DE1771579B2 - Verfahren zur Beschichtung von chemischen Apparaten und Apparateteilen mit kunstharzimprägnierten, aus Kohlenstoff- bzw. Graphitfasern bestehenden Flächengebilden - Google Patents

Verfahren zur Beschichtung von chemischen Apparaten und Apparateteilen mit kunstharzimprägnierten, aus Kohlenstoff- bzw. Graphitfasern bestehenden Flächengebilden

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Description

Es ist bekannt, daß Beschichtungen von Stahl oder Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Beschich-
Mauerwerk mit faserarmierten Kunststoffen eine 30 tung von chemischen Apparaten und Apparateteilen hohe Festigkeit haben. Hierbei spielen die Haftung ist dadurch gekennzeichnet, daß man mit Kunstharz der Kunstharze auf dem Armierungsmaterial sowie imprägnierte, aus Kohlenstoff- bzw. Graphitfasern die Elastizitäts-Verhältnisse zwischen Kunstharz und bestehende Flächengebilde auf die Oberfläche des Armierung einerseits und dem baulichen Untergrund Apparates bzw. Apparateteils aufbringt und härtet,
andererseits eine große Rolle. 35 Die DI-AS 1 178 765 beschreibt die Verwendung
Es hat sich gezeigt, daß bei der Imprägnierung von Formkörpern oder Gebilden aus faserförmigem eines Kohlenstoff- bzw. Graphit-Filzes bzw. -Gewe- Kohlenstoff oder Graphit als Träger für spaltbares bes ir.it einer bestimmten spezifischen Oberfläche Material.
mittels eines Kunstharzes mit ganz bestimmter Vis- Die DT-PS 1 148 93! betrifft ein Verfahren zur
kosität ein Material hergestellt werden kann, das vor 40 Herstellung von mit Kunstharz getränkten Kohlenallem auf Eisen ideale Verhältnisse bezüglich Haftfe- stoff- bzw. Graphitplatten zur Auskleidung von chestigkeit, Dichtheit und Temperaturbeständigkeit misch beanspruchten Apparaten durch Strangpreszeigt. sen, während demgegenüber die vorliegende Erfin-
Außer diesen Eigenschaften besitzt ein solches dung auf ein Verfahren zur Beschichtung derartiger Material hohe chemische Beständigkeit gegenüber 45 Apparate gerichtet ist. Durch das erfindungsgemäße einer Vielzahl von Chemikalien. Diese Eigenschaften Beschichtungsverfahren wird gegenüber einer Auswerden nun ausgewertet, um Apparateteile für die kleidung, wie sie bisher üblich war, eine problemlose chemische Industrie zu schützen. Anpassung des Überzugsmaterials an der jeweiligen
Außerdem wurde gefunden, daß die freien Valen- Unterlage, und zwar unabhängig von ihrer Form sozen von in geeigneter Weise hergestellten, z. B. beim 50 wie ihrem Profil, erreicht. Beispielsweise können er-Abkühlen nach dem Verkohlen in eine feuchte sauer- findungsgemäß Rührwerke und andere bewegliche stoffhaltige Atmosphäre eingebrachten Flächengebil- Teile von chemischen Apparaten ebenso wie Innenden aus Kohlenstoff-Fasern offenbar mit den funk- wände beschichtet werden, was bisher nicht möglich tionellen Gruppen von gewissen Kunstharzen beim war. Ferner fallen die bisher verfahrensmäßig beHärten zu reagieren vermögen. Das Produkt, näm- 55 dingten Fugen (Lagerfugen und Stoßfugen) und die lieh kunstharzimprägniertes Kohlenstoff-Fasermate- mit Fugen verbundenen Adhesions- und Kohäsionsrial, zeigt im Vergleich zum entsprechenden Kunst- probleme weg, desgleichen die Notwendigkeit der harz allein eine erhöhte chemische und thermische Verwendung eines Klebstoffes, beispielsweise eines Beständigkeit. Kunstharzes, der separat aufgetragen werden mußte.
