DE3137111A1 - Verbindung zwischen einem festen werkstoffteil aus metall, kunststoff oder dgl., und einem elastomeren teil, insbesondere fuer dichtungsringe - Google Patents

Verbindung zwischen einem festen werkstoffteil aus metall, kunststoff oder dgl., und einem elastomeren teil, insbesondere fuer dichtungsringe

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Description

  • Verbindung zwischen einem festen Werkstoffteil
  • aus Metall, Kunststoff oder dgl., und einem elastomeren Teil, insbesondere für Dichtungsringe.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine-Verbindung zwischen einem festen Werkstoffteil aus Metall, Kunststoff oder dgl., und einem elastomeren Teil, insbesondere für Dichtungsringe, gemäß dem-Oberbegriff des Anspruches 1.
  • Verbindungen dieser Art werden in der Technik vielfach benutzt, beispielsweise bei sogenannten Schwingmetallen, bei denen elastomere Körper als Schwingungsdämpfungskörper geeigneter Formgebung auf metallischen Halterungen, wie Platten, Bügeln oder dgl. befestigt sind und zur schwingungsdämpfenden Abstützung von Maschinen, wie Motoren, Kompressoren usw., dienen. Von besonderer Bedeutung sind solche Verbindungen bei Dichtungen, insbesondere Lippendichtungen, bei denen das Dichtelement, beispielsweise der Lippendichtring, mit einem Verstärkungsring aus Metall oder Kunststoff fest verbunden ist. In allen diesen Fällen muß die Verbindung zwischen dem festen Teil aus Metall, Kunststoff oder dgl. und dem elastomeren Teil den verschiedensten Betriebsbedingungen, beispielsweise unterschiedlichen Wärmebelastungen, statischen sowie dynamischen Beanspruchungen, gleichermaßen standhalten. Bei Dichtungen soll außerdem diese Verbindung widerstandsfähig gegen chemische Medien, wic Öle, sein, aber auch beständig gegen heiße Flüssigkeiten, insbesondere Wasser.
  • Die bekannten Verbindungen zwischen dem metallischen Teil, beispielsweise dem Verstärkunysring eines Lippendicht- ringes und dem Dichtelement des Lippendichtringes, der aus aminisch oder mit Bisphenol A vernetztem Fluorelastomer besteht und bei denen diese Teile durch eine Silanschicht miteinander verbunden sind, haben den Nachteil, daß sie nur für wenige aggressive Medien geeignet sind und höheren mechanischen, insbesondere dynamischen Beanspruchungen nicht gewachsen sind. Es gibt beispielsweise keine Dichtungen, die gleichermaßen gegenüber heißem Wasser und chemischen Medien, wie Öle,Alkohole usw., ausreichend beständig sind.
  • Mit den bekannten Bindemitteln, die bisher für die Haftung von aminisch oder mit Bisphenol A vernetzbaren Fluorpolymeren verwendet wurden, kann man zwar nach der primären Vulkanisation eine bei Peroxid-oder Gammastrahlen-vernetzbaren Fluorelastomeren ausreichende Haftung erzielen, jedoch wird diese Haftung bei der notwendigen Temperung der Lippendichtringe bei Temperaturen zwischen 2100 und 270° C und Temperzeiten zwischen 5 und 36 Stunden so stark geschwächt, daß Dichtungen, insbesondere Lippendichtringe, nicht mehr voll einsatzfähig sind, da sie den mechanischen Beanspruchungen, insbesondere den dynamischen Belastungen, nicht mehr genügen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die hohen mechanischen und chemischen Beanspruchungen,insbesondere durch Öle, Alkohole und dergl. sowie heißem Wasser standhält und deren Haftung bei der für die Herstellung der Dichtungen notwendigen Temperung bei Temperaturen zwischen 2100 und 2700 C weder geschwächt, noch in sonstiger Weise funktionsunfähig wird.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Verbindung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausbildungen enthalten die Unteransprüche der auf die Verbindung gerichteten Ansprüche. Gegenstand der Erfindung sind ferner Verfahren zur Herstellung der Verbindung nach Anspruch 1.
  • Nach der Erfindung besteht somit das Dichtelement aus dem gegen chemische Angriffe und mechanische Belastungen sehr widerstandsfähigen peroxidisch vernetzbaren Fluorelastomerwerkstoff und wird durch zwei Schichten von Bindemitteln an den festen Werkstoffteil, beispielsweise an den metallischen Verstärkungsring eines Lippendichtungsringes, anvulkanisiert. Dabei besteht die erste tèrbindungsschicht aus einem Gemisch monomerer Silane, auf welche die zweite, aus einem durch Peroxid, Gammastrahlen oder aminisch vernetzbaren fluoriertem Polymer bestehende Verbindungsschicht, vorzugsweise in Lösung, aufgebracht ist.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt schematisch einen Axialschnitt durch einen Dichtring, der aus einem metallischen Verstärkungsring und dem Dichtelement besteht, die durch Vulkanisation verbunden sind.
