DE3204634A1

DE3204634A1 - Hochtemperaturbestaendiges blattmaterial mit inkorporierten organischen fasern und ein verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE3204634A1
Application number: DE19823204634
Authority: DE
Inventors: Warren Julius 01085 Montgomery Mass. Bodendorf
Original assignee: Texon Inc 01075 South Hadley Falls Mass; Texon Inc
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1981-02-10
Filing date: 1982-02-10
Publication date: 1982-08-26
Also published as: FR2499463B1; JPS57154558A; CA1172414A; GB2093474B; GB2093474A; FR2499463A1

Description

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DIPL. ING. HEINZ BARDEHLE ^#:* *"* '!Ähen, "loVT.1982 PATENTANWALT ^v

Aktenzeichen: Mein Zeichen: ρ 3344

Anmelder: TEXON INC.

South Hadley, Mass.01075 USA

Hochtemperaturbeständiges Blattmaterial mit inkorporierten organischen Fasern und ein Verfahren zur Herstellung desselben

Die Erfindung betrifft ein hochtemperaturbeständiges kompressibles Blattmaterial, das für Abdichtungen und Hitzeschilder geeignet ist, und sie bezieht sich insbesondere auf ein hochtemperaturbeständiges kompressibles Blattmaterial, in dem ein vernetztes Elastomeres als Bindemittel verwendet wird.

Flexibles kompressibles Blattmaterial hat bei Dichtungsanwendungen ausgedehnte Verwendung gefunden. In der Regel . hat das Blattmaterial zur Verwendung bei der Herstellung von Dichtungen eine Dicke zwischen 0,00254 und 0,635 cm. Das Blattmaterial wird entweder allein oder als Komponente einer zusammengesetzten Abdichtung verwendet. Beispielsweise wird eine Dichtung zum Verschweißen des Sockels eines Vergasers mit dem Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors dadurch gebildet, daß das Blattmaterial entsprechend auf oder zwischen eine oder zwei Lagen aus dünnem Metall gesetzt wird, um eine Kompositdichtung zu bilden. Abdichtungen, die in Verbindung mit Verbrennungsmotoren verwendet werden, müssen zuweilen extrem hohe Temperaturen aushalten, d.h. Temperaturen in der Größenordnung von mehr als 26O⁰C und manchmal bis zu 482°C. Beispielsweise müssen die Abgasrohrdichtungen, die Kompressordichtungen, die Abdichtungen für Abgassysteme und die Kopfabdichtungen sowie jene Abdichtungen, die in Verbindung mit katalytischen Konvertern erforderlich sind, Hochtemperaturbeständigkeit aufweisen. Des weiteren müssen diese Abdichtungen beständig sein gegen öl und Wasser, denn beides kommt mit der

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Abdichtung in Berührung, wenn sie in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor verwendet wird. Hinsichtlich der Wasserfestigkeit ist festzuhalten, daß es eine besonders wichtige Eigenschaft ist, wenn die Anwendung bei der Herstellung von Wasserpumpabdichtungen erfolgt. Daneben wird die Wasserfestigkeit ein noch größeres Erfordernis bei Dichtungsmaterial, wenn die Abdichtung in Verbindung mit Schiffsmaschinen und insbesondere bei Außenbordmotoren angewendet wird.

Bisher hat Asbest die meiste Verwendung als Faserkomponente in Dichtungsmaterial gefunden, hauptsächlich wegen seiner Hochtemperaturbeständigkeit. Wegen der Toxizität von Asbest hat man jedoch nach Ersatzmaterialien Ausschau gehalten, mit denen die Notwendigkeit der Verwendung von Asbest in Dichtungsmaterialien wirksam eliminiert wird.

Glasfaser in Form von Mikrofasern und keramischen. Fasern ist in Verbindung mit der Bildung von kompressiblen Blattmaterialien zur Verwendung in Dichtungsmaterial eingesetzt worden. Außerdem ist zur Erhaltung der Strukturintegrität während der Überführung des Blattmaterials in eine Abdichtung und bei Gebrauch ein Bindemittel notwendig, das jene Eigenschaften besitzt.

In der Regel sind diese Bindemittel von elastomerer Natur. Außerdem sollten die Bindemittel einen gewissen Grad an Hitzebeständigkeit aufweisen, da sie mit Hochtemperaturumgebungen in Kontakt kommen, wenn sie in Betrieb gesetzt werden. Das Blattmaterial muß auch kompressibel und nicht-

porös sein, um eine wirksame Versiegelung zwischen Passagen . zu bilden, die sich in Strömungskommunikation befinden.

