用于密封空隙的材料和方法
【專利說明】用于密封空隙的材料和方法
[0001] 本發(fā)明涉及用于密封空隙的材料和方法。
[0002] 通常必須在結(jié)構(gòu)部件之間橋接空隙，從而實現(xiàn)在它們之間的可靠機械配合以及彼 此密封。當(dāng)結(jié)構(gòu)部件是由具有互不相同的性質(zhì)的材料、尤其具有不同熱特性的材料形成時 尤其產(chǎn)生問題。例如，陶瓷材料的熱特性是與金屬材料極為不同的。材料的熱特性，即其對 于溫度變化的尺寸響應(yīng)，通常用熱膨脹系數(shù)描述。
[0003] 將由陶瓷材料制成的結(jié)構(gòu)部件從由金屬材料制成的結(jié)構(gòu)部件密封的問題是例如 在高溫反應(yīng)器中產(chǎn)生的。這種反應(yīng)器通常含有在金屬籠中的催化劑床，它們必須從帶有載 荷的部件密封隔開，尤其是反應(yīng)器壁。高溫反應(yīng)器通常也含有陶瓷內(nèi)件，例如整料。反應(yīng)器 橫截面可以是圓形或多角形的。整料以及籠型催化劑床必須從反應(yīng)器密封出來。
[0004] 已經(jīng)證明了膨脹墊、即片狀層在這方面是有利的，這是因為它們在溫度升高的情 況下膨脹（脹大）。膨脹墊通常由硅酸鹽、可膨脹的云母和有機粘合劑組成，硅酸鹽例如是 硅酸鋁，可膨脹的云母例如是蛭石。
[0005] 例如INTERAM?膨脹墊可以從3M獲得。
[0006] 但是，由于在關(guān)注的特定區(qū)域中的溫度升高而導(dǎo)致已知膨脹墊的體積增加，導(dǎo)致 密封是不足的。更尤其是，其本身不足以提供所需的支撐力。
[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種適合用于以可靠的方式密封在結(jié)構(gòu)部件、即使由具有極 為不同熱特性的材料制成的結(jié)構(gòu)部件之間的空隙的材料，并且確保機械配合，此材料不具 有上述缺點，并且可以以簡單的方式以可靠的配合安裝或組裝結(jié)構(gòu)部件，且不會存在支撐 問題。
[0008] 發(fā)現(xiàn)此目的能通過一種用于密封在兩個結(jié)構(gòu)部件之間的空隙的材料實現(xiàn)，其包含 膨脹墊（1)，其中膨脹墊被完全密封在聚合物膜中，并且由聚合物膜包圍的且含膨脹墊的內(nèi) 部被抽空。
[0009] 更尤其是，兩個結(jié)構(gòu)部件是由具有極為不同熱特性的材料或由具有不同溫度的同 種材料制成的。
[0010] 抽空包含膨脹墊的內(nèi)部的作用是壓縮所述內(nèi)部，通常與其初始厚度相比壓縮50% 以上，并且同時膨脹墊的初始長度和寬度保持不變。用手指按壓抽空的膨脹墊實際上沒有 留下壓痕。
[0011] 膨脹墊是具有約3-20mm、優(yōu)選約5-10mm厚度的片狀體。
[0012] 膨脹墊的寬度和長度是由制造要求決定的，各自是約0. 5-5m。通常的膨脹墊尺寸 是L20mX4m〇
[0013] 膨脹墊通常由以下物質(zhì)組成：硅酸鹽，尤其是纖維的形式，例如硅酸鋁；可 膨脹的云母，即在溫度升高時膨脹的材料，例如無毒的蛭石；以及有機粘合劑。例如 INTERAM?膨脹墊可以從3M獲得。
[0014] 但是，有機粘合劑具有一系列的不利性能，這是因為更尤其是，它們由于排出的揮 發(fā)性物質(zhì)引起氣味問題和催化劑中毒。所以，日益要求膨脹墊具有較低含量的有機粘合劑， 即從以前的約12-14重量％到現(xiàn)在的約2-5重量％、尤其3-4重量％的有機粘合劑，基于膨 脹墊的總重量計。但是，降低含量的有機粘合劑使得膨脹墊更易碎，不太容易塑性成型，而 且更不方便處理。
