CH639738A5

CH639738A5 - Method for the production of a multi-layer seal composed of PTFE for the closing element or the seat of a valve

Info

Publication number: CH639738A5
Application number: CH253278A
Authority: CH
Inventors: Heinrich Dettmann; Ernst Dr Uhl
Original assignee: Buerkert Gmbh
Priority date: 1977-03-11
Filing date: 1978-03-08
Publication date: 1983-11-30
Also published as: SE426037B; DE2710613A1; SE8203780L; CH646500A5; IT1088830B; FR2383003A1; GB1592517A; SE7712822L; FR2383003B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von in einem Ventilschliesskörper oder einem Ventilsitz zu haltenden, mehrschichtigen Dichtung aus PTFE, deren die dichtende Oberfläche bildende Deckschicht folienartig dicht und glatt ist, während die Unterschicht durch porige Beschaffenheit im Bereich einer Sitzfläche gummielastisch ist. The invention relates to a method for producing a multilayer seal made of PTFE to be held in a valve closing body or a valve seat, the cover layer forming the sealing surface being foil-like tight and smooth, while the porous structure in the area of a seat surface is rubber-elastic.

Mehrschichtige Sitzdichtungen für Ventile für aggressive Medien aus PTFE, deren die dichtende Oberfläche bildende obere Schicht folienartig dicht und glatt ist, während die Unterschicht durch porige Beschaffenheit mindestens im Bereich einer ringförmigen Sitzfläche gummielastisch ist, sind bereits vorgeschlagen worden. Multi-layer seat seals for valves for aggressive media made of PTFE, the upper layer forming the sealing surface of which is film-like tight and smooth, while the lower layer is rubber-elastic due to its porous nature at least in the area of an annular seat surface.

Schon vorher war es bekannt, Gegenstände aus elastomerem Material mit PTFE zu beschichten. Für gegenüber aggressiven Medien zu verwendende Dichtungen war eine derartige Be-schichtung wegen der hohen Durchlässigkeit des PTFE nicht ausreichend, weil solche Medien bis zum elastomeren inneren Teil der Dichtung hindurchdiffundierten und diesen chemisch angriffen. Zur Verbesserung der Nachgiebigkeit von für den Antrieb elektrischer Schalter bestimmter Membranen war es auch bekannt, eine Werkstofflage aus mit PTFE überzogenem Glasfasergewebe und ein Werkstoffblatt aus reinem PTFE aufeinander zu legen, ohne die beiden Lagen miteinander zu verbinden. It was previously known to coat objects made of elastomeric material with PTFE. Such a coating was not sufficient for seals to be used with aggressive media because of the high permeability of the PTFE, because such media diffused through to the elastomeric inner part of the seal and attacked it chemically. To improve the flexibility of membranes intended for driving electrical switches, it was also known to place a material layer made of PTFE-coated glass fiber fabric and a material sheet made of pure PTFE on top of one another without connecting the two layers together.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren der eingangs genannten Gattung so auszubilden, dass die Dichtungs-Unterschicht poriger Beschaffenheit in einfacher und billiger Weise für die sichere Verbindung der Dichtung mit einem sie tragenden Ventilschliesskörper oder Ventilsitzkörper ausgenutzt werden kann. The invention has for its object to design the manufacturing method of the type mentioned in such a way that the sealing underlayer of porous nature can be used in a simple and inexpensive manner for the secure connection of the seal to a valve closing body or valve seat body carrying it.

Die Lösung dieser Aufgabe liegt gemäss der Erfindung darin, dass reines, sinterfähiges PTFE-Pulver in einer dem Umriss und der Dicke der herzustellenden Dichtung entsprechenden Pressform gleichmässig verteilt und anschliessend in einem ersten Pressgang zu einer homogenen, dünnen PTFE-Schicht verdichtet wird, welche die folienartige Deckschicht der fertigen Dichtung darstellt, dass das Material für die Herstellung des durch porige Beschaffenheit gummielastischen Bereichs der Unterschicht aus sinterfähigem PTFE-Pulver und einem nach dem Sintern zwecks Porenbildung auswaschbaren Füllstoff gemischt und durch einen zweiten Pressgang verdichtet wird, dass der aus der Deckschicht und der Unterschicht bestehende Dichtungsrohling gesintert und dass danach der Füllstoff ausgewaschen wird. The solution to this problem lies, according to the invention, in that pure, sinterable PTFE powder is evenly distributed in a press mold corresponding to the outline and the thickness of the seal to be produced, and is then compacted in a first press cycle to form a homogeneous, thin PTFE layer which seals the Foil-like cover layer of the finished seal represents that the material for the production of the porous nature of the rubber-elastic area of the lower layer from sinterable PTFE powder and a filler that can be washed out after sintering for the purpose of pore formation is mixed and compacted by a second pressing process such that the layer and the existing blank is sintered and that the filler is then washed out.

