DE4113153A1 - Industriedichtung fuer den einsatz mit dampf - Google Patents
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf Industriedichtungen für
den Einsatz mit Dampf, insbesondere auf solche Dichtun
gen, die asbestfrei sind und mit Hilfe des Kalanderver
fahrens unter Verwendung von organischen synthetischen
Fasern, Füllstoffen und polymeren Bindemitteln herge
stellt werden.
Aufgrund der Gefahren für die Gesundheit, die mit As
bestfasern verbunden sind, ist die industrielle Nach
frage nach para-Aramid-Pulpe, wie z. B. die im Handel
erhältliche Poly(p-phenylenterephthalamid)-Pulpe, als
Ersatz für Asbest ständig gestiegen. para-Aramid-Pulpe
ist wegen ihrer hohen Temperaturbeständigkeit, Festig
keit und Verschleißfestigkeit ein guter Ersatzstoff.
para-Aramid-Pulpe läßt sich gemäß dem in EP 3 92 559-A2
beschriebenen Verfahren herstellen. Bei diesem Verfahren
werden para-Aramid-Fäden mechanisch zu Pulpe verarbei
tet, indem sie zunächst in kurze Fasern geschnitten und
dann zu Pulpe verschliffen werden. Diese Pulpe wird dann
verwendet zur Herstellung von Produkten wie Bremsbelä
gen, Dichtungen, Laminaten und Verbundstoffen. Einige
Anwendungen für para-Aramid-Pulpe sind in Research Dis
closure Journal No. 19 037 angeführt.
Herkömmliche Dichtungen sind verschiedener Art und fin
den vielerlei Verwendung. Im deutschen Patent DE
37 35 634 werden Weichdichtungen für Verbrennungsmotoren
beschrieben, die mit Hilfe eines konventionellen Her
stellungsverfahrens für Papier aus para-Aramid-Pulpe und
anderen Materialien erzeugt werden. Andere in diesem
deutschen Patent angegebene Patentzitate beschreiben
andere Dichtungen für Verbrennungsmotoren wie z. B. Zy
linderkopfdichtungen. Derartige, mit Hilfe des konven
tionellen Herstellungsverfahrens für Papier erzeugte
Dichtungen sind nicht geeignet für den Einsatz mit
Dampf, insbesondere bei Hochdruck-Dampfleitungen.
Die Verwendung von fluorierten Polymeren wie Polytetra
fluorethylen (PTFE) in Dichtungen ist wohlbekannt. Man
findet viele Zitate in der Patentliteratur, die die Ver
wendung von PTFE in verschiedenen Dichtungsmaterialien
zeigen. Das US-Patent 47 92 594 offenbart die Verwendung
in Dichtungen aus den beschriebenen Tetrafluorethylen-
Copolymer-Pulvern.
Gemäß vorliegender Erfindung wird eine Industriedichtung
für den Einsatz mit Dampf zugänglich gemacht, welche aus
einem flexiblen Faservlies besteht, das mit Hilfe des
Kalanderverfahrens mit organischen synthetischen Fasern,
Füllstoffen und polymeren Bindemitteln hergestellt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Fasern in
dem flexiblen Faservlies eine Mischung aus (1) p-Poly
aramid-Pulpe und (2) wenigstens einem der Bestandteile
(a) m-Polyaramid-Wolle oder -Fibride, und (b) Polytetra
fluorethylen-Pulver sind.
Die Zeichnung stellt eine Kurve in erweitertem Maßstab
dar, die den Wasserverlust in Prozent als Funktion der
Versuchsdauer in Tagen zeigt.
Die Dichtungen gemäß vorliegender Erfindung sind flexi
ble Faservliese, hergestellt nach dem konventionellen
Kalanderverfahren zur Erzeugung gepreßter Dichtungen,
unter Verwendung von Kalandern, die der Fachwelt wohlbe
kannt sind. Die für diese flexiblen Faservliese verwen
deten organischen Fasern umfassen eine Mischung aus (1)
p-Polyaramid-Pulpe (fibrillierte Fasern unterschiedli
cher Länge, im Durchschnitt gewöhnlich kürzer als 12 mm)
und (2) wenigstens einen der Bestandteile (a) m-Polyara
mid-Kurzfaser (gewöhnlich bezeichnet als Wolle oder Fi
bride), und (b) Polytetrafluorethylen-Pulver. Im allge
meinen weist die Mischung von (1) zu (2) ein Gewichts
verhältnis im Bereich von 99 : 1 bis 50 : 50 auf, vorzugs
weise ein Gewichtsverhältnis im Bereich von 99 : 1 bis
80 : 20. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß bei
Verwendung derartiger Mischungen zur Herstellung von
Dichtungen mit Hilfe des Kalanderverfahrens der Wasser
verlust durch die Dichtung sehr niedrig ist im Vergleich
zu herkömmlichen Dichtungen, die mit diesem Verfahren
aus Asbest und p-Polyaramid-Pulpe alleine hergestellt
wurden.
