DE2146309C3

DE2146309C3 - Verfahren zum Herstellen einer Bahn für faserverstärkte elastomere Hochdruckdichtungen

Info

Publication number: DE2146309C3
Application number: DE19712146309
Authority: DE
Inventors: Harry Rochdale Lancashire Thornley
Original assignee: TBA Industrial Products Ltd
Current assignee: TBA Industrial Products Ltd
Priority date: 1970-09-21
Filing date: 1971-09-16
Publication date: 1984-09-27
Also published as: DE2146309B2; ATA819471A; GB1362174A; IT944713B; JPS5543891B1; FR2107841A1; AT339585B; FR2107841B1; DE2146309A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer endlosen Bahn für faserverstärkte elastomere Dichtungen nach der Gattung des Anspruchs 1.

In der DE-OS 14 95 309 wild ein derartiges Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln für Dichtungsmassen aus Fasern, Füllstoffen, Vulkanisationen, tteln und dgl. zur Herstellung von Dichtungsmaterialien in Bahnform beschrieben, welchesdarinbesteht,daßaufdiedispergierten Partikel einer wäßrigen Dispersion von Kautschuk, Kunststoff oder dgl. anquellend wirkende Mittel, wie Toluol vor dem Zumengen von Faserstoffen, Füllstoffen oder dgl. zu dieser Dispersion zugefügt werden oder eine Lösung von Kautschuk, Kunststoff oder dgl. in organischen Lösungsmitteln in Wasser als kontinuierliche Phase dispergiert wird. Bei der Durchführung des in dieser DE-OS beschriebenen Verfahrens zur Herstellung von Dichtungsbahnen ist es nicht möglich, unter Verwendung kalter Walzen eine endlose Bahn in einer Stufe mit einer glatten Oberfläche herzustellen, da die der DE-OS zugrunde liegende Aufgabe darin bestand, ein System auf Latexbasis (wäßriges System) für einen Einsatz zur Durchführung eines It-Verfahrens mit mehreren Durchgängen unter EinsatzerhitzterZylinderzu modifizieren.

Nach der AT-PS 29 556 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Bahn aus asbestverstärktem Kautschuk mit einer Drahtmascheneinlage bekannt. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht zum Herstellen einer derartigen Bahn unter Verwendung eines festen Stahlkerns. Der Hauptgrund liegt darin, daß Restlösungsmittel in der Kautschuk/Asbest-Schicht beim Erhitzen zwischen einem heißen Zylinder und dem Stahlkern eingeschlossen wird und nicht entweichen kann. Darüber hinaus ist dieses Verfahren diskontinuierlich, wobei die Länge eines Bahnabschnittes durch den Durchmesser der heißen Zylinder begrenzt wird, und zwar ebenso wie bei dem seit langem bekannten sogenannten It-Verfahren. Ein ähnliches Verfahren ist nach der FR-PS 801316 bekannt.

Nach der US-PS 1347 918 ist ein Verfahren zum Herstellen von in Schichten aufgebauten Dichtungen bekannt, bei dem die Zusammensetzung aus Elastomer und Asbest mehreren Verdichtungsvorgängen in drei hintereinander arbeitenden Kalandern mit dazwischenliegendem Trocknungsvorgang unterzogen wird. Die Durchführung dieses Verfahrens ist in der Praxis jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten gestoßen. Sein Hauptnachteil liegt nämlich darin, daß es ein sehr schwerwiegender Problem unberücksichtigt läßt, und zwar die Tatsache, daß Asbest/Kautschuk-Micchungen extrem klebrig sind. Werden sie in der in der genannten US-PS beschriebenen Welse verarbeitet, dann kleben sie permanent an'den Riemen der Maschine an. Ein wesentliches Merkmal der Verarbeitung dieser Mischmengen besteht darin, daß das Lösungsmittel entweichen muß. Die einzige Möglichkeit gemäß dieser US-PS ist durch die Verwendung von Baumwollriemen möglich. Sind diese Bauicwollriemen in ausreichendem MaSe porös, um das Lösungsmittel entweichen zu lassen, dann dringt zweifelsohne auch die Asbest/Kautschuk-Mischung wenigstens teilweise in die Riemen ein und klebt permanent an diesen an. Daher bot sich dieses Verfahren zum Herstellen einer Bahn für faserverstärkte elastomere Hochdruckdichtungen mit einem Metallkern nicht an.

