DE2803952A1

DE2803952A1 - Kautschukgebundener blaehgraphit

Info

Publication number: DE2803952A1
Application number: DE19782803952
Authority: DE
Inventors: Arthur Egger
Original assignee: Klinger AG
Current assignee: Klinger AG
Priority date: 1977-02-07
Filing date: 1978-01-30
Publication date: 1978-08-24
Also published as: ES467148A1; JPS53112293A; IT1093636B; SE7801414L; ATA80377A; GB1576601A; FR2379737A1; IT7820031A0; AT347549B

Description

Beschreibung zum Patentgesuch

der Firma Klinger AG, Baarerstraße lo, CH-63oo Zug/Schweiz

betreffend:

"Kautschukgebundener Blähgraphit¹¹

Die Erfindung bezieht sich auf ein Dichtungsmaterial aus Blähgraphit. Graphit in geblähter Form, der anschließend wieder zu Formkörpern, Platten, Folien oder Bändern verarbeitet wird, ist bereits seit Jahren als Dichtungsmaterial bekannt. Es weist gute Dichteigenschaften gegen ruhende und bewegte Dlächen auf und besitzt außerdem die nötige chemische und thermische Resistenz, wie sie für allgemeine Anwendungen gebraucht wird. Das Material hat sich jedoch noch nicht allgemein durchgesetzt; die Gründe liegen zum Teil darin, daß im Vergleich zu bekannten Materialien noch funktioneile Nachteile auftreten. Bei der Verwendung als statische Dichtung oder als Dichtung am Schließteil von Absperrorganen liegt der große Nachteil im Mangel an ausreichender Festigkeit, weil die Graphitteilchen relativ zu bewegten Metallflächen oftmals, insbesondere bei trockenen Medien, eine höhere Adhäsion aufweisen, als die Kohäsion der Teilchen untereinander ist. Auch bei statischen Dichtungen ist die mangelnde Festigkeit, insbesondere auf Biegung, von Nachteil. Hierzu kommt, daß eine statische Dichtung aus Graphit schon aus Kostengründen sehr dünn ist, was bei der üblichen Behandlung solcher Dichtungen im Betrieb zu Beschädigungen führen kann. Außerdem sind dieKferstellkosten von Blähgraphit extrem hoch,

so daß auch aus diesen Gründen eine allgemeine Verwendung dieses Dichtungsmaterial ausgeschlossen ist; eine Beimengung von Füllmaterial in größeren Mengen zur Verbilligung des Materials ist ebenfalls nicht möglich, weil dadurch die Festigkeit des so gewonnenen Materials noch geringer als die von Blähgraphit allein ist. Da Blähgraphit an sich infolge seiner Dichteigenschaften und der Tatsache, daß er keinen Asbest enthält und daher umweltfreundlich ist, ein vorteilhaftes Dichtungsmaterial ist, zielt die Erfindung darauf ab, eine allgemein verwendbare, Blähgraphit enthaltende Dichtung zu schaffen, indem die Bindefähigkeit der Blähgraphitteilchen verbessert wird, um einerseits die Festigkeit zu vergrößeren und andererseits größere Füllmittelbeimengungen zu ermöglichen.

Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß die Bindefähigkeit der Blähgraphitteilchen durch Beimengung von Elastomeren erhöht werden kann, ohne die Abdichtfähigkeit auch bei Temperaturen von etwa 5oo° C (d.h. bis in die Nähe der Einsatzgrenzen von Blähgraphit in oxidierenden Medien) unter ein für die Praxis zulässiges Maß zu vermindern. Dies ist völlig überraschend, weil Mischungen gleicher Anteile von Elastomeren mit Asbest, wie sie für statische und dynamische Zwecke vielfach verwendet werden, bei den gleichen Temperaturen ganz erheblich höhere Undichtheiten ergeben.

Ein Dichtungsmaterial aus Blähgraphit ist demnach gemäß der Erfindung im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß es ein elastomeres, feinverteiltes, vorzugsweise vulkanisiertes Bindemittel und gegebenenfalls feinkörnige Füllstoffe enthält. Ein solches Dichtungsmaterial hat also höhere Festigkeit als ein Dichtungsmaterial aus Blähgraphit ohne Bindemittel, wobei bei einem bestimmten Anteil von elastomeren Bindemitteln eine feedeutend höhere Abdichtfähigkeit gegeben ist als bei einem Dichtungsmaterial aus Asbest mit dem gleichen Elastomeranteil. Es sei erwähnt, daß beispielsweise Asbest mit einem Elastomeranteil von Io % eine mindestens hundertfach höhere Leckage aufweist als Graphitexpandat mit einem Io %igem Kautschukanteil.

