DE4001867A1 - Hochtemperatur-dichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-
Dichtung, insbesondere auf eine Dichtung mit
verbesserter Dichtungsfähigkeit und Wärmebeständigkeit
unter Temperaturbedingungen, die 950°C übersteigen, für
die Verwendung in einem Automobilmotor oder ähnlichem,
die im wesentlichen aus Keramik anstelle von Asbest
besteht.
Im allgemeinen ist eine für den oben genannten Zweck
verwendete Hochtemperatur-Dichtung im wesentlichen aus
Asbest zusammengesetzt und enthält eine elastische
Substanz, die Elastizität verleiht, beispielsweise
natürlichen Gummi (NR), Acrylnitrilbutadiengummi (NBR),
Styrolbutadiengummi (SBR) oder ähnliches, und ein
Zusatzmittel, beispielsweise ein Vulkanisierungsmittel
oder ähnliches, falls das notwendig ist.
Eine solche Dichtung war eine "joint sheet"-ähnliche
Dichtung, die durch Erwärmen und Formen des Asbestes
und der elastischen Substanz erhalten wurde, und eine
"beater sheet"-ähnliche Dichtung, die durch Formen einer
Emulsion aus Asbest und einer elastischen Substanz oder
einer Latex-ähnlichen Aufschlämmung erhalten wurde.
Da in diese bekannten Dichtungen 60-95 Gew.-%
Asbestfasern eingearbeitet werden, werden diese
Asbestfasern nicht nur bei der Herstellung der
Dichtung verstreut, sondern ebenso aus der
Betriebsausrüstung, so daß die Gefahr einer
Gesundheitsbeeinträchtigung hervorgerufen wurde; daher
wurde gefordert, die Handhabung von Asbest zu
verbessern.
In Japan ist die Handhabung von Asbest durch
verschiedene Gesetze in Verbindung mit der
Unterzeichnung der "Occupational Cancer Convention" im
Jahr 1974 bis in die Gegenwart reglementiert.
Beispielsweise besteht eine "Regelung zur Vermeidung von
Beeinträchtigung durch spezielle chemische Substanzen"
("Rule for Prevention of Impediment through Specified
Chemical Substances"), die am 01. April 1976 verfügt
worden sind, und "Lungenkrebs oder Hauttumor durch
Arbeiten in asbesthaltiger Atmosphäre" ("Lung Cancer or
Skin Tumor through Works exposed to Asbestos
Atmosphere") in einem Teil der
Arbeitsstandardregelungen, die am 30. März 1978
revidiert worden sind, sowie Regelungen für Krebs
verursachende Substanzen, Krebs-verursachende Faktoren
oder Erkrankungen durch Arbeiten mit Krebs
verursachenden Schritten und ähnlichem.
Weiterhin hat das EPA (Environment Protection Agency) in
den U.S.A. vorgeschlagen, ein Verbot für die Verwendung
von Asbestartikeln ab Januar 1983 zu erlassen und nach
der Einsicht (comprehension) beim OMB (Office of
Management and Budget) ein Verbot für die Verwendung als
Baumaterial im Januar 1988, und es schlägt das
vollständige Verbot der Verwendung von 1991 an vor.
In diesem Zusammenhang haben drei große
Dichtungshersteller in den U.S.A. im Juli 1986 erklärt,
schrittweise solche Vorschläge anzunehmen.
Abgesehen von den oben genannten zwei Ländern wird das
"Abkommen und Empfehlung zur Sicherheit bei der
Verwendung von Asbest" ("Treaty and Recommendation on
Safety in Utilization of Asbestos") international
diskutiert und im Einklang mit dem Vorschlag der ILO
(International Labor Organization) im Juni 1986 geprüft.
In dieser internationalen Situation ist kürzlich
versucht worden, Dichtungen unter Verwendung
anorganischer Fasern, beispielsweise Sepiolithfasern,
Glasfasern, Kohlenstoffasern, rostfreien Fasern
(stainless fiber) und ähnlichem herzustellen, oder
organischer Fasern, beispielsweise aromatischer
Polyamidfasern, phenolischer Fasern, Polyethylenfasern
und ähnliche anstelle der Asbestfasern.
