DE19701790A1

DE19701790A1 - Soft, flat-seal material, especially for cylinder head gaskets

Info

Publication number: DE19701790A1
Application number: DE1997101790
Authority: DE
Inventors: Fritz Dipl Edlich-Wolfshoefer
Original assignee: Frenzelit Werke GmbH
Current assignee: Frenzelit Werke GmbH
Priority date: 1997-01-20
Filing date: 1997-01-20
Publication date: 1998-07-30

Abstract

Soft, flat-seal material (I), especially for the production of flat gaskets, comprising optionally metal-reinforced non-woven fabric with fibres, a binder, and a non-fibrous filler finely dispersed in the fabric and containing a powdered to fine granular silicone resin (II). Also claimed is a (i) process for the production of material (I) in which the fabric is made by a paper production process from homogeneous aqueous slurries of fibre material, latex binder, fillers and silicone resin, (ii) a process for the production of flat gaskets, especially cylinder head gaskets, in which the contours are stamped out separately from the fabric and the metal support, and these two components are then combined, and (iii) a soft flat gasket, especially a cylinder head gasket for internal combustion engines, made from material (I) as above.

Description

Die Erfindung betrifft den in den Patentansprüchen angegebenen Gegenstand.The invention relates to the subject matter specified in the claims.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein neues asbestfreies Weichstoff-Flachdich tungsmaterial, insbesondere für die Herstellung von hochbeanspruchbaren Flachdichtungen wie Zylinderkopfdichtungen und dergleichen für Verbrennungs kraftmaschinen, bestehend aus einem gegebenenfalls metallisch verstärkten Faservlies mit Fasern synthetischen oder natürlichen, organischen oder anorgani schen Ursprungs, einem Bindemittel, einer Füllung aus pulverigem bis feinkörni gem, nicht faserigem Material, welches im Faservlies fein verteilt ist sowie gegebenenfalls weiteren pulverförmigen und/oder feinfaserigen Füllstoffen wie Kaolin, Gips und dergleichen.In particular, the invention relates to a new asbestos-free soft flat seal processing material, in particular for the production of heavy-duty Flat gaskets such as cylinder head gaskets and the like for combustion Engines, consisting of a metal reinforced, if necessary Non-woven with fibers synthetic or natural, organic or inorganic origin, a binder, a filling from powdery to fine-grained gem, non-fibrous material, which is finely distributed in the nonwoven as well optionally other powdery and / or fine fibrous fillers such as Kaolin, plaster and the like.

Die Erfindung betrifft weiterhin asbestfreie Weichstoff-Flachdichtungen, ins besondere Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen sowie ein Verfahren zur Herstellung des Weichstoff-Flachdichtungsmaterials als auch zur Herstellung der Weichstoff-Flachdichtung selbst.The invention further relates to asbestos-free soft gaskets, ins special cylinder head gaskets for internal combustion engines as well as a Process for the production of the soft gasket material as well Manufacture of the soft flat gasket itself.

Weichstoff-Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungskraftmaschinen bestehen in der Praxis meist aus gegebenenfalls metallisch verstärkten Faservliesplatten. Die Faservliese werden dabei bevorzugt nach Papierherstellungsverfahren aus Aufschlämmungen von Faserdispersionen hergestellt, die die Latexzusätze als Bindemittel enthalten. Während ursprünglich vor allem wegen der Temperaturbe ständigkeit Asbestfaservliese eingesetzt werden, bestehen die heutigen Faservlie se zur Vermeidung der gesundheitsgefährdenden Wirkung von Asbest meist schon aus anderen Fasern organischen und/oder anorganischen, natürlichen und/oder synthetischen Ursprungs. So besteht beispielsweise das asbestfreie Faservlies der DE-PS 29 14 173 aus Gemischen von zur Blattbildung geeigneter pflanzlicher Faser mit Synthesefasern, und nach der DE-OS 27 30 588 sind Faservliese aus pflanzlichen Fasern und nicht bindenden, mineralischen, feinen und nicht faserigen Füllstoffen bekannt.There are soft cylinder head gaskets for internal combustion engines in practice mostly made of, if necessary, metal-reinforced nonwoven fiber boards. The nonwovens are preferably made from paper manufacturing processes Slurries made from fiber dispersions that are considered the latex additives Contain binders. While originally mainly because of the temperature Durability Asbestos fiber fleeces are used, today's fiber fleece exists usually to avoid the harmful effects of asbestos already from other fibers organic and / or inorganic, natural and / or synthetic origin. For example, there is asbestos-free Nonwoven fabric of DE-PS 29 14 173 from mixtures of suitable for sheet formation vegetable fiber with synthetic fibers, and according to DE-OS 27 30 588 Nonwovens made from vegetable fibers and non-binding, mineral, fine and non-fibrous fillers.