4/öSRS "³ "

NACHQEREiCHTJ

Der Anteil, welcher immer nur einen Bruchteil des Gesamtgewichtes des Materials ausmachen wird, ist nur durch die Anforderungen, die an das Dichtungsmaterial bezüglich seiner mechanischen Eigenschaften bei höheren Temperaturen gestellt werden, begrenzt und wird vorteilhaft bei nicht gekammerten, mechanisch stärker beanspruchten Dichtungen nicht mehr als 7,5 Gewichtsprozent des Materials betragen. Bei Temperaturen bis mindestens 15o° C ist das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial dichter als reiner Blähgraphitj durch Vulkanisation wird die Festigkeit weiter vergrößert, was eine geringe Verschlechterung der Dichteigenschaften mit sich bringt. Vorteilhaft ist das Bindemittel Kautschuk, vorzugsweise Nitrilkautschuk, weil dann bei guten Abdichteigenschaften auch die nötige chemische Resistenz für die allgemeine industrielle Anwendung gesichert ist. Die Menge der beigemengten Füllstoffe hängt in Kombination mit dem Bindemittelanteil ebenfalls von den angestrebten mechanischen Eigenschaften des Dichtungsmaterials ab, wird aber vorteilhaft für die allgemeine Anwendung in der Industrie maximal 5o, vorzugsweise bis zu 3o Gewichtsprozent betragen. Ein solches Dichtungsmaterial weist also bedeutend niedrigere Herstellkosten ohne ins Gewicht fallende Verminderung der Dichteigenschaften auf und kann auch in größeren Dicken wirtschaftlich hergestellt werden. Als Füllstoff kommt Schwerspat, Talkum, Bentonit (Montmorillonit), Gips, Kalk, aber auch Graphit sowie gemahlener Abfall von verpreßtem expandierten Graphit in Frage; vorteilhaft ist der Füllstoff jedoch Kaolin, weil er mit reproduzierbaren Eigenschaften herstellbar und zugleich kostengünstig erhältlich ist. Die Korngröße ist dabei vorteilhaft so, daß bei einem Sieb mit der Maschenweite von o,25 mm maximal ein Rückstand von 5 % verbleibt. Besonders vorteilhaft ist aus dem erfindungsgemäßen Dichtungsmaterial eine Flachdichtung herstellbar, die mindestens eine flächige Verstärkungseinlage, vorzugsweise in Form eines Drahtsiebes, enthält. Es sei erwähnt, daß es bekannt ist, aus Blähgraphit bestehendes Flachdichtungsmaterial mit Verstärkungseinlagen zu versehen, doch bietet das erfindungsgemäße Dichtungs-

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NACHGEREICHT

(b

material wegen der verbesserten Festigkeit und der noch geringeren Herstellkosten Vorteile für den praktischen Betrieb. Dieser Vorteil tritt insbesondere dann extrem in Erscheinung, wenn an den Dichtflächen über dem verstärkenden Drahtsieb je eine Schicht Dichtungsmaterial in der Dicke von mindestens o,o5 mm, maximal jedoch 3o % der Siebdicke, vorgesehen ist.

Die ERfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtungsmaterials und ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Blähgraphits teilchenweise mit dem Bindemittel und gegebenenfalls Vulkanisationsmitteln versehen wird, gegebenenfalls ein Rest von Expandat sowie gegebenenfalls Füllstoffe zugemischt werden und anschließend das so erhaltene Gemisch durch einen Preß- oder Walzvorgang verfestigt und gegebenenfalls vulkanisiert wird. Die feine Verteilung des elastomeren Bindemittels auf dem Blähgraphit kann auf verschiedene Weise erfolgen. Besonders vorteilhaft in bezug auf Qualität der Verteilung und Kosten ist jedoch das erfindungsgemäße Verfahren, bei dem der Blähgraphit in einer wässrigen Aufschlämmung durch Ausfällen beigemischter Elastomer-Latices mit dem Bindemittel und gegebenenfalls Vulkanisationsmitteln versehen wird und anschließend durch Trocknung wieder in Pulverform gebracht wird. Für die Herstellung eines Flachdichtungsmaterials ergibt sich analog als besonders vorteilhaft ein Verfahren, bei dem der Blähgraphit durch Ausfällen beigemischter Elastomer-Latices mit dem Bindemittel und gegebenenfalls Vulkanisationsmitteln versehen wird und aus dieser gegebenenfalls mit beigemischten Füllstoffen versehenen Aufschlämmung nach Art der Papierherstellung durch Auflaufen auf eine entwässernde Siebunterlage ein feuchtes Vlies gebildet wird, das anschließend getrocknet, verfestigt und gegebenenfalls vulkanisiert wird. Es ergibt sich ein vollkommen homogenes Dichtungsmaterial ausgezeichneter Qualität, das in beliebigen Längen rationell herstellbar ist. Die Erfindung wird nun anhand von vier Beispielen erläutert.

