DE3605981A1

DE3605981A1 - Weichstoffflachdichtungsmaterial

Info

Publication number: DE3605981A1
Application number: DE19863605981
Authority: DE
Inventors: Hans-Rainer Dr Zerfass
Original assignee: Goetze GmbH
Current assignee: Goetze GmbH
Priority date: 1986-02-25
Filing date: 1986-02-25
Publication date: 1987-08-27

Description

Die Erfindung betrifft ein Weichstoffflachdichtungsmaterial für insbesondere Zylinderkopfdichtungen von Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem gegebenenfalls metallisch verstärkten Faservlies mit Asbestfasern, organischen oder anorganischen Synthesefasern, organischen Naturfasern und/oder Metallfasern sowie meist mineralischen pulverigen bis feinkörnigen Füllstoffen, Bindemitteln und gegebenenfalls weiteren Zusätzen.

Faservliese für Weichstoffzylinderkopfdichtungen werden bevorzugt in Papierherstellungsverfahren aus den wässrigen Faseraufschlämmungen mit Bindemittelzusatz und gegebenenfalls Füllstoffzusatz oder weiteren Zusätzen hergestellt. Während ursprünglich bevorzugt Asbestfasern verwendet wurden, werden in asbestfreien Faservliesen heute Gemische aus organischen oder anorganischen Synthesefasern, organischen Naturfasern und/oder Metallfasern verwendet. Die Faservliese werden beim beidseitigen Aufwalzen auf das verstärkende Metallblech auf das gewünschte Porenvolumen verdichtet. Allerdings liegen dann vor allem entsprechend der Natur der verwendeten Fasern im Faservlies Poren unterschiedlicher Größe und Form mit einem relativ breit gefächerten Porenspektrum vor. Zu große Poren des Faservlieses beeinträchtigen das Abdichtverhalten der fertigen Dichtungsplatte, und sie könnten allenfalls nur mit extrem hohen Kalander- oder Pressenkräften weiter verdichtet werden. Bei diesen hohen Kräften treten jedoch schon Materialspannungen und Zerstörungen im gegebenenfalls metallisch verstärkten Faservlies auf, die ein einwandfreies Funktionsverhalten der Dichtung nicht mehr gewährleisten.

Es muß bei der Hersteelung auf eine hohe Verdichtung des Faservliesmaterials verzichtet werden, und die Dichtungen werden nach beispielsweise der DE-AS 23 04 505 zur Verbesserung des Abdichtverhaltens mit einer vernetzbaren polymeren Flüssigkeit imprägniert, und das flüssige Imprägniermittel wird in der fertigen Dichtung anschließend bevorzugt thermisch vernetzt.

Das Imprägnieren einer Dichtung führt zwar zu einer wesentlichen Verbesserung des Abdichtverhaltens der Dichtung, allerdings erfordert das Imprägnieren verteuernd zusätzliche Verfahrensschritte und gegebenenfalls teure Werkstoffe. Ebenso kann das Imprägniermittel im Faservlies das Funktionsverhalten der Dichtung, insbesondere in bezug auf eine Abnahme der elastischen Verformbarkeit und Zunahme der plastischen Verformbarkeit in unerwünschter Weise beeinträchtigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Weichstoffflachdichtungsmaterial gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, welches ohne zusätzliche Imprägnation etwa das Abdichtverhalten einer imprägnierten Dichtung bei gleichzeitig verbessertem Verformungsverhalten besitzt. Das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial soll zugleich einfach und kostensparend herstellbar sein.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Weichstoffflachdichtungsmaterial gelöst, welches im Faservlies fein verteilt einen feinpulverigen Füllstoff mit einem mittleren Durchmesser von unter 5 µm enthält. Als Füllstoff wird bevorzugt ein anorganischer Füllstoff mit überwiegend globularer Struktur verwendet, deren Korngröße bevorzugt sogar noch unter 2 µm liegt. Dadurch, daß der Füllstoff bei der Faservliesherstellung schon der Faseraufschlämmung direkt zugegeben ist, liegt der Füllstoff im fertiggestellten Faservlies gleichmäßig verteilt vor.

