DE3045584A1

DE3045584A1 - Hochtemperaturbestaendiges, zusammenpressbares folienmaterial

Info

Publication number: DE3045584A1
Application number: DE19803045584
Authority: DE
Inventors: Warren Julius Montgomery Mass. Bodendorf; Thomas Alfred South Hadley Mass. Podach
Original assignee: Texon Inc South Hadley Falls Mass; Texon Inc
Current assignee: Emhart Industries Inc
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1980-12-03
Publication date: 1981-08-13
Also published as: US4308093A; CA1158811A; FR2471272B1; JPS5692935A; FR2471272A1; DE3045584C2; JPS601339B2

Description

Hochteraperaturbeständiges, zusammenpreßbares Folienmaterial

Die Erfindung betrifft hochtemperaturbeständiges, zusammenpreßbares Folienmaterial zur Verwendung als Dichtungsmaterial und Wärmeschutzschild und betrifft insbesondere hochtemperaturbeständiges, zusammenpreßbares Folienmaterial_; in welchem ein vernetztes Elastomer als Bindemittel benutzt ist, sowie ein Verfahren zum Herstellen desselben.

Flexibles, zusammendrückbars Flachmaterial oder Folienmaterial findet weite Verwendung für Dichtungszwecke. Das Folienmaterial hat typischerweise eine Dicke zwischen 0,025 mm und 6,35 mm (0,001 bis 0,25 Zoll) wenn es für die Herstellung von Dichtungen verwendet wird. Dabei wird das Folienmaterial entweder allein oder als Bestandteil einer zusammengesetzten Dichtung verwendet. Bei einer Dichtung zum Abdichten zwischen dem Boden eines Vergasers und der Ansaugleitung einer Brennkraftmaschine ist z.B. das Folienmaterial auf einer oder zwischen zwei Folien aus dünnem Metall angeordnet, so daß eine zusammengesetzte Dichtung oder eine Verbunddichtung entsteht. Im Zusammenhang mit Brennkraftmaschinen verwendete Dichtungen müssen außerdem manchmal außerordentlich hohen Temperaturen standhalten können, die beispielsweise im Größenordnungsbereich von über 260° C (500° F) und manchmal sogar bis zu 482° C (900° F) liegen können. Hochtemperatur-

130033/0576

y*

beetändigkeit ist beispielsweise verlangt von Dichtungen für Abgassammelleitungen, Vorverdichter, Auspuffleitungen und Kopfstücke sowie Dichtungen im Zusammenhang mit katalytischen Konvertern. Darüber hinaus müssen solche Dichtungen aber auch gegen Öl und Wasser beständig sein, mit denen die Dichtung bei Verwendung an Brennkraftmaschinen in Berührung tritt. _r Beständigkeit gegen Wasser ist ein besonders wichtiges Merkmal bei der Herstellung von Dichtungen für Wasserpumpen.

Ein noch wichtigeres Erfordernis ist die Wasserbeständigkeit wenn das Dichtungsmaterial an Motoren für Wasserfahrzeuge, insbesondere an Außenbordmotoren verwendet werden soll.

Als fasriger Bestandteil in Dichtungsmaterial findet Asbest bisher die größte Verwendung, und zwar hauptsächlich wegen seiner Hochtemperaturbeständigkeit. Da Asbest toxisch wirkt, hat man sich jedoch um Ersatzstoffe bemüht, durch die die notwendige Verwendung von Asbest in Dichtungsmaterialien wirksam umgangen werden kann.

Glasfasern in Form von Mikrofasern und keramische Fasern sind bereits für die Herstellung zusammenpreßbaren Folienmaterials für Dichtungszwecke verwendet worden. Um die strukturelle Unversehrtheit beim Umwandeln des Folienmaterials in Dichtungen und während des Gebrauchs zu erhalten, muß ein Bindemittel vorgesehen werden, welches diese Eigenschaften hat. typischerweise sind solche Bindemittel von Natur aus elastomer. Ferner sollten solche Bindemittel einen gewissen Grad an Hitzebeständigkeit aufweisen, da sie beim Gebrauch mit Gegenständen von hoher Temperatur in Berührung gelangen. Um eine wirksame Dichtung zwischen miteinander in Fluidverbindung stehenden Kanälen zu schaffen, muß das Folienmaterial außerdem komprimierbar und unporös sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Folienmaterial zu schaffen, welches bei Hochtemperaturbedingungen seine Unversehrtheit beibehält und bei Verwendung als Dichtungsmaterial gegen Wasser und Öl beständig ist, und welches mit normalen Maschinen für die

130033/0576

312

Papierherstellung hergestellt werden kann. Aufgabe der Erfindung ist auch die Schaffung eines Verfahrens zum Herstellen des genannten FoIienmaterials.

Das Polienmaterial gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß es als Hitzeschild oder Wärmeschirm verwendet werden kann, um die verschiedensten Bereiche gegenüber Wärme" erzeugenden Quellen zu isolieren, indem es beispielsweise als Bodenunterlage in einem Fahrzeug oder Kofferraum verwendet wird. Das Folienmaterial gemäß der Erfindung ist jedoch vielseitig einsetzbar, wenn es um Beständigkeit gegen hohe Temperaturen geht.

