DE2146309A1

DE2146309A1 - Verfahren zur Herstellung eines in Schichten aufgebauten Streifens

Info

Publication number: DE2146309A1
Application number: DE19712146309
Authority: DE
Inventors: John Geoffrey Bolton; Thornley Harry Rochdale; Lancashire Qualtrough (Großbritannien)
Original assignee: Turner Brothers Asbestos Co Ltd
Current assignee: Turner Brothers Asbestos Co Ltd
Priority date: 1970-09-21
Filing date: 1971-09-16
Publication date: 1972-03-23
Also published as: ATA819471A; DE2146309B2; FR2107841A1; AT339585B; JPS5543891B1; DE2146309C3; FR2107841B1; GB1362174A; IT944713B

Description

Dlpl.-lng. Kurt Lengner Dlpl.-lng. Jürgen Crasemann J ^Hamb^fl so 14. Sept. 1971

^β Neue ΘγοΒθ Berjjetraße 11

Patentanwälte Telefon 38 90 50

Teleorammadreaee: aermanpat

Unsere Akte: IOO.3/3O

Turner Brothers Asbestos Co. Ltd.,
Asbestos House, Fountain Street,
Manchester, M2 2EP, Lancashire,
England

Verfahren zur Herstellung eines in Schichten aufgebauten Streifens.

Zur Herstellung von Dichtungen für z.B. Zyiinderköpfe von Verbrennungsmotoren verwendet man gewöhnlich einen aus Schichten aufgebauten Streifen, der aus einem Metallkern besteht, dessen beiden Breitseiten mit einem überzug aus faserverstärktem Elastomer versehen sind.Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung derartiger Materialien werden die Überzüge getrennt hergestellt und nachfolgend in einer getrennten Arbeitsstufe mit dem Metallkern verbunden.

Man würde sehr beträchtliche Vorteile erzielen, wenn man das übliche fasjfcerverstärkte Elastomer als Streifen ausbilden und in einem kontinuierlichen Verfahren mit einem Streifen eines Metallkerns von unbestimmter Länge verbinden könnte.

Die Aufgabe der* Erfindung besteht in der Schaffung eines kontinuierlichen Verfahrens, was bisher bei den besonderen verwendeten Materialien nicht möglich war, nämlich einem Metallkern und faserverstärkten elastomeren überzügen.

Das Verfahren nach der Erfindung zur Herstellung eines in Schichten aufgebauten Streifens unbestimmter Länge ist dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig aus einer teigartigen, härtbaren, faserverstärkten Elastomerzusammensetzung

209813/1137

2U6309

einen Streifen bildet und diesen Streifen auf eine Seite des Metallkerns unbestimmter Länge aufbringt, indem man den Metallkern und auf einer Seite des Metallkerns eine teigartige Zusammensetzung aus Pasern, Elastomer, Hartem, Füllstoffen und einem Lösungsmittelsystem mit einem flüchtigen Lös ungsmittel für das Elastomer und einer nichtflösenden Flüssigkeit durch den Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen laufen läßt, um die Elastomerzusammensetzung über den Metall kern zu verteilen und auf ihm einen Überzug zu bilden, wobei die nicht lösende Flüssigkeit ein Anhaften der Zusammensetzung an den Walzen verhindert, daß man den überzogenen Metallkern einer Trocknungseinrichtung zwecks Entfernung des Lösungsmittelsystems aus der Zusammensetzung zuführt, daß man den Metallkern mit trockenem aber ungehärtetem Überzug zusammen mit weiterer teigartiger Zusammensetzung auf seiner anderen Seite durch einen zweiten Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen laufen läßt, um die Zusammensetzung auf der anderen Seite des Metallkerns zu verteilen und auf ihm einen zweiten Überzug zu bilden, daß man den Metallkern mit seinem zweiten Überzug einer Trocknungseinrichtung zwecks Entfernung des Lösungsmittelsystems aus dem zweiten Überzug zuführt, daß man den Metallkern mit seinen Überzügen zwecks Konsolidierung der Überzüge und Verbindung mit dem Metallkern durch einen weiteren Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen laufen läßt, und daß man den überzogenen Metallkern zwecks Härtung der Zusammensetzung durch einen Ofen laufen läßt.

