DE2226762A1 - Hochtemperaturbeständige Klebstoffe - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCREMJFFJ?

5 Köln 51, Oberländer Ufer 9o

Köln, den 18.5*1972 Eg/Ax

Foseco Trading AG., Langenjohnstrasse 9 Chur / Schweiz

Hochtemperaturbeständige Klebstoffe

Für viele Anwendungen sind Klebstoffe erforderlich, die der dauernden Einwirkung hoher Arbeitstemperaturen von beispielsweise 300 bis 1000⁰C zu widerstehen vermögen« Es gibt nur sehr wenig polymere Klebstoffe, die Temperaturen von mehr als 250⁰C ohne Abbau widerstehen. Zwar können einige Siliconverbindungen bei Temperaturen bis 35O⁰O eingesetzt werden, jedoch sind organische Klebstoffe oberhalb dieser Temperatur ungeeignete Anorganische Klebstoffe können bei höheren Temperaturen verwendet werden, jedoch haben sie häufig ungenügende Haftfestigkeit, und mit der Zeit tritt Versprödung oder Verlust der Haftfestigkeit ein₀

Gegenstand der Erfindung sind Klebstoffe, die aus einer wässrigen Alkalisilicatlösung und einem Metallpulver bestehen,,

Bevorzugt als Silicate werden Natriumsilicate mit hohem Si0₂/Na₂0-Verhältnis von beispielsweise mehr als 3:1 _β Als gepulverte Metalle eignen sich beispielsweise Eisen, Kupfer, Aluminium und Aluminiumlegierungen. Diese Metalle werden für die Zwecke der Erfindung bevorzugt« Weitere geeignete Metalle sind Zink, Messing, Bronze, Nickel,

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Kobalt, Magnesium, Zirkon, Titan, Blei, Zinn, Molybdän, Silber, Vanadin und Wolfram*

Der Klebstoff kann ferner andere Materialien enthalten, ZoB₀ Tone (beispielsweise Bindeton, Kaolin,. Bentonit, Illit, Wontronit, Hektorit und Attapulgit), die dem Klebstoff die gewünschte Konsistenz oder Plastizität verleihen, und oberflächenaktive Verbindungen zur Steigerung seiner Oberflächenaktivität ο Die oberflächenaktiven Mittel können aus der großen Zahl von Verbindungen, die für diesen Zweck bekannt sind, gewählt werden« Geeignet sind beispielsweise Alkylarylsulfonate, Fettalkoholsulfate, Äthylenoxydkondensate und Alkalisalze dieser Materialien· Eine Vielzahl geeigneter oberflächenaktiver Verbindungen ist im Handel erhältlich. Gegebenenfalls können auch feinteilige feuerfeste Materialien zugesetzt werden, z.B« feinteiliges Zirkon, Oxyde von Silicium, Aluminium, Magnesium, Zirkon und Titan und die verschiedenen Aluminosilicate und Calciumsilicate, gemahlene Schamotte, calcinierte Tone und Chromitmehl.

Faserförmige feuerfeste Materialien können ebenfalls zugesetzt werden» Geeignet sind beispielsweise Fasern von Tonerde, Asbest, Galciumsilicat und Aluminiumsilicat, Quarzfasern und hochschmelzende Glasfasern. Diese Fasern können in handelsüblichen Formen, z»B. als Mineralwolle, Schlackenwolle und Gesteinswolle, verwendet werden.

