DE1927828B2

DE1927828B2 - Verfahren zur erhoehung der dichtigkeit von poroesen kohlenstoff-formkoerpern

Info

Publication number: DE1927828B2
Application number: DE19691927828
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr. Puchenau Pelz (Österreich); Pietzka, Gerhard, Dr., 6239 Lorsbach; Ulsamer, Walter, Dr., 6000 Frankfurt
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1969-05-31
Filing date: 1969-05-31
Publication date: 1973-03-22
Also published as: FR2043868A1; NL153166B; DE1927828A1; NL7005616A; DE1927828C3; GB1257010A; CH526482A; BE751218A

Description

315 und 327° C, vorimprägniert und anschließend mit einem niedriger schmelzenden Polytetrafluoräthylen-Wachs mit einem Schmelzbereich zwischen 220 und 29O⁰C, vorzugsweise zwischen 260 und 280⁰C, nach-Kohlenstoff-Formkörper, die wegen ihrer günstigen 30 imprägniert werden.

Wärmeleitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit im Es ist vorteilhaft, daß das hochschmelzende PTFE-

chemischen Apparatebau, z. B. als Wärmetauscher, Wachs eine Schmelzviskosität zwischen 1000 und verwendet werden, sind herstellungsbedingt porös und 100 000 cP, vorzugsweise zwischen 20 000 und 50 000 cP, werden bekanntermaßen mit thermisch oder kataly- besitzt. Ebenso ist es vorteilhaft, daß das niedriger tisch härtbaren Kunstharzen imprägniert, um die zu- 35 schmelzende PTFE-Wachs eine Schmelzviskosität unnächst durchlässigen Formkörper für Gase und Flüssig- ter 1000 cP, vorzugsweise unter 100 cP, besitzt,
keiten undurchlässig zu machen. Der in Luft gemessene Das Verfahren ist sowohl für Formkörper aus Hart-

Permeabilitätskoeffizient der imprägnierten Kohlen- brandkohlenstoff als auch für solche aus Graphit gestoff-Formkörper beträgt etwa 10~⁵ bis ΙΟ"⁷ cm²/s, eignet.

und diese Kohlenstoff-Formkörper können bei mäßi- 40 Die Permeabilität der Kohlenstoff-Formkörper wird gen Drücken und Betriebstemperaturen von 100 bis durch eine Imprägnierung gemäß der Erfindung um so 160⁰C verwendet werden, wobei die Maximaltempe- stärker vermindert, je größer die Differenz der Schmelzraturen im einzelnen von dem Kunstharztyp abhängen temperaturen zwischen dem hochschmelzenden und (vgl. Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, dem niedrigschmelzenden PTFE-Wachs ist. Dabei 3. Auflage, Bd. 9 [1957], München Berlin, S. 794 ff.). 45 müssen die Schmelztemperaturen beider Wachse Nachteile der mit Kunstharzen imprägnierten Koh- größer als die Verwendungstemperatur der imprälenstoff-Formkörper sind die gegenüber reinem Koh- gnierten Kohlenstoff-Formkörper sein,
lenstoff geringere Korrosionsbeständigkeit und die Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die

durch das Schrumpfen des Kunstharzimprägniermit- Herstellung von flüssigkeits- und gasdichten Kohlentels bei höheren Temperaturen mit der Betriebszeit zu- 50 stoff-Formkörpern mit einer großen Korrosionsbenehmende Permeabilität, die schließlich zum Ausfall ständigkeit auch bei höheren Temperaturen für des Apparateteils führen kann. den chemischen Apparatebau und für Gleitring-

Es ist weiterhin bekannt, poröse Kohlenstoff-Form- dichtungen.

körper mit polymeren Substanzen, z. B. mit Kunst- Die gute Wärmeleitfähigkeit von Graphitformharzen oder Pechen, zu imprägnieren und die Form- 55 körpern von etwa 110 kcal/m · h · grd ändert sich bei körper dann einer Wärmebehandlung unter Luft- der erfindungsgemäßen Imprägnierung nicht, so daß abschluß bis etwa 1000⁰C zu unterziehen, wobei in den eine Verwendung der mit PTFE-Wachs imprägnierten Poren koksartiger Kohlenstoff entsteht. Die Korro- Graphitformkörper für Wärmetauscher vorteilhaft ist. sionsbeständigkeit derartiger Kohlenstoff-Formkörper Von Vorteil sind auch die antiadhäsiven Eigenschaften ist besser als die von kunstharzimprägnierten Form- 60 von erfindungsgemäß imprägnierten Kohlenstoffkörpern, und ihre Permeabilität bleibt auch bei längerer Formkörpern, wodurch das Haften von Fremdstoffen Betriebszeit und höheren Temperaturen unverändert. oder gar das Verkrusten der Oberflächen weitgehend Nachteilig ist, daß zum Erreichen der notwendigen ausgeschlossen wird.

