PL189113B1 - Sposób wytwarzania uszczelkowej tektury grafitowej - Google Patents

Abstract

1. Sposób wytwarzania uszczelkowej tektury grafitowej metoda papiernicza dla przemyslu motoryzacyjnego, z masy bedacej wodna zawiesina syntetycznych wlókien organicznych, grafitu, lateksowych srodków wiazacych, oraz wypelniaczy i srodków po- mocniczych, znamienny tym, ze do sporzadzania wodnej zawiesiny masy stosuje sie 3,5%-7% wagowych silnie sfibrylowanych wlókien poliaramidowych, 60%-80% wago- wych grafitu amorficznego, którego co najmniej 90% czastek przechodzi przez sito o srednicy oczek 0,044 mm, 3%-13% wagowych lateksu nitrylowo-butadienowegó, 5%- -9% wagowych szpatu ciezkiego oraz 5%-9% wagowych pylu krzemionkowego, przy czym najpierw sporzadza sie jednorodna wodna zawiesine wlókien, a nastepnie, stale mieszajac, dozuje sie do niej pozostale skladniki, na koncu dodajac lateks i mieszajac mase z lateksem w warunkach, w których nie wystepuja sily scinajace. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania bezazbestowej tektury uszczelkowej grafitowej, przeznaczonej do produkcji uszczelek dla przemysłu motoryzacyjnego, wytwarzanej techniką, papierniczą, polegającą na uzyskaniu wstęgi z zawiesiny masy w wyniku odwodnienia na ruchomym sicie, zagęszczenia struktury na prasach mokrych, suszenia na ogrzewanych cylindrach.

W przemyśle motoryzacyjnym stosuje się różnego rodzaju i typu płaskie uszczelki spoczynkowe, wykonywane z wytworów otrzymywanych najczęściej metodą papierniczą. Muszą one spełniać określone wymagania. Przede wszystkim powinny być elastyczne, odporne na działanie cieczy silnikowych i na podwyższoną temperaturę. Nie mogą przywierać do uszczelnianych elementów. Nanoszone na ich powierzchnie żywice silikonowe winny dobrze się utwardzać w temperaturze około 423 K (150°C).

Uszczelki stosowane w obiegach paliw, olejów i płynów chłodniczych, to jest tam, gdzie temperatury nie przekraczają na ogół 383 K (110°C), wytwarza się z tektur, których podstawowym surowcem są włókna celulozowe. Są one jednak nieprzydatne do wyrobu uszczelek podgłowicowych, czy pracujących w układach wydechowych silników spalinowych, które muszą być odporne na temperaturę około 573 K (300°C). Do niedawna uszczelki tego typu były wytwarzane głównie z włókien azbestowych. Z uwagi na rakotwórcze właściwości azbestu, zaczęto zastępować go innymi włóknami mineralnymi, ale i one zawierają zwykle pewną ilość frakcji o wymiarach od około 3 do 5 mikrometrów, która jest uważana za szkodliwą dla ludzi.

W tej sytuacji podjęto produkcję tektury i płyt uszczelkowych z odpornych na podwyższoną temperaturę włókien syntetycznych, zwłaszcza poliaramidowych. w których, do nadania właściwości antyadhezyjnych, stosuje się znaczące ilości różnych grafitów.

Znane grafity naturalne różnią się między sobą budową, która może być krystaliczna lub amorficzna i zawartością domieszek, takich jak siarka i popiół. Znane są tez grafity ekspandowane, stosowane m.in.do wyrobu wstęg odpornych na wysokie temperatury.

Znany jest sposób wytwarzania miękkich bezazbestowych materiałów uszczelkowych, nie zawierających azbestu ani innych nieorganicznych substancji włóknistych, produkowa189113 nych metodą papierniczą lub techniką kalandrowania z organicznych włókien syntetycznych, sproszkowanego grafitu o dużym stopniu rozdrobnienia, z użyciem polimerowych środków wiązących oraz wypełniaczy i środków pomocniczych.

Sposób według wynalazku pozwala na uzyskanie bezazbestowej tektury uszczelkowej, 0 wymaganych własnościach użytkowych, dzięki doborowi składników i opracowaniu specjalnych warunków przygotowania zawiesiny masy, kierowanej następnie do dalszego przerobu konwencjonalną metodą papierniczą.

