Anpassung an unterschiedliche Dichtungsflanschgeometrien.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Dichtungsmaterials ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung, den Figuren und dem Ausführungsbeispiel.
Die Figuren zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht (Oberseite) auf eine erste erfindungsgemäß eingesetzte Metalleinlage 1a
Figur 2 eine perspektivische Ansicht (Unterseite) der erfindungsgemäß eingesetzten Metalleinlage 1a von Figur 1
Figur 3 einen Querschnitt durch die erfindungsgemäß eingesetzte Metalleinlage 1a nach Figur 1
Figur 4 eine perspektivische Ansicht (Oberseite) auf eine zweite erfindungsgemäß eingesetzte Metalleinlage 1b
Figur 5 eine perspektivische Ansicht (Oberseite) auf eine dritte erfindungsgemäß eingesetzte Metalleinlage 1c
Figuren 1 und 2 zeigen perspektivische Ansichten einer erfindungsgemäß eingesetzten Metalleinlage 1a, bei der die durch die Kammlinien von linienförmig sich kreuzenden Erhebungen 2, 3 auf den beiden Hauptseiten näherungsweise auf den Ebenen a, b
liegen. Von den Kammlinien sind einseitig offene Vertiefungen 4 eingeschlossen.
Figur 3 zeigt den Querschnitt der erfindungsgemäß eingesetzten Metalleinlage 1a.
Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht (Oberseite) auf eine zweite erfindungsgemäß eingesetzte Metalleinlage 1b, bei der Stege 5 in einer hexagonalen Gitterstruktur angeordnet sind. Die Gesamtstegfläche nimmt etwa 30 % der Hauptseitengesamtfläche ein.
Figur 5 zeigt eine perspektivische Ansicht (Oberseite) auf eine zweite erfindungsgemäß eingesetzte Metalleinlage 1c. Die Gesamtstegfläche nimmt etwa 55 % der Hauptseitengesamtfläche ein.
Die Funktionen der Metalleinlage, die zwischen den Auflageschichten eingebettet ist, besteht neben der Wirkung als innere Diffusionsbarriere darin, den Schichtverbund mechanisch zu verstärken. Typischerweise werden Metallfolien oder -bleche aus Edelstahl, Stahl, Eisen, Aluminium, Nickel, Kupfer, Titan oder Zink oder Legierungen von Nickel, Kupfer, Aluminium oder Zink verwendet. Die Dicke der Metalleinlagen liegt zwischen 0,02 und 2 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,8 mm. Die erfindungsgemäßen Metalleinlagen mit einer Lochstruktur können beispielsweise auch aus einem auf die Ausgangsmaterialdicke nachgewalzten Streckgitter bestehen. Damit werden die Löcher in einem Streckgitter durch Stege umgrenzt, die im wesentlichen den Ebenen a und b entsprechen.
Der zum Verbinden mit dem Metall verwendete Graphit wird in an sich bekannter Weise durch thermisches Expandieren von Graphiteinlagerungsverbindungen zu sogenanntem expandierten Graphit und nachfolgendes Verdichten des expandierten Graphits ohne Binderzusatz zu flexiblen Folien oder zu Platten hergestellt (US 3,404,061 ; DE 26 08 866; US 4,091 ,083).
Im folgenden wird zur Bezeichnung dieses Produkts aus Gründen der Vereinfachung nur mehr die Bezeichnung "Graphit" verwendet.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtungsmaterials erfolgt vorzugsweise nach dem in der EP 0 616 884 B beschriebenen Verfahren. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass für die Herstellung einer unlösbaren Verbindung zwischen den Schichten keine herkömmlichen Klebemittel, die der Alterung, Erweichung und/oder chemischen oder thermischen Zersetzung unterliegen, benötigt werden. Stattdessen werden zur Verbindung der Metalleinlage und Graphitfolien haftvermittelnde Substanzen aus der Gruppe der grenzflächenaktiven Substanzen, z.B. siliciumorganische Verbindungen, Metallseifen oder perfluorierte Verbindungen verwendet. Diese bewirken bereits bei extrem dünner Auftragung, d.h. nur wenigen nm Schichtdicke auf einer der miteinander zu verbindenden Metall- und Graphitoberflächen die Ausbildung einer unlöslichen Verbindung, wenn die beschichtete Fläche unter Einwirkung vom Druck und Temperatur mit der zu verbindenden Fläche in Kontakt gebracht wird.