Wie oben bereits erwähnt, ist mit Dichtungen auf der
Grundlage von Asbestfasern nicht nur ein
Verschmutzungsproblem verbunden, sondern sie weisen
darüber hinaus den Nachteil auf, daß ein Abbau der
Festigkeit durch Dehydrierung des Kristallwassers bei
einer hohen Temperatur von beispielsweise nicht weniger
als 950°C hervorgerufen wird, obwohl gute Eigenschaften
bis nahe an 600°C erhalten bleiben.
Andererseits haben die Dichtungen auf der Grundlage von
anorganischen oder organischen Fasern anstelle von
Asbestfasern die folgenden Nachteile.
So haben anorganische Fasern, wie beispielsweise
Sepiolith oder ähnliche, Kristallwasser, so daß eine
Abnahme der Festigkeit in Bereichen hoher Temperatur
genau wie beim Asbest hervorgerufen wird. Weiterhin
besteht dann, wenn die Dichtung allein aus anorganischen
Fasern hergestellt worden ist, das Problem, daß die
Zugfestigkeit und ähnliche Eigenschaften wie bei einer
Dichtung unter Verwendung von Asbestfasern ungenügend
sind. Insbesondere nehmen unter den anorganischen Fasern
bei Kohlenstoffasern und bei den organischen Fasern,
beispielsweise aromatischen Polyamidfasern, phenolischen
Fasern, Polyethylenfasern und ähnlichen, die
Fasereigenschaften, beginnend bei ungefähr 200°C,
bemerkenswert ab; sie verkohlen oder verbrennen oberhalb
400°C vollständig und verursachen einen Abbau der
Bindung, so daß sie nicht bei hohen Temperaturen
überhalb von 400°C verwendet werden können.
Mit der vorliegenden Erfindung werden gleichzeitig die
Probleme herkömmlicher Methoden, das heißt, des Abbaus
von Eigenschaften einer Dichtung, beispielsweise der
Dichtfähigkeit, Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit,
infolge des Abbaus der Zugfestigkeit, Elastizität und
ähnlichem überwunden, indem keramische anorganische
Fasern zur Verbesserung der thermischen Beständigkeit
verwendet werden, Wollastonit zur Verbesserung der
Zugfestigkeit, der Elastizität, des
Wiederherstellungsprozentsatzes (restoring percentage)
und der thermischen Beständigkeit verwendet wird, und
weiter ein geeignetes anorganisches Bindungsmittel
verwendet wird, um in hohem Temperaturbereich die
Festigkeit bzw. Bruchfestigkeit auszugleichen.
Insbesondere werden erfindungsgemäß Dichtungen mit hoher
thermischer Beständigkeit und hohem
Wiederherstellungsprozentsatz durch die Verwendung von
Wollastonit erhalten.
Erfindungsgemäß wird eine Hochtemperatur-Dichtung vom
"beater sheet"-Typ bereitgestellt, die durch Formen
einer Aufschlämmung und Laminieren der erhaltenen
geformten Körper erhalten wird, wobei die Aufschlämmung
35-80 Gew.-% einer keramischen anorganischen Faser,
2-50 Gew.-% Wollastonit, 2-25 Gew.-% einer
organischen elastomeren Substanz und 5-35 Gew.-% eines
anorganischen Bindemittels enthält.
Die erfindungsgemäße Dichtung ist eine "beater sheet"
ähnliche Dichtung, die erhalten wird, indem eine
keramische anorganische Faser, Wollastonit, eine
organische elastomere Substanz und ein anorganisches
Bindemittel in einer wässrigen Lösung dispergiert
werden, um so eine Emulsion zu bilden, oder weiter mit
einem zusätzlichen Hilfsmittel, beispielsweise einem
Vulkanisierungsmittel oder ähnlichem, gemischt werden,
wenn das notwendig ist, die resultierende Emulsion unter
Verwendung einer Formgebungsmaschine geformt wird und
die resultierenden geformten Körper einer über dem
anderen bei einer gegebenen Dicke laminiert werden. Die
"beater sheet"-ähnliche Dichtung ist sehr gleichmäßig im
Vergleich mit den herkömmlichen "joint sheet"-ähnlichen
Dichtungen und wird in einem weiten Bereich verwendet.
Eine der die erfindungsgemäße Dichtung darstellenden
Bestandteile ist eine keramische anorganische Faser.