In dem Lösungsmittelsystem ist ein flüchtiges Lösungsmittel erforderlich, um die Zusammensetzung plastisch zu machen, so daß sie durch die Kalanderwalzen als gleichmäßiger Überzug über die Oberflächen des Metallkerns verteilt werden kann.

Vorzugsweise sind die Fasern in der Zusammensetzung aus Asbest, das flüchtige Lösungsmittel ist ein flüssiger

209813/1137

_ "Z. —

Kohlenwasserstoffj z.B. ToIuOl₅ und die nicht lösende Flüssigkeit ist Wasser. Wenn das flüchtige Lösungsmittel Toluol und die nicht lösende Flüssigkeit Wasser ist, so ist das Volumenverhältnis von Toluol zu Wasser in dem Lösungsmittelsystem vorzugsweise größer als 4:1 und kleiner als 10:1.

Der Metallkern kann ein Drahtgewebe oder ein Streckmetall sein, und in diesem Fall wird die teigartige Zusammensetzung sich leicht mit dem Metallkern durdh direkten Kontakt verbinden, da etwas von der Zusammensetzung in die Lücken der Gaze oder des Streckmetalls eindringt. Entsprechende Ergebnisse erzielt man, wenn der Metallkern ein perforiertes Blech ist. Vorzugsweise ist der Metallkern jedoch ein glattes Blech oder ein geprägtes Blech, und in diesem Fall wird der Metallkern vorzugsweise vor dem Auftragen der teigartigen Zusammensetzung mit einem Klebstoff überzogen, um das Anhaften der teigartigen Zusammensetzung an dem Metallkern zu fördern. Wenn ein Klebstoff benutzt wird, so sind seine Eigenschaften wichtig. Der Klebstoff besteht vorzugsweise aus härtbarem klebenden Material in Lösung in einem Lösungsmittel. Beim Auftragen auf den Metallkern verdunstet das Lösungsmittel und hinterläßt einen dünnen Film von wenigstens 5 Mikron Dicke von biegsamem wärmehärtendem Klebstoff auf beiden Seiten des Metallkerns. Wenn danach die teigartige Zusammensetzung und der Metallkern durch den Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen hindurchgeht, kommt die Zusammensetzung mit dem ungehärteten Klebstoff in Berührung,,,-.·Ware der Klebstoff nun in dem Lösungsmittelsystem in der teigartigen Zusammensetzung leicht lösbar, d.h. in der Mischung des Lösungsmittels und der nicht lösenden Flüssigkeiten, so würde der während der Passage zwischen den Kalanderwalzen auf den Metallkern aufgebrachte Überzug der Zusammensetzung eine Tendenz zum Rufechen haben, da der aufgelöste Klebstoff als

209813/1 137

2U6309

Schmiermittel wirken würde. Um dies zu vermeiden, ist der Klebstoff vorzugsweise nur teilweise in dem Lösungsmittelsystem der Zusammensetzung löslich. Infolgedessen wird der Klebstoff nicht aufgelöst und wirkt nicht als Schmiermittel; dennoch löst das Lösungsmittel' in der teigartigen Zusammensetzung den Klebstoff etwas an und bewirkt dadurch eine Oberflächenbindung des Klebstoffs und des härtbaren elastomeren Bestandteils des Teiges. Hierdurch wird sichergestellt, daß zwischen den Überzügen aus faserverstärktem Elastomer und dem Metallkern eine wirksame Bindung auftritt nachdem die elastomere Zusammensetzung und der Klebstoff gehärtet sind. Die teilweise Löslichkeit des Klebstoffs in dem Lösungsmittelsystem der teigartigen Zusammensetzung ergibt eine klebrige Oberfläche auf dem Metallkern,an der die Zusammensetzung vorzugsweise festklebt. Die Anwesenheit von Wasser oder einer anderen nicht lösenden Flüssigkeit als zweite Komponente des Lös*ungsmittelsystems verhindert, daß die Zusammensetzung an den Kalanderwalzen festklebt und erlaubt somit die Bildung eines Überzugs mit glatter Oberfläche.

