DE3121221C2

DE3121221C2 -

Info

Publication number: DE3121221C2
Application number: DE3121221A
Authority: DE
Inventors: Jerry Charleston S.C. Us Zucker; Carl E. Hanahan S.C. Us Chivers; Donald E. Summerville S.C. Us Jefferson
Original assignee: RAYBESTOS-MANHATTAN Inc TRUMBULL CONN US
Current assignee: RAYBESTOS-MANHATTAN Inc TRUMBULL CONN US
Priority date: 1980-06-02
Filing date: 1981-05-27
Publication date: 1989-12-28
Also published as: US4357436A; CA1160388A; GB2076833B; JPS5718217A; DE3121221A1; IT8148579A0; IT1171264B; GB2076833A; FR2483398A1; FR2483398B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Isoliermaterials, insbesondere eines Wärmeisoliermaterials aus einer Mischung von etwa 25 bis etwa 65% anorganischer Faser, etwa 2,5 bis etwa 35% Silikonharz, etwa 5 bis etwa 40% wei terem Elastomeren und von 0 bis etwa 55% festen feinteiligen Füllstoffen.

Es besteht ein großer und ständig wachsender Bedarf für ge formte Materialien mit gutem Wärmeisoliervermögen und gleich zeitig ausreichender Dauerhaftigkeit und Festigkeit bei unter schiedlichen Temperaturen, einschließlich hohen Temperaturen. In der Vergangenheit wurden in vielen solchen Produkten As bestfasern wegen der ausgezeichneten Hochtemperatureigenschaften von Asbest und der verhältnismäßigen Leichtigkeit, mit welcher sich Asbest mit anderen Materialien, z. B. Draht, Ela stomeren und anderen Polymerisaten kombinieren läßt, verwendet. In letzter Zeit werden möglichst asbestfreie Isoliermate rialien benötigt, da Asbeststaub gesundheitsgefährdend ist.

Leider hatte man in der Industrie keinen gleichwertigen Ersatz für Asbest. Glasfasern lassen sich nicht bei hohen Temperatu ren verwenden. Keramikfasern besitzen gute Hochtemperaturei genschaften, sind jedoch schwierig zu handhaben und wurden hauptsächlich in loser Form verwendet.

In der US-PS 33 95 071 ist die Herstellung von Asbest und Si likonharze enthaltenden, zusammengesetzten Platten beschrieben. Die US-PS 38 35 054 und die darin erwähnten Literaturstellen behandeln die Verwendung von Keramikfasern zur Herstellung von Wärmeisolierplatten.

Aus der DE-Z. "Plastverarbeiter", 28, Nr. 4, Seiten 199 bis 201 (1977) sind Verstärkungsstoffe und Füllstoffe für Kunst stoffe bekannt, darunter auch Asbest- und Glasfasern und fein teilige mineralische Füllstoffe wie Kreide, Kaolin, Wollastonit, Bariumsulfat, Diatomeenerde, Kieselsäure, Ruß, Glimmer, Talkum, Metalloxide und Metallpulver.

Aus der DE-OS 21 62 233 ist ein Verfahren zur Herstellung ela stischer Folien bekannt, die sich durch gute Isoliereigen schaften gegenüber Schall und Wärme auszeichnen und eine gute Beständigkeit gegenüber mechanischen und chemischen Einflüssen besitzen. Hierzu wird ein granulierter thermoplastischer Kunststoff mit einem granulierten elastomeren Kunststoff in einem Verhältnis von 1 : 10 bis 1 : 2 auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen Kunststoffs, jedoch unterhalb der Zersetzungstemperatur des elastomeren Kunststoffs erhitzt, zu einer Folie extrudiert und abgekühlt. Als thermoplastische Kunststoffe werden vorzugsweise Polyäthy len, Polypropylen, Polyester, PVC und deren Copolymerisate verwendet, als Elastomere dagegen Polybutadien, ABS-Kaut schuke, Polyisopren, Polyurethan und dergleichen.