Ein besonders gutes und brauchbares Hochtemperatur-Dichtungsmaterial mit den vorerwähnten Eigenschaften wird in der USA-Patentanmeldung Ser. No. 099 619 vom 3.12.1979 beschrieben, die den Titel "High Temperature Resistent Compressible Sheet Material for Gasket ing and the Like" trägt (Bodendorf et al., Anmelderin wie hier).

Erfindungsgemäß soll ein Blattmaterial zur Verfügung gestellt werden, das auf Standardpapiermaschinen ausgeformt wird und welches seine Integrität unter Hochtemperaturbedingungen behält und sowohl wasser- als auch ölbeständig ist, wenn es als Abdichtung verwendet wird.

Des weiteren soll das Blattmaterial der Erfindung als Hitze- » schild verwendet werden können, um verschiedene Bereiche von Wärmeerzeugung seriell en au isolieren, wie die Bodenunterlage in einem Kraftwagen oder Lastwagen.

Des weiteren soll das Blattmaterial der Erfindung für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet sein, bei denen Hochtemperatureigenschaften erforderlich sind.

Zur Lösung' der vorstehend genannten Aufgabe wird das in Patentanspruch 1 angegebene Blattmaterial vorgeschlagen.

■υ-

Das erfindungsgemäße hochtemperaturbeständige kompressible Blattmaterial mit einer Dicke von 0,00254 bis 2,54 cm enthält mindestens etwa 5 Gew.-% einer hochtemperaturbeständigen organischen Faser, die mindestens 482⁰C standhalten kann. In dem hochtemperaturbeständigen kompressiblen Blattmaterial sind 8 bis 65 Gew.-% eines vernetzbaren Elastomeren, ein Vernetzungsmittel für dieses Elastomere und 15 bis 85 Gew.-% eines kleinteiligen Füllstoffs enthalten, der chemisch modifiziert worden ist, so daß er mit dem Elastomeren reagieren kann. Das Material ist in der Lage, Betriebstemperaturen von mindestens 260⁰C auszuhalten, und es ist öl- und wasserfest. Das Blattmaterial eignet sich zur Herstellung von Abdichtungen und Hitzeschilden.¹.

Das Bindemittel besteht aus einem vernetzten Elastomeren, um dem Kompositblattmaterial die erforderliche Kompressibilität und Integrität zu geben. Der Begriff "Elastomer" soll in vorliegender Benutzung sowohl synthetischen Kautschuk als auch Naturkautschuk bezeichnen und einschließen. "Naturkautschuk" bedeutet hier den elastischen Feststoff, der aus dem Saft oder Latex des Havea-Baums erhalten wird; der Hauptbestandteil ist das Homopolymere von 2-Methyl-1,3-butadien (Isopren). "Synthetischer Kautschuk" steht hier für Polymere, die mindestens 2 % eines konjugierten ungesättigten Monomeren als Grundlage haben, wobei die Konjugation in 1,3-Stellung in der Monomerkette vorliegt und das fertige Polymere in seinem unvulkanisierten Zustand eine Dehnbarkeit von mindestens 200 % und ein Memoryvermögen von mindestens 90 % hat, wenn es innerhalb der Dehnungsgrenzen gestreckt und spontan entspannt wird. Die zur Herstellung von synthetischem Kautschuk geeigneten konjugierten ungesättigten Monomeren sind, ohne hierauf begrenzt zu sein, Chloropren, Butadien, Isopren, Cyclopentadien/

Dicyclopentadien und dergl.. Andere Olefine, die zur freiradikalischen, anionischen oder kationischen Additionspolymerisation in die Polymerkette mit einem konjugierten ungesättigten Monomeren fähig sind, eignen sich zur Bildung von synthetischen Kautschuken. Diese Olefine sind zweckmäßigerweise monoäthylenisch ungesättigte Monomere. "Monoäthylenisch ungesättigt" ist hier durch das Monomere mit einer >C = CH₂ Gruppe gekennzeichnet. Diese monoäthylenisch ungesättigten Monomeren sind, ohne hierauf beschränkt zu sein, die Acrylmonomeren, wie Methacrylsäure, Acrylsäure, Acrylnitril, Methacrylnitril, Methacrylate Methylmethacrylat, A" thylacrylat, Äthylmethacrylat, Acrylamid und dergl., olefinische Kohlenwasserstoffe, wie Äthylen, Butylen, Propylen, Styrol, alpha-Methylstyrol und dergl., und andere funktionelle ungesättigte Monomere, wie Vinylpyridin, Vinylpyrrolidon und. dergl..

