用于密封空隙的材料和方法
【专利说明】用于密封空隙的材料和方法
[0001] 本发明涉及用于密封空隙的材料和方法。
[0002] 通常必须在结构部件之间桥接空隙，从而实现在它们之间的可靠机械配合以及彼 此密封。当结构部件是由具有互不相同的性质的材料、尤其具有不同热特性的材料形成时 尤其产生问题。例如，陶瓷材料的热特性是与金属材料极为不同的。材料的热特性，即其对 于温度变化的尺寸响应，通常用热膨胀系数描述。
[0003] 将由陶瓷材料制成的结构部件从由金属材料制成的结构部件密封的问题是例如 在高温反应器中产生的。这种反应器通常含有在金属笼中的催化剂床，它们必须从带有载 荷的部件密封隔开，尤其是反应器壁。高温反应器通常也含有陶瓷内件，例如整料。反应器 横截面可以是圆形或多角形的。整料以及笼型催化剂床必须从反应器密封出来。
[0004] 已经证明了膨胀垫、即片状层在这方面是有利的，这是因为它们在温度升高的情 况下膨胀（胀大）。膨胀垫通常由硅酸盐、可膨胀的云母和有机粘合剂组成，硅酸盐例如是 硅酸铝，可膨胀的云母例如是蛭石。
[0005] 例如INTERAM?膨胀垫可以从3M获得。
[0006] 但是，由于在关注的特定区域中的温度升高而导致已知膨胀垫的体积增加，导致 密封是不足的。更尤其是，其本身不足以提供所需的支撑力。
[0007] 本发明的目的是提供一种适合用于以可靠的方式密封在结构部件、即使由具有极 为不同热特性的材料制成的结构部件之间的空隙的材料，并且确保机械配合，此材料不具 有上述缺点，并且可以以简单的方式以可靠的配合安装或组装结构部件，且不会存在支撑 问题。
[0008] 发现此目的能通过一种用于密封在两个结构部件之间的空隙的材料实现，其包含 膨胀垫（1)，其中膨胀垫被完全密封在聚合物膜中，并且由聚合物膜包围的且含膨胀垫的内 部被抽空。
[0009] 更尤其是，两个结构部件是由具有极为不同热特性的材料或由具有不同温度的同 种材料制成的。
[0010] 抽空包含膨胀垫的内部的作用是压缩所述内部，通常与其初始厚度相比压缩50% 以上，并且同时膨胀垫的初始长度和宽度保持不变。用手指按压抽空的膨胀垫实际上没有 留下压痕。
[0011] 膨胀垫是具有约3-20mm、优选约5-10mm厚度的片状体。
[0012] 膨胀垫的宽度和长度是由制造要求决定的，各自是约0. 5-5m。通常的膨胀垫尺寸 是L20mX4m〇
[0013] 膨胀垫通常由以下物质组成：硅酸盐，尤其是纤维的形式，例如硅酸铝；可 膨胀的云母，即在温度升高时膨胀的材料，例如无毒的蛭石；以及有机粘合剂。例如 INTERAM?膨胀垫可以从3M获得。
[0014] 但是，有机粘合剂具有一系列的不利性能，这是因为更尤其是，它们由于排出的挥 发性物质引起气味问题和催化剂中毒。所以，日益要求膨胀垫具有较低含量的有机粘合剂， 即从以前的约12-14重量％到现在的约2-5重量％、尤其3-4重量％的有机粘合剂，基于膨 胀垫的总重量计。但是，降低含量的有机粘合剂使得膨胀垫更易碎，不太容易塑性成型，而 且更不方便处理。
[0015] 有机粘合剂的含量可以是2-15重量％，基于膨胀垫的总重量计，但是优选是2-8 重量％，更优选3-4重量％，在每种情况下基于膨胀垫的总重量计。
[0016] 在一个优选实施方案中，有机粘合剂以有机聚合物纤维的形式存在，尤其以具有 两个或更多个熔程的有机聚合物纤维形式存在。
[0017] 含有硅酸盐纤维、可膨胀的云母和有机聚合物纤维的膨胀垫是尤其有利的，这是 因为它们显示弹性性能，和因此它们通过在结构部件之间的固定而确保优异的密封，其中 在结构部件之间必须桥接空隙。
[0018] 在温度升高时，一旦达到第一个熔程或唯一的熔程，有机聚合物纤维就开始熔融， 并且以纤维形式存在的硅酸盐交联（粘附在一起）。以此方式，硅酸盐纤维形成具有中空空 间的纤维基体，其中包埋可膨胀的云母。在升高的温度下，可膨胀的云母对纤维基体施加张 力，并且使其膨胀。当温度再次降低时，可膨胀的云母的体积降低，但是纤维基体保持最大 程度的张力。
[0019] 尤其有利的是具有两个或更多个熔程的有机聚合物纤维：第一部分的具有较低熔 程、例如约500°C的有机聚合物纤维首先通过交联一部分硅酸盐纤维而形成粗结构；在温 度进一步升高到例如约700-800°C时，另一部分的有机聚合物纤维熔融和交联另外的硅酸 盐纤维，从而施加额外的张力。以此方式，可以确保在要连接的结构部件之间的所需张力。