Według wynalazku do sporządzania zawiesiny masy zastosowano silnie sfibrylowane włókna poliaramidowe oraz grafit amorficzny, o takim stopniu rozdrobnienia, że przynajmniej 90% jego cząstek przechodzi przez sito o średnicy oczek 0,044 mm. Grafit powinien zawierać przynajmniej 80% węgla pierwiastkowego i poniżej 0,2% siarki, która jest tu niepożądaną domieszką, występującą w grafitach naturalnych. Jako środek wiążący wybrano lateks nitrylowo-butadienowy, gdyż zapewnia on dobrą wytrzymałość, ściśliwość i odporność na działanie płynów silnikowych oraz zachowanie tych właściwości w wysokiej temperaturze. Jako wypełniacze zastosowano szpat ciężki, czyli baryt i pyl krzemionkowy. Stwierdzono, że korzystnie można tu zastosować pył krzemionkowy stanowiący odpad przy produkcji żelazokrzemu, którego podstawowym składnikiem jest bezpostaciowa krzemionka.

W procesie optymalizacji receptur okazało się, że dla zwiększenia sprężystości gotowego wyrobu dobrze jest dodawać do masy dyspersję akrylową.

Zgodnie z wynalazkiem, do sporządzenia zawiesiny masy przeznaczonej do wyrobu tektury uszczelkowej metodą papierniczą, stosuje się 3,5%-7% wagowych silnie sfibrylowanego włókna poliaramidowego, 60%-80% wagowych amorficznego grafitu, którego co najmniej 90% przechodzi przez sito o średnicy oczek 0,044 mm, 3%-13% wagowych lateksu nitrylowo-butadienowego oraz 5%-9% wagowych szpatu ciężkiego i 5%-9% wagowych pyłu krzemionkowego, korzystnie odpadowego pyłu krzemionkowego z produkcji żelazo-krzemu.

Jeżeli wymagana jest podwyższona sprężystość gotowego wyrobu, do masy stosuje się dodatek 0,5-2% wagowych dyspersji akrylowej.

Procenty wagowe składników masy podano w przeliczeniu na suchą substancję.

W razie potrzeby do masy można też wprowadzać inne, znane w papiernictwie, środki pomocnicze, takie jak niejonowe kompozycje o działaniu odpowietrzającym i przeciwpianowym oraz środki retencyjne.

Przy sporządzaniu zawiesiny masy okazała się ważna kolejność dozowania surowców i intensywność mieszania. Najpierw sporządza się jednorodną zawiesinę włókien, a następnie, stale mieszając, dozuje się pozostałe składniki, z tym, że na końcu dodaje się lateks. Mieszanie masy z dodatkiem lateksu przeprowadza się w warunkach, w których nie występują siły ścinające. Tak sporządzoną masę kieruje się na maszynę papierniczą, gdzie następuje formowanie wstęgi, którą następnie suszy się na ogrzewanych cylindrach.

Uzyskana tektura wykazuje dobrą odporność na wysoką temperaturę oraz spełnia inne wymagania stawiane materiałom na uszczelki dla przemysłu motoryzacyjnego.

Sposób wytwarzania tektury uszczelkowej według wynalazku oraz jej właściwości, ilustrują podane poniżej przykłady.

Przykład 1. Sporządzono zawiesinę wodną, w której podstawowe surowce, w procentach wagowych, w przeliczeniu na suchą substancję, stanowiły:

1. Sfibrylowane włókna poliaramidowe Kevlar 4,0

2. Szpat ciężki 7,5

3. Pył krzemionkowy odpadowy 7,5

4. Grafit amorficzny 74,0

5. Lateks nitrylowo-butadienowy 7,0

Najpierw, w rozwłókniaczu wirowym wytworzono jednorodną zawiesinę wodną sfibrylowanych włókien, po czym w odstępach pięciominutowych, dodawano do niej szpat ciężki, pył krzemionkowy i grafit. Zawartość rozwłókniacza spuszczono do kadzi mieszalnej i dodano wodny roztwór węglanu sodowego w takiej ilości, aby pH zawiesiny zwiększyło się do około 9 jednostek. Następnie powoli dozowano lateks stosując łagodne mieszanie. Na końcu masę zakwaszono siarczanem glinowym do pH 4,5. Tak sporządzoną masę wprowadzono na maszynę papierniczą, gdzie formowano z niej wstęgę, którą poddano procesom odwadniania, prasowania i suszenia na cylindrach, przy temperaturze powierzchni początkowego cylindra wynoszącej ok. 343K (70°C), a końcowych 383-403K (110-130°C). Gotową tekturę zdejmowano z maszyny papierniczej w postaci zwoju.

