DE3719484A1 - Gasket of graphite material - Google Patents

Gasket of graphite material

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Abstract

A gasket, such as, in particular, a cylinder head gasket, an exhaust flange gasket or a secondary gasket for internal-combustion engines, comprising a laminate having at least one layer of graphite or graphite film material, optionally with polymeric material distributed therein, and a layer of metal sheet, is impregnated with an impregnant, crosslinked in the gasket, of a liquid vinylsilane and/or reactive silicone oil having a viscosity of less than 50 mPa.s and the additives necessary for crosslinking and has, compared with unimpregnated graphite gaskets, both significantly improved nonstick behaviour to the flange surfaces to be sealed and significantly improved strength and significantly improved sealing behaviour at the same time as virtually unchanged deformation properties and resistance values towards the effect of temperature and the media to be sealed off.

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.The invention relates to a soft flat gasket, such as especially a cylinder head gasket, a Exhaust flange gasket or a secondary gasket for Internal combustion engines consisting of a laminate with at least one layer of graphite or graphite foil material with polymer material distributed therein and optionally a sheet metal plate for reinforcement.

Eine Alternative für bisher aus Asbestmaterialien gefertigte Weichstoffzylinderkopfdichtungen bieten Graphitfolien- oder Graphitplattendichtungen.An alternative to previously made from asbestos materials Soft head gaskets offer graphite foils or Graphite plate seals.

Nach beispielsweise der US-PS 44 22 894 werden solche Dichtungen durch Aufpressen des pulverförmigen, bevorzugt expandierten Graphits auf metallische Trägerplatten mit Formwerkzeugen hergestellt.According to, for example, the US-PS 44 22 894 such seals by pressing on powdery, preferably expanded graphite metallic carrier plates made with molding tools.

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.To for example, the US-PS 42 34 634 exist Graphite seals made of a rough plate in the core and on both sides pressed graphite, which is used to increase strength Resin binder is added while the Graphite sheet material in other cases elastomeric Contains binders.

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.A disadvantage of graphite seals is that they stick to the Sealing surfaces under operating conditions. Obviously because of the layer lattice structure of the graphite and reinforced by the Influence of the high sealing pressure, the  Operating temperature and the sealing medium stick both pure as well as binder-containing graphite seals on the Sealing surfaces of the engine and must be repaired after Engine must be renewed many times.

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.Another disadvantage is the low strength of the graphite, and the seals are mechanically unstable. Kick when punching Graphite crumbling on the punch edge, and at the other It can be handled especially on the narrow web areas between the combustion chamber openings for cracking subsequently reduced sealing behavior. Polymers Binding agents in graphite increase the strength of the Graphite plates, but they are more expensive from the to bind graphite materials containing binder. Especially but lower the organic used so far Binder the thermal resistance of the material, and obviously that is why such seals stick even stronger on the sealing surfaces of the engine.

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.With conventional nonwoven cylinder head gaskets for example according to DE-OS 23 04 558, it is known with a liquid cross-linkable substance especially for Increase in their strength and their cross-sectional tightness impregnate and preferred in the finished seal to cross-link thermally. In the case of DE-OS 23 04 558 Liquid polybutadiene impregnant used but even more so with cylinder head gaskets undesirable sticking to the sealing surfaces of the engine. Impregnated soft cylinder head gaskets are therefore in many cases additionally with the sticking preventing  Anti-stick coatings are provided either directly sprinkled solid lubricants or from special Synthetic resins or elastomers with solid lubricant additives consist. However, such an order process is considered additional procedural step, and the seals are then no longer economical in all applications applicable.

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.The present invention is therefore based on the object a flat gasket according to the preamble of the main patent claim to create which contains a polymeric material that both the strength and sealing behavior of the seal improved as well the gluing of the seal to the Sealing surfaces prevented under operating conditions at the same time.

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.According to the invention, this object is achieved by a flat gasket made of pressed graphite material, which with a the seal cross-linked liquid vinyl silane and / or a reactive silicone oil with a viscosity of less than 50 m Pa · s and impregnated with the additives necessary for crosslinking is.

Die erfindungsgemäß imprägnierten Graphitflachdichtungen wurden auf ihr Funktionsverhalten untersucht und im Motorlauf getestet.The graphite flat seals impregnated according to the invention were examined for their functional behavior and in engine operation tested.