Erfindungsgemäß hat ein hochtemperaturbeständiges, zusammenpreßbares Folienmaterial eine Dicke von 0,025 mm bis 25,^ mm (0,001 bis 1 Zoll) und enthält ein vernetztes Elastomer als Bindemittel sowie hochtemperaturbeständige Stapelfasern. In das Folienmaterial ist eine größere Menge eines teilchenförmigen Füllstoffs eingearbeitet, der chemisch so modifiziert wurde, daß er mit dem vernetzten Elastomer gemeinsam umsetzbar 1st. Vorzugsweise enthält das Bindemittel ein durch Additionspolymerisation eingearbeitetes Silankopplungsiuittel. Das Folienmaterial wird gemäß Verfahren zur Papierherstellung hergestellt. Das Folienmaterial eignet sich für die Herstellung von Dichtungen und als Wärmeschutzschild.

Als Bindemittel dient ein vernetztes Elastomer, um dem zusammengesetzten Folienmaterial die nötige Kompressibilität und Unversehrtheit zu verleihen. Mit dem Ausdruck "Elastomer" soll in der vorliegenden Anmeldung sowohl Synthesekautschuk als auch Naturkautschuk bezeichnet werden. Naturkautschuk betrifft im vorliegenden Fall den elastischen Feststoff, der vom Milchsaft oder Latex des Heveabaums erhalten wird und dessen Hauptbestandteil das Homopolymerisat von 2-Methyl-l,3-butadien (Isopren) ist. Synthesekautschuk hingegen soll alle Polymerisate umfassen, die auf mindestens 2 % eines konjugierten ungesättigten Monomers beruhen, wobei die Konjugation in der 1,3-Position in der Monomerkette vorhanden ist und das endgültige Polymerisat in

1 30033/0576

_J-r J··- —

ungehärtetem Zustand eine Dehnfähigkeit von mindestens 200 % und eine Bückprallelastizität von mindestens 90 % hat, wenn es innerhalb seiner Dehnbarkeitsgrenzen gestreckt und sofort losgelassen wird. Zu den für die Zubereitung von Synthesekautschuk geeigneten konjugierten, ungesättigten Monomeren gehören, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein, Chloropren, Butadien, Isopren, Cyclopentadien, Dicylopentadien und dgl. Zur Herstellung von Synthesekautschuk eignen sich auch andere Olefine, die durch radikalische, anionische oder kationische Additionspolymerisation einpolymerisiert werden können mit einem konjugierten ungesättigten Monomer. Solche Olefine sind typischerweise monoäthylenisch ungesättigte Monomere. Mit "monoäthylenisch ungesättigt" soll hier ausgedrückt werden, daß das Monomer eine ^ C = CHp-Gruppe enthält. Diese monoäthylenisch ungesättigten Monomere sind z.B., ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, Acrylmonomere, wie Methacrylsäure, Acrylsäure, Acrylnitril, Methacrylnitril, Methylacrylat, Methylmethacrylat, Äthylacrylat, Xthylmethacrylat, Acrylamid und dgl.; olefinische Kohlenwasserstoffe, wie Äthylen, Butylen, Propylen, Styrol, oC-Methylstyrol und dgl. sowie andere funktionale ungesättigte Monomere, wie Vinylpyridin, Vinylpyrrolidon und dgl.

Zu den erfindungsgemäß bevorzugten Elastomeren gehören die auf Synthesekautschukbasis, die vorzugsweise Butadien und Acrylnitril enthalten. Außerdem sollte das Elastomer vorzugsweise Stellen zur Kondensationsvernetzung enthalten. Diese Stellen für die Kondensationsvernetzung sind typischerweise Säuregruppen, eingebracht durch Acrylsäure, Hydroxylgruppen, eingebracht durch Hydroxyäthylacrylat, N-Methylolgruppen, eingebracht durch N-Methylolacrylamid und dgl. Solche Stellen für die Kondensationsvernetzung sind nötig, damit die verschiedenen Polymerisatketten durch Kondensation interpolymerisiert werden können, um ein Netzwerk als zähes und zusammendrückbares Bindematerial zu schaffen.

Das Elastomer sollte zum Einarbeiten in das Folienmaterial vorzugsweise durch ein anionisches oberflächenaktives Mittel oder

130033/0576

5h 312

einen Emulgator in Latexform gebracht sein. Diese Latexform steht typischerweise als ^O % bis 60 % Feststoffe in Wasser zur Verfügung. Vorzugsweise hat ein typischer Latex eine Ausdehnung zwischen 800 und 1200 in ungehärtetem Zustand und bis 750 in ausgehärtetem Zustand.

Wenn auch die für die Erfindung geeigneten Elastomere über ausreichende funktionale Gruppen zur Selbstvernetzung verfügen, d.h. zum Vernetzen ohne Hinzufügen weiterer Stoffe, können doch auch Vernetzungsmittel hinzugegeben werden, um die nötigen Vernetzungseigenschaften zu erzielen.

Zu den für die Erfindung geeigneten Vernetzungsmitteln gehören Aldehyde, wie Formaldehyd,Glyoxal, Akrolein und dgl., Synthesekautschukpräkondensate, die durch die Umsetzung eines Aldehyds ganz allgemein mit stickstoffhaltigen Verbindungen erhalten wurden, wie Dimethylölharnstoff, Dimethyloläthylenharnstoff, Di- und Trimethyloltriazondimethyluron, Di- und Trimethylolmelamin und andere zyklische oder nichtzyklische , wasserlösliche oder nichtwasserlösliche Präkondensate . von Harnstoff und Melaminformaldehyd. Die reaktionsfähigen Methylölgruppen können ganz oder teilweise durch Alkohole mit von 1 bis 4> Kohlenstoffatomen blockiert sein. Außer den obengenannten können weitere bekannte Vernetzungsmittel benutzt werden, wie Diepoxide und Epichlorinderivate derselben, Dichlorphenole, ß-substituierte Diäthylsulfone, Sulfoniumsalze, N-Methylolacrylamid und Methylacrylamid und Derivate derselben, Diisocyanate und dgl. Bis zu k % des Vernetzungsmittels können in das Folienmaterial eingearbeitet sein. Bei Verwendung von zuviel Vernetzungsmittel kann das Folienmaterial zur Verwendung in Dichtungen zu spröde oder zu hart werden und unter Umständen nicht die nötige Zusammendrückbarkeit aufweisen.

