PL194137B1

PL194137B1 - Tworzywo warstwowe, sposób wytwarzania tworzywa warstwowego i jego zastosowanie

Info

Publication number: PL194137B1
Application number: PL331195A
Authority: PL
Inventors: Oswin Öttinger; Silvia Mechen; Mike Römmler
Original assignee: Sgl Carbon Ag
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-02-03
Publication date: 2007-04-30
Also published as: CZ31899A3; CZ299322B6; CA2261102C; DE19804283B4; JP4395546B2; CA2261102A1; DE19804283A1; DE59909140D1; EP0934820A2; US6258457B1; JPH11286070A; EP0934820A3; PL331195A1; EP0934820B1

Abstract

1. Tworzywo warstwowe o duzej wytrzymalo- sci na sciskanie, dobrej odpornosci na temperatu- re i niewielkiej przepuszczalnosci plynów, zawie- rajace co najmniej jedna warstwe folii grafitowej oraz warstwy folii metalowych, umieszczone rów- nolegle jedna na drugiej i polaczone ze soba, przy czym folie grafitowe i folie metalowe sa umiesz- czone naprzemiennie, znamienne tym, ze zawie- rajace folie grafitowe (5; 8'; 8''; 8'''; 8''') i folie meta- lowe (6; 6'; 9; 9', 9''; 9'''; 9""; 11; 11') tworzywo warstwowe (1; 2; 3) jest od góry i od dolu ograni- czone warstwa mi folii metalowej (6; 6'; 9; 9''''; 11; 11'), które na swych powierzchniach, znajdu- jacych sie na zewnatrz tworzywa, sa po kryte calkowicie gazoszczelna folia polimerowa (7', 7'; 10; 10'; 13; 13') z polimeru organicznego o dlugo- trwalej odpornosci na temperature, wynoszacej co najmniej 150°C, i polaczone z ta folia. PL PL PL

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 194137 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 331195 (51) Int.Cl.

B32B 15/04 (2006.01) F16J 15/12 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 03.02.1999

Tworzywo warstwowe, sposób wytwarzania tworzywa warstwowego i jego zastosowanie

	(73) Uprawniony z patentu: SGL CARBON
(30) Pierwszeństwo: 04.02.1998,DE,19804283.3	Aktiengesellschaft,Wiesbaden,DE (72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	Oswin Óttinger,Meitingen,DE
16.08.1999 BUP 17/99	Silvia Mechen,Meitingen,DE Mike Rommler,Los Angeles,US
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.04.2007 WUP 04/07	(74) Pełnomocnik: Alicja Rogozińska, POLSERVICE, Kancelaria Rzeczników Patentowych Sp. z o.o.

⁽⁵⁷⁾ 1. Tworzywo warstwowe o dużej wytrzymałości na ściskanie, dobrej odporności na temperaturę i niewielkiej przepuszczalności płynów, zawierające co najmniej jedną warstwę folii grafitowej oraz warstwy folii metalowych, umieszczone równolegle jedna na drugiej i połączone ze sobą, przy czym folie grafitowe i folie metalowe są umieszczone naprzemiennie, znamienne tym, że zawierające folie grafitowe (5; 8'; 8''; 8'''; 8''') i folie metalowe (6; 6'; 9; 9', 9''; 9'''; 9; 11; 11') tworzywo warstwowe (1; 2; 3) jest od góry i od dołu ograniczone warstwa mi folii metalowej (6; 6'; 9; 9''''; 11; 11'), które na swych powierzchniach, znajdujących się na zewnątrz tworzywa, są po kryte całkowicie gazoszczelną folią polimerową (7', 7'; 10; 10'; 13; 13') z polimeru organicznego o długotrwałej odporności na temperaturę, wynoszącej co najmniej 150°C, i połączone z tą folią.

PL 194 137 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest tworzywo warstwowe o dużej wytrzymałości na ściskanie, dobrej odporności na wysokie temperatury i niewielkiej przepuszczalności płynów, które składa się z umieszczonych naprzemiennie jedna na drugiej i wzajemnie równoległych warstw folii grafitowych i folii metalowych oraz w którym folie grafitowe są połączone z foliami metalowymi.

Tworzywa warstwowe tego typu są stosowane zwłaszcza w technice uszczelniania i do wykładzin uszczelniających. W amerykańskim opisie patentowym nr 5,128,209 przedstawiony jest materiał uszczelniający, który składa się z warstw polimeru fluorowego, folii grafitowych i folii metalowych, przy czym warstwy te są połączone ze sobą klejem. Warstwy polimeru fluorowego są wykonane z porowatego, a zatem materiału przepuszczalnego dla płynów. Nadają one składnikom kompozytu w postaci folii grafitowych i folii z polimerów fluorowych większą wytrzymałość, ciągliwość, wytrzymałość na rozciąganie i ułatwiają manipulowanie nimi. Wadą tego materiału uszczelniającego jest przede wszystkim przepuszczalność folii z polimerów fluorowych dla płynów oraz obecność klejów jako środka łączącego pomiędzy warstwami. Folie z polimerów fluorowych nie przyczyniają się praktycznie w ogóle do szczelności całego układu, co ma negatywne skutki zwłaszcza w przypadku uszczelek o wysokich i najwyższych wymaganiach. Kleje stanowią, zwłaszcza w przypadku uszczelek poddawanych wysokim ciśnieniom lub naprężeniom, słabe miejsce, ponieważ mogą się na nich ślizgać warstwy tworzywa warstwowego, co prowadzi do utraty zdolności funkcjonowania uszczelek lub, zwłaszcza w połączeniu z wysokimi temperaturami, w warstwie kleju mogą powstawać drobne pęknięcia, które pogarszają działanie uszczelniające.

