DE1650105A1

DE1650105A1 - Abdichtungsmittel

Info

Publication number: DE1650105A1
Application number: DE19671650105
Authority: DE
Inventors: Nelson Jonnes; Davis Edward Perkins
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1966-08-04
Filing date: 1967-08-03
Publication date: 1971-11-04
Also published as: GB1204166A; DE1650105C3; DE1650105B2; FR1548381A; US3524794A

Description

• -: ■■,■■■■ ■ ■■■.-.■ ... ν

!BERLIN 33 S MÜNCHEN«

AiiBU«t««V)ktori»-StraB· 65 Dr.-Inö. HANS RUSCHKE PlMzeiian.rStraB»a

w_ef_On:(ei,/WS21 DipL-lng. HEINZ AGULAR _T.wo_n!oeii/2S2S

T»l»gr«mra-Adr«««e! . PATENTANWÄLTE T«l«gr»inm-Adre·»·: Quadratur Berlin . Quadratur München

'fite

- M

Minnesota Mining and Manufacturing Company, Saint J?aul,

.""..--.. ■■■■.-· Minnesota 55101 -...(V,-St.v.A.)

Abdiohtungsmittel

Die Erfindung bezieht sich auf ein_; neues Abdichtungsmittel und im besonderen auf Abdichtungsinitrtel mit neuen Zusammensetzungen und Materialien hierfür. ^; r:

Eine Dichtung bestent; aus einem Stück Materialj, das awiseheii Kwei einander gegenüberstehenden Fläcnen einer Verbindungsstelle oder an einer Öffnung angeordnet ist und abdichtend wirkt, wenn die genannten Flächen zusammengezogen werden, wodurch ein Verlust an im iillgemeinen unter Druck stehenden Flüssigkeiten oder Gasen verhindert wird. Als Dichtungsmaterial wurde bisher Papier, Gummi, öumtniasbestkpmbinatlonen, Kork und viele andere Werkstoffe verwendet.

109*45/028$

BAO

Diese feisher verwendeten Materialien foesassen entweder den gewünschten Grad von Anpassungsfälilgfeelt; oder einen gewünsextten Grad von Widerstandsfähigkeit gegen eine Erschlaffung oder Widerstandsfähigkeit gegen ein Zaisaiffienpressen, so dass sie als Dichtungsmittel verwendet werden konnten. Soweit bekannt, fehlte feisher bei den bekannten BieMaaaoigsmitteln (1) eine hohe Anpassungsfähigkeit bei dem bei der- Herstellung einer Abdich-• tung ausgeübten Druck und (2) ein Widerstand; gegen eine Erschlaffung oder gegen ein dauerndes laehgeben.unter"-dem..einwirkenden Druck* Dies hat zn einigen Schwierigkeiten geführt. Gummi^Äsbestdiehtungen z.B. weisen einen starken Widerstand gegen eine Erschlaffung oder gegen ein dauerndes Nachgeben unter dem einwirkenden Druck aiii",, slndl Jedoch nicht sehr anpassungsfähig,. ausgenommen bei den hohen Planschdrücken, die oftmals nicht erwünscht sind ..und ±m allgemeinen auch nicht erforderlieh, und die schwierig zu erreieben sind ausser durch geringen Abstand der Bolzensehratibe& aneinander längs ausserordentlich dicker Flansche an der Ferblngiungss teile, an der die Abdichtung hergestellt werden soll, aus Kork zusammengesetzte Dichtungen weisen selbst bei sehiP seiiwaehen Flansohdrücken eine ausserbrdenj/lich gute. Änpassiiögsfähigkeit auf, und tatsächlich werden bei^ der HerstelltiÄg äer Bichtungen oftmals schwächere Drücke angewenöeti äeäqeii neigen Korkdichtungen und aus iCork zusanffliengesetsfei DieÄtip%en zur Erschlaffüng und zu eineia dauernden $aöhge|ie& «n1;er €®bi aüsgeöfeten Druokv wodiireh ■■-.*■ die Dichtung ßaeh einigär Zeil; laasfirkssia wird und zum

lO084S/02iS

Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Abdichtungen selbst bei riiedrigex-en Dientungsdrückeii unter Verwendung einer einzelnen Dlehtungszusammensetzung, die anpassungsfähig und widerstandsfähig gegen eine Erschlaffung oder gegen ein dauerndes Nachgeben unter dem einwirkenden Druck ist„ Die Anpassungsfähigkeit; kann nach den Lehren der Erfindung verändert werden und ebenso das Nachgeben unter dem einwirkenden Druck; jedoch ist das wichtigste I4erkrna 1 der Erfindung in einer neuen Art von Dichtungsmasse und deren Zusammensetzung zu sehen, die innerhalb des Rahmens der Erfindung so verändert werden kann, dass besondere Ergebnisse erzielt werden können«

Die Erfindung wird nunraenr ausführlich beschrieben. In der beiliegenden Zeleimung ist die

Fig. 1 und 2 je ein Querschnitt durch Diehtungsmateriallen nach der Erfindung,

FiS- 5 ein senkrechter Scnnitt durch eine "Verbindungsstelle zwischen zwei gegenüberstehenden Flächen an einer zwi- * sehen zwei Bolzenschrauben gelegenen Stelle mit dem Dichtungsmaterial nach der Erfindung,

FIg. h eine graphische Darstellung, in der die Kurve X den Abdiehtungsdruck bei einer älteren Dichtung zwischen zwei Bolsensehraubeh an den Punkten A und B darstellt, !fahrend die Kurve Y den Abdichtungsdruck bei einer Dichtung nacfe der Erfindung darstellt, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Kurve Y bei einem gleichmassigeren Druck verhältnlsmässlg flach ist im Gegensatz zur Kurve X für eine ältere Dichtung,