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nachgereicht;

Beispiel 1

9o g Graphitexpandat (Schüttgewicht ca. 23 g/l) wurde unter Rühren on 9,9 1 Wasser eingegeben und langsam ein Gemisch von Io g (Festkörpergewicht) NBR-Latex (Breon 1562), versetzt mit Vulkanisationsmitteln, zufließen gelassen. Nach etwa 5 Min. Rühren wurden langsam 24 ml einer 5 %igen wässrigen Kalialaun (KAL(SO.)_-)-Lösung zugesetzt und bis zur vollständigen Koagulation weitergeführt. Hierauf wurde abfiltriert und der Rückstand sorgfältig im Trockenschrank bei ca. loo° C getrocknet.

37,5 g des so erhaltenen Pulvers wurde mit 14,4 g gewöhnlichem Expandat und 48,1 g Kaolin Airflo V8 (Firma Watts, Blake Bearne Co. Ltd.) homogen vermischt.

3,5 g dieses nun 3,75 Gewichtsprozent Kautschuk und 48,1 % Kaolin enthaltenden Gemisches wurde nun chargenweise in eine ringförmige Preßform für einen Ring 7o χ 5o mm 0 eingefüllt und mit Hilfe eines Stempels vorgepreßt. Anschließend wurde die Form unter einer Presse mit 12,5 to (66 N/mm ) belastet, wobei derP reßdruck gleichförmig innerhalb 3o see. auf die volle Last gesteigert wurde. Nach einer Preßzeit von 6o see. wurde der gepreßte Ring von 1,2 mm Dicke ausgebaut und während 15 Min. bei 16o° C im Trockenschrank vulkanisiert.

Dieser Ring wies eine ausgezeichnete Festigkeit auf und war damit den Belastungen eines Einbaues durch normales Montagepersonal voll gewachsen. Die für die Dichtfunktion wichtigen Verformungseigenschaften wurden nun mit Hilfe eines Gerätes festgestellt, das hydraulisch zuerst bei Zimmertemperatur

und anschließend bei 3oo° C unabhängig von der Dickenabnahme

2 des Ringes auf diesen einen Druck von 5o N/mm ausübt. Im kalten Zustand wurde dabei eine Verformung von etwa 17 % (Kaltverformung) festgestellt, was etwa in der Größe der Kaltverformung eines reinen Blähgraphitringes gleicher Dimension unter derselben Beanspruchung entspricht (vgl. Beispiel 3), Diese Werte sind im Vergleich zu den KaIt-

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I nachgereicht]

verformungswerten eines kautschukgebundenen Asbest (It-)-Materials, bei welchem bei gleicher Dicke für gute Qualitäten (It 4oo nach DIN 3754) dieser Wert etwa 9 % beträgt, sehr hoch, was von Vorteil ist, weil durch diese Kaltverformung eine gute Anpassung des Dxchtungsmaterxals an die Gegenflächen

gewährleistet ist. Nach der anschließenden Erwärmung auf 3oo° C

2 unter Aufrechterhaltung der Pressung von 5o N/mm ergab sich eine zusätzliche Warmverformung von etwa 2,ο %. Dieser Wert (der im Gegensatz zur Kaltverformung möglichst klein sein sollte) ist zwar etwas schlechter als bei reinem Blähgraphit, bei dem sogar eine leichte Dickenzunahme feststellbar ist, aber bedeutend besser als bei einem guten It-Material gleicher Dicke, wo dieser Wert etwa 4 - 5 % beträgt. Auch das Dichtverhalten des erfindungsgemäßen Dichtungsmaterials war ausgezeichnet.

