DE3719484A1 - Flachdichtung aus graphitmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Weichstoffflachdichtung, wie insbesondere eine Zylinderkopfdichtung, eine Auspuffflanschdichtung oder eine Nebendichtung für Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem Laminat mit mindestens einer Lage von Graphit oder Graphitfolienmaterial mit darin verteiltem, polymerem Material und gegebenenfalls einer zur Verstärkung einliegenden Metallblechplatte.

Eine Alternative für bisher aus Asbestmaterialien gefertigte Weichstoffzylinderkopfdichtungen bieten Graphitfolien- oder Graphitplattendichtungen.

Nach beispielsweise der US-PS 44 22 894 werden solche Dichtungen durch Aufpressen des pulverförmigen, bevorzugt expandierten Graphits auf metallische Trägerplatten mit Formwerkzeugen hergestellt.

Nach beispielsweise der US-PS 42 34 634 bestehen die Graphitdichtungen aus einem Rauhblech im Kern und beidseitig aufgepreßtem Graphit, dem zur Erhöhung der Festigkeit ein Kunstharzbindemittel zugemischt ist, während das Graphitplattenmaterial in anderen Fällen elastomere Bindemittel enthält.

Nachteilig bei Graphitdichtungen ist ihr Kleben an den Dichtflächen unter Betriebsbedingungen. Offensichtlich wegen der Schichtgitterstruktur des Graphits und verstärkt durch den Einfluß des hohen Dichtpressungsdruckes, der Betriebstemperatur und des Abdichtmediums kleben sowohl reine als auch bindemittelhaltige Graphitdichtungen an den Dichtflächen des Motors und müssen nach Reparaturarbeiten am Motor vielfach erneuert werden.

Nachteilig ist ferner die geringe Festigkeit des Graphits, und die Dichtungen sind mechanisch instabil. Beim Stanzen treten Graphitabbröckelungen am Stanzrand auf, und bei der weiteren Handhabung kann es vor allem an den engen Stegbereichen zwischen den Brennraumöffnungen zur Rißbildung mit nachfolgend vermindertem Abdichtverhalten kommen. Polymere Bindemittel im Graphit erhöhen zwar die Festigkeit der Graphitplatten, sie sind jedoch aufwenidger aus den bindemittelhaltigen Graphitmassen zu verpressen. Vor allem aber erniedrigen die bisher verwendeten organischen Bindemittel die thermische Beständigkeit des Materials, und offensichtlich gerade deshalb kleben derartige Dichtungen dann noch stärker an Dichtflächen des Motors.

Bei herkömmlichen Faservlieszylinderkopfdichtungen beispielsweise nach der DE-OS 23 04 558 ist es bekannt, diese mit einer flüssigen vernetzbaren Substanz vor allem zur Erhöhung ihrer Festigkeit und ihrer Querschnittsdichtigkeit zu imprägnieren und diese in der fertigen Dichtung bevorzugt thermisch zu vernetzen. Bei dem nach der DE-OS 23 04 558 verwendeten Imprägniermittel aus flüssigem Polybutadien kann aber bei Zylinderkopfdichtungen sogar noch verstärkt das unerwünschte Kleben an den Dichtflächen des Motors auftreten. Imprägnierte Weichstoffzylinderkopfdichtungen werden daher vielfach zusätzlich mit das Kleben verhindernden Antiklebbeschichtungen versehen, die entweder aus direkt aufgetreuten Festschmierstoffen oder aus speziellen Kunstharzen oder Elastomeren mit Festschmierstoffzusätzen bestehen. Allerdings ist ein solches Auftragsverfahren als zusätzlicher Verfahrensschritt aufwendig, und die Dichtungen sind dann nicht mehr in allen Anwendungsfällen wirtschaftlich einsetzbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Flachdichtung gemäß Oberbegriff des Hauptpatentanspruches zu schaffen, welche ein polymeres Material enthält, das sowohl die Festigkeit und das Abdichtverhalten der Dichtung verbessert als auch das Kleben der Dichtung an den Dichtflächen unter Betriebsbedingungen gleichzeitig verhindert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Flachdichtung aus verpreßtem Graphitmaterial gelöst, welches mit einem in der Dichtung vernetzten flüssigen Vinylsilan und/oder einem reaktiven Silikonöl mit einer Viskosität von unter 50 m Pa · s und den zur Vernetzung notwendigen Zusatzstoffen imprägniert ist.

Die erfindungsgemäß imprägnierten Graphitflachdichtungen wurden auf ihr Funktionsverhalten untersucht und im Motorlauf getestet.

Die Dichtungen wiesen bei gegenüber nicht imprägnierten reinen Graphitdichtungen unverändertem Verformungsverhalten eine wesentlich verbesserte Festigkeit auf, so daß beim Stanzen keine Ausbrüche und bei der weiteren Handhabung keine Rißbildungen auftraten. Das Abdichtverhalten sowohl im Hinblick auf die Querschnittsdichtigkeit als auch im Hinblick auf die Oberflächenabdichtgüte war wesentlich verbessert. Die Beständigkeitswerte gegenüber dem Temperatureinfluß und das Abdichtmedium waren gegenüber einer nicht imprägnierten Graphitdichtung praktisch unverändert, vor allem aber klebten die Dichtungen im Motortest nach längerer Betriebsdauer in der Betriebshitze nicht an den abzudichtenden Dichtflächen des Motors an. Die erfindungsgemäß imprägnierten Flachdichtungen besaßen somit das geforderte Antiklebverhalten bei gleichzeitig wesentlich verbesserter Festigkeit und gutem Abdichtverhalten.

