DE1475768A1

DE1475768A1 - Dichtungsmaterial

Info

Publication number: DE1475768A1
Application number: DE19651475768
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Marlo Co Inc
Current assignee: Marlo Co Inc
Priority date: 1964-06-23
Filing date: 1965-06-23
Publication date: 1969-01-30
Also published as: DE1475768C3; JPS4813886B1; DE1475768B2; GB1046999A; US3306155A

Description

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Dr.

THE MARLO COMPANY, INC., 12 East 12th Street New York, N.Y. 10003, U.S.A.

Pi ca t Ui l/ ; i.;ra.. t e ri al

Dl.-.· vorliegende Sriln-Iun^; bezieht oieh auf ein neues Diciituiigjmaterial für Pumpen und ähnlicheü. Eo beatent ^eni".2 der Erfindung aus mit Polytetrafluorätiiylenh;.rs (Teflon) getränkten GluLjaüpfen, welche in einem Mantel

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aus Polytetrafluorethylen eingebettet sind.

Bei der Dichtung von mechanischen Pumpen und ähnlichem hat sich die Schwierigkeit ergehen, daß das Dichtungsmaterial sowohl stark ätzenden Chemikalien als auch hohen, durch Reibung erzeugten Temperaturen und/oder den Temperaturen des durch die Pumpe tretenden Materials widerstehen muß. Obwohl viele Arten von Di/jhtungsmaterialien, einschließlich solchen, v/elche Polytetrafluoräthylen als Komponente enthalten, schon verwendet wurden, war es bisher trotzdem schwierig ein LIaterial mit den gewünschten Eigenschaften zu erhalten. So wurde beispielsweise mit Polytetrafluoräthylen getränktes, gewobenes Tuch oder Gl;. s-Filzmaterial in Betracht gezogen, das jedoch relativ spröde und daher niclit sein* flexibä. ist. Ebenso i^t eine Poly te traf luor:!t:.yl;-n-l)ijl:tmig als solche ein sehr schlechtes Wärmeleiter v.x:.ä hält die durch Reibung erzeugten Temperaturen nicht at.. .

Das Dichtungsmaterial gemäß der Erfindung Issitzt sowohl gute Wärmeableitung als gute Diohtungseigencchaften, " > ?'■■ ß oin Lecken van Pumpen und ähnliche;: unterbunden wird. Toi einer Aus führung s form der Erfindung werden lange 31-ν .,.Γ.'.,.; um verflochten (vorzugsweise nc.oLdem .zie zu Strängen verdrillt wurden), so daß die fasern v^n der Innenfläche (v/o Reibung zv/iochen Schaft und Dichtung stattfindet) zur Außenfläche der Dichtungsmasse durchgehend sind. Die Dichtung ist mit einer wässrigen. Polytetrafluoräthylen-Lösung getränkt, .:o

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• _ 3 _ BAD ORK3INAL

daß das Polytetrafluoräthylen sowohl in die Zwischenräume zwischen den verflochtenen Glasfasern sickert und diese dicht verschließt als auch eine Schmierung zwischen den Fasern des Dichtungskörpers und zwischen der Dichtung und den Schaft bewirkt. Eine andere Llöglichlreit besteht darin, die einzelnen Pasern oder Stränge von mehreren Pasern zunächst vor dem Verflechten zu tränken, um d:nn die fertige Dichtung ein zweites Mal noch einmal in die Lösung zu tauchen.

Die mit Polytetrafluorethylen getränkten, verflochtenen Glasfasern tenitsen infolge des Verflechten::. WärmeableitungskiJiäle. Andererseits halten die Glasfasern hohe Temperaturen am- und sind chemisch inaktiv. Du die Glasfasern verflochten sind und da das Polytetrafluoräthylen die Zwischenräume z.vi sehen den Pasern ausfüllt, sind auch die mechanischen Eigenschaften gut. Die dabei erhaltene Elastizität fehlt sowohl bei massivem Polytetrafluoräthylen als auch bei trocken verflochtenen Glasfasern.

Zwar ist Polytetrafluoräthylen in diesem Zusammenhang bevorzugt, jedoch eignen sich auch inerte Polymere, wie !.Tonochlorfluorüthylen-Polymere (KeI-P). Die Lüttel zum Herri·;:: ten derartiger Polymere zur Verwendung bei Dichtungen gemäß der Erfindung sind an sich bekannt. Weiterhin kann die Imprägnierung trocken mit Puder der Polymere (und möglicherweise TÜnderkomponenten) vorgenommen werden.