Die bei der praktischen Ausführung der Erfindung bevorzugten Elastomeren sind Jene auf der Grundlage von synthetischein Kautschuk und enthalten vorzugsweise Butadien und Acrylnitril. Es wird ebenfalls bevorzugt, daß das Elastomere Stellen zur Kondensationsvernetzung enthält. Diese Stellen zur Kondensationsvernetzung sind typischerweise Säuregruppen, die durch Acrylsäure, Hydroxylgruppen aus Hydroxyäthylenacrylat, N-Methylolgruppen aus N-Methylolacrylamid und dergl. gestellt werden. Diese Kondensationsvernetzungssteilen sind erforderlich, um die verschiedenen Polymerketten untereinander einer Kondensationspolymerisation zu unterwerfen und ein vernetztes Netzwerk aus einem zähen und kompressiblen Bindemittelmaterial zu bilden.

Bei der Inkorporierung des Elastomeren in das Blattmaterial ist es erwünscht, daß das Elastomere mit Hilfe eines anionischen grenzflächenaktiven Mittels oder Emulgators in Latexform vorliegt. In der Regel werden diese Latices mit 4 0 bis 60 % Feststoffen in Wasser vorgegeben. Vorzugsweise weist ein typischer Latex eine Dehnung zwischen und 1200 im unvulkanisierten (unvernetzten) Zustand und von 250 bis 750 im vulkanisierten Zustand auf.

Obwohl die erfindungsgemäß geeigneten Elastomeren mit genügend funktioneilen Gruppen zur Selbstvernetzung vorgegeben werden können, d.h. zur Vernetzung ohne Zusatz anderer Materialien, können Vernetzungsmittel zugesetzt werden, um die erforderlichen Vernetzungseigenschaften zu schaffen.

Zu erfindungsgemäß geeigneten Vernetzungsmitteln zählen Aldehyde, wie Formaldehyd, Glyoxal, Acrolein und dergl.; synthetische Harz-Prekodensate, die durch Umsetzung eines Aldehyds im allgemeinen mit Verbindungen erhalten werden, die Stickstoff enthalten, wie Dimethylolharnstoff, Dimethylöläthylenharnstoff, Di- und Trimethyloltriazon, Dimethyluron, Di- und Trimethylolmelamin und andere cyclische oder nichtcyclische, wasserlösliche oder wasserunlösliche Prekondensate von Harnstoff- und Melamin-Formaldehyd. Die reaktiven Methylolgruppen können durch Alkohole mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen blockiert oder teilweise blockiert werden. Neben den obigen können andere bekannte Vernetzungsmittel verwendet werden, wie Diepoxide und Epichlorinderivate, Dichlorphenole, beta-substituierte Diäthylsulfone, Sulfoniumsalze, N-Methylolacrylamid, Methacrylamid und Derivate derselben, Diisocyanate und dergl.. Bis zu 4 %

* tt β

des Vernetzungsmittels können in dem Blattmaterial inkorporiert sein. Zu viel Vernetzungsmittel kann das Blattmaterial zu spröde oder hart machen und liefert nicht die erforderliche Kompressibilität für das Dichtungsmaterial.

Zweckmäßigerweise stellt das elastomere Bindemittel etwa 8 bis 65 Gew.-% des Blattmaterials und vorzugsweise 8 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Blattmaterials.

Neben der elastomeren Komponente des Bindemittels kann eine kleinere Menge von nichtelastomeren organischen Additionspolymeren, wie ein Acrylat, zur Bildung des Bindemittelmaterials zugesetzt werden, d.h. bis zu etwa 30 Gew.-% und bevorzugt weniger als 15 Gew.-%. Es ist wünschenswert, die Menge an nichtelastomerem Polymeren im Verhältnis zu dem Elastomeren zu begrenzen, denn sonst hat das fertige Blattmaterial nicht die geforderte Kompressibilität zur Verwendung bei der Bildung von Abdich- ^tungen. Das nichtelastomere Polymere wird in der Regel durch freiradikalische, anionische oder kationische Additionspolymerisation VPh. ungesättigten Monomeren gebildet. Die ungesättigten Monomeren sind monoäthylenisch ungesättigte Monomere und wie beschrieben gekennzeichnet. Diese Monomeren sind typischerweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylnitril, Methacrylnitril, Methylmethacrylät, Methylacrylat, Äthylacrylat, Äthylmethacrylat, Acrylamid, N-Methylolacrylamid und dergl.. Vorzugsweise enthält das nichtelastomere Polymere, ebenso wie im Falle des Elastomeren, die Vernetzungsgruppen wie vorstehend beschrieben. Außerdem wird das nichtelastomere Polymere in dem Blattmaterial als ein Latex inkorporiert, der mit einem Fest-

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stoffgehalt von etwa 4 0 bis 60 Gew.-% in Wasser als eine wäßrige Emulsion vorgegeben wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann ein Silan-Kopplungsmittel mit einer reaktiven additionspolymerisierbaren Doppelbindung in dem Elastomeren oder in dem nichtelastomeren Polymeren inkorporiert werden. Typischerweise haben die additionspolymerisierbaren Silan-Kopplungsmittel polymerisierbar Acrylat- oder Methacrylatgruppen zwecks Inkorporierung in dem Bindemittel, neben hydrolysierbaren Gruppen zur Umsetzung mit den Faserbestandteilen des Blattmaterials. Vorzugsweise sind die Silan-Kopplungsmittel Vinyltriäthoxysilan, 8-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltris(beta-methoxyäthoxy)-silan und dergl..