Bei einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird das Gemisch aus Füllstoff und PTFE-Pulver auf die nach dem ersten Pressgang noch in der Pressform befindliche Deckschicht aufgetragen und auf dieser Deckschicht durch den zweiten Pressgang zu der sich dabei gleichzeitig mit der Deckschicht verbindenden Unterschicht verdichtet. In a first embodiment of the method according to the invention, the mixture of filler and PTFE powder is applied to the cover layer which is still in the mold after the first press cycle and is compacted on this cover layer by the second press cycle to form the lower layer which simultaneously connects with the cover layer.

Bei einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung einer Dichtung, deren Unterschicht nur im Bereich einer ringförmigen Sitzfläche porös ist, werden ein aus PTFE bestehender Kern in einer zweiten Form, die Unterschicht als ringförmiger Einsatzkörper in einer dritten In another embodiment of the method according to the invention for producing a seal, the lower layer of which is porous only in the region of an annular seat, a core made of PTFE is formed in a second form, the lower layer as an annular insert body in a third

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

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Form und ein aus PTFE bestehender Mantelteil in einer vierten Form vorgepresst, auf die noch in der erstgenannten Pressform (30) befindliche, im ersten Pressgang hergestellte Deckschicht aufgelegt und in einem dritten Pressgang mit der Deckschicht (34) zusammengepresst, bevor das Sintern und das Auswaschen des Füllstoffes erfolgt. Mold and a jacket part made of PTFE pre-pressed in a fourth mold, placed on the top layer still in the first-mentioned mold (30), produced in the first press cycle, and pressed together with the cover layer (34) in a third press cycle before the sintering and washing out of the filler.

Für den Sintervorgang ist das bekannte Drucksintern oder Sintern mit Nachdruck anwendbar, das eine besonders dichte und porenfreie Deckschicht ergibt. Das formengebundene Sintern verursacht aber wegen der Formenbelegung während des langwierigen Sintervorganges hohe Herstellkosten. Deshalb ist das ebenfalls an sich bekannte Formfrei-Sintern vorzuziehen. The known pressure sintering or sintering with emphasis can be used for the sintering process, which results in a particularly dense and non-porous cover layer. The shape-bound sintering, however, causes high manufacturing costs because of the mold assignment during the lengthy sintering process. Therefore, form-free sintering, which is also known per se, is preferable.

Zweckmässig wird ein wasserlöslicher, aber nicht hygroskopischer, beim Sintern beständiger Füllstoff verwendet, der nach dem Sintern ausgewaschen wird, z. B. Kaliumchlorid (KCl). A water-soluble, but not hygroscopic, filler resistant filler is used, which is washed out after sintering, e.g. B. Potassium chloride (KCl).

Eine Ausführungsmöglichkeit besteht darin, dass die folienartige Deckschicht der Dichtung in einer Dicke von mindestens 0,3 mm hergestellt wird, dass für die Herstellung der Unterschicht Füllstoff in einer Korngrösse von 0,25 bis 0,5 mm verwendet wird und dass die Unterschicht mit einer im fertig gepressten Zustand etwa vierfachen Dicke der Füllstoffkorngrösse hergestellt wird. One possible embodiment is that the film-like cover layer of the seal is produced with a thickness of at least 0.3 mm, that filler with a grain size of 0.25 to 0.5 mm is used for the production of the lower layer, and that the lower layer with a is produced in the finished pressed state about four times the thickness of the filler grain size.

Die Wahl eines Gewichtsverhältnisbereichs von 0,4 bis 0,6 für das PTFE-Pulver und das Kaliumchlorid als Material für die Unterschicht der Dichtung führte zu brauchbaren Ergebnissen. Beim Pressen wurde das zu verdichtende Material im ersten und im letzten Pressgang einem Mindestdruck von 300 bar ausgesetzt Das Mischen des PTFE-Pulvers und des auswaschbaren Füllstoffs erfolgte in einem Taumelmischer. Choosing a weight ratio range of 0.4 to 0.6 for the PTFE powder and potassium chloride as the material for the gasket underlayer gave useful results. During the pressing process, the material to be compacted was exposed to a minimum pressure of 300 bar in the first and last press cycle. The PTFE powder and the washable filler were mixed in a tumble mixer.

