DE3820922C2 - Gewebeverstärkter Elastomer-Kompensator mit Flourkautschuk, Verfahren zur Herstellung eines solchen, sowie dessen Verwendung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gewebeverstärkten Elastomer-Kompensator mit Fluorkautschuk sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen sowie dessen Verwendung.

Bei Elastomer-Kompensatoren werden als Verstärkung (Armierung) entweder Drahtgitter oder Metallfolien verwendet. Bei nicht oder nicht sehr korrodierenden Atmosphären und nicht zu hohen Temperaturen sind die üblichen Kautschukmassen, wie sie für Elastomer-Kompensatoren verwendet werden, durchaus geeignet. Für stärkere Belastungen, z.B. in Rauchgasentschwefelungsanlagen, sind Ausführungen in metallischen Trägerwerkstoffen, z. B. Edelstahlgewebe (DE-PS 33 22 671) oder Metallgestrick (US-PS 44 03 796) bekannt, wobei statt gewöhnlichem Kautschuk Fluorkautschuk eingesetzt wird, der bessere Chemikalien- und Wärmebeständigkeit hat. Dabei kommen hochsäurebeständige Legierungen für die Verstärkungsgewebe zum Einsatz, wie z.B. Edelstahl 1.4539 oder noch höherwertige Ausführungen, da bei solchen Rauchgasen gleichzeitig Feuchtigkeit und Schwefelsäure auf den Kompensator einwirken und schon beim Auftreten von Haarrissen in der Elastomerabdeckung oder in Zusammenwirkung mit Diffusionsvergängen die Armierung korrodiert. Textile Trägerwerkstoffe wurden bis jetzt mit Hinweis auf die mangelnde Säurebeständigkeit der zur Verfügung stehenden Werkstoffe ganz abgelehnt. Von der Verwendung anorganischer Fasern als Material für das Verstärkungsgewebe wird in Kombination mit Fluorelastomeren in der obengenannten US-PS 44 03 796 abgeraten und gemäß Herstellerangaben sollen sich Aramid und Fluorkautschuke nicht zusammenvulkanisieren lassen. Aus diesem Grunde wird bei Verwendung von Fluorkautschuken immer Edelstahl in Form von Geweben oder Gestricken als Verstärkung eingesetzt.

Eine Verstärkung von Elastomer-Kompensatoren mit Drahtgewebe hat jedoch eine Reihe von Nachteilen, z.B.

• a) Geringe Dehnung des Drahtgewebes.
• b) Relativ geringe Festigkeit.
• c) Durch aufstehende Drahtendstücke kann bereits bei der Vulkanisation des Elastomer-Bandes eine Schwachstelle eingebaut werden. Bei Temperaturbelastung sinkt insbesondere bei Fluorkautschuk der Widerstand gegen Weiterreißen so stark ab, daß es an solchen Stellen oft zu schlagartigem Aufplatzen und damit zum Ausfall des Kompensators kommt.
• d) Die gleichen Schäden wie unter c) beschrieben könne auch bei der Endkonfektion, z.B. beim Schließen des Stoßes und beim Einvulkanisieren der Ecken, auftreten, da hierbei das Elastomere bis zum Trägergewebe abgearbeitet werden muß und eine Beschädigung des Drahtes nie ganz ausgeschlossen werden kann.
• e) Im Betriebszustand kann es bei starken Knickungen und Falten zum Bruch des Drahtgewebes kommen. Dieser Bruch bleibt zunächst unsichtbar. Bei weiterer Bewegung kommt es ebenfalls zu den unter c) beschriebenen Schäden.
• f) Verletzungsgefahr durch hervorstehende Drähte bei Konfektion und Montage.

Die Verwendung von Fluorkautschuk, das sind Kautschuke der CFM oder FKM-Typen, wobei insbesondere Hydrofluorkautschuk (FKM) zu nennen ist, als Elastomerkomponente erhöht zwar die Chemikalien- und Wärmebeständigkeit des Kompensators, behebt jedoch nicht die oben erwähnten Nachteile der Metallgewebeeinlagen, auch nicht wenn man die besonders beständigen Terpolymeren aus Vinylidenfluorid (VF₂) Hexafluorpropylen (HFP) und Tetrafluorethylen (TFE) oder ein Copolymeres aus Vinylidenfluorid und Hexafluorpropylen benutzt, die alle dem FKM-Typ angehören. Das gilt auch für die älteren Copolymeren aus Vinylidenfluorid und Chlortrifluorethylen des CFM-Typs.

DE-A-35 15 142 betrifft eine flach gefertigte Bahn aus ela­ stomerem Werkstoff mit Verstärkungseinlagen für Rundkompen­ satoren von Großenergie- und anderen Industrieanlagen, wobei aber als Verstärkung kein Gittergewebe eingesetzt wird.

DE-A-30 40 772 betrifft einen Kompensator aus Fluorelastome­ ren mit einer Verstärkung aus Draht-Maschenware.

US-A 4,748,064 betrifft keinen Kompensator, sondern kugelsi­ chere Bekleidungsstücke, wobei kein Gitternetzwerk einge­ setzt wird.

