DE3415568A1 - Asbestfreies, biegsames bahnmaterial - Google Patents

Asbestfreies, biegsames bahnmaterial

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DE3415568A1 DE19843415568 DE3415568A DE3415568A1 DE 3415568 A1 DE3415568 A1 DE 3415568A1 DE 19843415568 DE19843415568 DE 19843415568 DE 3415568 A DE3415568 A DE 3415568A DE 3415568 A1 DE3415568 A1 DE 3415568A1
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Description

Die Erfindung betrifft ein biegsames Bahnmaterial das sich zur Verwendung für die Herstellung von Dichtungen eignet, insbesondere Zylinderkopfdichtungen für Verbrennungsmotoren.
Ein solches Material wird üblicherweise aus Asbestfasern als überwiegender Bestandteil, Zellulosefasern und Teilchen von Baryten (als ölbeständiger Füllstoff) hergestellt, die alle mit einem Binder verbunden sind, der gewöhnlich ein organisches Polymeres ist. Das Material wird unter Anwendung üblicher Papiermaschinen, wie einer Fourdriniermaschine hergestellt und wird tatsächlich oft "Asbestpapier" genannt. Bei der Herstellung von Zylinderkopfdichtungen werden zwei Längen Asbestpapier (gewöhnlich mit einer Dicke im Bereich von 0,3 - 1,3 mm) von Rollen abgezogen und mit einem Metallblech (z.B. einem Zinnblech), das das Stützelement der Dichtung dazwischen bilden soll, zwischen Walzen gezogen, welche die zwei Papierbahnen in Eingriff mit dem Metallblech bringen, beispielsweise durch das Eindrücken von flachen Zungen auf dem Metallblech in das Papier. Von der so gebildeten Verbundbahn werden dann Dichtungsrohlinge in der gewünschten Form gestanzt.
Die vorliegende Erfindung liefert Papier, das nicht auf der Basis von Asbest beruht, jedoch die erforderlichen Eigenschäften zur Verwendung als Zylinderkopfdichtungen hat, insbesondere die Biegsamkeit und Zugfestigkeit für die Weiterverarbeitung für Dichtungen ohne den Zusammenhang zu verlieren und die Fähigkeit, nicht nur gegen Zylindergase, sondern auch gegen wasserhaltige Rostschutzmittel und gegen öl abzudichten. Außerdem ist es erwünscht, daß die Dichtung leicht vom Zylinderkopf entfernbar sein soll, wenn der Kopf vom Zylinderblock abgenommen wird.
Das astbestfreie, biegsame Bahnmaterial der Erfindung wird durch gewöhnliche Papiermachermethoden gemacht, jedoch
unter Anwendung einer wässrigen Papiermacher-Aufschlämmung von besonderen Bestandteilen, die in besonderen Mengenanteilen benutzt werden. Das herkömmliche Verfahren kann so zusammengefaßt werden, daß man eine wässrige Aufschlämmung der verschiedenen Bestandteile des Papieres nach und nach als Schicht auf einer wasserdurchlässigen Förderunterlage entwässert und die entwässerte Schicht dann gepreßt und getrocknet wird. Die neue wässrige Papiermacher-Aufschlämmung, die im Verfahren der Erfindung verwendet wird, enthält die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengenanteileh, bezogen auf Trockengewicht
Plastischer Ton 25 - 44%
Kalziumsilikat mit hoher spezifischer Oberfläche 15 - 40%
Zellulosefasern 3-15%
Organischer Polymerbinder 5-15%
Fibrillierte Poly(aromatische Amid-)
fasern 1-15%
Der plastische Ton, der im unraffinierten Zustand verwendet wird, ist der Bestandteil, welcher dem fertigen Papier den grundlegenden Zusammenhang, kombiniert mit Biegsamkeit, verleiht. Zusätzlich unterstützt sein Vorliegen sehr die Bildung einer Schicht von guter "Grünfestigkeit" auf der
wasserdurchlässigen Förderunterlage der Papiermaschine.
Die Funktion der Zellulosefasern besteht hauptsächlich darin, die Bildung einer Bahn auf der wasserdurchlässigen Förderunterlage der Papiermaschine zu unterstützen. Die
Zellulosefasern werden zweckmäßig mit einem Mahlgrad von 60 - 90° Schopper Riegler eingesetzt.
