BR112012019788B1

BR112012019788B1 - Processo para produqao de uma peqa moldada de um material de carbono, sob uso de fibras de carbono recicladas

Info

Publication number: BR112012019788B1
Application number: BR112012019788-6A
Authority: BR
Inventors: Martin Christ; Oswin Ottinger; Reiner Bode; Alain Prefontaine; Georg Schwaiger
Original assignee: Showa Denko Carbon Germany Gmbh
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2020-11-24
Also published as: RU2547184C2; MY163556A; US20160237248A1; KR101458681B1; CN102762318A; RU2012138349A; MX343392B; ES2711405T3; JP2017141162A; CN102762318B; US9352967B2; WO2011098486A1; US20130199412A1; US10494508B2; EP2533913A1; KR20120104629A; JP2013519498A; JP2019193934A; EP2533913B1; JP6805076B2

Abstract

PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UMA PEÇA MOLDADA DE UM MATERIAL DE CARBONO, SOB USO DE FIBRAS DE CARBONO RECICLADAS. A presente invenção refere-se a um processo para produção de uma peça moldada de fibras de carbono, em uma quantidade que contém menos de 20% em peso de carbono, compreende os seguintes passo: a) trituração de partes de desperdícios ou partes de refugo de um material composto reforçado com fibras de carbono, sendo que o material composto reforçado com fibras de carbono é, de preferência, um material sintético reforçado com fibras de carbono, um carbono reforçado com fibras de carbono ou concreto reforçado com fibras de carbono, b) produção de uma mistura do produto triturado, obtido no passo a), um aglutinante, tal como piche, um material de carbono, tal como coque e, opcionalmente, um ou mais aditivos, sendo que a mistura contém menos de 20% em peso de fibras, c) moldação da mistura obtida no passo b) para uma peça moldada, d) carbonização da peça moldada obtida no passo c), e) opcionalmente, impregnação da peça moldada carbonizada no passo d) com um agente de impregnação, e f) opcionalmente, grafitização da peça moldada carbonizada no passo d) ou da peça moldada impregnada no (...).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um processo para produção de uma peça moldada de fibras de carbono, em uma quantidade de carbono contida de menos de 20% em peso, particularmente grafite, sob uso de fibras de carbono recicladas.

[002] Peças moldadas de materiais na base de carbono e, particularmente, na base de grafite são usadas em uma pluralidade de áreas técnicas. Um exemplo dessas peças moldadas são elétrodos de grafite, que, devido à boa condutibilidade térmica, da baixa resistência elétrica e da estabilidade química de grafite, são usados, entre outros, em processos eletrotérmicos e, particularmente, na produção de aço em fornos de arco voltaico elétricos para fusão de material de fusão. Um outro exemplo dessas peças moldadas são peças de conexão na base de grafite, que são designadas como niples de grafite e são usados para a conexão no lado frontal de elétrodos de grafite, sob formação de fios de elétrodos. Essas peças de conexão normalmente estão formadas em forma de cone duplo truncado ou na forma de um bicone ou em forma cilíndrica e apresentam uma rosca externa, através da qual as mesmas são aparafusadas em caixas roscadas previstas nos lados frontais dos elétrodos de grafite, com rosca interna complementar à mesma, para, em cada caso, conectar dois elétrodos um ao outro, através de seus lados frontais. Na operação de um forno de arco voltaico, na qual uma tensão elétrica é aplicada ao fio de eletrodo, em consequência do que é gerado um arco voltaico, que leva da extremidade inferior do fio de elétrodo ao material de fusão, que gera temperatura suficientemente altas de, por exemplo, 1.500°C, para levar o material de fusão, por exemplo, sucata de aço ou ferro poroso, a fun-dir-se, o fio de elétrodo é fortemente solicitado mecanicamente, termi- camente e eletricamente.

[003] Para aumentar, em geral, a resistência e a estabilidade a choque térmico de elétrodos de grafite e peças de conexão de grafite, especialmente, e de componentes de materiais na base de carbono, e diminuir o coeficiente de dilatação térmica dos mesmos, já foi proposto adicionar fibras de carbono a esses materiais. Essas fibras de carbono são produzidas, por exemplo, pelo fato de que, primeiramente, de materiais básicos contendo carbono, por exemplo, de poliacrilnitrila, são fiadas fibras que,subsequentemente, são carbonizadas, sob estiramento, e, opcionalmente, grafitizadas, antes de as fibras produzidas desse modo serem tratadas na superfície, no final, e, opcionalmente, revestidas com líquido de acabamento. Nesse caso, porém, em uma pluralidade de componentes de materiais na base de carbono, em geral, e grafite, em especial, tais como, particularmente, em elétrodos de grafite e peças de conexão de grafite, é essencial que as fibras de carbono estejam contidas no material em uma quantidade de, no máximo, 20% em peso, para que as propriedades do produto final sejam determinadas, desejavelmente, predominantemente, pelas propriedades da matriz de carbono ou grafite. Além disso, em elétrodos de grafite e peças de conexão de grafite é forçosamente necessário que as fibras estejam unidas fixamente com o material de matriz, porque, senão, as propriedades de aplicação dos elétrodos de grafite e peças de conexão de grafite são prejudicadas.