Diese Faser ist eine künstliche anorganische Faser, die
keramische Fasern aus der Kieselerde (Siliziumoxid)-
Tonerde (Aluminiumoxid)-Serie einschließt, kristalline
Fasern aus Aluminiumoxid oder Mullit, Siliziumoxidfasern
und ähnliches. Wenn eine geringe thermische
Beständigkeit gefordert wird oder die Betriebstemperatur
beispielsweise nicht höher als 300°C ist, ist es
außerdem möglich, sehr dünne Glasfasern zu verwenden.
Eine solche keramische anorganische Faser kann
nicht-faserartige Substanzen, die gewöhnlich "Schuß"
("shot") genannt werden, enthalten. Diese nicht
faserförmigen "Schuß"-Substanzen tragen nicht zu
sehr zur Verbesserung der Eigenschaften der Dichtung
bei, so daß es nicht vorteilhaft ist, den "Schuß" in die
Faser aufzunehmen. Es ist daher wünschenswert, die
nicht-faserartigen Substanzen von nicht weniger als
ungefähr 44 µm, die in den Fasern enthalten sind, auf
nicht mehr als 20% (bezogen auf die Fasern)
einzustellen. Weiter sollte der Durchmesser der
keramischen anorganischen Faser wünschenswerterweise
weniger als 12 µm betragen. Der Grund für die
Einschränkung der Größe der Faser, wie oben angegeben,
ist wie folgt. Wenn der Durchmesser der Faser nicht
weniger als 12 µm ist, nimmt die Menge der Fasern pro
Flächeneinheit ab und erniedrigt so die Dichte der
Platte; außerdem werden während des Druckschrittes nach
dem Formen leicht Bruchstellen hervorgerufen, die die
Luftdichtigkeit (Dichtfähigkeit) oder Zugfestigkeit
herabsetzen. Insbesondere sollte der Faserdurchmesser
vorteilhafterweise 1-3 µm betragen.
Da von der Dichtung im allgemeinen gefordert wird, eine
ausgezeichnete Wiederherstellungseigenschaft zu haben,
ist es notwendig, daß die anorganische Faser eine
ausgezeichnete Biegefestigkeit und Haltefähigkeit
(holdability) als eine Platte aufweisen.
Die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Dichtung enthält
35-80 Gew.-% der keramischen anorganischen Faser mit den
vorstehend erwähnten Eigenschaften. Wenn die Menge der
anorganischen Faser weniger als 35 Gew.-% beträgt, ist
der Wiederherstellungsprozentsatz bei hoher Temperatur
und die Zugfestigkeit niedriger, während, wenn sie
80 Gew.-% übersteigt, die Fasern dazu neigen, zu zerbrechen
und so die Zugfestigkeit und außerdem die
Luftdichtigkeit erniedrigt ist.
In der erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Dichtung ist
Wollastonit in einer Menge von 2-50 Gew.-% zur
Verbesserung der Zugfestigkeit, der Elastizität, des
Wiederherstellungsprozentsatzes und der thermischen
Beständigkeit enthalten.
Wollastonit enthält kein Kristallwasser, so daß infolge
der Strukturveränderung beispielsweise einer
Dehydration, Oxidation, Kristallisation oder ähnlichem
selbst bei hoher Temperatur kein Schrumpfen verursacht
wird, wie bei Asbest oder Sepiolith oder ähnlichem.
Weiterhin hat es die Eigenschaft, die Faserfestigkeit
nicht zu verlieren, und weist eine ausgezeichnete
thermische Beständigkeit im Vergleich mit
Kunststoffasern oder Kohlenstoffasern auf. Darüber
hinaus hat es im Unterschied zu Asbest keinen
schädlichen Einfluß auf den menschlichen Körper.
Ein solches Wollastonit wird gewöhnlich in Indien, China
oder anderen Ländern hergestellt; es hat zwei Formen,
den Schuppen-ähnlichen α-Typ und Nadel-ähnlichen β-Typ.
Erfindungsgemäß ist der Nadel-ähnliche β-Typ in
Anbetracht der Notwendigkeit, daß sich die Fasern
verwirren, bevorzugt. Wollastonit vom β-Typ ist Nadel
ähnlich, so daß eine Verwirrung mit den keramischen
anorganischen Fasern beschleunigt stattfindet, was im
Hinblick auf die Zugfestigkeit und Elastizität
vorteilhaft ist.