Das elastomere Bindemittel macht typischerweise ca. 8 bis 65 Gew.% des Folienmaterials, vorzugsweise 8 bis 35 Gew.%_$ ausgehend vom Gewicht des Folienmaterials, aus.

1 30033/0576

-73

Zusätzlich zu dem elastomeren Bestandteil des Bindemittels kann eine geringere Menge eines nichtelastomeren organischen Additionspolymerlsate, beispielsweise ein Acrylat zur Erzeugung des Bindematerials hinzugefügt werden, und zwar in einer Menge bis zu ca. 30 Gew.%_t vorzugsweise weniger als 15 Gew.%. Es ist erwünscht, die Menge des nichtelastomeren Polymerisats im Verhältnis zum Elastomer zu begrenzen, da sonst das endgültige Polienmaterial nicht die nötige 'Zusammendrückbarkeit für die Herstellung von Dichtungen aufweist. Das nichtelastoraere Polymerisat wird typischerweise durch radikal!sehe, anionische oder kationische Additionspolymerisation ungesättigter Monomerer geschaffen. Die ungesättigten Monomere sind monoäthylenisch ungesättigte Monomere und haben die schon erwähnten Eigenschaften. Diese Monomere sind typischerweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylnitril, Methacrylnitril, MethyI-methacrylat, Methylacrylat, Äthylacrylat, Ätyhlmethacrylat, Acrylamid, N-Methylolacrylamid und dgl. Wie im Fall der Elastomere enthält das nichtelastomere Polymerisat die obengenannten Vernetzungsgruppen. Ferner wird das nichtelastomere Polymerisat in das Folienmaterial als ein Latex eingearbeitet, welches mit einem Feststoffgehalt von ca. ^O bis 60 Gew.% in Wasser als wäßrige Emulsion zugeführt wird.

Bei einem am meisten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in das Elastomer oder in das nichtelastomere Polymerisat ein Silankopplungsmittel mit einer reaktionsfähigen, additionspolymerisierbaren Doppelbindung kopolymerisiert sein. Typischerweise sind an den additionspolymerisierbaren Silankopplungsmitteln polymerisierbare Acrylat- oder Methacrylatgruppen vorhanden, die sich gemeinsam mit hydrolysierbaren Gruppen zur Umsetzung mit den fasrigen Bestandteilen des Folienmaterials in das Bindemittel einarbeiten lassen. Als bevorzugte Silankopplungsmittel dienen Vinyltriäthoxysilan, 8-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltris(betarnethoxyäthoxy)silan und dgl.

Das monomere Silankopplungsmittel sollte in das elastomere oder

130033/0576

312

nichtelastomere Polymerisat in einer Menge von 2 bis 15 Gew.%_t ausgehend vom Gewicht des gesamten Bindemittels und mehr, vorzugsweise von 3 bis 12 Gew.% eingearbeitet werden.

Zur erfindungsgemäßen Verwendung geeignete Fasern sind Fasern, die erhöhter Betriebstemperatur standhalten können und Stapellänge aufweisen. "Stapelfasern" sind Fasern mit einer Einzellänge von bis zu 20,32 cm (8 Zoll) und mehr, vorzugsweise 10,l6 cm (4 Zoll), die zur Verarbeitung mit normalen Einrichtungen für die Papierherstellung geeignet sind.

Insgesamt handelt es sich dabei um Fasern, die kontinuierlichen Betriebstemperaturen von mehr als 815° C (1500⁰F) standhalten können. Diese Fasern zeichnen sich aus als keramische Fasern und bestehen aus Metalloxiden, welche gegenüber hohen Temperaturen beständig sind. Typischerweise gehören zu diesen hochtemperaturbeständigen Stoffen Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Aluminiumsilikat sowie Kombinationen derselben und auch Quarz und dgl.

Typischerweise und vorzugsweise betragen die Faserdurchmesser weniger als 5/um als Durchschnittsdurchmesser, vorzugsweise sogar weniger als ^/Um als Durchschnittsdurchmesser. Ausgehend vom Gewicht des Folienmaterials macht der fasrige Bestandteil 15 bis 50 Gew.% und mehr, vorzugsweise 20 bis 30 Gew.%_t ausgehend vom Folienmaterial, aus.

Zusätzlich zu denjenigen Fasern, die kontinuierlichen Betriebstemperaturen von mehr als 8I5 C (I500 F) standhalten können, sind auch anorganische Fasern verwendbar, die niedrigeren Temperaturen, beispielsweise kontinuierlichen Betriebstemperaturen von ^82° C (900° F) aber weniger als 8I5⁰ C (15OO⁰ F) in kontinuierlichem Betrieb standhalten. Als Beispiele für diese Fasern seien die sogenannten Glasmikrofasern genannt, d.h. Fasern mit einem Faserdurchmesser von ß, A, AA, AAA, AAAA, und AAAAAA im Durchmesser. Diese Glasfasern können aus typischen Glasverbindungen bestehen, die als Ε-Glas, T-Glas, C-Glas, SF-

1 30033/0576

Glas und S~Glas bekannt sind und von der Owens Corning Corporation vertrieben werden.