Eine Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass das für die Unterschicht oder einen Teil dieser mit einem auswaschbaren Füllstoff zu mischende PTFE-Pulver vor dem Mischvorgang elektrostatisch entladen wird, was zweckmässig durch Rühren mittels eines durch elektrische Aufladung die Umgebungsluft ionisierenden Rührstabes erfolgt. Durch das Entfernen elektrostatischer Aufladungen werden Zusammenballungen des PTFE-Pulvers weitgehend unterbunden, ein inniges Mischen wird also gefördert. A further development of the invention is that the PTFE powder to be mixed with a washable filler for the underlayer or part thereof is electrostatically discharged before the mixing process, which is expediently carried out by stirring by means of a stirring bar which ionizes the ambient air by means of electrical charging. Removal of electrostatic charges largely prevents agglomeration of the PTFE powder, so intimate mixing is encouraged.

In der Textilindustrie werden elektrostatisch aufgeladene Stoffbahnen in entsprechender Weise entladen. Im vorliegenden Fall wird ein eisenloser Hochspannungstransformator verwendet, dessen Sekundär-Wicklung einerseits an Masse liegt und andererseits mit dem Rührstab verbunden ist. Der Rührstab ist gegen Masse isoliert als einfacher zylindrischer Stab ausgebildet. Die Hochspannung - etwa 50 KV - der Sekundär-Wicklung des Transformators liegt dann zwischen dem Rührstab und dem an Masse gelegten PTFE-Pulver. Das starke elektrische Feld führt zu Entladungen, die die Luft ionisieren. Die für die Entladung nötige elektrische Leistung wird durch die Leistung der Primärwicklung des Transformators eingespeist. In the textile industry, electrostatically charged webs of fabric are discharged in a corresponding manner. In the present case, an ironless high-voltage transformer is used, the secondary winding of which is on the one hand grounded and on the other hand is connected to the stir bar. The stirring rod is isolated from the mass as a simple cylindrical rod. The high voltage - about 50 KV - of the secondary winding of the transformer is then between the stir bar and the PTFE powder grounded. The strong electric field leads to discharges that ionize the air. The electrical power required for the discharge is fed in by the power of the primary winding of the transformer.

Die Dicke der Unterschicht der Dichtung beträgt im gepressten Zustand mindestens das Vierfache der Füllstoffkorngrösse. Bei guter Bindung mit dem umgespritzten Material des Trägerkörpers wird dann ein ausreichend gleichmässiges, quasi-elasto-meres Verhalten der Dichtung erzielt. Die folienartige Deckschicht der Dichtung wird mindestens 0,3 mm dick gewählt, weil bei geringerer Dicke die Dichtheit nicht mehr gewährleistet ist. The thickness of the lower layer of the seal is at least four times the size of the filler in the pressed state. With a good bond with the extrusion-coated material of the carrier body, a sufficiently uniform, quasi-elastomeric behavior of the seal is then achieved. The film-like cover layer of the seal is chosen to be at least 0.3 mm thick because the tightness can no longer be guaranteed with a smaller thickness.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. The invention is explained below with reference to the drawing.

In dieser zeigen: In this show:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Pressform mit Presskolben und Fig. 1 is a schematic representation of a mold with plunger and

Fig. 2 eine in der Form hergestellte zweischichtige Dichtung in 5 gegenüber Fig. 1 grösserem Massstabe. Fig. 2 is a two-layer seal made in the mold in 5 compared to Fig. 1 on a larger scale.