Bei der Prüfung des Ringes auf sein Abdichtverhalten gegen

2 4o bar Stickstoff bei einer Flächenpressung von 2o N/mm ergab sich eine Leckmenge von 14 ml pro Minute, was etwa der Dichtheit von It 4oo nach DIN 3754 entspricht. Eine Prüfung des gleichen Ringes nach einer einstündigen Erwärmung bei 5oo C ergab nur einen Wert von 57 ml Stickstoff pro Minute, wogegen die Leckmenge beim Parallelversuch mit It-Material bei nur 2o bar Stickstoff etwa 66o ml/min, betrug und bei 4o bar keine praktisch brauchbare Dichtheit erzielbar war.

Die oben dargelegten Ergebnisse sowie solche mit anderen Prozentsätzen von Kautschuk und Kaolin sind auch beiliegender Tabelle ersichtlich, wobei die Kaltverformung etwas unverändert bleibt.

Kautschuk	Kaolin	Warmver	N--Leckage ;	nach Erwärmung auf 500° C ; ml/min.
2,5	^%	formung	vor ml/min.	6O :
3,75	48,8	IrO	14	64 i
5	48,1	2,1	14	68 j
7,5	31,7	2,4	6,4	70
3o,8	4,o	6

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Beispiel 2 "

4 g des gemäß Beispiel 1 hergestellten Gemisches mit 3,75 Gewichts prozent Kautschuk, 48,1 % Kaolin und Graphitexpandat wurden in eine rechteckige, abgerundete Ecken aufweisende Preßform von 125 χ 75 mm gefüllt, gut verteilt, ein Drahtsieb in der Dicke von o,52 mm in der gleichen Dimension darübergelegt, worauf wieder 4 g des Gemisches verteilt wurden. Nach Aufsetzen des Stempels wurde dieser Sandwich 3 Sekunden bei einem Preßdruck

2
von 36,7 ton (4o N/mm ) gepreßt, aus der Form entfernt und Minuten bei 16o° C vulkanisiert. Es ergab sich eine fertige Dicke von o,68 mm; es war also über dem verstärkenden Drahtsieb je eine Schicht Dichtungsmaterial in der Dicke von 0,08 mm vorhanden, was also etwa 15 % der Siebdicke entspricht. Es ergab sich bei den in Beispiel 1 genannten Prüfbedingungen für einen Ring 5o χ 7o mm 0 eine Kaltverformung von etwa 8 % und eine Warmverformung von - o,6 % (Dickenzunähme). Das Dichtverhalten nach den im Beispiel 1 genannten Prüfbedingungen ergab im kalten Zustand 19 ml/min. N~, nach einstündiger Erwärmung bei 5oo° C 23,9 ml/min. N„. Nach den Ausführungen zu Beispiel 1 ergibt sich daraus, daß dies ausgezeichnete Werte sind.

Beispiel 3

Graphitexpandat mit einem Kautschukanteil von 3,75 % (hergestellt nach dem in Beispiel 1 angegebenen Verfahren) wurde wie in Beispiel 1 erläutert - zu einem Ring verpreßt. Es ergaben sich folgende Meßwerte:

(Für den Vergleich mit einem gleich hergestellten Ring ohne Kautschukanteil sind dessen Prüfwerte in Klammer angegeben). Kaltdickenabnahme 19 % (16 %)
Warmdickenabnahme l,o % (- 2 %)
N^-Leckage o,15 ml/min. (l,o ml/min.)

N,,-Leckage nach einstündiger Erwärmung auf 5oo° C 2 ml/min. * (1 ml/min.)

Ein so hergestelltes Dichtungsmaterial ließ sich um einen Dorn von 2o mm 0 ohne weiteres biegen, wogegen ein aus reinem Graphit-

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I NACHGEREICHT

— fi «·

expandat unter gleichen Bedingungen hergestelltes Material gleicher Dicke ohne Bruch nur um einen Dorn von 35 mm 0 biegbar war.

Es ist natürlich möglich, in Abwandlung des Herstellungsverfahrens nach Beispiel 1 nach Koagulation des Latex kein trockenes Preßpulver herzustellen, sonderndie Aufschlämmung nach Art der Papierherstellung in flächiger Form zu entwässern und zu trocknen. Anschließend daran kann das Material dann noch verfestigt und - falls erforderlich - vulkanisiert werden, worauf beispielsweise die Herstellung von Dichtungsringen durch Ausstanzen der so gebildeten Platte erfolgen kann.