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Dae Dichtungsmaterial gemäß der Erfindung ist einer PoIytetrafluoräthylen-Diehtung als solcher überlegen, da dieses wegen seiner geringen Wärmeleitfähigkeit die an den Reibflächen erzeugte Wärme schlecht ableitet und andererseits eine große Wärme au sdelmung bewirkt. Die Verwendung von Glasfasern allein erlaubt auch bei verflochtener Struktur das Einsickern von Material, das abgedichtet v/erden coil? infolge der mechanischen Reibung der Glasfasern gegeneinander wird das Glas darüberhincuo pulverisiert.

Das Dichtungsmaterial gemäß der Erfindung kann höheren Temperaturen ausgesetzt v/erden, da, sowohl die obere Temperaturgrense durci den Yfärmev/iderstandöwert des Polytetrafluorethylen gegeben ist, das verflochtene GIa., die Wärme von der Fläche, an der sie erzeugt wird, ,.bfüj.rt, wodurch die Temperatur unter dem *7ert gehalten wird, Iei den das Polytetrafluorethylen verfällt. Die relativ lanzen Glasfasern, welche länge-r ^Cilc 2,54 cm und im !.allgemeinen 20,3 bis 33,10 cm 1 ng sind, reichen von der Innen- zur Außenseite der Dichtung, wobei sie mehrere Windungen machen und daher Wärmeleitungskanäle von einem inneren Punkt sur Außenseite der Dichtung bilden. In unteren !Temperaturbereichen erlauben die mechanischen Eigenschaften der erf iiidung. gonüßen Konstuktion einen Einsäte, v/o Polytetrafluorethylen allein nicht ausreichend w^:;re.

Weiterhin bietet die Dichtung gemäß der ErfiivJun^· Vcrt.-ilc

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gegenüber einem mit Polytetrafluoräthylen getränkten Asbestkern. Denn die mechanischen Eigenschaften und der Widerstand gegen die durch Reibung erzeugten hohen Temperaturen i^t besser gegenüber Asbest, weil dieser als Wärmestankörper anzusehen ist und chemisch nicht so inaktiv wie die verflochtenen Glasfasern ist.

2ei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Dichtungsmaterial zunächst aus mit Polytetrafluoräthylen (oder Monochlorfluoräthylen-Polymer) getränkten, verflochtenen Glasfasern gebildet; das v/ird dann als Kern verwendet, velcher mit einem Mantel aus verflochtenen Polytetrafluoräthylonfasern (oder Fasern aut Monochlorfluoräthylen-Polymer) umgeben wird. Dies äußere Flechtwerk ist normalerweise in der gleichen Art wie der Kern mit Fluoräthylen-Polymer getränkt.

Die Auüfülirungöform i-t insbesondere vorteilhaft, da die äußere Umhüllung au.- Polytetrafluoräthylen eine Schmierung bildet, welche im Sinne oin'er Verminderung der sich ausbildenden Reibungswärme v/irkt. Die den elastischen, mit Polymeren rehandelten Glasfaserkern umhüllenden reinen PoIyfasern werden dabei auch imprägniert. Das ist vor allem in Fällen vorteilhaft, bei denen die abzudichtende Flüssigkeit ■./oll für Gl,:.:.;, jedoch nicht Fluoräthylen-Polymere ist.

"Leiter i.rt es günstig, die Verflechtung der Glasfasern so 2unsJimcn, daß man im einzelnen, insbesondere schon für

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sieh verdrillten Pasern ausgeht und ein verdrilltes Faserbündel bildet. Diese Faserbündel werden in geeigneter Weise verflochten und mit Teflon getränkt. Dadurch wird die Elastizität noch erhöht.

Wie oben ausgeführt, haben die Glasfasern eine bestimmte Länge. Das ist vorteilhaft gegenüber filzartigen Gebilden, welche nach dem Imprägnieren brüchig v/erden. Auch Asbestgebilde sind schlechter, da Asbestfasern kurz sind; um dabei für ein Verspinnen (spinning) geeignete Pasern zu erhalten, müssen diese normalerweise in Verbindung mit anderen Fasern, v/i<j Seide, verwendet v/erden, wodurch aber die chemische Widerstandsfähigkeit des fertigen Produktes herabgesetzt v/ird. Auch bieten kurze Pasern, wie Asbestfaser!! nicht die hohe Wärmeleitfähigkeit, v/ie lange Fasern gcmll:3 der Erfindung.