Celem wynalazku jest opracowanie tworzywa warstwowego do zastosowania w celach uszczelniających, które charakteryzuje się lepszą szczelnością i wytrzymałością na ściskanie przy długotrwałej odporności na temperaturę, wynoszącą co najmniej 150°C.

Tworzywo warstwowe o dużej wytrzymałości na ściskanie, dobrej odporności na temperaturę i niewielkiej przepuszczalności płynów, zawierające co najmniej jedną warstwę folii grafitowej oraz warstwy folii metalowych, umieszczone równolegle jedna na drugiej i połączone ze sobą, przy czym folie grafitowe i folie metalowe są umieszczone naprzemiennie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawierające folie grafitowe i folie metalowe tworzywo warstwowe jest od góry i od dołu ograniczone warstwami folii metalowej, które na swych powierzchniach, znajdujących się na zewnątrz tworzywa, są pokryte całkowicie gazoszczelną folią polimerową z polimeru organicznego o długotrwałej odporności na temperaturę, wynoszącej co najmniej 150°C, i połączone z tą folią.

Korzystnie połączenia folii grafitowych z foliami metalowymi oraz połączenia folii metalowych z foliami polimerowymi są bezklejowe.

Korzystnie co najmniej jedną ze znajdujących się wewnątrz tworzywa warstwowego folii metalowych, połączonych na obu swych płaskich powierzchniach z folią grafitową, stanowi blacha haczykowa.

Korzystnie tworzywo warstwowe składa się z usytuowanej w środku folii metalowej, dwóch połączonych z płaskimi powierzchniami tej folii metalowej, warstw folii grafitowej i dwóch połączonych z zewnętrznymi płaskimi powierzchniami obu folii grafitowych, folii metalowych, połączonych całkowicie na swych zewnętrznych płaskich powierzchniach z folią polimerową.

Korzystnie tworzywo warstwowe składa się z usytuowanej w środku folii grafitowej, połączonej na swych obu płaskich powierzchniach z folią metalową, której zewnętrzne płaskie powierzchnie są całkowicie pokryte folią polimerową.

Korzystnie folie metalowe są z odpornego na korozję metalu, odpornego na korozje stopu metalu, z aluminium lub stopu aluminium lub z miedzi lub stopu miedzi.

Korzystnie folie metalowe mają grubość od 0,005 do1 mm.

Korzystnie folie grafitowe mają gęstość w odniesieniu do objętości całkowitej od 0,1 do 1,8 g/cm³ i zawartość węgla od 90 do 99,95 procent wagowych.

Korzystnie folie grafitowe mają grubość od 0,1 do 4,0 mm.

Korzystnie folia polimerowa jest z materiału należącego do grupy zawierającej poliarylodwueteroketon, poliaryloeteroketon, polisiarczek fenylu, polisulfon arylu, polisulfon eteru, poliimid, poliamidoimid, polimery zawierające fluor.

Korzystnie folia polimerowa jest z materiału, należącego do grupy zawierającej politetrafluoroetylen, politrójfluorochloroetylen, kopolimer tetrafluoroetylenu i heksafluoropropylenu, kopolimery tetraPL 194 137 B1 fluoroetylenu z perfluoroalkilowinyloeterem, kopolimery etylenu i tertrafluoroetylenu, polifluorek winylidenu.

Korzystnie folia polimerowa jest z perfluorowanego polimeru organicznego.

Korzystnie folie polimerowe mają grubość od 0,005 do 1,0 mm.

Sposób wytwarzania tworzywa warstwowego o dużej wytrzymałości na ściskanie, dobrej odporności na temperaturę i niewielkiej przepuszczalności płynów, zawierające co najmniej jedną warstwę folii grafitowej oraz warstwy folii metalowych, umieszczone równolegle jedna na drugiej i połączone ze sobą, przy czym folie grafitowe i folie metalowe są umieszczone naprzemiennie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że z foliami metalowymi zgrzewa się termicznie gazoszczelne folie polimerowe z polimeru organicznego o długotrwałej odporności na temperaturę, wynoszącej co najmniej 150°C, przy czym podczas procesu zgrzewania folie metalowe i folie polimerowe mają temperaturę, leżącą w zakresie topnienia folii polimerowych, lub folie metaIowe mają temperaturę, która leży w górnym zakresie przedziału topnienia folii polimerowych, zaś folie polimerowe mają temperaturę, leżącą poniżej tego przedziału.

