DE1475768B2

DE1475768B2 - Dichtung aus einer imprägnierten Glasfaserstruktur

Info

Publication number: DE1475768B2
Application number: DE1475768A
Authority: DE
Inventors: Beantragt Nichtnennung
Original assignee: Marlo Co Inc New York Ny (vsta)
Current assignee: Marlo Co Inc New York Ny (vsta)
Priority date: 1964-06-23
Filing date: 1965-06-23
Publication date: 1975-01-23
Also published as: US3306155A; DE1475768C3; GB1046999A; DE1475768A1; JPS4813886B1

Description

Die Erfindung befaßt sich mit Dichtungen, wie sie beispielsweise zur Abdichtung von mechanischen Pumpen od. dgl. verwendet werden. Solche Dichtungen müssen unter Umständen sowohl chemischen Ätzwirkungen widerstehen wie auch hohen Temperaturen, die durch Reibungswärme und auch durch die hohe Temperatur des hindurchströmenden Mediums verursacht sein können. Das setzt unter anderem auch gute Wärmeleitfähigkeit voraus. Die Dichtungen müssen ferner verschleiß- und abriebfest sein und auch bei hohem Anpreßdruck einen hinreichend geringen Reibungswiderstand gewährleisten.

Man hat schon auf die verschiedenste Weise versucht, diesen Anforderungen gerecht zu werden. So hat man — wie beispielsweise die britische Patentschrift 796 610 zeigt — schon Dichtungen aus einem Polytetrafluoräthylen-Fasergeflecht hergestellt und dieses Geflecht unter Umständen außerdem noch mit Polytetrafluoräthylen imprägniert. Wegen der verhältnismäßig schlechten Wärmeleitfähigkeit des PoIytetrafluoräthylens war jedoch das Ergebnis bezüglich der Temperaturfestigkeit nicht in allen Fällen befriedigend.

Es wurden auch schon Filze oder papierartige Vliese aus Asbest- oder Glasfasermaterial in Betracht gezogen, die aber zu spröde waren und außerdem hinsichtlich ihrer Gleitreibung nicht befriedigen konnten. Um insbesondere in dieser letzteren Hinsicht eine gewisse Verbesserung zu erzielen, hat man — wie neben anderen Vorschlägen aus der österreichischen Patentschrift 211 619 hervorgeht — auch schon Glasfasergeflechte mit bestimmten Imprägnierzusätzen behandelt, und zwar mit Grafit oder anderen anorganischen Schmiermitteln. Im einzelnen wurde dabei so vorgegangen, daß man die Glasfasern selbst mit dem anorganischen Schmiermittelzusatz behandelt und sie dann zu einem Filz oder einem Geflecht weiterverarbeitet hat.

Dabei haben sich aber gewisse Nachteile herausgestellt: Das erwähnte bekannte Verfahren ist vor allem insofern ziemlich unbefriedigend, als sowohl die Imprägnierung des Faser- oder Fadenmaterials mit dem anorganischen Schmiermittel wie auch die Weiterverarbeitung dieses bereits mit dem Schmiermittel behandelten Materials zu einem Filz oder einem Geflecht und vor allem dessen endgültige Formgebung gewisse fabrikationstechnische Schwierigkeiten verursacht. Außerdem lassen auch die mechanischen und die thermischen Eigenschaften der als Imprägniermitte' verwendeten anorganischen Schmiermittel zu wünschen übrig.
Demgegenüber betrifft die Erfindung eine Dichtung aus einer mit einem Polymer aus der Gruppe der Tetrafluoräthylen-Polymere oder der Monochlortrifluoräthylen-Polymere imprägnierten Glasfaserstruktur. Eine solche Glasfaserstruktur als Dichtungsmaterial ist in der USA.-Patentschrift 2 930 106 erwähnt. Die Patentschrift befaßt sich im ganzen mit Dichtungen, die aus mit Tetrafluoräthylen imprägnierten filzartigen Kunststoff-Fasergeweben bestehen. Zur Kennzeichnung des Standes der Technik ist aber in Spalte 2 Zeilen 54 bis 63 beiläufig und unter kritischer Ablehnung angegeben, daß man — und zwar mit schlechtem Erfolg — als Dichtungsmaterial auch schon mit Tetrafluoräthylen imprägnierte Gewebe aus Sinterglasfasern versucht habe.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugründe, eine solche Einrichtung, die also aus einer mit Tetrafluoräthylen-Polymer oder einem diesem verwandten Polymer imprägnierten Glasfaserstruktur besteht, so weiterzuentwickeln, daß seine Elastizität, seine Temperaturbeständigkeit und seine Temperatürleitfähigkeit verbessert werden.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Glasfaserstruktur aus einem zopfartig geflochtenen Strang aus langen, von der Innen- bis zur Außenseite der Dichtung durchgehenden Stapelglasfasern besteht.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung besteht zur Erhöhung der Elastizität der Dichtung der zopfartig geflochtene Stapelglasfaserstrang aus bereits in sich zu Litzen vorverdrillten Stapelglasfasern.