Der organische Polymerbinder ist vorzugsweise ein Synthesekautschuk, da dieser die Biegsamkeit des fertigen Papieres verbessert. Der Synthesekautschuk ist vorzugsweise ein
Nitrilkautschuk, wie ein Acrylnitril-Butadien Copolymer, zweckmäßig mit einem Butadiengehalt von 25 - 75 Gew.-%.
Bei der Herstellung des Papiers wird der Synthesekautschuk in verteilter oder dispergierter Form in die wässrige Aufschlämmung eingebracht, die nach und nach entwässert wird, zweckmäßig durch Verwendung eines im Handel erhältlichen Latex, der ein Dispergiermittel enthält.
Die fibrillierten Fasern von Poly(aromatisches Amid) oder "Aramid" unterstützen die Bildung einer Bahn, jedoch nicht so wirksam wie die Zellulosefasern. Sie sind jedoch viel besser als Zellulosefasern in ihrer Fähigkeit, Festigkeit gegen hohe Temperaturen (280 - 3000C) zu verleihen, bei welchen die fertige Dichtung arbeiten soll. Ein sehr geeignetes Aramid ist Poly—(p-benzamid) das unter der Handelsbezeichnung Kevlar erhältlich ist. Die Fasern werden in fibrillierter Form verwendet, d.h. mit Seitenzweigen, die sich von einem Hauptstamm erstrecken, und wegen ihrer verzweigten Natur sind sie gewöhnlich flaumige Massen oder "Pulpen" von geringer Schüttdichte, größenordnungsmäßig von 0,1 g/cm3. Vorzugsweise bildet das Aramid wenigstens 2 Gew.-% des Papiers und demgemäß wenigstens 2 Gew.-% der Feststoffe in der Aufschlämmung, aus welcher das Papier gebildet wird.
Das Kalziumsilikat hoher spezifischer Oberfläche ("hoch" bedeutet wenigstens 10 m2/g) ist, wie gefunden wurde, ein Absorbens für Wasser und öl, das seine Wirksamkeit in Gegenwart aller anderer Materialien des Papiers beibehält, gleichgültig ob sie fasrig oder nichtfasrig sind. Das Kalziumsilikat liegt vorzugsweise in hydratisierter Form vor. Die Dichtungseigenschaften des Papiers gegen Wasser können verbessert werden, in dem ein Wachs einbezogen wird, wie ein Paraffinwachs, zweckmäßig in einer Menge 1-5 Gew.-% des Papiers.
Die Zugfestigkeit des Papiers wird verbessert, wenn man schwarzes Eisenoxid (Fe^O.) einbezieht, zweckmäßig in einer Menge von 2-10 Gew.-%. Das Oxid hilft auch das Bewegen des Papiers unter dem Druck der Maschinenschrauben bei Lauftemperaturen zu verhindern.
Zur Verbesserung der Entwässerung der Bahn auf der Papiermaschine kann die ihr zugeführte wässrige Aufschlämmung eine Mineralwolle in einer Menge von 1-8 Gew.-% der
1^ Aufschlämmungsfeststoffe enthalten. Die wässrige Aufschlämmung kann auch ein nichtfasriges Schichtsilikatmineral enthalten, das zweckmäßig Glimmer oder Chlorit ist, um dem fertigen Papier weitere Hitzebeständigkeit zu verleihen. Ein geeigneter Mengenanteil beträgt 2 -
!5 15 Gew.-% der Aufschlämmungsfeststoffe.
Die Dichte des erzeugten Papiers liegt gewöhnlich im Bereich von 800 - 1500 kg/m3.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1
Dieses Beispiel zeigt die Herstellung eines asbestfreien Dichtungspapiers aus einer wässrigen Aufschlämmung mit einem Feststoffgehalt der folgenden Zusammensetzung:
% Trockengewicht
Zellulosefasern
30
Zellulosefasern 10
Fibrilliertes Poly(aromatisches
Amid) 10
Plastischer Ton 35
Hydratisiertes Kalziumsilikat 28
Schwarzes Eisenoxid 5
Nitrilkautschuk 10
Wachs 2
— 7 —
A. Herstellung der Aufschlämmung
i) Lapponia-Zellstoff (gebleichter Weichholz-Sulfat-Zellstoff) in bogenform wurde zu einer wässrigen Aufschlämmung von etwa 3 Gew.-% Feststoffgehalt gebildet und im Scheibenrefiner behandelt, bis der Mahlgrad 80° Schopper Riegler betrug.
ii) Der Zellstoff von i) (1 kg Trockengewicht = 33 kg Naßgewicht) wurde zu 113,5 1 Wasser bei 600C in einen Mischtank gegeben und die verdünnte Aufschlämmung kräftig eine min lang gerührt. Dann wurden nacheinander unter kräftigem Rühren folgende Bestandteile eingebracht:
Fibrilliertes Poly (aromatisches Amid): 50 1 einer
wässrigen Suspension, enthaltend 2 Gew.-% des unter der Bezeichnung Kevlar Pulp im Handel befindlichen Materials.