Aus der DE-OS 24 00 271 ist es bekannt, flüchtige Komponenten aus einer Kunststoffmasse in einem Schneckenextruder dadurch auszutreiben, daß Dampf oder ein anderes Gas in die Kunststoff masse eingeblasen wird, im Gegenstrom durch die Kunststoffmasse gepreßt und in einer Zone erniedrigten Drucks zusammen mit der flüchtigen Komoponente abgezogen wird. Als flüchtige Kom ponente können z. B. Lösungsmittel auf diese Weise ausgetrieben werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, mit dem es gelingt, möglichst asbestfreie, leicht formbare Formkörper mit guten isolierenden Eigenschaften, insbesondere guten wärmeisolierenden Eigenschaften, auf einfache und wirtschaftliche Weise her zustellen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man eine pastenförmige Mischung aus Silikonharz, einem weiten Ela stomeren und anorganischen Fasern mit einem Lösungsmittel her stellt, die Mischung unter Druckanwendung formt und dann bis zur Verdampfung des Lösungsmittels und der mindestens partiellen Aushärtung des Elastomeren und des Harzes aushärtet.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind durch die Merkmale der Patentansprüche 2 bis 13 ge kennzeichnet.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß ein Wärmeisoliermaterial aus einer verformbaren Paste hergestellt werden kann, die keramische und andere anorganische Fasern, Silikonharz, ein weiteres Elastomer und wahlweise Füllstoffe sowie ausreichend Lösungsmittel enthält, um das Gemisch in einem besonderen Verfahrensgang unter Druckanwendung formbar zu machen. Nach Überführung des Materials in die gewünschte Form wird es zu einem nicht porösen Festkörper mit überraschend gu ten Wärmeisolationseigenschaften wärmegehärtet. Die formbare, jedoch formbewahrende Eigenschaft der ungehärteten Mischung erlaubt die Herstellung einer großen Vielzahl von Produkten auf wirtschaftliche Weise, ohne daß dabei die bei der Handha bung keramischer Fasern beobachteten Probleme auftreten.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand bevorzugter Ausführungs formen näher beschrieben:

Gemäß der Erfindung wird ein mindestens zum Teil gelöstes Elastomeres und Silikonharz zur Bildung einer Bindermatrix für anorganische Fasern und andere feste Füllstoffe verwendet. Die verwendete Lösungsmittelmenge reicht aus, daß die Mischung eine pastenartige Konsistenz besitzt, so daß die Mischung durch Druckformung, Strangpressen, Auswalzen oder anderweitig in die gewünschte Form und/oder Dicke gebracht werden kann, worauf die so geformte Masse zu einem Feststoff wärmegehärtet wird, wie dies im folgenden ausführlich beschrieben wird.

Das Endprodukt besteht nach Verdampfung des Lösungsmittels in der Regel aus etwa 25 bis etwa 65% anorganischer Faser, wovon mindestens ein Hauptanteil keramische Fasern sind, etwa 5 bis etwa 40% Elastomeren, etwa 2,5 bis etwa 35% Silikonharz und 0 bis etwa 55% festen Füllstoffen.

Die beschriebene Zusammensetzung kann gegebenenfalls frei von Asbest sein, und ein überwiegender Anteil des anorganischen Fasergehalts besteht vorzugsweise aus keramischen Fasern, d. h. polykristallinen Metalloxidfasern mit einer hohen Schmelztemperatur von typischerweise über 1650°C. Solche Fasern bestehen aus Aluminiumoxid oder Kalziumoxid und Kieselsäure sowie kleineren Mengen anderer Metalloxide, z. B. von Eisen, Titan und Magnesium. Andere Fasern, die sich nur im Gemisch mit den Keramikfasern eignen, sind Asbest fasern, verschiedene Arten von Glasfasern, entweder modi fiziert oder unmodifiziert, Kohlefasern und dergleichen.

Die Art des verwendeten Gummis oder Elastomeren ist nicht kritisch, vorausgesetzt, daß das Elastomere teilweise in dem zu verwendenden Lösungsmittel gelöst werden kann und die für seine Handhabung geeignete Viskosität und/oder Fließeigenschaften besitzt. Besonders bevorzugt sind Styrol- Butadienkautschuke und Neoprene, obwohl auch andere, z. B. Butylkautschuk, Polybutadien, Nitrilkautschuke, Silikone und Fluorkohlenstoffe sowie Mischungen derselben verwendet werden können. Verschiedene andere elastische Polymerisate sind ebenfalls geeignet, einschließlich z. B. Styrol und Urethanharze sowie Polyäthylenoxid.

Für gewisse Anwendungen, insbesondere wenn eine rasche oder partielle Härtung des Elastomeren während der Verarbeitung gewünscht ist, können dem Elastomeren übliche Beschleuniger einverleibt werden. Wenn beispielsweise das lösungsmittel haltige Material auf einer rotierenden Trommel zu einer Folie geformt wird, empfiehlt sich eine partielle Härtung des Materials, so daß die Folie bei Ent fernung von der Trommel ihre Form beibehält.

Das Elastomere scheint in der Zusammensetzung eine mindestens doppelte Funktion auszuüben. Vor dem Aushärten liefert das Elastomere die erforderliche Kohäsion, um die festen Bestand teile zu einer gleichförmigen Mischung einzubinden und das Material in die gewünschte Form bringen zu können. Nach dem Aushärten des Materials und insbesondere bei Einwirkung hoher Temperaturen auf das Material wird das Elastomere wahrschein lich mindestens teilweise zersetzt oder abgebaut, während die verbleibenden Komponenten aus dem abgebauten Elastomeren dem Endprodukt eine gewisse Struktur und Integrität verleihen.