Diese Glasfasern können im Folienmaterial in einer Menge von bis zu 8 Gew.%, ausgehend vom Gewicht des Materials, vorzugsweise weniger als 5 Gew.^, ausgehend vom Gesamtgewicht des Materials, enthalten sein. Wenn mehr als 8 % Glasfasern oder dgl. benutzt werden, ergibt sich eine beträchtliche Verschlechterung der Hochtemperaturbeständigkeit.

Zur erfindungsgemäßen Verwendung besonders geeignete Füllstoffe sind Füllstoffe, die so modifiziert sind, daß sie mit dem vernetzten Elastomer gemeinsam umsetzbar sind. Vorzugsweise sind die jeweiligen Füllstoffe von Natur aus anorganisch und ihre chemische Modifizierung ist mit Hilfe eines Silankopplungsmittels oder eines Werner-Komplex-Kopplungsmittels erreicht worden. Typische, teilchenförmige Füllstoffe sind Ton, beispielsweise in Form von Kaolinit, Halloysit, Montmorillonit und Illit. Es können aber auch weitere Füllstoffe, wie Quarz, Calcit, Luminit,Gips, Muskovit und dgl. verwendet werden. Als durch das Kopplungsmittel modifizierter Ton dient ein Ton, der durch die doppelt funktionalen Kopplungsmittel modifiziert ist, wie eine silikonhaltige, organische Verbindung oder ein Werner-Komplex, der eine Bindung mit dem anorganischen Füllstoff über das Metallatom und eine Bindung mit dem organischen Füllstoff über die am Metallatora hängenden organischen Reste herstellt. Geeignete typische Modifiziermittel in Form von Silankopplungsmitteln sind z.B., jedoch nicht ausschließlich die folgenden: K-Aminopropyltriäthoxysilan, N-bis (betahydroxyäthyl )-^-aminopropyltriäthoxysilan, N-betaiaminoäthyl-^-aminopropyltrimethoxy)silan, (CH₃O)₃ Si (CH₂J₃NH(CHg)₂NH(CH₂)2COOCH₃, ^-Glycidoxy propyltrimethoxysilan, Vinyltriacetoxysilan, J^Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Vinyltriäthoxysilan. Vinyltris(betarnethoxyäthoxy)silan, ß~3,4-Epoxycyclohexyl(äthyltrimethoxy)silan, ^-Thiopropyltrimethoxysilan und dgl. Vorzugsweise wird zum Modifizieren des teilchenförmigen Füllstoffs ein Kopplungsmittel benutzt, bei dem es sich um ein Aminosilan

130033/0576

5^ 312

oder ein Mercaptosilan handelt; am meisten bevorzugt wird ein Mercapto-funktionales Silan.

Die erwünschte Teilchengröße im Füllstoff liegt vorzugsweise unter 5 /tun» und vorzugsweise liegt ein beträchtlicher Anteil unterhalb 2 ytim, am besten unterhalb lyum. Als ein besonders gut geeigneter Füllstoff hat sich "Nucap 190" erwiesen, d.h. ein funktionaler durch Mercaptosilan modifizierter Kaolinton. Der teilchenförmige Füllstoff ist in einer Menge von 15 bis 70 Gew. %, besser noch in einer Menge von 40 bis 60 Gew.£ im Folienmaterial enthalten.

Zum Herstellen des Folienmaterials gemäß der Erfindung werden in besonders vorteilhafter Weise ganz normale Vorrichtungen für die Papierherstellung verwendet, z.B. eine Langsiebmaschine und eine geneigte Langsiebmaschine, eine Hundsiebmaschine, ein Rotoformer und dgl. Bei einem typischen Verfahren werden die fasrigen Bestandteile und der Füllstoff einer Papierknetmaschine zugeführt und in Wasser dispergiert. Die fasrige Dispersion wird dann in die Rührbütte vor der Langsiebmaschine eingefüllt. Der fasrige Bestandteil wird gemeinsam mit dem Füllstoff mit einer größeren Menge Wasser umgerührt, und ein kationischer Polyelektrolyt in kleinerer Menge dem Gemisch aus Fasern und Füllstoff hinzugefügt. Ein typischer kationischer Polyelektrolyt ist ein Polymerisat mit freien Amingruppen, z.B. ein PoIyamin oder dgl. Der kationische Polyelektrolyt bringt auf die Fasern eine starke Ladung auf, wodurch sie getrennt und im Wasser homogen verteilt werden. Dieser Dispersion wird dann ein Gemisch des Vernetzungsmittels, falls es vorgesehen wird, und die elastomeren sowie nichtelastomeren Emulsionen hinzugefügt. Wenn ein nichtelastomerer Latex benutzt wird, der ein darin umgesetztes Silankopplungsmittel enthält, sollte dieser Latex zunächst eingefüllt werden, um eine innige Berührung des Silans mit der Oberfläche der Fasern herzustellen. Das Elastomer und das Vernetzungsmittel lagern sich auf der Oberfläche der Fasern ab.