[004] Do documento EP 1 460 883 A2 são conhecidas, por exemplo, peças de conexão para elétrodos, que estão compostos por grafite contendo 0,2 a 10% em peso de fibras de carbono, sendo que as superfícies das fibras de carbono estão ativadas oxidativamente e, além disso, as fibras de carbono apresentam um revestimento carbonizado. Para produção dessas peças de conexão, fibras de carbonosão primeiramente ativadas em sua superfície por oxidação e, subse-quentemente, revestidas com um agente de revestimento selecionado de cera, piche, resinas naturais ou polímeros termoplásticos ou duro- plásticos, antes de as fibras obtidas desse modo serem misturadas com coque, piche e, opcionalmente, aditivo, e a mistura obtida desse modo é moldada para um corpo bruto, que subsequentemente é carbonizado e, finalmente grafitizado.

[005] No entanto, a produção de fibras de carbono é muito complexa e dispendiosa em energia, motivo pelo qual os custos de material para as fibras de carbono ficam nitidamente acima dos custos das materiais primas usada para produção da matriz de carbono ou matriz de grafite.Consequentemente, seria desejável um processo de produção, que possa ser realizado de modo simples e a baixo preço.

[006] É, portanto, tarefa da presente invenção pôr à disposição um processo para produção de uma peça moldada de fibras de carbono contendo menos de 20% em peso carbono, particularmente, grafite, que pode ser realizado de modo simples e, particularmente, a baixo preço, e com o qual podem ser produzidos, particularmente, elétrodos de grafite e peças de conexão de grafite com excelentes propriedades.

[007] De acordo com a invenção, essa tarefa é solucionada por um processo para produção de uma peça moldada de fibras de carbono contendo carbono em uma quantidade de menos de 20% em peso, que compreende os seguintes etapas: a)trituração de partes de desperdícios ou partes de refugo de um material composto reforçado com fibras de carbono, b)produção de uma mistura do produto triturado, obtido na etapa a), um aglutinante, um material de carbono e, opcionalmente, um ou mais aditivos, sendo que a mistura contém menos de 20% em peso de fibras, c)moldação da mistura obtida na etapa b) para uma peçamoldada e d)carbonização da peça moldada obtida na etapa c).

[008] Essa solução baseia-se na descoberta surpreendente de que por um processo, no qual partes de desperdícios ou partes de refugo de um material composto reforçado com fibras de carbono são trituradas e o produto triturado como material básico de fibra é misturado com os componentes necessários para a formação de uma matriz de um material composto de carbono, a saber, aglutinante, material de carbono e, opcional mente, um ou mais aditivo(s), e essa mistura é moldada para uma peça moldada e, subsequentemente, é carbonizada e, opcionalmente, grafitizada, podem ser produzidos de maneira simples peças moldadas, por exemplo, elétrodos de grafite e peças de conexão de grafite para elétrodos de grafite, de carbono que contém fibras de carbono em uma quantidade de menos de 20% em peso, com excelentes propriedades, particularmente, com uma excelente resistência, um coeficiente de dilatação térmica baixo e uma excelente estabilidade a choques de temperatura. Nesse caso, era particularmente surpreendente que com esse processo sejam obtidas peças moldadas de carbono ou grafite reforçado com fibras de carbono, no qual as fibras de carbono aderem muito firmemente no material de matriz de carbono. Por essa aderência firme das fibras de carbono no material de matriz de carbono, o coeficiente de dilação térmica das peças moldadas é diminuído e a resistência e a estabilidade a choques de temperatura das peças moldadas é aumentada. Como nesse processo é dispensado o uso de fibras de carbono de produção nova, mas, em vez das mesmas, são usadas fibras de carbono velhas de partes de desperdícios e partes de refugo trituradas de um material composto reforçado com fibras de carbono, esse processo também é muito mais barato do que os processos conhecidos do estado da técnica para produção de peças moldadas correspondentes. No caso do processode acordo com a invenção trata-se não apenas de um processo para produção de uma peça moldada de carbono, que contém fibras de carbono em uma quantidade de menos de 20% em peso, mas, particularmente, também de um processo para reaproveitamento ou reciclagem de partes de desperdícios ou partes de refugo de um material composto reforçado com fibras de carbono.