Schwarzes Eisenoxid: 500 g, dispergiert in 10 1 Wasser.
Plastischer 3,5 kg (98% geht durch ein Sieb von 2 0 μπι Ton *
lichter Maschenweite, 82% gehen durch ein
Sieb von 2 μΐη lichter Maschenweite) .
Hydratisiertes Kalziumsilikat: (CaO, 36,5; SiO-r 48%);
2,8 kg (pH 11; spezifische Oberfläche BET m2/g; Schüttdichte 0,25 g/cm3)·
Paraffin/Petrolatumemulsion: 200 g (durchschnittliche
Teilchengröße 1 μπι) Trockengewicht in 2 1 Wasser.
Schließlich wurde ein im Handel erhältlicher wässriger Acrylnitril-Butadien Copolymerlatex (pH 9,5 - 12; Feststoff gehalt 30 - 34%; Acrylnxtrilgehalt des Copolymeren 33%) verdünnt mit dem 5-fachen des eigenen Volumens an Wasser, zugesetzt.
iii) Das pH der Aufschlänunung im Mischer wurde dann auf etwa 4,5 herabgesetzt, indem Papiermacher Alaun (Aluminiumsulfat) zugesetzt wurde. Die überstehende Flüssigkeit, die nach Aufhören des Rührens verblieb, war klar, was anzeigte, daß die dispergierten Kautschuktexlchen des Latex alle auf den Fasern und den Füllstoffen niedergeschlagen waren. Dann wurde Wasser von 6O0C zugesetzt, um das Gesamtvolumen des vorhandenen Wassers auf 500 1 zu bringen und das Rühren wurde 3 min fortgesetzt. 10
B. Herstellung des Papiers
Die obige Aufschlämmung A wurde in vollständig üblicher Weise zu einem biegsamen Bahnmaterial geformt, in dem ein herkömmliches anionisches Polyacrylamid-Ausflockungsmittel und Antischaummittel verwendet wurde, indem sie auf einer Fourdrinier-Flachdraht-Papiermaschine, wie sie in den Kapiteln 10 und 11 von "Paper and Board Manufacture" von Julius Grant, Jams H. Young und Barry G. Watson, Verlag: Technical Division, The British Paper and Board Industry Federation, London 1978 beschrieben ist, verarbeitet wurde. Die Aufschlämmung wird nach und nach entwässert, wenn sie auf der wasserdurchlässigen Förderunterlage der Maschine wandert und das entwässerte Material wird durch Pressen zwischen Walzen verfestigt. Das so gebildete.Bahnmaterial wird auf geheizten Zylindern getrocknet, zwischen geheizten Druckwalzen kalandriert (Temperatur 130 - 1500C) und auf Rollen aufgewickelt.
Die Eigenschaften der aus der Auf schlänunung A erhaltenen zwei biegsamen Bahnmaterialien waren folgende:
Dicke ram 0,43 0,74
Masse/Einheitsfläche g/m2 580 1022
Dichte kg/m3 1350 1381
Zugfestigkeit
Maschinenrichtung MPa 9,3 7,3
Querrichtung MPa 7,2 5,0
Kompression bei 6,89 MPa % 4,3 5
Kompressionserholung % 64 65
Beispiel 2
Indem man im allgemeinen der Arbeitsweise von Beispiel 1 folgte, wurden asbestfreie Papiere aus einer wässrigen Aufschlämmung hergestellt, deren Trockenfeststoffgehalt sich von der von Beispiel 1 darin unterschied, daß sie nur 5% fibrilliertes Poly-(aromatisches Amid)·anstatt 10 Gew.-% enthielt, jedoch zusätzlich 5 Gew.-% Mineralwolle aufwies.