Das monomere Silan-Kopplungsmittel sollte in dem elastomeren oder nichtelastomeren Polymeren in einer Menge von 2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des gesamten Bindemittels, vorzugsweise in einer Menge von 3 bis 12 Gew.-%, inkorporiert sein.

Die erfindungsgemäß geeigneten hochtemperaturbeständigen organischen Fasern sind jene organischen Fasern, die Betriebstemperaturen von 482°C ^fääerstehen. Typische organische Hochtemperaturfasern sind die Polyaramidfasern, die Polyamide auf der Grundlage von Kondensationsprodukten aromatischer Diamine und aromatischer Dicarbonsäuren darstellen; vorzugsweise sind es Fasern, in denen die faserbildende Substanz ein langkettiges synthetisches

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Polyamid ist, in dem mindestens 85 % der Amidbrücken

( - C -NH - )direkt an zwei aromatische Ringe gebunden sind. Eine typische Polyaramidfaser wird von E.I. Du Pont de Nemours & Company unter der Bezeichnung KEVLAR angeboten. Die organischen Hochtemperaturfasern l?ben vorzugsweise Stapellänge. "Stapelfasern" sind jene Fasern, die eine diskrete Länge bis zu 20,32 cm und bevorzugt bis zu 10,16 cm aufweisen und auf Standardpapiervorrichtungen (Maschinen) verarbeitet werden können.

Es wird besonders bevorzugt, daß die organischen Hochtemperaturfasern fibrilliert sind, was bedeutet, daß die feinen Fibrillen von der Stapelfaser ausgehen. Diese Fibrillen ermöglichen es, daß die organische Hochtemperaturfaser dispergiert und auf Standardpapiermaschinen verarbeitet werden kann. Typische organische Hochtemperaturfasern und insbesondere die Aramidfasern haben vorzugsweise eine Faserlänge von 0,2 bis 12 mm und eine Durchschnittslänge von 1 bis 6 mm, mit Fibrillen einer Länge von etwa 3 μπι bis 1 mm. Typische Faserdurchmesser sind etwa 12 μΐη und typische Fibrilldurchmesser sind etwa 0,1 bis 1 μπι. Die organische Hochtemperaturfaser wird in dem kompressiblen Blattmaterial in einer Menge inkorporiert, die mindestens etwa 5. Gew.-% beträgt und vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 15 Gew.-% liegt. Obwohl auch andere Fasern, sowohl organische als auch anorganische Fasern, bei der Bildung des hochtemperaturbeständigen Blattmaterials verwendet werden können, ist es bevorzugt, daß die Hauptfaserkomponente die organische Hochtempera turfaser ist.

Neben der organischen Hochtemperaturfaser können keramische Fasern in dem Blattmaterial inkorporiert werden. Diese keramischen Fasern werden aus Metalloxiden gebildet, die feuerfest sind. Typischerweise setzen, sich die Hochtemperaturfasern aus Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Aluminiumsilikat und Kombinationen derselben sowie Quarz und dergl. zusammen.

Zweckmäßig und bevorzugt bildet die Faserkomponente 5 bis 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Blattmaterials, und besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Blattmaterials.

Außerdem können anorganische Fasern mit geringerer· Temperaturbeständigkeit in geringen Mengen verwendet werden, die 482⁰C als ständige Betriebstemperatur, aber weniger als 816°C als ständige Betriebstemperatur aushalten, vorzugsweise in Mengen, die unter denen der organischen Hochtemperaturfasern liegen. Beispiele für diese Fasern sind die sogenannten Glasmikrofasern, d.h. jene mit Faserdurchrmessern von beta, A, AA, AAA, AAAA und AAAAAA. Diese Glasfasern können aus typischen Glaszusammensetzungen sein, die als Ε-Glas, T-Glas, C-Glas, SF-Glas und S-Glas bekannt sind und von Owens Corning Corporation angeboten werden.

Diese Glasfasern können in dem Blattmaterial in einer Menge von bis zu 8 Gew.-% enthalten sein, bezogen auf das Gewicht dieses Materials, und sind vorzugsweise zu weniger als 5 Gew.-% enthalten, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials.