Es ist bekannt, daß elementarer mikrokristalliner 60 Vorzugsweise verwendet man ein Flächengebilde, Kohlenstoff auf der Oberfläche des kovalent ver- das reaktionsfähige Gruppen enthält, die mit dem knüpften Atomverbandes freie Valenzen aufweist, verwendeten Kunstharz bei der Härtung zu reagieren die, z.B. durch Sauerstoff, abgesättigt werden kön- vermögen. Wenn man kalthärtende Kunstharze vernen. Es ist auch bekannt, daß die Oberfläche von mi- wendet, kann man bei Normaltemperatur erhärten krokristallinem Kohlenstoff im allgemeinen saure 65 lassen und gegebenenfalls bei höherer Temperatur sauerstoffhaltige Gruppen, z. B. Carboxylgruppen nachhärten, während bei Verwendung heißhärtender oder phenolische Hydroxylgruppen, trägt, weiche je Kunstharze bei erhöhter Temperatur gehärtet werden nach ihrer Stellung unterschiedliche Acidität zeigen. kann. Die Härtung bzw. Nachhärtung bei erhöhter
3 4
Temperatur kann z.B. im Ofen, vorzugsweise im chemischen Beständigkeit. Falls es die Umstände
Druckofen, oder durch Anheizen des beschichteten verlangen, kann auch auf der Baustelle beschichtet
1 eils erfolgen. werden und die Nachhärtung durch Anheizen des be-
Durch die vorstehend beschriebene Variante ist schichteten Teiles in einer schwach sauren Flüssigein weiterer erheblicher Unterschied zu dem aus der 5 keit bewerkstelligt werden.
DT-PS 1 148931 beschriebenen Verfahren gegeben. So kann man auch verfahren, wenn bereits be-
Durch die mit den funktionellen Gruppen des Kunst- schichtete Teile repariert werden sollen. Zur Repara-
harzes während der Härtung eintretenden Reaktionen tür νοη Reaktionsgefäßen, weiche mit Graphit oder
wird erfindungsgemäß nämlich eine chemische Bin- Hartbrandkohle ausgekleidet sind, kann die oben be-
dung des Flächengebildes mit dem Harz erreicht, io schriebene imprägnierte Folie verwendet werden,
welches seinerzeit die Haftung mit der Apparatewand Nachfolgend wird das Erzeugnis gemäß der
gewährleistet. Diesen Verhältnissen entsprechend ist DT-PS 1148 931 mit einer erfindungsgemäß aufge-
der erhaltene Überzug chemisch und thermisch brachten Beschichtung verglichen. Dazu wurde das
äußerst widerstandsfähig, wie auch aus dem weiter gemäß dieser DT-PS hergestellte Produkt auf Stahl-
unten folgenden Versuchsbericht hervorgeht. i5 platten aufgebracht, desgleichen wurden auf Stahl-
Es war nicht vorauszusehen, daß man bei Verwen- platten erfindungsgemäß Beschichtungen aufgezogen. Jung eines Kunstharzes als Beschichiungsmaterial, Die entstandenen Auskleidungen bzw. Beschichtuniedoch unter Verzicht auf jeglichen Härter, brauch- gen wurden auf ihre Haftfestigkeit an der Stahlunterbare Ergebnisse überhaupt erzielen konnte. Offenbar lage geprüft und miteinander verglichen,
übernehmen im Gemisch von Kunstharz und Kohlen- 20 Im einzelnen wurde wie folgt verfahren:
stoffasern letztere die Rolle des bisher benötigten
Härters. Es ist ferner zu bedenken, daß gemäß dem L Herstellung der Prüflinge
erfindungsgemäßen Verfahren eine größere Menge Nach dem erwähnten Patent hergestellte und im-
Kunstharz eingesetzt werden muß, welche gegen den prägnierte Graphitplatten bzw. Kohlenstoffplatten
Einfluß der Chemikalien nicht durch dichte Kohlen- 35 mit den Maßen 5x5x2 dm bzw. 5x5x1 cm
stoffplatten weitgehend geschützt ist, sowie dies bei wurden zwischen zwei Stahlplatten geklebt. Die bei-
dem bisher nur als Kitt verwendeten Kunstharz der der, Stahlplatten besaßen an ihrer Außenseite Ha-
FaIl ist. ken, welche in eine Abreiß-Prüfmaschine paßten.
