DE3025341C2

DE3025341C2 -

Info

Publication number: DE3025341C2
Application number: DE3025341T
Authority: DE
Inventors: Richard P. Norwood Mass. Us Foster; Gregory C. Foxboro Mass. Us Brodin
Original assignee: Hollingsworth and Vose Co
Current assignee: Hollingsworth and Vose Co
Priority date: 1979-02-05
Filing date: 1980-02-04
Publication date: 1991-05-02
Also published as: GB2057029A; WO1980001576A1; EP0023512A1; DE3025341T1; EP0023512B1; GB2057029B; EP0023512A4

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines flächigen Materials in Form einer Faserbahn, welche organische Fasern und ein Gemisch von aufgeblättertem Vermiculit mit einem anderen anorganischen, asbestfreien feinteiligen Füllstoff enthält, als Material für hitzebeständige Dichtungen. Dieses Material soll als Wärmeisolierung, Elektroisolierung und als Trägermedium für Entfeuchtungsapparate und Wärmeaustauscher verwendet werden können.

Die US-PS 34 34 917 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Vermiculit-Papier durch Behandlung von Rohvermiculit durch Eintauchen in Lösungen von Natriumchlorid und Lithiumsalzen, nachfolgendes Abspülen dieser Salzlösung, Aufblähen des Vermiculits, Zuschneiden des aufgeblähten Vermiculits unter Bildung von Platten, Klassifizierung des Materials, Flockulieren und Rückgewinnung des Vermiculitbreis. Das auf diese Weise gewonnene Blatt- oder Bahnmaterial soll als Hochtemperatur-Isolierung oder Elektroisolierung geeignet sein, ist jedoch ungenügend und unbefriedigend hinsichtlich seiner Naßdruckfestigkeit, Zähigkeit, Zusammendrückbarkeit und anderen wichtigen Eigenschaften und außerdem schwierig herzustellen.

Die US-PS 34 59 629 betrifft ein feuerfestes Baumaterial, welches aus einer Mischung von Holzteilchen und nicht expandiertem Vermiculit-Ton besteht, die mit einem geeigneten Bindemittel verbunden sind.

In der US-PS 35 33 907 wurde ferner vorgeschlagen, eine wasserabweisende Wärmeisolierungsplatte als naßgelegtes Blatt herzustellen, das wasserabweisenden, mit Asphalt umhüllten, durch Wärme aufgeblätterten Vermiculit und Cellulose- oder Asbestfasern zusammen mit einem Bindemittel enthält. Das Produkt weist eine sehr geringe Dichte und hohe Zusammendrückbarkeit auf, so daß es für die Verwendung als Dichtung zum Abdichten gegen Flüssigkeiten und Gase völlig ungeeignet ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das aus der US-PS 34 34 917 bekannte Vermiculitpapier in der Weise zu verbessern, daß es auch für hitzebeständige Dichtungen verwendet werden kann und daß es weiterhin auch technisch weniger aufwendig hergestellt werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Somit ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines flächigen Materials in Form einer Faserbahn, welche organische Fasern und ein Gemisch von aufgeblättertem Vermiculit mit einem anderen anorganischen, asbestfreien feinteiligen Füllstoff enthält, als Material für hitzebeständige Dichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Komponenten in der Faserbahn mittels eines organischen Bindemittels verbunden sind,
das Gemisch eine solche Teilchengröße hat, daß es ein Sieb einer Maschenweite von 180 μm passiert,
die Fasermenge 1 bis 30 Gew.-%, die Menge des Gemisches 70 bis 99 Gew.-% und die Menge des Bindemittels 3 bis 30 Gew.-%, bezogen jeweils auf das Gesamtgewicht von Fasern und Gemisch, und die Menge des Vermiculits 25 bis 70 Gew.-% des Gemisches beträgt,
dieses flächige Material eine Dichte von 0,64 bis 1,92 g/cm³, eine Zugfestigkeit von wenigstens 3,45 N/mm² (unabhängig von der Maschinenrichtung), eine Kompression von 7 bis 50% und eine Erholung von 20 bis 70% bei 6,9 N/mm², eine Dichtungsfähigkeit von 30 cm³/Stunde maximal bei 3,45 N/mm² und eine Spannungsentlastung von maximal 50% bei 100°C aufweist.