Das erfindungsgemäße hergestellte Faservlies zeigt im mikroskopischen Untersuchungsbild und durch Quecksilberporosimetrie, daß die Poren zwischen den Fasern jetzt weitgehend entsprechend der eingesetzten Füllstoffmenge mit dem Füllstoff ausgefüllt sind. Offensichtlich ist der extrem feinpulverige Füllstoff im Faservlies nach dessen Trocknung vor allem auch aufgrund seiner überwiegend globularen Struktur fließfähig und fließt beim anschließenden Verdichten durch Pressen oder Walzen in die vorhandenen Zwischenräume zwischen den Fasern ein. Beim Walzen oder Pressen des Faservlieses schon mit relativ kleinen das Faservlies nicht zerstörenden Kräften werden die vorhandenen offenen Poren weitgehend gefüllt, so daß das mit relativ kleinen Kräften verdichtete Faservlies ein, entsprechend der Füllstoffmenge eingestellt, geringes freies Porenvolumen mit kleinem äquivalentem mittlerem Porendurchmesser besitzt. Wesentlich dabei ist, daß die noch offenen Poren relativ kleinvolumig bei gleichmäßiger Größe mit geringer Größenstreuung ausgebildet sind. An mit erfindungsgemäßen Faservliesen hergestellten Dichtungen wurden Funktionsuntersuchungen durchgeführt. Die Dichtungen zeigten dabei ein Abdichtverhalten wie imprägnierte Dichtungsmaterialien und können ohne Imprägnierung wie eine herkömmlich imprägnierte Dichtung eingesetzt werden. Das plastische Verformungsverhalten beziehungsweise das Fließverhalten der Dichtung wurde über die bleibende Verformung unter Druckbelastung gemessen. Die ermittelten Werte waren höher als die herkömmlich imprägnierter Dichtungen und entsprachen denen nicht imprägnierter Dichtungen, so daß das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial mit wesentlich höherer Druckbelastung an der Dichtstelle eingebaut werden kann. Das erfindungsgemäße Dichtungsmaterial besitzt somit das hohe Abdichtverhalten einer imprägnierten Dichtung und das verbesserte Verformungsverhalten einer nicht imprägnierten Dichtung zugleich.

Weitere Untersuchungen zeigten, daß pyrogen hergestellte Kieselsäure sich als Füllstoff am besten eignet, und zwar vor allem, weil die so hergestellte Kieselsäure eine feine mittlere Korngröße von unter 5 µm beziehungsweise bevorzugt unter 2 µm bei gleichzeitig überwiegend globularer Struktur besitzt. Die Menge der eingesetzten Füllstoffe im Faservlies kann je nach gewünschtem freien Poremvolumen zwischen 20 und 80 Gewichtsprozent liegen. Dabei wurde gefunden, daß zur Erzielung optimaler Ergebnisse bei asbestfreien Faservliesen die Füllstoffmenge im Bereich zwischen 40 und 80 Gewichtsprozent liegen sollte, so daß bei einem üblichen asbestfreien Faservlies mit 10 bis 51 Gewichtsprozent Faseranteil und 5 bis 30 Gewichtsprozent Bindemittelanteil die Gewichtsverhältnisse von porenmindernder Substanz und Bindemittel zum Faseranteil zwischen 1 : 0,8 und 1 : 0,1 liegt.

Bei üblichen Asbestfaservliesen mit 30 bis 70 Gewichtsprozent Asbestfasern und 5 bis 30 Gewichtsprozent Bindemittel liegt der Füllstoffgehalt zwischen 20 und 60 Gewichtsprozent, so daß die Gewichtsverhältnisse von porenmindernder Substanz und Bindemittel zum Faseranteil zwischen 1 : 1 und 1 : 0,6 liegen. Der in den Gewichtsmengen zwischen 5 und 30 Gewichtsprozent variierbare Bindemittelgehalt muß bezogen auf den Anwendungsfall abgestimmt eingestellt werden. Zu geringe Bindemittelanteile ergeben Faservliese mit zu geringer Festigkeit und bei hohen Bindemittelanteilen wird die Fließgrenze des Materials erniedrigt. Die bevorzugt verwendeten Bindemittel bestehen aus einem Latex auf der Basis bevorzugt eines NBR-Latex.

Die erfindungsgemäßen Faservliese können ferner, wie an und für sich bekannt, bis zu 15 Gewichtsprozent feste duromere Kunstharze aus bevorzugt Phenolharzen, Epoxidharzen oder Polyesterharzen enthalten. Die duromeren Kunstharze werden feinpulverig bis feinkörnig in vorvernetzter Form den Faseraufschlämmungen hinzugefügt und nach Fertigstellung des Faservlieses endvernetzt. Auf diese Weise kann das Abdichtverhalten des Faservlieses weiter verbessert werden. Ebenso kann das Dichtungsmaterial ein- oder beidseitig in bekannter Weise mit Überzügen oder elastomeren Auflagen versehen sein. Die Überzüge enthalten bevorzugt Materialien, die den Reibungskoeffizienten oder die Klebrigkeit der Dichtungen herabsetzen und Auflagen und Überzüge können der Erhöhung der Anpassungsfähigkeit der Dichtung an die Dichtflächen der Maschinenteile dienen.

