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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines für elastische Dichtungen geeigneten, chemisch widerstandsfähigen Verbundwerkstoffs, bestehend aus einem elastischen Kernwerkstoff und einem chemisch widerstandsfähigen Oberflächenwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberflächenwerkstoff in einem Lösungsmittel gelöst, die auf diese Weise hergestellte viskose Flüssigkeit oder Paste derart auf den Kernwerkstoff aufgebracht wird, dass sie die zu schützenden Teile des letzteren vollständig umhüllt, und dass das Ganze auf eine Temperatur erhitzt wird, die sowohl über der Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels wie über der Schmelztemperatur des Oberflächenwerkstoffs liegt, so dass durch letzteren in schmelzflüssigem Zustand mit dem Kernwerkstoff eine feste, porenfreie Verbindung gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff aus einem Natur- oder Kautschukelastomer oder aus einem elastischen Kunststoff und der Oberflächenwerkstoff aus einem gegenüber dem Kernwerkstoff chemisch beständigeren Kunststoff besteht, und dass das Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff aus einem Silikonkautschuk und der Oberflächenwerkstoff aus Polyvinylidenfluorid besteht, und als Lösungsmittel für den letzteren Dimethylformamid verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine 2- bis 15%ige Lösung von Polyvinylidenfluorid als Oberflächenwerkstoff in Dimethylformamid als Lösungsmittel hergestellt und diese Lösung zur Entgasung während mehreren Tagen offen stehen gelassen wird, dass ferner der als Silikonkautschuk in Form einer Dichtung vorliegende Kernwerkstoff in einem Azetonbad gewaschen, bei 200"C getrocknet und auf Raumtemperatur abgekühlt wird, und dass die Lösung von Polyvinylidenfluorid in Dimethylformamid allseitig in Form einer dünnen Schicht durch Bepinseln oder Sprühen auf dem Silikonkautschuk aufgetragen und das Lösungsmittel hierauf bei 200"C ausgetrieben und der auf diese Weise erzeugte Verbundwerkstoff langsam auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernwerkstoff in Form von Band, Folie, Stange, Rohr, Torus oder Ring vorliegt und ein für Dichtungen entsprechender Form geeigneter Verbundwerkstoff erzeugt wird, wobei der Oberflächenwerkstoff eine Dicke von 5 ,um bis 100 iim aufweist.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Für elastische Dichtungen geeignete Materialien sind an sich bekannt. Sie werden meistens auf der Basis von natürlichem und künstlichem Kautschuk sowie von Kunststoffen aller Art und deren Mischungen hergestellt. Ihre chemische Beständigkeit ist unterschiedlich. Für speziell aggressive Chemikalien weisen sie meist nur ungenügende Lebensdauer auf. Andererseits gibt es Materialien auf Kunststoffbasis, welche gute chemische Beständigkeit aufweisen, aber zur Verwendung als Dichtungsmaterial in kompakter Form zu hart und/oder zu wenig elastisch sind. Dazu gehören vor allem fluorierte Kunststoffe wie Polytetrafluoräthylen und Materialien mit verwandtem chemischem Aufbau.
Es ist schon versucht worden, neue Werkstoffe herzustellen, welche die oben beschriebenen Eigenschaften der beiden Komponenten vereinigen. Dabei wird die weiche, elastische Komponente mit der harten, chemisch beständigen Komponente beschichtet, so dass das chemisch aggressive Medium von der ersteren ferngehalten wird. Beispiele dafür sind O-Ring-Dichtungen bestehend aus einem (Kunst-)Kautschukträger und einer Oberflächenschicht aus Polytetrafluor äthylen (Siliconflon der Fa. Gummi Maag AG, Dübendorf, Schweiz; Elastoflon der Fa. Fluorplast Nederland B.V., Raamsdonksveer, Niederlande).