Die erfindungsgemäße Dichtung vereinigt die Vorteile, die in der Verwendung von Glasfasern als Grundmaterial liegen, mit den Vorteilen, die eine Imprägnierung mit einem Tetrafluoräthylen- oder einem Monochlortrifluoräthylen-Polymer gegenüber der Verwendung eines anorganischen Imprägniermittels bietet. Die Dichtung nach der Erfindung macht darüber hinaus ein fertigungstechnisch einfacheres Herstellungsverfahren möglich, bei dem nicht — wie etwa bei dem Verfahren nach der zum Stand der Technik noch zu erwähnenden USA.-Patentschrift 2 712 509 — ein bereits imprägniertes Glasfasermaterial verarbeitet werden muß, bei dem vielmehr ein leicht zu handhabender zopfartig geflochtener Strang aus Glasfasern als Ganzes imprägniert wird.

Wichtig und von Vorteil ist auch, daß der erfindungsgemäße Glasfaserkörper nicht — wie etwa ein Filz oder ein Vlies aus vorimprägnierten Fasern —. kurzfaserig ist, sondern aus langen, von der Innenbis zur Außenseite der Dichtung durchgehenden Glasfasern besteht, so daß eine völlige und durchgehende: Sättigung mit dem Imprägniermittel gewährleistet < sowohl der mechanische wie auch der thermische innere Verbund verbessert wird. .

Die Abkehr von der beispielsweise aus der genannten, österreichischen Patentschrift 211 619 bekannten Verwendung eines anorganischen Imprägniermittels bedeutet noch aus folgendem Grunde einen überraschenden Vorteil: Die Verwendung eines der in der genannten Vorveröffentlichung als Imprägniermaterial aufgeführten anorganischen Schmiermittels macht unter Umständen die Verwendung eines Bindemittels erforderlich. Dieses Bindemittel wird dem anorgani-

sehen eigentlichen Schmiermittel nur in einem pro-" zentual geringen Anteil zugesetzt oder vor diesem auf die Fasern aufgebracht; vgl. in der Patentschrift IS. 2, Zeilen 28 bis 40. Das Bindemittel hat demnach ^rhur die Bedeutung eines die Applikation der als " eigentliches Imprägniermittel dienenden anorganischen "Schmiermittel erleichternden Klebstoffes. Dies gilt "auch dann, wenn das erwähnte Bindemittel nach - Is. 2, Zeilen 15 bis 22 der Patentschrift aus Polyäthylen tjoder einem Polymer halogenierten Äthylens besteht. '" Jn jedem Falle aber bedeutet der Wegfall irgendeines ^r Bindemittels bei der Erfindung eine Vereinfachung ⁿ^nd damit einen Vorteil.

