DE2413596C2

DE2413596C2 - Verwendung von Scheiben aus Graphitlaminat als Berstsicherung

Info

Publication number: DE2413596C2
Application number: DE19742413596
Authority: DE
Inventors: Erwin Schwarz; Hermann Ing.(grad.) 8901 Meitingen Unger; Friedrich 8906 Gersthofen Wagner; Robert 8900 Augsburg Öttl
Original assignee: Sigri Elektrograhit GmbH
Current assignee: Sigri GmbH
Priority date: 1974-03-21
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1982-07-08
Also published as: DE2413596A1; IT1034358B; FR2265023A1; GB1458931A; FR2265023B1

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Scheiben aus Graphitlaminat als Berstsicherung.

Zur Sicherung von Druckbehältern und sonstigen abgeschlossenen Räumen gegen Oberschreiten des zulässigen Höchstdrucks ist es bekannt, Berstsicherungen zu verwenden, die aus duktilen metallischen Werkstoffen oder aus einem spröden keramischen Werkstoff hergestellt sind. Es sind insbesondere Berstsicherungen aus porösen Graphitscheiben bekanntgeworden, die durch eine Imprägnierung mit einem härtbaren Kunstharz, wie z. B. Phenolformaldehyd-Harz oder Furanharz, für Gase und Flüssigkeiten undurchlässig gemacht wurden. Derartige Berstscheiben lassen sich nur unterhalb der Zersetzungstemperatur des jeweiligen Imprägnierharzes verwenden und zudem verringern sich Festigkeit und Berstdruck mit steigender Temperatur beträchtlich τ- im Temperaturbereich von 0-150⁰C im Durchschnitt um ca. 20% —, so daß nicht nur für eine bestimmte Druckstufe, sondern auch für die jeweilige Verwendungstemperatur besondere Scheiben erforderlich sind.

NaJi der DE-AS 12 09 388 ist es bekannt, als Berstsicherung vorgesehene Graphitscheiben mit einer Schicht aus Pyrokohlenstoff zu überziehen. Pyrokohlenstoff ist gasundurchlässig, temperaturbeständig und die Festigkeit ist von der Verwendungstemperatur praktisch unabhängig. Da die Ablagerung des Pyrokohlenstoffs, beispielsweise durch thermische Zersetzung eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs, sich jedoch nicht auf die Oberfläche der Graphitscheiben beschränkt, sondern in wechselnden Mengen auch im Inneren der Graphitscheibe an den Porenwandungen erfolgt, ändern sich Festigkeit und Berstdruck in einer mit ausreichender Genauigkeit nicht vorhersehbaren Weise, wodurch eine auch nur näherungsweise Berechnung der Berstfestigkeit unmöglich wird.

Nach der DE-OS 21 43 939 ist es schließlich bekannt, nicht-imprägnierte, mit einer impermeablen Folie, z. B. eine Graphitfolie, belegte Graphitscheiben als Berstsicherung zu verwenden. Berstfestigkeit und Ansprechgenauigkeit dieser Elemente werden im wesentlichen allein durch Festigkeit und Streubereich des verwendeten Graphits bestimmt, so daß geeignete Chargen durch Bestimmung dieser Parameter ausgewählt werden können. Infolge der verhältnismäßig großen Streuung der Qualitätsparameter und des Fehlens geeigneter zerstörungsfreier Prüfmethoden ist der für die Auswahl geeigneter Graphitscheiben notwendige Prüfungsaufwand jedoch sehr groß.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile der bekannten Berstsicherungen aus Graphit zu vermeiden und insbesondere die Ansprechgenauigkeit zu verbessern sowie den Prüfungsaufwand zu verkleinern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Verwendung von durch Preßfonnung von expandierten Graphitteilchen hergestellten Scheiben aus Graphitlaminat gelöst Besonders vorteilhaft ist nach der Erfindung die Verwendung von Graphitlaminatscheiben, zu deren Herstellung expandierte Graphitteilchen zu Folien ausgewalzt, die Folien gestapelt und zu Scheiben verpreßt werden.

Zum Herstellen von expandierten Graphitteilchen oder Blähgraphit ist es bekannt, flockenförmigen Naturgraphit mit Oxidationsmitteln, wie z. B. konzentrierter Schwefelsäure oder Kaliumchlorat oder Mischungen wie Schwefelsäure und Salpetersäure zu behandeln und anschleißend innerhalb von einigen Sekunden auf etwa 1000° C zu erhitzen. Die Graphitkristalle expandieren dabei in Richtung der kristallographisehen c-Achse um mehr als das lOCfache, wobei wurmförmig expandierte Teilchen entstehen, die anschließend ohne Zusatz von Bindemitteln auf Gesenkpressen zu scheibenförmigen Körpern geforrr.. werden, die infolge der Ausrichtung der Expandatteilchen beim Verdichten eine Schichttextur erhalten. Nach einem anderen Verfahren werden die expandierten Graphitteilchen auf Walzenstühlen zu Folien mit etwa 0,2-0,5 mm Dicke ausgewalzt, die Folien übereinandergestapelt und auf einer Gesenkpresse ivu laminatartigen Scheiben zusammengepreßt.