Die bei der praktischen Benutzung der Erfindung geeigneten kleinteiligen Füllstoffe sind jene, die modifiziert worden sind, damit sie mit dem vernetzten Elastomeren koreagieren. Vorzugsweise sind diese kleinteiligen Füllstoffe anorganischer Natur und die chemische Modifizierung wird mittels eines Silan-Kopplungsmittels oder eines Werner-Komplex-Kopplungsmittels herbeigeführt. Typische kleinteilige Füllstoffe sind Ton, der ein Kaolinit, Halloysit, Mont- f%_ morillonit und Illit sein kann. Andere Füllstoffe wie Quarz, CaIsit, Luminit, Gips, Muscavit und dergl. können ebenfalls verwendet werden. Die mit dem Kopplungsmittel modifizierten Tone sind jene, die durch die dualfunktionellen Kopplungsmittel modifiziert worden sind, z.B. durch eine siliziumhaltige organische Verbindung oder einen Wernerkomplex, die eine Bindung mit dem anorganischen Füllstoff über das Metallatom aufbauen und eine Bindung mit dem organischen Bindemittel über die organischen, an das Metallatom gebundenen Reste schaffen. Typische geeignete Modifizierungsmittel in Form von Silan-Kopplungsmittel sind, ohne hierauf beschränkt zu sein, gamma-Aminopropyltriäthoxysilan, N-Bis(beta-hydroxyäthyl)^gamma-

-amino-propyltriäthoxysilan, N-beta(Aminoäthyl-gamma-aminopropyltrimethoxy)silan, (CH₃O)₃S i(CH₂)₃NH(CH₂)₂NH(CH₃)₂COOCH₃, gamma-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Vinyltriacetoxysilan, gamma-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltriäthoxysilan. Vinyltris(beta-methoxyäthoxy) silan, beta-3,4-i*poxycyclohexyl (äthyltrimethoxy) silan, gamma-Thiopropyltrimethoxysilan und dergl.. Vorzugsweise ist das zur Modifizierung des kleinteiligen Füllstoffs ver- . ■ wendete Kopplungsmittel ein Aminosilan oder ein Mercaptosilan und besonders bevorzugt ein mercaptofunktionelles Silan.

Vorzugsweise liegt die im Füllstoff erwünschte Teilchengröße unter 5 μπι und vorzugsweise weist ein wesentlicher Teil der Teilchen weniger als 2 μΐη, besonders bevorzugt Größten unter 1 μπι auf. Es wurde gefunden, daß ein besonders geeigneter Füllstoff Nucap 190 ist, der einen mit einem mercaptofunktionellen Silan modifizierten Koalinton darstellt. Der kleinteilige Füllstoff wird in dem Blattmaterial in einer Menge von 15 bis 85 Gew.-% und bevorzugt in einer Menge von 4 0 bis 75 Gew.-% inkorporiert.

Bei der Formung des Blattmaterials der Erfindung werden besonders vorteilhaft Standardpapiermaschinen eingesetzt, wie eine Fourdrinier-, eine geneigte Fourdrinier-, eine Zylindermaschine, ein Rotoformer oder dergl.. Ein typisches Verfahren umfaßt die Beschickung eines Holländers mit den Faserbestandteilen und dem Füllstoff und deren Dispergierung in Wasser. Die Faserkomponente wird zusammen mit dem Füllstoff und einer Hauptmenge Wasser bewegt, dann wird ein kationischer Polyelektrolyt in einer kleineren Menge zu dem Gemisch aus Fasern und Füllstoff zugesetzt. Typischerweise ist der kationische Polyelektrolyt ein Polymeres mit freien Amingruppen, wie ein Polyamin oder dergl.. Der kationische Polyelektrolyt schafft auf den Fasern eine starke Ladung und ruft deren Trennung und homogene Dispergierung im Wasser hervor. Zur Dispersion wird dann ein Gemisch aus dem Vernetzungsmittel, falls verwendet, und aus den elastomeren und nichtelastomeren Emulsionen gegeben. Wenn ein nichtelastomerer Latex verwendet wird, der ein umgesetztes Silan-Kopplungsmittel enthält, sollte dieser zuerst zugesetzt werden, um einen innigen Kontakt des Silans mit der Oberfläche der Fasern zu schaffen. Elastomere und Vernetzungsmittel werden auf der Oberfläche der Fasern niedergeschlagen.

