DE2251693A1 - Heizeinheit - Google Patents

Description

Dr. Horst Schüler

6 Frankfurt/Main 1
Niddastr. 52

20. Oktober 1972 Dr.Sb./pl.

2197-8IN-377

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N.Y., U.S.A.

Heizeinheit

Die vorliegende Erfindung betrifft Heizeinheiten. Insbesondere betrifft die Erfindung wirtschaftliche Heizeinheiten, die leicht herzustel len· sind und an jede Gestalt, die erhitzt werden soll, angepaßt werden können und die beständig gegenüber erhöhten Temperaturen und physikalischem Mißbrauch ist.

Die Verwendung von Heizeinheiten· für verschieden gestaltete Struk¹-turen oder Gefäße, bei denen die Heizeinheit entsprechend der Oberfläche der zu erhitzenden Struktur hergestellt ist, ist bekannt. In einigen Fällen ist die Heizeinheit aus einem hitzebeständigen Gewebe, wie Asbest oder einem anderen hochtemperaturbeständigen Material, wie bestimmten Polyamiden und ähnlichem, so gefertigt und gestaltet, daß sie zu der entsprechenden Oberfläche paßt, wobei Heizelemente aus elektrischem Widerstands-

309819/0739

draht oder Kohlenstoff- oder anderem leitenden Material als geeignetes Heizelement verwendet werden. Es ist auch bekannt, solche Einheiten in Form von z. B. eines Asbestbandes herzustellen, welches ein elektrisches Heizelement enthält, wobei das Band um die zu erhitzende Struktur so eng wie möglich herumgewickelt wird. Die bekannten Heizeinheiten sind aber ziemlich teuer, insbesondere, wenn sie passend zu einer bestimmten Gestalt angefertigt sind. Sie haben weiter eine relativ kurze Lebenszeit, da das Gewebematerial reißt und leicht verschlechtert wird und weiter Kurzschlüsse auftreten können beim Verspritzen, z. B. von Wasser lösungen. Trotz der Sorgfalt beim Anpassen solcher Heizeinheiten an die Struktur werden zwangsläufig innerhalb der Einheit und zwischen der Einheit und der Struktur Hohlräume gelassen, welche die Heizeffektivität beeinträchtigen. Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, neue und brauchbare Heizeinheiten zu schaffen, die wirtschaftlich sind und leicht an jede besonders gestaltete Struktur angepaßt werden können, um eine dicht anhaftende, porenfreie Einheit zu schaffen, die, wenn das hochtemperaturbeständige Imprägnierharz gehärtet ist, dauerhaft ist und beständig gegenüber erhöhten Temperaturen und physikalischer Verschlechterung.

,Die Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben, wobei der Beschreibung auch weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sowie weitere Vorteile entnommen werden können.

Kurz gesagt, besteht die erfindungsgemäße Heizeinheit aus Schichten aus hitzebeständigem Material, in die Heizelemente eingebettet sind und die imprägniert sind mit einem teilweise polymerisierten hoch temperaturbeständigen Harz, das ein Reaktionsprodukt eines ungesättigten Bisimids mit Polyamin ist. Der Schichtstoff kann leicht in Blatt-, Band- oder einer anderen geeigneten Form um eine zu erhitzende Struktur jeder gewünschten Gestalt in engem Kontakt mit der Oberfläche der Struktur gewickelt werden, um einen guten Wärmeübergang zu schaffen oder die Heizein-

309819/0 7 39

heit kann vollständig auf dem zu erhitzenden Objekt konstruiert werden. Nachdem sie an Ort und Stelle gebracht ist, wird ein elek· trischer Strom durch das Heizelement geschickt oder eine äußere Heizquelle angewandt, um die Härtung des harzartigen Imprägnierungsmittels zu vervollständigen und so eine Heizeinheit auf der Struktur zu schaffen, die dauerhaft und wirksam ist.

Die harzartigen Materialien, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, schließen solche ein, die in der US-Patentschrift 3 562 223 beschrieben sind, auf die hiermit Bezug genommen wird. Im allgemeinen sind die polymeren Materialien, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendbar sind_r abgeleitet von der Reaktion ungesättigter Bisimide und Polyamine. Das Bisimid kann durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

N-Q-N

worin R ausgewählt ist aus den folgenden Gruppierungen!