DE-C-33 22 671 betrifft einen Weichstoffkompensator (Deh­ nungsausgleicher) für den Einsatz bei hohen Temperatur- und Korrosionsbelastungen, wobei die Verstärkungseinlage vor­ zugsweise aus einem Edelstahlgewebe besteht.

DE-A-33 39 374 befaßt sich mit einem Kompensator zum Her­ stellen einer flexiblen Verbindung zwischen zwei koaxial angeordneten Rohrenden, wobei ein Verstärkungsgewebe aus Edelstahldraht Verwendung findet.

Es wäre wünschenswert, ein elastischeres Verstärkungsgewebe mit hinreichender Korrosionsbeständigkeit zu haben.

Der vorliegenden Anmeldung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Elastomer- Kompensator, der eine hinreichende Korrosionsbeständigkeit hat, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen, sowie dessen Verwendung zu beschreiben. Die gestellte Aufgabe wird durch einen gewebeverstärkten Elastomer-Kompensator gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 4, sowie die Verwendung gemäß Anspruch 5 gelöst.

Es wurde nun gefunden, daß Gittergewebe aus Aramidfaser oder künstlicher Mineralfaser ausgezeichnete Armierungsmaterialien für Elastomer-Kompensatoren sind, die Drahtgeweben deutlich überlegen sind.

Als künstliche Mineralfasern ist neben Glasfaser auch Keramikfaser oder Aluminiumoxidfaser, wie Kaowool, zu nennen.

Das bessere Verhalten von Aramid-Gittergewebe und künstlichen Mineralfasern als Armierung gilt sowohl für den Test im trockenen Rauchgas (A) als auch für den Test unter Taupunktbedingungen (B). Beim Vergleich mit Drahtgewebe aus der hochsäurebeständigen Legierung 1.4539 einerseits sowie Gittergewebe aus Glasfaser bzw. Aramidfaser andererseits. Zwar werden alle drei Trägergewebe durch Säure- bzw. Rauchgasdiffusion und/oder Bewegung angegriffen, jedoch ist bei gleicher Belastung Aramidgitter sehr deutlich und auch Gittergewebe aus E-Glasfilament noch deutlich besser als Draht 1.4539. Keramik bzw. Aluminiumoxidgewebe sind korrosionsstabiler als Glasfaser und daher noch besser zu bewerten.

Ein weiterer Vorteil der mit Gittergewebe aus Aramidfaser oder künstlicher Mineralfaser verstärkten Elastomer-Kompensatoren liegt aber auch im Bruchverhalten. Während die drahtgewebeverstärkten Proben nach Dauerbiegebeanspruchung und Medienbeaufschlagung vollständig brechen, reißt bei den mit Gittergeweben aus Aramidfaser oder künstlichen Mineralfaser (bzw. Filamenten) verstärkten Proben im schlimmsten Falle nur die Elastomerbeschichtung. Die textile Verstärkung verhindert ein vollständiges Auseinanderbrechen des Kompensators. Dies ist in der Praxis von großer Wichtigkeit, da auf diese Weise ein sofortiger Ausfall des Kompensators vermieden wird und ein beginnender Schaden noch rechtzeitig erkannt und repariert werden kann. Ein weiterer Vorteil von gewebeverstärkten Werkstoffen besteht darin, daß die verwendeten Trägergewebe durch die üblichen textiltechnischen Produktionsverfahren gezielt gemischt bzw. kombiniert werden können. Auf diese Weise können die gewünschten Eigenschaften bewußt eingestellt werden, hohe Festigkeit, hohe Temperaturbeständigkeit oder Verbilligung der Verstärkung. Bei der Verwendung von säurebeständigen Stahllegierungen ist dies nicht in dem Maße möglich.

Das folgende Beispiel zeigt den Vergleich zwischen dem Verhalten von Draht 1.4539, Aramid und E-Glasfilament, jeweils in Form eines Gittergewebes. Die Ergebnisse sind in der beigefügten Tabelle zusammengefaßt. Als Elastomer diente das Vulkanisat eines Fluorkautschukpolymeren wie es unter verschiedenen Handelsbezeichnungen, z.B. Viton B oder Fluorel, im Handel erhältlich ist. Als Aramidfaser können ebenfalls die üblichen im Handel erhältlichen Fasern verwendet werden, z.B. Kevlar (eine Aramidfaser vom Typ B).

Die Ausgangswerte bezüglich der Zugfestigkeit waren wie folgt:

Draht 1.4539
4,4 N/mm²
Aramid	19,0 N/mm²
E-Glasfilament	26,6 N/mm²

Gittergewebe dieser Verstärkungsmaterialien wurden mit Fluorkautschukpolymervulkanisaten zu Balggewebeproben von 150 mm Länge, 30 mm Breite und 3,1/3,3 mm Stärke verarbeitet. Die Schnittkanten waren versiegelt, so daß kein Einfluß auf das Verstärkungsgewebe durch die Schnittkante erfolgen konnte. Es wurden je zwei Proben einem Dauerknickversuch in Anlehnung an DIN 35522, jedoch mit ungekerbten Proben, in künstlichem, trockenem Rauchgas bei 200°C (Zusammensetzung: Gasgemisch aus Luftüberschuß 1,4 bis 1,5; 14 Vol.-% CO₂, 0,15 Vol.-% SO₂, 78,5 Vol.-% N₂, 6 Vol.-% O₂, 0,93 Vol.-% Ar) sowie je zwei Proben der Dauerknickprüfung in Schwefelsäure H₂SO₄, pH 0,5 bei 80°C ausgesetzt.