Dieses flexible flächige Material oder Blattmaterial in Form einer abgebundenen Faserbahn, das organische Fasern, ein organisches Bindemittel und ein Gemisch von feinteiligem aufgeblättertem Vermiculit mit einem weiteren asbestfreien anorganischen, feinteiligen Füllstoff enthält, weist eine außergewöhnlich vorteilhafte Kombination von Eigenschaften auf, die es als Dichtungsmaterial, z. B. als Dichtungen in Innenverbrennungsmotoren und Auspuffsystemen, besonders geeignet macht. Das flächige Material oder Blattmaterial eignet sich ferner als Wärmeisolierung beispielsweise zum Isolieren von Auspufftöpfen und Teilen des Auspuffsystems von Innenverbrennungsmotoren, als Elektroisolierung und als Trägermedium für Wärmeaustauscher und Entfeuchter.

Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Der im Blattmaterial vorhandene Vermiculit muß eine so geringe Teilchengröße haben, daß er ein Sieb einer Maschenweite von 180 μm passiert, wobei vorzugsweise wenigstens 90 Gew.-% ein Sieb einer Maschenweite von 150 μm und bis zu 50% ein 45-μm-Sieb passieren. Die Teilchengröße am unteren Ende des Bereichs scheint das Trocknen zu fördern, was auf die Verkleinerung der Zwischenraumtaschen in den aufgeblätterten Teilchen des Vermiculits zurückzuführen sein kann, und ergibt außerdem erhöhte Zugfestigkeit und geringere Wasserabsorption des Blatts. Teilchen, die größer sind als die ein 180 μm-Sieb passierenden Teilchen sind ungeeignet, da das fertige Blatt schlechte Druckfestigkeit und Wasserabsorptionseigenschaften aufweist.

Vermiculit jeder Herkunft kann verwendet werden, jedoch wurden die besten Ergebnisse mit Vermiculit aus Enoree, South Carolina, und von Libby, Montana (USA), erhalten. Er muß, vorzugsweise durch Erhitzen auf 650°C oder mehr, aufgeblättert werden, um das gebundene Wasser zwischen den Lamellen irreversibel zu entfernen. Die Teilchengröße kann auf Werte im gewünschten Bereich durch Scherwirkung entweder naß oder trocken, z. B. durch übliche Verfahren der Papierherstellung, verringert werden, indem beispielsweise eine wäßrige Dispersion des Vermiculits durch einen Mahlholländer, Stofflöser oder Refiner gegeben wird. Der Vermiculit ist vorzugsweise frei von jeglichen wasserdichtmachenden Mitteln wie z. B. Asphalt, bevor er in den Holländer, Stofflöser oder Refiner gegeben wird.

Als anorganische feinteilige, asbestfreie Füllstoffe, die mit dem Vermiculit gemischt werden, eignen sich beliebige der zahlreichen verfügbaren Füllstoffe, die hinsichtlich der Teilchengröße den gleichen Begrenzungen wie der Vermiculit unterliegen. Bevorzugt als feinteilige Füllstoffe werden beispielsweise Mineralstoffe, z. B. Glimmer, insbesondere Serizit, Kalkstein (Calciumcarbonat) und Brucit (Magnesiumhydroxid). Als Beispiele weiterer anorganischer feinteiliger Füllstoffe, die verwendet werden können, seien genannt: Baryte, Bimsstein oder Vulkanasche, Feldspat, verschiedene Tone wie Attapulgit, Bentonit und Kaolin sowie quaternisierte Tone, z. B. quaternisierter Bentonit, Glasmikrokugeln, Graphit, Glasfaserteilchen und die anderen anorganischen oder mineralischen feinteiligen Füllstoffe, die üblicherweise in der Papier-, Kautschuk- und Kunststoffindustrie verwendet werden. Talkum und ähnliche schlüpfrige, glatte, sich fettig anfühlende feinteilige Füllstoffe können zwar im Gemisch mit Vermiculit verwendet werden, jedoch werden sie nicht bevorzugt, weil sie eine überaus nachteilige Wirkung auf die Druckfestigkeit des fertigen Blatts haben.

Die Menge des im Gemisch mit anderen feinteiligen Füllstoffen vorhandenen Vermiculits liegt im Bereich von 25 bis 70% des Gewichts des Gesamtgemisches und beträgt vorzugsweise 25 bis 35 Gew.-%.

Asbestfasern sind im Blattmaterial gemäß der Erfindung weder notwendig noch erwünscht, und zwar auf Grund der karzinogenen Eigenschaften von Asbest als auch auf Grund der Tatsache, daß mit Asbest hergestellte flächige Materialien dem Blattmaterial in vielen wichtigen Eigenschaften von Dichtungen sowie Wärmeisolier- und Trägermaterialien unterlegen sind.