Wollastonit ist ein natürliches Mineral, so daß es
leichte Mengen von Verunreinigungen enthält, aber die
Art oder Menge der eingeschlossenen Verunreinigungen ist
abhängig vom jeweiligen Distrikt. Daher sind die
Eigenschaften der Platten-ähnlichen Dichtung empfindlich
durch den jeweiligen Distrikt beeinflußt. Unter
Berücksichtigung dieses Punktes ist es vorteilhaft,
Wollastonit vom β-Typ und den relativ hoch reinen
indischen Wollastonit zu verwenden.
In der Dichtung sollte das Wollastonit in einer Menge
von 2-50 Gew.-% enthalten sein. Wenn die Menge des
Wollastonits weniger als 2 Gew.-% beträgt, wird die
Wirkung, die Festigkeit und Elastizität zu verbessern,
nicht erzielt, während, wenn sie zu groß ist, es
Eigenschaften ähnlich einem Pulver aufweist, da die
Faserlänge des Wollastonits zu kurz ist, und die
Beständigkeit gegen Luftkorrosion erniedrigt ist, so daß
die Wollastonit-Konzentration nicht mehr als 50 Gew.-%
betragen sollte. Bevorzugt beträgt die Menge 10-35
Gew.-%. Darüber hinaus ist es wünschenswert, Fasern mit
einem durchschnittlichen Längenverhältnis (aspect ratio)
von nicht weniger als 15 zu verwenden.
Als anorganisches Bindemittel kann Montmorillonit,
Tonerde, Talk, Kaolinit, synthetisierter Glimmer vom
Fluortetrasilicid-Typ und ähnliches verwendet werden.
Unter diesen Substanzen ist Montmorillonit leicht
bezüglich des Quellens in Wasser zu handhaben und
ausgezeichnet hinsichtlich der Bindungskraft, so daß es
sehr wirkungsvoll hinsichtlich des (Er-)Haltens der
Festigkeit oberhalb 400°C und bevorzugt ist.
Das Montmorillonit ist gewöhnlich eine Hauptkomponente
von natürlich hergestelltem Bentoniterz, das grob
eingeteilt wird in Na-Montmorillonite mit hohem Na-
Ionengehalt und hoher Quellbarkeit durch Absorption
einer großen Menge von Wasser und Ca-Montmorillonite mit
hohem Ca- und Mg-Ionengehalt und einer niedrigen
Quellbarkeit. Zusätzlich können aktivierte
Na-Montmorillonite durch Behandeln von Ca-
Montmorilloniten mit Soda erhalten werden. Diese
Montmorillonite weisen eine Quellbarkeit auf, obwohl es
einen Unterschied im Ausmaß des Quellens gibt, der sich
von dem des Kaolinits, Talks und ähnlichen als einem
weiteren hydrierten Silikat-Aluminium-Mineral
unterscheidet.
Das aktivierte Na-Montmorillonit ist insbesondere
ausgezeichnet hinsichtlich der Quellbarkeit und
Bindungseigenschaft, so daß es in der Erfindung gut
verwendet werden kann. Es wird durch die folgende
chemische Formel dargestellt:
(OH)4Si(Al3.34Mg0.66)O20-Na0.66.
Als quellbare anorganische Bindesubstanzen mit gleicher
Leistungsfähigkeit wie Montmorillonit sind Sepiolith,
synthetisierter Glimmer vom Fluortetrasilicid-Typ,
Bindeton und ähnliches bekannt, die anstelle von
Montmorillonit verwendet werden können.
Die erfindungsgemäß verwendete organische elastomere
Substanz ist eine insbesondere als
Dichtungszusammensetzung nützliche Substanz, die
bevorzugt organische, gewöhnlich verwendete Elastomere
einschließt, beispielsweise eine Emulsion von
natürlichem Gummi, Bindemittel aus synthetischem
Gummilatex, beispielsweise NBR, SBR oder ähnliche.
Darüber hinaus kann, um die Dauerhaftigkeit und
Festigkeit des Gummilatex zu verbessern, ein
Vulkanisierungsmittel (beispielsweise Schwefel,
Schwefelchlorid) oder ähnliches verwendet werden.
Erfindungsgemäß können jedoch die Festigkeit, die
Elastizität und der Wiederherstellungsprozentsatz durch
das organische Bindemittel, beispielsweise
Montmorillonit, sowie durch das Wollastonit
sichergestellt werden, so daß die elastomere Substanz
unterstützend verwendet wird.