'Vorzugsweise ist der Klebstoff eine Lösung aus Nitrilkautschuk und einem Phenolharz, der leicht in einem polaren Lösungsmittel wie Äthylacetat löslich ist, der aber nur teilweise in Toluol löslich ist. Die Verwendung des Phenolharzes bietet den Vorteil, daß dieser an dem Metall festkleben wird. Er ist jedoch an sich spröde und diese Sprödigkeit wird innresentliehen durch die Mischung des Harzes mit dem Nitrilkautschuk beseitigt.

Wenn die teigartige Zusammensetzung und der getrocknete Klebstoffilm bei der Passage durch die Kalanderwalzen zusammengepreßt werden, macht das Toluol in der Zusammensetzung die KlebstoffOberfläche klebrig. Das Toluol und das Wasser werden danach verdunstet. Danach ist die härtbare teigartige

209813/1137

2U6309

mm, C _M

Zusammensetzung an den Klebstoff gebunden, der seinerseits an das Metall gebunden ist. Die folgende Konsolidierung der überzüge aus teigartiger Zusammensetzung stellt sicher, daß eine sehr starke Bindung auftritt, und verhindert ein Ablösen der Schichten von einander während der Benutzung des Materials in der Folgezeit.

-Wenn Toluol und Wasser das Lösungsmittelsystem bilden, ist der Klebstoff in dem Lösungsmittel in verschiedenem Ausmaß löslich in Abhängigkeit von dem Verhältnis von Toluol zu Wasser. Die Grenzen des Verhältnisses von Toluol zu Wasser " sind bereits erwähnt worden, innerhalb deren eine wirksame Ablösung des Überzuges der teigartigen Zusammensetzung von den Kalanderwalzen erreicht wird. Diese Grenzen sind auch in Bezug auf die Löslichkeit des Klebstoffs in dem Lösungsmittelsystem zufriedenstellend.

Wenn man einen Klebstoff zwischen dem Metallkern und den überzügen benutzt, so ist es nicht notwendig, den Klebstoff auf beide Seiten des Metallkerns aufzutragen, bevor man den überzug auf eine Seite aufträgt, obwohl dies bequem ist. Der Klebstoff kann auf die zweite Seite aufgetragen werden, nachdem der überzug auf der ersten Seite durch Verdunstung { des Lösungsmittelsystems aus ihm getrocknet ist.

Im Folgenden wird das Verfahren nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematische Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Querschnitt durch ein kleines Stück des aus Schichten aufgebauten Streifens;

Fig. 2 ist eine schematische Abbildung eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

209813/1137

Wie Fig.1 zeigt besteht der in Shichten aufgebaute Streifen aus einem Metallkern I₃ der auijbeiden Seiten einen überzug besitzt, der aus einem Klebstoffilm 2 und einer Schicht aus gehärtetem faserverstärktem Elastomer 3 besteht.

Der in Schichten aufgebaute Streifen wird in der im Folgenden beschriebenen Weise mittels einer Einrichtung hergestellt, die schematisch in Fig. 2 gezeigt ist.

Ein Metallkern 1 in Form eines Streifens unbestimmter Länge, der in diesem Ausführungsbeispiel ein einfaches verzinntes Eisenblech ist, wird von einer Rolle abgezogen und läuft über eine Führungswalze 4 und unter einer Führungswalze 5 in einen Tank 6, der flüssigen Klebstoff 7 enthält. Von dem Tank 6 läuft der Metallkern 1 aufwärts zwischen einem Paar ortsfester Meßstangen 8 hindurch, die die Dicke des Klebstoffilms bestimmen, der auf die beiden Seiten des Metallkerns 1 aufgebracht worden ist. Von dort läuft der Metallkern 1 mit seinen Klebstoffilmen auf beiden Seiten aufwärts durch einen beheizten Turm 9, der das Lösungsmittel aus dem Klebstoff entfernt. Der Metallkern 1 mit seinen Klebstoffilmen läuft über eine Führungswalze 10 an der Spitze des Turmes 9 und von dort wieder herunter und über eine Führungswalze 11. Bei seinem Durchgang durch den Turm wird Lösungsmittel in dem Klebstoff verdampft und fließt durch einen Auslaß 12 aus dem Turm heraus zu einem Wiederverwertungssystem für das Lösungsmittel.