Es war daher überraschend, daß sich die erfin- Als Kitt für die Graphit- bzw. Kohlenstoffplatten
dungsgemäße Beschichtung als beständig und haft- 30 wurde ein säurekatalysiertes (z. B. mit einem Sulfo-
fest erwiesen hat und dabei die bekannten Ausklei- säurechlorid katalysiertes) Phenolharz verwendet und
dungsmethoden übertrifft. in dünner Schicht auf die Innenseite der beiden
Die auf diese Weise erhaltenen beschichteten Ap- Stahlplatten aufgetragen. Die Anfertigung der Prüfparate oder Apparateteile sind mit einem aus Koh- linge erfolgte bei normaler Temperatur,
lenstoff- bzw. Graphitfasern bestehenden Flächenge- 35 Die Beschichtung gemäß obenerwähnter Patentanbilde, insbesondere einem Kohlenstoff- bzw. Gra- meldung bestand aus einem mit Kohlenstoffasern arphit-Filz oder -Gewebe, beschichtet, wobei das Flä- mierten, modifizierten Epoxyd-Phenolharz, welches chengebilde gehärtetes Kunstharz enthält, das vor- nicht mit einem Härter katalysiert wurde. Die Bezugsweise chemisch an das Flächcngebilde gebunden schichtung wurde in Form einer Folie mit den Maist. 40 ßen 5 X 5 χ 0,2 cm zwischen zwei Stahlplatten der
Als aus Kohlenstoff- bzw. Graphitfasern beste- gleichen Art wie bereits beschrieben gelegt,
hende Flächengebilde kommen solche in Frage, die Die so hergestellten Prüflinge wurden bei normaler
durch Verkohlen bzw. Graphitieren von tierischen Temperatur ausgehärtet und anschließend im Ofen
Fasern, z. B. Wolle, pflanzlichen Fasern, z. B. Cellu- (Trockenschrank) bei 12O0C während etwa 10
lose, oder Kunstfasern, z. B. Superpolyamide oder 45 Stunden nachgehärtet.
Polyacrylnitril, hergestellt sind, oder Pyrokohlen- „ _ ,,.., ... ,
stoff-Fasern, die z.B. durch Pyrolyse von Kohlen- 2. Durchfuhrung des Versuchs
Wasserstoffen erhältlich sind. Derartige Flächenge- Von den fertigen Prüflingen wurden je 5 Stück bei
bilde werden z. B. von der Firma SIGRI Elektrogra- einer Temperatur von 120, 140, 160 und 220° C
phit GmbH, Meitingen bei Augsburg (Deutschland), 50 während einer Zeitspanne von 0 bis 1000 Stunden
hergestellt. gelagert. In verschiedenen Abständen, nämlich nach
Als Kunstharze eignen sich z.B. unmodifizierte 72 Stunden, 250 Stunden, 500 Stunden und 1000
oder modifizierte Epoxydharze, unmodifizierte oder Stunden, wurden je einige Prüflinge in der Prüfma-
modifizierte Phenolharze, unmodifizierte oder modi- schine einem Abreißversuch unterzogen. Die beob-
fizierte Furanharze, Polyester und Polyurethane. 55 achtete Abreißfestigkeit wird in kg/cm2 ausgedrückt
Man kann z. B. wie folgt verfahren: Das Filzmate- und graphisch aufgetragen,
rial wird zuerst auf die vorgezeichneten Dimensionen „ . , _ , .