  • Fig. 2 zeigt schematisch einen Schnitt -nach:. Linie II-II der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.
  • Der Dichtring nach Fig. 1 weist einen festen Werkstoffteil in Form eines aus Metall oder Kunststoff bestehenden Verstärkungsringes 1 auf, der mit einem elastomeren Werkstoff 2, beispielsweise einem Fluorelastomer, welcher zur Dichtlippe 5 ausgeformt ist, durch Anvulkanisieren fest verbunden ist. Der Dichtring ist in seiner Einbaulage dargestellt, in der die Dichtlippe durch eine Feder 6 an das abzudichtende Teil, z.B. eine Welle, angepreßt wird.
  • Bei den bekannten Dichtringen dieser Art ist der Verstärkungsring 1 mit dem elastomeren Teil 2, welches das elastische Dichtelement bildet, durch eine aus Silanen bestehende Verbindungsschicht fest verbunden. Das Dichtelement 2 kann z.B. aus aminisch oder mit Bisphenol A vernetzten Fluorpolymeren bestehen. Die Verbindungsschicht zwischen dem Metall- oder Kunststoff-Verstärkungsring 1 und dem Dichtelement 2 besteht bei den bekannten Ausführungen aus monomerischen Silanen. Erfindungsgemäß ist diese erste aus monomerischen Silanen bestehende Verbindungsschicht 3 mit einer zweiten Verbindungsschicht 4 aus vernetzbarem fluoriertem Polymer versehen, die das Bindemittel zwischen der ersten Verbindungsschicht 3 und dem Dichtelement 2 ausvernetzbarem Fluorelastomerwerkstoff bildet. Dabei kann das fluorierte Polymer peroxidischp durch Gammastrahlen oder aminisch vernetzbar sein. Ebenso kann das Fluorelastomer, welches das Dichtelement 2 bildet, durch Peroxid, Gammastrahlen oder aminisch vernetzbar sein Zur Herstellung dieser Verbindung ist vorgesehen, daß die zweite Verbindungsschicht 4 eine Lösung aus einem an den festen Teil 1 zu bindenden peroxidisch vernetzbaren Fluorpolymer sowie einem Peroxid und einem Lösungsmittel, wie beispielsweise Methyläthylketon, besteht. Diese Lösung wird auf die erste Verbindungsschicht aus monomerem Silan in einfacher Weise aufgebracht, wonach der feste Teil drucklos und unter Wärmeeinwirkung getempert und dann das aus vernetzbarem Fluorelastomer bestehende Dichtelement 2 auf die konsistent gewordene Lösung 4 aufvulkanisiert wird.
  • Bei einer bevorzugten Ausführung besteht die zweite Verbindungsschicht 4 aus einer Lösung von ca. 95 Gewichtsteilen peroxid-vernetzbarem Fluorpolymer, etwa 3 Gewichtsteilen Peroxid, beispielsweise 2,5 Dimethyl - 2,5 Ditertiär-Butyl-Peroxy-Hexan und 2000 Gewichtsteilen Methyläthylketon oder Aceton. Das Verfahren zur Herstellung der Verbindung kann auch in der Weise durchgeführt werden, daß die zweite Verbindungsschicht 4 aus einer Lösung eines Fluorelastomeres mit 0 - 5 Gewichtsteilen eines Peroxids oder Bisphenol A oder Hexamethylendiamin in Methyläthylketon besteht. Diese Lösung wird auf den zunächst mit monomeren Silanen als erste Verbindungsschicht 3 versehenen festen Teil 1 aufgebracht. Nach dem Aufbringen dieser zweiten Verbindungsschicht wird der feste Teil 1, also beispielsweise der Verstärkungsring eines Dichtelementes, drucklos bei einer Temperatur von 1200-bis 1800 C für etwa 5 bis 60 Minuten getempert, wodurch eine sehr gute Haftung nach Anvulkanisieren des Dichtelementes erzielt wird. Nach der notwendigen Temperung des ganzen Lippendichtringes oder eines sonstigen Teiles wird eine für das einwandfreie Funktionieren desselben absolut ausreichende Haftung erreicht.
  • Eine erfindungsgemäße Lösung für die zweite Verbindungsschicht 4 kann ferner im wesentlichen aus 100 Teilen peroxidvernetzbarem Fluorelastomer, 0 - 50 Teilen eines Rußes, 0 - 10 Teilen Calciumhydroxid, 0 - 6-Teilen eines Ko-Vernetzers, wie Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat, 0 - 6 Teilen eines Peroxides, z.B. 2,5 Dimethyl - 2,5 Ditertiär-Butyl-Peroxy-Hexan und 2000 Teilen Methyläthylketon bestehen. Die einzelnen Bestandteile, bis auf das Methyläthylketon, werden auf in der Kautschukindustrie üblichen Mischvorrichtungen zu einem Gemisch, einem sogenannten Batch, verarbeitet und anschließend wird dieses Gemisch (Batch) in Methyläthylketon gelöst.