Nunmehr läuft der Metallkern 1 mit seinen Klebstoffilmen auf beiden Seiten durch den Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen 12 hindurch, die positiv gedreht werden. An dem zwischen einer dar Kalanderwalzen 12 und dem Metallkern 1 gebildeten Spalt wird eine Masse einer teigartigen, faserverstärkten Elastomerzusammensetzung 13 in Tablettenform aufrechterhalten, die das Härtungssystem, Füllstoffe und ein Lß3ungs-

209Ö 13/1137

2U6309

mittelsystem enthalten, das aus Toluol und Wasser besteht. Die teigartige Zusammensetzung kann von Hand mit einer Schaufel dem Spalt zugeführt werden, oder sie kann aus einem Gefäß zugemessen werden, aber die genaue Zuführungsrate ist nicht wichtig unter der Voraussetzung, daß ein Vorrat der Zusammensetzung zwischen der Kalanderwalze und dem Metallkern 1 aufrechterhalten bleibt. Beim Durchlauf des Metallkerns 1 zwischen den Kalanderwalzen 12 wird die Zusammensetzung 13 in einen Streifen geformt, und dieser Streifen wird an eine Seite des Metallkerns 1 gleichzeitig gebunden. Der Streifen aus teigartiger Zusammensetzung ™

wird an dem Festkleben an der Kalanderwalze 12, mit der er in Berührung kommt, dadurch gehindert, daß Wasser in dem Lösungsmittelsystem vorhanden ist. Die Dicke des Streifens aus teigartiger Zusammensetzung, die auf den Metallkern 1 aufgebracht wird, wird durch die Entfernung zwischen den Walzen 12 im Verhältnis zur Dicke des Metallkerns 1 bestimmt.

Nach dem Verlassen des Spalts zwischen den Kalanderwalzen 12 läuft der Metallkern 1 mit seinen Überzügen aus Klebstoff und dem Überzug aus teigartiger Zusammensetzung auf einer Seite durch einen Trockenofen 14, durch den er mit- ( tels einer Anzahl endloser Förderbänder 15 gefördert wird. Von dort läuft der Metallkern 1 mit dem Überzug aus teigartiger Zusammensetzung, aus dem das Lösungsmittelsystem durch den Trockenofen 14 verdampft worden ist, herunter durch den Spalt zwischen einem weiteren Kalanderwalzenpaar 16. Eine dieser Kalanderwalzen kommt mit dem getrockneten Überzug der Zusammensetzung auf einer Seite des Metallkerns 1 in Berührung und weitere Zusammensetzung 17 der gleichen Art wie die Zusammensetzung 13 wird gleichzeitig in einen Streifen geformt und mit der anderen Seite des Metallkerns verbunden.

209813/1137

2U6309 ■

Der Metallkern mit seinen beiden überzügen aus teigartiger Zusammensetzung wird als nächstes durch einen zweiten Trockenofen 18 der gleichen Art wie der Trockenofen 14 hindurchgeführt. Dieser Ofen 18 weist eine Anzahl endloser Förderbänder- 19 auf.

Beim nächsten Arbeitsgang des Verfahrens wird der Metallkern 1 mit seinen beiden überzügen.aus teigartiger Zusammensetzung, von denen beide nun getrocknet aber nicht gehärtet sind, zwischen einem dritten Paar Kalanderwalzen 20 hindurchgeschickt, deren Abstand von einander etwas geringer ist als die gesamte Dicke des Metallkerns 1 und seiner überzüge, so daß beide überzüge konsolidiert und die Bindung der überzüge an den Metallkern 1 gefördert werden.