^r j Bezüglich der Bedeutung, die der Erfindung speziell ^lt Ideswegen zukommt, weil sie mit Stapelfasern oder ^α Stapelgarnen aus Glas arbeitet, ist folgendes zu berücksichtigen:

Ein zopfartiges Geflecht aus Stapelfasern ist erheblich lockerer und aufnahmefähiger als ein solches aus ■glatteji durchgehenden Glasfasern. Dadurch wird die ⁿ Aufnahme und die Zurückhaltung des Imprägnier^ir materials erheblich begünstigt. Da ferner die Faser- :lemente mit ihren Enden gegeneinander überlappt ind dabei noch gegeneinander verdrillt sind, werden Lockerheit und Aufnahmefähigkeit weiterhin erhöht, *" and zugleich wird die Elastizität gesteigert. Dadurch ¹S Werden Schwierigkeiten vermieden, die sich sonst bei ^1S der Verwendung glatter durchgehender Glasfasern als 1" kusgangsmaterial vor allem darum ergeben können, Weil einerseits das in Dispersion angewandte Im^s" jrägniermaterial in seiner noch unbehandelten trockeien Form nicht viskos und daher nicht geeignet ist, ie Füllräume eines aus glatten Glasfasern zur Er-.öhung von Aufnahmefähigkeit und Elastizität etwa «sonders lose geflochtenen Stranges auszufüllen, ind weil andererseits bei dichter, nur geringe Fülläume belassender Flechtung die Dichtung hart und

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nelastisch wird.

Geht man dagegen bei der Herstellung der erfinungsgemäßen Dichtungen von Stapelglasfasern aus, ίο gewinnt man ein Gebilde, das einerseits durch nnere Querverbindungen sehr weitgehend strukturiert nd daher auch bei verhältnismäßig geringer Dicke >ei hohen spezifischen mechanischen und thermischen ^^u Belastungen hinreichend dicht, hinreichend elastisch md hinreichend standfest ist, und das andererseits — eben zufolge dieser Strukturierung — in besonders ohem Maße geeignet ist, das verwendete, noch unlehandelte rohe Imprägniermaterial aufzunehmen und estzuhalten. Dieser Vorteil tritt besonders dann in irscheinung, wenn es sich um kleine Dichtungen für chnell laufende Kolben oder schnell rotierende Vellen handelt.

Zum Stand der Technik ist ergänzend noch folgendes u erwähnen: Die Firmendruckschrift »Diaplexreflecht« der Fa. Asbest- und Gummiwerke Martin

^^et Merkel KG, Hamburg-Wilhelmsburg, zeigt zwar aus »ereits in sich zu Litzen verdrillten Fasern zopfartig ;eflochtene Stränge, die unter anderem als Dichtungsmaterial dienen können. Diese Stränge bestehen aber lort ausschließlich aus Textilfasern, und es besteht [einerlei technologische Verbindung zu einer Glasaserstruktur irgendwelcher Art. Dasselbe gilt für eine . /Orveröffentlichung in der Zeitschrift »Gummi und ¹^ Asbest«, Heft 9, 1957, S. 483, bei der es sich unter mderem um Stränge aus Asbestfasern handelt. In der »ritischen Patentschrift 502 643 wiederum wird zwar mter anderem ein Glasfasergeflecht gezeigt; imprä-

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gniert wird jedoch mit einem gummiartigen Schmiermittel.

Die Dichtung nach der Erfindung kann ohne weiteres auch höheren Temperaturen ausgesetzt werden, da die obere Temperaturgrenze nur durch den Wärmewiderstandswert des Polytetrafluoräthylens gegeben ist und das verflochtene Glas die Wärme von der Fläche, an der sie entsteht, abführt, wodurch die Temperatur unter dem Wert gehalten wird, bei dem

ίο das Polytetrafluorethylen zerfällt. Die relativ langen Glasfasern, die länger als 2,54 cm und im allgemeinen etwa 20,30 bis 38,10 cm lang sind, reichen wie bereits erwähnt, von der Innen- bis zur Außenseite der Dichtung, wobei sie mehrere Windungen machen und daher Wärmeleitungskanäle von Punkten im Inneren zur Außenseite der Dichtung bilden. Im Tieftemperaturbereich aber erlauben die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Dichtung einen Einsatz, wo Polytetrafluoräthylen allein nicht ausreichend wäre.