Die organische elastomere Substanz verbrennt oder
carbonisiert bei hoher Temperatur, so daß die
Eigenschaften der Dichtung erniedrigt werden, so daß die
Menge der elastomeren Substanz bevorzugt so gering wie
möglich ist. Insbesondere beträgt die bevorzugte Menge
2-25 Gew.-% unter dem Gesichtspunkt der Notwendigkeit
für die Formgebung der Platte.
Die Menge der anorganischen Bindesubstanz ist im
Hinblick auf die erforderliche Leistungsfähigkeit und
das Produktionsverfahren eingeschränkt. Wenn die Menge
fehlt, wird die vorgegebene Festigkeit nicht erzielt und
die geformten Platten werden ungleichmäßig. Wenn die
Menge zu groß ist, wird die Koagulation von Gummilatex
infolge der Quellbarkeit mit Wasser unzureichend, und
folglich ist die Filtrationswirkung gering und das
Platten-ähnliche Produkt kann nicht erhalten werden.
Weiterhin ist das Mischungsverhältnis des Fasermaterials
eingeschränkt, um die Festigkeit und Elastizität
nachteilig zu beeinflussen, so daß die Menge des
anorganischen Bindemittels kritisch ist. Aus diesen
Tatsachen ergibt sich, daß die Menge des anorganischen
Bindemittels geeigneterweise in einem Bereich von 5-35
Gew.-% liegen sollte.
Erfindungsgemäß kann eine anorganische Substanz, die
keine Quellbarkeit aufweist, aber Bindungskräfte,
beispielsweise Kaolinit (Al2Si2O5(OH)4) oder ähnliches
als verstärkendes Mittel zusätzlich zu den oben
angegebenen Bestandteilen zugefügt werden.
Erfindungsgemäß wird die Dichtungszusammensetzung mit
dem oben angegebenen Mischungsverhältnis geformt und
gepreßt, um ein Platten-ähnliches Produkt (die Dichtung)
zu bilden. Dieses Produkt hat eine Dichte von
0,4 g/cm3-2,0 g/cm3 und ist eine Hochtemperatur-
Dichtung mit ausgezeichneter thermischer Beständigkeit,
Zugfestigkeit, Elastizität,
Wiederherstellungsprozentsatz und ähnlichem.
Im allgemeinen sind die Eigenschaften der Dichtung,
beispielsweise die Zugfestigkeit, der Elastizität, der
Wiederherstellungsprozentsatz und ähnliches, von der
Dichte abhängig. Besonders, wenn die Dichte der
erfindungsgemäßen Dichtung mehr als 2,0 g/cm3 beträgt,
werden die anorganischen Fasern zerbrochen und es
besteht die Gefahr des Abbaus der Zugfestigkeit, der
Elastizität, des Wiederherstellungsprozentsatzes und
ähnliches. Als ein Ergebnis der Untersuchungen der
Erfinder liegt die Dichte bevorzugt in einem Bereich von
0,6 g/cm3-1,4 g/cm3.
Darüber hinaus ist es zuvor vorteilhaft, um eine
Dichtung mit einer solchen Dichte herzustellen, nach dem
Naßmischen, Formen, Dehydrieren und Trocknen eine
Warmpressung durchzuführen. Durch das Warmpressen wird
in der organischen elastomeren Substanz, beispielsweise
Gummi oder ähnlichem, eine Fließfähigkeit
(fluidizability) verursacht, wodurch eine Reduktion des
Längenverhältnisses in der anorganischen Faser infolge
von Brechen verhindert werden kann und so die
zuvorstehend erwähnte bevorzugte Dichte leicht
bereitgestellt werden kann.
Die erfindungsgemäße Dichtung wird effektiv als eine
Wickeldichtung (wrap gasket), die mit einer
Metallplatte, beispielsweise SUS 304 oder ähnlichem,
umhüllt ist, oder als eine Stahlwestendichtung, die eine
Metallplatte als Kern enthält, oder sogar im Fall des
Bedeckens eines Öffnungsteils der Dichtungsplatte mit
einer Metallöse benutzt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Keramische Fasern der Siliziumoxid-Aluminiumoxid-Serie
mit einer Zusammensetzung aus 50 Gew.-% SiO2 und 50
Gew.-% Al2O3 und einem durchschnittlichen
Faserdurchmesser von 1,8 um (Warenname IBIWOOL,
hergestellt von der IBIDEN CO., LTD.) wurden einer
Behandlung zur Entfernung von "Schuß" unterworfen, wobei
ein "Schuß"-Gehalt von nicht weniger als 44 µm auf nicht
mehr als 20% eingeschränkt wurde. Dann wurden 55 g
solcher Fasern in 30 l Wasser entwirrt.