Sposób wytwarzania tworzywa warstwowego o dużej wytrzymałości na ściskanie, dobrej odporności na temperaturę i niewielkiej przepuszczalności płynów, zawierające co najmniej jedną warstwę folii grafitowej oraz warstwy folii metalowych, umieszczone równolegle jedna na drugiej i połączone ze sobą, przy czym folie grafitowe i folie metalowe są umieszczone naprzemiennie, według wynalazku charakteryzuje się tym, że z foliami metalowymi zgrzewa się termicznie i pod działaniem ciśnienia gazoszczelne folie polimerowe z polimeru organicznego o długotrwałej odporności na temperaturę, wynoszącej co najmniej 150°C, przy czym podczas procesu zgrzewania folie metalowe i folie polimerowe mają temperaturę, leżącą w zakresie topnienia folii polimerowych, lub folie metalowe mają temperaturę, która leży w górnym zakresie przedziału topnienia folii polimerowych, zaś folie polimerowe mają temperaturę, leżącą poniżej tego przedziału.

Korzystnie gazoszczelne folie polimerowe z perfluorowanego polimeru organicznego zgrzewa się z foliami metalowymi w temperaturze z zakresu od 370°C do 380°C i pod ciśnieniem wynoszącym maksymalnie 2 MPa.

Korzystnie na folie metalowe naprasowuje się folie grafitowe przy użyciu ciśnienia i podwyższonej temperatury.

Korzystnie folie grafitowe naprasowuje się na folie metaIowe, umieszczając pomiędzy łączonymi powierzchniami cienką warstwę mieszaniny emulsji siloksanu i alkoholu tłuszczowego, przy użyciu ciśnienia i podwyższonej temperatury.

Tworzywo warstwowe według wynalazku stosuje się jako materiał do wytwarzania uszczelek.

Zasada działania tworzywa warstwowego jako materiału uszczelniającego jest następująca: folia grafitowa względnie folie grafitowe o bardzo dobrej odporności na wysokie temperatury, nadają tworzywu warstwowemu dużą ściśliwość, dobrą zdolność powrotu do pierwotnego kształtu i wyjątkowo niską tendencję do pełzania pod ciśnieniem. Również odporne na temperaturę folie metalowe nie podlegają pełzaniu pod ciśnieniem i nadają tworzywu warstwowemu duża wytrzymałość na ściskanie. Tworzą one dodatkową, nieprzepuszczalną barierę dla płynów. Nie mogą one jednak dopasować się do nierówności powierzchni, do których przylegają, na przykład powierzchni kołnierzy, za pomocą których na tworzywo warstwowe lub wykonaną z niego uszczelkę mabyć przenoszone ciśnienie, niezbędne do osiągnięcia działania uszczelniającego. Funkcję tę przejmują ograniczające od zewnątrz folie z polimeru organicznego. Dzięki zdolności do płynięcia pod ciśnieniem dopasowują się one bardzo dobrze do istniejących na tego typu powierzchniach nierówności i uszkodzeń, powodując znakomite uszczelnienie. Jeżeli stosuje się je o odpowiednio małej grubości, wówczas niekorzystna dla uszczelek tendencja do pełzania, a także niewielka zdolność powrotu do pierwotnego kształtu, nie mają znaczenia, ponieważ spowodowane tym negatywne efekty są bardziej niż kompensowane przez udział grafitu.

Połączenia między różnymi warstwami tworzywa warstwowego można wykonać za pomocą odpowiedniego kleju, który musi cechować się długotrwałą odpornością na temperaturę, wynoszącą co najmniej 150°C. Korzystne jednak są całkowicie pozbawione kleju połączenia zarówno między foliami grafitowymi i foliami metalowymi, jak też między foliami metalowymi i foliami polimerowymi.

Pod pojęciem folii grafitowych rozumie się w ramach niniejszego wynalazku zarówno folie grafitowe, jak też laminaty grafitowe, otrzymywane znanymi sposobami poprzez wspólne prasowanie lub kalandrowanie ekspandowanego, tak zwanego robaczkowego, grafitu. Ekspandowany grafit wytwarza się poprzez gwałtowny rozkład soli grafitowych, jak wodorosiarczan grafitu, w wysokich temperaturach.

PL 194 137 B1

Ze znajdujących się wewnątrz tworzywa warstwowego, folii metalowych, które nie są połączone z foliami polimerowymi, co najmniej jedną może mieć postać blachy haczykowej, zaopatrzonej jednolub obustronnie w haczyki.

Połączenie folii metalowych z foliami polimerowymi można wykonać za pomocą dowolnej ze znanych metod. Korzystnie jednak stosuje się łączenie bez użycia kleju. Dla wchodzących w grę folii polimerowych najlepiej sprawdziło się bezrozpuszczalnikowe łączenie folii metalowych z foliami polimerowymi za pomocą zgrzewania termicznego, co można skutecznie stosować nawet w przypadku folii z politetrafluoroetylenu. Zgrzewanie to odbywa się korzystnie przy dodatkowym użyciu ciśnienia, przy czym można tu stosować zarówno prasy matrycowe, jak też prasy walcowe. Przy wykonywaniu połączeń zgrzewanych korzystne jest, jeżeli folie metalowe i folie polimerowe mają temperaturę, leżącą w zakresie mięknienia folii polimerowych.

W wielu przypadkach korzystne jest, jeżeli folie metalowe mają temperaturę, która leży w górnej części zakresu mięknienia folii polimerowych, zaś folie polimerowe mają temperaturę, leżącą poniżej tego zakresu.