[0015] 有機粘合劑的含量可以是2-15重量％，基于膨脹墊的總重量計，但是優(yōu)選是2-8 重量％，更優(yōu)選3-4重量％，在每種情況下基于膨脹墊的總重量計。
[0016] 在一個優(yōu)選實施方案中，有機粘合劑以有機聚合物纖維的形式存在，尤其以具有 兩個或更多個熔程的有機聚合物纖維形式存在。
[0017] 含有硅酸鹽纖維、可膨脹的云母和有機聚合物纖維的膨脹墊是尤其有利的，這是 因為它們顯示彈性性能，和因此它們通過在結(jié)構(gòu)部件之間的固定而確保優(yōu)異的密封，其中 在結(jié)構(gòu)部件之間必須橋接空隙。
[0018] 在溫度升高時，一旦達到第一個熔程或唯一的熔程，有機聚合物纖維就開始熔融， 并且以纖維形式存在的硅酸鹽交聯(lián)（粘附在一起）。以此方式，硅酸鹽纖維形成具有中空空 間的纖維基體，其中包埋可膨脹的云母。在升高的溫度下，可膨脹的云母對纖維基體施加張 力，并且使其膨脹。當(dāng)溫度再次降低時，可膨脹的云母的體積降低，但是纖維基體保持最大 程度的張力。
[0019] 尤其有利的是具有兩個或更多個熔程的有機聚合物纖維：第一部分的具有較低熔 程、例如約500°C的有機聚合物纖維首先通過交聯(lián)一部分硅酸鹽纖維而形成粗結(jié)構(gòu)；在溫 度進一步升高到例如約700-800°C時，另一部分的有機聚合物纖維熔融和交聯(lián)另外的硅酸 鹽纖維，從而施加額外的張力。以此方式，可以確保在要連接的結(jié)構(gòu)部件之間的所需張力。
[0020] 優(yōu)選，在膨脹墊中的有機聚合物纖維的量是2-8重量％，更優(yōu)選3-4重量％，在每 種情況下基于膨脹墊的總重量計。
[0021] 但是，按照本發(fā)明方式在聚合物膜中完全包封膨脹墊克服了這些缺點，這是因為 即使具有所需降低的粘合劑含量的墊也易于處理并且易于被引入空隙中從而填充空隙。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，膨脹墊被完全包封在更尤其由一種或多種聚酰胺、優(yōu)選一種或多種 聚酰胺與聚乙烯和/或聚丙烯的混合物形成的塑料膜中。
[0023] 所述墊優(yōu)選被包封在其一側(cè)上具有紋理化表面的聚合物膜中，紋理化表面就是不 完全光滑的表面；所述墊用聚合物膜包裹，使得其紋理化的那側(cè)面對所述墊。這促進了抽 空，這是因為在互相相對的聚合物膜紋理化內(nèi)表面上的精細表面結(jié)構(gòu)彼此依靠以形成空 隙，通過這些空隙可以吸走空氣。相比之下，完美的平面表面將彼此粘附并難以抽空內(nèi)部。
[0024] 在膨脹墊被包封在聚合物膜中之后，將被聚合物膜封閉并包含膨脹墊的內(nèi)部抽 空。
[0025] 更尤其是，將包含膨脹墊且被聚合物膜封閉的內(nèi)部抽空到不大于60毫巴的壓力。
[0026] 抽空引起膨脹墊在其抽空狀態(tài)延伸到其厚度的兩倍。結(jié)果，要組裝的結(jié)構(gòu)部件可 以松散地一起裝配，且沒有施加力，同時確保在抽空過程中延伸的膨脹墊將結(jié)構(gòu)部件安全 地固定在位置上。
[0027] 包含膨脹墊的內(nèi)部能通過刺穿或切割聚合物膜而簡單地抽空。
[0028]另外或者作為替代方案，被聚合物膜封閉且包含膨脹墊的的內(nèi)部可以通過使得膨 脹墊暴露在聚合物膜燃燒的高溫下來抽空。
[0029] 優(yōu)選，各個已經(jīng)抽空的膨脹墊使用長方形榫頭或者長方形榫槽體系排列在一起以 確保緊密。