Sin Verfahren zur Herstellung von Verpackungsmaterial gernL^:ß der Erfindung ist gekennzeichnet durch die Ausbildung von verflochtenen und in einer geeigneten Polytetrafluoretl.yleii-Suspension imprägnierter Glasfasern, durch Trockne-: der imprägnierten Glasfasern und durch Kalendrijrcn oder ühnliclie Behandlung des imprägnierten Materials, um e,-> auf ^ic aulgültigen Abmessungen zu bringen.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei^pielen anhand der Figuren, von denen:

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* Fig. 1 zeigt eine richtvorrichtung, bei der verflochtene » Glasfasern mit Polytetrafluoräthylen getränkt Bind, und \ Pig. 2 eine Dichtvorrichtung, bei der ein aus verflochtenen

* Glasfasern und mit Polytetrafluoräthylen getränkter Kern

mit einer verflochtenen Polytetrafluoräthylen getränkten Umhüllung versehen ist.

Die Dichtvorrichtung 10 nach Figur 1 besteht aus verflochtenen, langen Glasfasern 11, welche mit Polytetrafluoräthylen- ', Partikeln imprägniert sind, wobei die Polymerpartikel sowohl den Glasfaserzopf umgeben, als auch in die Zwischenräume zwischen den Fasern eindringen. Die Glasfaserstränge a und b können in irgendeiner, an sich bekanten Weise hergestellt sein. Vorzugsweise werden jedoch die einzelnen, relativ langen Glasfasern zu einem Flochtstrang verdrillt und mit anderen Flechtsträngen verflochten. Eine besonders bevorzugte Möglichkeit besteht darin, eine Anzahl einzeln für sich verdrillter Glasfasern zu verdrillten Bündeln zusammenzufügen, die in der Ge£ti~ltung der Zopfstränge a oder b verwendet werden. Bei einer anderen Auljführungsform werden einzelne Fasern oder Faserbündel zuerst vor dem Verflechten und die Zöpfe sodann noch einmal imprägniert.

Sa kann dabei jede konventionelle Art von Zcjafen, wie schraubenförmige, rechteckige, ineinandergreifender Zopf über Zopfförmige, usw. verwendet werden; konventionelle Techniken zu ihrer Herstellung sind beschrieben in dem "Handbook of Mechanical Packings and Gasket Material" 1960, herausgegeben

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durch die Mechanical Packing Association, 17 John Street, Hew York, H.Y. Rechteckzöpfe sind besonders für grundsätzlich imprägnierte Glasfaserformen, während Zopf über Zopf-Form für solche mit Polytetrafluoräthylen verwendet wird.

Nachdem die Zopfform hergestellt ist, wird diese mit Polytetrafluoräthylen imprägniert, und zwar normalerweise mit einer wässerigen Polytetrafluoräthylen-Lösung oder -Suspension. Diese Lösungen enthalten, so wie sie durch Hersteller von Polymeren geliefert v/erden, bezogen auf die Ge samt zusammensetzung 30 bis 70$ Polytetrafluoräthylen und bezogen auf das Polytetrafluoräthylengewieht 1 bis 10$ eines primären Benetzungsmittels. Ebenso kann noch ein zusätzlichem Benetzungsmittel enthalten sein. Beispiele für geeignete Benetzungsmittel sind Hatriumsalze eines Sulfonsäureesters eines einwertigen Alkohole, vorzugsweise Laurylalkohol oder Oktylphenylpolyglykoläther. Dispersionsmittel sind z.3. day Butylaminosalz der Dodecylbenzolsulfonsäure und dergleichen.

Die verflochtenen Glasfasern werden für eine Zeitdauer von etwa 10 Sekunden bic 10 Minuten, vorzugsweise 15 3 eirund en bis 5 Minuten (abhängig von den Abmessungen der Dichtung) bei geeigneten Temperaturen, im allgemeinen im Bereich zwischen 50° bic 150° P in^ie PolytetrafluoräthyZ.cr.löjiuij getaucht, um sie zu imprägnieren. iTorinrl-:rv/eiüe entLöiltei: die imprägnierten, verflochtenen fflaef......trn 10 bin 50, vor-

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zugsweise 30 bi3 45 Gewichtsprozente festes Polytetrafluoräthylen bezogen auf das Gewicht der Glasfasern. Danach werden die imprägnierten, verflochtenen Glasfasern getrocknet, Die Trocknung erfolgt normalerweise bei einer Temperatur von 70° bis 25O⁰F. Sie kann auch bei Raumtemperatur oder durch Bestreichen mit einem auf 150° bid 200⁰P aufgeheizten Gasstrahl erfolgen. Palis gewünscht, kann der Imprägnierungs- und Trocknungsschritt wiederholt werden.