Graphitlaminatscheiben sind für Flüssigkeiten und Gase undurchlässig; der in Luft nach der Vakuumzerfallsmethode gemessene Permeabilitätskoeffizient beträgt etwa ΙΟ-⁸ -10-^|2cm²/s. Gegen korrodierende

jo Stoffe ist Graphitlaminat ebenso beständig wie herkömmliche Graphitteile und kann in der gleichen Weise verwendet werden. Der wesentliche Vorteil von Graphitlaminat ist die geringe Streuung der Festigkeit innerhalb jeder Scheibe und die für Graphitprodukte hervorragende Reproduzierbarkeit der Festigkeitsparameter, so daß der für den jeweiligen Verwendungszweck erforderliche Berstdruck in einfacher und sicherer Weise aus der Rohdichte und der Dicke der Platten vorausberechnet werden kann. Der Prüfungs-

aufwand ist entsprechend gering und besteht im wesentlichen darin, daß an wenigen Stücken jeder

Charge die Gültigkeit einer für das Graphitlaminat festgelegten Eichkurve geprüft wird.

Die Verwendung von Graphitlaminat als Berstsicherung wird im folgenden beispielhaft beschrieben:

Beispiel 1

Cirka 40 Gramm expandierte Graphitteilchen mit

-,o einem Partikeldurchmesser von 1—5 mm wurden mit einem Druck von 153 bar auf einer Gesenkpresse zu Scheinen mit einem Durchmesser von 90 mm verpreßt, wobei die Verdichtung durch einen in das Gesenk eingelegten 5 mm hohen Distanzring begrenzt war. In einem zweiten Versuch betrug die Einwaage ca. 39 g.

Zur Prüfung des Berstdrucks wurden die Scheiben .zwischen Prüfflansche mit 50mm freiem Durchmesser eingespannt und der Druck gleichmäßig bis zum Bruch der Scheiben gesteigert.

Rohil lile (g/tm'l Dicke (mm)

Berstdruck (bar)

1.25

■ 1,24
1,25

5.0
5,0
5.0
5,0

6.30
6,25
6.32
6.40

6,32

Robdichte (g/cm³) Picke (mm)

Berstdruck (bar)

5,1
5,1
5,1
5,0

5,59 5,83 5,88 5,54 5,71

Zur Prüfung des Zeitstandverhaltens wurden anschließend 5 mm dicke Scheiben mit einer mittleren Rohdichte von 1,20 g/cm³ 8 h lang mit 3,5 bar belastet und der Druck dann bis zum Bersten der Scheiben erhöht

Rohdichte (g/cm ) Dicke (mm)

Berstdruck (bar)

5.0
5,0
5,!
5,1

5,78 5,93 5,83 5,88 5,86

Die Berstfestigkeit änderte sich unter diesen Bedingungen nicht, wohingegen die Festigkeit metallischer Berstsicherungen im gleichen Test um etwa 5-10% abfällt.

Beispiel 2

Aus den in Beispiel 1 beschriebenen expandierten Graphitteilchen wurden auf einem Walzenstuhl 0,5 mm dicke Folien mit einer Rohdichte von 0,7 g/cm³ hergestellt. Jeweils zehn aus den Folienbahnen gestanzte kreisrunde Scheiben mit einem Durchmesser von 90 mm wurden in einem Gesenk übereinandergestapeit und mit einem Druck von ca. 150 bar zu laminatartigen Scheiben verpreßt, deren Berstfestigkeit unter den oben genannten Bedingungen ermittelt wurden.

Roh Jichte (g/cm³) Dicke (mm)

Berstdruck (bar)

2,4
2,4
2,5
2,4

6,80 7,05 6,96 7,00 6,92

Der mittlere Btrstdruck von aus der gleichen Charge entnommenen, zunächst für 8 h mit einem Druck von ca. 4 bar beaufschlagten und anschließend bis zum Bruch belasteten Laminatschei^en betrug 6,95 bar.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von durch Preßformung von expandierten Graphitteilchen hergestellten Scheiben aus Graphitlaminat als Berstsicherung.

2. Verwendung von Graphitlaminatscheiben nach Anspruch I₁ zu deren Herstellung expandierte Graphitteilchen zu Folien ausgewalzt, die Folien gestapelt und zu Scheiben verpreßt werden.