[009] Pelo material de carbono uso na etapa de processo b) do processo de acordo com a invenção, é entendido no sentido da presente invenção qualquer material que contém altas quantidades de carbono, particularmente, um material, que consiste em pelo menos 70% em peso, de modo particularmente preferido, em pelo menos 80% em peso, de modo especialmente preferido, em pelo menos 90% em peso de carbono. Um exemplo preferido desse material de carbono é coque.

[0010] Em princípio, na etapa de processo a) do processo de acordo com a invenção podem ser usadas partes de desperdícios ou partes de refugo de qualquer material composto reforçado com fibras de carbono, portanto, um material, no qual as fibras de carbono estão embutidas em uma matriz. Bons resultados são obtidos, nesse caso, particularmente, quando na etapa de processo a) são usadas partes de desperdícios ou partes de refugo, que estão compostas de plástico reforçado com fibras de carbono (CFC), de um carbono reforçado com fibras de carbono (CFC), de um concreto reforçado com fibras de carbono ou de uma mistura de dois ou mais dos materiais compostos ci-tados acima. Exemplos de materiais de matriz apropriados para o CFK são todos os tipos de resinas sintéticas termoplásticas ou duroplásti- cas, tal como, por exemplo, resina fenólica ou resina de epóxido.

[0011] De preferência, o material composto reforçado com fibras de carbono, do qual estão compostas as partes de desperdícios ou partes de refugo usadas na etapa de processo a), contém pelo menos20% em vol. de fibras de carbono, de modo particularmente preferido, 30 a 70% em vol. de fibras de carbono e, de modo especialmente preferido, 40 a 60% em vol. de fibras de carbono. Essa modalidade é particularmente preferida quando as partes de desperdícios ou partes de refugo estão compostas de CFK ou CFC. Quanto mais fibras de carbono estiverem contidas nos materiais compostos das partes de desperdícios ou partes de refugo, tanto menos material de matriz do produto trituro é introduzido na etapa de processo b) ou uma separação do material de matriz do produto triturado pode ser dispensada, antes da realização da etapa de processo b).

[0012] Quando as partes de desperdícios ou partes de refugo estiverem compostas de concreto reforçado com fibras de carbono, o teor de fibras de carbono perfaz, tipicamente, menos de 10% em vol.

[0013] Na etapa de processo a) podem ser usados, particularmente, partes de desperdícios ou partes de refugo de um material composto reforçado com fibras de carbono, que contém como fibras de carbono fibras curtas e/ou fibras longas.

[0014] Para trituração das partes de desperdícios ou partes de refugo na etapa de processo a), podem ser usados todos os dispositivo conhecidos do técnico, que podem triturar material composto reforçado com fibras de carbono. Exemplos não restritivos disso são retalhado- ras, moinhos de corte, moinhos de impacto e moinhos de pilões.

[0015] Depois da trituração, sobre o material triturado ou sobre as fibras recicladas é aplicado, de preferência, um acabamento, sendo que, para esse fim, podem ser usados todos os materiais conhecidos do técnico.

[0016] Para obter na etapa de processo b) uma boa mistura com o aglutinante, o material de carbono e, opcionalmente, aditivos, as partes de desperdícios ou partes de refugo do material composto reforçado com fibras são trituradas na etapa de processo a), de preferência,predominantemente, para partículas com um comprimento entre 1 e 100 mm. Por predominantemente nesse contexto é entendido que mais do que 50% em peso, de preferência, pelo menos 75% em peso, de modo particularmente preferido, pelo menos 90% em peso, e, de modo especialmente preferido, pelo menos 95% em peso das partículas presentes depois da trituração apresentam um comprimento entre 1 e 100 mm. Nesse caso, as partículas individuais podem apresentar qualquer geometria desejada. Por exemplo, as mesmas podem estar presentes na forma de lâminas com, por exemplo, secção transversal retangular, ou estar configuradas em forma cilíndrica ou em forma de fibras.

[0017] Além disso, em um aprimoramento da ideia da invenção é proposto realizar a etapa de processo a) de tal modo que o produto triturado contém, além das partículas trituradas, apenas quantidades comparativamente pequenas de pó. Para esse fim, o pó pode ser peneirado do produto durante ou depois da trituração. Por pó são entendidas nesse contexto partes ou partículas com um tamanho de parte ou partícula de menos de 100 pm. De preferência, a trituração é realizada de tal modo na etapa de processo a) que, depois da trituração, o produto contém menos de 5% em peso de partículas de pó, com um tamanho de partícula de menos de 100 pm, o que normalmente, só pode se conseguido por peneiramento.