Tektura spełniała wszystkie wymagania jakościowe i użytkowe. Poniżej podano jej właściwości, oznaczane w znormalizowanych warunkach.

1. Gęstość, kg/m³ 1,1

2. Wytrzymałość na zerwanie, MPa:

kierunek wzdłuzny 4,,2 poprzeczny” 3,1

3. Ściśliwość, %, 30,,2

4. Powrót elastyczny 21,8

5. Nasiąkliwość cieczami silnikowymi-% przyrost masy

- olej ASTM-3 34,8

- paliwo ASTM B 22,1

- płyn chłodniczy 40,5

Tektura była odporna na działanie temperatury ok.573K (300°C). Wykonane z niej płyty uszczelkowe nie przywierały do żeliwa i aluminium, a żywica silikonowa, stosowana do powierzchniowego wykończania uszczelek, prawidłowo wulkanizowała.

Przykład 2. Sporządzono zawiesinę wodną, w której podstawowe surowce, wyrażone w procentach wagowych, w przeliczeniu na suchą substancję, stanowiły:

1. Sfibrylowane włókna poliaramidowe	4,5
2. Dyspersja akrylowa
3. Szpat ciężki	775
4. Pył krzemionkowy odpadowy	Λ5
5. Grafit amorficzny	77,0
6. Lateks nitrylowo-butadienowy	9,0

1.

2.

3.

4.

5.

Sporządzanie zawiesiny i przerób na maszynie papierniczej jak w przykładzie 1. Uzyskano tekturę o następujących właściwościach:

¹ Gęstość, kg/m³ 1,1

Wytrzymałość na zerwanie, MPa:

kierunek podłużny 7,3 ,_;poprzeczny” A,,

Ściśliwość, % 21,3

Powrót elastyczny.,% 30^5

Nasiąkliwość cieczami silnikowymi- % przyrost masy

-olej ASTM-3 33^1

- paliwo ASTM B 27₅7

- płyn chłodniczy 33,8

Tektura była odporna na działanie temperatury ok. 573K (300°C). Wykonane z niej płyty uszczelkowe nie przywierały do aluminium i żeliwa, a nanoszona na powierzchnię, w postaci ścieżki uszczelniającej, żywica silikonowa, dobrze się utwardzała.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób wytwarzania uszczelkowej tektury grafitowej metodą papierniczą dla przemysłu motoryzacyjnego, z masy będącej wodną zawiesiną syntetycznych włókien organicznych, grafitu, lateksowych środków wiążących, oraz wypełniaczy i środków pomocniczych, znamienny tym, ze do sporządzania wodnej zawiesiny masy stosuje się 3,5%-7% wagowych silnie sfibrylowanych włókien poliaramidowych, 60%-80% wagowych grafitu amorficznego, którego co najmniej 90% cząstek przechodzi przez sito o średnicy oczek 0,044 mm, 3%-13% wagowych lateksu nitrylowo-butadienowego, 5%-9% wagowych szpatu ciężkiego oraz 5%-9% wagowych pyłu krzemionkowego, przy czym najpierw sporządza się jednorodną wodną zawiesinę włókien, a następnie, stale mieszając, dozuje się do niej pozostałe składniki, na końcu dodając lateks i mieszając masę z lateksem w warunkach, w których nie występują siły ścinające.
2. 2. Sposób według zastrz 1, znamienny tym, że do zawiesiny masy dodaje się 0,5%-2% wagowych dyspersji akrylowej.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że amorficzny grafit zawiera przynajmniej 80% węgla pierwiastkowego i poniżej 0,2% siarki.
4. 4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że pył krzemionkowy jest odpadem powstającym przy produkcji żelazo-krzemu.