CN104994941A - 用于密封空隙的材料和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于密封在由具有不同温度行为的材料构成的部件之间的空隙的材料，所述材料包含膨胀垫。本发明的特征在于膨胀垫被完全层压在塑料膜中，并且在由塑料膜限定并包含膨胀垫的内部空间中形成真空状况。

Description

用于密封空隙的材料和方法

本发明涉及用于密封空隙的材料和方法。

通常必须在结构部件之间桥接空隙，从而实现在它们之间的可靠机械配合以及彼此密封。当结构部件是由具有互不相同的性质的材料、尤其具有不同热特性的材料形成时尤其产生问题。例如，陶瓷材料的热特性是与金属材料极为不同的。材料的热特性，即其对于温度变化的尺寸响应，通常用热膨胀系数描述。

将由陶瓷材料制成的结构部件从由金属材料制成的结构部件密封的问题是例如在高温反应器中产生的。这种反应器通常含有在金属笼中的催化剂床，它们必须从带有载荷的部件密封隔开，尤其是反应器壁。高温反应器通常也含有陶瓷内件，例如整料。反应器横截面可以是圆形或多角形的。整料以及笼型催化剂床必须从反应器密封出来。

已经证明了膨胀垫、即片状层在这方面是有利的，这是因为它们在温度升高的情况下膨胀(胀大)。膨胀垫通常由硅酸盐、可膨胀的云母和有机粘合剂组成，硅酸盐例如是硅酸铝，可膨胀的云母例如是蛭石。

例如膨胀垫可以从3M获得。

但是，由于在关注的特定区域中的温度升高而导致已知膨胀垫的体积增加，导致密封是不足的。更尤其是，其本身不足以提供所需的支撑力。

本发明的目的是提供一种适合用于以可靠的方式密封在结构部件、即使由具有极为不同热特性的材料制成的结构部件之间的空隙的材料，并且确保机械配合，此材料不具有上述缺点，并且可以以简单的方式以可靠的配合安装或组装结构部件，且不会存在支撑问题。

发现此目的能通过一种用于密封在两个结构部件之间的空隙的材料实现，其包含膨胀垫(1)，其中膨胀垫被完全密封在聚合物膜中，并且由聚合物膜包围的且含膨胀垫的内部被抽空。

更尤其是，两个结构部件是由具有极为不同热特性的材料或由具有不同温度的同种材料制成的。

抽空包含膨胀垫的内部的作用是压缩所述内部，通常与其初始厚度相比压缩50％以上，并且同时膨胀垫的初始长度和宽度保持不变。用手指按压抽空的膨胀垫实际上没有留下压痕。

膨胀垫是具有约3-20mm、优选约5-10mm厚度的片状体。

膨胀垫的宽度和长度是由制造要求决定的，各自是约0.5-5m。通常的膨胀垫尺寸是1.20m x 4m。

膨胀垫通常由以下物质组成：硅酸盐，尤其是纤维的形式，例如硅酸铝；可膨胀的云母，即在温度升高时膨胀的材料，例如无毒的蛭石；以及有机粘合剂。例如膨胀垫可以从3M获得。

但是，有机粘合剂具有一系列的不利性能，这是因为更尤其是，它们由于排出的挥发性物质引起气味问题和催化剂中毒。所以，日益要求膨胀垫具有较低含量的有机粘合剂，即从以前的约12-14重量％到现在的约2-5重量％、尤其3-4重量％的有机粘合剂，基于膨胀垫的总重量计。但是，降低含量的有机粘合剂使得膨胀垫更易碎，不太容易塑性成型，而且更不方便处理。

有机粘合剂的含量可以是2-15重量％，基于膨胀垫的总重量计，但是优选是2-8重量％，更优选3-4重量％，在每种情况下基于膨胀垫的总重量计。

在一个优选实施方案中，有机粘合剂以有机聚合物纤维的形式存在，尤其以具有两个或更多个熔程的有机聚合物纤维形式存在。

含有硅酸盐纤维、可膨胀的云母和有机聚合物纤维的膨胀垫是尤其有利的，这是因为它们显示弹性性能，和因此它们通过在结构部件之间的固定而确保优异的密封，其中在结构部件之间必须桥接空隙。

在温度升高时，一旦达到第一个熔程或唯一的熔程，有机聚合物纤维就开始熔融，并且以纤维形式存在的硅酸盐交联(粘附在一起)。以此方式，硅酸盐纤维形成具有中空空间的纤维基体，其中包埋可膨胀的云母。在升高的温度下，可膨胀的云母对纤维基体施加张力，并且使其膨胀。当温度再次降低时，可膨胀的云母的体积降低，但是纤维基体保持最大程度的张力。