zugeschnitten und anschließend nach einem Spezial- 3- AuswertunH dsr Ergebnisse
verfahren mit einem langsam kalthärtenden Kunst- Es zeigte sich, daß bei der Auskleidung mit im-
harz blasenfrei imprägniert. Die so imprägnierte Fo- 6° prägnierten Graphitplatten gemäß dem erwähnten
lie wird auf die sandgestrahlte und vorgrundierte Patent die Abreißfestigkeit (Haftfestigkeit) infolge
Eisenoberfläche aufgerollt, z. B. mit einer Gummi- der Wärmeeinwirkung relativ rasch abfällt, während
rolle. Bei Normaltemperatur läßt man das Material sie bei der Beschichtung gemäß der zur Diskussion
erhärten und härtet anschließend bei höherer Tempe- stehenden Patentanmeldung auch nach einer Dauer
ratur im Ofen, zweckmäßig im Druckofen, nach. Die 65 von 1000 Stunden bei einer Temperatur von 1600C
Stoßfugen werden vor dem Nachhärten mit einem erhalten blieb. Alterung und die damit einhergehende
Spezialkunstharz nachverfugt. Die Nachhärtung im Abnahme der Haftfestigkeit traten also bei der erste-
Härteofen dient unter anderem zur Erhöhung der ren stärker als bei der letzteren auf.

Claims (4)

ι 2 Man kann nun annehmen, daß bei in geeigneter Patentansprüche: Weise gewählten Irnprägnierharzen bei der Härtung eine Verknüpfung zwischen derartigen Gruppen und
1. Verfahren zur Beschichtung von chemischen den funktionellen Gruppen des Kunstharzes zustande Apparaten und Apparateteilen, dadurch ge- 5 kommt; so können z.B. phenolische Hydroxylgrupkennzeichnet, daß man mit Kunstharz im- pen mit den entsprechenden Gruppen eines Phenoiprägnierte, aus Kohlenstoff- bzw. Graphitfasern Formaldehydharzes in Gegenwart von Protonen reabestehende Flächengebilde auf die Oberfläche gieren.
des Apparates bzw. Apparateteils aufbringt und Daß in der Tat eine Umsetzung eintritt, zeigt fol-
härtet. ίο gender Versuch: Behandelt man einerseits das
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- Kunstharz, z.B. ein Phenol-Formaldehydharz, für kennzeichnet, daß man als Flächengebilde Koh- sich (Probe A), andererseits ein mit dem Kunstharz lenstoff- bzw. Graphitfilz oder -gewebe verwen- imprägniertes Flächengebilde der unten definierdet. ten Art (Probe B) und schließlich ein Gemisch aus
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, da- 15 Glasfasern und dem Kunstharz (Probe C) nach dem durch gekennzeichnet, daß man ein Flächenge- Härten mit einem Mittel, welches das Harz löst oder bilde verwendet, das reaktionsfähige Gruppen abbaut, z. B. heiße Lauge, so löst sich Probe A ohns enthält, die mit dem verwendeten Kunstharz bei weiteres; aus Probe C wird das Kunstharz langsamer der Härtung zu reagieren vermögen. gelöst: Probe B aber wird nach Entfernung des nicht
4. Anwendung des Verfahrens nach einem der ao gebundenen Anteils des Harzes gewichtskonstant. Ansprüche 1 bis 3 zur Reparatur von Reaktions- d.h., das gebundene Harz hat eine andere Löslichkeil gefäßen, die mit Graphit oder Hartbrandkohle als das Harz für sich allein.
ausgekleidet sind. Erfindungsgemäß werden nun mit Kunstharz im
prägnierte, aus Kohlenstoff- bzw. Graphitfasern be-35 stehende Flächengebilde, insbesondere Kohlenstoff-
bzw. Graphit-Filze oder -Gewebe, zum Beschichten
von chemischen Apparaten und Apparateteilen verwendet.
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