Diesem Wasser wurden weiter 15 g Wollastonit mit einem
durchschnittlichen Faserdurchmesser von 8 µm und einem
Längenverhältnis von 30 (Warenname Kemolit) und 30 g
Na-Montmorillonit zugefügt, die gut gemischt wurden und
mit 54 g Latex aus der NBR-Serie (Warenname NIPOL 1562,
hergestellt von der NIHON ZEON CO., LTD) zugefügt wurden
und dann auf einem Schwefelsäureband zur Bildung einer
Aufschlämmung aggregiert wurden (aggregated on a
sulfuric acid band).
Die resultierende Aufschlämmung wurde zu einem nassen
Platten-ähnlichem Produkt von 8 mm Dicke unter
Verwendung einer Formgebungsmaschine von 340 mm×340 mm
geformt. Das Platten-ähnliche Produkt wurde unter einem
Oberflächendruck von 300 kgf/cm2 gepreßt und
anschließend 1 Stunde bei 120°C getrocknet. Die
getrocknete Platte wurde bei einer Temperatur von 300°C
unter einem Oberflächendruck von 60 kgf/cm2 15 Minuten
gepreßt. Die Endstücke der Platte wurden abgeschnitten,
um einen Platten-ähnlichen Gegenstand mit einer Dicke
von 0,8 mm, einem Quadrat von 300 mm und einer Dichte
von 1,25 g/cm3 zu erhalten. Die mechanischen
Eigenschaften dieses Gegenstands sind in der folgenden
Tabelle 1 gezeigt.
Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 unter
Verwendung der gleichen Ausgangsmaterialien wie in
Beispiel 1 wiederholt, mit der Ausnahme, daß das
Mischungsverhältnis des Ausgangsmaterials 55 g
Siliziumoxid-Aluminiumoxidfasern, 30 g Wollastonit, 30 g
Na-Montmorillonit und 54 g Latex aus der NBR-Serie
betrug, wodurch ein Platten-ähnlicher Gegenstand mit
einer Dicke von 0,9 mm, einem Quadrat von 300 mm und
einer Dichte von 1,24 g/cm3 erzielt wurde. Die
mechanischen Eigenschaften dieses Gegenstands sind in
Tabelle 1 gezeigt.
Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1
wiederholt, wobei die gleichen Ausgangsmaterialien wie
in Beispiel 1 verwendet wurden, mit der Ausnahme, daß
das Mischungsverhältnis des Ausgangsmaterials 55 g
Siliziumoxid-Aluminiumoxidfasern, 5 g Wollastonit, 30 g
Na-Montmorillonit und 54 g Latex aus der NBR-Serie
betrug, wodurch ein Platten-ähnlicher Gegenstand mit
einer Dicke von 0,75 mm, einem Quadrat von 300 mm und
einer Dichte von 1,27 g/cm3 erhalten wurde. Die
mechanischen Eigenschaften dieses Gegenstands sind in
Tabelle 1 gezeigt.
Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 unter
Verwendung der gleichen Ausgangsmaterialien wie in
Beispiel 1 wiederholt, mit der Ausnahme, daß das
Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien 60 g
Siliziumoxid-Aluminiumoxidfasern, 30f g Wollastonit, 30 g
Na-Montmorillonit und 22 g Latex aus der NBR-Serie
betrug, wodurch ein Platten-ähnlicher Gegenstand mit
einer Dicke von 0,8 mm, einem Quadrat von 300 mm und
einer Dichte von 1,40 g/cm3 erzielt wurde. Die
mechanischen Eigenschaften dieses Gegenstands sind in
Tabelle 1 gezeigt.
