DE3617721A1 - Verfahren zur herstellung von flachdichtungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von flachdichtungen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Flachdichtungen mit einer Weichstoffauflage auf einer Trägerbahn oder -platte, das folgende Verfahrensschritte umfaßt:
  • a) Aufbringen einer Weichstoffmasse, die Füllstoffe und ein Bindemittel umfaßt, als Weichstoffauflage auf die Trägerbahn oder -platte,
  • b) gegebenenfalls Verdichten und/oder Trocknen der beschichteten Bahn oder Platte,
  • c) Imprägnieren dieses Flachmaterials mit Imprägniermitteln, die mittels Katalysatoren vernetzbare Polysiloxane enthalten,
  • d) und gegebenenfalls ein anschließendes Nachbehandeln der imprägnierten Bahn oder Platte durch Prozesse, wie z. B. das Härten.
Bei den bisher bekannt gewordenen Verfahren wurde die Weichstoffmasse auf die Trägerbahn oder -platte aufgebracht und gegebenenfalls verdichtet und/oder getrocknet. Daran anschließend wurde dann die Imprägnierung mit Imprägniermitteln durchgeführt, die neben den vernetzbaren Polymeren, wie den Polysiloxanen, auch die für die Vernetzungsreaktion notwendigen Katalysatoren enthielt. Im Verfahrensablauf bei der Herstellung von Flachdichtungen stellten diese Imprägniermittellösungen ein großes Problem dar, da einerseits der Katalysator eine bestimmte Aktivität aufweisen muß, damit die Vernetzungsreaktionen in einer angemessenen Zeit praktisch vollständig ablaufen, andererseits aber die Topfzeit der Imprägniermittel so lang sein muß, daß ein bequemes Verarbeiten der Imprägniermittel möglich ist. Die bisherige Lösung bestand darin, den Imprägniermitteln Katalysatoren mit verminderter katalytischer Aktivität beizumischen, so daß nicht bereits nach dem Zumischen der Katalysatoren ein Gelieren des Imprägniermittels eintreten konnte.
Die Verlängerung der Topfzeit auf diese Weise läßt sich jedoch nicht unbeschränkt ausdehnen, und vor allem die Verarbeitung von reaktiveren Polysiloxanen war mit dieser Methode immer noch nicht befriedigend zu bewerkstelligen. Vor allem wenn die reaktiveren Polysiloxane Si-H-Gruppen enthalten, reagieren sie in Gegenwart der Katalysatoren bereits mit der Luftfeuchtigkeit unter Abspaltung von Wasserstoff.
Ein zu starkes Blockieren der katalytischen Aktivität des Katalysators ist andererseits ebenfalls nicht wünschenswert, da dadurch wie bei den Systemen, die ohne Katalysator verarbeitet werden, eine unkontrollierbare, zu langsame und eventuell unvollständige Vernetzung des Polymers erfolgt, was negative Auswirkungen auf die Dichtungseigenschaften der Flachdichtung hat.
Aufgabe der Erfindung war es, ein Verfahren vorzuschlagen, bei dem die Imprägniermittel eine wesentlich längere Topfzeit aufweisen, wobei jedoch gleichzeitig die Vernetzungsreaktionen mit ausreichender Geschwindigkeit, kontrolliert und vor allem vollständig ablaufen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Katalysator der Weichstoffmasse vor oder beim Auftragen auf die Trägerbahn oder -platte zugesetzt wird, wobei der Katalysator in der gebildeten Weichstoffauflage im wesentlichen homogen verteilt vorliegt und gegenüber ihren Bestandteilen, insbesondere gegenüber dem Bindemittel ein reaktionsträges Verhalten aufweist, und daß die den Katalysator bereits enthaltende Weichstoffauflage auf der Trägerbahn oder -platte mit Polysiloxanen getränkt wird.
Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden Imprägniermittelbäder weisen eine praktisch unbegrenzte Haltbarkeit auf, wobei zusätzlich wegen dem Wegfall der Katalysatoren mit den verzögernden Reagenzien die Kontrolle der Imprägniermittelbäder entfallen kann. Das Verfahren kann unabhängig von dem als Träger und Weichstoffauflage benutzten Dichtungsmaterial vorteilhaft angewendet werden, insbesondere auch bei der Herstellung von Flachdichtungen, bei denen auf eine Trägerbahn oder -platte verzichtet wird.
Die Imprägniermittel können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unabhängig vom Produktionsprozeß vorbereitet und bereitgestellt werden, da eine Lagerhaltung wegen der praktisch unbegrenzten Haltbarkeit des Imprägniermittels keine Probleme mehr aufwirft.