100845/0285

Fig. 5 eine graphische Darstellung der· Flanschdrüeke in Bezug auf die Verformung, in Prozenten der Dicke ausgedrückt,"

wobei die Kurve (A) sich auf eine Gummi-Asbest-Dichtung,, die Kurve (b) sich auf eine Korkdichtung und die Kurve (C) sich auf eine Dichtung nach der Erfindung fee zieht«' Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt;, weisen die Dichtungen eine elastomere Bindemittelmatrix IO auf* in die hohle,steife · und zusammendrückbare Partikel 11 dispergiert und vollkommen eingebettet sind_a Eine Dichtung kann im wesentlichen aus der Bindemittelmatrix und aus den Partikeln in Form einer Masseschicht 12 bestehen, wie in der Fig» 1 dargestellt, oder diese Schicht kann mit anderen Materialien vereinigt werden, wie in der Fig.. 2 dargestellt» Im besonderen kann mit der Schicht 12 ein versteifender oder verstärkender Film 13 vereinigt werden, der vorzugsweise nicht elastomer ist, öder der elastomer und frei von zusammendrüekbaren Partikeln ist» Der Film kann aus einem Harz, z„B. aus einem Polyesterharz, bestehen oder aus Papier oder auch aus Metall, z_qB. aus einer Aluminiumfolie mit einem klebfähigen Belag, mit dem eine Verbindung zwischen den Flächen hergestellt werden kann. Die Schicht 12 kann auf beiden Seiten mit einem solchen Film belegt sein, wenn gewünscht, kann mit dem Film eine weitere Schicht 14 aus der Dichtungsmasse oder -zusammensetzung vereinigt werden, oder die Schicht 14 kann auch besonders zusammengesetzt werden, " z.B. mit und ohne inerte Füllstoffe, wie z.B. Asbest, Kork

•.Wird die Dichtungsmasse 12 nach den Figuren 1 und 2 in Form von Lagen oder Schichten zum Herstellen einer Abdichtung -

verwendet, so wird die Dichtungsmasse, wie in der Fig. 3 dargestellt, an den oder nahe an den Schraubenbolzen 15 oder . an anderen Einspannmitteln erheblich und verhältnismässig wenig verformt an einer zwischen den Schraubenbolzen gelegenen Stelle, wie in der Fig„ j5 bei 16 dargestellt. Es wird Jedoch darauf hingewiesen, dass in den Fällen, in denen Schraubenbolzen oder andere Befestigungsmittel nahe an den Flanschen einer Verbindungsstelle angeordnet werden, und wenn durch Anziehen * der Schraubenbolzen die Bruchfestigkeit der zusammendrüekbaren Partikel in den Dichtungen nach der Erfindung selbst an den zwischen den Schraubenbolzen gelegenen Stellen überschritten wird, so ist ein stärkeres Zusammenpressen, als Inder Fig. 3 dargestellt, zu erwarten* Die Erfindung weist Jedoch den wichtigen Vorzug auf, dass eine gute Abdichtung im allgemeinen mit weniger Schraubenbolzen hergestellt werden kann* als bisher-erforderlich, sowie mit dünneren Flanschen und mit kürzeren Schraubenbolzen. Die Erfindung ermöglicht daher Einsparungen an Material und eine Vereinfachung bei der Berstel- " lung von gas- und flüssigkeitsdichten Abdichtungen.

Die Belastung der Dichtung oder der auf die Dichtung ausgeübte Kompressionsdruck nach der Fig. j5 ist in der Fig. Ψ durch die Kurve Y dargestellt,, V ;

Die in der Fig. > dargestellte Verformung der Dichtung Ik Nähe der Schrauben wird in der Fig* 5 durch den Abschnitt 0-» der Kurve 0 veranschaulicht;* Dieser Abschnitt C^ df j* fe in der Fig. 5 «rstre^kfe s.iah bis über einen

ungefähr 56 kg/cm. Der Zustand des zwischen, dem an den Schrau ben gelegenen Teil und dem In der Mitte gelegenen unzusammengepressten feil befindlichen Beiles der Dichtung nach der .,„ Fig. 3 wird in der Fig. 5 dBreli den senkrechten Teil C^ der Kurve C veranschaulicht. Der raiziisanniiengepresste Teil 16 der Dichtung nach der Fig. 5 wird etareh den untersten Abschnitt C-z der Kurve C in der Fig«""~3 veranschaulicht. Die in der Fig. 5 mit C beseieimete Kurve zeigt in graphischer ^ Darstellung im untersten AfoseliBlfet C-, den Widerstand der Dichtung gegen eine Verformung (bei Flanschdrücken unterhalb von 42 kg/cM y, im Abschnitt Cp den hohen Qrad der Verformung und Anpassungsfähigkeit der ne^aen Bieiifcung (bei Planschdrüeken von 42 bis 56 kg/cm } bei der dargestellten Dichtung) und im Abschnitt C-J den veränderteii Zustand oder den geringen Grad der Verformbarkeit und den hotoen Widerstand gegen eine Verformung (bei Drücken von mehr als 7© kg/cm z.B. nahe an den ■ .Schrauben nach der Fig. 5}«

λ Die graphischen Darstellimgea äienen natürlich nur zur Erläuterung der Erfindung und sollen keine Grenzwerte festsetzen. Die Erfindung ermöglicht," den Ässehnitt C₂ der Kurve C, in dem die Änpassungsfähigkeifc'am grössten istjf entweder nach unten zu verschieben in einea Bezirk* in dem der Flansehdruck un gef§hi» 17 kg/em beträgt, der sieii als der geringste -fü"P Dichtungszwecke brauchbare Wert erwiesen ha.tr» oder naon oben in " eifteii Bezirk* in üem äer FlaiiiselMSruck ungefähr JO oder sogar 85 kg/cm beträgt, und feisaftr .keosm die- Steilheit, dieses Kurven-

absein!ttes Innerhalb eines weiten Bereiches von Iteüeken verändert werden in. Abhängigkeit von der verwendeten besonderen elastomere!! Bindemittelmatrix und von._: den-verwendeten besonderen zusammendrückbaren Partikeln, normalerweise bewirken kleinere zusammendrüekbare Partikel und eine höhere Wandstärke bei diesen eine Verschiebung'der Kurve, bei der die Anpassung erfolgt j in Riehtung zu den oberen Flansehdruckber^elien, und zwar * bis zu 85 kg/em (oder möglicherweise auch bis zn 112 kg/cm )* ■ Grössere Partikel mit dünneren Wandungen oder mit schwächeren Wand^:mgen bewirken eine "Verschiebung des betreffenden Kurvenabschnlttes* bei dem eine Verformung und eine Anpassung beginnt ₃