[0020] 优选，在膨胀垫中的有机聚合物纤维的量是2-8重量％，更优选3-4重量％，在每 种情况下基于膨胀垫的总重量计。
[0021] 但是，按照本发明方式在聚合物膜中完全包封膨胀垫克服了这些缺点，这是因为 即使具有所需降低的粘合剂含量的垫也易于处理并且易于被引入空隙中从而填充空隙。
[0022] 根据本发明，膨胀垫被完全包封在更尤其由一种或多种聚酰胺、优选一种或多种 聚酰胺与聚乙烯和/或聚丙烯的混合物形成的塑料膜中。
[0023] 所述垫优选被包封在其一侧上具有纹理化表面的聚合物膜中，纹理化表面就是不 完全光滑的表面；所述垫用聚合物膜包裹，使得其纹理化的那侧面对所述垫。这促进了抽 空，这是因为在互相相对的聚合物膜纹理化内表面上的精细表面结构彼此依靠以形成空 隙，通过这些空隙可以吸走空气。相比之下，完美的平面表面将彼此粘附并难以抽空内部。
[0024] 在膨胀垫被包封在聚合物膜中之后，将被聚合物膜封闭并包含膨胀垫的内部抽 空。
[0025] 更尤其是，将包含膨胀垫且被聚合物膜封闭的内部抽空到不大于60毫巴的压力。
[0026] 抽空引起膨胀垫在其抽空状态延伸到其厚度的两倍。结果，要组装的结构部件可 以松散地一起装配，且没有施加力，同时确保在抽空过程中延伸的膨胀垫将结构部件安全 地固定在位置上。
[0027] 包含膨胀垫的内部能通过刺穿或切割聚合物膜而简单地抽空。
[0028]另外或者作为替代方案，被聚合物膜封闭且包含膨胀垫的的内部可以通过使得膨 胀垫暴露在聚合物膜燃烧的高温下来抽空。
[0029] 优选，各个已经抽空的膨胀垫使用长方形榫头或者长方形榫槽体系排列在一起以 确保紧密。
[0030] 也可以将两个或更多个膨胀垫叠置、然后将此组装体包裹在聚合物膜中并抽空。 这使得更容易地安装以填充较大的空隙。
[0031] 膨胀垫可以在其前端增强以控制其磨损。
[0032] -个优选的实施方案提供多层复合材料，其含有两个或更多个膨胀垫以及位于任 何两个直接连续的膨胀垫之间的中间层，从而以机械方式稳定所述多层复合材料。筛网或 多孔片材更尤其用作中间层。
[0033] 中间层尤其具有〇. 3-lmm的厚度。
[0034] 中间层更尤其具有约25-50 %的孔径比。
[0035] 中间层优选由铝或不锈钢制成。
[0036] 中间层优选由可成型的材料形成，尤其是金属，从而可以通过形成中间层以稳定 的方式制备不同所需的形状。
[0037] 含有两个或更多个膨胀垫以及位于任何两个直接连续的膨胀垫之间的中间层的 多层复合材料与单个膨胀垫相似地被完全包封在聚合物膜中并抽空。
[0038] 多层复合材料特别用于其中材料的机械稳定性较重要的目的，例如用于密封在圆 柱形反应器中的平行六面体结构部件。
[0039] 其应用也在其中阻燃起重要作用的领域中是特别有利的，例如烟道密封件或用于 进入燃烧室和从燃烧室出来的管线的密封件，尤其是大型内燃机或在烟气清洁器中。
[0040] 本发明的密封材料提供了将管道与其它一些结构部件连接的简单方式，例如在建 筑中的壁或屋顶，或者燃烧室的结构部件，尤其是内燃机。要连接在一起的结构部件仅仅是 推动配合在一起，并且在它们之间的空隙用本发明的密封材料填充。在温度升高的情况下， 例如由于燃烧，聚合物膜熔融，在其中包封的材料膨胀并在此过程中确保可靠的密封。这确 保了阻燃的活性形式。结构部件不需要焊接在一起。
[0041] 本发明的主题也是上述材料在用于通过氨在铂网上催化燃烧以制备硝酸的圆柱 形反应器中的用途，所述铂网带有用于从反应气体混合物贫化一氧化二氮的催化剂床，其 中催化剂床位于催化剂笼上，催化剂笼以同心方式布置在反应器内部且同时保持环状间 隙，并且其中用于密封环状间隙的材料布置在催化剂笼和环状间隙的外边界之间。
[0042] 环状间隙的外边界可以是金属挡板。
[0043] 在另一个实施方案中，环状间隙的外边界是反应器的内壁。
[0044] 作为在催化剂笼和其外边界之间的环状间隙，尤其是在金属挡板或反应器内壁的 情况下，通常具有可变的宽度，此宽度通常在15-50mm的范围内，优选为了填充环状间隙而 将多个膨胀垫彼此叠置，其中存在或不存在错配。
[0045] 另外优选的是使用具有不同厚度的膨胀垫，尤其是可以先在环状间隙中插入未抽 真空的膨胀垫，然后插入已抽真空的膨胀垫。
[0046] 通过安装膨胀垫，可以使得在用于硝酸工业生产的反应器中的对气候有害的一氧 化二氮的释放降低30%，所述硝酸工业生产每年的容量是100000吨。
[004