Durch die Erfindung ist somit ein Flachdichtungsmaterial mit verbessertem Funktionsverhalten bei gleichzeitig einfacher und kostengünstiger Herstellbarkeit geschaffen. Das erfindungsgemäße Material besitzt das hohe Abdichtungsverhalten imprägnierter Dichtungen bei gleichzeitig besserem Verformungsverhalten entsprechend einer nichtimprägnierten Dichtung.

Durch die folgenden Vergleichsuntersuchungen wird der Gegenstand der Erfindung näher erläutert.

Ausgegangen wird von folgenden Faservliesen:

1. einem erfindungsgemäßen Asbestfaservlies mit
73 Gewichtsprozent Asbestfasermaterial (aus 60% Faser und 40% Faserstaub, mittlerer Durchmesser unter 5 µm; der Faserstaubanteil ist dabei als Füllstoff zu werten),
8 Gewichtsprozent pyrogene Kieselsäure (mittlerer Durchmesser unter 2 µm),
12 Gewichtsprozent eines Phenolharzes
7 Gewichtsprozent NBR-Latex-Bindemittel (Trockengewicht)
2. einem erfindungsgemäßen Faservlies mit
8 Gewichtsprozent Polyaramidfaser
30 Gewichtsprozent Silikatfaser
42 Gewichtsprozent pyrogener Kieselsäure (mittlerer Durchmesser unter 2 µm)
12 Gewichtsprozent eines Phenolharzes
8 Gewichtsprozent NBR-Latex-Bindemittel (Trockengewicht).

Zum Vergleich wurde ein herkömmliches Asbestfasermaterial sowohl 3) nichtimprägniert als auch 4) mit einem flüssigen Polybutadien imprägniert verwendet.

Die Faservliese wurden mit einer Dicke von 1,5 mm hergestellt und beidseitig auf ein übliches Rauhblech mit einer Walze unter gleicher Walzenkraft aufgewalzt.

An allen vier Proben wurde

a) die Wasserdichtzeit (3 Bar Wasserdruck, Einspanndruck 10 N/cm³)
b) die Fließgrenze in N/mm²

bestimmt.

Die Tabelle zeigt die gemessenen Ergebnisse.

Tabelle

Claims

1. Weichstoffflachdichtungsmaterial für insbesondere Zylinderkopfdichtungen von Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem gegebenenfalls metallisch verstärkten Faservlies mit Asbestfasern, organischen oder anorganischen Synthesefasern, organischen Naturfasern und/oder Metallfasern sowie darin fein verteilt bevorzugt mineralischen pulverigen bis feinkörnigen Füllstoffen, Bindemitteln und gegebenenfalls weiteren Zusatzstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe eine durchschnittliche Korngröße von maximal 5 µm und eine überwiegend globulare Struktur besitzen.

2. Weichstoffflachdichtungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies 20 bis 80 Gewichtsprozent Füllstoff enthält.

3. Weichstoffflachdichtungsmaterial nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem asbestfreien Faservlies das Gewichtsverhältnis des Füllstoff- und Bindemittelanteils zum Faseranteil zwischen 1 : 0,8 und 1 : 0,1 liegt.

4. Weichstoffflachdichtungsmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das asbestfreie Faservlies aus
10 bis 51 Gewichtsprozent asbestfreien Fasern organischen und/oder anorganischen Ursprungs,
40 bis 80 Gewichtsprozent Füllstoff und
5 bis 30 Gewichtsprozent Bindemittel
besteht.

5. Weichstoffflachdichtungsmaterial nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Asbestfaservlies das Gewichtsverhältnis des Füllstoff- und Bindemittelanteils zu Asbestfasern zwischen 1 : 1 und 1 : 0,6 liegt.

6. Weichstoffflachdichtungsmaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Asbestfaservlies aus
30 bis 70 Gewichtsprozent Asbestfasern,
20 bis 60 Gewichtsprozent Füllstoff und
5 bis 30 Gewichtsprozent Bindemittel
besteht.

7. Weichstoffflachdichtungsmaterial nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Faservlies zusätzlich bis zu 20 Gewichtsprozent eines duromeren Kunstharzes enthält, das in pulveriger bis feinkörniger reaktiver Form bei der Faservliesherstellung der Faseraufschlämmung zugegeben ist, und welches im Faservlies bevorzugt thermisch vernetzt ist.

8. Weichstoffflachdichtungsmaterial nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff aus einer pyrogenen Kieselsäure mit globularer Struktur und einem mittleren Durchmesser von unter 2 µm besteht.