130033/0576

54 312

Zum erneuten Dispergieren der Fasern und zur Schaffung einer homogenen Dispersion aus mit einem Elastomer und einem Nichtelastomer und einem Vernetzungsmittel beschichteten Fasern wird ein anionisches Kolloid hinzugefügt. Aus der Rührbütte wird das homogene Gemisch der Papiermaschine zugeleitet. Bevor βε den der Siebpartie vorgeschalteten Behälter erreicht, wird ein kationischer Polyelektrolyt in Reihe mit der Dispersion zugeleitet, der bewirkt, daß die beschichteten Fasern ausflocken, so daß an dem dem Langsieb vorgeschalteten Behälter ein flockenartiger Faserstoff ankommt. Dieser wird dem in Bewegung gesetzten Sieb der Langsiebmaschine aufgegeben, und das in ihm enthaltene Wasser ablaufen gelassen. Nach dem Entzug des Wassers durch Schwerkraft wird Saugwirkung auf die nasse Bahn aufgebracht, um mehr Wasser aus der Bahn zu entfernen. Dann wird die Bahn zwischen Filzwalzen und danach zwischen eine Metallwalze und eine Filzwalze gepreßt und getrocknet. Die nötige Trocknungstemperatur liegt zwischen 93,33° C und 176,67° C (200 und 350° F). Während des Trocknungszyklus wird das Elastomer vernetzt und der modifizierte Füllstoff chemisch in das Folienmaterial integriert. Dann wird das Folienmaterial durch Kalander geführt, um ihm eine gleichmäßige Dicke zu geben und auf Rollen gewickelt, die später wieder abgewickelt und zu Dichtungsmaterial oder sonstigem hochbeständigem Material unterteilt werden könnan.Zusätzlich zu den obengenannten Bestandteilen können auch weitere bekannte Stoffe hinzugefügt werden. Z.B. können Werner-Komplexe hydrophober Säuren zu der Dispersion hinzugegeben werden, um den Fasern wasserabstoßende Eigenschaften zu geben.

Das erfindungsgemäße Verfahren und besondere Bestandteile, die für die Schaffung von Folienmaterial geeignet sind, soll nachfolgend anhand einiger Beispiele näher erläutert werden.

130033/0576

54 312

Beispiel 1
Es wurde ein Eintrag in folgender Zusammensetzung vorbereitet:

Bestandteil

Menge Peststoffgehalt (Gewichtsteil) (%)

Wasser A

Fiberfrax H¹ keramische Faser

ο Glassmikrofaser

mit Mercaptosilan-* modifizierter Ton

Stearat-Chromichlorid-Komplex 29 % Feststoffe in Isopropanol

Lufax 290 (3 % Dispersion)

Poly M lOO⁵ (48 % Feststoffe Latex)

Melaminformaldehyd—Harz

(67 % Feststoffe in Wasser)

Wasser B

Acryl/Acrylnitril-Latex' (48 % Feststoffe in Wasser)

Melaminformaldehyd—Harz Wasser C

Lufax

deacetyliertes Karaya-Gummi (1 % Feststoffe in Wasser)

32ΟΟΟ

244 28

486

28 100

294

6,7 300

294

6,7 300 50

22,83 2,62

45,47

0,86 0,28

13,19 0,41

0,19 0,56

1 = Fiberfrax H wird von der Carborundum Company hergestellt und ist zu 62 % ALpO- und 38 % S₃O₂, hat eine Grenztemperatur bei kontinuierlicher Benutzung von 1427° C, einen Schmelzpunkt oberhalb 1927° C, einen durchschnittlichen Faserdurchmesser von 2-3 /im und eine Faserlänge von bis zu 50,8 mm (2 Zoll).

2 = die John Mansville Code 112 Glasmikrofaser.

3 = der mit Mercaptosilan modifizierte Kaolinton war "Nucap 190" vertrieben von Huber Co. mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 0,3/um·

30033/0576

k ■= Lufax 290 ist ein von Rohm and Haas vertriebener kationischer Polyelektrolyt.

5 « Poly M 100 ist ein von Polymerics, Inc. vertriebener Latex, in den 12 % eines hydrolysierbaren Silanacrylats einpolymerisiert ist gemeinsam mit Acrylsäure, Acrylnitril, N-Methylolacrylamid und Alkylacrylaten, und der ferner nichtelastomer ist.

6 = das Melaminformaldehydharz wird unter dem Warenzeichen "Resimene 842" von der Monsanto Co. vertrieben.

7 = der Acryl/Acrylnitril-Latex wird von Polymerics Inc. unter dem Namen Poly M-^lO vertrieben. Er hat eine prozentuale Dehnung von 1020 ungehärtet und W-O gehärtet und ist selbstvernetzend.

8 = deacetyliertes Karaya-Gummi ist ein anionisches Kolloid.

Das Wasser A wurde gemeinsam mit der keramischen Faser und der Glasmikrofaser in eine Knetmaschine gegeben, die 5 Minuten lang lief, woraufhin die Masse in die Rührbütte gefüllt wurde, die mit einer Langsiebmaschine in Verbindung stand. Der mit Mercapto-Silan modifizierte Ton wurde der Rührbütte zugeführt, und das Gemisch wurde 10 Minuten gerührt. Das Rühren in der Rührbütte wurde während der weiteren Zugaben fortgesetzt. Folgende Bestandteile wurden nacheinander eingefüllt: der Stearat-Chromichlorid-Komplex, der Lufax, ein Gemisch aus dem Poly M 100, Melaminformaldehyd und dem Wasser B, ein Gemisch aus dem Acryl/ Acrylnitril-Latex, Melaminformaldehyd und dem Wasser C, sowie der Zusatz der deacetylierten Karaya-Gummidispersion.