Alternativ kann das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial auch durch Aufeinander- kleben der einzelnen Schichten mit einem bekannten Klebemittel hergestellt werden, wenn dies die Einsatzbedingungen der Dichtungsmaterial erlauben. Die Dichtigkeit der äußeren Auflageschichten gegenüber Fluiden lässt sich weiter verbessern, wenn diese in bekannter Weise mit einem Harz imprägniert werden. Geeignete Imprägniermittel sind beispielsweise Furfurylalkohol, das unter Einwirkung eines Härtungskatalysators zu Furanharz kondensiert, Phenolharze, Siliconharze, Epoxidharze und Acrylharze.
Die erfindungsgemäß verwendbaren Haftvermittler sind grenzflächenaktive Substanzen aus der Gruppe der siliciumorganischen Verbindungen, vorzugsweise der Silicone, der perfluorierten Verbindungen und der Metallseifen, die an sich wohlbekannt sind und als Hydrophobierungs-, Antischaum oder Weichgriffmittel in der Technik, z. B. in der Ausrüstung von Textilien verwendet werden (P. Hardt, Silicon-Textilhilfsmittel, Textilveredelung 19 (1984), S. 143 bis 146; Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie, 3. Auflage 1966, Bd. 17, S. 203 bis 206). Von den Siliconen werden insbesondere PoIy- siloxane aus der Gruppe Dimethyl-polysiloxane, Methyl-hydrogen-polysiloxane, (Methyl- polyalkylenoxid)dimethyl-polysiloxane, Amino-modifizierte-methyl-polysiloxane, alpha , omega -Dihydroxy-dimethyl-polysiloxane, alpha , omega -Divinyl-dimethyl-polysiloxane,
alpha , omega -Dihydroxy- (methyl-alkylamino)-dimethyl-polysiloxane verwendet. Aus der Gruppe der grenzflächenaktiven, perfluorierten Verbindungen haben sich besonders Perfluorcarbonsäuren und perfluorierte Verbindungen der allgemeinen Formel F3C- (CF2)n-R mit R = Polyurethan, Polyacrylat, Polymethacrylat und n = 6-12 als günstig erwiesen. Keiner der genannten Stoffe darf Klebstoffcharakter haben, da sonst die Wirkungsweise der Erfindung nicht mehr gewährleistet wäre. Die Wirkung der genannten grenzflächenaktiven Substanzen kann verbessert werden, indem in sie entweder vor ihrem Auftragen auf die Oberflächen des Metalls und/oder des "Graphits" oder nach diesem Vorgang mindestens ein hydrolysierbares Salz aus der Gruppe der Metalle, Aluminium, Zirkon, Titan, Zinn, Zink, Chrom in molekularer Form eingelagert wird. Dies geschieht entweder durch Vermischen der entsprechenden Komponenten miteinander im gewünschten Verhältnis vor dem Auftragen oder nach dem Auftragen der ersten aus einem Siloxan und/oder einer perfluorierten Verbindung und/oder einer Metallseife bestehenden Komponente auf eine oder beide der zu verbindenden Oberflächen auf die bereits aufgetragene Schicht durch ein Auftragsverfahren. Um die notwendige, feine Verteilung zu erreichen, wird hierbei häufig mit Emulsionen, Dispersionen oder Lösungen gearbeitet. Die aufgetragenen hydrolysierbaren Salze verteilen sich dann in der ersten Schicht durch Diffusion in molekularer Form. Bevorzugt werden als hydrolysier- bare Salze Fettsäuresalze der genannten Metalle zugesetzt. Sie wirken außerdem vernetzend auf die grenzflächenaktiven Verbindungen und fördern deren Fixierung auf den Oberflächen, auf die sie aufgebracht wurden. Als Vernetzungshilfe kann vorteilhafterweise auch ein Epoxidamin eingesetzt werden.