Zur Beseitigung der^achteile der bekannten Verfahren hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer endlosen Bahn für faserverstärkte elastomere Dichtungen großer Länge mit einem Metallkern zu schaffen. Diese Aufgabe wird nachderErfindunggemäßdem Patentanspruch! gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Einhaltung eines Volumenverhältnisses von Toluol zu Wasser größer als 4 :1 und kleiner als 10:1 ist es in überraschender Weise erstmalig möglich geworden, endlose Bahnen in einer einzigen Stuf e mit einer glatten Oberfläche herzustellen..

Als Faserverstärkung wird vorzugsweise Asbest verwendet

Der Metallkern kann ein Drahtgewebe und ein Streckmetall sein, und in diesem Falle wird die teigartige Elastomermischung sich leicht mit dem Metallkern durch direkten Kontakt verbinden, da etwas von der Elastomermischung in die Lücken des Drahtgewebes oder des Streckmetalls eindringt. Entsprechende Ergebnisse erzielt man, wenn der Metallkern ein perforiertes Blech ist. Vorzugsweise ist der Metallkern jedoch ein glattes oder geprägtes Blech, und in diesem Fall wird der Metallkern vor dem Auftragen der Elastomermischung mit einem Klebstoff überzogen, um das Anhaften der Elastomermischung an dem Metallkern zu fördern. Der Klebstoff besteht vorzugsweise aus in Toluol gelöstem härtbaren klebenden Material. Beim Auftragen auf den Metallkern verdunstet das Lösungsmittel und hinterläßt einen dünnen Film von wenigstens 5 μίτι Dicke aus einem biegsamen wärmehärtenden Klebstoff auf beidenSeiten des Metallkerns. Wenn anschließend die Elastomermischung und der Metallkern durch den Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen hindurchgeht, kommt die Elastomermischung mit dem ungehärteten Klebstoff in Berührung. Wäreder Klebstoff nun indem Lösungsmittelsystem der Elastomermischung leicht lösbar, d. h. in der Mischung ausToluol und Wasser, so würde der während der Passage zwischen den Kalanderwalzen auf dem Metallkern aufgebrachte Überzug der Eiasiomermischung eine Tendenz zum Rutschen haben, da der aufgelöste Klebstoff als Schmiermittel wirken würde.Um dies zu vermeiden, ist der Klebstoff nur teilweise in dem

Lösungsmittelsystem der Elastomennischung löslich. Dennoch Iöstdas Toluol als Lösungsmittel der Elastomermischung den Klebstoff etwas an und bewirkt dadurch eineOberflächenbindungdes Klebstoffs und des vulkanisierbaren elastomeren Bestandteils der Elastomermischung. Hierdurch wird sichergestellt, daß zwischen den Oberzügen aus faserverstärktem Elastomer und dem Metallkern eine wirksame Bindung auftritt, nachdem die Elastomennischung und der Klebstoff gehärtet sind. Die teilweise Löslichkeit des Klebstoffs in dem Lösungsmittelsystem der Elastomermischung ergibt eine klebrige Oberfläche auf dem Metalikern, an der die Elastomennischung festklebt Die Anwesenheit von Wasser als zweite Komponente des Lösungsmittelsystems verhindert, daß die Masse an den Kalanderwalzen festklebt und erlaubt somitdie Bildungeines Überzugs mitglatterOberfläche.

Der Klebstoff ist vorzugsweise eine Lösung aus Nitrilkautschuk und einem Phenolharz, der leicht in einem polaren Lösungsmittel wie Äthylacetat, aber nur teilweise in Toluol löslich ist. Die Verwendung des Phenolharzes bietet den Vorteil, daß dieses an dem Metall festkleben wird. Es ist jedoch an sich spröde, und diese Sprödigkeit wird im wesentlichen durch die Mischung des Phenolharzes mit dem Nitrirkautschuk beseitigt.

Wenn die Elastomennischung 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 Eiastomermischung an den Klebstoff gebunden, der seinerseits an das Metall gebunden ist. Die folgende Konsolidierung der beiden Überzüge aus der Elastomennischung stellt sicher, daß eine sehr starke Bindung auftritt, und verhindert ein Ablösen der Schichten voneinander während der Benutzung des Materials in der Folgezeit.

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 erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen stark vergrößerten Querschnitt durch ein kleines Stück einer hergestellten Bahn, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Herstellen der Bahn gemäß Fig. 1.

Die Bahn gemäß Fig. 1 besteht aus einem Mctallkern 1, der auf beiden Seiten einen aus einem Klebstoffilm 2 und einer Schicht 3 aus vulkanisiertem faserverstärktem Elastomer bestehenden Überzug besitzt.

