DE4001867C2 - Hochtemperatur-Dichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochtemperatur-Dichtung, insbesondere auf eine Dich­ tung mit verbesserter Dichtungsfähigkeit und Wärmebeständigkeit unter Temperaturbedin­ gungen, 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 Ela­ stizität verleiht, beispielsweise natürlichen Gummi (NR), Acrylnitrilbutadiengummi (NBR), Sty­ rolbutadiengummi (SBR) oder ähnliches, und ein Zusatzmittel, beispielsweise ein Vulkanisie­ rungsmittel oder ähnliches, falls das notwendig ist.

Eine solche Dichtung war eine "joint sheet"-artige Dichtung, die durch Erwärmen und Formen des Asbestes und der elastischen Substanz erhalten wurde, und eine "beater sheet"-artige Dichtung, die durch Formen einer Emulsion aus Asbest und einer elastischen Substanz oder einer latexartigen Aufschlämmung erhalten wurde.

Da in diese bekannten Dichtungen 60-95 Gew.-% Asbestfasern eingearbeitet werden, wer­ den 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 Speci­ fied 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 Arbeitsstandardregelun­ gen, 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. ein Verbot für die Ver­ wendung von Asbestartikeln ab Januar 1983 und nach der Einsicht beim OMB (Office of Ma­ nagement and Budget) ein Verbot für die Verwendung als Baumaterial im Januar 1998 vorge­ schlagen, 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 zu Sicherung bei der Verwendung von Asbest" ("Treaty and Recommendation on Safety in Uti­ lization of Asbestos") international diskutiert und im Einklang mit dem Vorschlag der ILO (International Labor Organization) im Juni 1986 geprüft.

In dieser internationalen Situation wird seit kurzem versucht, Dichtungen unter Verwendung anorganischer Fasern, beispielsweise Sepiolithfasern, Glasfasern, Kohlenstoffasern, korrosi­ onsbeständigen Fasern (stainless fiber) und ähnlichen, oder organischer Fasern, beispiels­ weise aromatischer Polyamidfasern, phenolischer Fasern, Polyethylenfasern und ähnlichen, anstelle der Asbestfasern herzustellen.

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 Dehydratisierung des Kristallwassers bei einer hohen Temperatur von beispielsweise nicht weniger als 950°C hervorgerufen wird, obwohl gute Ei­ genschaften 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 her­ vorgerufen 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 As­ bestfasern ungenügend sind. Insbesondere nehmen unter den anorganischen Fasern bei Kohlenstoffasern und bei den organischen Fasern, beispielsweise aromatischen Polyamidfa­ sern, phenolischen Fasern, Polyethylenfasern und ähnlichen, die Fasereigenschaften, begin­ nend bei ungefähr 200°C, merklich ab; sie verkohlen oder verbrennen oberhalb 400°C voll­ ständig und verursachen einen Abbau der Bindung, so daß sie nicht bei hohen Temperaturen oberhalb von 400°C verwendet werden können.

JP-A-61-200192 betrifft Dichtungsmaterialien, die als Hauptkomponenten organische Fasern, organische Elastomer-Bindemittel und pulverförmigen Wollastonit enthalten.

In DE-A-38 00 378 werden auf Seite 3, Zeilen 42 bis 48 die Nachteile der organischen Binde­ mittel diskutiert. Diese werden gemäß DE-A-38 00 378 teilweise durch kolloidale Silikate als Bindemittel ersetzt (siehe Seite 3, Zeilen 49 bis 56). Gemäß DE-A-38 00 378 ist es notwendig, dem Dichtungsmaterial neben anorganischen Fasern organische Fasern zuzusetzen, um die geforderte Festigkeit zu erreichen.