- ■ 1-

1 ■ ■

309819/0739

, und

^CCH3>m

sowie den halogenierten, z. B. chlorierten, Derivaten der Formeln III und IV, die bis zu 6 oder mehr Halogene enthalten. Q der Formel I ist ausgewählt aus zweiwertigen organischen Resten mit mindestens zwei Kohlenstoffatomen <spwohl halogenierten als auch nicht halogenieren) einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf, z. B. zweiwertige Kohlenwasserstoffreste mit bis zu 40 Kohlenstoffatomen und zweiwertige Gruppen, die aus zwei Arylresten bestehen, die miteinander verbunden sind durch ein Glied ausgewählt aus einem Alkylenrest mit 1 bis 10 Kohlenstoffatomen, -S-,

-SO₂-,

und -0- usw., X aus der Formel II ist ausgewählt aus

-C-

Wasserstoff, Halogen und dem Methylrest und ffl der Formel IV ist

309819/0739

225T693"

O oder 1 und die Methylgruppe in Formel IV kann anstelle jedes
Wasserstof-f es der monohydrogensubstituierten Kohlenstoff atome " j stehen. . . " i

Das Polyamin kann ausgedrückt werden durch die folgende Formel !

ι ,

V X - Q - (NH₂) :

worin Q die oben genannte Bedeutung hat, wobei jedoch Q im Imid
und im Polyamin verschiedene Bedeutung haben kann. Die Bisimide

der Formel I können im weiten Rahmen variieren, je nach den dar- :

in vorhandenen organischen Resten.· Zu den zweiwertigen Gruppen, I für die Q stehen kann, gehören z, B. zweiwertige gesättigte _; Alkylenreste mit bis zu 40 Kohlenstoffatomen, z. B. mit 1 bis ^; 10 Kohlenstoffatomen, wie Äthylen, Propylen, Butylen, Isoproyli- ^! den, Hexylen, Cyclohexylen usw., der zweiwertige Rest des
Di äthy lenoxids der Formel -CHp-CHp-O-CH.-CH-,- usw.; Arylen, wie '■ m- Phenylen, p-Phenylen, p,p'-Biphenylen, Dichlorphenylen,
Biphenylenmethylen der Formel

Bi pheny lenoxid , Bi phenylensu.lfon, Biphenylensulfid, Ketobi
phenylen der Formel

usw. Die Arylenreste können an den Stickstoff in der ortho-,
meta- oder para-Stellung gebunden sein.

Typische Beispiele für Bisimide, die zusammen mit der Polyaminverbindung der Formel V verwendet werden können, sind folgende:

309819/0739

Ν,Ν'-Äthylen-bis-maleimid, Ν,Ν'-m-Phenylen-bi s-maleimid, N,N'-p-PhenyIen-bis-maleimid, N,N'-HexamethyIen-bis-mateiraid, N,N'-p,p'-Diphenyldimethylsilyl-bis-maleimid, Ν,Ν'-ρ,ρ'-Diphenyl-^ methan-bi s-maleimid, Ν,Ν'-ρ,ρ'-Diphenyläther-bis-maleimid, N, N' -ρ,ρ'-Diphenylthioäther-bis-maleimid, Ν,Ν'-Di p-~henyl sulfon-bismaleimid, N,N'-Dicyclohexyl-methan-bis-maleimid, N_fN*-m-Xylylenbi s-ma leimi d , N , N' -ρ,ρ'-Benzophencn-bi s-ma leimid, N,N*-(3_f3'-DichLor-p,p'-t>iphenylen)bi s-ma Leimid, N, N' -p,p* -Di phenyl ät he rbis-endomethylen-tetrahydrophthalimid, Ν,Ν'-ρ,ρ'-diphenylmethanbis-tetrahydrophthaIimid usw. Halogenierte Derivate solcher Bisimide, bei denen Halogen an den Anhydridteil des Imids und an den Arylkern gebunden ist, können auch verwendet werden, ohne daß damit der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird, wie z. B. N,N'-(3,3'-Dichlor-4,4'-biphenyloxy>-bis-maleinnd_f N,N'-(3,3'-Dibrom-4,4'-diphenylmethan)-bi s-dichLoromateimid, N_fN'-4,4'-DiphenyLmethan-bi s-hexachlor-endomethylent etrahydrophthaL-itni d usw.