Weiterhin bietet die Dichtung nach der Erfindung Vorteile auch gegenüber einem mit Polytetrafluoräthylen getränktem Asbestkern. Denn die mechanischen Eigenschaften und der Widerstand gegen die durch Reibung erzeugten hohen Temperaturen ist besser als bei Asbest, weil dieser eher als Wärmestaukörper anzusehen ist und außerdem chemisch nicht so indifferent ist wie Glasfasern.

Die Erfindung soll nunmehr an Hand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung des näheren erläutert werden.

Die Dichtung 10 nach der einzigen Figur besteht aus einem Strang zopfartig verflochtener, von der Innenseite bis zur Außenseite durchgehender Stapelglasfasern 11, der mit Polytetrafluoräthylen-Partikeln imprägniert ist, wobei die Polymerpartikeln sowohl den Stapelglasfaserzopf umgeben, als auch in die Zwischenräume zwischen den Fasern eingelagert sind. Die Stapelglasfaserstränge α und b können auf irgendeine an sich bekannte Weise hergestellt sein. Vorzugsweise werden jedoch die einzelnen, relativ langen Stapelgiasfasern zu einem Flechtstrang verdrillt und mit anderen Flechtsträngen verflochten. Eine besonders bevorzugte Möglichkeit besteht darin, eine Anzahl einzeln für sich verdrillter Stapelglasfasern zu verdrillten Bündeln zusammenzufügen, die bei der Gestaltung der Zopf stränge α oder b verwendet werden. Bei einer anderen Ausführungsform werden einzelne Fasern oder Faserbündel zuerst vor dem Verflechten und die Zöpfe sodann noch einmal imprägniert.

Es kann dabei jede konventionelle Art von Zöpfen, wie schraubenförmige, rechteckige, Zopf über Zopf ineinandergreifende Zopfstränge usw. verwendet werden; konventionelle Techniken zu ihrer Herstellung sind beschrieben in dem »Handbook of Mechanical Packings and Gasket Material« 1960, herausgegeben durch die Mechanical Packing Association, 17 John Street, New York, N. Y. Rechteckzöpfe sind besonders geeignet für grundimprägnierte Glasfaserstrukturen, während die Zopf-über-Zopf-Form besonders für die etwaige Polytetrafluoräthylen-Umhüllung verwendet wird.

Nachdem die Zopfform hergestellt ist, wird diese mit Polytetrafluoräthylen imprägniert, und zwar normalerweise mit einer wäßrigen Polytetrafluoräthylen-Dispersion oder -Suspension. Diese wäßrigen Dispersionen oder Suspensionen enthalten, so wie sie durch die Hersteller von Polymeren geliefert werden,

bezogen auf die Gesamtzusammensetzung 30 bis 70 ^0/ Polytetrafluorethylen und bezogen auf das Polytetrafluoräthylengewicht 1 bis 10% eines primären Benetzungsmittels. Es kann auch noch ein zusätzliches Benetzungsmittel darin enthalten sein. Beispiele für geeignete Benetzungsmittel sind die Natriumsalze eines Sulfonsäureester eines einwertigen Alkohols, vorzugsweise von Laurylalkohol oder Oktylphenylpolyglykoläther. Zusätzliche Dispersionsmittel sind z. B. das Butylaminosalz der Dodecylbenzolsulfonsäure u. dgl.