Da in den beiden Druckschriften, JP-A-61-200192 und DE-A-38 00 378, Dichtungsmaterialien beschrieben werden, die zwingend organische Fasern enthalten, erhält der Fachmann weder aus den einzelnen Druckschriften noch aus einer Kombination davon einen Hinweis auf die Möglichkeit, Hochtemperatur-Dichtungsmaterialien herzustellen, die keine organischen Fasern enthalten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, gleichzeitig die Probleme der bekannten Metho­ den, das heißt, des Abbaus von Eigenschaften einer Dichtung, beispielsweise der Dichtfähig­ keit, Dauerhaftigkeit und Zuverlässigkeit, infolge des Abbaus der Zugfestigkeit, Elastizität und ähnlichem zu überwinden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hochtemperatur-Dichtung vom "beater sheet"-artigen Typ, erhältlich durch Formen und Pressen einer Aufschlämmung und Laminie­ ren der resultierenden geformten Körper, wobei die Aufschlämmung 35-80 Gew.-% einer keramischen anorganischen Faser, 2-50 Gew.-% nadelartigen β-Wollastonit, 2-25 Gew.-% einer organischen elastomeren Substanz und 5-35 Gew.-% eines anorganischen Bindemit­ tels enthält, wobei das anorganische Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus Montmoril­ lonit, Tonerde, Talk, Kaolinit und synthetisierten Glimmer vom Fluortetrasilicid-Typ, ausgewählt ist.

Die keramischen anorganischen Fasern werden zur Verbesserung der thermischen Bestän­ digkeit verwendet, Wollastonit zur Verbesserung der Zugfestigkeit, der Elastizität, des Wieder­ herstellungsprozentsatzes und der thermischen Beständigkeit verwendet, und das anorgani­ sche Bindungsmittel, um in hohen Temperaturbereichen die Festigkeit bzw. Bruchfestigkeit auszugleichen.

Insbesondere werden erfindungsgemäß Dichtungen mit hoher thermischer Beständigkeit und hohem Wiederherstellungsprozentsatz durch die Verwendung von nadelartigem β-Wollastonit erhalten.

Der Begriff "Wiederherstellungsprozentsatz" (restoring percentage) beschreibt den Wieder­ herstellungsgrad des Dichtungsmaterials nach Belastung in Prozent, wie aus den nachste­ henden Beispielen hervorgeht.

Die erfindungsgemäße Dichtung ist eine "beater sheet"-artige Dichtung, die erhalten wird, in­ dem keramische anorganische Fasern, 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 Vul­ kanisierungsmittel oder ähnlichem, gemischt werden, wenn das notwendig ist, die resultieren­ de Emulsion unter Verwendung einer Formgebungsmaschine geformt wird und die resultie­ renden geformten Körper übereinander bis zu einer gegebenen Dicke laminiert werden. Die "beater sheet"-artige Dichtung ist sehr gleichmäßig im Vergleich mit den herkömmlichen "joint sheet"-artigen Dichtungen und wird in einem weiten Bereich verwendet.

Einer der die erfindungsgemäße Dichtung bildenden Bestandteile ist eine keramische anor­ ganische Faser. Diese Faser ist eine künstliche anorganische Faser, die keramische Fasern aus der Kieselerde (Siliziumoxid)-Tonerde (Aluminiumoxid)-Serie, kristalline Fasern aus Alu­ miniumoxid oder Mullit, Siliziumoxidfasern und ähnliche einschließt. Wenn eine geringe ther­ mische 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 gewöhn­ lich "Schmelzperlen" ("shot") genannt werden, enthalten. Diese nicht-faserförmigen "Schmelzperlen" tragen nicht zu sehr zur Verbesserung der Eigenschaften der Dichtung bei, so daß es nicht vorteilhaft ist, die "Schmelzperlen" in die Faser aufzunehmen. Es ist daher wünschenswert, den Gehalt an 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 wün­ schenswerterweise 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 Bruchstel­ len hervorgerufen, die die Luftdichtigkeit (Dichtfähigkeit) oder Zugfestigkeit herabsetzen. Ins­ besondere sollte der Faserdurchmesser vorteilhafterweise 1-3 µm betragen.

Da im allgemeinen gefordert wird, daß Dichtungen ausgezeichnete Wiederherstellungseigen­ schaften haben, ist es notwendig, daß die anorganischen Fasern als Platte eine ausgezeich­ nete Biegefestigkeit und Haltefähigkeit (holdability) aufweisen.

Die erfindungsgemäße Hochtemperatur-Dichtung enthält 35-80 Gew.-% der keramischen anorganischen Faser mit den vorstehend erwähnten Eigenschaften. Wenn die Menge der an­ organischen 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 Luftdich­ tigkeit erniedrigt ist.

In der erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Dichtung ist nadelartiger β-Wollastonit in einer Menge von 2-50 Gew.-% zur Verbesserung der Zugfestigkeit, der Elastizität, des Wieder­ herstellungsprozentsatzes und der thermischen Beständigkeit enthalten.