Das in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung verwendete Silikonharz ist eines von zahlreichen handelsüblichen Harzen, die im wesentlichen eine dreidimensionale, verzweigte Kette besitzen und aus einem di- und trifunktionelle Monomere oder Mischungen derselben enthaltenden Gemisch von Chlorsilanen hergestellt wurden. Als nicht ganz äquivalente Alternative kann das Silikonharz ganz oder teilweise durch Silikonkaut schuk ersetzt werden. Der Hauptzweck des Harzes in der Mischung besteht darin, als fester Binder für die Mischung beim Härten zu dienen. Insbesondere bei erhöhten Temperaturen kann ein Teil des Harzes nahe an den Oberflächen des Formkörpers sich zu Silikaten zersetzen, was den Isolierwert weiter erhöht und die Oberfläche gegenüber Wärme und Oxidation beständiger macht.

Außer den vorstehenden Bestandteilen empfiehlt sich in der Regel die Einverleibung fester Füllstoffe oder Mischungen derselben, wobei diese Füllstoffe für gewöhnlich in fein teiliger, körniger oder Pulverform zugegeben werden, so daß sie sich gleichmäßiger mit den anderen Komponenten ver mischen und der Mischung eine zusätzliche Struktur und Vis kosität verleihen. In einigen Fällen hängt die jeweilige Wahl der Füllstoffe von den in dem fertigen Gegenstand ge wünschten Eigenschaften ab. Besonders geeignete Füllstoffe umfassen Titanoxid und Glimmer und Mischungen derselben. Andere geeignete Füllstoffe sind z. B. Bariumsulfat, Kalzium sulfat, Kalziumsilikat, Aluminiumsilikat, Magnesiumoxid, Vermiculit, Diatomeenerde, mikroskopisch kleine Glaskügel chen, Graphit und Polytetrafluoräthylen. Die letzteren beiden Komponenten werden in vorteilhafter Weise bei der Herstellung von Dichtungen, z. B. Ventilstößeldichtungen, zugegeben, wo eine gewisse Schmierfähigkeit erwünscht ist.

Wie bereits gesagt, werden die verschiedenen Komponenten des Isoliermaterials zunächst mit ausreichend Lösungsmittel ge mischt, bis die Mischung eine pastenförmige Konsistenz be sitzt. Je nach dem verwendeten Elastomeren sind geeignete Lösungsmittel z. B. Toluol, Benzin, Benzol, Methylenchlorid und dergleichen. In typischer Weise enthält die Ausgangsmi schung mit der gewünschten Konsistenz etwa 40 bis etwa 60% Lösungsmittel, bezogen auf das Gewicht der anderen Stoffe.

Zur Herstellung der Paste wird das Elastomere zuerst mit zu seiner Lösung ausreichendem Lösungsmittel gemischt. In typi scher Weise besteht die Mischung zu etwa 10 bis etwa 25% aus dem Elastomeren. Dann wird die anorganische Faser zugegeben und es wird bis zur Erzielung einer gleichförmigen Mi schung gemischt. Man gibt das Harz zusammen mit weiteren Füllstoffen zu und mischt weiter. Nach Erzielung einer im wesentlichen gleichförmigen Mischung können andere Stoffe, z. B. Stapelglasfasern, zugegeben werden. Die Stapelglas fasern eignen sich besonders als Verstärkungsmaterial.

Das Verhältnis der Menge an Elastomeren zu Silikonharz in dem Binder und die Menge von Gesamtfaser zu Gesamtbinder in der Mischung kann in weiten Grenzen variieren, je nach der zur Bildung der Paste angewendeten Methode. In der Regel erzielt man optimale Ergebnisse bei Verwendung von etwa 0,5 bis etwa 8 Teilen Elastomeres auf 1 Teil Silikonharz und von 1,25 bis etwa 2,50 Teilen Gesamtfaser zu 1 Teil Gesamt binder.

Nach Beendigung des Mischvorgangs ist die Mischung im wesent lichen glatt und pastenförmig und kann dann in die gewünschte Form, z. B. in die Form von Folien, Streifen, Röhren, Zylindern und in noch komplexere Formen gebracht werden. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das ungehärtete Material nach üblichen Methoden, wie Strangpressen, Druck verformen und dergleichen, zu jeder beliebigen Größe, Form oder jedem beliebigen Muster verformbar ist und je nach der für das Endprodukt gewünschten Form leicht zugeschnitten, abgerundet oder gefaltet werden kann.