Nachdem eine gleichmäßige Dispersion in der Rührbütte erzielt worden war, wurde die Dispersion in Richtung zu dem der Siebpartie vorgeschalteten Behälter der Langsiebmaschine gepumpt. Vor dem Eintritt in diesen Behälter wurde die Lufax-Lösung durch eine Gebläsepumpe zugemessen, um die fasrige Dispersion ausflocken zu lassen. Die ausgeflockte Masse wurde auf das in

130033/0576

312

Bewegung gesetzte Sieb der Langsiebmaschine geleitet, wobei man Wasser durch Schwerkraft ablaufen ließ und dann Saugwirkung aufbrachte. Danach wurde die nasse Bahn durch zwei mit Pilz auf Filz wirkende Pressen und eine Presse mit Walze gegen Filz geleitet und den Trocknern zugeführt, die auf einer Temperatur von etwa 138° C (280° F) gehalten wurden. Das Verfahren wurde so durchgeführt, daß eine endgültige Folie in einer Dicke von 0,22 mm (0,0087 Zoll) entstand. Nach dem Trocknen hatte die Folie folgende Eigenschaften:

Gauge in Zoll 0,0087

Grundgewicht, lbs/480 ft² 21,3

Grundgewicht, g/dcm 2,17

Dichte, lbs/ft³ 61,2

Dehnbar, p.s.i.

1.) Maschinenrichtung 1102

2.) Querrichtung . 709

% Kompression, 5000 p.s.i. 52

% Anfangsrückfederung 59

Die Zusammendrückbarkeit und Rückfederung des Folienmaterials wurde gemäß ASTM-Norm F36-66 (1973) gemessen.

Das Dichtungsmaterial wurde dann gemäß ASTM-Norm F39-59

bei I50⁰ C 5 Stunden lang in Öl Nr. 3 geprüft. Die Prüfergebnisse waren folgende:

% Dickenänderung -1,75

% Gewichtszunahme +21

% Kompression, 5000 p.s.i. 51

% Anfangsrückfederung 30

% Dehnbarkeitsänderung

1.) Maschinenrichtung ⁺3t9

2.) Querrichtung +15

1 30033/0576

5**- 312

Zi

Beispiele 2-9

Beispiel 1 wurde unter Verwendung der gleichen Zusammensetzung wiederholt, nur wurde das Verfahren so durchgeführt, daß eine Anzahl verschiedener gewünschter Dicken erzeugt wurde. Die Prüfungsergebnisse des gemäß Beispiel 2-9 erhaltenen Dichtungsmaterials sind in der Tabelle 1 zusammengefaßt.

1 30033/0576

TABELLE₌_I₍ Beispiel Nr. Foliendicke, Zoll

Grundgewicht, lbs/48o ft²

Grundgewicht, g/dcm

Dichte, lbs/ft³

Dehnbar, p.s.i.

Maschinenrichtung

-* Querrichtung co

ο fo Kompression, 5ooo p.s.i. co

■^ fo Anfangsrückfederung Versuche in Ql/5 Std., 15o° C

9δ Dickenänderung

^ Gewichtszunahme

fo Kompression, 5ooo p.s.i.

fo Anfangsrückfederung fo Dehnbarkeitsänderung

Maschinenrichtung Querrichtung

23 456 789

°,0163 0,023 O₁023 o,031 o_j018 ^031 ö_$022 0,₀18

42,7 62,5 66,5 94 47,6 90 ' 63,9 53

4,3 - 6,3 6,75 9,5 4,85 9,1 6,5 5,4

65,6 68 72,2 73,8 66 72 72 72,6

1179	987	799	1102 '	1099	935	923	790
854	722	784	833	950	757	730	625

47,8 52,9 39,3 37,9 43,48 34,75 37,8 39,9

47,7 50,5 38,3 32,2 48,3 36 40 47

+1,8 +2,55 +7,7 +3,3 +3,1 +2,35 +2,45 +3,45

+23,2 +25,6 +25,9 +20,3 +22,6 +22,3 +22,55 +20,9 39,4
37,8

44,2	34	3	1	33 .	'27,7	29	29	6	CO
30,9	26	1	7	22,3	13,5	11	10,		CD -£>■
									Cn
								Cn

■Η 44 +17,9 +13,7 +16,6 +9,3 +10,9 +27,4 σο +12,6 +14,5 +19,4 +20 +21 +19,8 +24 ⁴^

überraschend wurde festgestellt, daß die Zerreiß- bzw. Zugfestigkeit nach dem Prüfen des Dichtungsmaterialß in Öl bei hoher Temperatur zugenommen hatte, während bei normalen Dichtungsstoffen eine Abnahme der Festigkeit auftritt. Ferner behält das Material im wesentlichen nach dem Eintauchen in Öl seine Zusammendrückbarkeit bei, so daß es; ein ideales Material für hochtemperaturbeständige Dichtungen bildet.

Es wurden weitere Untersuchungen vorgenommen, die zeigten, daß das Dichtungsmaterial für Verwendungszwecke in Meeres- oder Seeumgebung sowie in Fahrzeugen bei hohen Temperaturen gut geeignet ist.

Bei anderen Anwendungsfällen als temperaturbeständiges Material hat das erfindungsgemäße Material Isoliereigenschaften gezeigt, wenn es als Wärmeabschirmung und dgl. zum Isolieren von hohen Temperaturen ausgesetzten Bestandteilen gegenüber notwendigerweise niedrigeren Betriebstemperaturen ausgesetzten Bestandteilen in Automobilen benutzt wurde. In einem Motorfahrzeug ist also das erfindungsgemäße Material Besonders gut geeignet als Wärmeabschirmung zwischen einem mit außerordentlich hohen Temperaturen arbeitenden katalytisehen Konverter, der durch dieses Material gegenüber dem Rahmen und der Karosserie sowie Zubehör im Untergestell eines Motorfahrzeugs isoliert werden kann. Ferner eignet sich das Material als Feuerschutzwand in einem Motorfahrzeug, um den Motorraum vom Fahrgastraum zu trennen.