Powierzchnie folii grafitowych można łączyć z powierzchniami folii metalowych za pomocą klejów lub bez użycia kleju, poprzez wciśnięcie w folie grafitowe działających kotwiąco powierzchni blach haczykowych. Kleje mają jednak opisane na wstępie wady, zaś blachy haczykowe stosuje się korzystnie jedynie w środku tworzywa warstwowego. W korzystnych sposobach łączenia powierzchni folii grafitowych i powierzchni folii metalowych nie stosuje się klejenia. Według jednego ze sposobów styka się obie folie powierzchniami, którymi mają one być połączone, po czym prasuje się je razem przy użyciu ciśnienia i temperatur w przedziale od 150 do 300°C. Przy mniejszych wymiarach powierzchni może się to odbywać w prasach matrycowych, w przypadku dużych wstęg stosuje się ogrzewane prasy z podwójną taśmą lub prasy walcowe. Jeżeli połączenie folii metalowych i grafitowych ma cechować się szczególnie dużą przyczepnością, wówczas stosuje się korzystnie sposób według EP 0 616 884 B1, w którym łączone powierzchnie pokrywa się jak najcieńszą warstwą substancji, działającej jak środek rozdzielczy, po czym wykonuje połączenie przy użyciu ciśnienia i temperatury.

Folie metalowe tworzywa warstwowego mogą być wykonane z dowolnego metalu, który nadaje się do celów uszczelniających i który można wykonać w postaci folii, korzystnie o grubości od 0,005 do1 mm. W szczególnych przypadkach grubość może również leżeć poza tym przedziałem.

Folie polimerowe, ograniczające tworzywo warstwowe na obu płaskich powierzchniach, muszą wykazywać długotrwałą odporność na temperaturę, wynoszącą co najmniej 150°C, korzystnie co najmniej 200°C, zwłaszcza 250°C. Długotrwała odporność na temperaturę w ramach niniejszego wynalazku oznacza, że dana folia w zadanej temperaturze nie ulega stopieniu lub zauważalnemu zniszczeniu. Wszystkie folie, które mają te cechy, nadają się na składnik tworzywa warstwowego według wynalazku. Zawarte w tworzywie warstwowym folie polimerowe mają grubość od 0,005 do 1,0 mm, korzystnie od 0,03 do 0,2 mm.

Tworzywa warstwowe według wynalazku mogą znaleźć zastosowanie jako uszczelniające osłony lub wykładziny. Przede wszystkim jednak służą one jako materiał do wytwarzania uszczelek, zwłaszcza uszczelek, płaskich.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1, 2 i 3 przedstawiają różne typy tworzywa warstwowego według wynalazku, w przekrojach, fig. 4 - porównawcze tworzywo warstwowe, w przekroju, zaś fig. 5 - wykres obrazujący porównanie działania uszczelniającego płaskiej uszczelki z tworzywa warstwowego według wynalazku i odpowiedniej uszczelki z tworzywa porównawczego.

Na fig. 1 uwidocznione jest tworzywo warstwowe 1, składające się z rdzenia 5 z laminatu grafitowego. Każda z dwóch płaskich powierzchni tego rdzenia 5 jest bez kleju połączona z folią metalową 6, 6' z miedzi. Zewnętrzne płaskie powierzchnie tych folii metalowych są pokryte w całości folią polimerową 7, 7' z polieteroketonu i połączone bezklejowo.

Na fig. 2 przedstawione jest tworzywo warstwowe 2, składające się ogółem z czterech warstw folii grafitowej 8, 8', 8'', 8''', połączonych płaskimi powierzchniami bezklejowo, przy użyciu znanego sposobu, z foliami metalowymi 9, 9', 9'', 9''', 9'''' z aluminium. Każda z zewnętrznych płaskich powierzchni obu leżących na zewnątrz folii metalowych 9, 9'''' jest połączona bezklejowo z folią polimerową 10, 10' z kopolimeru tetra-fluoroetylenu i perfluoropropylenu.

Na fig. 3 ukazane jest tworzywo warstwowe 3, które ma wewnątrz zaopatrzoną po obu stronach w haczyki 14, 14' blachę haczykową 12 ze stali stopowej, która na swych obu płaskich powierzchniach wchodzi swymi haczykami 14, 14' w folię grafitową 8, 8'. Obie, nie połączone z blachą haczykową 12, płaskie powierzchnie folii grafitowych 8, 8' są bez użycia kleju połączone z folią metalową 11, 11' ze

PL 194 137 B1 stali stopowej, zaś zewnętrzne płaskie powierzchnie obu tych folii metalowych 11, 11' są połączone z folią polimerową 13, 13' z politetrafluoroetylenu. Folie polimerowe 13, 13' z politetrafluoroetylenu są połączone z foliami metalowymi 11, 11' ze stali stopowej za pomocą zgrzewania odpowiadających sobie parami folii w temperaturze około 380°C pod naciskiem, na prasie z podwójna taśmą.

Na fig. 4 ukazane jest porównawcze tworzywo warstwowe 4, mające znacznie niższą wytrzymałość na ściskanie niż przedstawiona przykładowo na fig. 1, 2 i 3 tworzywa warstwowe 1, 2 i 3 według wynalazku. Jego budowa odpowiada tworzywu warstwowemu 3 z fig. 3 z tą różnicą, że folie metalowe 11, 11' są w nim umieszczone pomiędzy foliami polimerowymi 13, 13', nie ma tutaj natomiast folii grafitowych 8, 8'. Jak później zostanie wykazane, tworzywo warstwowe 4 ma znacznie mniejszą wytrzymałość na ściskanie niż tworzywa warstwowe według wynalazku.