Dichtigkeit eine 3- !:;<■ Sfache Imprägnierbehandlung Erfindungsgemäß imprägnierte Formkörper aus

erforderlich ist, weshalb das Verfahren wegen des 65 Hartbrandkohlenstoff zeichnen sich neben der Tempegroßen Aufwandes nur ausnahmsweise angewendet ratur- und Korrosionsbeständigkeit und der niedrigen wird. Permeabilität durch große Härte und Abriebfestigkeit

Bekannt ist ebenfalls die Imprägnierung von Kohlen- aus, so daß eine Verwendung für mechanisch bean-

spruchte Apparateteiie, Lager- und Gleitringe vorteilhaft ist
Die nachstehenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Ein Graphitrohr 37/25 χ 100 nun mit einem zugänglichen Porenvolumen von 22,3⁰J₀, einem Raumgewicht von 1,69 g/cm³ und einem Permeabilitätskoeffizienten von etwa 10° cm²/s (bestimmt nach der Vakuumzerfallsmethode) wurde 7,5 Stunden in einem Autoklaven unter einem verminderten Luftdruck von 3 Torr gehalten und dabei auf 360⁰C aufgeheizt. Dann wurde PTFE-Wachs mit einem Schmelzpunkt von 327 bis 330⁰C, das vorher ebenfalls auf 36O⁰C erhitzt worden war, in den Autoklaven eingesaugt. Das Wachs besitzt bei dieser Temperatur eine Viskosität von etwa 80 00OcP. Nach dem Verschließen des Autoklavs wurden 20 at Stickstoff aufgedrückt, der Druck über 20 Stunden gehalten und dann entspannt. Das Graphitrohr hatte bei Raumtemperatur ein Raumgewicht von 2,01 g/cm³ und einen Permeabilitätskoeffizienten von

1.5 · 10~⁸ cm²/s. Die Wachsaufnahme betrug 18,5 g. Es wurde dann mit einem zweiten PTFE-Wachs mit einem Schmelzpunkt zwischen 250 und 274° C und einer Schmelzviskosität von etwa 20 cP nachimprägniert. Rohr und Wachs wurden 3,5 Stunden auf 2 Torr evakuiert, dabei auf 290⁰C aufgeheizt und danach 20 Stunden lang mit 20 at Stickstoff beaufschlagt. Das Graphitrohr hatte zusätzlich 6,4 g Wachs aufgenommen. Das Raumgewicht war auf 2,13 g/cm⁸ gestiegen und der Permeabilitätskoeffizient auf

5.6 · 10-' cm^!/s gesunken.

Beispiel 2

Ein Zylinder aus Hartbrandkohlenstoff mit den Maßen 40 mm Durchmesser ■ 10 mm, der ein zugängliches Porenvolumen von 21,0% ^und ein Raumgewicht von 1,59 g/cm³ hatte, wurde nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren behandelt. Die Änderungen der Raumgewichte und Permeabilitätskoeffizienten des Zylinders sind in der Tabelle I zusammengefaßt.

Tabelle I

	Raum-	Permeabili	Wachs-
	gewicht	tätskoeffi zient cm² s"¹	auf nahme
	g/cm⁸		g
Zylinder aus Hartbrand
kohlenstoff nicht im
prägniert	1,59	5,1 · 10-¹	—
Zylinder aus Hartbrand
kohlenstoff imprä
gniert mit Wachs,
Smp. 327 bis 33O⁰C	1,90	2,1 · 10-³	3,9
Zylinder aus Hartbrand
kohlenstoff, zweimal
imprägniert mit ver
schiedenen PTFE-
Wachsen	2,00	8,2 · 10-"	5,1

Beispiel 3

Ein Graphitrohr mit den Maßen 37/25 -100 mm mit einem zugänglichen Porenvolumen von 24,4% und einem Raumgewicht von 1,64 g/cm³ wurde wie in den Beispielen 1 und 2 behandelt Das hochschmelzende PTFE-Wachs hatte jedoch einen Schmelzpunkt zwischen 315 und 320° C, und die Viskosität war bei 360⁰C 11 000 cP. Das niedrigschmelzende Wachs hatte einen

Lo Schmelzpunkt zwischen 270 und 280⁰C und eine Schmelzyiskosität von 30 bis 40 cP.

Die Änderungen der Raumgewichte und Permeabilitätskoeffizienten des Graphitrohrs sind in der Tabelle Π zusammengefaßt

Tabelle Π

20	Raum gewicht g/cm³	Permeabili tätskoeffi zient cm² S"¹	Wachs- auf- nahme g
Graphit-P-ohr nicht im- 25 prägniert Graphit-Rohr, einmal imprägniert mit Wachs 315 bis 320° Graphit-Rohr, zweimal 30 imprägniert	1,64 1,98 2,09	1,4 · 10° 2,9 · ΙΟ"⁴ 4,5 · 10-"	20,5 27,2

Beispiel 4

Ein Graphitrohr mit den Maßen 37/25 · 100 mm, einem Raumgewicht von 1,80 g/cm³ und einem zugänglichen Porenvolumen von 13,7% wurde in zwei Imprägnierschritten mit einem hochschmelzenden und einem niedrigscfamelzenden PTFE-Wachs, wie im Beispiel 1, behandelt. Die Änderungen der Permeabilitätskoeffizienten und der Raumgewichte gibt Tabelle III wieder.