Die angegebenen grenzflächenaktiven Substanzen können, unabhängig von der Stoffklasse, der sie angehören, allein oder in Mischungen untereinander angewendet werden, wobei Mischungen aus mehr als zwei der grenzflächenaktiven Substanzen zwar möglich, aber aus praktischen Gründen unüblich sind. Vorteilhaft sind z. B. Mischungen aus Methyl-hydrogen-polysiloxan und (Methylpolyalkylenoxid)-dimethyl-polysiloxan, Mischungen aus Methyl-hydrogen-polysiloxan und alpha , omega -Dihydroxydimethyl-po- lysiloxan und Mischungen aus aminomodifiziertem Methyl-polysiloxan und alpha , omega -Dihydroxydimethyl-polysiloxan. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Mischung von Methyl-hydrogen-polysiloxan und Dimethyl-polysiloxan im ungefähren Ge-
Wichtsverhältnis von 1 : 1 erwiesen, die bevorzugt in Form einer wässerigen Emulsion verarbeitet wird.
Falls es Schwierigkeiten bereitet, die grenzflächenaktive Substanz oder eine Mischung derartiger Substanzen gleichmäßig auf die Metall- oder "Graphif-Oberflächen aufzubringen, empfiehlt sich der Zusatz eines Benetzungshilfsmittels wie z. B. eines Alkyl- sulfonats oder einer Aufbereitung aus einem Fettalkohol und einem Etheralkohol zur aufzutragenden Flüssigkeit.
Die metallische Komponente des Dichtungsmaterials besteht insbesondere aus Eisen, Stahl, Edelstahl, Kupfer, Aluminium, Zink, Nickel, Titan oder aus Legierungen des Kupfers, Aluminiums, oder Zinks. Welches der Metalle oder welche der Legierungen verwendet wird, hängt vom vorgesehenen Verwendungszweck des Schichtstoffs ab. Die Metalle und Legierungen können in Form dünner Folien, von Blechen, Platten oder Blöcken vorliegen. Vor ihrer Verarbeitung zum Schichtstoff müssen die zum Fügen mit dem "Graphit" bestimmten metallischen Oberflächen gesäubert werden. Weitere Oberflächenbehandlungen sind nicht erforderlich.
Das Auftragen der grenzflächenaktiven Substanz kann auf eine oder auf beide der zu verbindenden Oberflächen vorgenommen werden. In aller Regel wird nur die metallische Oberfläche der Paarung benetzt, da dadurch die Menge an verwendeter grenzflächenaktiver Substanz weiter verringert werden kann. Es kann jedoch in gleicher Weise nur die entsprechende Oberfläche der "Graphit"-Lage benetzt werden.
Beim Auftragen der grenzflächenaktiven Substanzen auf die zu verbindenden Oberflächen muss es stets das Ziel sein, möglichst wenig dieser Substanzen, diese Menge aber möglichst gleichmäßig aufzubringen. Man arbeitet deshalb bei der üblichen Verfahrensweise nur selten mit reinen Substanzen. Diese werden in der Regel nur dann verwendet, wenn sie niedrigviskos genug sind. Üblicherweise werden Lösungen oder Emulsionen, bzw. Dispersionen angewandt, wobei beim Arbeiten im größeren Maßstab wässerige Emulsionen bevorzugt werden. Durch Wahl entsprechender Verdünnungs-
grade, eventuell in Verbindung mit dem Zusatz geringer Mengen an Benetzungs- hilfsmitteln, können so z. B. durch Aufstreichen, mit Hilfe von Auftragsrollen, durch Sprühen, jeweils in Verbindung mit nachfolgendem Abstreifen oder andere, an sich bekannte Verfahren äußerst dünne Auflagen an grenzflächenwirksamen Substanzen aufgebracht werden. Die Schichtstärke beträgt bei den üblichen Anwendungen nicht mehr als 1000 nm. Sie soll nicht geringer als 10 nm sein. Bevorzugt wird mit Schichtstärken von 100 bis 500 nm gearbeitet. Es ist nicht notwendig, dass zusammenhängende Filme aus grenzflächenaktiven Substanzen erzeugt werden. Eine gleichmäßig verteilte dichte Auflage feinster Tröpfchen erfüllt auch den erfindungsgemäßen Zweck. Ein Abstreifen überschüssiger Flüssigkeit nach dem ersten Auftragevorgang empfiehlt sich aber auch hier.