Przykłady wykonania:

Przykład 1:

Wytwarzanie tworzywa warstwowego o strukturze ukazanej na fig. 3. Dla wykonania rdzenia tworzywa warstwowego dwie wstęgi folii grafitowych o grubości 1,05 mm i gęstości w odniesieniu do objętości całkowitej 0,9 g/cm³ przewalcowano znanym sposobem w urządzeniu do walcowania, którego dwa walce zostały ustawione na szerokość szczeliny 1,9 mm, z zaopatrzoną obustronnie w haczyki blachą haczykową ze stali stopowej w postaci materiału nr 1.4401 o grubości 0,1 mm, otrzymując wzmocniony blachą haczykową korpus z folii grafitowych, który z obu stron miał folię grafitową o gęstości w odniesieniu do objętości całkowitej 1,0 g/cm³. Niezależnie od opisanego połączenia blachy haczykowej z dwiema foliami grafitowymi połączono bez użycia kleju folię ze stali stopowej, materiał nr 1.4401, o grubości 50 mm i chropowatości powierzchni Rz około 10 mmz folią polimerową, również o grubości 50 mm, z politetrafluoroetylenu (TFM 1700, producent firma Dyneon, Burgkirchen, Niemcy). Połączenie wykonano w prasie do prasowania na gorąco, mającej płyty dociskowe o znacznej równoległości płaszczyzn, zaopatrzone w pokryte twardą powłoką chromową, polerowane powierzchnie, które zostały powleczone środkiem rozdzielczym. Obie płyty prasy miały temperaturę około 370°C. Pokrytą folią polimerową folię metalową włożono w prasę i prasowano przez 5 minut pod dociskiem 2 MPa. Po wyjęciu z prasy kompozytu z folii metalowych i folii polimerowych i ochłodzeniu go do temperatury otoczenia wolną powierzchnię kompozytu z folii metalowych i folii polimerowych pokryto, w celu połączenia ze wzmocnionym blachą haczykową korpusem z folii grafitowych, cienką warstwą mieszaniny emulsji siloksanu i alkoholu tłuszczowego według europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP 0616 884 B1. Po wysuszeniu mieszaniny emulsji i alkoholu tłuszczowego sporządzono, w celu wykonania korpusu warstwowego, stos o następującej budowie warstwowej: 1. Płyta kompozytowa z folii polimerowej i folii metalowej, 2. Wzmocniony blachą haczykową korpus z folii grafitowych, 3. Płyta kompozytowa z folii polimerowej i folii metalowej. W opisanym stosie folie polimerowe kompozytu folii polimerowych i folii metalowych znajdowały się zawsze na zewnątrz, zaś powierzchnie metaliczne, pokryte mieszaniną emulsji siloksanu i alkoholu tłuszczowego, znajdowały się zawsze po tej stronie wzmocnionego blachą haczykową korpusu z folii grafitowych, po której znajduje się grafit. Stos przeniesiono następnie do ogrzewanej prasy matrycowej i prasowano przez około 1 godzinę w temperaturze 200°C pod naciskiem powierzchniowym 7 MPa. Na wycinkach tego tworzywa warstwowego przeprowadzono badania, których wyniki są omówione poniżej.

Przykład 2:

W tym przykładzie opisano wytwarzanie tworzywa warstwowego, którego budowa odpowiada tworzywu warstwowemu 2 z fig. 2. Najpierw, jak to opisano w odniesieniu do przykładu 2, wykonano dwa korpusy kompozytowe, składające się z jednej folii polimerowej i jednej folii metalowej. Następnie trzy folie metalowe (grubość 50 mm, materiał nr 1.4401), które miały być obustronnie połączone z foliami grafitowymi, odpowiednio do sposobu z przykładu 1, pokryto na ich obu płaskich powierzchniach powłoką z mieszaniny siloksanu i alkoholu tłuszczowego. Następnie sporządzono stos o następującej kolejności warstw: 1. Płyta kompozytowa z folii polimerowej i folii metalowej, 2. Folia grafitowa (grubość 0,51 mm, gęstość w odniesieniu do objętości całkowitej 1,0 g/cm³), 3. Folia metalowa, 4. Folia grafitowa jak w punkcie 2., 5. Folia metalowa, 6. Folia grafitowa jak w punkcie 2., 7. Folia metalowa, 8. Folia grafitowa jak w punkcie 2., 9. Płyta kompozytowa z folii polimerowej i folii metalowej. Stos ten przeniesiono, podobnie jak w przykładzie 1, do ogrzewanej prasy matrycowej i tam prasowano do uzyskania tworzywa warstwowego.