Darauf werden die mit Polymer imprägnierten, verflochtenen Glasfasern auf die endgültigen Abmessungen reduziert. Das wird vorzugsweise durch Kalendrieren erreicht, obwohl auch andere Prozesse, wie z.B. Preßformen, v/obci der Druck der Preßstempel die Dichtung formt, infrage kommen. Heben der endgültigen Formgebung werfen durch das Kalendrieren auch die Außenflächen geglättet. Dieser Vorgang wird normalerweise in einer Maschine mit zwei Rollen auf parallelen Yfellen vorgenommen, die entgegengesetzt rotieren und so angeordnet sind, daß ein Zwischenraum zwischen ihnen ausgebildet ist, welcher der Größe der Dichtung entspricht. Zwei Seitenplatton, v/elche ebenfalls einen der Größe der Dichtung entsprechenden Abstand halon, bestimmen die Verflechtung.

Bei der Herstellung einer in Pig.2 dargestellten Dichtvorrichtung, bei der die mit Polytetrafluoräthylen imprägnierten jusfaaersöpfe mit einer verflochtenen Polytetrafluoräthylen-Umhüllung versehen sind, wird folgendermaßen verfahren.

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Verflochtene Glasfasern werden mit Polytetrafluoräthylen imprägniert und in der oben beschriebenen Weise getrocknet. Danach werden Polytetrafluoräthylen-Fasern derart um den Glasfaserkern gewunden, daß sie eine verflochtene Form besitzen. Dies geschieht mittels Zopf über Zopf-Technik, wobei eine Anzahl von verflochtenen Schläuchen (braided tubes) übereinander verwendet werden; der kleinere ist dabei auf den Kern geflochten. Im allgemeinen 7/ird das gesamte Gebilde dann zum nochmaligen Imprägnieren der äußeren Flechten wieder in eine Polytetrafluoräthylen-Suepensiori. getsaucht, wobei die Bedingungen die gleichen sind, wie bei der Herstellung des inneren Kerns. Die so entstandene Dichtung 100 (Figur 2) besteht aus Polytetrafluoräthyien-FlecLten c und d, welche den verflochtenen Glasfaserkern 103 umgeben; dieser besteht wiederum aus verflochtenen Glasfasern 101, die mit Polytetrafluorethylen Partikeln imprägniert sind; e und f bezeichnet die Struktur der verflochtenen Glasfasern.

Die folgenden Beispiele geben Ausführungsformen der Erfindung an.

Üeispiel 1

Es v/erden gewöhnliche Fiberglaa.-jtapelfc.den (fiber gla^o i-.tc.ple yarn), z.B. Owens-Corning Fiberglas CSE 12.5/1, verwendet. Die Glasfasern haben die folgende Zusammensetsur;·::

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— I I —	Siliziumdioxyd	U75768
	Aluminiuraoxyd	Gewichtsprozente
Boroxyd	60 - 65
Natrium-Kalumoxyd	2-6
Mftgnesiumoxyd und	2-7
Calciumoxyd	8-12

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Die einzelnen Pasern sind 20,3 - 38,1 cm lang. Der !Faserdurchmesser beträgt 6,98.10 cm.

Zur Herstellung von 1/2 Zoll Rechteckflechtdichtungen (equare braided packing) wird eine Flechte von fünf einzeln verdrillten Strängen verwendet (die Strangfeinheitszahl beträgt etwa 11 Meter pro Kind), wie er vom Hersteller geliefert wird. 39 dieser Stränge werden zu einem Bündel verdrillt und auf acht Wickelkörper gespult. Diese werden dann auf einer acht Stränge verarbeitenden Maschine (8 braider machine) rechteckförmig geflochten, wobei eine etwa rechtförmige Querschnitt sstruktur mit 1/2 Zoll Abmessung.

Die verflochtenen Glasstränge in eine Polyfluoräthylen (Teflon)-Lösung (TD-3, Du Pont) getaucht, welche nahezu 60 Gewichtsprozente Teflon, 6 # Benetzungsmittel (bezogen auf dao Teflongewicht) und den Rest Wasser enthält. Pur eine 1/2 Zoll Dichtung beträgt die Eintauchzeit zwei Minuten. Die wird dann luftgetrocknet und auf die endgültige Form kalendriert.