Der aus einfachem verzinntem Eisenblech bestehende Metallkern 1 in Form eines Streifens unbe- βο stimmter Länge wird von einer nicht dargestellten Rolle abgezogen, läuft über eine Führungsrolle 4 und unter einer Führungsrolle 5 in einen Tank 6 mit flüssigem Klebstoff. Von dem Tank 6 läuft der Metallkern 1 aufwärts zwischen einem Paar ortsfester Meßstangen 8 hindurch, die die Dicke des Klebstoffilms 2 bestimmen, der sof die beiden Seiten des Metallkerns 1 aufgebracht wird. Von dort läuft der Metallkern 1 mit seinen Klebstoffilmen 2 auf beiden Seiten aufwärts durch einen beheizten Turm 9, der das Lösungsmittel aus dem Klebstoff entfernt. Der Metallkern 1 rait seinen Klebstoffilmen 2 läuft dann üt/er eine Führungsrolle 10 an der Spitze des Turmes 9 und von dort wieder herunter und über eine Führungsrolle 11. Bei seinem Durchgang durch den Turm 9 wird Lösungsmittel in dem Klebstoff verdampft und fließt durch einen Auslaß 7 aus dem Turm 9 heraus zu einem nicht dargestellten Wiederverwertungssystem für das Lösungsmittel.

Nunmehr läuft der Metallkern 1 mit seinen Klebstoffiimen 2 auf beiden Seiten durch den Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen 12 hindurch, die positiv gedreht werden. An dem zwischen einer der Kalanderwalzen 12 und dem Metallkern 1 gebildeten Spalt wird eine teigartige faserverstärkte Elastomennischung 13 in Tablettenform aufrechterhalten, die ein Härtungssystem, Füllstoffe und ein Lösungsmittelsystem enthält, das aus Toluol und Wasser besteht. Die Elastomei mischung 13 kann von Hand mit einer Schaufel dem Spalt zugeführt wellen, oder sie kann aus einem nicht dargestellten Gefäß zt/gemessen werden, aber die genaue Zuführungsrate ist nicht wichtig unter der Voraussetzung, daß ein Vorrat der Zusammensetzung zwischen der Kalanderwalze 12 und dem MetaL'jiern 1 aufrechterhalten bleibt. Beim Durchlauf des Metallkerns 1 zwischen den Kalanderwalzen 12 wird die Elastomennischung 13 in einen Streifen geformt, und dieser Streifen wird gleichzeitig an eine Seite des Metallkerns 1 gebunden. Der Streifen aus Elastomennischung wird an dem Festkleben an der Kalanderwalze 12, mit der er in Berührung kommt, dadurch gehindert, daß das Wasser in dem Lösungsmittelsystem vorhanden ist. Die Dicke des Streifens aus Elastomermischung, die "auf den Metallkern 1 aufgebracht wird, wird durch den Abstand zwischen den Walzen 12 im Verhältnis zur Dicke des Metallkerns 1 bestimmt.

Nach dem Verlassen des Spalts zwischen C£n Kalanderwalzen 12 läuft der Metallkern 1 mit seinen Überzügen aus dem Klebstoffilm 2 und der Schicht 3 auader teigartigen Elastomennischung auf einer Seite durch einen Trockenofen 14, durch den er mittels einer Anzahl endloser Förderbänder 15 gefördert wird. Von dort läuft der Metallkern 1 mit dem Überzug, aus dem das Lösungsmittelsystem in dem Trockenofen 14 verdampft worden ist, herunter durch den Spalt zwischen zwei weiteren Kalanderwalzen 16. Eine dieser Kalanderwalzen 16 kommt mit dem getrockneten Überzug der Elastomermischung auf einer Seite des Metallkerns 1 in Berührung, und eine weitere Elastomermischung 17 der gleichen Art wie die Elastomermischung 13 wird gleichzeitig in einen Streifen gefonti und mit der anderen Seite des Metallkerns 1 verbunden.

DerMetallkerw 1 mit seinen beiden Überzügen aus teigartiger Elastomermischung 13 und 17 wird dann 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 Elastomermischung 13 und 17, von denen beide nun getrocknet aber nicht vulkanisiert sind, zwischen einem dritten Paar Kalanderwalzen 20 hindurchgeschickt, deren Abstand voneinander etwas geringer ist als f*ie gesamte Dicke des Metallkerns 1 und seiner

Überzüge, so daß beide Überzüge verdichtet und die Bindung der Überzüge an den Metallkern 1 gefördert werden.