130033/0576

Claims

3 U t 3 3 O

VUESTHOFF

PATENTANWÄLTE _Ό% _{IfIIL FMDA WB$THOP},

WUESTHOFF-v.PECHMANN-BEHRENS-GOETZ »ipu-inco«»» pul, d_?,2-_I5)7I)

DIFU-CHEU-DK-E₁FKEIHBKk von fechuann

FKOFBSSIONAL KBFKBSBNTATIVBS »EFOKB THB BUKOFBAN PATENT OFFICE DK.-ING. DIBTEK BBHKENS

MANDATAIKBS AOREtS FKBS L'OFFICB BUKOPEBN DBS BKBVBTS DIFL.-ING.; DIPL.-VIXTSCH.-INO. KUPEKT COBT!

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 6620 51 tblegkauu: pkotectpatent telbx: $24070

54.312

Ansprüche

1. Hochtemperaturbestandiges, zusammenpreßbares Folienmaterial in einer Dicke von 0,025 mm bis 25,4 mm (0,001 bis 1 Zoll) mit einem vernetzten Elastomer als Bindemittel und hochtemperaturbeständigen Stapelfasern, gekennzeichnet durch einen größeren Anteil an einem teilchenförmigen Füllstoff, der chemisch so modifiziert wurde, daß er mit dem vernetzten Elastomer gemeinsam umsetzungsfähig ist.

2. Folienmaterial nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der teilchenförmige Füllstoff in einer Menge von 15 bis 70 Gew.%, ausgehend vom Gesamtgewicht des Materials vorhanden ist.

3. Folienmaterial nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der teilchenförmige Füllstoff in einer Menge von 40 bis 60 Gew.^, ausgehend vom Gesamtgewicht des Materials vorhanden ist.

4. Folienmaterial nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der teilchenförmige Füllstoff ein anorganischer Füllstoff ist.

5- Folienmaterial nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der teilchenförmige Füllstoff ein Ton ist.

130033/0576 ofhg/nal inspected

312

6. Folienmaterial nach Anspruch ^,

dadurch gekennzeichnet , daß der teilchenförmige Füllstoff mit einem Kopplungsmittel modifiziert wurde.

7. Folienmaterial nach Anspruch 6_f

dadurch gekennzeichnet , daß das Kopplungsmittel ein Silankopplungsmittel ist.

8. Folienmaterial nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet , daß das SilankopplungB-mittel aus der aus einem Axnino-funktionalen Silankopplungsmittel und einem Hercapto-funktionalen Silankopplungsmittel bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

9. Folienmaterial nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß ein Silankopplungsmittel mit dem Bindemittel für das Folienmaterial kopolymerisiert ist.

10. Folienmaterial nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet , daß das Silankopplungsmittel mit dem Elastomer additlonskopolymerisiert ist.

11. Hochtemperaturbeständiges, zusammenpreßbares Folienmaterial in einer Dicke von 0,025 mm bis 25,¹I- mm (QOOl bis 1 Zoll), gekennzeichne t durch a) ein vernetzbares Elastomer, b) ein Vernetzungsmittel für das Elastomer, c) hochtemperaturbeständige Stapelfasern und d) eine größere Menge eines teilchenförmigen Füllstoffs, der chemisch so modifiziert wurde, daß er mit dem vernetzungsfähigen Elastomer gemeinsam umsetzbar ist.

12. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß seine Dicke 0,025 mm bis 6,35 mm (0,001 bis 0,25 Zoll) beträgt.

130033/0576

13. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß in das Elastomer Acrylnitril einpolymerisiert ist.

14. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß das Elastomer in einer Menge von 8 bis 65 Gew.% ausgehend vom Gewicht des Folienmaterials vorhanden ist.

15. Folienmaterial nach Anspruch 14,

dadurch gekennzeichnet , daß das Elastomer in einer Menge von 8 bis 35 Gew.% ausgehend vom Gewicht des Folienmaterials vorhanden ist.

16. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß es von 8 bis 30 QeMi.% eines vernetzbaren, nichtelastomeren Polymerisats enthält.

17. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß mit dem Elastomer ein Silankopplungsmittel kopolymerisiert ist.

18. Folienmaterial nach Anspruch 16,

dadurch gekennzeichnet , daß mit dem nichtelastomeren Polymerisat ein Silankopplungsmittel kopolymerisiert ist.

19. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß das Vernetzungsmittel aus der aus Melaminformaldehydharzen, Harnstofformaldehydharzen und Resorcinolformaldehydharzen bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

20. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß das Vernetzungsmittel in einer Menge von 0,7 bis 4 Gew.# ausgehend vom Gewicht

130033/0576

des Materials vorhanden ist.

21. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß die hochtemperaturbeständigen Stapelfasern anorganische Fasern sind.

22. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß die hochtemperaturbeständigen Fasern einer kontinuierlichen Betriebstemperatur von ca. 815° C (1500° F) standzuhalten geeignet sind.

23. Folienmaterial nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet , daß die Fasern aus Aluminium/Siliziumoxidfasern zusammengesetzt sind.

Zk. Folienmaterial nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Fasern in einer Menge von 15 bis 50 Gew.% ausgehend vom Gewicht des Materials vorhanden sind.

25. Folienmaterial nach Anspruch 2k_t

dadurch gekennzeichnet , daß die Fasern in einer Menge von 20 bis 30 Gew.% vorhanden sind.

26. Folienmaterial nach Anspruch 22,

dadurch gekennzeichnet , daß es eine geringere Menge Fasern enthält, die geeignet sind, einer kontinuierlichen Betriebstemperatur von ca. 4-82° C (900° F) aber nicht ca. 815°C (15OO⁰ F) standzuhalten.