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.The seals showed in comparison to non-impregnated clean ones Graphite seals unchanged deformation behavior a much improved strength, so that when punching no breakouts and no further handling  Cracking occurred. The sealing behavior both in In terms of cross-sectional tightness as well as in terms of on the surface sealing quality was significantly improved. The Resistance values against the influence of temperature and that Sealing medium were not impregnated Graphite gasket practically unchanged, but above all glued the seals in the engine test after a long period of operation in the Operating heat not on the sealing surfaces of the Motors on. The flat seals impregnated according to the invention thus had the required anti-stick behavior at the same time significantly improved strength and good Sealing behavior.

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.Bifunctional silanes are used as preferred silanes which, in the case of suitable functional groups, react both with one another and with the graphite and the carrier sheet. The reactive silicone oils are liquid vinyl siloxanes, such as preferably a vinyl tris ( β- methoxyethoxy) silane. For the purposes of the invention, the two polymers can be present individually or in a mixture in any ratio in the impregnating agent.

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.The additives required for cross-linking consist of Polyalkylhydrosiloxane, which contributes to 1 to 30 parts by weight 100 parts by weight of polymer as a crosslinking agent for the impregnating agent is added, and an organic platinum salt compound which with about 30 ppm content, based on the vinyl group content of Polymers is added. The impregnating agent can further up to 10 parts by weight, based on the polymer content an inhibitor of preferably cyclohexanone oxime, which is the premature crosslinking of the liquid  Prevents impregnation at room temperature, so that Depending on the inhibitor content, the approach can take up to several months is usable. The impregnating agent can also further, common in rubber or plastic technology Additives, such as anti-aging agents, light stabilizers, Color pigments or the like contained in the usual amounts.

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.The graphite seals are preferred with a Pore filling degree impregnated from about 20 to 80%. Here it was found that about 70% of its theoretical Dense compressed graphite material with the impregnating agent with preferred viscosity between 1 and 20 m Pa · s Immerse in the impregnating agent bath for 5 to 30 minutes the desired degree of pore filling can be impregnated. The Cross-linking of the impregnating agent in the impregnated seal can then be done at 100 to 250 ° C in a few minutes. The Networking can also be carried out in the sense of the invention high-energy radiation, such as electron radiation or UV light. On the impregnated seals also had impregnation agent coatings on the metallic ones Edging legs formed on the opening edges that there adhered well and provided improved micro-sealing. The seals of the invention could also, as in Flat seals common for special applications, in addition with full-surface or partial-surface coatings or overlays can be provided from polymeric material without adhesion problems occurred.

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.The invention thus provides a flat gasket Graphite material created that compared to pure or  Binder-containing graphite seals also a improved anti-adhesive effect compared to those to be sealed Sealing surfaces as well as improved strength and an has improved sealing behavior. Since that Deformation behavior and the resistance values of the seal by the impregnation according to the invention at best only a little the seal is mainly as asbestos-free, highly stressed cylinder head gasket, exhaust flange gasket or secondary seal can be used in internal combustion engines, in the sense of the invention, however, the seal can also be in Similar stress cases, such as in chemical Apparatus construction can be used. While the invention Impregnation primarily intended for pure graphite seals impregnation is in principle also for others Soft material seals with or without a large graphite content usable.

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.1. Soft flat gasket, in particular cylinder head gasket, exhaust flange gasket or secondary gasket of internal combustion engines, consisting of a laminate with at least one layer of graphite or graphite foil material with polymer material optionally distributed therein and optionally a sheet metal plate for reinforcement, characterized in that the seal with a Seal crosslinked liquid vinylsilane and / or a reactive silicone oil with a viscosity of less than 50 mPas and the additives necessary for crosslinking and, if appropriate, further additives customary in rubber and plastics technology. 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.2. Flat gasket according to claim 1, characterized in that that the silanes are bifunctional silanes, which in Network with both yourself and graphite or the remaining material in the laminate. 3. Flachdichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das reaktive Silikonöl ein flüssiges Vinylsiloxan ist.3. Flat gasket according to claim 1 and / or 2, characterized characterized in that the reactive silicone oil is a liquid Is vinyl siloxane. 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.4. Flat gasket according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the impregnating agent 1 to 30 parts by weight of a polyalkylhydrogensiloxane, based  per 100 parts by weight of polymer as crosslinking agent, and about 30 ppm organic platinum salt compound, based on the Vinyl group content of the polymers as Crosslinking catalyst. 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.5. Flat gasket according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the graphite material of Seal to about up to 70 volume percent of its theoretical density is compressed. 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.6. Flat gasket according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the graphite material of Seal with a pore filling degree between 20 and 80 percent by volume is impregnated.
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