Wollastonit enthält kein Kristallwasser, so daß er nicht infolge einer Strukturveränderung, bei­ spielsweise einer Dehydratation, Oxidation, Kristallisation oder ähnlichem, selbst bei hoher Temperatur schrumpft, wie bei Asbest oder Sepiolith oder ähnlichem. Weiterhin hat er die Ei­ genschaft, die Faserfestigkeit nicht zu verlieren, und weist eine ausgezeichnete thermische Beständigkeit im Vergleich mit Kunststoffasern oder Kohlenstoffasern auf. Darüber hinaus hat er im Unterschied zu Asbest keinen schädlichen Einfluß auf den menschlichen Körper.

Ein solcher Wollastonit wird gewöhnlich in Indien, China oder anderen Ländern hergestellt; er hat zwei Formen, den schuppenartigen α-Typ und den nadelartigen β-Typ. Erfindungsgemäß wird der nadelartige β-Typ in Anbetracht der Notwendigkeit, daß sich die Fasern verwirren, eingesetzt. Wollastonit vom β-Typ ist nadelartig, so daß eine Verwirrung mit den keramischen anorganischen Fasern beschleunigt stattfindet, was im Hinblick auf die Zugfestigkeit und Ela­ stizität vorteilhaft ist.

Wollastonit ist ein natürliches Mineral, das geringe Mengen an Verunreinigungen enthält, wo­ bei die Art oder Menge der eingeschlossenen Verunreinigungen vom jeweiligen Fundort ab­ hängig ist. Daher werden die Eigenschaften der plattenartigen Dichtung empfindlich durch den jeweiligen Fundort beeinflußt. Unter Berücksichtigung dieses Punktes ist es vorteilhaft, Wolla­ stonit vom β-Typ und den relativ hochreinen indischen Wollastonit zu verwenden.

In der Dichtung ist der Wollastonit in einer Menge von 2-50 Gew.-% enthalten. Wenn die Menge des Wollastonits weniger als 2 Gew.-% beträgt, wird die Wirkung, die Festigkeit und Elastizität zu verbessern, nicht erzielt, während er, wenn die Menge zu groß ist, Eigenschaften ähnlich einem Pulver aufweist, da die Faserlänge des Wollastonits zu kurz ist, und die Be­ ständigkeit gegen Luftkorrosion erniedrigt ist, so daß die Wollastonit-Konzentration nicht mehr als 50 Gew.-% beträgt. Bevorzugt beträgt die Menge 10-35 Gew.-%. Darüber hinaus ist es wünschenswert, Fasern mit einem durchschnittlichen Längenverhältnis von nicht weniger als 15 zu verwenden. Der Begriff "durchschnittliches Längenverhältnis" (average aspect ratio) ist erfindungsgemäß definiert wie in US-A-4530881, Spalte 3, Zeile 8, und beschreibt das Ver­ hältnis von Länge zu Durchmesser der Wollastonitfasern.

Als anorganisches Bindemittel wird erfindungsgemäß Montmorillonit, Tonerde, Talk, Kaolinit und/oder synthetisierter Glimmer vom Fluortetrasilicid-Typ verwendet. Unter diesen Substan­ zen ist Montmorillonit leicht bezüglich des Quellens in Wasser zu handhaben und ausgezeich­ net hinsichtlich der Bindungskraft, so daß er sehr wirkungsvoll hinsichtlich des (Er-)Haltens der Festigkeit oberhalb 400°C und bevorzugt ist.

Der Montmorillonit ist gewöhnlich eine Hauptkomponente von natürlich hergestelltem Bentoni­ terz, 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. Die­ se 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 hydrier­ ten Silikat-Aluminium-Mineral unterscheidet.

Der aktivierte Na-Montmorillonit ist insbesondere ausgezeichnet hinsichtlich Quellbarkeit und Bindungseigenschaften, so daß er in der Erfindung gut verwendet werden kann. Er wird durch die folgende chemische Formel dargestellt.

(OH)₄Si(Al_3,34Mg_0,66)0₂₀-Na_0,66

Als quellbare anorganische Bindesubstanzen mit gleicher Leistungsfähigkeit wie Montmo­ rillonit sind Sepiolith, synthetisierter Glimmer vom Fluortetrasilicid-Typ, Bindeton und ähnliche bekannt, die anstelle von Montmorillonit verwendet werden können.