2 in Riehtung zu den niedrigeren Flänsehdrücken von z.B. 21 kg/cm oder sogar bis zu dem für Eiohtungszwecke nooh br-anchbaren

2
Wert von IJ kg/cm , Die Neigung des sich auf die unteren Flanschdrücke beziehenden Teiles der Kurve kann steiler oder flacher gestaltet werden in Bezug auf die Darstellung in der Pig· 5» wenn andere elastomere Bindemittelmatrizen verwendet ' werden, wobei stärker zusammendrüekbare oder nachgebende Bindemittelmatrizen zu einer steileren Kurve führen.» wäteend steifere oder weniger nachgebende, elastomere Bindern!ttelmatrizen zu einer Abflachung der Kurve führen. Ebenso kann die Neigoug des sich auf die höheren Drücke beziehenden Teilen der Kurve hinter dem Abschnitt C^, In dem die Anpassung und Verfolgung erfolgt, geändert werden in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen elastomeren Bindemittelmatrix, Ζ«Β· sucht eine polyamidhaltige elastomere Bindemittelmatrix die untersten und obersten Teile

109845/0265 bad

der Kurve C in Richtung zu einer flacheren Kurve zu verscnieben,-während ein verhältnismässig weiches elastomere^: Silikonmaterial z.B.- mit einem Härtegrad von ungefähr 45 nach dem Shore-Härtemesser A den μnterεten und obersten Teil der Kurve C steiler gestaltet.

Eine erfindungsgemässe elastomere Matrix, die frei von hohlen Partikeln ist, jedoch andere Bestandteile enthält (z«B. Aushärtungsmittel, modifizierende Zusätze und auch'Füllstoffe, wenn Vielehe verwendet werden), kehrt nach einer Streckung von 200$ auf nicht mehr als 150$ der ursprünglichen Länge zurück (oder sogar auf l40$ der ursprünglichen Länge)» Zum Untersuchen der elastomeren Eigenschaften eignen sich-Musterstüeke mit einer Dicke von 1 mm und einer Breite von 1 cm. Ein 10 cm langes Musterstück wird auf eine Länge von 20 cm gestreckt und in diesem Zustand 24 Stunden lang ernalten. Danach lässt man das Muster sich 5 Minuten lang entspannen, wonach die Länge gemessen wlrdo Diese Länge überschreitet nicht den Wert von 15 cm bei elastomeren Matrixbindemitteln, die für die Erfindung geeignet sind. Eine Matrix soll als elastomer bezeicnnet werden, wenn sie diese Eigenschaft bei einer von vielen Untersuchungstemperaturen oder Kombinationen von Untersuchungstemperatüren aufweist« - ■■ ;' ; · ■*

Wie sich gezeigt hat, muss die' verwendete elastomere Bindemittelmatrix so beschaffen sein, dass sie sich unter der Einwirkung des Druckes nicht um mehr als 50$ dauernd verformt, damit eine

109845/0.265

JSADOBiaiHAL

Abdichtung mit einer verhältnismassig langen Lebensdauer hergestellt werden kann. Werte von 20 - 30$ bei dauernder Verformung ergeben Dichtungen mit sehr langer Lebensdauer* Einige besondere Dichtungen können einen kleineren Wert, z.B. 10$, erfordern.

Diese dauernde Verformung unter der Einwirkung des Druckes wird wie folgt bestimmt:

Ein Stück des zu untersuchenden Materials wird zu einem Platt-. | chen mit einer Dicke von 12,7 mm geformt und danach zwischen zwei flache Metallstücke einer Prüfvorrichtung eingelegt, die in den Vorschriften ASTM D-395-B beschrieben ist„ Zum Trennen der beiden Metallstücke werden Abstandsklötze mit einer Dicke von 9,5 ram verwendet, so dass die flachen Metallstüeke nicht näher als 9,5 ram zusammengeführt werden können. Der Prüfling wird dann von einer Dicke von 12,7 ram auf eine Dicke von 9,5 mm zusammengepresst und in diesem Zustand 22 Stunden lang bei einer Temperatur von 10O⁰C erhalten» Danach wird der Prüfling freigesetzt und eine halbe Stunde lang auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Danach wird die Dicke des Prüflings gemessen. Die dauernde Verformung beträgt

To - Ti _{x 1nn}

.--- ■■ To -Ts ^{X lü0} *

wobei to die ursprüngliche Dicke, Ti die endgültige Dicke und Ts die Dicke des Prüflings unter Druck während der 22-Stundenperiode ist. Die Temperatur, bei der diese Untersuchung durchgeführt wird, muss gleich der Temperatur sein, bei der die ge-

109845/0265

1650 TOS

ringste dauernde Verformung des Prüflings zu erwarten ist, und ebenso kann die Temperatur verändert werden, auf der der Prüfling nach dem Freisetzen gehalten, wird«. Materialien werden in Bezug auf die genannten Anforderungen als befriedigend angesehen, wenn sie die gewünschten Ergebnisse bei den verschiedenen Prüf- und Freisetzungstemperaturen zeigen. .

Nach der Erfindung können geeignete Materialien für die Bindemitfe telmatrix aus Naturgummi- und synthetischen Gummimaterialien gewählt werden, d.h. aus an sich bekannten Elastomeren, wie Naturgummi, chlorierter Gummi, Organopolysiloxan, Polyurethanelastomere, Polyamide, Fluoroelastomere und Nitrilgummi_e Die Wanl erfolgt je nach den gewünschten elastomeren Eigenschaften und der dauernden Verformung, wie bereits erläutert* Ferner müssen die Kosten und der Widerstand gegen Zerfall berücksichtigt werden, der von der besonderen, abzudichtenden Flüssigkeit oder dem Gas verursacht wird. Beispielsweise sind Fluoroelastomere widerstandsfest gegen alle Flüssigkeiten, Jedoch teuer im Vergleich zu ande- ^w ren Elastomeren* ⁼

Die Zusammensetzung der Elastomere kann auch dem abzudichtenden". Gas oder der- Flüssigkeit entsprechend gewählt werden» Ein Material, das widerstandsfest für ein besonderes Gas oder eine besondere Flüssigkeit ist, braucht nicht den günstigsten Widerstand gegen eine dauernde Verformung aufzuweisen. Einige Materialien können so gewählt werden, dass sie widerstandsfest für ein besonderes abzudichtendes Gas oder eine Flüssigkeit sind, brauchen je-