Im allgemeinen werden Klebstoffe bevorzugt, deren Zusammensetzung in den folgenden Gewichtsbereichen liegt:

Ton O - 20$

Natriumsilicatlösung 20 - 90$,vorzugsweise

20 - 65$

Feuerfeste Fasern 0 - 15$

Metallpulver 10 - 80$,vorzugsweise

tO - 60$

Feinteiliges feuerfestes Material 0 - 20$ Oberflächenaktive Verbindung 0 -

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Die Konsistenz des Klebstoffs kann von einer Flüssigkeit "bis zu einer dicken Paste variieren«,

Die Klebstoffe gemäß der Erfindung .haben auf G-rund ihres Gehalts an Metallpulver eine gewisse Wärmeleitfähigkeit«, Hierdurch werden sie wertvoll bei Anwendungen, bei denen Wärme durch eine Klebstoffschicht, die zwei Teile verbindet, übertragen werden muß« Bei Verwendung eines wärmeisolierenden Klebstoffs für einen solchen Zweck kann eine große Temperaturdifferenz zwischen der einen Seite und der anderen Seite der Klebstoffschicht vorliegen. Dies kann von Nachteil sein«. Die Klebstoffe gemäß der Erfindung sind demgemäß wertvoll für die Verklebung von Blechen, Platten oder Formteilen aus wärmeisolierendem Material mit Metallteilen, um diese gegen Schädigung zu schützen. Als Beispiele solcher Anwendungen sind die Auskleidung von Gasturbinengehäusen und die Auskleidung der Gehäuse von Abgaskonvertern zu nennen. Es gibt zahlreiche andere entsprechende Anwendungen, bei denen die Klebstoffe gemäß der Erfindung wertvoll sind«

Bei der Verklebung von Wärmeisoliermaterialien mit Oberflächen unter Verwendung von Klebstoffen gemäß der Erfindung erweist es sich als vorteilhaft, die Oberfläche in geeigneter Weise zu grundieren, .um die Haftfestigkeit zwischen der Oberfläche und der Klebstoffschicht zu steigern«, Als Grundiermittel zur allgemeinen Anwendung eignet sich beispielsweise wässriges Natriumsilicät, das wahlweise eine oberflächenaktive Verbindung in einer Menge bis zu einigen Gewichtsprozent enthalte Der Gehalt an Silicatfeststoffen in einem solchen Grundiermittel kann unterschiedlich sein und beispielsweise 9 bis 36 Gew_e-$ betragen. Im allgemeinen liegt er bei etwa 20<fo_Q Bevorzugt werden Materialien mit hohem SiO2/Na₂O-Verhältnis von beispielsweise 3,3:1 «

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Für die Verklebung auf Metallflächen ist Glasemaille ein besonders vorteilhaftes Grundiermittel. Sie wird in üblicher Weise in Form einer dünnen zusammenhängenden Schicht aufgetragen, die sehr fest am Metall haftet. Die Klebstoffe gemäß der Erfindung haften sehr fest an den Oberflächen von Glaaemaille. Die Haftfestigkeit kann durch Ätzen der Glasemailleoberfläche oder durch Zusatz eine;j mechanischen Aufrauhungsmittels zur Glasemaille nooh weiter gesteigert werden. Beispielsweise kann ein feinteiliges feuerfestes Material, dessen Teilchengröße größer ist als die Dicke der Emailleschicht, auf die Emaille aufgebracht werden, während sie noch geschmolzen ist. Naoh der Abkühlung wird an Stelle der üblichen glatten Emailleoberfläche eine rauhe Oberfläche erhalten. Als feuerfeste Materialien eignen sich für diesen Zweok beispielsweise Aluminiumoxid, Magnesiumoxyd, Mullit, Zirkonoxyd und Chrom(lII)-oxyd. Natürlich muß bei der Grundierung von Oberflächen, die im Gebrauoh Temperaturänderunnen unterliegen, darauf geachtet werden, daß eine Emaille gewählt wird, die den gleichen oder einen ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat wie die Metallunterln/je., Materialien dieser Art sind allgemein bekannt und werden weitgehend verwendet. Beispielsweise kann zur Grundierun» von Substraten aus austenitischem nichtrostendem Stahl die Emaille,NBS 231 (National Bureau of Standards) verwendet werden.