Je höher der Anteil des Vermiculits im Gemisch mit dem anorganischen feinteiligen, asbestfreien Füllstoff ist, um so höher sind Zugfestigkeit und Dichtungsfähigkeit des fertigen Blatts, und um so weniger haftet im Falle eines naßgelegten Blatts das letztere am Sieb, auf dem es gebildet wird, und um so weniger findet Zusetzen oder Verstopfen des Siebes statt. Je geringer der Anteil des Vermiculits im Gemisch ist, um so besser ist die Druckfestigkeit und um so geringer sind die Absorption von Wasser und Frostschutzmittel und die Quellung des fertigen Blatts. Außerdem ist im Fall eines wassergelegten Blatts die Produktionsgeschwindigkeit auf der Papiermaschine um so höher.

Wenn das Gemisch keinen Vermiculit enthält, vermag der anorganische Füllstoff nicht die gewünschte Dichtungsfähigkeit und Zugfestigkeit hervorzubringen, falls nicht der Anteil des organischen Bindemittels im Blatt wesentlich erhöht wird. Diese Erhöhung führt jedoch zu einer nachteiligen Verschlechterung der Druckfestigkeit und der restlichen Torsionskraft (d. h. erhöhte Spannungsentlastung).

Das flächige Material oder Blattmaterial gemäß der Erfindung bewahrt seine Form und Wirksamkeit als Dichtung und Wärmeisolierung bei sehr hohen Temperaturen, obwohl die organischen Fasern und das organische Bindemittel bei diesen Temperaturen zum größten Teil zerstört werden. Als Elektroisolierung zeigt es gute Durchschlagsfestigkeit und gute andere elektrische Eigenschaften. Es erfordert einen niedrigen Druck zur Verdichtung während der Herstellung, eine wichtige Eigenschaft angesichts der Notwendigkeit für das Blattmaterial, eine Dichte von wenigstens 0,64 g/cm³ aufzuweisen, um als Dichtung einwandfrei wirksam zu sein. Das verdichtete fertige Produkt zeigt überlegene Dichtungseigenschaften (ASTM F-37-68), Torsionskraftverlust oder Spannungsentlastung (ASTM F-38, Methode B) und Kriechfestigkeitseigenschaften (ASTM F-37-62 T) bei erhöhter Temperatur und Zugfestigkeit sowie ausgezeichnete Selbstloslösung. Im allgemeinen muß ein flexibles flächiges Material, um als hitzebeständiges Dichtungsmaterial geeignet zu sein, eine Dichte von 0,64 bis 1,92 g/cm³, eine Zugfestigkeit von wenigstens 3,45 N/mm² (unabhängig von der Maschinenrichtung), eine Zusammendrückung von 7 bis 50% und eine Erholung von 20 bis 70% bei 6,9 N/mm², eine Dichtungsfähigkeit von 30 cm³/Std. maximal bei 3,45 N/mm² und einen Torsionskraftverlust oder eine Spannungsentlastung von maximal 50% bei 100°C, vorzugsweise von 5 bis 40% aufweisen. Das flexible flächige, gemäß der Erfindung als hitzebeständige Dichtung verwendete Material weist alle vorstehend genannten Eigenschaften sowie erwünschte Absorptions- und Quelleigenschaften auf. Ferner ist es für viele Verwendungszwecke erwünscht, daß es eine Druckfestigkeit von 5 bis 70% hat.

Als Fasern eignen sich für das flächige, gemäß der Erfindung als hitzebeständige Dichtung verwendete Material alle organischen Fasern, die gewöhnlich zur Herstellung von wassergelegten Faserbahnen oder -blättern verwendet werden, z. B. Cellulosefasern einschließlich Holzzellstoff, und die verschiedensten synthetischen organischen Fasern beispielsweise aus regenerierter Cellulose, Acetatreyon, Superpolyamiden oder Nylon, Polyestern, Acrylharzen, Phenolharzen und Aramiden, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung "Kevlar" im Handel sind. Besonders bevorzugt werden Phenol-Formaldehydharzfasern, beispielsweise die unter der Handelsbezeichnung "Novaloid" erhältlichen Fasern, und fibrillierbare organische Fasern einschließlich der Cellulosefasern, Acrylfasern und Aramidfasern, die beispielsweise unter der Bezeichnung "Kevlar" im Handel sind. Die Fasermenge im Blatt beträgt 1 bis 30 Gew.-% des Gesamtblatts mit Ausnahme des Bindemittels, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.-% des Gesamtblatts.