109845/0265

#AD

1850105

- ii -

doch nicht den günstigsten oder bevorzugten Widerstand gegen eine Entspannung und damit nicht den günstigsten oder bevorzugten Widerstand gegen eine dauernde Verformung aufzuweisen, ■ als erwünscht sein kann. Es kann daher eine Dichtung hergestellt werden mit einem organiscnen Polysiloxan-EiastQmer, das einen Widerstand gegen eine dauernde Verformung von weniger als lü$ oder eine Entspannung von weniger als 10$ aufweist, Wird jedoch dieee-β Material zum Abdichten gewisser Kohlenwasserstoff öle verwendet, so ist l;u erwarten,--.dass die gesamte Dichtimg sieh zersetzt. Dementsprechend wäre ein Nitrilgummi zu bevorzugen, der einer Zersetzung durc^ solche Öle einen νιοι höheren Widerstand entgegensetzt, selbst wenn die Entspannung im Bereiciivon 2;.^ der dauernden Verformung liegt» Zuweilen kann es erwünscht sein, ein Fluor-Elastomer mit den erforderlicnen Eigenschaften, mit einer ausserordentllchen geringen dauernden Verformung und mit einer sehr hohen Widerstandsfestigkeit gegen fast alle Gase und "Flüssigkeiten zu verwenden; jedoch ist ein solches Erzeugnis vernaltnismässig teuer und kann daher nur dann verwendet werden, wenn solche gänzlich seltenen Eigenschaften eines solchen Elastomers wirklich benötigt werden.

Es ist für die Erfindung wichtig, dass das Dichtungsmaterial steife, hohle und zusammendrückbare Partikel in einer Menge von mindestens 20$ und nicht mehr als 80# des Volumens enthält. Mit der Erfindung können ohne Schwierigkeiten die besten Ergebnisse erhielt werden, wenn der Anteil der hohlen Partikel volumenmässig 40 bis 6o# ungefähr beträgt, wobei Abstufungen

109S45/026S

^{: :} "..' ■■■■■ - ■'. ~ 3.2 f .... ..-. ' - ·.- ■■■■ - ■■■-■■■

der Ergebnisse mit einer 5$igen Änderung des Volumens der hohlen Partikel bewirkt werden können»

Wird der volumenmässige Anteil der hohlen Partikel über ungefahr 65$ hinaus erhöht, so treten Schwierigkeiten auf bei der gleichmässigen Verteilung der grösseren Mengen der Partikel im elastomeren Bindemittel. Es kann z*B* möglich werden, dass das vorhandene Bindemittel nicht ausreicht, um die Zwischenräu ™ me zwischen den hohlen Partikeln vollständig auszufüllen* Hier durch wird natürlich die Abdichtungsfähigkeit der Dichtung beeinträchtigt.» Jedoch sind auch unter diesen Bedingungen Abdichtungen nach der Erfindung in gewissen begrenzten Verwexidungsbereichen von Nutzen, wenn der Abstand der Schraubenbolzen voneinander vermindert wird und wenn das abzudichtende "' Gas oder die Flüssigkeit unter einem verhältnismässig geringen Druck steht oder verhältnismässig zähflüssig ist.

Vorzugsweise werden honle, kugelförmige und aus einem anorga-™ nischen Material bestehende Partikel verwendet. Wie sich gezeigt hat, führen Mikroblasen aus einem glasartigen Material zu ausgezeichneten Ergebnissen, Für die Durchführung der Erfindung sollen als Hohlkörpermaterial Glasblasen benutzt wer* den, drfhi hohle Glasperlen mit einer Grosse von 10 bis j5ÖÖ Mikron. In jedem Falle müssen die steifen und vorzugsweise gasundurchlässigen spröden hohlen Füllkörper, ganz gleich, ob diese glasartig sind oder nicht, widerstandsfest gegen eine Zerstörung durch Zusammenpressen sein, wie später

10984Β/0285

' noch erläutert wird» Diese Forderungen werden am besten von Glasblasen erfüllt, die nach dem Verfahren hergestellt werden, das in dem amerikanischen Patent Nr. 3 3^5 315.» eingereicht am 23. August 1963, veröffentlicht am 23. Januar.1968 (s„Beispiel l) offenbart ist, welche Glasblasen aus einer Alkali-Kalk-Silikat -Zusammensetzung bestehen. Die Wandstärke der Partikel soll im allgemeinen ungefähr 15$ oder auch 10$ des. Durchmessers der Partikel nicht übersteigen. Wandstärken, die weniger

* I

als 3% des Partikeldurchmessers betragen, sind erwünscht,, wenn " ein Bruch innerhalb eines verhältnismässig engen und im allgemeinen niedrigen Druckbereiches erwünscht ist»

Es ist jedoch nicht nötig, innerhalb eines sehr begrenzten Grössenbereiches im wesentlichen gleich grosse Partikel zu verwenden, und wenn dies durchgeführt wird, so können Dichtungen nach del· Erfindung mit ganz besonderen Eigenschaften hergestellt werden (z.B. kann die Verwendung von Hohlkörpern mit einem begrenzten GrÖssenbereich- und gleicher Wandstärke zu ausgeprägten Änderungen bei der Neigung der-Kurve für die Anpassungsfähigkeit und die Verformbarkeit führen). *

■ ■ .- u-'-iuv:. .■■ "- - ■ -..."" ■"■"' - - - . " Die nach der Erfindung zu verwendenden hohlen Partikel sollen genügend widerstandsfähig sein gegen Zerquetschen oder gegen ein Zusammendrücken und einem beständigen hydrostatischen Druck von mindestens ungefähr 17 kg/cm und vorzugsweise mindestens ungefähr 2<J kg/cm widerstehen, können. Eine Masse von Partikeln wird bei solcnen Drücken als widerstandsfest angesehen, wenn nicht mehr als ungefähr ±Q% des ursprünglichen

TQ9845/0Z6 5

; - ;; ^; O : 16501G5

: - . ν -IH- - ..;■ ■"■.....'■■■■. Volumens der Partikel eusammengedrückt wird.