[0018] De acordo com uma outra modalidade preferida da presente invenção, na etapa de processo a) os dois componentes do material composto, do qual estão compostas as partes de desperdícios ou partes de refugo, portanto, a matriz e as fibras de carbono, são separados um do outro, mais precisamente, durante ou depois da trituração. Por separação é entendida, nesse caso, um desprendimento entre fibra- matriz.

[0019] Nessa modalidade, a separação da matriz das fibras decarbono pode ser causada por contato das partes de desperdícios ou partes de refugo com um ácido, por exemplo, com um ácido mineral, tal como ácido sulfúrico ou ácido nítrico, com uma lixívia, por exemplo, lixívia de sódio ou com um solvente. Alternativamente a isso, a separação da matriz das fibras de carbono pode ocorrer, forçosamente, natrituração. Os dois componentes (fibras de carbono e material de matriz) podem depois ser alimentados em conjunto a etapa de processo b).

[0020] Alternativamente a isso, na etapa de processo a), durante ou, de preferência, depois da trituração das partes de desperdícios ou partes de refugo, o material d e matriz pode ser separado das fibras de carbono do material composto, portanto, o material de matriz pode ser afastado das fibras de carbono, de modo que a etapa de processo b) só as fibras de carbono são alimentados como produto da etapa de processo a). Isso pressupõe, naturalmente, um desprendimento entre fibra-matriz precedente ou simultâneo. A separação da matriz das fibras de carbono pode dar-se, por exemplo, por peneiramento ou separação, de preferência, em um separador rotativo, separador a ar ou separador em ziguezague.

[0021] Em princípio, na etapa de processo b) podem ser usados como aglutinantes todos os compostos conhecidos do técnico para esse fim. São obtidos bons resultados, particularmente, quando o aglutinante é selecionado do grupo que consiste em consiste em resinas fenólicas, piches, resinas de furano, ésteres fenílicos e quaisquer misturas de dois ou mais dos compostos citados acima, sendo que piche é usado de modo particularmente preferido como aglutinante.

[0022] Em um aprimoramento da ideia da invenção é proposto usar na etapa de processo b) coque como material de carbono, sendo que coque de piche, coque metalúrgico ou coque de petróleo, particularmente, coque acicular, são particularmente preferidos. De preferência, o coque usado apresenta um tamanho de partícula de menos de 30 mm, de modo particularmente preferido, de menos de 15 mm e, de modo especialmente preferido, de 0,01 a 3 mm.

[0023] De acordo com uma modalidade particularmente preferida da presente invenção, na etapa de processo b) piche é usado como aglutinante e coque, como material de carbono.

[0024] A relação de mistura entre coque e aglutinante é ajustada, de preferência, para um valor entre 5:1 a 2:1, por exemplo, para aproximadamente 4:1.

[0025] A essa mistura podem ser adicionados, opcionalmente, todos os aditivos conhecidos do técnico para esse fim, tal como, por exemplo, 0,1 a 0,5% em peso de óxido de ferro.

[0026] De acordo com a invenção, o teor de fibras (de carbono) da mistura é ajustado na etapa de processo b) para menos de 20% em peso, sendo que o teor de fibras (de carbono) da mistura é ajustado, de preferência, para menos de 15% em peso, de modo particularmente preferido, para menos de 10% em peso, de modo especialmente preferido, para menos de 5% em peso, e modo destacadamente preferido, para menos de 3% em peso. O teor de fibras ajustado na etapa de processo b) é menor ou igual ao teor de fibras do produto final, uma vez que, depois da etapa de processo b), não são mais adicionadas fibras (de carbono) à mistura, mas os componentes de matriz podem perder em massa nos tratamento com temperatura subsequentes, tais como carbonização e/ou grafitização.

[0027] Na etapa de processo c), a mistura produzida na etapa de processo b) é moldada por qualquer processo conhecido do técnico para esse fim, por exemplo, por extrusão, para um corpo moldado com geometria desejada e medidas desejadas.

[0028] De preferência, a carbonização é realizada na etapa de processo d), a uma temperatura entre 600 e 1.200 °C.

[0029] Depois da carbonização, a peça moldada carbonizada pode ser opcionalmente grafitizada, o que é preferido. Quando essa grafiti- zação é realizada, o corpo moldado é impregnado etnre a etapa de processo d) e a grafitização, de preferência, com um agente de impregnação, que é, de preferência, piche de impregnação. Nesse caso, podem ser realizadas várias etapas de impregnação, sendo que entre, em cada caso, duas etapas de impregnação, é realizada, de preferência, em cada caso, uma carbonização.

[0030] Em um aprimoramento da ideia da invenção, é proposto realizar a grafitização opcional a uma temperatura entre 1.800 e 3.000°C e, de modo particularmente preferido, entre 2.300 e 2.700°C.