Die Beschaffenheit der "Graphit"-Lage richtet sich nach dem für den Schichtstoff vorgesehenen Verwendungszweck. Im allgemeinen werden Lagen mit Stärken bis zu 5 mm, vorzugsweise von 0,2 bis 3 mm verwendet. Die Rohdichte der aufzubringenden "Gra- phit"-Lagen liegt üblicherweise im Bereich von 0,01 bis 1 ,8 g/cm3, vorzugsweise von 0,4 bis 1 ,6 g/cm3. Es ist allerdings auch möglich, in einer die Metalleinlage umgebenden, passenden Form expandierten Graphit auf die zuvor mit Adhäsionsvermittler versehene metallische Oberfläche aufzugeben (Rohdichte ca. 0,002 g/cm3) und diesen expandierten Graphit dann in dieser Form zu der gewünschten "Graphit"- Lage zu verdichten. Auf diese Weise können sehr dünne "Graphif-Lagen aufgebracht werden. Gegebenenfalls kann auf eine so erzeugte "Graphit"-Lage noch eine weitere "Graphit"-Lage, z. B. in Folien- oder Plattenform aufgepresst werden, die sich dann fest mit der darunter liegenden Lage verbindet, wenn diese zuvor nicht zu hoch verdichtet wurde.
Die auf die Metalleinlage vor dem Verpressen aufgebrachten "Graphif-Lagen können bereits die Rohdichte haben, die für sie im fertigen Dichtungsmaterial vorgesehen ist. Der beim Zusammenpressen der Lagen aus Metall und "Graphit", zur Herstellung des Dichtungsmaterials aufgewendete Pressdruck darf dann nicht den zum Erzielen der gegebenen Rohdichte der "Graphit"-Lage erforderlichen Verdichtungsdruck übersteigen. Es können aber auch zunächst Graphitlagen mit einer niedrigeren Rohdichte als der Endrohdichte im fertig verpressten Dichtungsmaterial aufgebracht werden. Die vor-
gesehene Endrohdichte wird dann erst beim Zusammenpressen der Komponenten des Dichtungsmaterials erzeugt.
Nach dem Zusammenfügen der das Dichtungsmaterial bildenden Komponenten wird die angestrebte unlösbare Verbindung der Metall- und "Graphit"-Lage(n) durch Zusammenpressen hergestellt. Das Zusammenpressen kann mit Hilfe jeder der bekannten und dafür geeigneten Pressvorrichtungen kontinuierlich oder diskontinuierlich geschehen. Vorzugsweise werden jedoch Gesenk- oder Etagenpressen, die heizbar sein sollten, oder Doppelbandpressen verwendet.
Bei der Ausbildung der unlösbaren Verbindung wirken die Verfahrensparameter Pressdruck, Temperatur und Zeit zusammen. Die gewünschte Verbindungsfestigkeit wird z. B. erreicht, wenn bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen von ca. 30 bis 50 0C sehr lange Zeit, d. h. in der Größenordnung von Tagen unter Einwirkung vergleichsweise hoher Drücke zusammengepresst wird. Durch eine Erhöhung der Presstemperatur kann die erforderliche Presszeit indessen stark gesenkt werden. Hohe Pressdrücke bewirken ebenfalls eine Verkürzung der Presszeit. Für ein wirtschaftliches Arbeiten werden Anpressdrücke von 1 bis 50 MPa, vorzugsweise von 3 bis 10 MPa unter Anwendung von Temperaturen von 80 bis 300 °C, vorzugsweise von 120 bis 200 0C angewendet. Beim Arbeiten innerhalb des letztgenannten Parameterbereichs werden bei entsprechender Parameteroptimierung, die der Fachmann unschwer anhand der gemachten Angaben durch entsprechende Versuche vornimmt, Presszeiten zwischen 5 Minuten und 5 Stunden, vorzugsweise von einer bis zwei Stunden benötigt.
Die nach der Druckentlastung und Abkühlung auf Raumtemperatur erhaltenen Dichtungsmaterialien weisen eine unlösbare Verbindung zwischen der jeweils betrachteten Metall- und der dieser zugeordneten "Graphif-Lage auf. Bei Versuchen, die "Graphit"- Lage von der Metalleinlage zu lösen, z.B. durch Verbiegen oder durch Anwendung des Schältests oder eines Abreißtests, tritt immer ein Reißen innerhalb der Graphitlage und nicht an der Verbindungszone Metall"Graphit" ein, d. h. die Festigkeit der erfindungsgemäß erzeugten Verbindung zwischen den Lagen des Dichtungsmaterials ist größer als die innere Festigkeit der "Graphit"- Lage(n).