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Ein anionisches Kolloid wird eingefüllt, um die Fasern zu redispergieren und eine homogene Dispersion aus Fasern mit aufgezogenem Elastomer und Nichtelastomer und Vernetzungsmittel zu bilden. Die Faserdispersion wird dann in den Maschinenkasten einer Fourdrinierpapiermaschine gefüllt. Aus dem Maschinenkasten wird das homogene Gemisch über Rohre gegen die Papiermaschine geleitet. Vor dem Erreichen des Kopfkastens der Papiermaschine wird ein kationischer Polyelektrolyt in die Leitung gegeben, vorzugsweise an der Ventilatorpumpe, um eine gute Durchmischung mit der Dispersion sicherzustellen, wodurch die überzogenen Fasern ausflocken und somit eine Ausflockung mit kontrollierter Teilchengröße am Kopfkasten vorgegeben wird. Die Ausflockung wird auf dem sich bewegenden Draht des Fourdriniers befördert, und das Wasser kann hiervon abgezogen werden. Nach Abzug des Wassers durch Gravität wird die nasse Bahn unter Saugdruck gesetzt, um weiteres Wasser aus der Bahn zu entfernen. Die Bahn wird dann zwischen Filzrollen und anschließend zwischen eine Metallwalze und eine Filzrolle gepreßt und getrocknet. Die erforderliche Trocknungstemperatur liegt zwischen 93⁰C und 149⁰C. Während des Trocknungszyklus wird das Elastomere vernetzt und der modifizierte Füllstoff wird chemisch in das Blattmaterial integriert. Das Blattmaterial wird dann zu einer gleichmäßigen Dicke kalandert und auf Rollen aufgenommen, von denen es nachfolgend abgewickelt und zu Abdichtungen oder anderen hochtemperaturbeständigen Erzeugnissen geschnitten werden kann. Neben den vorstehend erwähnten Bestandteilen können andere bekannte Materialien zugesetzt werden. Beispielsweise können Wernerkomplexe von hydrophoben Säuren zur Dispersion gegeben werden, um den Fasern hydrophobe Eigenschaften zu geben.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des Verfahrens der Erfindung und der speziellen Zusammensetzungen, die bei Bildung des Blattmaterials geeignet sind.

Beispiel 1	Bestandteil	Menge (Gewichtsteile)	Feststoffe
Wasser A	2.484
Aramid-Faser	9,95	11,8
Mercaptos ilan-modif iz ier- ter Ton	49,98	59,5
2 Mikroglasfaser	1 ,00	1,19
Lufax 290 (3.%ige Dispersion)	15,87	0,56
Poly M 1Q0⁴ (Latex m. 48 % Feststoffen)	22,40	12,92

Melamin-Formaldehyd-

Harz (67 % Feststoffe in

Wasser) 0,52 0,41

Wasser B

Acryl/Acrylnitril-Latex

(48 % Feststoffe in Wasser) 22,40 12,92

Wasser C

Lufax 290⁴ ■ 10,77 0,38

desacetylierter Karaya-

Gummi (1 % Feststoffe in Wasser) 49,3 0,58

0,	52
23
22,	40
23
10,	77

1 R

die Aramldfaser ist Kevlar Wet Lap Merge 6F205

Die Mikroglasfaser ist Johns Manville Mikrofaser Code

Lufax 290 ist ein kationischer Polyelektrolyt von Rohm & Haas

Poly M 100 ist ein Latex von Polymerics, Inc., mit 12 % eines mit Acrylat polymerisieren hydrolysierbaren Silans,

der außerhalb Acrylsäure, Acrylnitril·, N-Methylolacrylamid und ein Alkylacrylat enthält und nichtelastomer ist.

Das Melamin-Formaldehyd-Harz wird unter der Bezeichnung Resimene 842 von Monsanto Co. angeboten.

Der Acrylat/Acrylnitril-Latex wird von Polymerics, Inc. unter der Bezeichnung Poly M-410 angeboten. Er hat eine Dehnung von 1020 (unvulkanisiert) und von 44 0 (vulkanisiert) und ist selb st ve met ζ end.

desacetylierter Karaya-Gummi ist ein anionisches Kolloid.

Das Wasser A wurde zusammen mit der Aramidfaser und der Mikroglasfaser in einen Holländer gegeben und bis zur Homogenität bewegt. Der Mercaptosilan-modifizierte Ton wurde dann zum Holländer gefügt und das Gemisch wurde wiederum bis zur Homogenität bewegt. Das Bewegen im Holländer dauerte für den restlichen Teil der Chargenfüllung fort. Die folgenden Bestandteile wurden in der Reihenfolge: Lufax, Gemisch aus dem Poly M 100 Melamin-Formaldehyd und Wasser B, Gemisch aus dem Acrylat/Acrylnitril-Latex und Wasser C, und . desacetylierte Karaya-Gummidispers ion, zugefügt.