Przykład 3 (porównawczy):

W celach porównawczych wykonano tworzywo warstwowe 4 odpowiednio do fig. 4, składające się ze wzmocnionego blachą haczykową rdzenia z dwóch folii grafitowych i obustronnej powłoki z folii

PL 194 137 B1 polimerowej. W tym celu wykonano najpierw, sposobem opisanym w przykładzie 1, rdzeń, składający się z dwóch folii grafitowych i blachy haczykowej. Otrzymany w ten sposób korpus dokładnie wysuszono w piecu recyrkulacyjnym w temperaturze 105°C. Wzmocniony blachą haczykową korpus z folii grafitowych wbito następnie w folię z politetrafluoroetylenu, jaka była stosowana również w poprzednich przykładach, po czym pakiet złożony z folii polimerowej oraz wzmocnionego blachą haczykową korpusu rdzeniowego przeniesiono do, nagrzanej uprzednio do 375°C, matrycy prasy do prasowania na gorąco i tam prasowano przez około 5 minut pod naciskiem 2 MPa. W tych warunkach nastąpiło zgrzanie folii grafitowych z folią polimerową.

Na próbkach tworzyw warstwowych, wykonanych w przykładach 1, 2 i 3, przeprowadzono następujące badania:

- wyznaczenie wytrzymałości na ściskanie w zależności od temperatury według DIN 28090-1;

- wyznaczenie ściśliwości i zdolności powrotu do pierwotnego kształtu w temperaturze otoczenia, w 150°C i w 300°C według DIN 28090-2;

Poza tym wyznaczono właściwą szybkość przeciekania w zależności od nacisku powierzchniowego brutto na wykonanej z tworzywa warstwowego z przykładu 1, uszczelki płaskiej z wewnętrzną opaską ze stali stopowej (materiał nr 1.4571) w porównaniu do odpowiedniej uszczelki płaskiej, wykonanej z tworzywa warstwowego, składającej się jedynie z dwóch folii grafitowych, pomiędzy którymi umieszczona była blacha haczykowa. W przeciwieństwie do tworzywa warstwowego według wynalazku w tworzywie porównawczym brakowało obustronnej powłoki z folii metalowej, połączonej z folią polimerową.

W tabeli 1 podano wartości pomiarowe z badania wytrzymałości na ściskanie:

Tabel a 1

Krytyczny nacisk powierzchniowy (MPa) w chwili zniszczenia tworzywa warstwowego

	Temperatura
Tworzywo warstwowe według	20°C	150°C	300°C
przykładu 1	148	130	118
przykładu 2	138	120	112
przykładu 3 (porównawczego)	119	88	71

Widać tutaj, że tworzywa warstwowe według wynalazku mają we wszystkich temperaturach znacznie wyższą wytrzymałość na ściskanie niż tworzywo porównawcze, przy czym tworzywa warstwowe według wynalazku zachowują się lepiej przy przejściu do wyższych temperatur.

Tabela 2 podaje wartości pomiarowe dla ściśliwości i zdolności powrotu do pierwotnego kształtu w temperaturze otoczenia i w 150°C:

Tabel a 2

Wartości spęczania na zimno (KSW) i zdolności powrotu do pierwotnego kształtu (KRW) w 20°C oraz spęczania na gorąco (WSW) i zdolności powrotu do pierwotnego kształtu (WRW) w 150°C; pomiar według DIN 28090-2

	20°C	150°C
Tworzywo warstwowe według	KSW (%)	KRW (%)	WSW (%)	WRW (%)
przykładu 1	18,8	4,5	1,5	4,1
przykładu 2	20,1	4,7	0,8	4,4
przykładu 3 (porównawczego)	34,5	3,9	1,3	3,6

KSW i WSW, mierzone przy nacisku powierzchniowym 20 MPa według DIN 28091-3

PL 194 137 B1

W tabeli 3 zamieszczone są wartości pomiarowe dla ściśliwości i zdolności powrotu do pierwotnego kształtu w temperaturze otoczenia i w 300°C:

Tabel a 3

Wartości spęczania na zimno (KSW) i zdolności powrotu do pierwotnego kształtu (KRW) w 20°C oraz spęczania na gorąco (WSW) i zdolności powrotu do pierwotnego kształtu (WRW) w 300°C; pomiar według DIN 28090-2

	20°C	300°C
Tworzywo warstwowe według	KSW (%)	KRW (%)	WSW (%)	WRW (%)
przykładu 1	26,1	4,0	2,8	4,2
przykładu 2	23,8	4,3	3,7	4,5
przykładu 3 (porównawczego)	39,1	3,5	2,2	3,8

KSW, mierzone przy nacisku powierzchniowym 35 MPa według DIN 28091-4 WSW, mierzone przy nacisku powierzchniowym 50 MPa według DIN 28091-4

Objaśnienia do tabeli 2 i 3:

„KSW, wartość spęczania na zimno, i „WSW, wartość spęczania na gorąco, stanowią wartości, określające ściśliwość tworzyw warstwowych w temperaturze otoczenia i w temperaturze podwyższonej.

„KRW, zdolność powrotu do pierwotnego kształtu w temperaturze otoczenia, i „WRW, zdolność powrotu do pierwotnego kształtu w temperaturze podwyższonej, stanowią wielkości, określające zdolność tworzyw warstwowych po uprzednim ściśnięciu temperaturze otoczenia i w temperaturze podwyższonej.