Das Verfahren selbst wird vorteilhafterweise kontinuierlich durchgeführt, wobei selbstverständlich auch eine diskontinuierliche Verfahrensführung möglich ist. Dies bedeutet, daß das Flachmaterial nicht unbedingt sofort im Anschluß an die Bildung der Weichstoffauflage mit dem Imprägniermittel imprägniert werden muß, sondern daß das noch nicht imprägnierte Flachmaterial zwischengelagert und die Imprägnierung später durchgeführt werden kann.
Das Aufbringen des Imprägniermittels kann in der gewohnten Weise mittels Tauchen, Walzen, Sprühen und ähnlichem geschehen.
Aus der Literatur ist das getrennte Aufbringen von Imprägniermitteln und Katalysatoren bereits bekannt, jedoch wurden dort erst nach der Imprägnierung auf die Weichstoffauflage der Katalysator auf das Flachmaterial aufgebracht. Dieses Verfahren hat zum einen den Nachteil, daß ein weiterer Arbeitsgang in dem Herstellungsverfahren notwendig wird, und zum anderen den Nachteil, daß eine homogene Verteilung des Katalysators in dem Dichtungsmaterial nicht erreicht werden kann, was zu deutlichen Nachteilen in bezug auf die Dichteigenschaften des Flachmaterials führt.
Weiterhin war aus der DE-PS 28 16 459, Pappe vor der Imprägnierung mit Vernetzungsmitteln zu tränken, um in bestimmten Abschnitten eine höhere Anreicherung des Vernetzungsmittels oder Katalysators zu erzielen. Dieses Verfahren unterscheidet sich jedoch grundsätzlich von dem erfindungsgemäßen, da keine Weichstoffauflage hergestellt wird und auch keine homogene Verteilung des Katalysators oder Vernetzungsmittels erwünscht ist, sondern im Gegenteil eine ungleiche Verteilung, so daß partiell höhere Vernetzungen des Imprägniermittels, das zudem einen weiteren Katalysatoranteil enthielt, erzielt werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist vor allem der zusätzlich notwendige Verfahrensschritt und der immer noch notwendige Katalysatoranteil im Imprägniermittel selbst.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, Polysiloxane der Formel
zu verwenden, wobei R₁ und R₂ gleich oder verschieden sein können und für Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, Vinyl, Phenyl, Tolyl, Ethylphenyl, Propylphenyl, Isopropylphenyl, Butylphenyl, Isobutylphenyl, Xylyl stehen. Die Kohlenwasserstoffreste in der Polysiloxan-Kette können dabei sowohl für die Gruppen R₁ und für die Gruppen R₂ jeweils verschieden sein, so daß mehr als zwei verschiedene Kohlenwasserstoffreste in der Polysiloxan- Kette vorkommen können.
Besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Anwendung von sehr reaktiven Polysiloxanen, bei denen R₂ zu ungefähr 50% Wasserstoff bedeutet. Zu diesen Stoffgruppen zählen z. B. die Methyl-, Ethyl-, Phenyl- oder Methyl/Ethyl- Hydrogenpolysiloxane.
Bevorzugt werden Polysiloxane eingesetzt, deren Polymerisationsgrad n so niedrig ist, daß sie noch flüssig sind, so daß sie in lösemittelfreier Form zur Imprägnierung verwendet werden können. Dies hat zur Folge, daß eine Trocknung bzw. ein Verdampfen des Lösungsmittels nach der Imprägnierung entfällt, so daß die dabei oft entstehenden Hohlräume oder Poren in der Dichtung vermieden werden können, was die Dichtungseigenschaften der Flachdichtung wesentlich verbessert.
Da bei den Weichstoffmassen häufig wäßrige Emulsionen von Bindemitteln eingesetzt werden, ist es empfehlenswert, hydrolyseunempfindliche Katalysatoren einzusetzen, so daß deren Aktivität beim Zumischen zur Weichstoffmasse nicht beeinträchtigt wird. Hierbei haben sich insbesondere Katalysatoren, die eine Chelatverbindung darstellen, bewährt.