Die erfindungsgemäß verwendete organische elastomere Substanz ist eine insbesondere als Dichtungszusammensetzung nützliche Substanz, die bevorzugt organische, üblicherweise verwendete Elastomere einschließt, beispielsweise eine Emulsion von natürlichem Gummi, Bindemittel aus synthetischem Gummilatex, beispielsweise NBR, SBR oder ähnliche. Darüber hinaus kann, um die Dauer­ haftigkeit und Festigkeit des Gummilatex zu verbessern, ein Vulkanisierungsmittel (beispielsweise Schwefel, Schwefelchlorid) oder ähnliches verwendet werden. Erfindungsge­ mäß können jedoch die Festigkeit, die Elastizität und der Wiederherstellungsprozentsatz durch das anorganische Bindemittel, beispielsweise Montmorillonit, sowie durch den Wolla­ stonit sichergestellt werden, so daß die elastomere Substanz unterstützend verwendet wird.

Die organische elastomere Substanz verbrennt oder carbonisiert bei hoher Temperatur, wo­ durch die Eigenschaften der Dichtung verschlechtert werden, so daß die Menge der elastome­ ren Substanz bevorzugt so gering wie möglich ist. Erfindungsgemäß beträgt die 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 Leistungs­ fähigkeit und das Produktionsverfahren eingeschränkt. Wenn die Menge fehlt, wird die vorge­ gebene 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 plattenartige Produkt kann nicht erhalten werden. Weiterhin ist das Mischungsverhältnis des Fasermaterials einge­ schränkt, da es die Festigkeit und Elastizität nachteilig beeinflußt, so daß die Menge des anor­ ganischen Bindemittels kritisch ist. Aus diesen Tatsachen ergibt sich, daß die Menge des an­ organischen Bindemittels erfindungsgemäß in einem Bereich von 5-35 Gew.-% liegt.

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 Mi­ schungsverhältnis geformt und gepreßt, um ein plattenförmiges Produkt (die Dichtung) zu bil­ den. 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, Wieder­ herstellungsprozentsatz und ähnlichem.

Im allgemeinen sind die Eigenschaften der Dichtung, beispielsweise die Zugfestigkeit, die Elastizität, der Wiederherstellungsprozentsatz und ähnliches, von der Dichte abhängig. Be­ sonders, wenn die Dichte der erfindungsgemäßen Dichtung mehr als 2,0 g/cm³ beträgt, wer­ den die anorganischen Fasern zerbrochen und es besteht die Gefahr des Abbaus der Zugfe­ stigkeit, der Elastizität, des Wiederherstellungsprozentsatzes und ähnlichem. 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 vorteilhaft, nach dem Naßmischen, Formen, Dehydratisieren und Trock­ nen eine Warmpressung durchzuführen, um eine Dichtung mit einer solchen Dichte herzustel­ len. Durch das Warmpressen wird in der organischen elastomeren Substanz, beispielsweise Gummi oder ähnlichem, eine Fluidisation bewirkt, wodurch eine Reduktion des Längenver­ hältnisses 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 Stahlwe­ stendichtung, 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.

Beispiel 1

Keramische Fasern der Siliziumoxid-Aluminiumoxid-Serie mit einer Zusammensetzung aus 50 Gew.-% SiO₂ und 50 Gew.-% Al₂O₃ und einem durchschnittlichen Faserdurchmesser von 1,8 µm (Warenname IBIWOOL, hergestellt von der IBIDEN CO., LTD.) wurden einer Behand­ lung zur Entfernung von "Schmelzperlen" unterworfen, wobei der "Schmelzperlen"-Gehalt von nicht weniger als 44 µm auf nicht mehr als 20% eingeschränkt wurde. Dann wurden 55 g sol­ cher Fasern in 30 l Wasser entwirrt.

Diesem Wasser wurden weiter 15 g Wollastonit mit einem durchschnittlichen Faserdurchmes­ ser von 8 µm und einem Längenverhältnis von 30 (Warenname Kemolit) und 30 g Na- Montmorillonit zugefügt, die gut gemischt und mit 54 g Latex aus der NBR-Serie (Warenname NIPOL 1562, hergestellt von der NIHON ZEON CO., LTD.) versetzt 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 plattenartigen Produkt von 8 mm Dicke unter Verwendung einer Formgebungsmaschine von 340 mm × 340 mm geformt. Das plattenartige Produkt wurde unter einem Oberflächendruck von 2942,1 N/cm² (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 588,4 N/cm² (60 kgf/cm²) 15 Minuten gepreßt. Die Endstücke der Platte wurden abgeschnitten, um einen plattenartigen 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 Gegenstandes sind in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2

Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 unter Verwendung der gleichen Ausgangs­ materialien 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 plattenartiger Gegen­ stand mit einer Dicke von 0,9 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.