Die verflochtenen Glasfasern werden für eine Zeitdauer von etwa 10 Sekunden bis 10 Minuten, vorzugsweise 15 Sekunden bis 5 Minuten (abhängig von den Abmessungen der Dichtung) bei geeigneten Temperaturen, im allgemeinen im Bereich zwischen 10 und 65°C in die Polytetrafluoräthylenaufbereitung getaucht, um sie zu imprägnieren. Normalerweise enthalten die imprägnierten, verflochtenen Stapelglasfasern 10 bis 50, vorzugsweise 30 bis 45 Gewichtsprozent festes Polytetrafluoräthylen, bezogen auf das Gewicht der Glasfasern. Danach werden die imprägnierten, verflochtenen Glasfasern getrocknet. Die Trocknung erfolgt normalerweise bei einer Temperatur von 20 bis 120⁰C. Sie "kann auch bei Raumtemperatur oder durch Bestreichen mit einem auf 65 bis 95° C aufgeheizten Gasstrahl erfolgen. Falls gewünscht, kann der Imprägnierungs- und Trocknungsschritt wiederholt werden.

Darauf werden die mit dem Polymer imprägnierten, verflochtenen Glasfaserstränge auf die endgültigen Abmessungen reduziert. Das wird vorzugsweise durch Kalendrieren erreicht, obwohl auch andere Prozesse, wie z. B. Preßformen, wobei der Druck der Preßstempel die Dichtung formt, in Frage kommen. Neben der endgültigen Formgebung werden durch das Kalendrieren auch die Außenflächen geglättet. Dieser Vcrgang wird normalerweise in einer Maschine mit zv ei Rollen auf parallelen Wellen vorgenommen, die entgegegengesetzt rotieren und so angeordnet sind, daß ein Zwischenraum zwischen ihnen ausgebildet ist, welcher der Größe der Dichtung entspricht. Zwei Seitenplatten, welche ebenfalls einen der Größe der Dichtung entsprechenden Abstand haben, bestimmen die Verflechtung.

Das folgende Beispiel gibt eine Ausführungsform der Erfindung an.

Beispiel

ίο Es werden gewöhnliche Fiberglas-Stapelfäden, z. B. Owens-Corning Fiberglas CSE 12.5/1, verwendet. Die Glasfasern haben die folgende Zusammensetzung:

Gewichtsprozent

Siliziumdioxyd 60 bis 65

Aluminiumoxyd 2 bis 6

Boroxyd 2 bis 7

Natrium-Kaliumoxyd 8 bis 12

Magnesiumoxyd und Calcium-

oxyd 10 bis 20

Die einzelnen Fasern sind 20,3 bis 38,1 cm lang. Der Faserdurchmesser beträgt 6,98.10~⁴ cm.

Zur Herstellung von Va-Zoll-Flechtdichtungen mit quadratischem Querschnitt wird ein Flechtstrang von fünf einzeln verdrillten Strängen verwendet (die Strangfeinheitszahl beträgt etwa 22 Meter pro kg), wie er vom Hersteller geliefert wird. 39 dieser Stränge werden zu einem Bündel verdrillt und auf acht Wickelkörper gespult. Sie werden dann auf einer acht Stränge verarbeitenden Maschine zu quadratischem Querschnitt geflochten, wobei eine etwa quadratische. Querschnittsstruktur mit etwa V₂ Zoll Seitenlange entsteht.

Die verflochtenen Glasstränge werden in eine Poly] fluoräthylen(Teflon)-Lösung (TD-3, Du Pont) ge; taucht, welche nahezu 60 Gewichtsprozent Teflon 6 % Benetzungsmittel (bezogen auf das Teflongewicht und im übrigen Wasser enthält. Für eine ¹Z₂-ZoIl Dichtung beträgt die Eintauchzeit 2 Minuten. Di< wird dann luftgetrocknet und auf die endgültige Forri kalendriert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dichtung aus einer mit einem Polymer aus der Gruppe der Tetrafluoräthylen-Polymere oder der Monochlortrifluoräthylen-Polymere imprägnierten Glasfaserstruktur, dadurchgekennzeichnet, daß die Glasfaserstruktur aus einem zopfartig geflochtenen Strang (10) aus langen, von der Innen- bis zur Außenseite der Dichtung durchgehenden Stapelglasfasern (11) besteht.

2. Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zopfartig geflochtene Stapelglasfaserstrang (10) aus bereits in sich zu Litzen vorverdrillten Stapelglasfasern (11) besteht.