Zur Verbesserung vor allem der Festigkeits-, Abdichtungs- und Beständigkeits werte ist es darüberhinaus bekannt, die Faservliese der Zylinderkopfdichtungen zu imprägnieren. Beispielsweise werden Halbfabrikate wie Zylinderkopfdich tungspapiere mit 5 bis 10% Latex versetzt und als sogenannte Weichstoff auflage auf ein Rauhblech beidseitig aufgewalzt. Die Verdichtung wird dabei so gewählt, daß ein gezielt berechnetes Restporenvolumen eingestellt wird. Die fertig eingefaßten Zylinderkopfdichtungen können nun bevorzugt durch Tauchen mit vernetzbaren Flüssigkeiten imprägniert werden. Das Restporenvolumen wird durch diesen Tauchprozeß zu ca. 50 bis 80% gefüllt. Die Tränkmittelaufnahme wird durch die Tauchzeit und den Verdichtungsgrad bestimmt. Das Tränkmittel ist in der Regel ein kondensations- oder additionsvernetzendes Silikonharz. Durch den Tränkprozeß und anschließende Temperung erfolgt eine mehr oder weniger starke Quellung der verdichteten Auflage. Der Verdichtungsgrad, Tränkaufnahme und Dickentoleranz der Dichtung ist je nach Motortyp und Auslegung vom Zylinderkopfdichtungshersteller vorgegeben und ist ein wichtiges Kriterium. Prozeßbedingte Schwankungen sowohl bei der Papierherstellung als auch bei der Weiterverarbeitung beeinflussen die Tränkparameter wesentlich und führen zu Funktionsschwankungen.Above all to improve the strength, sealing and durability values, it is also known, the non-woven fabrics of the cylinder head gaskets to impregnate. For example, semi-finished products such as cylinder heads are 5 to 10% latex and as a so-called soft material overlay rolled onto a rough plate on both sides. The compression becomes like this chosen that a specifically calculated residual pore volume is set. The ready-fitted cylinder head gaskets can now preferably be dipped be impregnated with crosslinkable liquids. The remaining pore volume is filled by this dipping process to about 50 to 80%. The soaking agent intake is determined by the diving time and the degree of compaction. The impregnant is usually a condensation or addition-crosslinking silicone resin. By the impregnation process and subsequent tempering take place more or less strong swelling of the compressed edition. The degree of compaction, drinking intake and thickness tolerance of the seal depends on the motor type and design Cylinder head gasket manufacturer and is an important criterion. Process-related fluctuations in both papermaking and Further processing influences the impregnation parameters significantly and leads to Functional fluctuations.

Weiterhin ist nachteilig, daß beim Tauchimprägnieren die Imprägniermittel unter Umständen nur unvollständig in den Weichstoff eindringen, und es entstehen Oberflächenbereiche mit höheren Imprägniermittelanteilen und Kernbereiche mit geringeren Imprägniermittelanteilen, so daß die Imprägniermittelverteilung über den Querschnitt gesehen, ungleichmäßig ist. Darüberhinaus erfordert das Tauchimprägnieren der fertig eingefaßten Zylinderkopfdichtung weitere Ver fahrensschritte, die die Herstellungskosten der Dichtung insgesamt verteuern.It is also disadvantageous that the impregnating agents are immersed in immersion Under certain circumstances, penetrate the soft material only incompletely and it will result Surface areas with higher impregnating agent content and core areas with lower impregnating agent proportions, so that the impregnating agent distribution over seen the cross section, is uneven. Furthermore, that requires Dip impregnation of the finished cylinder head gasket further Ver steps that increase the cost of manufacturing the seal overall.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Weichstoff-Flachdichtungsmaterial bzw. eine Weichstoff-Flachdichtung, insbesondere eine Zylinderkopfdichtung bereitzu stellen, wobei das Imprägniermittel im Faservlies möglichst gleichmäßig verteilt ist und nach einem einfachen Verfahren möglichst ohne besondere Verfahrens schritte herstellbar ist. Weiterhin soll es möglich werden, zielgerichtet die Soll dicke des Zylinderkopfdichtungspapieres einzustellen.It is therefore an object of the invention to provide a soft gasket material or a soft gasket, especially a cylinder head gasket place, the impregnating agent in the nonwoven distributed as evenly as possible and using a simple procedure, if possible without a special procedure steps can be produced. Furthermore, it should be possible to target the target adjust the thickness of the cylinder head gasket paper.