Das geformte Material wird dann durch Einwirkung von Wärme ausgehärtet. Vorzugsweise wird die Temperatur des Materials allmählich über eine Zeitspanne erhöht, bis das Lösungsmittel verdampft und der Kautschuk und das Harz ausgehärtet sind. Die erforderliche Zeit und Temperatur hängt von der Dicke und der Form des Gegenstands ab. In typischer Weise können Ofentemperaturen von unter 93°C auf 260°C oder höher während etwa 1 bis zu 6 Stunden zur Erzielung der Aushärtung erhöht werden. Die optimalen Härtungsbedingungen lassen sich vom Fachmann leicht festlegen. In einigen Fällen, wo das Produkt eine gewisse Flexibilität aufweisen muß, kann die Mischung nur partiell ausgehärtet werden.

Das fertige ausgehärtete Produkt, das aus einer Matrix aus den Fasern und den Füllstoffen in dem Kautschuk- und Silikon binder besteht, besitzt eine Dichte in der Größenordnung von etwa 48,06 g/cm³ bis zu etwa 80,9 g/cm³ und besitzt Wärmeeigenschaften, die denjenigen von anderen vergleichbaren Produkten, einschließlich den großen Asbestmengen enthaltenden, überlegen sind, wie die folgenden Beispiele zeigen.

Beispiel 1

Die folgenden Mischungen (Gewichtsprozent) wurden durch Mischen in einem Pfleiderer-Kneter hergestellt:

Nach gründlichem Mischen besitzt jede der vorstehenden Zusam mensetzungen eine pastenartige Konsistenz und wird zu Folien stranggepreßt. Die Folien wurden dann in einem Ofen bei mit 99°C beginnenden und bei 232°C endenden Temperaturen während 4 Stunden ausgehärtet.

Beispiel 2

Nach dem Verfahren von Beispiel 1 wurde Folienmaterial aus den folgenden Zusammensetzungen (Gewichtsprozent) herge stellt:

Bei der Beurteilung der vorstehenden Proben und anderen Proben mit anderen Zusammensetzungen stellte sich als wichtige Eigen schaft die extrem geringe Wärmeleitfähigkeit des Produkts her aus. Bei Durchschnittstemperaturen zwischen 93 und 482°C ver läuft die Wärmeleitfähigkeit im wesentlichen linear und geht von etwa 0,09 bis etwa 0,13 [kcal/m · h· °C]. So beträgt die Wärmeleitfähigkeit bei Temperaturen unter etwa 482°C weniger als 0,10. Im Vergleich dazu besitzen Asbestplatten oder Folien über den gleichen Temperaturbereich eine Wärmeleitfähigkeit im Bereich von 0,13 bis 0,21 [kcal/m · h· °C].

Um den Isolierwert noch deutlicher zu veranschaulichen, wurde der Temperaturabfall über eine Dreimillimeterfolie eines typischen erfindungsgemäßen Materials bei verschiedenen Tem peraturen gemessen; die erzielten Werte sind die folgenden:

Temperatur (°C) auf einer Seite der Folie
Temperaturabfall (°C) über die Folie
316
185
427	262
538	335
816	560

Das erfindungsgemäße Produkt eignet sich insbesondere als Wärmedämmaterial, z. B. zur Wärmeisolierung von Abgasanlagen und Motorräumen in Transportfahrzeugen, von Heizkesselisolie rungen, Haushalts- und technischen Geräten, sowie für viele andere Zwecke, z. B. als Verpackungs- oder Dichtungsmaterial.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Isoliermaterials, insbesondere eines Wärmeisoliermaterials aus einer Mischung von etwa 25 bis etwa 65% anorganischer Faser, etwa 2,5 bis etwa 35% Silikonharz, etwa 5 bis etwa 40% weiterem Elastomeren und von 0 bis etwa 55% festen feinteiligen Füllstoffen, dadurch ge kennzeichnet, daß man eine pastenförmige Mischung aus Silikon harz, einem weiteren Elastomeren und anorganischen Fasern mit einem Lösungsmittel herstellt, die Mischung unter Druckanwendung formt und dann bis zur Verdampfung des Lösungsmittels und der mindestens partiellen Aushärtung des Elastomeren und des Harzes aushärtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pastenförmige Mischung stranggepreßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pastenförmige Mischung zu einer Folie oder Platte geformt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Fasern Keramikfasern verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anorganische Fasern ein Gemenge aus keramischen Fasern und Glasfasern verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung noch feinteilige feste Füllstoffe einverleibt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Silikonharz und das weitere Elastomere gehärtet und in dem festen Körper partiell thermisch abgebaut sind.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der überwiegende Anteil der anorganischen Fasern aus keramischen Fasern besteht.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Elastomere Styrol-Butadienkautschuk ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die festen feinteiligen Füllstoffe Titandioxid und Glimmer sind.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste feinteilige Füllstoff Vermiculit ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste feinteilige Füllstoff aus Mikrokügelchen besteht.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der feste feinteilige Füllstoff aus Diatomeenerde besteht.