[0031] De acordo com uma outra modalidade preferida, as partes de desperdícios ou partes de refugo trituradas na etapa de processo a), nas quais, tal como descrito previamente, as fibras de carbono foram desprendidas do material de matriz ou o material de matriz foi separado das fibras de carbono, são submetidas a um tratamento oxida- tivo, antes da alimentação a etapa de processo b), para oxidar a superfície das firas ou a superfície do grupo de fibras. Com isso, são formados sobre a superfície das fibras grupos funcionais contendo oxigênio, tais como grupos carboxila e/ou grupos hidroxila, ou outros grupos ativados, tais como grupos ácidos de C-H ativados por grupos carbonila, grupos de superfície básicos, substâncias tipo pirona, ou similares, com o que a aderência entre fibra-matriz é aumentada e, assim, a resistência do corpo moldado é aperfeiçoada.

[0032] Nesse caso, o tratamento oxidativo pode compreender, por exemplo, já oxidação em um banho aquoso que contém um agente de oxidação, a oxidação anódica em um banho aquoso que contém um eletrólito e/ou a oxidação em uma corrente de gás, que contém um agente de oxidação, 'por exemplo, a 400 a 600°C. Como agentes de oxidação podem ser usados, todos os agentes de oxidação usuais,tais como, por exemplo, sais de metais alcalino-(terrosos), tais como nitratos sulfatos, cloratos, bromatos e iodatos de metais alcalino- (terrosos) ou ácidos oxidantes, tais como ácido nítrico, ácido sulfúrico, ácido clórico, ácido brômico ou ácido iódico. Para remoção do agente de oxidação, o produto tratado oxidativamente pode ser lavado, por exemplo, com água desionizada, antes da alimentação a etapa de processo b).

[0033] Na dependência da composição do material composto reforçado com fibras de carbono, do qual estão compostas as partes de desperdícios ou partes de refugo usadas na etapa de processo a), pode ser preferido carbonizar as partes de desperdícios ou partes de refugo, antes da realização da etapa de processo a) ou depois da trituração na etapa de processo a), mas antes da etapa de processo b). Essa modalidade é particularmente preferida, quando as partes de desperdícios ou partes de refugo consistem em CFK, para transformar o material de matriz do material composto em carbono.

[0034] Depois da trituração, é aplicado, de preferência acabamento sobre o material triturado, carbonizado ou sobre as fibras recicladas.

[0035] De acordo com uma primeira modalidade especialmente preferida da presente invenção, o processo de acordo com a invenção compreende os seguintes etapas: a)trituração de partes de desperdícios ou partes de refugo de um material composto reforçado com fibras de carbono (CFC) e, opcionalmente, oxidação do produto triturado, b)produção de uma mistura do produto triturado, obtido na etapa a), piche, coque e, opcionalmente, um ou mais aditivos, sendo que a mistura contém menos de 20% em peso de fibras, c)moldação da mistura obtida na etapa b) para uma peça moldada, d)carbonização da peça moldada obtida na etapa c), e)opcionalmente, impregnação da peça moldada carbonizada na etapa d) com um agente de impregnação, e f)opcionalmente, grafitização da peça moldada carbonizada na etapa d) ou da peça moldada impregnada na etapa e).

[0036] De preferência, as partes de desperdícios ou partes de refugo usadas na etapa de processo a) estão compostas de material composto reforçado com fibras de carbono, que contém pelo menos 20% em vol. de fibras de carbono, de modo particularmente preferido, 30 a 70% em vol. de fibras de carbono e, de modo especialmente preferido, 40 a 60% em vol. de fibras de carbono.

[0037] Depois da trituração e antes da alimentação do produto triturado a etapa de processo b), pode ser realizado um desprendimento entre fibra-matriz e o material de matriz pode ser separado das fibras de carbono, de modo que a etapa de processo b) só as fibras de carbono são alimentadas como produto da etapa de processo a). Assim que ocorrer um tratamento oxidativo do produto, a separação opcional é realizada, de preferência, antes do tratamento oxidativo.

[0038] Além disso, nessa modalidade é preferido realizar, depois da etapa de processo d), uma impregnação e grafitização de acordo com os etapas de processo e) e f). Nesse caso, os etapas de processo d) e e) podem ser realizados, alternadamente, várias vezes um depois do outro, antes de ser realizada a grafitização.