Diese Aufgabe wird durch das Weichstoff-Flachdichtungsmaterial gemäß An spruch 1 sowie durch die Weichstoff-Flachdichtung gemäß Anspruch 12 und das Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst.This task is performed by the soft gasket material according to An saying 1 and by the soft gasket according to claim 12 and solved the method according to claim 5.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung enthalten.Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims contain.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß man erfindungsgemäß ein Weich stoff-Flachdichtungsmaterial aus einem metallisch verstärkten Faservlies mit Fasern, einem Bindemittel und einer Silikonharzfüllung herstellen kann, die die oben genannten Ziele erfüllt. Wesentlich ist dabei, daß schon mit geringen Zusatzmengen des Silikonpulvers in die Papiermasse ein Zylinderkopfdichtungs papier geschaffen werden kann, worin das Imprägniermittel gleichmäßig verteilt wird. Auf diese Weise entfällt der bislang vorgenommene Tauchprozeß des Faservlieses mit einem Tränkmittel. Insgesamt hat sich nun erfindungsgemäß ergeben, daß durch direktes Einarbeiten des Silikonharzes als Pulver in die Papiermasse die Imprägniermittelmengen deutlich reduziert werden konnten.Surprisingly, it was found that a soft according to the invention Flat gasket material made of a metal-reinforced fiber fleece Fibers, a binder and a silicone resin filling that can above objectives met. It is essential that even with small Add quantities of silicone powder to the pulp using a cylinder head gasket paper can be created in which the impregnating agent is evenly distributed becomes. In this way, the previous diving process of the Fleece with a soaking agent. Overall, has now been invented revealed that by directly incorporating the silicone resin as a powder in the Paper mass, the amounts of impregnation agent could be significantly reduced.

Erfindungsgemäß wird daher ein Weichstoff-Flachdichtungsmaterial, insbesonde re zur Herstellung von hochbeanspruchbaren Flachdichtungen, wie Zylinderkopf dichtungen und dergleichen für Verbrennungskraftmaschinen mit einem asbest freien, gegebenenfalls metallisch verstärkten Fasermaterial mit Fasern, einem Bindemittel und einer Füllung aus pulverigem bis feinkörnigem nichtfaserigem Material, welches im Faservlies fein verteilt ist, bereitgestellt. Das Faservlies enthält in seiner Rezeptur bereits 0,5 bis 10 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 3 Gew.-% Silikonharz. Insbesondere wird erfindungsgemäß ein Methylsilikonharz (82% SiO₂ nach vollständiger Oxidation; DSC-Methode) eingesetzt. Es ist auch möglich, dem Silikonharz eine Härterpaste wie z. B. Wacker Härtepaste K 100 zuzugeben, um eine schnellere Vernetzung des Silikonharzes zu erreichen. Die übliche Rezeptur des Weichstoff-Flachdichtungsmaterials, das üblicherweise einen Faseranteil von 3 bis 50 Gew.-%, 30 bis 90 Gew.-% Füllstoffe wie Kaolin, Schwerspat, Talkum, Titandioxid, Siliciumdioxid, Kalziumsilikat, amorphe Kiesel säure, Diatomeenerde etc. enthalten kann, und 5 bis 15 Gew.-% organische Bindemittel enthält, kann beibehalten werden.According to the invention is therefore a soft flat gasket material, in particular re for the production of heavy-duty flat gaskets, such as cylinder head gaskets and the like for internal combustion engines with an asbestos-free, optionally metallically reinforced fiber material with fibers, a binder and a filling of powdery to fine-grained non-fibrous material, which is in the nonwoven fabric is finely divided. In its formulation, the nonwoven fabric already contains 0.5 to 10% by weight, in particular 0.5 to 3% by weight, of silicone resin. In particular, according to the invention, a methyl silicone resin (82% SiO ₂ after complete oxidation; DSC method) is used. It is also possible to add a hardening paste such as e.g. B. Add Wacker hardening paste K 100 to achieve faster crosslinking of the silicone resin. The usual formulation of the flat gasket material, which usually contains a fiber content of 3 to 50 wt .-%, 30 to 90 wt .-% fillers such as kaolin, heavy spar, talc, titanium dioxide, silicon dioxide, calcium silicate, amorphous silica, diatomaceous earth, etc. can, and contains 5 to 15 wt .-% organic binders can be retained.