Schließlich durchläuft der Metallkern 1 mit seinen konsolidierten Überzügen einen dritten Ofen 21 mit einer Anzahl endloser Förderbänder 22 und dieser Ofen, der auf eine höhere Temperatur aufgeheizt ist als die Trockenöfen Ik und 18, härtet die teigartige Zusammensetzung zur Bildung des endgültigen Schichtmaterials, das dann auf einer Wickelvorrichtung 24 in eine Spule aufgewickelt wird.

Bei einem Ausführungsbeispiei wirden in dem Verfahren die folgenden Materialien benutzt:

Zur Herstellung der teigartigen Zusammensetzung 13 und 17 wurden Kautschuk, Beschleuniger und Härter in einem Banburymischer zur Bildung einer Kautschukmischung gemischt. Die Kautschukmischung wird 16 Stunden lang bei Raumtemperatur in Toluol geweicht und wird dann in einem Pfleidererkneter zur Bildung eines Kautschukteiges homogenisiert. Der Kautschukteig, Asbestfasern und Füllstoffe werden dann in einem Mischer zur Bildung der faserverstärkten teigartigen Zusammensetzung gemischt. Gegen Ende des Mischungsarbeitsganges wird die'

209813/1137

nicht lösende Flüssigkeit der Mischung zugesetzt₃ die eine Lösung aus Sodaasche in Wasser ist. Die Mischung wird schließlich stranggepreßt und in Tablettenform aufbereitet durch eine übliche Zerkleinerungsmaschine. Die folgende Rezeptur ist ein typisches Beispiel, das in Teilen pro 100 Gewichtsteilen von Asbestfasern ausgedrückt ist:

- Kauts chukmis chung

Styrol Butadien Kautschuk (S.B.R. 1509) Zinkoxyd
H.A.P. Ruß .
Stearinsäure
Tetramethylthiuramdisulphid

N-cyclohexylbenzthiazdle - 2 sulphenamid

Schwefel

gesamte Kautschukmischung Kaut s chukt e i g
Kaut s chukmis chung
Toluol

gesamter Kautschukteig

Faserverstärkte Zusammensetzung

Kautschukteig '-■ · 109,170

Asbestfasern 100,000

Baryte . 28,583

Natriumkarbonat 0^833

Wasser 10,000

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Metallkern ein einfaches verzinntes Eisenblech, 0,006 Zoll dick und 18 Zoll breit, und es wird ein Klebstoffüberzug benutzt. Der Klebstoff ist ein Phenolharzklebstoff, der mit einem Nitrilkautschuk modifiziert ist und der unter dem Handelsnamen National Adhesive 136-6318 bekannt ist. Der Klebstoff wird

209813/1137

25/	000
. h	250
	000
°/	125
°/	500
°/	250
0/	125
37-,	250
37,	250
Π,	920
.10.9.,	170

- ίο -

im Verhältnis 1:1 mit Äthylacetat verdünnt, einem flüchtigen Lösungsmittel, um eine Konzentration von 13 Gewichtsprozent von Feststoffen zu erhalten.

Die Meßstangen werden derart eingestellt, daß man einen trockenen Klebs.toffilm mit einer Dicke von 5 Mikron erhält, und der Metallkern wird durch die Einrichtung mit einer Geschwindigkeit ^von 20 Fuß pro Minute hindurchgeschickt, was auch der Oberflächengeschwindigkeit der Kalanderwalzen entspricht, die einen Durchmesser von 30 Zoll aufweisen. Der Spalt zwischen den Walzen 12 beträgt 0,018 Zoll; derjenige zwischen den Walzen 16 beträgt 0,034 Zoll und derjenige zwischen den Walzen 20 beträgt 0,030 Zoll. Die effektive Länge jedes der öfen 14, 18 und 21 ist derart, daß die Verweilzeit des beschichteten Kerns innerhalb des Ofens 3 Minuten beträgt, wobei die öfen 14 und 18 mit einer Temperatur von il0°C und der Ofen 21 mit einer Temperatur von 150⁰C betrieben werden.