Es 1st zu bemerken, daß eine Grundierung mit Emaille, insbesondere unter gleichzeitiger Verwendung der vor ο Lehme! genannten groben feuerfesten Materialien, angewendet werden kann, um die Haftfestigkeit bei anderen klebteohnischen Anwendungen unter Verwendung von anorganischen Klebstoffen, z.B. Kieselsol, und nicht nur der metallhaltigen Klebstoffe gemäß der Erfindung zu verbessern.

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-D-

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel weiter erläutert»

Beispiel

Ein Grundiermittel wurde aus folgenden Bestandteilen hergestellt:

Wässrige Natriumsilicatlösung

(38 Gew.-?b Feststoffe, Si0_o/Na_o0-

Verhältnis 3,3:1) 55 Gew.-f₀

Wasser 41 "

Oberflächenaktive Verbindung 4 "

Als oberflächenaktive Verbindung wurde ein amphoteres oder ampholytisches oberflächenaktives Mittel der Formel

-N CH₂

R _ ο - M - C₀H. 0CH₀COONa OH CH₂COONa

verwendet, in der R eine Kombination von Caprylsäure- und Äthylhexansäuregruppen ist.

Diese Grundierung wurde in zwei Aufstrichen auf die Innenseite eines Gehäuses eines Gasturbinentriebwerks aufgebracht und der Trocknung überlassen. Eine feuerfeste Wärmeisolierung für das Triebwerksgehäuse wurde dann mit einer Schicht eines Klebstoffs der folgenden Zusammensetzung auf die Grundierung aufgebracht: Bindeton 10 Gew.

Wässrige Natriumsilicatlösung

(38 Gew.-io Feststoffe, Si0_o/Na_o0-

Verhältnis =3,3:1) 33,3 Gew.-#

Amositasbest 7,4 "

Zirkon 2,0 "

Eisenpulver 45,3 "

Oberflächenaktive Verbindung

(wie im Grundiermittel) 2,0 "

Die Schicht wurde in einer Dicke von etwa 8 mm aufgetragen,

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Daa Putter wurde dann gegen das grundierte Gehäuse gepresst, und das ganze wurde der Trocknung überlassen* Eine sehr starke Klebverbindung wurde erzielt.

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Claims (9)

Patentansprüche

1) Klebstoffe, enthaltend eine wässrige Alkalisilicatlösung und gekennzeichnet durch einen Gehalt an einem Metallpulver«

2) Klebstoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Alkalisilicat Natriumsilicat mit einem SiOp/NapO-Verhältnis von mehr als 3s1 enthaltene

3) Klebstoffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Metallpulver Eisen, Kupfer, Aluminium oder eine Aluminiumlegierung enthalten»

4) Klebstoffe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Ton, eine oberflächenaktive Verbindung, ein feinteiliges feuerfestes Material und ein faserförmiges feuerfestes Material allein oder zu mehreren enthalten.

5) Klebstoffe nach Anspruch 1 bis 4» gekennzeichnet.durch die folgende Zusammensetzung:

Ton 0-20 Gew.-$

Natriumsilicatlösung 20 - 65 "

Feuerfeste Pasern 0-15 Gew.-^

Metallpulver 10-60 "

^einteiliges feuerfestes Material 0-20 "

Oberflächenaktive Verbindung 0-4 "

6) Verwendung von Klebstoffen nach Anspruch 1 bis 5 zum Schutz von Oberflächen gegen Wärmequellen, beispielsweise der Innenfläche von Metallgehäusen von Gasturbinen oder Gaskonvertern, durch Verklebung eines feuerfesten Wärmeisoliermaterials mit der Oberfläche<>

7) Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächen zuerst mit einer wässrigen Alkalisilicatlösung grundierte

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8) Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberfläche zuerst mit einer Schicht von Glasemaille grundiert»

9) Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man der Grundierschicht aus Glasemaille ein feinteiliges feuerfestes Material zusetzt, dessen mittlere Teilchengröße die Dicke der Schicht übersteigt,.

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