Die Eigenschaften der zwei biegsamen Bahnmaterialien waren
wie folgt:
20
Dicke mm 0,38 0,72
Masse/Einheitsfläche g/m2 487 914
Dichte kg/m3 1281 1270
Zugfestigkeit
Maschinenrichtung MPa 6,2 6,5
Querrichtung MPa 5,2 4,8
Kompression bei 6,89 MPa % 9 8
Kompressionserholung % 63 48
Beispiel 3
Indem man im allgemeinen der Arbeitsweise von Beispiel 1 folgte, wurden asbestfreie Papiere aus einer wässrigen Aufschlämmung hergestellt, deren Trockenfeststoffgehalt folgende Zusammensetzung hatte:
- 10 -
% Trockengewicht
Zellulosefasern 8
Fibrilliertes Poly-(aromatisches Amid) 4
Plastischer Ton 33
Hydratisiertes Kalziumsilikat 25
Mineralwolle 5
Schwarzes Eisenoxid 5
Nitrilkautschuk 8
Wachs 2
Chlorit 10
Die Eigenschaften des biegsamen Bandmaterials waren wie
folgt:
Dicke mm 0,68
Masse/Einheitsfläche g/m2 917
Dichte kg/m3 1348
Zugfestigkeit
Maschinenrichtung MPa 6,7
Querrichtung MPa 4,2
Kompression bie 6,89 MPa % 5
Kompressionserholung % 58
Plastischer Ton ist ein feinkörniger, stark plastischer und hauptsächlich kaolinitischer sedimentärer Ton. Die Begriffe "kaolinitisch" und "Kaolinit" sind mineralogische Begriffe und geben einen Hinweis auf die chemische Zusammensetzung und die chemische Struktur. Sie dürfen jedoch nicht mit dem Begriff "Kaolin" verwechselt werden, der einen sehr feuerfesten Ton definiert, welcher sich dem Mineral Koalinit in chemischer Zusammensetzung und Struktur nähert, der jedoch im Gegensatz zu plastischem Ton kaum plastisch ist. Verschiedene Typen von plastischem Ton enthalten wechselnde Mengen an Kaolin, eines glimmerartigen Materials sowie Quarz zusammen mit kleinen Mengen anorganischer Materialien sowie andere Mineralien. Plastische Tone werden hauptsächlich zur Herstellung von Töpfereiwaren und feuerfesten Materialien eingesetzt, jedoch nicht als solche, da sie eine übermäßige Schrumpfung zeigen, die bis zu 20 % betragen kann, wenn gebrannt wird, sondern vielmehr in Mischung mit anderen Tonen, wie dem weiter oben erwähnten Kaolin, damit sie plastisch werden
*w und damit die Grünfestigkeit der nichtgebrannten Ware verbessert wird. Die Plastizität von plastischen Tonen, wegen welcher sie geschätzt werden, geht wahrscheinlich auf eine Kombination aus feinen Teilchengrößen und das Vorliegen von kolloidalem kohlenstoffhaltigen Material, den sog.
^° Huminsäuren, zurück.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE
1. Asbestfreies, biegsames Bahnmaterial, hergestellt durch Entwässerung einer Schicht von wässriger Aufschlämmung auf einer wasserdurchlässigen Förderunterlage und Komprimieren und Trocknen der entwässerten Schicht,· dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete wässrige Aufschlämmung eine solche ist, welche die folgenden Bestandteile in den folgenden Mengenanteilen, bezogen auf Trockengewicht, aufweist:
Plastischer Ton 25 - 44% Kalziumsilikat mit hoher spezifischer
Oberfläche 15 - 40%
Zellulosefasern 3-15%
Organischer Polymerbinder 5-15% Fibrillierte Poly(aromatische Amid-)
Fasern 1 - 15%.
D-8000 München 2
Isartorplatz 6
POB 26 02 47
D-8000 München 26
Kabel:
Muebopat
Telefon
089/221483-7
Telecopier Infotec 6400 B Telex
G II+ III (089)22 96 43 5-24
2. Asbestfreies, biegsames Bahnmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung auch ein Wachs enthält.
3. Asbestfreies, biegsames Bahnmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung auch schwarzes Eisenoxid enthält.
4. Asbestfreies, biegsames Bahnmaterial nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung auch eine Mineralwolle enthält.
5. Asbestfreies, biegsames Bahnmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufschlämmung auch nicht-fasriges Schichtsilikatmineral enthält.
6. Verwendung des asbestfreien, biegsamen Bahnmaterials nach Anspruch 1 bis 5 als Dichtungsmaterial, insbesondere befestigt an einem Metallträger.
7. Dichtung, enthaltend das asbestfreie, biegsame Bahnmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, befestigt oder aufgebracht auf eine Metallunterlage.
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