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde
wiederholt, mit der Ausnahme, daß 55 g Siliziumoxid-
Aluminiumoxidfasern, 30 g Na-Montmorillonit und 54 g
Latex aus der NBR-Serie gemischt wurden mit 15 g
Kohlenstoffasern (Warenname KURECA) anstelle des
Wollastonits, wodurch ein Platten-ähnlicher Gegenstand
mit einer Dicke von 0,8 mm, einem Quadrat von 300 mm und
einer Dichte von 1,24 g/cm3 erhalten wurde. Die
mechanischen Eigenschaften dieses Gegenstands sind in
Tabelle 1 gezeigt.
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde
wiederholt, mit der Ausnahme, daß 55 g Siliziumoxid-
Aluminiumoxidfasern, 30 g Na-Montmorillonit und 54 g
Latex aus der NBR-Serie ohne Wollastonit verwendet
wurden, wodurch ein Platten-ähnlicher Gegenstand mit
einer Dicke von 0,7 mm, einem Quadrat von 300 mm und
einer Dichte von 1,25 g/cm3 erhalten wurde. Die
mechanischen Eigenschaften dieses Gegenstands sind in
Tabelle 1 gezeigt.
Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde unter
Verwendung der gleichen Ausgangsmaterialien wie in
Beispiel 1 wiederholt, mit der Ausnahme, daß das
Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien 30 g
Siliziumoxid-Aluminiumoxidfasern, 84 g Wollastonit, 17 g
Na-Montmorillonit und 29 g Latex aus der NBR-Serie
betrug, wodurch ein Platten-ähnlicher Gegenstand mit
einer Dicke von 1,0 mm, einem Quadrat von 300 mm und
einer Dichte von 1,24 g/cm3 erhalten wurde. Die
mechanischen Eigenschaften dieses Gegenstands sind in
Tabelle 1 gezeigt.
Wie aus Tabelle 1 entnommen werden kann, nimmt die
Fasermenge zu, wenn eine größere Menge von Wollastonit
zugefügt wird (Vergleichsbeispiel 3), so daß der
Wiederherstellungsprozentsatz nach Kompression gut ist,
aber die Wirkung des zugefügten Na-Montmorillonits
geringer wird, so daß die Zugfestigkeit erniedrigt ist.
Im Fall einer Platte, in der kein Wollastonit verwendet
wird (Vergleichsbeispiel 2) ist die Wirkung des Na-
Montmorillonits groß, so daß die Bindekräfte stark sind
und die Zugfestigkeit groß ist. Jedoch nimmt die
Fasermenge infolge der Abwesenheit von Wollastonit ab
und der Wiederherstellungsprozentsatz nach Kompression
ist gering. Weiterhin erniedrigt sich die Zugfestigkeit,
wenn Wollastonit in einer Menge außerhalb der
erfindungsgemäß verwendeten Mengen eingesetzt wird, wenn
diese Menge zu groß ist, und folglich kann der Expansion
und Kontraktion durch Wärme bei Verwendung in
Maschinenkörpern und ähnlichen nicht gefolgt werden;
wenn die Menge 0 beträgt, ist der
Wiederherstellungsprozentsatz nach Kompression gering
und es wird keine gute Dichtfähigkeit erhalten. Daraus
folgt, daß Wollastonit in einer Menge von 2-50 Gew.-%
verwendet werden sollte.
Da Kohlenstoffasern eine hohe Festigkeit und Elastizität
in einem Temperaturbereich von nicht höher als 400°C
aufweisen, weist die Platte, bei der Kohlenstoffasern
anstelle von Wollastonit (Vergleichsbeispiel 1)
verwendet werden, gute Eigenschaften in einem
niedrigeren Temperaturbereich im Vergleich mit den
Platten, bei denen Wollastonit verwendet worden ist
(Beispiele 1-4), auf. Da jedoch die Kohlenstoffaser
eine schlechte thermische Beständigkeit hat, gehen die
Eigenschaften der Kohlenstoffaser in einem höheren
Temperaturbereich von nicht weniger als 400°C verloren,
und folglich sind die Zugfestigkeit und der
Wiederherstellungsprozentsatz nach Kompression
erniedrigt. In diesem Sinne ist die Verwendung von
Kohlenstoffasern für Dichtungen, die in einem hohen
Temperaturbereich unter oxidierender Atmosphäre
verwendet werden, nicht geeignet.