Schließlich durchläuft der Metallkern 1 mit seinen verdichteten Überzügen einen dritten Ofen 21 mit einer Anzahl endloser Förderbänder 22. In diesem Ofen 21, der auf eine höhere Temperatur aufgeheizt ist als die Trockenofen 14 und 18, werden die Elastomermischungen zur Bildung; der endgültigen Bahn 23 vulkanisiert. Die Bahn 23' wird dann in einer Wickelvorrichtung 24 aufgewickelt.

Bei dem Ausführungsbeispiel wurden die folgenden Materialien benutzt:

Zur Herstellung der teigartigen Elastomermischung 13 und 17 wurden Kautschuk, Beschleuniger und Härter in einem Banburymischer gemischt. Diese Kautschukmischung wurde 16 Stunden lang bei Raumtemperatur in Toluol geweicht und dann in einem Pfleidererkneter zur Bildung eines Kautschuk-

Kautschukteig

Kautschukmischung Toluol

gesamter Kautschukteig Faserverstärkte Zusammensetzung

Kautschukteig Asbestfasern Natriumkarbonat

Wasser

37,250 71,920

109,170

109,170 100,000

28,583 0,833

10,000

Der Metallkern 1 war ein einfaches verzinntes Eisenblech, 0,15 mm dick und 457 mm breit. Der Klebstoff war ein Phenolharzklebstoff, der mit einem

tcigeä homogenisiert. Der Kautschukteig, Asbcstfa- -"' Nitrüksutschuk modifiziert ist. Der Klebstoff wurde

sein und Füllstoffe wurden dann in einem Mischer zur Bildung der faserverstärkten teigartigen Elastomermischung gemischt. Gegen Ende des Mischungsarbeitsganges wurde die Nichtlöser-Flüssigkeit der Mischung zugesetzt, 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:

Kautschukmischung

Styrol Butadien Kautschuk	gesamte Kautschukmischung	25,000
Zinkoxvd	1,250
H.A.F.'Ruß	10,000
Stearinsäure	0,125
Tetramethylthiuramdisulphid	0,500
N-cyclohexylbenzthiazole-2-sulphenamid	0,250
Schwefel	0,125
37,250

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

Die Meßstangen 8 wurden derart eingestellt, daß man einen trockenen Klebstoffilm 2 mit einer Dicke von 5 μίτι erhält, und der Metallkern 1 wurde durch die Einrichtung mit einer Geschwindigkeit von 6 m pro Min*·!?, hindurchgeschickt, was auch der Oberflächengeschwindigkeit der Kalanderwalzen 12,16 und 20 entspricht, die einen Durchmesser von 762 mm aufweisen. Der Spalt zwischen den Walzen 12 betrug 0,46 mm; derjenige zwischen den Walzen 16 betrug 0,86 mm und derjenige zwischen den Walzen 20 betrug 0,76 mm. Die effektive Länge jedes der öfen 14, 18 und 21 ist derart, daß die Verweilzeit des beschichteten Metallkerns 1 innerhalb des Ofens 3 Minuten beträgt, wobei die öfen 14 und 18 mit einer Temperatur von 110° C und der Ofen 21 mit einer Temperatur von 150° C betrieben werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer endlosen Bahn für faserverstärkte elastomere Dichtungen mit einem Metallkern, bei dem eine vulkani- sierbare, teigartige, faserverstärkte Elastomermischung, die Füllstoffe, Toluol als flüchtiges Lösungsmittel und Wasser als Nichtlöser-Flüssigkeit enthält, auf eine Seite des Metallkerns aufgewalzt wird, das Lösungsmittel und die Nichtlöser-Flussigkeit der Be-Schichtung verdunstet werden, bevor das Aufwalzen und das Verdunsten des Lösungsmittels und der Nichtlöser-Flüssigkeit der Elastomermischung auf der anderen Seite des Metallkerns erfolgt, und anschließend die Elastomermischungsschichten durch Kalandrieren verfestigt und mit dem Metallkern dauerhaft verbunden werden, bevor das Erhitzen zum Vulkanisieren erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumenverhältnis von Toluol zu Wasser größer als4 :1 und kleinerals 10 :1 ist

2. Verfahrec nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß da* beiden Seiten des Metallkernes vor dem Aufwalzen der Elastomermischung mit einem Klebstoff überzogen werden, der in dem Toluol, das dieElastomermischungenthält.teilweiselösIichist.