Tabelle III

Graphit-Rohr, nicht
imprägniert

Graphit-Rohr, einmal
imprägniert

Graphit-Rohr, zweimal
imprägniert

1,80
2,00
2,06

Permeabilitätskoeffi zient cm² s"¹

7,9 · 10-¹
1,7 · 10-*
4,5 · 10-^e

Wachsauf nahme

11,3 14,2

Beispiel 5

Kohlenstoff-Formkörper, die in bekannter Weise mit einem Formaldehydharz imprägniert waren, wurden in 20%iger Natronlauge bei einer Temperatur von 120⁰C nach einigen Stunden undicht, während die Permeabilität von nach Beispiel 2 imprägnierten Formkörpern unter den gleichen Bedingungen noch nach 100 Stunden unverändert war.

Ein Beispiel des Verhaltens von Kohlenstoff-Formkörpern mit verschiedenen Imprägnierungen in saurer Lösung gibt die Tabelle IV wieder.

Tabelle IV

Imprägnier mittel	Phenol- formaldehyd- Haiz	PTFE-Wachs (nach Beispiel 2)
Salpetersäure Temperatur Zeit Gewichtsverlust Permeabilitätskoeffi zient nach 100 Stunden	40% 85° C 100 h 13% 10-²cm^s/s-	68% 120⁰C 100 h 0,3% 3-10-^ecm^s/s

Permeabilität von Kohlenstoff-Formkörpern,· die in bekannter Weise mit härtbaren Harzen imprägniert sind, beträchtlich zunimmt, wie Tabelle V zeigt

Tabelle V

Imprägniermittel

Bei höheren Anwendungstemperaturen ändert sich die Permeabilität erfindungsgemäß imprägnierter Kohlenstoff-Formkörper nur unerheblich, während die Temperatur ..

Permeabilitätskoeffizient 0 Stunden ...

Permeabilitätskoeffizient 200 Stunden ,

Phenolformaldehyd- Harz

200⁰C

PTFE-Wachs (nach Beispiel 2)

200⁰C

9,0 · 10-' cm^a/s 9,0 · 10~^e cm²/s

8,0 · ΙΟ"⁴ cm^s/s 9,6 · 10~^e em²/s

Claims

stoff-Formkörpern mit wäßrigen Polytetrafluoräthylen-Dispersionen (PTFE-Dispersionen). Korrosionshestän- &&sit und Temperaturfestigkeit derartig imprägnierter Kohlenstoff-Formkörper sind besser als diejenigen

1. Verfahren zur Erhöhung der Dichtigkeit von 5 von Formkörpern mit Harz- oder Pechimprägnierung, porösen Kohlenstoff-Formkörpern durch Imprä- Die für eine Verwendung als Apparaiebauteü oder als gnieren mit einem Polytetrafluoräthylen-Wachs, Gleitringdichtung notwendige Dichtigkeit wird aber dadurch gekennzeichnet, daß die wegen des hohen Wassergehaltes der Dispersionen Kohlenstoff-Formkörper mit einem hochschmel- auch nach mehrfacher Impregnation nicht erreicht,
zenden PTFE-Wachs mit einem Schmelzbereich io In der USA.-Patentschrift 2496 978 wird die Imzwischen 300 und 330⁰C, vorzugsweise zwischen prägnierung von porösen Körpern, beispielsweise von 315 und 327° C, vorimprägniert und anschließend Kohlenstoff-Formkörpern, mit PTFE-Wachsen bemit einem niedriger schmelzenden PTFE-Wachs schrieben. Wegen der schlechten Netzeigenschaften mit einem Schmelzbereich zwischen 220 und 290° C, des PTFE werden nach diesem Verfahren die Poren vorzugsweise zwischen 260 und 280⁰C, nach- 15 von Kohlenstoff-Formkörpern nur zu einem Teil geimprägniert werden. füllt, so daß Permeabilitätskoeffizienten von nur 10~³

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- bis 10~⁴ cm²/s erreicht werden. Die Dichtigkeit derzeichnet, daß als niedriger schmelzendes PTFE- artiger imprägnierter Formkörper reicht für Apparate-Wachs ein solches mit einer Schmelzviskosität teile und Gleitringdichtungen nicht aus.

unter 1000 cP, vorzugsweise unter 100 cP, einge- 20 Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von setzt wird. flüssigkeits- und gasdichten Kohlenstoff-Formkörpem

gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß poröse Kohlenstoff-Formkörper mit einem hochschmelzenden Polytetrafluoräthylen-Wachs mit einem Schmelzbe-

25 reich zwischen 300 und 33O°C, vorzugsweise zwischen