Als bevorzugte Silane werden bifunktionelle Silane verwendet, die bei geeigneten funktionellen Gruppen sowohl untereinander als auch mit dem Graphit und dem Trägerblech reagieren. Die reaktiven Silikonöle sind flüssige Vinylsiloxane, wie bevorzugt ein Vinyltris (β-methoxyethoxy) silan. Die beiden Polymere können im Sinne der Erfindung einzeln oder im Gemisch im beliebigen Verhältnis im Imprägniermittel vorliegen.

Die zur Vernetzung notwendigen Zusatzstoffe bestehen aus Polyalkylhydrogensiloxan, das zu 1 bis 30 Gewichtsteilen bei 100 Gewichtsteilen Polymer als Vernetzer dem Imprägniermittel zugegeben ist, und einer organischen Platinsalzverbindung, die mit etwa 30 ppm Anteil, bezogen auf den Vinylgruppengehalt des Polymers, zugegeben ist. Der Imprägniermittelansatz kann ferner bis zu 10 Gewichtsteile, bezogen auf den Polymeranteil eines Inhibitors aus bevorzugt Cyclohexanonoxim, enthalten, das das vorzeitige Vernetzen des flüssigen Imprägniermittelansatzes bei Raumtemperatur verhindert, so daß der Ansatz je nach Inhibitorgehalt bis zu mehreren Monaten verwendbar ist. Der Imprägniermittelansatz kann ferner weitere, in der Kautschuk- oder Kunststofftechnologie übliche Zusatzstoffe, wie Alterungsschutzmittel, Lichtschutzmittel, Farbpigmente oder dergleichen in den üblichen Mengen enthalten.

Die Graphitdichtungen werden bevorzugt mit einem Porenfüllungsgrad von etwa 20 bis 80% imprägniert. Dabei wurde gefunden, daß ein etwa auf 70% seiner theoretischen Dichte komprimiertes Graphitmaterial mit dem Imprägniermittel mit bevorzugter Viskosität zwischen 1 und 20 m Pa · s durch Tauchen in das Imprägniermittelbad über 5 bis 30 Minuten mit dem gewünschten Porenfüllungsgrad imprägniert werden kann. Die Vernetzung des Imprägniermittels in der imprägnierten Dichtung kann dann in wenigen Minuten bei 100 bis 250°C erfolgen. Die Vernetzung kann im Sinne der Erfindung auch durch energiereiche Strahlung, wie Elektronenstrahlung oder UV-Licht, durchgeführt werden. An den imprägnierten Dichtungen hatten sich Imprägniermittelüberzüge auch auf den metallischen Einfassungsschenkeln an den Öffnungsrändern gebildet, die dort gut hafteten und für eine verbesserte Mikroabdichtung sorgten. Die erfindungsgemäßen Dichtungen konnten ferner auch, wie bei Flachdichtungen für spezielle Einsatzfälle üblich, zusätzlich mit ganzflächigen oder teiflächigen Überzügen oder Auflagen aus polymerem Material versehen werden, ohne daß Haftprobleme auftraten.

Durch die Erfindung ist somit eine Flachdichtung aus Graphitmaterial geschaffen, die gegenüber reinen oder bindemittelhaltigen Graphitdichtungen zugleich eine verbesserte Antiklebwirkung gegenüber den abzudichtenden Dichtflächen als auch eine verbesserte Festigkeit und ein verbessertes Abdichtverhalten besitzt. Da das Verformungsverhalten und die Beständigkeitswerte der Dichtung durch die erfindungsgemäße Imprägnation allenfalls nur wenig beeinflußt werden, ist die Dichtung vor allem als asbestfreie, hoch belastete Zylinderkopfdichtung, Auspuffflanschdichtung oder Nebendichtung in Verbrennungskraftmaschinen einsetzbar, im Sinne der Erfindung kann die Dichtung jedoch auch in ähnlichen Belastungsfällen, wie beispielsweise im chemischen Apparatebau, verwendet werden. Während die erfindungsgemäße Imprägnation vor allem für reine Graphitdichtungen vorgesehen ist, ist die Imprägnation im Prinzip auch für andere Weichstoffdichtungen mit oder ohne größeren Graphitgehalt verwendbar.

Claims (6)

1. Weichstoffflachdichtung, insbesondere Zylinderkopfdichtung, Auspuffflanschdichtung oder Nebendichtung von Verbrennungskraftmaschinen, bestehend aus einem Laminat mit mindestens einer Lage aus Graphit- oder Graphitfolienmaterial mit gegebenenfalls darin verteiltem polymerem Material und gegebenenfalls einer zur Verstärkung einliegenden Metallblechplatte, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung mit einem in der Dichtung vernetzten flüssigen Vinylsilan und/oder einem reaktiven Silikonöl mit einer Viskosität von unter 50 m Pa · s und den zur Vernetzung notwendigen Zusatzstoffen sowie gegebenenfalls weiteren, in der Kautschuk- und Kunststofftechnologie üblichen Zusatzstoffen imprägniert ist.

2. Flachdichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Silane bifunktionelle Silane sind, die beim Vernetzen sowohl mit sich selbst als auch mit dem Graphit oder dem restlichen Material im Laminat reagieren.

3. Flachdichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Silikonöl ein flüssiges Vinylsiloxan ist.

4. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel 1 bis 30 Gewichtsteile eines Polyalkylhydrogensiloxans, bezogen auf 100 Gewichtsteile Polymer als Vernetzer, und etwa 30 ppm organische Platinsalzverbindung, bezogen auf den Vinylgruppengehalt der Polymere als Vernetzungskatalysator, enthält.

5. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitmaterial der Dichtung auf etwa bis zu 70 Volumenprozent seiner theoretischen Dichte komprimiert ist.

6. Flachdichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitmaterial der Dichtung mit einem Porenfüllungsgrad zwischen 20 und 80 Volumenprozent imprägniert ist.