Der Prozentsatz des Zusammendrückens oder Zerquetschen von Partikeln wird durch die Zahl dargestellt, die erhalten wird, wenn das Volumen der Partikel nach dem Zerquetschen durch das ursprüngliche Volumen vor dem Zerquetschen dividiert und mit 100 multipliziert wirdα Um den Prozentsatz zu'ermitteln, wird die Dicke der Dichtung bei dem Höchstdruck, dem sie widerstehen kann, bevor ein Zerquetschen bemerkbar wird (d.h„ die Dicke der Dichtung am Punkt auf der Kurve CU in der Pig« 5 kurz vor dem Übergang in den-Teil C„ der Kurve C). mit der Dicke verglichen, die nach dem Zerquetschen bei einer Erhöhung des Druckes besteht (d.h. die Dicke längs des Abschnittes Q~ der Kurve C). Die Verminderung der Dicke der Dichtung längs des Abschnittes Üp wird im wesentlichen dem Zerquetschen der Partikel zugesclirieben« ; .

Von Nutzen sind, Partikel, die so widerstandsfest gegen ein Zusammendrücken sind, dass eine Lage Dichtungsmaterial einem be-

ständigen statischen Druck von mindestens 17 kg/cm widerstehen kann, ohne dass mehr als 10$ der Partikel zusammengedrückt werden, wobei eine Widerstandsfestigkeit gegen einen beständigen' statischen Druck von mindestens ungefähr 28 kg/cm oder sogar Λ2 kg/cm , ohne dass mehr alss 10$ der Partikel zusammengepresst werden, vorzuziehen ist. Bei etwas über der unteren Grenze liegenden Werten, vorzugsweise ab einem Druck von mindestens 7 kg/cm und mindestens bei Werten oberhalb von 28 kg/cnr oder*

109045/0265

P P

■j6 kg/cm bis ^u ungefähr 110 kg/cm sollen völumenmässig mindestens ^r^O% der Partikel zusammengepresst werden. Bei

einem Druck von I²IO kg/cm werden alle Partikel zusammengepresst, 'wobei alle zurückbleibenden Partikel in der Dichtung als Füllmaterial und nicht als zusammendrückbare Partikel angesehen werden. Natürlich genügen inur die Partikel den oben genannten Anforderungen, die zusammengepresst werden, wobei darauf hingewiesen wirdj dass der oben definierte Prozentsatz des Zusammenpressens nicht den Wert von 100$ erreichen kann, weil ein Teil des ursprünglichen Volumens von den Wandungen der Partikel eingenommen wird* Selbst wenn alle züsammendrück-* baren Partikel zusammengepresst werden, so kann nur ein Prozentsatz von ungefähr 90^ erreicht werden (restliches Volumen in Bezug auf das ursprüngliche Volumen).

Soll zum Herstellen einer Abdichtung das Dichtungsmaterial durch Auftragen oder durch Extrusion in den Flanschbezirk einer Verbindungsstelle eingetragen werden, so wird bei der Herstellung des Dichtungsmaterials das oben beschriebene Verfahren angewendet mit der Ausnahme,, dass <äas Matrixbindemittel der Zusammensetzung in einem flüchtigen Lösungsmittel aufgelöst oder dispergiert wird, oder, wie vorzuziehen ist* das elastomere Bindemittel wird in einem monomerischen oder flüssigen polymerisierbaren oder auch aushärtbaren Zustand erhalten, bevor das Material aufgetragen und ausgehärtet wird. Ein flüs-· siges Dichtungsmaterial enthält daher ein Aushärtungsmittel oder einen Katalysator für die Polymerisation, wenn das Binde-

109845/028'$

mittel zum direkten Auftragen an der Gebrauchsstelle sich im unausgehärteten oder im nicht polymerisierten Zustand befindet.

Dichtungen nach der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass deren Dicke sich um mindestens 10$ (vorzugsweise mindestens 25$ oder sogar 50$) vermindert innerhalb eines begrenzten-Druck anstieges von nicht mehr als 21 kg/'cm^ und innerhalb eines Druckbereiches von 17 kg/cm bis ^u 110 kg/cm _β Diese Werte gelten ungeachtet der ursprünglichen Dicke der Dichtung, wenn kein Druck ausgeübt wird.

Die ursprüngliche Dicke der Dichtung soll den Wert von ungefänr 4 mm nicht überschreiten und vorzugsweise ungefänr j5 bis 2 ram betragen. Die meisten Abdichtungen weisen eine Dicke von 1,0 mm plus oder minus 0,5 rnm auf»

Nach der ausführlichen Behandlung der elastomeren Phase und der hoiilen Partikel des Diea-tun^smateriäls wird darauf hingewiesen,..' dass der Zusammensetzung des Dichtungsmaterials oder der die elastomere Phase bildenden Dichtungsmasse feste Füllstoffe zu gesetzt werden können, z.B. Asbest- oder Zellulosefasern-, oder nicht-elastomere Bestandteile unter Einschluss von Harzen oder Farbpigmenten zum Kennzeicnnen oder auch andere beeinflussende Zusätze. Diese dürfen jedoch nicnt in so grossen Mengen zugesetzt werden oder so fremdartig sein, dass sie die elastomere Phase nachteilig beeinflussen. Im wesentlichen werden alle Materialien der elastomeren Matrix ausser den zusammendruckbaren oder üerquetschbaren Partikeln als Tel der elastomeren Phase--

109845/026B

- I? angesehen, die den oben genannten Anforderungen genügen muss.

Die Dichtungsmasse nach der Erfindung kann natürlich auch zusammen mit älteren Dichtungsma-terialien verwendet werden, wobei eine zusammengesetzte Abdichtung hergestellt wird, die we sentlich besser ist als die älteren Dichtungen und einige
ausgeprägte Merkmale älterer Dichtungen aufweist, die in besonderen Fallen erwünscht sein können,,

Die in den Dichtungen erforderlichen zerquetschbareh Partikel bestehen im allgemeinen aus zerbrechbaren oder spröden Partikeln. Diese sind tatsächlich zu bevorzugen.