Das Faservlies für die Herstellung der Weichstoff-Flachdichtungen wird aus wässerigen und homogenen Aufschlämmungen mit Fasermaterial, Latexbinde mittel und pulverförmigem bis blättchenförmigem Füllstoff nach einem Papierher stellungsverfahren in üblicher Weise gefertigt. Um eine gute Verteilung des Silikonpulvers zu erhalten, kann auch der Ansatz in einer Kugelmühle dispergiert werden.The non-woven fabric for the production of the soft gasket is made from aqueous and homogeneous slurries with fiber material, latex bandage medium and powdery to flaky filler after a paper Positioning process manufactured in the usual way. To ensure a good distribution of the To obtain silicone powder, the batch can also be dispersed in a ball mill will.

Das Faservlies wird auf der Papier- oder Pappeherstellungsmaschine mit einem Porenvolumen von mindestens 50 Vol.-% eingestellt. Danach wird das Faservlies auf einen gegebenenfalls als Rauhblechplatte ausgebildeten Metallträger ein- oder beidseitig aufgewalzt. Alternative Fertigungsmethoden sind das Aufkleben bzw. das Einschließen des Werkstoffes zwischen zwei Metallagen. Durch die Vereinigung mit der Trägerplatte wird das Porenvolumen des Faservlieses auf 15 bis 30 Vol.-% verdichtet. Aus dem Weichstoff-Flachdichtungsmaterial können die Konturen der Flachdichtung ausgestanzt werden. Die fertig gestanzten und gegebenenfalls mit Einfassungen an den Durchgangsöffnungen versehenen Flachdichtungen können dann anschließend auf einen elastischen Endzustand, bevorzugt thermisch vernetzt werden.The nonwoven is made on the paper or board making machine with a Pore volume of at least 50 vol .-% set. After that, the non-woven fabric on or possibly formed as a metal plate rolled on both sides. Alternative manufacturing methods are gluing or enclosing the material between two metal layers. Through the Combining with the carrier plate, the pore volume of the nonwoven fabric is 15 compressed up to 30 vol .-%. Can from the soft gasket material the contours of the flat gasket are punched out. The die cut and if necessary provided with borders at the through openings Flat seals can then be adjusted to a final elastic state, are preferably thermally crosslinked.

Durch die Erfindung ist eine Dichtungsplatte entstanden, deren Füllstoff wie eine Imprägnierung wirkt, die vor allem die Festigkeitswerte, die Beständigkeits- und die Abdichtwerte der Dichtung verbessert. Durch Einbringung des pulverförmi gen Silikats in das Faservlies schon bei dessen Herstellung in der wässerigen Aufschlämmung ist das Silikat optimal gleichmäßig in der Faservliesplatte ver teilt, so daß die Dichtungen unbedenklich auch in schwierigen Anwendungsfällen eingesetzt werden können. Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren der Dichtungen erfordert keine zusätzlichen Verfahrensschritte, so daß die Dichtun gen kostengünstiger als die bisherigen, konventionell imprägnierten Dichtungen hergestellt werden können.The invention has created a sealing plate, the filler like one Impregnation works, which above all the strength values, the resistance and the sealing values of the seal improved. By introducing the powder Silicate in the nonwoven fabric during its manufacture in the aqueous Slurry, the silicate is optimally even in the nonwoven board divides so that the seals are safe even in difficult applications can be used. The manufacturing method of the invention Seals require no additional process steps, so that the seals conditions cheaper than the previous, conventionally impregnated seals can be produced.

In einer Testmethode wurde die Sperrwirkung der Imprägnierung geprüft:
Ein Streifen 279,4 × 25,4 mm wurde 38 mm in ein Wasser/Kühlmittelgemisch getaucht. Nach 24 Std. wurde die Steighöhe gemessen.
Wert ohne Sperrmittel: 25-30 mm
Wert mit 1% Sperrmittel (Silikonharz, Wacker
Silikon-Festharz MK Pulver, Fa. Wacker/Burghausen): max. 1 mm.The barrier effect of the impregnation was tested in a test method:
A strip of 279.4 x 25.4 mm was immersed 38 mm in a water / coolant mixture. The rise was measured after 24 hours.
Value without blocking agent: 25-30 mm
Value with 1% blocking agent (silicone resin, Wacker
Solid silicone resin MK powder, from Wacker / Burghausen): max. 1 mm.