para-Polyaramid-Pulpe und m-Polyaramid-Fasern sind wohl
bekannt und sind im Handel unter den Warenzeichen
KEVLAR® bzw. NOMEX® von E.I. du Pont de Nemours & Co.
erhältlich. para-Polyaramid-Pulpe läßt sich wie in EP
3 92 559-A2 beschrieben herstellen. Vorzugsweise wird
eine Kurzfaserpulpe der für diese Erfindung vorteilhaf
ten Mischung hergestellt durch Wirbelluftschleifen wie
in der US-Patentanmeldung Ser. No. 07/5 06 968, eingereicht
am 27.02.1990 im Namen von Haines und Schuler (KB-3040),
beschrieben. Eine Mischung aus p-Polyaramid und m-Poly
aramid kann auch vor dem Zerkleinern hergestellt werden
wie in EP 3 92 559-A2 beschrieben. Die fibrillierten Fa
sern in der Pulpe weisen im allgemeinen eine Länge von
etwa 0,2 bis 8 mm auf, vorzugsweise von etwa 1 bis 3 mm.
Polytetrafluorethylen- (PTFE) -Pulver ist ein weißes
rieselfähiges Pulver mit Submikron-Teilchengröße. Es ist
ebenfalls im Handel erhältlich unter dem Warenzeichen
TEFLON® von E.I. du Pont de Nemours & Co. Ein vorteil
haftes PTFE-Pulver weist eine Schüttdichte von
300-600 g/l auf, vorzugsweise von 500-550 g/l, eine
durchschnittliche Verteilung der Teilchengröße bezogen
auf das Volumen von 3-100 µm und eine Fließfähigkeit von
0,5-50 g/10 min. Das PTFE-Pulver wird im allgemeinen vor
dem Zerkleinern mit p-Polyaramid-Pulpe gemischt.
Eine wie oben beschriebene Mischung aus organischen Fa
sern wird zu einem flexiblen Faservlies, wie es als
Dichtung für den Einsatz mit Dampf vorteilhaft ist,
durch Mischen mit anderen Materialien, von denen bekannt
ist, daß sie für Dichtungen vorteilhaft sind, und Formen
der Matte aus Fasern (Vlies) mit Hilfe des wohlbekannten
Kalanderverfahrens. Dieses Verfahren läßt sich durchfüh
ren mit Hilfe irgendeiner für diesen Zweck im Handel
erhältlichen Kalandriermaschinen.
Weitere für die Herstellung von Dichtungen vorteilhafte
Materialien sind Füllstoffe (sowohl organische als auch
anorganische Materialien), polymere Bindemittel und nach
Belieben Bestandteile wie Antioxidantien, Färbemittel,
Härter und dergleichen. Bis zu 10 Gew.-% zusätzlicher
Fasern können eingebracht werden, z. B. anorganische
Silicat-Fasern. Beispiele für anorganische Füllstoffe
sind Talk, Bariumsulfat, Calciumcarbonat und Wollasto
nit. Beispiele für polymere Bindemittel sind bevorzugte
Gummibindemittel, z B. Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR),
Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), natürlicher Kautschuk
und Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuke (EPDM).
Preßdichtungen wurden hergestellt (etwa 2 mm dick) unter
Verwendung einer Mischung aus (1) 80 Gew.-% p-Polyara
mid-Pulpe (KEVLAR® IF 356) mit einer Faserlänge von
1-3 mm und 20 Gew.-% m-Polyaramid-Kurzfaserwolle
(3-6 mm), und (2) 80 Gew.-% p-Polyaramid-Pulpe wie oben
und 20 Gew.-% PTFE-Pulver (TEFLON® MP 1000). Die Dichtun
gen wurden dann in einem Dampftest mit handelsüblichen
Dichtungen aus Asbest und einer aus p-Polyaramid-Pulpe
(KEVLAR® IF 356) alleine verglichen. Alle vier Dichtun
gen waren zusammengesetzt mit gleichen Bindemitteln,
Füllstoffen und anderen Bestandteilen, so daß sich die
ungefähre Zusammensetzung der Dichtungen wie folgt er
gab:
15 Gew.-% Mischung (1), Mischung (2), Asbest oder
p-Polyaramid-Pulpe.
