DE19833063A1 - Lösemittelfreier applizierbarer wärmehärtender Beschichtungsstoff - Google Patents

Abstract

Lösemittelfrei applizierbarer härtbarer Beschichtungsstoff, enthaltend als Binder anorganische Polymere und/oder organische Polymere, Vernetzer und Gleitmittel.

Description

Die Erfindung betrifft einen lösemittelfrei applizier­ baren härtbaren Beschichtungsstoff, der neben dem Be­ schichtungsstoff selbst ein Gleitmittel enthält. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines derartigen Beschichtungsstoffes für Beschichtungen von Metalldichtungen und die Dichtungen selbst.

Insbesonders bei der Beschichtung von Oberflächen von Metalldichtungen spielen die Eigenschaften des Be­ schichtungsstoffes und dessen Verarbeitbarkeit eine wichtige Rolle.

Flachdichtungen, insbesonders Zylinderkopfdichtungen oder Auspuffdichtungen von Brennkraftmaschinen werden nämlich zunehmend als Ein- bzw. Mehrlagenmetalldich­ tung ausgeführt und bestehen dabei üblicherweise aus bis zu vier Einzellagen. Zur Abdichtung der Medien werden eine oder mehrere, vorzugsweise aus Stahl be­ stehenden Lagen gesickt, gefalzt bzw. gekantet. Die Dichtflächen von derartigen Flachdichtungsmaterialien werden darüberhinaus zur Verbesserung ihrer Abdicht­ güte mit ein- oder beidseitigen Teil- oder ganzflä­ chigen Beschichtungen aus Polymermaterialien verse­ hen. Als polymere Materialien kommend dabei grund­ sätzlich Elastomere, Thermoplaste oder Duroplaste zum Einsatz, die sich beim Einbau unter Dichtpressung noch verformen und dadurch an den korrespondierenden Dichtflächen gut anliegen und abdichten. Beispiele für derartige Polymermaterialien sind Fluor, Kau­ tschuk, Polyimidkunstharz und Nitrilbutadien.

Aus der DE 39 05 922 ist es weiterhin bekannt, einer derartigen Polymerbeschichtung zusätzlich Fest­ schmierstoffe zuzusetzen, um die Gleittreibung her­ abzusetzen. Als Festschmierstoffzusatz wird dabei ein Gemisch aus feinkörnigem bis pulvrigen Polytetrafluo­ rethylen und feinkörnigen bis pulvrigen Molybdänsul­ fit vorgeschlagen.

In der DE 380 290 C2 wird ebenfalls eine Elastomer­ beschichtung für Metalldichtungen beschrieben, wobei hier pulvrige mineralische Füllstoffe, beispielsweise Siliziumdioxid, Silicate oder Kaoline zur Herabset­ zung der Gleitreibung vorgeschlagen werden.

Nachteilig bei allen diesen Beschichtungsstoffen ist es hierbei, daß es sich hier im wesentlichen um Stof­ fe handelt, die naßchemisch aufgebracht werden und bei denen mehr oder minder toxische Lösungsmittel eingesetzt werden. Auch ist es erforderlich, daß bei der Aufbringung von diesen Schichten aufwendige Ver­ fahrensgänge eingehalten werden.

Ausgehend hiervon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen neuartigen Beschichtungsstoff vor zu­ schlagen, der auch mittels modernen gängigen Techni­ ken einfach und problemlos auf die Oberfläche von Substraten, insbesondere Metallagen einer Zylinder­ kopfdichtung oder Auspuffdichtungen aufgebracht wer­ den kann. Der Beschichtungsstoff muß dabei aber gleichzeitig auch noch so ausgestaltet sein, daß er die Gleitreibung herabsetzt und mikroabdichtende Wir­ kung besitzt.

Die Aufgabe wird in bezug auf den Beschichtungsstoff durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan­ spruchs 1 bezüglich der Verwendung durch die Merkmale des Anspruches 10 und in bezug auf die Dichtung durch die Merkmale des Anspruches 14 gelöst.

Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildun­ gen auf.

Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, einen löse­ mittelfrei applizierbaren Beschichtungsstoff zu ver­ wenden, der somit sicherstellt, daß keine schädlichen Dämpfe entstehen und somit keine Probleme beim Auf­ tragen des Beschichtungsstoffes auf die Metallagen auftreten. Besonders hervorzuheben ist, daß mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff gleichzeitig Gleitmittel miteingebracht werden, so daß dann durch einen Beschichtungsvorgang eine Oberflächenbeschich­ tung unter lösemittelfreier Applikation erreicht wird und gleichzeitig auch die Gleitreibung herabgesetzt ist.

Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff enthält dabei ein lösemittelfreies, flüssiges oder pulverförmiges schmelzbares Polymer, das mit oder ohne Vernetzer verarbeitet werden kann, wobei in das vorstehend er­ wähnte Polymer Gleitstoff eingearbeitet sind. Bevor­ zugt enthält der Beschichtungsstoff dabei 50-85 Gew.-% Binder, 0-50 Gew.-% Vernetzer und 5-40 Gew.-% Gleitmit­ tel.

Besonders bevorzugt ist es, wenn beim erfindungsgemä­ ßen Beschichtungsstoff pulverförmige Polymere, d. h. Pulverlacke eingesetzt werden. Derartige Pulverlacke bestehen üblicherweise aus Binder und Vernetzer. Beim erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff ist es besonders bevorzugt, wenn der Binder ein anorganische Polymer, wie Polysiloxan, Siloxanharz oder Polyphosphazene ist oder ein organisches Polymer, wie Phenolharz, Epoxy­ harz, Polyimid oder ungesättigte Polyester oder PVC. Selbstverständlich ist es auch möglich, daß die Poly­ mere aus den vorstehend erwähnten Gruppen gemischt eingesetzt werden können. Als Vernetzer für derartige Binder können alle aus dem Stand der Technik bisher bekannten Vernetzer eingesetzt werden. Ein Überblick hierin ist z. B. zu entnehmen aus Stoye/Freitag, Lack­ harze, Verlag Hauser 1996.

Beim erfindungsgemäßen Beschichtungsstoff ist es be­ sonders wichtig, daß Schichtdicken der fertigen Schicht realisiert werden, die zwischen 5 und 100 µm liegen. Zur Realisierung von derartigen Schichtdicken ist es erforderlich, das Pulver mit einer Pulvergröße zwischen 7 und 80 µm bevorzugt 40-60 µm eingesetzt werden. Bevorzugte pulverförmige Zusammensetzungen mit denen sich derartige Schichtdicken realisieren lassen, basieren auf Epoxiharzen, Silikonharzen, Po­ lyesterharzen oder Gemischen. Die Epoxiharze werden z. B. mit Polycarbonsäure oder Polyphenolen vernetzt, Polyesterharze mit mehrfunktionellen Glycidylverbin­ dungen oder blockierten Isocyanaten. Silikonharze vernetzen mit Zinnkatalysatoren oder rein thermisch.

Gleitmittel, die für den erfindungsgemäßen Beschich­ tungsstoff infrage kommen, sind bevorzugt Bornitrid, Graphit, Molybdändisulfit, PTFE, Metallpulver oder Gemische hiervon.

Neben den vorstehend beschriebenen Möglichkeiten zur Formulierung des Beschichtungsstoffs durch pulverför­ mige Ausgangskomponenten ist es auch möglich, daß anstatt der pulverförmigen Ausgangsstoffe lösemittel­ freie flüssige Polymere eingesetzt werden. Bei gün­ stigen Beschichtungsstoffen sollte die Viskosität zwischen 50 bis 200 000 MPas liegen. Beispiele für derartige lösemittelfrei flüssigverarbeitbare Polyme­ re sind:
Epoxiharz/mehrfunktioneller aminischer Vernetzer für Kaltvernetzung oder Polydimethylsiloxan mit blockier­ ten SiOH-Gruppen und Zinnkatalysator.

In diese lösemittelfrei verarbeitbaren flüssigen Po­ lymere können die vorstehend beschriebenen Gleitmit­ tel in denselben Mengenverhältnissen eingearbeitet werden.

Das Auftragsverfahren für die beschriebenen Beschich­ tungsstoffe hängt davon ab, ob pulverförmige oder flüssige Polymere eingesetzt werden. Grundsätzlich sind alle aus dem Stand der Technik bekannten Auf­ tragsverfahren wie Pulversprühen, Wirbelsintern, Flüssigpolymerwalzen, Gießen, Siebdruck oder Tauchen möglich.

Wärmevernetzende Polymere werden in einem nachfolgen­ den Prozeß im Ofen gehärtet. Es kann vorteilhaft sein, das Pulver im Ofen nur aufzuschmelzen und die Polymerschicht erst im eingebauten Zustand im Bauteil zu vernetzen oder zumindest nachzuvernetzen. Dadurch kann eine bessere Anpassung an die Rauhtiefen der Bauteile erreicht werden. Flüssige lösungsmittelfreie Polymere werden bis in einen festen Zustand vernetzt und im Bauteil nachvernetzt.

Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Beschich­ tungsstoffes liegt nun darin, daß hier Oberflächen­ beschichtungen z. B. auf Metallagen von Metalldichtun­ gen mittels modernster Technik über EDV-gestützte Programme durchgeführt werden können. Dadurch wird auch die Möglichkeit eröffnet, daß nicht nur ganzflä­ chige Beschichtungen hergestellt werden, sondern daß über eine diskrete Steuerung des Auftragsverfahrens Teilbereiche nach ausgewähltem Layout beschichtet werden. Dadurch, daß lösemittelfrei gearbeitet wird, entstehen keinerlei geruchsbedingte Belästigungen und die Schicht weist gleichzeitig Gleiteigenschaften auf. Durch dieses neue Beschichtungsverfahren werden insbesonders für Metalldichtungen deutliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik in der Verfahrensöko­ nomie und in der Umweltbelastung erreicht.

Der erfindungsgemäße Beschichtungsstoff ist demgemäß auch besonders bevorzugt anwendbar zur Herstellung von Beschichtungen auf Metalldichtungen mit einer Schichtdicke von 20 bis 80 µ für Metalldichtungen.

Der Beschichtungsstoff kann auch zum Auftragen einer Schicht für ein Mehrschichtsystem verwendet werden. So kann eine derartige Schicht als Grundlage für wei­ tere Beschichtungen dienen.

Letztlich betrifft die Erfindung auch die mit dem vorstehend beschriebenen Beschichtungsstoff beschich­ teten metallischen Dichtungen wie Flachdichtungen, insbesondere Zylinderkopfdichtungen. Dadurch, daß der Beschichtungsstoff mit den verschiedensten Techniken aufgebracht werden kann, lassen sich Dichtungen für die unterschiedlichsten Anwendungen herstellen. Der Beschichtungsstoff kann dabei ganz flächig oder par­ tiell aufgebracht sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von ausgewähl­ ten Formulierungsbeispielen näher beschrieben.

Beispiel 1

Lösungsmittelfreies flüssiges Polymer: z. B. 798 g eines flüssigen lösungsmittelfreien Polydimethylsilo­ xans mit Methoxyschutzgruppen, 54 g Tetraethoxysilan, 30 g eines Zinnkatalysators, 100 g Bornitrid, 10 g eines aminofunktionellen Silans und 8 g eines Antischaummit­ tels.

Beispiel 2

Pulverförmiges Polymer: 510 g eines Silikonharzes, Erweichungspunkt < 45°C, 130 g Bornitrid, 30 g Molyb­ dänsulfid, 5 g Benzoin, 5 g eines Verlaufmittels.

Auftragsverfahren: Pulver: Pulversprühen, Wirbelsin­ tern, Flüssigpolymerwalzen, Gießen, Siebdruck, Tau­ chen.

Claims (14)

1. Lösemittelfrei applizierbarer härtbarer Be­ schichtungsstoff enthaltend als Binder anorganische Polymere und/oder organische Polymere, Vernetzer und Gleitmittel.

2. Beschichtungsstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er 50 bis 85 Gew.-% Binder, 0 bis 50 Gew.-% Vernetzer und 5 bis 40 Gew.-% Gleit­ mittel enthält.

3. Beschichtungsstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Binder ausgewählt ist aus Polysiloxanen, Siloxanharzen und/oder Polyphosphazene.

4. Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der organische Binder ausgewählt ist aus Phenol­ harzen, Epoxiharzen, Polyimiden, ungesättigten Polyestern und/oder PVC.

5. Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vernetzer in Abhängigkeit vom Binder aus­ gewählt ist.

6. Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel ausgewählt ist aus Bornitrid, Grafit, Molybdändisulfid PTFE, Metallpulver oder Gemische hiervon.

7. Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei flüssigen Polymeren die Viskosität zwischen 50 bis 200 000 MPas liegt.

8. Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er Zusatzstoffe wie Additive, Füllstoffe und Verlaufsmittel enthält.

9. Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei pulverförmigen Beschichtungsstoffen eine Pulvergröße von 7-80 µm eingehalten wird.

10. Verwendung des Beschichtungsstoffes nach minde­ stens einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Herstel­ lung von Beschichtungen mit einer Schichtdicke von 5-100 µm.

11. Verwendung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Beschichtung auf Substrate aufgebracht wird, die Temperaturen im Bereich von -50°C bis 1000°C ausgesetzt sind.

12. Verwendung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschichtungsstoff für die Beschichtung von Dichtungsmaterial, insbesondere Metalldichtungen eingesetzt wird.

13. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Beschichtungsstoff als Be­ standteil eines Mehrschichtsystems verwendet wird.

14. Metallische Dichtung, insbesondere Flachdichtung mit mindestens einer metallischen Lage und min­ destens einem Dichtungsdurchbruch, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mindestens eine Oberfläche einer metallischen Lage zumindest teilweise mit einem Beschichtungsstoff nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9 beschichtet ist.