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Beispiel 2

Im folgenden wird die Herstellung einer 1/2 Zoll Dichtung mit einer verflochtenen Tetrafluoräthylen-Umhüllung "beschrieben:

Gewöhnliche FiberstapäLfäden (fiber staple yarn) werden wie im Beispiel 1 zur Herstellung eines 1/4 Zoll Kerne verwendet. Elf Fäden werden, wie oben beschrieben, zu einem Bündel verdrillt und auf einen Wickelkörper gespult. Acht solcher Wickelkörper auf einer Rechteckflechtmaschine erzeugen einen etwa rechteckförmigen Kern mit 1/4 Zoll Seitenabmessung. Der Kern wird sodann für ungefähr eine Minute in eine Mischung auo Teflonsuspensoid TD-3 (wie oben beschrieben) und Glimmer (Type micromica C-3000, ein Produkt der English Mica Company) eingetaucht. Dieser Glimmer hat eine theoretische Maschengröße von 3000 oder eine mittlere Partikelgröße von 5 bis 10/u Durchmesser bei 0,5 /u Dicke. Die Zusammensetzung des Glimmers ist etwa 48 # Kieselsäure 33 i° Aluminiumoxyd, 10 $ Pottasche und kleinere Mengen anderer Komponenten. Das Glimmer und Teflonsuspensoid wird in gleichen Volumenprozenten oder etwa in 85 Gewichtsprozenten Suspensoid und 15 Gewichtsprozenten Glimmer gemischt.

Nach dem Trocknen an der Luft bei Umgebungstemperaturen für einen Tag wird der Kern auf 1/4 Zoll Rechte eic querschnitt kalendriert. Die den Kern umgebende IIülH e wird au.· ge-

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bleichtem Teflon TFE-Fluorkohlenstoff der Du Pont Company (No.4050-540-0, 4050 denier, 540 filament). 28 dieser Pasern werden zu einem Bündel verdrillt und auf acht wickelkörper gespult. Die Teflonfaserbündel werden auf den vorher hergestellten Kern rechteckförmig geflochten und bilden die äußere Umhüll*ung der Dichtung.

Diese Dichtvorrichtung wird dann für etwa fünf Minuten in das oben schon beschriebene Teflonsuspensoid getaucht, bei Umgebungstemperatur etwa einen Tag luftgetrocknet und auf die endgültige Größe von 1/2 Zoll kalendriert.

Die Dichtung gemäß der Erfindung enthält 30 bis 45 Gewichtsprozente Polytetrafluoräthylen als Imprägnierung für den geflochtenen Glasfaserkern. Wenn eine geflochtene Polytetrafluoräthylen Umhüllung angebracht ist enthält das gesamte Dichtungsmaterial natürlich wegen des umhüllenden Materials eine entsprechend größere Menge Teflon. Das imprägnierende Polytetrafluoräthylen-Polymer ist nicht faserförmig und nicht ausgehärtet, während bei der Ausführungsform nach Figur 2 Facerform vorliegt.

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Claims

Pat entan sprUche j

1. Als Dichtungsmaterial geeignete Anordnung mit guten Wärme- , leitungseigenschaften, gekennzeichnet durch verflochtene
Glasfasern, welche mit einem Stoff aus der Gruppe der
Polytetrafluoräthylen-Polymere oder Monochlorfluoräthylen-Polymere imprägniert sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
imprägnierende Material 10 bis 50$ Polytetrafluoräthylen-Polymer in nichtfaseriger Form entält.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Glasfasern vor dem Verflechten und der folgenden Imprägnierung ' mit Polytetrafluoräthylen die Form von verdrillten Fäden '

besitzen. )

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- '

kennzeichnet, daß die verflochtenen Glasfasern eine Umhüllung
von verflochtenem, faserförmigem Polytetrafluoräthylen- j Polymer besitzen. :

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet ι durch einen äußeren Mantel aus verflochtenen Polytetrafluoräthylen-Fasern und einen inneren Kern aus -verflochtenen, längen, mit nichtfaserförmigen Polytetrafluoräthylen imprägnierten Glasfasern.

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6. Verfahren zur Herstellung einer als Dichtungsmaterial geeigneten Anrrdnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß lange Glasfasern zu einer Zopfstruktur verflochten werden und daß dieser Zqf in einer Dispension eines Stoffes der Gruppe der Polytetrafluoräthylen-Polymere oder Monochlorfluoräthylen-Polymere imprägniert, getrocknet und dann auf endgültige Größe gebracht wird.

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