尤其有利的是具有两个或更多个熔程的有机聚合物纤维：第一部分的具有较低熔程、例如约500℃的有机聚合物纤维首先通过交联一部分硅酸盐纤维而形成粗结构；在温度进一步升高到例如约700-800℃时，另一部分的有机聚合物纤维熔融和交联另外的硅酸盐纤维，从而施加额外的张力。以此方式，可以确保在要连接的结构部件之间的所需张力。

优选，在膨胀垫中的有机聚合物纤维的量是2-8重量％，更优选3-4重量％，在每种情况下基于膨胀垫的总重量计。

但是，按照本发明方式在聚合物膜中完全包封膨胀垫克服了这些缺点，这是因为即使具有所需降低的粘合剂含量的垫也易于处理并且易于被引入空隙中从而填充空隙。

根据本发明，膨胀垫被完全包封在更尤其由一种或多种聚酰胺、优选一种或多种聚酰胺与聚乙烯和/或聚丙烯的混合物形成的塑料膜中。

所述垫优选被包封在其一侧上具有纹理化表面的聚合物膜中，纹理化表面就是不完全光滑的表面；所述垫用聚合物膜包裹，使得其纹理化的那侧面对所述垫。这促进了抽空，这是因为在互相相对的聚合物膜纹理化内表面上的精细表面结构彼此依靠以形成空隙，通过这些空隙可以吸走空气。相比之下，完美的平面表面将彼此粘附并难以抽空内部。

在膨胀垫被包封在聚合物膜中之后，将被聚合物膜封闭并包含膨胀垫的内部抽空。

更尤其是，将包含膨胀垫且被聚合物膜封闭的内部抽空到不大于60毫巴的压力。

抽空引起膨胀垫在其抽空状态延伸到其厚度的两倍。结果，要组装的结构部件可以松散地一起装配，且没有施加力，同时确保在抽空过程中延伸的膨胀垫将结构部件安全地固定在位置上。

包含膨胀垫的内部能通过刺穿或切割聚合物膜而简单地抽空。

另外或者作为替代方案，被聚合物膜封闭且包含膨胀垫的的内部可以通过使得膨胀垫暴露在聚合物膜燃烧的高温下来抽空。

优选，各个已经抽空的膨胀垫使用长方形榫头或者长方形榫槽体系排列在一起以确保紧密。

也可以将两个或更多个膨胀垫叠置、然后将此组装体包裹在聚合物膜中并抽空。这使得更容易地安装以填充较大的空隙。

膨胀垫可以在其前端增强以控制其磨损。

一个优选的实施方案提供多层复合材料，其含有两个或更多个膨胀垫以及位于任何两个直接连续的膨胀垫之间的中间层，从而以机械方式稳定所述多层复合材料。筛网或多孔片材更尤其用作中间层。

中间层尤其具有0.3-1mm的厚度。

中间层更尤其具有约25-50％的孔径比。

中间层优选由铝或不锈钢制成。

中间层优选由可成型的材料形成，尤其是金属，从而可以通过形成中间层以稳定的方式制备不同所需的形状。

含有两个或更多个膨胀垫以及位于任何两个直接连续的膨胀垫之间的中间层的多层复合材料与单个膨胀垫相似地被完全包封在聚合物膜中并抽空。

多层复合材料特别用于其中材料的机械稳定性较重要的目的，例如用于密封在圆柱形反应器中的平行六面体结构部件。

其应用也在其中阻燃起重要作用的领域中是特别有利的，例如烟道密封件或用于进入燃烧室和从燃烧室出来的管线的密封件，尤其是大型内燃机或在烟气清洁器中。

本发明的密封材料提供了将管道与其它一些结构部件连接的简单方式，例如在建筑中的壁或屋顶，或者燃烧室的结构部件，尤其是内燃机。要连接在一起的结构部件仅仅是推动配合在一起，并且在它们之间的空隙用本发明的密封材料填充。在温度升高的情况下，例如由于燃烧，聚合物膜熔融，在其中包封的材料膨胀并在此过程中确保可靠的密封。这确保了阻燃的活性形式。结构部件不需要焊接在一起。

本发明的主题也是上述材料在用于通过氨在铂网上催化燃烧以制备硝酸的圆柱形反应器中的用途，所述铂网带有用于从反应气体混合物贫化一氧化二氮的催化剂床，其中催化剂床位于催化剂笼上，催化剂笼以同心方式布置在反应器内部且同时保持环状间隙，并且其中用于密封环状间隙的材料布置在催化剂笼和环状间隙的外边界之间。