Die handelsüblich erhältlichen derartigen Werkstoffe beschränken sich indessen auf bestimmte, einfache Dichtungsformen wie Torus (O-Ring) oder nur einseitig beschichtete Platten (Flachdichtung). Es besteht daher ein Bedürfnis, für die Praxis brauchbare, nicht an bestimmte Formen und Abmessungen gebundene Dichtungsmaterialien zur Verfügung zu stellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Herstellungsverfahren anzugeben, nach welchem ein Verbundwerkstoff irgendwelcher Form und Abmessung wirtschaftlich erzeugt werden kann, welcher hohe Elastizität mit hoher chemischer Beständigkeit und langer Lebensdauer vereinigt und sich auf einfache Weise verarbeiten und in Fertigprodukte überführen lässt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Vorzugsweise wird die Aufgabe durch die im Anspruch 4 angegebenen zusätzlichen Merkmale gelöst.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausfüh rungsbeispiels beschrieben.
Ausführungsbeispiel:
Zur Herstellung eines Verbundwerkstoffes für eine Flachdichtung wurde von einem Kunstkautschukelastomer (Siliconelastomer) als Kernwerkstoff und Polyvinylidenfluorid als Oberflächenwerkstoff ausgegangen.
Der in Form einer Flachdichtung von 1 mm Dicke und rahmenförmiger Grundfläche mit quadratischen Begrenzungen vorliegende Kernwerkstoff wurde zunächst in Azeton gewaschen und anschliessend auf einer Heizplatte bei ca. 200"C während 1 min getrocknet und auf Raumtemperatur abgekühlt.
80 g Polyvinylidenfluorid ( Vidar der Fa. SKW Trostberg AG) wurden in 920 g Dimethylformamid als Lösungsmittel eingerührt und anschliessend während ca. 30 min in einem Dissolver gelöst. Dabei wurde eine 8%ige Lösung von Polyvinylidenfluorid in Dimethylformamid erhalten, welche ziemlich viskos war und noch Luftblasen enthielt. Zur Entgasung wurde diese Lösung daher einige Tage offen stehen gelassen.
Nun wurde die gemäss obiger Beschreibung vorbereitete aus dem Kernwerkstoff bestehende Dichtung allseitig mit einer dünnen Schicht der 8%igen Polyvinylidenfluorid Lösung bepinselt. Normalerweise genügt eine zusammenhängende Schicht, derart, dass gerade die ganze Oberfläche des Kernwerkstoff abgedeckt wird.
Das beschichtete Werkstück wurde nun in einen Ofen gegeben und das Lösungsmittel bei einer Temperatur von 200"C ausgetrieben. Bei diesem Vorgang wird nicht nur das Lösungsmittel verdampft, sondern es schmilzt gleichzeitig das zuvor gelöste Polyvinylidenfluorid zu einem dünnen, zusammenhängenden Film zusammen. Auf diese Weise wurde nach spätestens 5 min Einwirkung der Ofenwärme eine kompakte Oberflächenschicht erzeugt. Danach wurde das Werkstück langsam auf Raumtemperatur abgekühlt. Die fertige Oberflächenschicht wies dabei eine durchschnittliche Dicke von 10 FLm auf.
Die Erfindung ist nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Selbstverständlich ist es nicht immer notwendig, den Kernwerkstoff allseitig mit dem Oberflächenwerkstoff zu
beschichten. Insbesondere dann, wenn der Verbundwerkstoff in Band-, Platten- oder Folienform vorzuliegen hat, ist oft auch nur eine einseitige Beschichtung notwendig. Dies ist häufig dann der Fall, wenn Flachdichtungen hergestellt werden sollen, die auf den beiden Seiten unterschiedlichen chemischen Angriffen ausgesetzt sind. Wesentlich ist, dass die zu schützenden Teile der chemisch weniger widerstandsfähigen Kernwerkstoffe vollständig beschichtet wurden.
Ganz allgemein muss im Verlauf des Verfahrens der Werkstoff bzw. das Werkstück auf eine Temperatur erhitzt werden, welche sowohl über der Verdampfungstemperatur des Lösungsmittels der Paste als auch über der Schmelztemperatur des in diesem gelösten Oberflächenwerkstoffs liegt, damit letzterer im schmelzflüssigen Zustand mit dem Kernwerkstoff eine feste, kompakte und porenfreie Verbindung eingeht.