Erfindungsgemäße Dichtungsmaterialien sind, mechanische Verletzungen der vergleichsweise weichen Graphitoberflächen ausgenommen, handhabungsstabil. Auch bei dünnen Dichtungsmaterialien dieses Typs treten keine Ablösungen auf, wenn sie gebogen werden. Die äußere "Graphit"-Lage der Dichtungsmaterialien kann oberflächenbehandelt werden, z. B. durch galvanisches Aufbringen von Metallen, durch thermische Prozesse oder Imprägnierungen mit Furanharz gemäss DE 32 44 595, ohne dass die Festigkeit der Verbindung der Lagen des Dichtungsmateriales leidet. Die Verbindungsfestigkeit bleibt auch bei Einwirkung aller den metallischen Teil des Dichtungsmaterials nicht angreifenden chemischen Substanzen bestehen. Bei der Anwendung als Flachdichtungen sind erfindungsgemäße Dichtungsmaterialien hinsichtlich ihrer Leckagerate besser als herkömmliche Dichtungsmaterialien. Sie sind außerdem stabil gegen Delaminierungen des "Graphit"-Teils.
Beispiel 1
Die Leckagerate eines Dichtungsmaterials mit dem in Tabelle 1 angegebenen Aufbau wurde entsprechend der VDI-Richtlinie 2440 geprüft.
Tabelle 1
Für die Messung wurde die Dichtung zwischen DIN-Flanschen DN40 PN40 mit ebener Dichtleiste eingespannt. Die Rauhtiefe der Dichtleisten betrug Ra < 6,3 μm. Die Schrauben wurden mit einer Kraft angezogen, die zu einer Flächenpressung von 30 MPa führte. Nach der Montage wurde das verspannte Flanschpaket in einem Ofen 48 Stunden lang bei 300 0C ausgelagert. Nach dem Abkühlen wurde die absolute
Leckagerate mit einem Helium-Lecksucher (Massenspektrometer) gemessen bei einem Helium-Differenzdruck von 1 bar.
Zur Ermittlung der spezifischen Leckagerate wurde der mittlere Umfang der wirklich verpressten Dichtfläche herangezogen.
Das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial unterschreitet den von der TA Luft vorgeschriebenen Grenzwert von 1*10"5 kPa * l(/s*m) deutlich.
Beispiel 2
Es werden zwei Graphitfolien mit einer Dicke von 1 ,0 mm mit einem Stahl-Lochblech mit hexagonaler Gitterstruktur in einer Presse mit 5 MPa verpresst. Die Materialdicke des Blechs beträgt 1 ,5 mm, wobei die Steglängen etwa 3,6 mm und die Stegbreiten etwa 0,8 mm betragen. Das Ausstanzen auf Dichtungsgeometriegröße zeigt eine ausreichende Haftung zwischen den Schichten.
Vergleichsbeispiel
Analog Beispiel 2 wird durch Verpressen von einem handelsüblichen Streckmetall mit zwei beidseitig aufgelegten Graphitfolie gemäß Beispiel 2 ein Laminat hergestellt.
Die nach den vorstehenden Beispielen erhaltenen Proben wurden einer Leckagemessung in Anlehnung an DIN EN 13555 unterzogen.
Der Vergleich der ermittelten Werte ist in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Beispiel 3
Die Leckagerate eines Dichtungsmaterials mit dem in Tabelle 3 angegebenen Aufbau wurde entsprechend der VDI-Richtlinie 2440 geprüft.
Tabelle 3
Für die Messung wurde die Dichtung zwischen DIN-Flanschen DN40 PN40 mit ebener Dichtleiste eingespannt. Die Rauhtiefe der Dichtleisten betrug Ra < 6,3 μm. Die Schrauben wurden mit einer Kraft angezogen, die zu einer Flächenpressung von 30 MPa führte. Nach der Montage wurde das verspannte Flanschpaket in einem Ofen 48 Stunden lang bei 300 0C ausgelagert. Nach dem Abkühlen wurde die absolute Leckagerate mit einem Helium-Lecksucher (Massenspektrometer) gemessen bei einem Helium-Differenzdruck von 1 bar.
Zur Ermittlung der spezifischen Leckagerate wurde der mittlere Umfang der wirklich verpressten Dichtfläche herangezogen.
Das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial unterschreitet den von der TA Luft vorgeschriebenen Grenzwert von 1*10"5 kPa * l(/s*m) deutlich.