In die hydraulische Pressform 30 (Fig. 1) ist eine aus PTFE-Pulver bestehende Füllung 32 eingefüllt, die mittels eines hydraulisch angetriebenen Kolbens 31 in einem ersten Pressgang zu einer homogenen, dünnen PTFE-Schicht verdichtet wird, welche io nach der Fertigstellung der Dichtung deren folienartig dichte und glatte Deckschicht bildet. Die Presskraft P ist so gewählt, dass in der Füllung 33 ein Mindestdruck von 300 bar erzeugt wird. Nach dem ersten Pressgang wird auf die noch in der Form befindliche verdichtete PTFE-Schicht das Material für die Herstellung des 15 durch porige Beschaffenheit gummielastischen Bereichs der Unterschicht 33 eingefüllt, das aus einer Mischung von sinterfähigem PTFE-Pulver und einem nach dem Sintern zwecks Porenbildung auswaschbaren Füllstoff besteht. In einem zweiten Pressgang wird dieses Material zusammengepresst und bildet so den 20 Rohling der späteren Unterschicht 33 der Dichtung, der sich beim zweiten Pressgang mit der im ersten Pressgang erzeugten PTFE-Schicht in für das spätere Sintern ausreichender Weise verbindet. Bei einem ausgeführten Beispiel beträgt die Dicke d der dichten Oberschicht 34 0,3 mm, die mittlere Porengrösse k in 25 der Unterschicht 33, die der oben erwähnten mittleren Korngrösse des auswaschbaren Füllstoffes etwa entspricht, beträgt etwa den vierten Teil der Mindestdicke der Dichtung, die somit 4 k ausmacht. Wenn die Unterschicht 4 mm und die Oberschicht 0,3 mm dick sind, erreicht man, wenn bei der Herstellung ein 30 Pressdruck von 300 bar angewendet wurde, gemessen auf der Oberfläche der Oberschicht 34 eine Härte, die einer Shorehärte von 80 Shore A einer aus elastomerem Material hergestellten Dichtung entspricht. In the hydraulic press mold 30 (FIG. 1), a filling 32 made of PTFE powder is filled, which is compressed by means of a hydraulically driven piston 31 in a first pressing step to form a homogeneous, thin PTFE layer, which io after the completion of the seal whose film-like dense and smooth top layer forms. The pressing force P is selected so that a minimum pressure of 300 bar is generated in the filling 33. After the first pressing cycle, the material for the production of the rubber-elastic region of the lower layer 33, which is porous in nature, is filled into the compressed PTFE layer which is still in the mold, which material consists of a mixture of sinterable PTFE powder and one which can be washed out after sintering in order to form pores There is filler. This material is pressed together in a second pressing step and thus forms the blank of the subsequent lower layer 33 of the seal, which in the second pressing step combines with the PTFE layer produced in the first pressing step in an adequate manner for the later sintering. In one example, the thickness d of the dense top layer 34 is 0.3 mm, the average pore size k in 25 of the bottom layer 33, which corresponds approximately to the above-mentioned average grain size of the washable filler, is approximately the fourth part of the minimum thickness of the seal, which thus makes up 4 k. If the underlayer is 4 mm and the top layer is 0.3 mm thick, if a pressing pressure of 300 bar was used in the production, a hardness is measured on the surface of the top layer 34 which corresponds to a Shore hardness of 80 Shore A. Made of elastomeric material.

Wenn Dichtungen, deren Unterschicht nur im Bereich einer 35 ringförmigen Sitzfläche porös ist, die also einen ringförmigen porösen Körper einschliessen, hergestellt werden sollen, wird das beschriebene Verfahren in folgender in der Zeichnung nicht erläuterter Weise abgewandelt. Zunächst wird die Deckschicht mit Drücken über300 bar hochdicht gepresst. In getrennten 40 Formen werden dann sowohl der ringförmige Einsatzkörper, der im Endzustand porös sein soll, aus einem Gemisch aus sinterfähigem PTFE-Pulver und einem nach dem Sintern zwecks Porenbildung auswaschbaren Füllstoff als auch die aus PTFE bestehenden Kern- und Mantelteile bei Drücken von weniger als 300 bar, 45 nämlich von etwa 200 bar vorgepresst. In einem abschliessenden Pressvorgang werden dann die drei Pressteile in der für das Pressen der Deckschicht bereits benutzten Form endgültig zusammengepresst. Die vorgepressten Einlegeteile werden zunächst auf die noch in der Form befindliche Deckschicht aufge-5C legt und durch den endgültigen Pressvorgang mit dieser und untereinander wieder durch Pressdrücke von über 300 bar verbunden. Die Einlegeteile erfahren dabei eine Restverdichtung von weniger als ein Volumenprozent. Das Auswaschen des auswaschbaren Füllstoffes wird erleichtert, wenn hierfür nicht 55 nur die ringförmige Sitzfläche des Einsatzkörpers zugänglich ist, sondern auch sein Umfang. Diesem Ziel dient es, wenn in den massiven PTFE-Mantel- und/oder Kern-Teilen beim Vor- und/ oder Fertigpressen oder nach dem Fertigpressen axial oder radial durch den massiven Teil bis zu dem den herauszulösenden 60 Füllstoff enthaltenden Teil verlaufende Kanäle angebracht werden. If seals, the lower layer of which is porous only in the area of an annular seat surface, ie which include an annular porous body, are to be produced, the method described is modified in the following manner, which is not explained in the drawing. First, the top layer is pressed to a high density with pressures above 300 bar. In separate forms, both the ring-shaped insert body, which should be porous in the final state, are made from a mixture of sinterable PTFE powder and a filler that can be washed out after sintering to form pores, as well as the core and jacket parts made of PTFE at pressures of less than 300 bar, 45 pre-pressed from about 200 bar. In a final pressing process, the three pressed parts are finally pressed together in the form already used for pressing the cover layer. The pre-pressed inserts are first placed on the top layer that is still in the mold and are connected to it by the final pressing process and to each other again by pressing pressures of over 300 bar. The inserts experience a residual compression of less than one percent by volume. Washing out the washable filler is made easier if not only the ring-shaped seat of the insert body is accessible, but also its circumference. This goal is achieved if channels are made in the solid PTFE jacket and / or core parts during pre- and / or finish pressing or after finish pressing, axially or radially through the solid part up to the part containing the filler to be removed .