环状间隙的外边界可以是金属挡板。

在另一个实施方案中，环状间隙的外边界是反应器的内壁。

作为在催化剂笼和其外边界之间的环状间隙，尤其是在金属挡板或反应器内壁的情况下，通常具有可变的宽度，此宽度通常在15-50mm的范围内，优选为了填充环状间隙而将多个膨胀垫彼此叠置，其中存在或不存在错配。

另外优选的是使用具有不同厚度的膨胀垫，尤其是可以先在环状间隙中插入未抽真空的膨胀垫，然后插入已抽真空的膨胀垫。

通过安装膨胀垫，可以使得在用于硝酸工业生产的反应器中的对气候有害的一氧化二氮的释放降低30％，所述硝酸工业生产每年的容量是100000吨。

本发明的另一个主题是上述材料用于管的外壁的隔热的用途，其中在管的内部布置燃烧器，其中所述材料优选施用到辅助管的外壁上，辅助管具有比要隔热的管更小的直径并且被插入要隔热的管中。

本发明的另一个主题是上述材料在用于在催化剂上将二氧化硫氧化成三氧化硫的栅格式接触反应器中的用途，所述催化剂含有五氧化钒并且放置在2、3、4或更多个栅格中，所述栅格彼此叠置，并且在两个接连栅格之间有中间阶段冷却，其中所述材料用于密封在栅格的外边界与栅格式接触反应器的内壁之间的间隙。

二氧化硫向三氧化硫的氧化反应是在制备硫酸中的基本中间步骤；现在，仅仅接触方法用于此目的，其中五氧化钒用作氧转移催化剂。通过根据本发明将带有催化剂的栅格从反应器内壁密封隔开，防止了二氧化硫的旁通，从而达到较高的产率。

附图标记列表：

1  膨胀垫

2  纤维垫

3  中间层

4  前端处的增强材料

5  反应器内壁

6  催化剂笼

7  载体栅格

8  催化剂床

9  整料

10 负载的筛网

11 中间层

12 顶部

13 管道

下面将参考附图更详细地说明本发明，其中具体而言：

图1A显示在抽空之前的用于膨胀垫的一个优选实施方案的示意图，

图1B显示在抽空之后的相同膨胀垫，

图2显示用榫头优选连接的膨胀垫的示意图，

图3显示由膨胀垫形成的本发明材料的示意图，其中图3A显示横截面，

图4显示由含有膨胀垫和氧化物纤维的纤维垫的本发明材料的一个优选实施方案，其中图4A显示横截面，

图5显示由含有在前端增强的膨胀垫的本发明材料的另一个优选实施方案，其中图5A显示横截面，

图6和图7显示具有用于机械稳定的中间层的本发明膨胀垫的其它优选实施方案，

图8显示具有优选三个叠置膨胀垫的本发明材料在抽空之前的另一个优选实施方案，其中图8A显示在抽空之后的情况，

图9显示本发明材料用于将催化剂床从反应器内壁密封隔开的优选用途的示意图，这通过反应器横截面显示，其中图9A显示纵向截面的情况，

图10显示本发明材料用于将整料从反应器内壁密封隔开的优选用途的示意图，这通过反应器横截面显示，其中图10A显示纵向截面的情况，

图11显示本发明材料用于顶部灰尘或烟道密封的优选用途的示意图，和

图12显示本发明材料用于密封管道连接的另一个优选用途的示意图，例如用于燃烧室的末端。

图1A显示在用聚合物膜包裹之前的膨胀垫1的一个优选实施方案的示意图，其是直角阶梯的形式，厚度为a。

图1B显示在被未显示的聚合物膜包裹并抽空内部之后的相同膨胀垫1，从而膨胀垫的厚度降低到a/2。

图2显示关于使用直角榫头连接两个各自为直角阶梯的膨胀垫1组装体的优选实施方案的示意图，从而确保组装体的紧密。

图3显示例如由片状层形式的膨胀垫1形成的本发明材料的示意图，其中图1A显示横截面A-A，

图4显示由膨胀垫1和氧化物纤维的纤维垫2形成的本发明材料的另一个优选实施方案，所述垫用它们的主表面连接在一起，其中图2A显示横截面B-B，

图5显示由在其前端具有增强材料4的膨胀垫1形成的本发明材料的一个优选实施方案，其中图5A显示横截面。

图6和图7显示本发明材料的其它优选实施方案，其作为复合材料含有在两个接连膨胀垫1之间的中间层3，从而向多层复合材料提供机械稳定性。

图8显示在用聚合物膜包裹和其内部抽空之前的一个优选实施方案，其中例如三个膨胀垫1是互相叠置的，其中图8A显示在用未显示的聚合物膜包裹和抽空内部之后的情况。

图9显示本发明材料1用于将催化剂床8从反应器内壁5密封隔开的优选用途的示意图，这通过反应器横截面显示，其中图9A显示纵向截面的情况，所述图9A另外显示催化剂笼6，其含有催化剂床以及所用的载体栅格7。