15 Gew.-% NBR-Kautschuk als Bindemittel.
70 Gew.-% anorganische Füllstoffe (d. h., eine Mischung aus Talk, Kaolin und Silicat-Pulver).
15 Gew.-% NBR-Kautschuk als Bindemittel.
70 Gew.-% anorganische Füllstoffe (d. h., eine Mischung aus Talk, Kaolin und Silicat-Pulver).
Jede Zusammensetzung enthielt etwa 1 Gew.-% eines Ver
netzungsmittels und eines Antioxidans. In der noch fol
genden Tabelle I ist die Dichtung A Mischung (1), und
Dichtung B ist Mischung (2); Dichtung C ist KEVLAR®-Pul
pe alleine.
Eine Dampfkammer aus rostfreiem Stahl mit einem Fas
sungsvermögen von 0,08 l, versehen mit einem Deckel aus
rostfreiem Stahl mit 6 Meßschrauben, wird mit etwa 70 g
Wasser gefüllt. Die zu untersuchende Dichtung wird zwi
schen die Flansche von Kammer und Deckel geschraubt, bis
zu einem Drehmoment von 107,873 N·m (11 kg·m). Das ganze
System wird in einen auf 240°C gehaltenen Luftofen ge
stellt und 3 h lang erhitzt, so daß sich ein vorbestimm
ter Innenwasserdruck von 3,2 MPa (32 bar) aufbaut. Das
System wird aus dem Ofen genommen und drei Stunden lang
auf Raumtemperatur abkühlen gelassen. Dieser Zyklus wird
bis zu 40 Tage lang wiederholt. Am Ende eines Zyklus
wird die Kammer gewogen, und der Wasserverlust wird ge
messen nebst Wasserverlust am Ende der Testperiode, was
dem Wasserverlust durch die Dichtung entspricht.
Der prozentuale Wasserverlust für jede Testdichtung
(Durchschnitt aus 4 Tests) ist in Tabelle I gezeigt.
Zusätzlich wurde der Wasserverlust in erweitertem Maß
stab graphisch dargestellt, um den geringen Wasserver
lust bei den erfindungsgemäßen Dichtungen (A und B) ge
genüber handelsüblichen Dichtungen aus Asbest und
KEVLAR®-Pulpe (C) demonstrieren zu können.
Claims (8)
1. Industriedichtung für den Einsatz mit Dampf, welche
aus einem flexiblen Faservlies besteht, das mit
Hilfe des Kalanderverfahrens mit organischen syn
thetischen Fasern, Füllstoffen und polymeren Binde
mitteln hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die organischen Fasern in dem flexiblen Faser
vlies eine Mischung aus (1) p-Polyaramid-Pulpe und
(2) wenigstens einem der Bestandteile (a) m-Poly
aramid-Wolle oder -Fibride, und (b) Polytetrafluor
ethylen-Pulver sind.
2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gewichtsverhältnis von (1) zu (2) in der
Mischung im Bereich von 99 : 1 bis 50 : 50 liegt.
3. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mischung aus p-Polyaramid-Pulpe
und m-Polyaramid-Fasern in Form kurzer Fasern im
Gewichtsverhältnis von 99 : 1 bis 80 : 20 ist.
4. Dichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Mischung aus p-Polyaramid-Pulpe
und Polytetrafluorethylen-Pulver im Gewichtsver
hältnis von 99 : 1 bis 80 : 20 ist.
5. Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Faservlies
bis zu 10 Gew.-% zusätzliche Fasern enthält.
6. Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in der Mi
schung eine Länge im Bereich von 0,2 bis 12 mm auf
weisen.
7. Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Faservlies
im wesentlichen besteht aus
- a) 5-20 Gew.-% der Mischung organischer Fasern;
- b) 60-85 Gew.-% wenigstens eines anorganischen Materials; und
- c) 10-20 Gew.-% eines polymeren Kautschuk-Bindemittels.
8. Dichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung organi
scher Fasern durch Wirbelluftschleifen hergestellt
wird.
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