M M

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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PATENT CLAIMS

1. A process for the production of a multilayer PTFE seal to be held in a valve closing body or a valve seat, the cover layer forming the sealing surface being film-like tight and smooth, while the lower layer is rubber-elastic due to the porous nature in the area of a seat surface, characterized in that that pure, sinterable PTFE powder is evenly distributed in a press mold (30) corresponding to the outline and the thickness of the seal to be produced and then compacted in a first press cycle to form a homogeneous, thin PTFE layer (34) which produces the film-like cover layer of the finished one Seal means that the material for the production of the porous nature of the rubber-elastic region of the lower layer (33) from sinterable PTFE powder and a filler that can be washed out after sintering for the purpose of pore formation is mixed and compressed by a second pressing process, that the from the cover layer (34 ) and the sub (33) existing sintered sealing blank and that the filler is then washed out.

2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture of filler and PTFE powder is applied to the cover layer (34) which is still in the press mold (30) after the first press pass and is applied to this cover layer by the second press pass at the same time is compacted with the lower layer (33) connecting the cover layer (34).

3. The method according to claim 1, wherein the seal has a porous lower layer (33) extending only in the region of an annular seat, characterized in that a core made of PTFE in a second form, the lower layer as an annular insert body in a third form and a jacket part made of PTFE is pre-pressed in a fourth form, placed on the cover layer still in the first-mentioned mold (30) and produced in the first press pass, and pressed together with the cover layer (34) in a third press pass before the sintering and washing out of the Filler takes place.

4. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the film-like cover layer (34) of the seal is produced in a thickness of at least 0.3 mm, that for the production of the lower layer (33) filler in a grain size of 0.25 up to 0.5 mm is used, and that the lower layer (33) is produced with an approximately four times the thickness of the filler grain size in the finished pressed state.

5. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the two-layer sealing blank is removed from the press mold (30) and sintered shape-free, after which the filler is washed out.

6. The method according to claim 1, characterized in that a water-soluble but not hygroscopic filler is used which is resistant to sintering and which is washed out after sintering.

7. The method according to claim 1, characterized in that potassium chloride (KCl) is used as filler.

8. The method according to claim 1, characterized in that PTFE powder and potassium chloride are mixed in the range of a weight ratio of 0.4 to 0.6.

9. The method according to claim 1, characterized in that the material to be compressed is exposed to a minimum pressure of 300 bar.

10. The method according to claim 1, characterized in that the PTFE powder and the washable filler are mixed before use in a tumble mixer.

11. The method according to claim 1 and 10, characterized in that the PTFE powder to be mixed with a washable filler is electrostatically discharged before the mixing process.

12. The method according to claims 1 and 11, characterized in that the unloading by stirring means an electric charge which ionizes the ambient air by means of charging. ■ -successful. •

13. The method according to claim 1 and 3, characterized marked. net that a pressure of about 200 bar is used for the pre-pressing of the parts forming the lower layer (33). . • •.

14. The method according to claims 1,3 and 13, characterized. characterized in that during pre-pressing and / or finishing presses, channels leading through to the ring-shaped insert body are installed in the solid PTFE jacket and / or core parts.