图10显示本发明材料1用于将整料9从反应器内壁5密封隔开的另一个优选用途，这通过反应器横截面显示，其中图10A显示纵向截面的情况，所述图10A另外显示载体栅格7、负载的筛网10以及中间层11，其中所述中间层11是由具有开孔的材料形成，所述开孔的尺寸使得向下的气体流过反应器，这由图10A中的箭头表示，所述气体可以从整料中的通道排出并且不会被负载筛网10吸留。

图11显示含有膨胀垫1的本发明材料用于从用于金属管道13的示意性顶部12密封隔开灰尘的优选用途的示意图，

图12显示用于在暴露于高温的管道13之间的管道连接的另一个优选用途的示意图。

Claims (20)

1.一种用于密封在两个结构部件之间的空隙的材料，其包含膨胀垫(1)，其中膨胀垫被完全密封在聚合物膜中，并且将由聚合物膜包围的且含膨胀垫的内部抽空。

2.根据权利要求1的材料，其中两个结构部件是由具有不同热特性的材料或具有不同温度的相同材料形成的。

3.根据权利要求1或2的材料，其中所述膨胀垫(1)含有可膨胀的云母、硅酸盐和有机粘合剂。

4.根据权利要求3的材料，其中膨胀垫含有2-15重量％、优选2-8重量％和更优选3-4重量％的有机粘合剂，在每种情况下基于膨胀垫(1)的总重量计。

5.根据权利要求3或4的材料，其中硅酸盐是硅酸铝。

6.根据权利要求3-5中任一项的材料，其中可膨胀的云母是蛭石。

7.根据权利要求1-6中任一项的材料，其由膨胀垫(1)组成。

8.根据权利要求1-7中任一项的材料，其是复合垫，所述复合垫除了膨胀垫(1)之外还含有氧化物纤维的纤维垫(2)，其中所述膨胀垫(1)和所述氧化物纤维的纤维垫(2)各自是在其主要表面处一起连接的片材体。

9.根据权利要求8的材料，其中复合垫含有多个由一个膨胀垫(1)和一个氧化物纤维的纤维垫(2)形成的连续多层。

10.根据权利要求1-9中任一项的材料，其是作为多层复合材料形成的，其含有两个或更多个膨胀垫(1)以及位于任何两个直接连续的膨胀垫(1)之间的中间层(3)，从而以机械方式稳定所述多层复合材料。

11.根据权利要求10的材料，其中所述中间层(3)是由筛网或多孔片材形成的。

12.根据权利要求1-11中任一项的材料，其中用于聚合物膜的塑料含有一种或多种聚酰胺，或者一种或多种聚酰胺与聚乙烯和/或聚丙烯的混合物。

13.根据权利要求1-12中任一项的材料，其中聚合物膜在其一侧上纹理化。

14.一种密封在两个结构部件之间的空隙的方法，其中使用根据权利要求1-13中任一项的材料，此方法包括在结构部件之间隔绝空隙之后抽空所述材料。

15.根据权利要求14的方法，其中所述材料通过刺穿或切割聚合物膜或通过将温度升高到聚合物膜燃烧的温度来抽空。

16.根据权利要求1-13中任一项的材料在用于通过氨在铂网上催化燃烧以制备硝酸的圆柱形反应器中的用途，所述铂网带有用于从反应气体混合物贫化一氧化二氮的催化剂床，其中催化剂床位于催化剂笼中，催化剂笼以同心方式布置在反应器内部且同时保持环状间隙，并且其中用于密封环状间隙的材料布置在催化剂笼和环状间隙的外边界之间。

17.根据权利要求16的用途，其中环状间隙的外边界是金属挡板。

18.根据权利要求16的用途，其中环状间隙的外边界是反应器的内壁。

19.根据权利要求1-13中任一项的材料用于管的外壁的隔热的用途，其中在管的内部布置燃烧器，其中所述材料优选施用到辅助管的外壁上，辅助管具有比要隔热的管更小的直径并且被插入要隔热的管中。

20.根据权利要求1-13中任一项的材料在用于在催化剂上将二氧化硫氧化成三氧化硫的栅格式接触反应器中的用途，所述催化剂含有五氧化钒并且放置在2、3、4或更多个栅格中，所述栅格彼此叠置，并且在两个接连栅格之间有中间阶段冷却，其中所述材料用于密封在栅格的外边界与栅格式接触反应器的内壁之间的间隙。