Nach gleichmäßiger Dispergierung wurde die Dispersion in eine Handbogenform gepumpt. Nach beendeter Beschickung der Handbogenform wurde die Lufax-Lösung zur Dispersion gegeben und die Ausflockung wurde ausgeformt. Vakuum wurde angelegt, um die nasse Bahn zu bilden. Die nasse Bahn wurde in einer beheizten Prasse mit Filzflächen ge-

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trocknet, wobei sich die Pilze bei.einer Temperatur von etwa 138⁰C befanden. Das Verfahren diente dazu, ein Endblatt mit einem Kaliber von 0,11 cm zu erzeugen. Das Material hatte die folgenden Eigenschaften:

Grundgewicht (lbs/480 ft²) 118,70

2
Grundgewicht, g/dm 12,07

Dichte, g/cm³ 1,08

Zügfestigkeit, N/mm² 11,13

(psi) ( 1.589,67)

Feuchtigkeit, % 0,87

Kompression, %

b. 5.000 psi (35 N/mm²) 27,84

Anfangserholung, % 21,86

% Asche 50,96

Grundgewicht, lbs./yd² 2,22

Dichte lbs./ft.³ 67,90

Die Kompressibilität und Erholung des Blattmaterials wurde nach ASTM F36-66 (1973) gemessen. Das Material wurde dann gemäß ASTM F39-59 (1974) birf5\150^oC 5 Stunden in öl No. getestet. Die Ergebnisse der Tests waren folgende: % Kaliberänderung 3,02

% Gewichtszunahme 29,35

% Kompression b. 5.ooo psi 25,94

% Anfangserholung 16,80

Zugfestigkeit, N/mm² 9,19

(psi) (1.312,8)

% Zugfestigkeitsänderung ./. 17,42

■η ■

■—aa--

• Beispiel 2

Beispiel 1 wurde wiederholt, allerdings wurden 7 % Aramidfaser statt der 11,7 % eingesetzt und die Glasfaser wurde aus dem Ansatz weggelassen. Das nach Beispiel 2 hergestellte Material hatte folgende Eigenschaften :

Kaliber, cm	0,08
(in.)	0,0296
Grundgewicht, Ibs. /480 ft² Grundgewicht, g/dm²	84,96 8,64
Dichte, g/cm³ (lbs. /ft³)	1,15 71,67
Zugfestigkeit N/mm² (PSi)	8,07 (1.152,77)
Feuchtigkeit, %	0,70
Kompression, % b. 5.000 psi	33,08
Anfangserholung, %	25,83
% Asche	51,52

Nach dem Testen gemäß ASTM F39-59 wurden die folgenden

Ergebnisse erhalten:

% Ka1ib eränderung 2,71

% Gewichtszunahme 19.22

% Kompression b. 5.000 psi 30,91

% Anfangserholung 28,13

Zugfestigkeit, N/mm² 8,4 7

(psi) (1.209,86)

% Zugfestigkeitsänderung + 4,95

■Ζ*

Die Ergebnisse zeigen die Erhaltung der Zugfestigkeit und anderer Eigenschaften nach dem Testen des Dichtungsmaterials in öl bei hoher Temperatur. Im Gegensatz hierzu findet man bei normalen Dichtungsmaterialien eine Festigkeitsabnahme. Außerdem behält das Material im wesentlichen seine Kompressibilität nach demplemersionstest bei, womit es sich als ein ideales Material für Hochtemperaturabdichtungen eignet.

Ferner wurden Tests durchgeführt, die zeigten, daß das Dichtungsmaterial bei Schiffsanwendungen und bei Hochtemperaturautomobilanwendungen ausgezeichnet ist.

Bei anderen Anwendungen für das hitzebeständige Material der Erfindung wurde gefunden, daß das Material Isoliereigenschaften zeigt, wenn es als Hitzeschild und dergl. bei der Isolierung der Hochtemperaturkomponenten von den zwangsläufig bei niedriger Temperatur arbeitenden Komponenten in Automobilen verwendet wird. Deshalb stellt es in einem Automobil ein ausgezeichnetes Material zur Schaffung eines Hitzeschildes zwischen einem katalytischen Konverter dar, der bei extrem hohen Temperaturen arbeitet, um diesen von dem Rahmengestell und Teilen und Zubehörkomponenten im Unterbodenbereich eines Automobils zu isolieren. Außerdem ist es in der Brandschutzwand eines Automobils geeignet, um den Maschinenbereich von dem Personenbereich zu isolieren.

Claims

DIPLINCHEINZBARDEHLE ·" · 'UoSSMn, *ld:*2*.i9B2

PATENTANWALT

Aktenzeichen: Mein Zeichen: P 3344

TEXON INC.

South Hadley, Massachusetts 01075, V.St.A.