Der Kernwerkstoff kann ein elastischer Kunststoff, ein Naturgummi oder ein Kunstkautschuk oder irgend ein Elastomer sein, wogegen der Oberflächenwerkstoff aus einem gegenüber dem Kernwerkstoff chemisch beständigeren Werkstoff zu bestehen hat. Im allgemeinen wird zur Herstellung der viskosen Paste ein organisches Lösungsmittel benutzt.
Die Lösung von Polyvinylidenfluorid in Dimethylformamid kann sich vorteilhafterweise im Konzentrationsbereich von 2- bis 15 Gew.-% bewegen. Die viskose Lösung kann in Form einer Paste durch Bepinseln oder Sprühen auf dem Kernwerkstoff aufgetragen werden oder letzterer kann auch in die Lösung eingetaucht werden. Die letzte Methode kann insbesondere dann vorteilhaft Anwendung finden, wenn grössere Mengen von Verbundwerkstoffen in Form von Band, Folie, Stange oder Rohr im Durchlaufverfahren erzeugt werden sollen. Dann ist der Überschuss an Lösung mittels geeigneter Abtropf- oder Abstreifvorrichtungen zu entfernen.
Der Werkstoff kann auch in Form von Torus oder Ring oder in irgend einer für Dichtungen geeigneten Form hergestellt werden, wobei die Oberflächenschicht vorteilhafterweise eine Dicke von 5 bis 100 Fm aufweist.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren ist es möglich, einen hohen Ansprüchen bezüglich chemischer Widerstandsfähigkeit genügenden Dichtungswerkstoff herzustellen, der bei Wahrung optimaler elastischer Eigenschaften eine Verarbeitung in irgendwelche - auch komplizierte - Form gewährleistet und im Betrieb eine lange Lebensdauer besitzt.
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PATENT CLAIMS
1. A process for producing a chemically resistant composite material suitable for elastic seals, consisting of an elastic core material and a chemically resistant surface material, characterized in that the surface material is dissolved in a solvent, and the viscous liquid or paste produced in this way is applied to the core material is applied, that it completely envelops the parts of the latter to be protected, and that the whole is heated to a temperature which is both above the evaporation temperature of the solvent and above the melting temperature of the surface material, so that the latter in a molten state with the core material solid, non-porous connection is formed.
2. The method according to claim 1, characterized in that the core material consists of a natural or rubber elastomer or of an elastic plastic and the surface material consists of a plastic that is chemically more resistant to the core material, and that the solvent is an organic solvent.
3. The method according to claim 2, characterized in that the core material consists of a silicone rubber and the surface material of polyvinylidene fluoride, and is used as a solvent for the latter dimethylformamide.
4. The method according to claim 3, characterized in that first a 2- to 15% solution of polyvinylidene fluoride as a surface material in dimethylformamide is prepared as a solvent and this solution is left open for degassing for several days, that also as a silicone rubber in the form of a The core material present in the seal is washed in an acetone bath, dried at 200 ° C. and cooled to room temperature, and that the solution of polyvinylidene fluoride in dimethylformamide is applied on all sides in the form of a thin layer by brushing or spraying on the silicone rubber and the solvent is then expelled at 200 ° C. and the composite material thus produced is slowly cooled to room temperature.
5. The method according to claim 1, characterized in that the core material is in the form of tape, foil, rod, tube, torus or ring and a composite material suitable for seals is produced, the surface material having a thickness of 5 to 100 iim.
The invention is based on a method for producing a composite material according to the preamble of claim 1.
Materials suitable for elastic seals are known per se. They are mostly made on the basis of natural and synthetic rubber as well as all kinds of plastics and their mixtures. Their chemical resistance is different. For especially aggressive chemicals, they usually have an insufficient lifespan. On the other hand, there are plastic-based materials that have good chemical resistance, but are too hard and / or too little elastic for use as a sealing material in a compact form. These primarily include fluorinated plastics such as polytetrafluoroethylene and materials with a related chemical structure.