[0039] Tal como revelada em uma particularmente preferida segunda concretização da presente invenção, o método inventivo apresenta as seguintes etapas: a)trituração de partes de desperdícios ou partes de refugo de um concreto reforçado com fibras de carbono (CFK) e oxidação opcional dos produtos triturados, b)produção de uma mistura das fibras de carbono trituradas, obtidas na etapa a) produtos triturados, piche, coque e, opcionalmente, um ou mais aditivos, sendo que a mistura contém menos de 20% em peso de fibras, c)moldação da mistura obtida na etapa b) para uma peça moldada, d)carbonização da peça moldada obtida na etapa c), e)opcionalmente, impregnação da peça moldada carbonizada na etapa d) com um agente de impregnação, e f)opcionalmente, grafitização da peça moldada carbonizada na etapa d) ou da peça moldada impregnada na etapa e).

[0040] Nesta concretização é preferido que as partes de desperdícios ou partes de refugo de CFK sejam carbonizadas antes da trituração da etapa a) ou que o produto triturado seja carbonizado de acordo com a etapa do processo a) antes da oxidação opcional, antes de se obter o produto resultante da etapa do processo b).

[0041] Ainda, nesta concretização após a trituração e antes de alimentar a etapa b) com o produto triturado é preparada uma matriz de fibras e o material da matriz é separado das fibras de carbono, de forma que o produto da etapa b) resultante da etapa a) possua somente fibras de carbono. Contanto que um tratamento oxidativo do produto seja realizado, a separação é feita de preferência antes do tratamento oxidativo, em que a carbonização opcional é também feita de preferência antes do tratamento oxidativo, no entanto após a separação.

[0042] Além disso é também preferido nesta concretização, após a etapa do processo d) uma impregnação e de grafitização de acordo com as etapas do processo e) e f). Neste caso as etapas d) e e) do processo são realizadas alternada e sucessivamente, antes da grafitização.Finalmente, também nessa modalidade é preferido usar na etapa de processo a) partes de desperdícios ou partes de refugo de material composto reforçado com fibras de carbono, que contém pelomenos 20% em vol. de fibras de carbono, de modo particularmente preferido, 30 a 70% em vol. de fibras de carbono e, de modo especialmente preferido, 40 a 60% em vol de fibras de carbono.

[0043] De acordo com uma terceira modalidade particularmente preferida da presente invenção, o processo de acordo com a invenção compreende os seguintes etapas: a)trituração de partes de desperdícios ou partes de refugo de um concreto reforçado com fibras de carbono e separação da matriz das fibras de carbono, de preferência por peneiramento ou separação, b)produção de uma mistura das fibras de carbono trituradas, obtidas na etapa a), piche, coque e, opcionalmente, um ou mais aditivos, sendo que a mistura contém menos de 20% em peso de fibras, c)moldação da mistura obtida na etapa b) para uma peça moldada, d)carbonização da peça moldada obtida na etapa c), e)opcionalmente, impregnação da peça moldada carbonizada na etapa d) com um agente de impregnação, e f)opcionalmente, grafitização da peça moldada carbonizada na etapa d) ou da peça moldada impregnada na etapa e).

[0044] Como o material de matriz é separado forçosamente das fibras de carbono nessa modalidade, antes de as fibras de carbono serem alimentadas a etapa de processo b), nessa modalidade, de preferência, não ocorre nenhuma carbonização antes da etapa de processo d), isto é, particularmente, nenhuma carbonização das partes de desperdícios ou partes de refugo, antes da trituração de acordo com a etapa de processo a) e, particularmente, também nenhuma carbonização do produto triturado de acordo com a etapa de processo a).

[0045] Além disso, nessa modalidade, também não pé realizadonenhum tratamento oxidativo do produto triturado.

[0046] No entanto, também nessa modalidade é preferido realizar, depois da etapa de processo d), uma impregnação e grafitização de acordo com os etapas de processo e) e f). Nesse caso, os etapas de processo d) e e) podem ser realizados, alternadamente, várias vezes um depois do outro, antes de ser realizada a grafitização.

[0047] O processo de acordo com a invenção é particularmente apropriado para produção de elétrodos de grafite, de peças de conexão de grafite para elétrodos de grafite, de cátodos para células de eletrólise de alumínio, de pedras de alto forno e de peças moldadas de grafite de grãos finos. Por grafite de grãos finos é entendida, nesse contexto, grafite com um tamanho de partícula de menos de 1 mm.

[0048] Um outro objeto da presente invenção é uma peça moldada e, particularmente, um elétrodo de grafite, uma peça de conexão de grafite, um cátodo para células de eletrólise de alumínio, uma pedra de alto forno ou uma peça moldada de grafite de grãos finos, que é obtenível pelo processo de acordo com a invenção descrito acima.

[0049] A seguir, a presente invenção é descrita adicionalmente por meio desses exemplos ilustrativos, mas que não limitam a mesma.

Exemplo 1

[0050] Placas de CFK com 5 mm de espessura, com uma matriz de resina de epóxido e um teor de volume de fibras de 50%, foram trituradas em uma retalhadora e subsequentemente moídas em um moinho de corte. Por uma peneira com furos redondos (diâmetro de 10 mm) foi impedido que partículas com medidas maiores deixassem a câmara de moagem do moinho de corte.