Z tabeli 2 i 3 wynika, że tworzywa warstwowe według wynalazku nie dają się ściskać tak silnie, jak tworzywo warstwowe, które nie ma wierzchnich warstw z folii metalowych. Zdolność powrotu tworzyw warstwowych według wynalazku do pierwotnego kształtu jest natomiast we wszystkich temperaturach co najmniej tak dobra, jak tworzywa porównawczego. Dla zastosowania tworzyw warstwowych w uszczelkach oznacza to, że przy dociskaniu kołnierzy przy użyciu tworzyw warstwowych według wynalazku w uszczelkach trzeba pokonywać krótsze drogi niż ma to miejsce w uszczelkach według stanu techniki, jednak z uwagi na większą zdolność powrotu do pierwotnego kształtu uszczelki według wynalazku wykazują lepsze działanie uszczelniające. Dotyczy to przedziału temperatur od najniższych do 300°C.

Na wykresie 1 przedstawione jest przykładowo działanie uszczelniające, reprezentowane przez właściwą prędkość przecieków, dla płaskiej uszczelki (krzywa 1) o grubości 2 mm z wewnętrzną opaską z blachy ze stali stopowej, materiał nr 1.4571, grubość 0,15 mm, wykonanej z tworzywa warstwowego według przykładu 1, w porównaniu do odpowiedniej uszczelki (krzywa 2) (wewnętrzna opaska z blachy ze stali stopowej o grubości 0,15 mm, materiał nr 1.4571, całkowita grubość uszczelki 2 mm), wykonanej z tworzywa warstwowego, składającego się jedynie z dwóch folii grafitowych, pomiędzy którymi umieszczona była blacha haczykowa. W przeciwieństwie do tworzywa warstwowego według wynalazku w tworzywie porównawczym brakowało obustronnej powłoki z folii metalowej, połączonej z folią polimerowa. Badanie przeprowadzono przy ciśnieniu wewnętrznym azotu równym 4·10⁶Ρυ (40bar)według DIN 28090-1. Z wykresu wynika jednoznacznie, bez konieczności dalszych wyjaśnień, duża przydatność tworzyw warstwowych według wynalazku jako materiałów uszczelniających. Już przy stosunkowo niewielkich naciskach powierzchniowych można bowiem przy ich użyciu osiągnąć tak małe wartości przecieków, jakich w ogóle nie da się osiągnąć przy pomocy tworzyw porównawczych. Z tworzyw warstwowych według wynalazku można wykonać uszczelki, przekraczające o kilka rzędów wielkości wymogi szczelności według przepisów zawartych w Technische Anleitung Luft, wynoszące 0,01 mg/(s^m). Tak na przykład można osiągnąć wartości przecieków, wynoszące jedynie 0,001 mg/(s^m).