Beispiel 3

Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wiederholt, wobei die gleichen Ausgangsma­ terialien 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 plattenartiger Gegen­ stand 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.

Beispiel 4

Es wurde das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 unter Verwendung der gleichen Ausgangs­ materialien wie in Beispiel 1 wiederholt, mit der Ausnahme, daß das Mischungsverhältnis der Ausgangsmaterialien 60 g Siliziumoxid-Aluminiumoxidfasern, 30 g Wollastonit, 30 g Na- Montmorillonit und 22 g Latex aus der NBR-Serie betrug, wodurch ein plattenartiger Gegen­ stand 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 Ta­ belle 1 gezeigt.

Vergleichsbeispiel 1

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 mit 15 g Kohlenstoffasern (Warenname KURECA) anstelle des Wollastonits gemischt wurden, wodurch ein plattenartiger 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.

Vergleichsbeispiel 2

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 plattenartiger 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.

Vergleichsbeispiel 3

Das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 wurde unter Verwendung der gleichen Ausgangsma­ terialien 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 plattenartiger Gegen­ stand 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.

Tabelle 1

Wie aus Tabelle 1 entnommen werden kann, nimmt die Fasermenge zu, wenn eine größere Menge von Wollastonit zugefügt wird (Vergleichsbeispiel 3), so daß der Wiederherstellungs­ prozentsatz nach Kompression gut ist, daher 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 Wir­ kung 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 Wiederherstellungsprozenzsatz nach Kompression gering und es wird keine gute Dichtfähigkeit erhalten. Daraus folgt, daß Wollastonit erfin­ dungsgemäß in einer Menge von 2-50 Gew.-% verwendet wird.

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 Tempera­ turbereich im Vergleich mit den Platten, bei denen Wollastonit verwendet worden ist (Beispiel 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 sind Kohlenstoffasern für Dichtungen, die in einem hohen Temperaturbereich unter oxidierender Atmosphäre verwendet werden, nicht geeignet.

Um die Eigenschaften einer plattenartigen erfindungsgemäßen Dichtung zu untersuchen, wurde die Platte aus Beispiel 1 in einer vorgegebenen Größe ausgeschnitten, und als Dich­ tung zwischen einem Zylinderkopf und einem Abgasrohr in einem Automobilmotor mit einem Hubraum von 2000 cm³, der mit einem DOHC-Turbolader versehen war, angeordnet. An­ schließend wurde ein Haltbarkeitstest durchgeführt, in dem Abgase 100 Std. durch das Aus­ puffrohr bei einer Abgastemperatur von 900°C geleitet wurden. Während dieses Tests traten keine ernsthaften Probleme, beispielsweise ein Gasleck oder ähnliches, auf, so daß die Platte aus Beispiel 1 zufriedenstellende Eigenschaften als Dichtung hatte.

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, Bestän­ digkeit 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 (6)

1. Hochtemperatur-Dichtung vom "beater sheet"-artigen Typ, erhältlich durch Formen und Pressen einer Aufschlämmung und Laminieren der resultierenden geformten Körper, wobei die Aufschlämmung 35-80 Gew.-% einer keramischen anorganischen Faser, 2-50 Gew.-% nadelartigen β-Wollastonit, 2-25 Gew.-% einer organischen elastomeren Substanz und 5-35 Gew.-% eines anorganischen Bindemittels enthält, wobei das anorganische Bindemittel aus der Gruppe, bestehend aus Montmorillonit, Tonerde, Talk, Kaolinit und synthetisierten Glimmer vom Fluortetrasilicid-Typ, ausge­ wählt ist.

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 der Wollastonit ein durchschnittliches Längenverhältnis von nicht weniger als 15 hat.

4. Hochtemperatur-Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wollastonit in einer Menge von 10-35 Gew.-% verwendet wird.

5. Hochtemperatur-Dichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die organische elastomere Substanz ein synthetischer Gummilatex ist.

6. Hochtemperatur-Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung eine Dichte von 0,4-2,0 g/cm³ aufweist.