[0051] O material moído estava apto para lançamento e continha uma proporção de pó de cerca de 15% em peso.

Exemplo 2

[0052] Placas de CFK com 3 mm de espessura, com uma matrizde resina de epóxido e um teor de volume de fibras de 50%, foram trituradas em uma retalhadora e subsequentemente moídas em um moinho de corte. Por uma peneira com furos oblongos (medidas de 3 mm x 50 mm) foi impedido que partículas com medidas maiores deixassem a câmara de moagem do moinho de corte.

[0053] O material moído estava apto para lançamento e continha uma proporção de pó de cerca de 20% em peso.

Exemplo 3

[0054] Partes das fibras recicladas produzidas no Exemplo 1 e no Exemplo 2 foram carbonizadas a 900°C por 20 horas, sob atmosfera de nitrogênio. Por pesagem antes e depois da carbonização, foi determinada a perda de massa pelo tratamento com temperatura em aproximadamente 40%.

[0055] A aptidão para lançamento dos materiais foi aperfeiçoada pela carbonização.

Exemplos 4 a 7 e Exemplos comparativos 1 e 2

[0056] De, em cada caso, 100 partes de coque acicular (tamanho de partícula < 1,2 mm), 27 partes de piche de hulha e 3 partes de, em cada caso, uma das fibras recicladas produzidas nos Exemplos 1 a 3, foram produzidas, em cada caso, preparações de massas de moldar. As misturas foram extrudadas para barras, com um diâmetro de 20 mm e um comprimento de 110 mm, carbonizadas a 800°C e grafitiza- das a 2800°C.

[0057] Além disso, foram produzidas amostras de referência sem fibras ou com 3 partes de fibras de corte curto (Sigrafil C25S066 PUT, SGL Technologies GmgH), com um comprimento de fibra de 6 mm.

[0058] Em todas as amostras foi determinado o coeficiente de dilação técmico na direção da extrusão (CTE). Os resultados estão resumidos na Tabela 1 abaixoTabela 1

[0059] Dos resultados acima, evidencia-se que tanto a massa moldar de acordo com o Exemplo comparativo 2, que continha as fibras de corte curto acabadas de ser produzidas, como também as massas de moldar de acordo com os Exemplos 4 a 7, que continham fibras recicladas, apresentaram valores de CTE menores, em comparação com a massa de moldar de acordo com Exemplo comparativo 1, que não continham fibras, portanto, que o CTE foi reduzido.Nesse caso, não foi observada nenhuma diferença entre fibras recicladas carbonizadas e não carbonizadas.

Claims

1.Processo para produção de uma peça moldada de carbono, que contém fibras de carbono em uma quantidade de menos de 20% em peso, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (a)triturar partes de desperdícios ou partes de refugo de um material composto reforçado com fibras de carbono, (b)produzir uma mistura do produto triturado, obtido na etapa (a), um aglutinante, um material de carbono e, opcionalmente, um ou mais aditivos, sendo que a mistura contém menos de 20% em peso de fibras, (c)moldar a mistura obtida na etapa (b) para uma peça moldada, e (d)carbonizar a peça moldada obtida na etapa (c).

2.Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partes de desperdícios ou partes de refugo usadas na etapa (a) estão compostas, de preferência, de um plástico reforçado com fibras de carbono, um carbono reforçado com fibras de carbono, um concreto reforçado com fibras de carbono ou uma mistura de dois ou mais dos materiais compostos citados acima.

3.Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a trituração das partes de desperdícios ou partes de refugo na etapa (a) é realizada com uma retalhadora, um moinho de corte, um moinho de impacto ou um moinho de pilões.

4.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as partes de desperdícios ou partes de refugo do material composto reforçado com fibras de carbono são trituradas na etapa (a) predominantemente para partículas com um comprimento entre 1 e 100 mm, sendo que, de preferência, durante ou depois da trituração, pó é removido por peneiramento do produto triturado, de modo que o produto triturado da etapa de processo (a) apresenta, de modo particularmente preferido, menos de 5% em peso de partículas de pó com um tamanho de partícula médio de menos de 100 gm.

5.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que na etapa (a), durante ou depois da trituração das partes de desperdícios ou partes de refugo, a matriz e as fibras de carbono do material composto são desprendidos um do outro, sendo que o desprendimento da matriz das fibras de carbono é causado, de preferência, por contato das partes de desperdícios ou partes de refugo com um ácido, uma lixívia ou um solvente.