Die Faserlänge ist nicht entscheidend wichtig, beträgt jedoch vorzugsweise weniger als 6,35 mm. Geeignet sind alle Fasern für die Papier- oder Blattherstellung. Es ist ferner möglich, in das Blatt als fakultatives Material einen geringen Anteil bis zu 25 Gew.-% des Gesamtblatts mit Ausnahme des Bindemittels an synthetischen anorganischen Fasern einzubeziehen, die eine verhältnismäßig große Länge in der Größenordnung von 3,2 bis 12,7 mm haben und als Verstärkung bei sehr hohen Temperaturen, insbesondere in einem als Wärmeisolierung zu verwendenden Blattmaterial dienen. Die Anwesenheit von Glasfasern hat jedoch einen nachteiligen Einfluß auf das Dichtungsvermögen des Blatts sowie seine Flüssigkeitabsorptionseigenschaften und die Leichtigkeit der Verdichtung, so daß Glasfasern in einem als hitzebeständige Dichtung zu verwendenden Blattmaterial unerwünscht sind.

Als Bindemittel können beliebige übliche organische Bindemittel dienen, die in flächigen Fasermaterialien oder -bahnen verwendet werden. Die verschiedensten Bindemittel dieser Art sind allgemein in Gebrauch. Hierzu gehören organische polymere Materialien, z. B. Styrol-Butadien-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisate, Naturkautschuk, Polychloropren, Polyarcrylate, Polyvinylchlorid und weiches Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylacetat, Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate, Phenolharze, Melamin-Formaldehydharze, Epoxyharze und Polyurethane. Die meisten dieser Bindemittel sind filmbildende Materialien. Gemische von zwei oder mehr Bindemitteln können verwendet werden, und die üblichen Zusatzstoffe oder Kompoundiermittel, z. B. Vulkanisationsmittel, Beschleuniger, Katalysatoren, Antioxydantien, Abscheidungshilfsstoffe, wasserdichtmachende Hilfsstoffe, oleophobe Materialien, Weichmacher und Streckmittel, können zusammen mit dem Bindemittel oder als dessen Teil verwendet werden. Die Menge des Bindemittels kann 3 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20% des Gesamtgewichts des Blatts, d. h. der organischen Fasern und des Gemisches von Vermiculit und anorganischem feinteiligem, asbestfreiem Füllstoff betragen.

Wenn das Blattmaterial naß gelegt wird, wie es bevorzugt wird, kann der Rohstoff dem Pulper und/oder Refiner und dem Auflaufkasten mit hoher Konsistenz in der Größenordnung von 4 bis 10% zugeführt werden, und die Wasserentfernung auf dem Sieb und den Naßpressen ist in der Größenordnung von 40 bis 50% befriedigend. Wenn der Rohstoff einschließlich der fibrillierbaren Fasern, z. B. Holzzellstoff, lange Zeit gemahlen wird, pflegen Dichte, Festigkeit und Flexibilität des fertigen Blattes zuzunehmen sowie seine Dichtungsfähigkeit und seine Flüssigkeitsabsorption verbessert zu werden. Das Bindemittel wird vorzugsweise in Form einer wäßrigen Dispersion oder eines Latex in jeder gewünschten Stufe hinter dem Pulper, Holländer oder Refiner eingeführt. Nach der Bildung der Bahn oder des Blatts auf dem Langsieb oder auf dem Rundsieb wird das Blatt beispielweise auf Zylindern getrocknet und zur Erhöhung seiner Dichte auf wenigstens 0,64 g/cm³ kalandriert.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiele

21 verschiedene Rohstoffe der in der folgenden Tabelle genannten Zusammensetzung wurden hergestellt, indem die Bestandteile in den angegebenen Gewichtsanteilen 15 bis 30 Minuten in einem Pulper gemischt wurden und dann ein naßgelegtes Blatt auf einer Langsiebmaschine gebildet, auf dem Zylinder getrocknet und zur Verdichtung des Blatts auf die angegebene Dichte kalandriert wurde. In jedem Fall wurde das Bindemittel einschließlich der verschiedenen Zusatzstoffe als Latex oder wäßrige Dispersion in üblicher Weise eingeführt, und das Mahlgut wurde dem Stoffauflaufkasten mit einer Konsistenz von 4% zugeführt. In jedem Fall wurde ein Gemisch von Vermiculit mit Calciumcarbonat und/oder Serizit und/oder Magnesiumhydroxid und/oder Ton und/oder Baryten und/oder Glimmer verwendet. Die Menge des Vermiculits betrug in jedem Fall 1/6, 1/3, 1/2 bzw. 2/3 des Gesamtgemisches, während der Rest aus einem oder mehreren der vorstehend genannten Füllstoffe bestand. Ferner wurde in jedem Fall für Vergleichszwecke ein Gemisch, das 1/6 Vermiculit enthielt, einbezogen. Der Vermiculit wurde in jedem Fall durch Wärme aufgeblättert. Seine Teilchengröße variierte etwas mit der Zeitdauer des Mahlens oder der Behandlung im Refiner, aber alle Teilchen passierten ein 180-μm-Sieb. Der andere Füllstoff hatte in jedem Fall eine solche Teilchengröße, daß er ein 180-μm-Sieb passierte, wobei mehr als 90% ein 150-μm-Sieb passierten.


Gew.-Teile
Kraftzellstoffasern (350 CSF)
5,2
Nicht schmelzbare synthetische organische Fasern	5,2
Bindemittel @	Phenolharz	1,5
Acrylnitril-Butadien-Copolymerisat, Härtemittel und Antioxydans	12,1
Gemisch von Vermiculit mit sechs verschiedenen anorganischen asbestfreien Füllstoffen in verschiedenen Anteilen	76

Die wesentlichen physikalischen Eigenschaften jedes Blatts wurden nach dem Trocknen und Verdichten gemessen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle genannt, in der die Durchschnittswerte aller Blätter, die nach dem Mengenanteil des Vermiculits im Gemisch eingestuft sind, angegeben sind. Für Vergleichszwecke sind ferner die Durchschnittswerte für Vergleichsproben, die nur Vermiculit enthielten, und Vergleichsproben, die nur andere Füllstoffe und keinen Vermiculit enthielten, angegeben. Ähnliche Ergebnisse können bei Verwendung von Vermiculit mit anderen asbestfreien anorganischen Füllstoffen erhalten werden.

Alle Produkte der vorstehenden Beispiele eigneten sich besonders gut als hitzebeständige Dichtungen. Ferner eigneten sie sich als Wärmeisolierung, als hitzebeständige Elektroisolierung und als Trägermedium für Entfeuchter und Wärmeaustauscher.

Claims

1. Verwendung eines flächigen Materials in Form einer Faserbahn, welche organische Fasern und ein Gemisch von aufgeblättertem Vermiculit mit einem anderen anorganischen, asbestfreien feinteiligen Füllstoff enthält, als Material für hitzebeständige Dichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß
die Komponenten in der Faserbahn mittels eines organischen Bindemittels verbunden sind,
das Gemisch eine solche Teilchengröße hat, daß es ein Sieb einer Maschenweite von 180 μm passiert,
die Fasermenge 1 bis 30 Gew.-%, die Menge des Gemisches 70 bis 99 Gew.-% und die Menge des Bindemittels 3 bis 30 Gew.-%, bezogen jeweils auf das Gesamtgewicht von Fasern und Gemisch, und die Menge des Vermiculits 25 bis 70 Gew.-% des Gemisches beträgt,
dieses flächige Material eine Dichte von 0,64 bis 1,92 g/cm³, eine Zugfestigkeit von wenigstens 3,45 N/mm² (unabhängig von der Maschinenrichtung), eine Kompression von 7 bis 50% und eine Erholung von 20 bis 70% bei 6,9 N/mm², eine Dichtungsfähigkeit von 30 cm³/Stunde maximal bei 3,45 N/mm² und eine Spannungsentlastung von maximal 50% bei 100°C aufweist.

2. Verwendung eines flächigen Materials nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Vermiculits 25 bis 35 Gew.-% des Gemisches beträgt.

3. Verwendung eines flächigen Materials nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der organischen Fasern 5 bis 20 Gew.-% und die Menge des Bindemittels 50 bis 20 Gew.-% beträgt.

4. Verwendung eines für hitzebeständige Dichtungen geeigneten flächigen Materials nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der organischen Fasern 5 bis 20 Gew.-% und die Menge des Bindemittels 5 bis 20 Gew.-% beträgt und das flächige Material eine Dichtungsfähigkeit von 5 cm³/Stunde bis 30 cm³/Stunde bei 3,45 N/mm² und eine Spannungsentlastung von 5 bis 40% aufweist.