Beispiel 4

Es wurde aus 5,o g Gummi Europrene 15oo, o,37 g Vulkanisationsmittel und 175,ο g Toluol eine Stammlösung erzeugt; 8o g dieser Stammlösung wurden mit 2o g Graphitexpandat und 42o g Toluol durch 15 Minuten langes Rühren vermischt, in ein Filtriergefäß gegeben, wo das Toluol abgesaugt und das mit Gummi versehene Expandat verblieb. Dieses wurde 4 Stunden bei 9o° C getrocknet. Es ergab sich unter Berücksichtigung des im abgesaugten Toluol verbliebenen Kautschuks ein Gummiexpandat mit einem Kautschukgehalt von etwa Io %. 8,5 g dieses mit Gummi versetzten Expandats wurden mit 3,5 g reinem Expandat sowie 12 g Bentonit gut vermischt und - wie in Beispiel 1 dargelegt zu einem Ring von 5o χ 7o mm 0 mit 1 mm Dicke verpreßt; es sind natürlich auch andere Preßdrücke möglich, als in Beispiel 1 angegeben, doch wurde bei allen Beispielen der gleiche gewählt, um einwandfrei vergleichen zu können. Bliese etwa 3,5 % Kautschuk enthaltenden Ringe hatten eine für normale Lagerung und Montage voll geeignete Festigkeit. Bei der Prüfung ergab sich eine Kaltverformung von 16 % und eine Warmverformung von 1,5 % sowie eine Undichtheit in kaltem Zustand von 11 ml/min, η ach der einstündigen Ausheizung und bei 5oo° C von 45 ml/min, was im Verglich zu den bisher in der Industrie zumeist angewandten Dichtungen ein ausgezeichnetes Ergebnis darstellt.

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Claims

Patentansprüche

. 1. Dichtungsmaterial aus Blähgraphit, dadurch gekennzeichnet, daß es feinverteilt ein elastomeres, vorzugsweise vulkanisiertes Bindemittel und gegebenenfalls feinkörnige Füllstoffe enthält.
2. Dichtungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es maximal 7,5 % des elastomeren, feinverteilten, vorzugsweise vulkanisierten Bindemittels enthält.
3. Dichtungsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel Kautschuk, vorzugsweise Nitrilkautschuk, ist.
4. Dichtungsmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es maximal 5o, vorzugsweise bis zu 3o Gewichtsprozent feinkörnigen Füllstoff enthält.
5. Dichtungsmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Kaolin ist, dessen Korngröße vorteilhaft zu 95 % kleiner als o,25 mmist.
6. Flachdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es mindestens eine flächige Verstärkungseinlage, vorzugsweise in Form eines Drahtsiebes, enthält.
7. Flachdichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Dichtflächen über dem verstärkenden Drahtsieb je eine Schicht Dichtungsmaterial in der Dicke von mindestens o,o5 mm

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- Io -

(MGMAL INSPECTED

NACHGEREIOHT

-Ka-

maximal jedoch 3o % der Siebdicke, vorgesehen ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Dichtungsmaterials nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Blähgraphits teilchenweise mit dem Bindemittel und gegebenenfalls Vulkanisationsmitteln versehen wird, gegebenenfalls ein Rest von Expandat sowie gegebenenfalls Füllstoffe zugemischt werden und anschließend das so erhaltene Gemisch durch einen Preß- oder Walzvorgang verf estigt und gegebenenfalls vulkanisiert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Blähgraphit in einer wässrigen Aufschlämmung durch Ausfällen beigemischter Elastomer-Latices mit dem Bindemittel und gegebenenfalls Vulkanisationsmitteln versehen wird und anschießend durch Trocknung wieder in Pulverform gebracht wird.

Io. Verfahren zur Herstellung eines Flachdichtungsmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Blähgraphit durch Ausfällen beigemischter Elastomer-Latices mit dem Bindemittel und gegebenenfalls Vulkanisationsmitteln versehen wird und aus dieser gegebenenfalls mit beigemischten Füllstoffen versehenen Aufschlämmung nach Art der Papierherstellung durch Auflaufen auf eine entwässernde siebunterlage ein feuchtes Vlies gebildet wird, das anschließend getrocknet, verfestigt und gegebenenfalls vulkanisiert wird.