6.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que na etapa (a), durante ou, de preferência, depois da trituração das partes de desperdícios ou partes de refugo, a matriz é separada das fibras de carbono do material composto, sendo que a separação da matriz das fibras de carbono é realizada, de preferência, por peneiramento ou separação, sendo que a separação é realizada, de modo particularmente preferido, em um separador rotativo, separador a ar ou separador de ziguezague.

7.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que na etapa (b), como aglutinante é usado um composto, que é selecionado do grupo que consiste em resinas fenólicas, piches, resinas de furano, ésteres fenílicos e quaisquer misturas de dois ou mais dos compostos citados acima, e/ou que na etapa (b), como material de carbono é usado coque, de preferência coque de piche, coque metalúrgico ou coque de petróleo, particularmente, coque acicular, sendo que na etapa (b) na mistura é ajustada a relação entre material de carbono e aglutinante, de modo particularmente preferido, para 5:1 a 2;1 e, de preferência para 4:1.

8.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que na etapa (b) o teor de fibras da mistura é ajustado para menos de 15% em peso, de preferência, para menos de 10% em peso, de modo particularmente preferido, para menos de 5% em peso, e, de modo especialmente preferido, para menos de 3% em peso.

9.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que a peça moldada, depois da etapa (d), é impregnada com um agente de impregnação, que é, de preferência, piche de impregnação, e é subsequentemente grafitizada, sendo que a grafitização é realizada, de modo particularmente preferido, a uma temperatura entre 1.800 e 3.000°C, e, de modo especialmente preferido, entre 2.300 e 2.700°C.

10.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que as partes de desperdícios ou partes de refugo trituradas na etapa (a), antes da alimentação da etapa de processo (b), são submetidas a um tratamento oxidativo, sendo que o tratamento oxidativo compreende, de preferência, a oxidação em um banho aquoso contendo agente de oxidação, a oxidação anódica em um banho aquoso contendo eletrólito, ou a oxidação em uma corrente de gás contendo um agente de oxidação.

11.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que as partes de desperdícios ou partes de refugo de material composto reforçado com fibras de carbono são carbonizadas, antes da realização da etapa (a) ou depois da trituração na etapa (a), mas antes da etapa (b).

12.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (a)triturar partes de desperdícios ou partes de refugo de um carbono reforçado com fibras de carbono e, opcionalmente, oxidação do produto triturado, (b)produzir uma mistura do produto triturado, obtido na etapa a), piche, coque e, opcionalmente, um ou mais aditivos, sendo que a mistura contém menos de 20% em peso de fibras, (c)moldar a mistura obtida na etapa (b) para uma peça moldada, (d)carbonizar a peça moldada obtida na etapa (c), (e)opcionalmente, impregnar a peça moldada carbonizada na etapa (d) com um agente de impregnação, e (f)opcionalmente, grafitizar a peça moldada carbonizada na etapa (d) ou da peça moldada impregnada na etapa (e).

13.Processo de acordo com qualquer uma das reivindi-cações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (a)triturar partes de desperdícios ou partes de refugo de um plástico reforçado com fibras de carbono e, opcionalmente, oxidar o produto triturado, (b)produzir uma mistura do produto triturado, obtido na etapa (a), piche, coque e, opcionalmente, um ou mais aditivos, sendo que a mistura contém menos de 20% em peso de fibras, (c)moldar a mistura obtida na etapa (b) para uma peça moldada, (d)carbonizar a peça moldada obtida na etapa (c), (e)opcionalmente, impregnar a peça moldada carbonizada na etapa (d) com um agente de impregnação, e (f)opcionalmente, grafitizar a peça moldada carbonizada na etapa (d) ou da peça moldada impregnada na etapa (e), sendo que as partes de desperdícios ou partes de refugo de plástico reforçado com fibras de carbono são carbonizadas, antes da trituração de acordo com a etapa (a) e/ou o produto triturado de acordo com a etapa (a) é carbonizado antes da oxidação opcional, antes de o produto obtido desse modo ser alimentado a etapa (b).

14.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que compreende os seguintes etapas: (a)triturar partes de desperdícios ou partes de refugo de um concreto reforçado com fibras de carbono e separação da matriz das fibras de carbono, de preferência, por peneiramento ou separação, (b)produzir de uma mistura das fibras de carbono trituradas, obtidas na etapa a), piche, coque e, opcionalmente, um ou mais aditivos, sendo que a mistura contém menos de 20% em peso de fibras, (c)moldar a mistura obtida na etapa (b) para uma peça moldada, (d)carbonizar a peça moldada obtida na etapa (c), (e)opcionalmente, impregnar a peça moldada carbonizada na etapa (d) com um agente de impregnação, e (f)opcionalmente, grafitizar a peça moldada carbonizada na etapa (d) ou da peça moldada impregnada na etapa (e).