Überraschend wurde allerdings gefunden, daß sich auch Katalysatoren, deren Hydrolyseempfindlichkeit weniger ausgeprägt - aber immer noch vorhanden - ist, zusammen mit wäßrigen Bindemittelemulsionen verwenden lassen. Anhand von Extraktionsversuchen an fertig imprägniertem und vernetztem Flachdichtungsmaterial konnte gezeigt werden, daß die katalytische Aktivität solcher Katalysatoren von den wäßrigen Bindemittelemulsionen nicht merklich beeinträchtigt wird. Dies gilt selbst dann, wenn zum Trocknen der Weichstoffauflage Wärme zugeführt wurde.
Der Feuchtigkeitseinfluß läßt sich überdies dadurch verringern, daß man die wäßrigen Bindemittelemulsionen gegen Bindemittellösungen austauscht.
Bevorzugte Katalysatoren stammen aus der Gruppe der Titan-, Zirkon- oder Platinverbindungen, wobei vorteilhaft organische Titanverbindungen eingesetzt werden.
Die vorteilhaft als Katalysator zu verwendenden Titanverbindungen sind Titanate oder Polytitanate mit langkettigen organischen Resten. Als Beispiele für geeignete Titanverbindungen seien nur das Triethanolamintitanat, Octylenglykoltitanat und das Titanacetylacetonat genannt.
Zweckmäßigerweise wird der Katalysator der Weichstoffmasse in Mengen von 2 bis 15 Gew.-%, vorzugsweise 6 Gew.-%, zugesetzt, bezogen auf das vom Weichstoff (Trockenmasse) beim Imprägnieren aufgenommene Polysiloxan. Durch diese Katalysatorbeimischungen wird erreicht, daß das Polysiloxan in vertretbarer Zeit vollständig vernetzt.
Für die Trägerbahn oder -platte hat sich ein glattes Trägerblech sehr gut bewährt. Vorteilhaft lassen sich auch profilierte Trägerbleche verwenden, die insbesondere gezackt sein können, wobei die aus dem Trägerblech herausstehenden Zacken sowohl nach oben als auch nach unten aus der Blechebene herausstehen, wenn der Träger beidseitig mit Weichstoff beschichtet werden soll. Dadurch wird eine besonders intensive Verbindung von Weichmaterial und Trägerblech erreicht.
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Beschreibung eines Herstellungsprozesses anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt beispielhaft den schematischen Verfahrensablauf der Herstellung einer Zylinderkopfdichtung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Zunächst werden die Bestandteile der Weichstoffmasse miteinander innig vermischt. An dieser Stelle wird beispielhaft nur eine Rezeptur für die Weichstoffmasse angegeben, die Erfindung ist selbstverständlich weder auf die hier angegebenen Einzelbestandteile noch auf deren prozentuale Anteile beschränkt:
  • 80 Gewichtsteile Grund- und Füllstoff aus Schiefermehl
  • 14 Gewichtsteile asbestfreie Fasern, insbesondere organische Fasern
  •  6 Gewichtsteile Bindemittel aus NBR-Kautschuk mit
  •  8 Gewichtsteilen Wasser
  •  9 Gewichtsteilen Toluol
  •  1 Gewichtsteil der üblichen Vulkanisationshilfsmittel, wie z. B. Schwefel u. a.
  •  0,25 Gewichtsteile Tetraoctylenglykoltitanat.
Das hier angegebene Schiefermehl kann selbstverständlich durch eine Vielzahl anderer Grund- und Füllstoffe ersetzt werden, wie z. B. Vermiculit oder expandierter Graphit, anstelle der asbestfreien Fasern lassen sich selbstverständlich auch Asbestanteile verwenden, der als Bindemittel eingesetzte NBR-Kautschuk kann in Form einer Lösung (beispielsweise in Toluol) eingesetzt werden oder durch ein gänzlich anderes Bindemittel ausgetauscht werden.
Nach dem Mischen der Weichstoffmasse in einem Mischer 10 wird die Weichstoffmasse 12 auf zwei Paare von Kalanderwalzen 14 und 16 gegeben, von denen die Kalanderwalzen 16 schneller angetrieben werden als die Walzen 14. Zwischen den Kalanderwalzen 14 und 16 wird jeweils ein sogenanntes Fell 18 aus Weichstoffmasse gebildet, welches an der schneller laufenden Walze 16 haften bleibt und von dieser auf ein Trägerblechband 20 aufgewalzt wird. Das Trägerblech kann ein glattes Blech sein, bevorzugt wird jedoch ein Trägerblech, aus dem nach beiden Seiten durch Stanzen gewonnene, ungefähr dreieckige Zungen herausgebogen wurden, was an sich bekannt ist, so daß es keiner Darstellung bedarf. Auf solchen gezackten Trägerblechen ergibt sich eine bessere Haftung der Weichstoffmasse.