Nachstehend werden einige Beispiele für die Erfindung gegeben, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist*

Beispiel 1

Die nachstehend angeführten Bestandteile wurden miteinander
vermiscxit, und das Gemisch wurde zweimal in einer Dreiwalzenfarbstoffmüiile vermählen:

109845/0205

.1 6b CJI üb-

:,■-; ' . ■ ■;■■-■■ is ■;-■ :■■ ;■■.:■■;■. ■ ■-,

Bestandteil - Gew.-Teile

Neopren W . - 100

Antioxidierungsmittel, z,B.

I* J, ^-Triraethyl-a,²!· ,6-tris

(3,5-di-t-Butyr-4-riydroxybenzyl)

Benzen 2

fein zerteiltes Magnesiumoxid-Aushärtungsmittel 4

Stearinsäure 0,5

fein zerteiltes Zinkoxid-Aushärtungsmittel . 5jO

Aushärtungsbesckleunigimgsmittel

z.B. Tetramethyl-thiuram-Monosulfid 1

Äushärungsbeschleunigungsmittel

z.B.. Diortho-Tolyl-Guanidin O₁ j

Schwefel 1,0

fein zerteilter Kohleruss lB

flüchtiges Verdünnungs- oder

Lösungsmittel, e.B. Toluol 396

Nach dem Vermählen in der Mühle wurden 100 Gewichtateilen der oben beschriebenen Grundzusammensetzung 4,75 Gewichtsteile Glasblasen mit einer Dichte oder spezifischen Schwere von ungefähr 0,25& zugesetzt» Das Einmischen dieser Glasblasen in die Zusammensetzung erfolgte im Vakuum. Hiemach wurde".-die-Zusammensetzung auf ein mit Silikon überzogenes Papier aufgetragen, und das Toluol wurde bei einer Temperatur von ungefähr üü°C verdampft. Dies wurde ungefähr 15 Minuten lang durchgeführt. Die die Glasblasen enthaltende resultierende Schicht war ungefähr 0,4 mm dick. Danacn wurden zwei La-gen dieses Materials flach zusammengelegt und unter einem massigen Druck

2
von ungefähr 7 kg/cm bei einer Temperatur von ungefähr C ^iO Minuten lang vulkanisiert* Die resultierende Schicht wies eine Dicke von ungefähr 0,8 mm auf.

Ϊ098Α.5/0265 .

8AD ORJGfWAi.

16501

Dienes Abdiclitungsmaterial setzt einer Verformung unter Druck einen honen Widerstand entgegen, bis ein Druck von ungef-ähr ;5O kjj/cin erreicht wurde-,. Bei diesem Druck begannen die Glasblasen, iii der Dichtung zu zerbrechen,, Mit steinendem Druck zerbrachen immer mehr Glasblasen, bis bei einem Druck von ungefähr

ι-'I k, /um- im v/es ent liehen .;.ll-e Glasblasen im Dichtungsmaterial zerbrochen v/aren. Bei einem Druck von ungefähr 5.6 kg/cm wurden etwas mehr als '^0% des Volumens der Glasblasen verbrochen. Die Kurve C in der Fig. _> ;.eigt das Verhalten dieses Diehtungsmaterials.

Dieses Dichtungsmaterial ist se:ir widerstandsfähig gegen Öle und dientet diese wirksam ab selbst bei einem veruältnismässig ^rossen Abstand zwischen verhältnismässijj kuz\,en Schraubenbolzen und dünnen Flanschen. Es sei nocii erwähnt, dass bei einem Druck

von :>η. .efä.ir 100 itg/cm die Dicke der Dichtung sich auf ungefanr

/j dei¹ belastuiigsfrej.en Dicke verminderte, so dass dieses Dichal sehr anpassungsfähig oder schmiegsam ist.

Dieses Dient..n^smaterial besteht volumenmässig zu ungefähr :50?J ■ms Glasblasen und zu -jOp aus dem nicht; thermoplastischen elastomeren Matrixmaterial, das im wesentliei^en aμs vulka.nisiertem oder unlöslich gemachtem Neopren bestehr, das bekanntlich ein chlorhaltiger Kunstgurami ist, der zuweilen mit. Polychloropren bezeichnet wird.

Bei. dem vorstehend beschriebenen Beispiel betrug die Wandstärke der Glasblasen nic.it mehr als ungefähr=...10j6 des Durchmessers der G-liisblaüen, während bei hydro st a ti se hen Drücken bis zu

109845./U265 '

: ■:■ -■-■'■' - ■: ■■■■■■'■ - ²⁰ ~ - -^: - ^: ■ V - - ""

ungefähr 42 kg/cm nur einige wenige Glasblasen zerbrochen wurden. Diese wurden in der Weise erzeugt., dass Glasbruch z.B. mit der Zusammensetzung des Fensterscheibenglases frei fallend der Einwirkung einer so starken Hitze-ausgesetzt wurde, bei der ein Gasfreisetaungsmittel in den erweichten Glaspartikeln Gas freisetztj das die Glaspartikel zu Glasblasen ausdehnt= Als Beispiel für solche Gasfreisetzungsrnittel seien angeführt Kohlenstoffdioxid und Schwefeldioxid, welcue Substanzen Zusam-"' mensetzungen enthalten, die in das Glas Im Zeitpunkt der Herstellung der Glaskörper eingeschmolzen werden können. Zum Expan dieren der erweichten Glaskörper können viele Gasfreisetzungsmittel und sogar absorbiertes Wasser verwendet werden. Die Herstellung der Glasblasen bildet keinen Teil der Erfindung. Weitere Einzelheiten hierzu können dem US-Patent 3 365 31:5 vom 23· August 1963 entnommen werden, das auf die Anrnelderin der vorliegenden Anmeldung übertragen wurde.