Um die Leistungen einer Platten-ähnlichen
erfindungsgemäßen Dichtung zu untersuchen, wurde die
Platte aus Beispiel 1 in einer vorgegebenen Größe
ausgeschnitten, und als Dichtung zwischen einem
Zylinderkopf und einem Abgasrohr in einem
Automobilmotor mit einem Hubraum von 2000 cm3, der mit
einem DOHC-Turbolader versehen war, angeordnet.
Anschließend wurde ein Dauerhaftigkeitstest
durchgeführt, in dem Abgase 100 Std. durch das
Auspuffrohr bei einer Abgastemperatur von 900°C geleitet
wurden. Während dieses Testes traten keine ernsthaften
Probleme, beispielsweise ein Gasleck oder ähnliches,
auf, so daß die Platte aus Beispiel 1 eine
zufriedenstellende Leistung als Dichtung erbrachte.
Wie oben erwähnt, können erfindungsgemäß Hochtemperatur-
Dichtungen ohne Verwendung von für den menschlichen
Körper schädlichem Asbest erhalten werden. Weiterhin
sind sie ausgezeichnet hinsichtlich ihrer
Gasdichtfähigkeit, Wärmeisolierungseigenschaften,
Beständigkeit gegen Luftkorrosion und ähnlichem, weil
ein Verschwinden von Fasern oder deren Pulverbildung
durch Verbrennen bzw. Oxidation selbst bei einer
Temperatur von nicht weniger als 950°C nicht
hervorgerufen wird.
Im Ergebnis hat die Erfindung die folgenden zusätzlichen
Wirkungen bei der Verwendung in Automobilen.
- 1. Da die Wärmeübertragung zum Zylinderkopf verringert ist, wird die Wärmemenge, die auf das Kühlwasser, das durch den Zylinderkopf geleitet wird, übertragen wird, vermindert, so daß es möglich ist, die Radiatorgröße so zu wählen, daß der Motorraum bei geringen Kosten effizient genutzt werden kann.
- 2. Die Temperatur steigt an einer Flanschfläche, die das Abgasrohr und den Zylinderkopf berührt, im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren, und die Wärmeverteilung wird gleichmäßig, so daß die Kosten durch die dünne Ausbildung des Flanschanteiles auf der Grundlage der Abschwächung des Hitzestromes an der Flanschfläche gesenkt werden können. Weiterhin nimmt die Gastemperatur innerhalb des Auspuffrohres zu, so daß die Abgasemission reduziert werden kann, indem der Katalysator hoch aktiviert wird.
- 3. Der Anstieg der Abgastemperatur im oben genannten Punkt 2 verändert die Abgaswärme innerhalb eines in dem Motor, der mit einem Turbolader versehen ist, ausgeführten Vorgangs, und folglich kann die Ausgangsleistung des Motors gesteigert werden.
Claims (7)
1. Hochtemperatur-Dichtung vom "beater sheet"-ähnlichem
Typ, erhältlich durch Formen einer Aufschlämmung und
Laminieren der resultierenden geformten Körper, wobei
die Aufschlämmung 35-80 Gew.-% einer keramischen
anorganischen Faser, 2-50 Gew.-% Wollastonit, 2-25
Gew.-% einer organischen elastomeren Substanz und 5-35
Gew.-% eines anorganischen Bindemittels enthält.
2. Hochtemperatur-Dichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die keramische anorganische
Faser aus den keramischen Fasern der Siliziumoxid-
Aluminiumoxid-Reihe, kristallinen Aluminiumoxidfasern
und kristallinen Mullitfasern ausgewählt ist und einen
Faserdurchmesser von weniger als 12 µm hat.
3. Hochtemperatur-Dichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Wollastonit ein
durchschnittliches Längenverhältnis von nicht weniger
als 15 hat.
4. Hochtemperatur-Dichtung nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Wollastonit in einer
Menge von 10-35 Gew.-% verwendet wird.
5. Hochtemperatur-Dichtung nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das anorganische Bindemittel
aus der Montmorillonit, Tonerde, Talk, Kaolinit und
synthetisierten Glimmer vom Fluortetrasilicid-Typ
umfassenden Gruppe ausgewählt ist.
6. Hochtemperatur-Dichtung nach mindestens einem der
Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die organische elastomere
Substanz ein synthetischer Gummilatex ist.
7. Hochtemperatur-Dichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung eine Dichte von
0,4-2,0 g/cm3 aufweist.
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