Der Zweck des Härtungsofens 21 ist die Umsetzung des elastomeren Materials in der teigartigen Zusammensetzung aus einem plastischen Material, das unter Druck fließt, in ein elastisches Material, das gegen Fließen widerstandsfähig ist. Nur wenn sieh der elastomere Binder in dem vernetzten Zustand befindet, werden die gewünschten Eigenschaften des fertigen Materials erhalten.

Patentansprüche:

209813/1137

Claims

- li -

Patentansprüche:

J 1.!Verfahren zur Herstellung eines in Schichten aufge- \_/ bauten Streifens unbestimmter Länge zur Verwendung als Dichtungsmaterial, wobei der Streifen aus einem Metallkern besteht, dessen Breitseiten mit einem faserverstärkten Elastomer überzogen sind, dadurch gekennzeichnet, daß man gleichzeitig aus einer teigartigen, härtbaren, faserverstärkten Elastomerzusammensetzung einen' Streifen bildet und diesen Streifen auf eine Seite des Metallkerns unbestimmter Länge aufbringt, indem man den Metallkern und auf einer Seite des Metallkerns eine teigartige Zusammensetzung aus Fasern, Elastomer, Härtern, Füllstoffen und einem Lösungsmittelsystem mit einem flüchtigen Lösungsmittel für das Elastomer und einer nicht lösenden Flüssigkeit durch den Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen laufen läßt, um die Elastomerzusammensetzung über den Metallkern zu verteilen und auf ihm einen überzug zu bilden, wobei die nicht lösende Flüssigkeit ein Anhaften der Zusammensetzung an den Walzen verhindert, daß man den überzogenen Metallkern einer Trocknungseinrichtung zwecks Entfernung des Lösungsmittelsystems aus der Zusammensetzung zuführt, daß man den Metallkern mit trockenem aber ungehärtetem überzug zusammen mit weiterer teigartiger Zusammensetzung auf seiner anderen Seite durch einen zweiten Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen laufen läßt, um die Zusammensetzung auf der anderen Seite des Metallkerns zu verteilen und auf ihm einen zweiten überzug zu bilden, daß man den Metallkern mit seinem zweiten überzug einer Trocknungseinrichtung zwecks Entfernung des Lösungsmittelsystems aus dem zweiten überzug zuführt, daß man den Metallkern mit seinen überzügen zwecks Konsolidierung der überzüge und Verbindung mit dem Metallkern durch einen weiteren Spalt zwischen zwei

209813/1 137

2H63Q9

Kalanderwalzen laufen läßt.,: und daß man den überzogenen Metallkern zwecks Härtung der Zusammensetzung durch einen Ofen laufen läßt.
2. Verfahren nach Anspruch I₉" dadur-ch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Asbest bestehen.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, .. daß das flüchtige Lösungsmittel ein flüssiger Kohlenwasserstoff ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3_S dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenwasserstoff Toluol ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht lösende Flüssigkeit Wasser ist..
6. Verfahren nach Anspruch 4 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis von Toluol zu Wasser im Lösungsmittelsystem größer ist als 4:1 und kleiner als 10:1.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern ein glattes Blech ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern ein perforiertes Blech ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern ein geprägtes Blech ist.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern ein Drätgewebe oder ein Streckmetall ist.

209813/1 137
11. Verfahren nach Anspruch 1 bis' 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallkern mit einem Klebstoff überzogen wird, bevor er mit der teigartigen Zusammensetzung verbünden

. wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,: daß der Klebstoff" in dem Lösungsmittelsystem teilweise löslich ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff aus einer Mischung von Nitril- { kautschuk und einem Phenolharz besteht.

m. Verfahren nach Anspruch 11 bis 13., dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff eine Schichtdicke von mindestens 5 Mikron aufweist.

209813/1137