27. Folienmaterial nach Anspruch 26,

dadurch gekennzeichnet , daß die gegen eine Temperatur von ca. ^82° C (900° F) beständigen Fasern Glasmikrofasern sind.

28. Folienmaterial nach Anspruch 26,

dadurch gekennzeichnet , daß die einer Tempera-

130033/0576

tür von ca. ^82° C (900° P) standhaltenden Pasern in einer Menge von bis zu 8 Gew.% ausgehend vom Gewicht des Materials vorhanden sind.

29. Folienmaterial nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet , daß der teilchenförmige Füllstoff in einer Menge von 15 bis 70 Gew.%_m ausgehend vom Gewicht des Materials vorhanden ist.

30. Folienmaterial nach Anspruch 29,

dadurch gekennzeichnet , daß der teilchenförmige Füllstoff in einer Menge von ^O bis 60 Gew.% ausgehend vom Gewicht des Materials vorhanden ist.

31. Folienmaterial nach Anspruch 29,

dadurch gekennzeichnet , daß der teilchenförmige Füllstoff ein anorganischer Füllstoff ist.

32. Folienmaterial nach Anspruch 31»

dadurch gekennzeichnet , daß der teilchenförmige Füllstoff ein Ton ist.

33. Folienmaterial nach Anspruch 3I»

dadurch gekennzeichnet , daß das Kopplungsmittel ein Silankopplungsmittel ist.

34. Folienmaterial nach Anspruch 33»

dadurch gekennzeichnet , daß das Silankopplungsmittel aus der aus einem Amino-funktionalen Silankopplungsmittel und einem Mercapto-funktionalen Silankopplungsmittel bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

35. Hochtemperaturbeständiges, zusammenpreßbares Folienmaterial in einer Dicke von 0,025 mm bis 25»**- mra (0,001 bis 1 Zoll), gekennzeichnet durch 20 bis 30 Gew.% an anorganischen Stapelfasern mit einer Betriebstemperatur oberhalb ca. 815° C (I5OO⁰ F), bis zu 8 Gew.% an anorganischen Sta-

130033/0576

5*+ 312

pelfasern mit einer Betriebstemperatur oberhalb oa. 482° C (900° F) aber nicht über ca. 815° C (1500° P), 20 bis 30 Gew.% eines vernetzten elastomeren Bindemittels, in welches ein Silankopplungsmittel einpolymerisiert ist, und 4Ό bis 50 Gew.% eines anorganischen Füllstoffs, der so modifiziert wurde, daß er mit dem elastomeren Bindemittel gemeinsam umsetzbar ist.

36] Verfahren zum Herstellen von Folienmaterial auf Papiermaschinen,

dadurch gekennzeichnet , daß hochtemperatürbeständige, anorganische Stapelfasern und ein anorganischer Füllstoff, der chemisch so modifiziert wurde, daß er mit einem Elastomer in wäßrigem Medium zur Schaffung einer Dispersion gemeinsam umsetzbar ist, dispergiert werden, daß der Dispersion ein kationischer Polyelektrolyt zugefügt wird, der in die Fasern eine ionische Ladung einbringt, mittels der Polymerisate auf den Fasern in der Dispersion niedergeschlagen werden, daß der Dispersion ein vernetzbarer, elastomerer Latex und ein Vernetzungsmittel hinzugefügt werden und das Elastomer und das Vernetzungsmittel auf der Oberfläche der Fasern niedergeschlagen werden, daß zum Trennen und Dispergieren der Fasern, auf denen das Elastomer und das Vernetzungsmittel niedergeschlagen sind, eine anionische Kolloiddispersion hinzugefügt wird, daß zum Ausflocken der nichtwäßrigen Bestandteile der Dispersion ein konterionischer Polyelektrolyt hinzugefügt wird, daß der flockenartige Stoff zu einer nassen Bahn geformt wird, daß das Wasser aus der nassen Bahn entzogen wird, daß die Bahn zu einer kohärenten Folie zusammengepreßt wird, und daß die Folie zum Vernetzen des Elastomeren zur Schaffung einer zusammenpreßbaren Folie in einer Dicke von 0,025 mm bis 25,4 mm (0,001 bis 1 Zoll) getrocknet wird.

37. Verfahren nach Anspruch 36,

dadurch gekennzeichnet , daß das Kolloid anionisch und der konterionische Polyelektrolyt kationisch ist.

130033/0576

54 312

38. Verfahren nach Anspruch 36,

dadurch gekennzeichnet , daß der anorganische Füllstoff in einer Menge von 15 bis 70 Gew.% ausgehend vom Gesamtgewicht des Folienmaterials verwendet wird.

39. Verfahren nach Anspruch 36,

dadurch gekennzeichnet , daß als füllstoff ein Ton verwendet wird.

40. Verfahren nach Anspruch 39,

dadurch gekennzeichnet , daß der Ton mit einem Silankopplungsmittel modifiziert wird*

41. Verfahren nach Anspruch 36,

dadurch gekennzeichnet , daß ein Silankopplungsmittel hinzugefügt wird, welches mit dem Elastomer kopolymerisiert wird.

42. Verfahren nach Anspruch 36,

dadurch gekennzeichnet , daß der Dispersion ein nichtelastomerer Polymerisatlatex hinzugefügt wird.

43. Verfahren nach Anspruch 42,

dadurch gekennzeichnet , daß mit dem nichtelastomeren Polymerisat ein Silankopplungsmittel additionskopolymerisiert wird.

130033/0576