Zu den speziellen Polyaminen, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, gehören allein oder im Gemisch die folgenden:

p-Xylylendiamin

Bis (4-amino-cyclohexyI)methan Hexamethylendiamin Heptamethylendiamin Octamethylendiamin NonamethyIendiamin Decamethylendiamin

3-Methyl-heptamethylendiami η

4,4'-Dimethylheptamethylendiamin

2,11 -Diamino-dodecan

1,2-Bis-(3-amino-propoxy)äthan

2 ,2-DimethytpropyIendiami η

3-Methoxy-hexamethylendiamin

2,5-Dimethylhexamethylendiamin

3 0 9 8 19/0739

2 ,5-* Di met hy I hept am ethyl end i am in

5-Methylnonamethylendiami η

1 ,4-Di amino-cyclo-hexan <

1 ,12-Diamino-octadecan

2,5—Di ami no-1 ,3,4-oxadi azol

H₂N (CH₂>₃N(CH₃)(CH₂X₃NH₂

m-Phenylendiamiη

p-Phenylendiami η ^:

4,4'-Diamino-diphenylpropan I

4,4'rDiamino-diphenylmethan J

Benzidin j

4,4'-Di amino-diphenylsuLf id

4,4'-Di amino-di phenylsuI fön

3,3'-Diamino-diphenylsulfon ' ■ j

4,4'-Di amino-diphenyläther

2 ,6*-Diami no-pyridi η

Bis(4-amino-phenyl)diäthylsilan Bi s(4-amino-phenyI)diphenyl si lan J Bi s (4-amino-phenyl)phosphinoxid ί

4,4'-Di ami nobenzophenoη

Bi s(4-amino-phenyl)-N-methyI ami η

■ * ι

Bis(4-aminobutyl)tetramethyldisiloxan j

1 ,5-Diaminaaphthalin . ,

3,3'-Di methyl-4,4'-diamino-bi phenyl

3,3*-Dimethoxyben2idin

2,4-Bis(beta-amino-t-butyl)toluol

Toluoldi ami η Bi s(p-beta-amino-t-butyI-phenyl)äther

p-Bi s(2-methyl-4-ami no-pentyl)benzol

p-Bi s(1,1-dimethyl-5-amino-pentyl)benzo I

m-Xylylendiamin

Polymethylen-polyaniI in der Formel

3 0 9819/0739

;O

warin η einen Wert von 0,1 bis 10 hat und vorzugsweise etwa 0,3 ist.

Brauchbar als geeignetes Heizelement für die vorliegende Erfindung sind alle üblichen Materialien, die für elektrische Widerstandszwecke eingebettet oder imprägniert werden. Zu solchen Materialien gehören die verschiedenen elektrischen Widerstandsheiz· drähte, KohIenstoffteilchen, kohIenstoff-imprägniertes Gewebe, * leitendes Glas, leitfähig beschichtetes Material und ähnliches, wobei weitere Beispiele dem Fachmann bekannt sind.

Brauchbar als Schichtstoffstrukturmateria I sind die verschiedenen Folien oder Gewebe oder Mattenmaterialien, vorzugsweise Gewebe, wie solche aus Asbest, hochtemperaturbeständigem Polyamid oder anderen Fasern, Glas und Kombinationen solcher Materialien, die den verwendeten Temperaturen standhalten können.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Heizeinheit wird die gewünschte Zahl von Lagen des Schi cht stoff mater i al s aufeinander ge-i legt, wobei zwischen die Schichten, wie gewünscht, das geeignete Heizelement gelegt wird, sei es ein Draht oder anderer Art. Die aufeinandergelegte Struktur wird dann mit dem oben beschriebenen Harz imprägniert und gewickelt oder um die zu erhitzende Struktur herum angepaßt, um genau deren Oberfläche zu entsprechen. Andererseits können die Lagen aber auch vor dem übereinander- oder Dazwischenlegen des Heizelementes imprägniert werden. In einigen Fällen kann die am meisten erwünschte und zweckmäßigste Form die einer Folie sein, in anderen Fällen die eines Bandes,

309819/0739

— Q —

insbesondere, wenn eher irreguläre oder abgerundete oder mit einer Schulter versehene Oberflächen zu bedecken sind. Es können ' selbstverständlich Kombinationen von Bändern und Folien verwendet werden und wo das eine erwähnt ist, soll das' andere eingeschlossen sein. Der imprägnierte Schichtstoff mit dem an Ort und Stelle befindlichen Heizelement wird einfach, wie gewünscht, um das Objekt, wie ein Reaktionsgefäß , das erhitzt werden soll, gewickelt und das Heizelement wird an eine elektrische Energiequelle angeschlossen, um das Harz durch Widerstandsheizen zu härten und eine dauerhafte Kombination aus Gefäß und Heizeinheit zu schaffen. Das Harz kann auch vollständig oder teilweise durch Anwenden einer externen Heizquelle in jeder üblichen Art gehärtet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Beispieles näher erläutert.