Beispiel 2

™ Es wurde "eine elastomere Polyurethan-Matrix in der Weise hergestellt, dass zusammengemischt wurden l6p-'Gewichtsteile eines Polyester-Isocyanates mit" einem Gehalt von ungefähr 6 Gew.--$ NCO-Gruppen, 30 Gewichtsteile Polypropylenglykol mit einem Mole kulargewicht von ungefähr βοβ und einem gleichwertigen Gewicht . von ungefähr. 204 und k Gewichtsteile eines Aushärtungsmittels : oder Katalysators (Dicumylperoxid) mit 30 Gewichtsteilen eines flüchtigen und verdünnenden Toluens mit einem Gehalt" von ungefähr 1,5 Gew.-^'Dibutyl-Zinn-Dilaurat als weiteren Katalysator,

109845/0265

Das verwendete Polyester-isocyanat bestand aus einem Isocyanate das mit Äthylen-propylen-glykol-adipat mit einem Molekulargewicht von ungefähr 1000 abgeschlossen ist. Die Zubereitung erfolgte durch Reaktion eines Gemisches aus 90$ Äthylen-glykol und 10$ Propylen-glykol mit adipischer Säure, wonach das resultierende Produkt-teilweise' mit Tolylen-diisocyanat reagiert wird unter Hinterlassung von ungefähr 6 Gew»-$ NCO-Gruppen.

Dieser Grundzusammensetsung wurden verschiedene Mengen Glasblasen mit unterschiedlicher Dichte zugesetzt« Dieses Gemisch_ wurde im Vakuum durchgerührt, um die gesamte Luft i,u entfernen, und danach auf ein mit einem Silikonbelag versehenes Freiset-Kungspapier durch eine öffnung mit einer Weite von 1,0 mm gegossen» Die Schicht wurde bei Raumtemperatur ungefähr 12 Stunden lang stehen gelassen, während welcher Zeit das Lösungsmittel

verdampfte, wonach die Schicht ungefähr JQ Minuten lang auf 9'j^Q0 und schliesslicii ungefähr j5Q Minuten lang auf ungefähr 15O°C zum Aushärten erhitzt wird» Die fertige Abdichtungsschicht wies eine Dicke von ungefähr 0*8 mm auf.

■ ". . ■ -. ■ i

In der nachstehenden Tabelle I ist das .Verhalten von fünf Dichtungen nach· der Erfindung unter Belastung zusammengestellt« Die Spalte^(a) entft'ält Angaben über die Glasblasen im Dichtungsmaterial in Bezug auf VoI«-$ und Dichte, welche Glasblasen einen Dui'cnmesser von'20 bis 70 Mikron aufwiesen. In der Spalte (b) sind Angaben über den niedrigsten Druck (in. kg/cm ) enthalten, bei dem die Glasblaseii zu zerbrechen beginnen,. z.B. in einer Menge von nicht mehr als 10$ des ursprünglichen Volumens, In

16501Q5

' - ■■■ ■■■- .;■■■■ ■■■■'..■■ — 22 - .■;■ ■"■.-.■■■: ;' '■. ..

der Spalte (c), sind die Drücke (in kg/cm ) angeführt, bei. denen ungefähr 50$ des ursprünglichen Glasblasenvolumens zerquetscht wurde. In der Spalte (d) sind die Werte der Gesamtdickenverminderung bei den In der. Spalte (c) angeführten Drücken zusammengestellt. Die Vierte sind in Millimetern angegeben und beziehen sich auf die Verminderung der Dicke, jedoch nicht auf die resultierende Dicke.. Die Drücke, bei denen ungefähr 6j% des ursprünglichen Volumens der Glasblasen zerquetscht wurde, sind in der Spalte (e) zusammengestellt, während die Dickenänderung der Dichtung bei den In= der Spalte (e) angeführten Drücken in der Spalte (f) in Millimetern zusammengestellt Ist«, .

Tabelle I

a be d e f

0,210 g/ml 600 (42) 1025 ( 75) 0,15 1700 (HO) 0,20

0,210 g/ml 600(42) 800 (56) 0,19 1100 ( 75) 0,25

60$0,210 g/ml 600 (42) 900 (65) 0,23 800 (56) 0,30

50^ 0,335 g/ml 700 (50) 1500 (105) 0,19 2500 (175) 0>25

60$ Q,335 g/ml 700 (50) 1200 ( 8.5) 0,23 2200 (I50) 0,30

Nach diesem Beispiel 2 wurden weitere Probedichtungen hergestellt, wobei immer Glasblasen rn einer Menge von 50 VoI,-^ verwendet wurden bei gleichen chemischen Bestandteilen und Bedingungen mit der Ausnahme, dass der Grössenbereieh. und die Diente der Glasblasen, verändert wurde. Es wurde festgestellt, dass eine Charge, bei de:r die Glasblasen eine Dichte von

0,21 und eine Grosse von ungefähr 70 bis 130 Mikron aufwiesen, wobei die mittlere Grosse ungefähr 90 Mikron betrug, ein Zerbrechen der Glasblasen bei einem Druck von ungefähr 28 kg/cm begann. Bei einem Druck von ungefähr 37 kg/am wurden die Glasblasen in einer Menge von ungefähr ^ljQ% des ursprünglichen

• 2 Volumens zerbrochen. Bei einem Druck von ungefähr J55 kg/ cm wurde die Dicke der Probedichtung auf ungefähr 0,19 nun vermindert. Bei einem Druck von ungefähr 52 kg/cm .wurden,Glasblasen in einer Menge von mehr als 6^lj% des ursprünglichen Volumens zerquetscht, während bei diesem Druck die Dicke der Probedichtung auf 0,4 mm vermindert wurde. Bei gleicher Zusammensetzung des D-Lciitungsmaterials bewirkt eine Verminderung der Grosse der Glasblasen, dass sich die Festigkeit und der Widerstand der Partikel gegen ein Zerquetschen erhöht. Für die Erfindung sind daher kleinere^und kräftige Blasen oder Mikrohohlkörper nicht geeignet und ebensowenig grössere Glasblasen aus einem sehwachen und leicht zerbrechlichen Material. Aus diesem Grunde muss die Zerbrechlichkeit auf den Druck bezogen werden und nicht .auf Einzelheiten der BlasendiGhte oder der-Wandstärke oder auch auf bestimmte Grenzen der Grosse* Das Sehlüsselmerkmal ist der Widerstand gegen ein Zerquetschen bei Drücken bis zu mindestens 17 kg/cm j jedoch auch die Zerbrechlichkeit und die damit zusammenhängende Verminderung der Dicke·(z.B. mindestens 10$) bei Drücken, die ein Zerquetschen von 30% der Blasen bewirken.