  • Diese Batch-Lösung oder Suspension wird wiederum auf eine mit Silangemischen vorbehandelte Oberfläche des festen Teiles1jalso auf die erste Verbindungsschicht 3, entweder durch Tauchen, Spritzen oder in sonstiger geeigneter Weise aufgebracht. Danach wird drucklos unter Einwirkung von Temperatur bei etwa 1200 bis 1800 C für eine Dauer von 5 bis 60 Minuten vernetzt. Es entsteht beim Anvulkanisieren des Elastomerwerkstoffes die erforderliche Haftung.
  • Im folgenden wird an einem Beispiel die überraschend gute Haftung der erfindungsgemäßen Verbindung zwischen peroxidvernetzbaren Fluorelastomerwerkstoffen als Dichtelement 2 und dem Metallteil 1 veranschaulicht.
  • Das Metallteil 1, im Ausführungsbeispiel ein Verstärkungs- ring eines Dichtungsringes, wird zunächst entfettet, dann mit einer Lösung für die erste Verbindungsschicht 3 durch Tauchen oder Spritzen versehen. Eine solche Lösung für die erste Verbindungsschicht kann aus einem Lösungsmittel Isopropanol von etwa 95 Gewichtsteilen bestehen und einem Vinyltriäthoxysilan von 5 Gewichtsteilen. An die Stelle des Vinyltriäthoxysilan kann auch ein Gemisch verschiedener Silane treten. In diesem Falle werden etwa 66 Gewichtsteile Isopropanol mit etwa 34 Gewichtsteile verschiedener Silane zur Lösung verarbeitet. Nach dem Aufbringen dieser Lösung durch Tauchen oder Spritzen auf die Berührungsfläche des festen Metallteiles 1 und nach etwa 20 bis 40 Minuten Lufttrocknung bei 209 bis 1500 C wird ebenfalls durch einfaches Tauchen oder Spritzen die erfindungsgemäße zweite Verbindungsschicht 4 auf die erste Verbindungsschicht 3 aufgebracht. Diese zweite Verbindungsschicht 4 besteht nach einem Beispiel aus 95 Gewichtsteilen peroxidvernetzbarem Fluorpolymer, etwa 30 Gewichtsteilen Ruß, 6 Gewichtsteilen Calciumhydroxid, 3 Gewichtsteilen Triallylcyanurat, 2,5 Dimethyl - 2,5 Ditertiär- Butyl-Peroxy-Hexan und 2000 Gewichtsteilen Methyläthylketon oder Aceton als Lösungsmittel.
  • Nach einem zweiten Beispiel kann die erfindungsgemäße Lösung für die zweite Verbindungsschicht 4 auch aus etwa 95 Gewichtsteilen peroxidvernetzbarem Fluorpolymer und 3 Gewichtsteilen 2,5 Dimethyl - 2,5 Ditertiär-Butyl-Peroxy-Hexan und 2000 Gewichtsteilen Methyläthylketon bestehen.
  • Nachdem somit durch Tauchen oder Spritzen die zweite Verbindungsschicht 4 auf die bereits auf dem festen Teil 1 aufgebrachte Verbindungsschicht 3 aufgebracht ist, wird der feste Teil 1 drucklos in einem Wärmeschrank für eine Zeitdauer von 5 bis 60 Minuten bei 1200 bis 1800 C weiterbehandelt. Danach wird das so vorbehandelte feste Teil 1, auf dem nun die erste Verbindungsschicht 3 und die zweite Verbindungsschicht 4 in konsistenter Form aufgebracht sind, mit einem Fluorelastomerwerkstoff vulkanisiert (in An- lehnung an die "ASTM" - American Society Testing Method -D 429-68 Methode A - diese "ASTM" beinhaltet die Prüfung der Gummi-Metallbindung -). Der Fluorelastomerwerkstoff kann beispielsweise wie folgt zusammengesetzt sein: 95 Gewichtsteile peusidvernetzbares Fluorpolymer, 30 Gewichtsteile Ruß, 5 Gewichtsteile Wachs, 6 Gewichtsteile Calciumhydroxid, 3 Gewichtsteile Triallylcyanurat, 3 Gewichtsteile Peroxid.