example

In einem Ausführungsbeispiel wurde ein asbestfreies Faservliesplattenmaterial nach einem Papierherstellungsverfahren mit 3 Gew.-% Aramidfasern, 24 Gew. % Mineralfasern, 2 Gew.-% Zellulose, 30 Gew.-% Talkum, 30 Gew.-% amor pher Kieselsäure, 8 Gew.-% Latex, 2 Gew.-% MK-Silikonharz und 1 Gew.-% weiterer Hilfsmittel hergestellt. Danach wird das Material für ca. 10 Min. bei 120°C getrocknet und auf eine Dicke von ca. 1 mm und 50% Porenvolumen gewalzt.In one embodiment, an asbestos-free nonwoven sheet material was used after a paper manufacturing process with 3 wt .-% aramid fibers, 24 Gew. % Mineral fibers, 2% by weight cellulose, 30% by weight talc, 30% by weight amor Pure silica, 8% by weight latex, 2% by weight MK silicone resin and 1% by weight other aids. Then the material is left for approx. 10 min Dried 120 ° C and to a thickness of about 1 mm and 50% pore volume rolled.

Aus diesen Faservliesplatten wurden Zylinderkopfdichtungen wie üblich herge stellt und das Funktionsverhalten dieser Dichtungen wurde getestet. Die Dich tungen zeigen ein gutes Verformungsverhalten, eine hervorragende Beständigkeit gegenüber den abzudichtenden Medien, eine Temperaturbeständigkeit von über 250°C, geringe Klebeneigung und ein gutes Alterungsverhalten. Sie entsprachen somit in ihren Werten den asbesthaltigen Zylinderkopfdichtungen mit einer konventionellen Imprägnierung.Cylinder head gaskets were made as usual from these nonwoven fibreboards and the functionality of these seals has been tested. The you tings show good deformation behavior, excellent durability against the media to be sealed, a temperature resistance of over 250 ° C, low tendency to stick and good aging behavior. They matched the values of the asbestos-containing cylinder head gaskets with a conventional impregnation.

Claims

1. Soft flat gasket material, in particular for the production of flat gaskets, from an optionally metal-reinforced Fa servlies with fibers, a binder and a filling of powdery to fine-grained, non-fibrous material which is finely distributed in the fiber fleece, characterized in that the powdery until fine-grained filling comprises a silicone resin.

2. Soft gasket material according to claim 1, characterized records that the nonwoven fabric 0.5 to 10 wt .-%, in particular 0.5 to 3 % By weight contains silicone resin.

3. soft flat gasket material according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the silicone resin is a methyl silicone resin.

4. Soft flat gasket material according to one of the preceding An Claims 1 to 3, characterized in that the nonwoven fabric 3 to 50 % By weight of fiber, 30 to 90% by weight of fibrous and / or pulverulent fillers, 5 to 15% by weight of organic binders and 0.3 to 10 % By weight contains silicone resin.

5. The method for manufacturing the soft gasket material according to one or more of the preceding claims 1 to 4, characterized characterized in that the nonwovens from aqueous and homogeneous Slurries with fiber material, latex binders, the filler components and the silicone resin manufactured by a paper manufacturing process will.

6. Method of manufacturing the soft gasket material according to one of claims 1 to 5, characterized in that on one optionally formed as a sheet metal plate or non-woven fabrics are rolled on both sides or glued to smooth sheet metal will.

7. Process for the production of a flat gasket, in particular a cylinder derkopfdichtung according to any one of the preceding claims, characterized characterized in that from the nonwovens and the metal support Contours of the flat gasket are punched out separately and nonwoven and Metal supports can be combined to form a flat gasket.

8. The method for manufacturing a soft gasket material according to one of claims 6 or 7, characterized in that the company servliese when combined with the carrier plate to a pore volume from 15 to 30 vol .-% are compressed.

9. A method for producing a flat gasket according to one of the preceding Henden claims, characterized in that the flat seal with an already pre-compressed pore volume of 15 to 30% by volume the carrier plate is glued.

10. Soft gasket, especially cylinder head gasket for ver Internal combustion engines, characterized in that they consist of one Soft material flat gasket material according to one of claims 1 to 4 exists and by the method according to any one of claims 5 to 9 can be produced.