Das Trägerblechband 20 wird von einer Vorratsrolle 22 abgezogen und verläuft über mehrere Umlenkwalzen 24, ehe es den von den beiden Kalanderwalzen 16 gebildeten Spalt durchläuft und dort beidseitig mit Weichstoffmasse beschichtet wird.
Anschließend läuft das aus beidseitig mit Weichstoffmasse beschichtetem Trägerblech bestehende und als Ganzes mit 26 bezeichnete Dichtungsmaterial zwischen zwei gegenläufig angetriebenen Abzugswalzen 28 hindurch, deren Umfangsgeschwindigkeit größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit der Kalanderwalzen 16, so daß sich zwischen dem Trägerblechband 20 und den Kalanderwalzen 16 eine Friktion ergibt, d. h. ein Schlupf. Mit den Abzugswalzen 28 kann die Weichstoffmasse des Dichtungsmaterials 26 auch verdichtet werden.
Anschließend durchläuft das Dichtungsmaterial einen Ofen 30, an dem mehrere, teilweise angetriebene Umlenkwalzen 32 und 34 angeordnet sind und der dem Trocknen der Weichstoffmasse dient.
Dann werden die Weichstoffauflagen des Dichtungsmaterials 26 mit einem Imprägniermittel imprägniert, das durch Sprühen, Walzen oder Tauchen des Dichtungsmaterials aufgebracht werden kann und bei dem es sich vorzugsweise um in lösungsmittelfreier Form vorliegendes Methylhydrogenpolysiloxan handelt. Die Zeichnung zeigt eine mit Sprühdüsen ausgerüstete Imprägniervorrichtung 36.
An das Imprägnieren schließt sich der Schritt des Härtens in einem weiteren Ofen 38 an, der in seinem Aufbau dem Ofen 30 entsprechen kann.
Aus dem so gewonnenen Dichtungsmaterial lassen sich dann Dichtungsplatten für die Herstellung von Flachdichtungen, wie Zylinderkopfdichtungen, ausstanzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch auf Anlagen durchgeführt werden, wie sie beispielsweise in den US-Patentschriften 44 78 887 und 45 20 068 offenbart wurden.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung von Flachdichtungen mit einer Weichstoffauflage auf einem bahn- oder plattenförmigen Träger, das zumindest folgende Verfahrensschritte umfaßt:
  • a) Aufbringen einer Weichstoffmasse, die Füllstoffe und ein Bindemittel umfaßt, als Weichstoffauflage auf den Träger,
  • b) Imprägnieren des so erhaltenen Flachmaterials mit mindestens einem Imprägniermittel, das wenigstens ein mittels eines Katalysators vernetzbares Polysiloxan enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator der Weichstoffmasse vor dem Imprägnieren so zugesetzt wird, daß der Katalysator in der gebildeten Weichstoffauflage im wesentlichen homogen verteilt vorliegt und gegenüber ihren Bestandteilen, insbesondere gegenüber dem Bindemittel, ein reaktionsträges Verhalten aufweist, und daß die den Katalysator bereits enthaltende Weichstoffauflage auf dem Träger mit Polysiloxanen getränkt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Polysiloxane der allgemeinen Formel zum Imprägnieren verwendet werden, wobei R₁ und R₂, die gleich oder verschieden sein können, für Wasserstoff, Methyl, Ethyl, Propyl, Isopropyl, Butyl, Isobutyl, Vinyl, Phenyl, Tolyl, Ethylphenyl, Propylphenyl, Isopropylphenyl, Butylphenyl, Isobutylphenyl, Xylyl stehen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß R₂ zu ca. 50% Wasserstoff bedeutet.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polysiloxane flüssig sind und in lösemittelfreier Form zur Imprägnierung verwendet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein hydrolyseunempfindlicher Katalysator verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator als Chelatverbindung eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatoren Titan-, Zirkon- oder Platinverbindungen verwendet werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatoren organische Platinverbindungen verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysatoren Titanate oder Polytitanate mit langkettigen organischen Resten verwendet werden.
10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator der Weichstoffmasse in Mengen von ca. 2 bis 15 Gew.-% zugesetzt wird, bezogen auf das vom Weichstoff beim Imprägnieren aufgenommene Polysiloxan.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein glattes Trägerblech verwendet wird.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger ein profiliertes, insbesondere mit aus der Trägerebene herausgebogenen, zackenförmigen Zungen versehenes Trägerblech verwendet wird.
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