  • Man erhält auf diese Weise zwischen einem festen und einem elastomeren Teil eine dauerhafte Verbindung, die gegen dynamische Beanspruchungen fest und auch gegen heißes Wasser und chemische Einflüsse, wie ble, Methanole usw., sehr beständig ist. Dabei kann der feste Werkstoffteil aus Metall, Kunststoff oder dgl. bestehen und der elastomere Teil Eigenschaften haben, die ihn insbesondere für Dichtungsringe, Schwingmetalle und für ähnliche Anwendungen geeignet machen. Dabei ist überraschend, daß diese Verbindungen auch bei Temperaturen von 2100 bis 2700 C dauerhaft sind.

Claims (10)

  1. Ansprüche: W Verbindung zwischen einem festen Werkstoffteil aus Metall, Kunststoff oder dgl., und einem Elastomer-Teilg insbesondere für Dichtungsringe, bei denen ein Verstärkungsring aus Metall, Kunststoff oder dgl mit einem Dichtelement aus elastomerem Werkstoff, wie Fluorelastomer, mittels mindestens einer auf die Verbindungsfläche des festen Werkstoffteiles aufgebrachten, beispielsweise aus Silanen bestehendenverbindungsschicht durch Anvulkanisieren fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsschicht (3) mit einer zweiten Schicht (4) versehen ist, die aus vernetzbarem fluoriertem Polymer besteht und die das Bindemittel zwischen der ersten Verbindungsschicht (3) und dem vernetzbaren Fluorelastomer-Teil (2) bildet.
  2. 2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vernetzbare fluorierte Polymer durch Peroxid, Gammastrahlen oder aminisch vernetzt ist, und daß die erste Verbindungsschicht (3) in an sich bekannter Weise aus monomeren Silanen besteht.
  3. 3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluorelastomer-Teil (2) durch Peroxid, Gammastrahlen oder aminisch vernetzt ist.
  4. 4. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindungsschicht (4) eine Lösung aus einem an den festen Teil (1) zu bindenden peroxid-vernetzbaren Fluorpolymer sowie einem Peroxid und einem Lösungsmittel, beispielsweise Methyläthylketon, ist, die auf die erste aus einem Gemisch auf der Basis von monomeren Silanen bestehende Verbindungsschicht (3) des festen Teiles (1) aufgebracht wird und danach der feste Teil (1) drucklos und hunter Wärmeeinwirkung getempert und dann das aus peroxid-vernetzbarem Fluorelastomer bestehende Teil (2) auf die konsistente Schicht (4) aufvulkanisiert wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindungsschicht (4) eine Lösung von etwa 95 Gewichtsteilen peroxidvernetzbarem Fluorpolymer, etwa 3 Gewichtsteilen Peroxid und etwa 2000 Gewichtsteilen Methyläthylketon oder- Aceton besteht.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindungsschicht aus einer Lösung eines Fluorelastomers mit 0 -5 Gewichtsteilen eines Peroxids oder Bisphenol A oder Hexamethylendiamin und Methyläthylketon besteht.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Fluorelastomer-Werkstoff eine Mischung mit Peroxid, hellen oder dunklen Füllstoffen, wie Ruß, Bariumsulfat, Kieselkreide, etc.
    sowie anderen an sich bekannten Verarbeitungshilfsmitteln, wie Wachs usw., hergestellt wirdr die in Methyläthylketon gelöst und auf den festen Teil (1) mit der ersten Verbindungsschicht (3) aufvulkanisiert wird.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung für die zweite Bindemittelschicht im wesentlichen aus 100 Teilen peroxid-vernetzbarem Fluorelastomer, 0 - 50 Teilen eines Rußes, 0 - 10 Teilen Calciumhydroxid, 0 - 6 Teilen eines Ko-Vernetzers, beispielsweise Triallylcyanurat, Triallylisocyanurat, 0 - 6 Teilen eines Peroxides, beispielsweise 2,5 Dimethyl- 2,5 Ditertiär-Butyl-Peroxy-Hexan und 2000 Teilen Methyläthylketon, besteht, und daß die einzelnen Bestandteile mit Ausnahme des Methyläthylketons auf an sich bekannten Mischvorrichtungen zu einem Gemisch (Batch) verarbeitet werden, das anschließend in Methyläthylketon gelöst wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verbindungsschicht als Lösung durch Tauchen oder Spritzen auf die erste Verbindungsschicht aufgebracht und danach drucklos unter Einwirkung von einer Temperatur zwischen 1200 bis 1800 C für eine bestimmte Zeit, vorzugsweise 5 - 60 hin. vernetzt wird und anschließend der peroxidisch vernetzte Fluorelastomerwerkstoff-Teil (2) anvulkanisiert wird.
  10. 10. Verfahren. zur Herstellung einer Verbindung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluorelastomer-Teil (2) ein Lippendichtungsring ist, der mit einem die Dichtlippe (5) tragenden metallischen Verstärkungsring (1) verbunden ist.
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