Attempts have already been made to produce new materials which combine the properties of the two components described above. The soft, elastic component is coated with the hard, chemically resistant component, so that the chemically aggressive medium is kept away from the former. Examples of this are O-ring seals consisting of an (synthetic) rubber carrier and a surface layer made of polytetrafluoroethylene (silicone flon from Gummi Maag AG, Dübendorf, Switzerland; Elastoflon from Fluorplast Nederland B.V., Raamsdonksveer, Netherlands).
The commercially available materials of this type are, however, limited to certain, simple sealing forms such as torus (O-ring) or plates coated only on one side (flat seal). There is therefore a need to provide practical sealants that are not tied to specific shapes and dimensions.
The invention has for its object to provide a manufacturing method according to which a composite material of any shape and size can be produced economically, which combines high elasticity with high chemical resistance and long life and can be processed easily and converted into finished products.
This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.
The object is preferably achieved by the additional features specified in claim 4.
The invention is described with reference to the example below.
Design example:
For the production of a composite material for a flat gasket, a synthetic rubber elastomer (silicone elastomer) was used as the core material and polyvinylidene fluoride as the surface material.
The core material, which was in the form of a flat gasket with a thickness of 1 mm and a frame-shaped base with square borders, was first washed in acetone and then dried on a hot plate at about 200 ° C. for 1 minute and cooled to room temperature.
80 g of polyvinylidene fluoride (Vidar from SKW Trostberg AG) were stirred into 920 g of dimethylformamide as the solvent and then dissolved in a dissolver for about 30 minutes. An 8% solution of polyvinylidene fluoride in dimethylformamide was obtained, which was quite viscous and still contained air bubbles. For degassing, this solution was therefore left open for a few days.
Now the seal made of the core material prepared according to the above description was brushed on all sides with a thin layer of the 8% polyvinylidene fluoride solution. A coherent layer is normally sufficient, such that the entire surface of the core material is covered.
The coated workpiece was then placed in an oven and the solvent was expelled at a temperature of 200 ° C. This process not only evaporated the solvent, but also melted the previously dissolved polyvinylidene fluoride into a thin, coherent film. In this way a compact surface layer was generated after 5 minutes of exposure to the furnace heat, after which the workpiece was slowly cooled to room temperature, and the finished surface layer had an average thickness of 10 FLm.
The invention is not restricted to this exemplary embodiment. Of course, it is not always necessary to cover the core material with the surface material on all sides
coat. Especially when the composite material has to be in tape, plate or film form, often only a one-sided coating is necessary. This is often the case when flat seals are to be produced which are exposed to different chemical attacks on the two sides. It is essential that the parts of the less chemically resistant core materials to be protected have been completely coated.
In general, in the course of the process, the material or the workpiece must be heated to a temperature which is both above the evaporation temperature of the solvent of the paste and above the melting temperature of the surface material dissolved in it, so that the latter is solid with the core material in the molten state , compact and non-porous connection.
The core material can be an elastic plastic, a natural rubber or a synthetic rubber or any elastomer, whereas the surface material has to consist of a material that is chemically more resistant to the core material. An organic solvent is generally used to prepare the viscous paste.
The solution of polyvinylidene fluoride in dimethylformamide can advantageously range from 2 to 15% by weight. The viscous solution can be applied in the form of a paste to the core material by brushing or spraying, or the latter can also be immersed in the solution. The last method can be used advantageously in particular if large quantities of composite materials in the form of tape, foil, rod or tube are to be produced in a continuous process. The excess solution is then to be removed by means of suitable draining or stripping devices.
The material can also be produced in the form of a torus or ring or in any form suitable for seals, the surface layer advantageously having a thickness of 5 to 100 μm.
The method according to the invention makes it possible to produce high demands with regard to chemical resistance sufficient sealing material, which, while maintaining optimal elastic properties, guarantees processing in any - even complicated - form and has a long service life in operation.