Bei spi e I

Ein Harzvorpolymer oder ein teilweise polymerisiertes Harz wurde dadurch" hergestellt, daß man in ein mit einem Rührer und Rückflußkühler ausgerüstetes Gefäß unter Stickstoff die folgenden Bestandteile einfüllte: 164 g 2-Methoxyäthylacetat, das zum · leichten Rückfluß erhitzt wurde, woraufhin dann 29,7 g (0,15 Mol) MethylendianiLin, gefolgt von 134,3 g (0,37 Mol) Bismaleimid des Me'thylendi ani I i ns hinzugegeben wurden. Die Reaktionstemperatur [ wurde so gehalten, daß ein leichter Rückfluß für etwa 4 1/4 Stun-, den vorhanden war. Das erhaltene Material wurde dazu verwendet, i Streifen aus Glasgewebe zu imprägnieren, die in zwei Schichten ', übereinandergelegt waren und dazwischen ein Heizelement aus Nickelchromdraht (nichrome wire) enthielten. Der so hergestellte flexible Schichtstoff wurde um eine Glasstruktur gewickelt und ein elektrischer Strom durch das Heizelement geleitet, um eine Temperatur von etwa 175 ⁰C (350 ⁰F) zu erzeugen, die für 1 Stunde aufrechterhalten wurde. In diesem speziellen Fall wurde das

309819/07 39

Teil in einem Luftζirkulationsofen 17 Stunden lang bei 250 C nachgehärtet, obwohl das elektrische Widerstandsheizen ebenso gut für diese Nachhärtungsstufe verwendet werden kann. Nach dem Nachhärten war die Heizeinheit fest an der Glasbasis befestigt und stellte eine kontinuierliche, hohlraumfreie, harte, verschleißbeständige äußere Oberfläche dar, die als eine wirksame Hitzequelle für die Einheit wirkte, wenn sie mit einer elektrischen Energiequelle verbunden war.

Durch die vorliegende Erfindung sind wirksame Heizeinheiten für zu erhitzende Strukturen geschaffen, die leicht in einer angepaßten Weise aufgebracht werden können.

309819/0739

Claims (5)

1. Patentansprüche

   1/ Kombination aus einer zu erhitzenden Struktur und einer der Struktur angepaßten Heizeinheit, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinheit einen Schicht-

   ' stoff umfaßt, in den elektrische Widerstandsheizeinrichtungen eingebettet sind, wobei der Schichtstoff mit einem hartbaren, hochtemperaturbeständigen Harz imprägniert ist.
2. 2. Kombination nach Anspruch 1, dadurch ■ gekennzeichnet, daß das Harz das Reaktionsprodukt eines ungesättigten Bisimids der Formel I und eines Polyamine der Forme Γ V i s t.
3. 3. Verfahren zum Schaffen einer zu erhitzenden Struktur zusammen mit einer Heizeinheit, g e k e η η ζ e i c h η e t durch das angepaßte Umwickeln der Struktur mit einer flexiblen Schichtstoffstruktur, in die ein elektrisches Widerstandsheizelement eingebettet ist, wobei der Schichtstoff mit einem härtbaren Hochtemperaturharz imprägniert ist, das das Reaktionsprodukt eines ungesättigten Bisimids der Formel I und eines Polyamine der Formel V ist.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn-, zeichnet, daß die Heizeinheit hergestellt wird durch ; Auflegen von harzimprägnierten Schichtstoffen aus hitzebe- ! ständigem Material, mit Zwischenschichten aus einem elektri- ^: sehen Widerstandselement auf die Struktur. j
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- , zeichnet, daß die Schichtstoffe harzimprägniert auf I die Struktur aufgebracht werden.

   3098 19/07 39