[0030] 也可以將兩個或更多個膨脹墊疊置、然后將此組裝體包裹在聚合物膜中并抽空。 這使得更容易地安裝以填充較大的空隙。
[0031] 膨脹墊可以在其前端增強以控制其磨損。
[0032] -個優(yōu)選的實施方案提供多層復(fù)合材料，其含有兩個或更多個膨脹墊以及位于任 何兩個直接連續(xù)的膨脹墊之間的中間層，從而以機械方式穩(wěn)定所述多層復(fù)合材料。篩網(wǎng)或 多孔片材更尤其用作中間層。
[0033] 中間層尤其具有〇. 3-lmm的厚度。
[0034] 中間層更尤其具有約25-50 %的孔徑比。
[0035] 中間層優(yōu)選由鋁或不銹鋼制成。
[0036] 中間層優(yōu)選由可成型的材料形成，尤其是金屬，從而可以通過形成中間層以穩(wěn)定 的方式制備不同所需的形狀。
[0037] 含有兩個或更多個膨脹墊以及位于任何兩個直接連續(xù)的膨脹墊之間的中間層的 多層復(fù)合材料與單個膨脹墊相似地被完全包封在聚合物膜中并抽空。
[0038] 多層復(fù)合材料特別用于其中材料的機械穩(wěn)定性較重要的目的，例如用于密封在圓 柱形反應(yīng)器中的平行六面體結(jié)構(gòu)部件。
[0039] 其應(yīng)用也在其中阻燃起重要作用的領(lǐng)域中是特別有利的，例如煙道密封件或用于 進入燃燒室和從燃燒室出來的管線的密封件，尤其是大型內(nèi)燃機或在煙氣清潔器中。
[0040] 本發(fā)明的密封材料提供了將管道與其它一些結(jié)構(gòu)部件連接的簡單方式，例如在建 筑中的壁或屋頂，或者燃燒室的結(jié)構(gòu)部件，尤其是內(nèi)燃機。要連接在一起的結(jié)構(gòu)部件僅僅是 推動配合在一起，并且在它們之間的空隙用本發(fā)明的密封材料填充。在溫度升高的情況下， 例如由于燃燒，聚合物膜熔融，在其中包封的材料膨脹并在此過程中確?？煽康拿芊?。這確 保了阻燃的活性形式。結(jié)構(gòu)部件不需要焊接在一起。
[0041] 本發(fā)明的主題也是上述材料在用于通過氨在鉑網(wǎng)上催化燃燒以制備硝酸的圓柱 形反應(yīng)器中的用途，所述鉑網(wǎng)帶有用于從反應(yīng)氣體混合物貧化一氧化二氮的催化劑床，其 中催化劑床位于催化劑籠上，催化劑籠以同心方式布置在反應(yīng)器內(nèi)部且同時保持環(huán)狀間 隙，并且其中用于密封環(huán)狀間隙的材料布置在催化劑籠和環(huán)狀間隙的外邊界之間。
[0042] 環(huán)狀間隙的外邊界可以是金屬擋板。
[0043] 在另一個實施方案中，環(huán)狀間隙的外邊界是反應(yīng)器的內(nèi)壁。
[0044] 作為在催化劑籠和其外邊界之間的環(huán)狀間隙，尤其是在金屬擋板或反應(yīng)器內(nèi)壁的 情況下，通常具有可變的寬度，此寬度通常在15-50mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為了填充環(huán)狀間隙而 將多個膨脹墊彼此疊置，其中存在或不存在錯配。
[0045] 另外優(yōu)選的是使用具有不同厚度的膨脹墊，尤其是可以先在環(huán)狀間隙中插入未抽 真空的膨脹墊，然后插入已抽真空的膨脹墊。
[0046] 通過安裝膨脹墊，可以使得在用于硝酸工業(yè)生產(chǎn)的反應(yīng)器中的對氣候有害的一氧 化二氮的釋放降低30%，所述硝酸工業(yè)生產(chǎn)每年的容量是100000噸。
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