Die Dauerknickversuche wurden in einer teflonbeschichteten Korrosionskammer durchgeführt, durch die wahlweise trockenes, erhitztes Rauchgas der angegebenen Zusammensetzung hindurchgeleitet wurde, so daß die Proben 200°C Oberflächentemperatur hatten, bzw. wurde Schwefelsäure pH 0,5 eingefüllt und auf 80°C gehalten. Die Proben waren so eingespannt, daß eine gestreckte freie Prüflänge von 80 mm vorhanden war. Bei einem Hub von 60 mm bildete sich eine Schlaufe von 180°, die ca. 25 mm in die Schwefelsäure eintauchte bzw. ganz von heißem Rauchgas umgeben war. Die beiden Proben je Position wurden so eingebaut, daß jeweils unterschiedliche Probenoberflächen auf der gezogenen Oberfläche der Schlaufe waren. Nach jeweils 1000 bzw. 5000 und 10 000 Lastwechseln mit 1 Hz erfolgte eine Sichtprüfung bzw. nach der Prüfung eine Härtemessung sowie eine Farbeindringprüfung. Die Proben der zweiten Serie in Rauchgas wurden einer verlängerten Prüfzeit bis 71 000 Lastwechseln unterzogen. Hierbei brach die Probe mit Drahtverstärkung nach 67 000 LW, während die Proben mit Aramid und Glasfilamentverstärkung nur leicht angerissen waren. Alle übrigen Proben waren bis zum Ausbau ohne sichtbare Schädigung. Auch nach der Farbeindringprüfung der Prüfstücke waren keine Rißanzeigen vorhanden.

Die Shorehärteprüfung vor Versuchsbeginn und nach den verschiedenen Lastwechselzahlen ergab keine oder kaum eine über die übliche Streuung im Anlieferungszustand hinausgehende Härtesteigerung.

Die Zugfestigkeit, bestimmt in Anlehnung an DIN 53504, jedoch mit den ungenormten, nicht eingeschnürten Proben zeigte, daß bei den Proben 1, 2, 7 und 8, also bei den Proben mit Drahtgewebeeinlage, bei niederer Last nur das Drahtgewebe riß, während sich die Beschichtung bis zum Ende des Dehnbereiches der Zugprüfmaschine (180 mm) dehnte. Bei den übrigen Proben, also den mit Aramid bzw. E-Glasfilament verstärkten Proben reißen die Gewebe und an gleicher Stelle die Elastomerbeschichtungen bzw. die Proben spalten auf, dabei ergeben sich jedoch bedeutend höhere Endzugfestigkeiten. Wenn auch bei Glasfilament der prozentuale Abfall stärker ist als bei Draht, ist doch die Endfestigkeit wegen der höheren Ausgangsfestigkeit selbst bei Einwirkung von Schwefelsäure bei 80°C noch fast viermal so hoch wie bei Draht.

Demnach sind Elastomer-Kompensatoren, die mit Gittergewebe aus Aramidfaser oder künstlicher Mineralfaser verstärkt sind, gegenüber drahtverstärkten Kompensatoren deutlich überlegen. Sie sind wesentlich elastischer und neigen weniger zu Bruch. Solche Kompensatorverstärkungen fangen Überlastungen und Knickbelastung besser auf, so daß man in Kombination mit Fluorkautschuk ein deutlich besseres Verhalten bei hoher Temperatur und Säureeinwirkung feststellen kann.

Somit eignen sich solche Kompensatoren insbesondere als Membrane für Gasdruckausdehnungsgefäße oder für die Rauchgasentschwefelung.

Claims (5)

1. Gewebeverstärkter Elastomer-Kompensator mit Fluorkautschuk, der als Verstärkung ein textiles Gittergewebe aus Aramidfa­ ser und/oder E-Glasfaser enthält.

2. Elastomer-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elastomerkomponente aus Hydrofluorkautschuk besteht.

3. Elastomer-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das E-Glasfaser-Gittergewebe aus Glasfi­ lamenten oder Glas-Stapelfasergarnen besteht.

4. Verfahren zur Herstellung eines gewebeverstärkten Ela­ stomer-Kompensators nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bekannte Fluorkautschukmassen zu Folien walzt und beidseitig auf ein Gittergewebe aus Aramidfaser und/oder E-Glasfaser aufvulkanisiert.

5. Verwendung von Elastomer-Kompensatoren nach Anspruch 1 oder 2 in Anlagen zur Rauchgasentschwefelung oder als Membrane für Gasdruckausdehnungsgefäße.