Patentansprüche

(G-

1/. Hoch temperaturbeständiges kompressibles Blattmaterial mit einer Dicke von 0,00254 bis 2,54 cm, dadurch gekennzeichnet, daß es enthält mindestens etwa 5 Gew.-% einer hochtemperaturbeständigen organischen Paser, die mindestens 482⁰C aushält, ein Bindemittel mit darin enthaltenen 8 bis 65 Gew.-% eines vernetzbaren Elastomeren, und ein Vernetzungsmittel für dieses Elastomere, 15 bis 85 Gew.-% eines kleinteiligen Füllstoffs, der chemisch modifiziert ist, damit er mit diesem Elastomeren eine Reaktion eingeht,

und daß dieses Material Betriebstemperaturen von mindestens 260⁰C aushält und öl- und wasserbeständig ist.
2. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinteilige Füllstoff in einer Menge von 4 0 bis 70 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Materials, enthalten ist.
3. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein anorganischer Füllstoff ist.
4. Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein Ton ist.
5. Material nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff mit einem Kopplungsmittel modifiziert worden ist.
6. Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Kopplungsmittel ein Silan-Kopplungsmittel ist.
7. Material nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan-Kopplungsmittel aus der Gruppe der aminofunktionellen Silan-Kopplungsmittel und mercaptofunktionellen Silan-Kopplungsmittel ausgewählt ist.
8. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Silan-Kopplungsmittel enthält, das mit dem Bindemittel für das Blattmaterial copolymerisiert ist.
9. Material nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan-Kopplungsmittel mit dem Elastomeren additionscopolymerisiert ist.
10. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochtemperaturbeständige organische Faser eine Aramidfaser ist.
11. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochtemperaturbeständige organische Faser in einer Menge von 7 Gew.-% oder mehr enthalten ist.

320Λ634
12. Material nach Anspruch 1 mit einer Dicke von 0,00254
bis 0/635 cm.
13. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochtemperaturbeständige organische Faser fibrilliert ist.
14. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Elastomere einpolymerisiertes Acrylnitril enthält.
15. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Elastomere in einer Menge von 8 bis 35 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Blattmaterials, enthalten ist.
16. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es 8 bis 30 Gew.-% eines vernetzbaren nichtelastomeren
Polymeren enthält.
17. Material nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Silan-Kopplungsmittel enthält, das mit dem nichtelastomeren Polymeren copolymerisiert ist.
18. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel aus der Gruppe der Melamin-Formaldehyd-Harze, HarnstoffHTormaldehyd-Harz und Resorcinol-Formaldehyd-Harze ausgewählt ist.
19. Material nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß das Vernetzungsmittel in einer Menge von 0,7 bis 4 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Materials, enthalten ist.
20. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochtemperaturbeständigen Fasern Polyaramid-Stapelfasern sind.
21. Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hochtemperaturbeständigen organischen Fasern in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-%/ bezogen auf das Gewicht des Materials, enthalten sind.
22. Verfahren zur Bildung eines BIattmaterials auf Papiermaschinen und -einrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß hochtemperaturbeständige organische Stapelfasern und ein anorganischer Füllstoff, der modifiziert ist, so daß er chemisch mit einem Elastomeren reagiert, in einem wäßrigen Medium unter Bildung einer Dispersion dispergiert werden, zu dieser Dispersion ein kationischer Polyelektrolyt zugesetzt wird, um den Fasern eine ionische Ladung zu erteilen und Polymere auf diesen Fasern in der Dispersion abzuscheiden;

ein vernetzbarer elastomerer Latex und ein Vernetzungsmittel zu dieser Dispersion gegeben und das Elastomere und das Vernetzungsmittel auf der Oberfläche dieser Fasern abgeschieden werden;

eine anionische Kolloiddispersion zugesetzt wird, um die Fasern mit darauf abgeschiedenen Elastomeren und Vernetzungsmittel zu separieren und zu dispergieren; ein gegenionischer Polyelektrolyt zugesetzt wird, um die nichtwäßrigen Bestandteile dieser Dispersion erneut zu flocken;

die Ausflockung auf einer nassen Bahn ausgelegt wird; das Wasser von dieser nassen Bahn entfernt wird; die Bahn unter Bildung eines kohärenten Blattes verdichtet wird; und

das Blatt getrocknet wird, um das Elastomere unter Bildung eines kompressiblen Blattes mit eimer Dicke von 0,00254 bis 2,54 cm zu vernetzen.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Kolloid anionisch ist und der gegenionische PoIyelektrolyt kationisch ist.
24. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der anorganische Füllstoff in einer Menge von 15 bis 85 Gew.-%,'bezogen auf das Gesamtgewicht des Blattmaterials, verwendet wird.
25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Füllstoff ein Ton ist.
26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Ton mit einem Silan-Kopplungsmittel modifiziert ist.
27. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Silan-Kopplungsmittel verwendet wird, das mit diesem Elastomeren additionscopolymerisiert ist.
28. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein nichtelastomerer Polymerlatex zu der Dispersion zugesetzt wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28 ₁ dadurch gekennzeichnet, daß dieses nichtelastomere Polymere ein Silan-Kopplungsmittel enthält, das mit diesem Polymeren additionscopolymerisiert ist.