109845/0265

Beispiel 3

.Ungefähr 91 Gewichtsteile Silikongummi (z.B. ein bei Raumtempera- ~ tür vulkanisierbares Polyorganosiloxane wie Dirne thylsiloxan, das keine Lösungsmittel enthält und bei Raumtemperatur eine Viskosität von ungefähr 2.000 Zentipoi.se' aufweist) wurden mit ungefähr

9 Gewichtsteilen eines Aushärtungsmittels für das Silikon (z,B. ein Metallsalz von Benzoylperoxid) und mit ungefähr 16,3 Gewichtsteilen von hohlen Glasperlen mit einer Dichte von 0,203 und mit einem Durchmesser von ungefähr 20 bis 90 Mikron bei einer Wandstärke von nicht mehr als 10$ des Durchmesser vermischt. Die Zusammensetzung ist so bemessen, dass die Peststoffe, die zur elastomerischen. Phase des DIclitungsmaterials werden, 50 VoIa-^i betragen, während die übrigen 50/^ von den zerbrechlichen Partikeln dargestellt werden (d.h. von den hohlen Glasperlen) . Das Mischen wurde im Vakuum durchgeführt, um Luftblasen zu entfernen. Danach wurde das Gemisch auf einen Papierbogen in Form einer Schicht mit einer Dicke von ungefähr 1,0 mm aufgetragen. Das Aushärten erfolgte durch Erhitzen der^ Schicht

10 Minuten lang auf eine Temperatur von ungefähr 9j°G*

Diese Zusammensetzung besteht dem Wesen na.cn vollständig aus Peststoffen, da sie kein flüchtiges Verdünnungsmittel enthält. Das Material eignet sich besonders gut für die Herstellung einer Dichtung an der Gebrauchsstelle an einem oder an beiden Planschen

einer Verbindungsstelle. Natürlich sind zum Herstellen einer Abdichtung an der"Gebrauchsstelle auch Zusammensetzungen von Nutzen, die ein Verdünnungsmittel enthalten; Jedoch ist die Eignung eines von einem flüchtigen Verdünnungsmittel freien Dichtungsmaterials ■■?■;-.-.". 109845/0265

BAD ORiGJNAL

für solche Verwendungszwecke erwähnenswert. Ferner werden vorzugsweise bei Raumtemperatur aushärtende oder polymerisierbare Zusammensetzungen dort verwendet, wo eine Abdichtung mittels eines derartigen Dichtungsmaterials an der Gebrauchsstelle Hergestellt werden soll,'wobei solche Zusammensetzungen unvermischt verkauft und erst kurs vor dem Gebrauch gemischt werden können»

Es soll noch darauf Hingewiesen werden, dass die Dichtungen ' | nach der Erfindung Anpassungsfähigkeit mit einem Widerstand gegen eine Entspannung vereinigen. Soweit der Anmelderin bekannt, haben alle früheren Versuche, solche Dichtungen zu schaffen, zu wenig erfolgreichen Kompromissen geführt»

Patentansprüche

1 09845/0 26S

Claims

■-■■y I BbU 705 ■: - - '.■■■...■ - - ■"- 26 - · - ;: ■■'■■■■- P a t e η t a η s ρ r ii c ti e

1.) Gas-und flüssigkeitsdichte Abdichtung, bestehend aus einer Masse mit einer elastomeren Bindemittelmatrix, in die hohle steife, zerdrückbare und glasartige Perlen «fit einem Durchmesser von 10 bis ^0O Mikron vollständig eingebettet, dispergiert und dauernd gebunden sind, dadurch gekennzeichnet, £ dass die elastomere Bindemittelmatrix bei einer Überprüfung ohne die glasartigen Perlen unter Druck eine dauernde Verformung von weniger als 50$ aufweist und sich nach einer 200/iigen. Dehnung auf nicht mehr als l^O^der ursprünglichen Länge wieder zusammenzieht, dass die glasartigen Perlen aus Glasblasen mit einer Wandstärke von weniger als 10$ deren Durchmesser bestehen, dass die Glasblasen aus einer an-sich, bekannten Älkali-Kalk-Silikat-Zusammensetzung bestehen und unter beständiger Einwirkung eines hydrostatischen Druckes die nachstehend angeführte Bruchfestigkeit aufweisen:

* bei, 17 kg/cm weniger als 1Q$> zerbrochen

bei nicht weniger als 28 kg/cm "

2
jedoch nicht mehr als 110 kg/cm

. mehr als 50$ zerbrochen,

dass die Abdichtung die Form einer Schicht mit einer Dicke von weniger als 4 mm aufweist, dass die Masse der Dichtung volumenmassig 2.0. bis 65$ der glasartigen Perlen, oder Glasblasen enthält, und dass die Dichtung, wenn sie bereits unter einem Druck von 17 bis 110 kg/cnr" steht, ihre Dicke um 10$ vermindert, wenn der Druck um nicht mehr als 21 kg/cm erhöht wird.

109845/0265

- BAD ORIGINAL

1050105

■'.-. 27 - ■■.■■.

2.) Abdichtung nach Anspruch„1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Glasblasen die nachstehend angeführte Bruchfestigkeit aufweisen:

bei 17 kg/cm weniger als 10$ zerbrochen '

bei 42 kjj/ein" weniger als 30% zerbrochen ■-

bei 70 kg/cm" mehr als 50% zerbrochen
und bei l40 kg/cm*¹ .' · 100^ zerbrochen»

3.) Abdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass

der Anteil der genannten hohlen glasartigen Perlen 4o$ bis \ 60p des Volumens der Masse der Abdichtung beträgt.

4») Abdichtung nae:* Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die genannte dauernde Verformung unter Druck weniger als 25$ beträgt« _■ '.

5·} Abgedichtete Verbindung jnlt einer elastomeren Abdichtung, die iiohle, steife, zerdrückbare.* glasartige Perlen mit einem Durchmesser von 10 bis JQQ Mikron Vollständig eingebettet enthält, und die swischen zwei gegenüberstehenden Flächen der Ver- * bindung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Abdichtung aus der Abdichtung jiaoh Anspruch 1 besteht.

M 2283/G* -

45/0265

Lee rs eiie