PL 194 137 B1

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Tworzywo warstwowe o dużej wytrzymałości na ściskanie, dobrej odporności na temperaturę i niewielkiej przepuszczalności płynów, zawierające co najmniej jedną warstwę folii grafitowej oraz warstwy folii metalowych, umieszczone równolegle jedna na drugiej i połączone ze sobą, przy czym folie grafitowe i folie metalowe są umieszczone naprzemiennie, znamienne tym, że zawierające folie grafitowe (5; 8'; 8''; 8'''; 8''') i folie metalowe (6; 6'; 9; 9', 9''; 9'''; 9; 11; 11') tworzywo warstwowe (1; 2; 3) jest od góry i od dołu ograniczone warstwa mi folii metalowej (6; 6'; 9; 9''''; 11; 11'), które na swych powierzchniach, znajdujących się na zewnątrz tworzywa, są po kryte całkowicie gazoszczelną folią polimerową (7', 7'; 10; 10'; 13; 13') z polimeru organicznego o długotrwałej odporności na temperaturę, wynoszącej co najmniej 150°C, i połączone z tą folią.
2. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1, znamienne tym, że połączenia folii grafitowych (5; 8; 8'; 8'', 8''') z foliami metalowymi (6; 6'; 9; 9'; 9; 9'''; 9''; 11; 11') oraz połączenia folii metalowych (6; 6'; 9; 9''''; 11; 11') z foliami polimerowymi (7; 7'; 10; 10'; 13; 13') są bezklejowe.
3. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że co najmniej jedną ze znajdujących się wewnątrz tworzywa warstwowego (2; 3) folii metalowych (9'; 9''; 9'''), połączonych na obu swych płaskich powierzchniach z folią grafitową (8; 8'; 8''; 8'''), stanowi blacha haczykowa (12).
4. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że składa się z usytuowanej w środku folii metalowej (6; 9; 11; 12), dwóch połączonych z płaskimi powierzchniami tej folii metalowej, warstw folii grafitowej (8; 8') i dwóch połączonych z zewnętrznymi płaskimi powierzchniami obu folii grafitowych (8; 8') folii metalowych (6; 6''; 9; 9''''; 11; 11'), połączonych całkowicie na swych zewnętrznych płaskich powierzchniach z folią polimerową (7; 7'; 10; 10'; 13; 13').
5. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że składa się z usytuowanej w środku folii grafitowej (5), połączonej na swych obu płaskich powierzchniach z folią metalową (6; 6'), której zewnętrzne płaskie powierzchnie są całkowicie pokryte folią polimerową (7; 7').
6. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że folie metalowe (6; 6'; 9; 9'; 9''; 9'''; 9''''; 11; 11'; 12) są z odpornego na korozję metalu, odpornego na korozje stopu metalu, z aluminium lub stopu aluminium lub z miedzi lub stopu miedzi.
7. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że folie metalowe (6; 6'; 9; 9'; 9''; 9'''; 9''''; 11; 11'; 12) mają grubość od 0,005 do1 mm.
8. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że folie grafitowe (5; 8; 8'; 8'', 8''') mają gęstość w odniesieniu do objętości całkowitej od 0,1 do 1,8 g/cm³ i zawartość węgla od 90 do 99,95 procent wagowych.
9. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że folie grafitowe (5; 8; 8'; 8'', 8''') mają grubość od 0,1 do 4,0 mm.
10. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że folia polimerowa (7; 7'; 10; 10'; 13; 13') jest z materiału należącego do grupy zawierającej poliarylodwueteroketon, poliaryloeteroketon, polisiarczek fenylu, polisulfon arylu, polisulfon eteru, poliimid, poliamidoimid, polimery zawierające fluor.
11. Tworzywo warstwowe według zastrz. 10, znamienne tym, że folia polimerowa (7; 7'; 10; 10'; 13; 13') jest z materiału należącego do grupy zawierającej politetrafluoroetylen, politrójfluorochloroetylen, kopolimer tetrafluoroetylenu i heksafluoropropylenu, kopolimery tetrafluoroetylenu z perfluoroalkilowinyloeterem, kopolimery etylenu i tertrafluoroetylenu, polifluorek winylidenu.
12. Tworzywo warstwowe według zastrz. 11, znamienne tym, że folia polimerowa (7', 7'; 10; 10'; 13; 13') jest z perfluorowanego polimeru organicznego.
13. Tworzywo warstwowe według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że folie polimerowe (7; 7'; 10; 10'; 13; 13') mają grubość od 0,005 do 1,0 mm.
14. Sposób wytwarzania tworzywa warstwowego o dużej wytrzymałości na ściskanie, dobrej odporności na temperaturę i niewielkiej przepuszczalności płynów, zawierające co najmniej jedną warstwę folii grafitowej oraz warstwy folii metalowych, umieszczone równolegle jedna na drugiej i połączone ze sobą, przy czym folie grafitowe i folie metalowe są umieszczone naprzemiennie, znamienny tym, że z foliami metalowymi (6; 6'; 9; 9''''; 11; 11') zgrzewa się termicznie gazoszczelne folie polimerowe (7; 7'; 10; 10'; 13; 13') z polimeru organicznego o długotrwałej odporności na temperaturę, wynoszącej co najmniej 150°C, przy czym podczas procesu zgrzewania folie metalowe i folie polimerowe mają temperaturę, leżącą w zakresie topnienia folii polimerowych, lub folie metalowe mają temPL 194 137 B1 peraturę, która leży w górnym zakresie przedziału topnienia folii polimerowych, zaś folie polimerowe mają temperaturę, leżącą poniżej tego przedziału.
15. Sposób wytwarzania tworzywa warstwowego o dużej wytrzymałości na ściskanie, dobrej odporności na temperaturę i niewielkiej przepuszczalności płynów, zawierające co najmniej jedną warstwę folii grafitowej oraz warstwy folii metalowych, umieszczone równolegle jedna na drugiej i połączone ze sobą, przy czym folie grafitowe i folie metalowe są umieszczone naprzemiennie, znamienny tym, że z foliami metalowymi (6; 6'; 9; 9''''; 11; 11') zgrzewa się termicznie i pod działaniem ciśnienia gazoszczelne folie polimerowe (7; 7'; 10; 10'; 13; 13')z polimeru organicznego o długotrwałej odporności na temperaturę, wynoszącej co najmniej 150°C, przy czym podczas procesu zgrzewania folie metalowe i folie polimerowe mają temperaturę, leżącą w zakresie topnienia folii polimerowych, lub folie metalowe mają temperaturę, która leży w górnym zakresie przedziału topnienia folii polimerowych, zaś folie polimerowe mają temperaturę, leżącą poniżej tego przedziału.
16. Sposób wytwarzania według zastrz. 15, znamienny tym, że gazoszczelne folie polimerowe (7; 7'; 10; 10'; 13; 13') z perfluorowanego polimeru organicznego zgrzewa się z foliami metalowymi (6; 6'; 13; 9''''; 11, 11') w temperaturze z zakresu od 370°C do 380°C i pod ciśnieniem wynoszącym maksymalnie 2 MPa.
17. Sposób wytwarzania według zastrz. 14 albo 15, znamienny tym, że na folie metalowe (6; 6'; 9; 9'; 9''; 9'''; 9''''; 11; 11') naprasowuje się folie grafitowe (8; 8'; 8'', 8''') przy użyciu ciśnienia i podwyższonej temperatury.
18. Sposób według zastrz. 17, znamienny tym, że folie grafitowe (8; 8'; 8'', 8''') naprasowuje się na folie metalowe (6; 6'; 9; 9'; 9''; 9'''; 9''''; 11; 11'), umieszczając pomiędzy łączonymi powierzchniami cienką warstwę mieszaniny emulsji siloksanu i alkoholu tłuszczowego, przy użyciu ciśnienia i podwyższonej temperatury.
19. Zastosowanie tworzywa warstwowego określonego zastrz. 1 do 13 jako materiału do wytwarzania uszczelek.