DE3319296A1 - Aus mit einem harz impraegniertem graphit bestehendes werkstueck und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Aus mit einem harz impraegniertem graphit bestehendes werkstueck und verfahren zu seiner herstellung

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Description

Aus mit einem Harz imprägniertem Graphit bestehendes Werkstück und Verfahren zu seiner Herstellung
Die Erfindung betrifft ein Werkstück, das aus mit einem Harz imprägniertem.Graphit besteht, so wie ein Verfahren zur Herstellung eines■solchen Werkstückes.
Unter imprägniertem Graphit versteht man einen künstlichen Graphit, der durch eine oder mehrere Tränkungen oder Imprägnierungen mit einem Harz undurchlässig gemacht ist. Das Harz kann aus der Gruppe der duroplastischen Harze oder der Gruppe der thermoplastischen Harze stammen.
Derartiger imprägnierter Graphit wird hauptsächlich für industrielle Anwendungen eingesetzt, insbesondere auf dem chemischen Sektor, wo er zur Herstellung von Werkstücken wie etwa Kolonnen und deren Teilen' und Zubehör, zum Beispiel Scheiben, Injektoren usw., von Wärmetauscherblöcken, von Rohrtauscherplatten usw. verwendet werden kann.
Ein Nachteil imprägnierten Graphits sind seine mäßigen mechanischen Eigenschaften, insbesondere seine geringe Zug- und Biegefestigkeit. Außerdem ist imprägnierter Graphit ein sehr weiches Material, das dementsprechend anfällig für Abrasion und Erosion ist. Dies führt dazu, daß mit sehr erheblichen Materialstärken ' gearbeitet werden muß, bestimmte Konstruktionen sich sogar nicht ausführen lassen, vor allem im Fall von Gefäßen oder Geräten, die unter Innendruck stehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkstück der einleitend angegebenen Art mit verbesserten mechanischen Eigen-
schäften des imprägnierten Graphits sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkstückes zu schaffen.
Diese Aufgabe ist für das Werkstück erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine seiner Oberflächen mit einer Verstärkung aus mit Harz imprägnierten Fasern versehen ist, wobei das Harz' den imprägnierten Graphit und die Verstärkung innig verbindet. . ·' '
Das Harz kann das selbe sein wie dasjenige-für die Imprägnierung des Graphits, beispielsweise ein duroplastisches oder ein thermoplastisches Harz:.
Die Faserverstärkung wird auf dem Werkstück dort aufgebracht, wo die Beanspruchungen (Spannungen) und/oder die Kräfte am höchsten sind.
Da der imprägnierte Graphit und die Verstärkung innig miteinander verbunden sind, trägt die Verstärkung zur Festigkeit des Werkstückes insgesamt bei. ■
Es liegt auf der Hand, daß die Anordnung der Verstärkung von der Bestimmung des Werkstückes abhängt, wie sie allein beispielshalber vorstehend genannt wurde,'ohne daß hierin eine Beschränkung des Verwendungsbereiches eines derartigen Graphitwerkstückes zu sehen ist.
Die die Verstärkung bildenden Fasern können in Form eines Gewebes, einer Matte, eines aus Fäden bestehenden Wickels, eines Tuches mit gleichgerichteten Fasern oder mit sich kreuzenden Fasern usw. vorliegen.
Die Verstärkung kann aus einer oder mehrerer derartiger Lagen bestehen, wobei die Fasern unterschiedlicher Lagen eine von Lage zu Lage wechselnde Orientierung haben können.
— d ■ —
BAD ORIGINAL COPY
Die Fasern können aus kohlenstoff, aus Graphit, aus Glas, aus Siliciumdioxyd, aus Aluminiumoxyd, .aus Bor oder aus vergleichbaren Materialien bestehen.
Bekanntlich haben bestimmte Fasern sehr gute mechanische und physikalische Eigenschaften sowie eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, so etwa Kohlenstoff- oder Graphitfasern. Man kann folglich deren·Eigenschaften zur örtlichen, Verbesserung des Werkstückes aus imprägniertem Graphit benutzen.
Das Verfahren zur Herstellung eines solchen Werkstückes besteht darin, daß zumindest ein Teil des Werkstückes aus künstlichem Graphit mit einer faserförmigen Verstärkung bedeckt wird, daß anschließend das Werkstück einschließlich der Verstärkung mit Harz getränkt wird und daß dann das Harz .zur Aushärtung gebracht wird.
Weiterbildungen und Abwandlungen sind entsprechend dem Verwendungszweck des Werstückes möglich. So können etwa die Fasern mit Harz vorimprägniert werden und nach dem teilweisen Aushärten des Harzes kann das Werkstück im Bedarfsfall bearbeitet werden, bevor es insgesamt vollständig imprägniert wird.
Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung:.
Beispiel 1
Dieses Beispiel bezieht sich auf ein aus imprägniertem Graphit bestehendes Werkstück, das als zylindrischer Block eines Wärmetauschers mit sich kreuzenden Kanälen ausgebildet und in Figuren 1 und 2 dargestellt ist.
Figur 1 ist ein Schnitt und Figur 2 zeigt eine Aufsicht auf einen derartigen Block.
Der Block -1 besteht aus mit Phenolharz imprägniertem Graphit,
$AD ORIGINAL ,COPV
der mit Reihen von zu seiner Achse parallelen Kanälen· 2 vergehen ist, durch die ein korrosives Fluid zirkuliert, und mit Reihen von die ersten Kanäle nicht schneidenden und rechtwinkelig zu der Achse des Blocks verlaufenden Kanälen 3, durch die ein Wärmeträgermedium zirkuliert. In Figur 2 sind aus zeichnerischen Gründen lediglich drei Reihen von' Kanälen 2 dargestellt. .Die anderen Reihen sind durch strichpunktierte Linien angedeutet.
Die beiden Stirnflächen des Blocks sind jeweils mit einer Verstärkung 4 versehen, die aus mehreren Lagen eines Gewebes aus mit einem Phenolharz imprägniertem Kohlenstoff bestehen.
Der Block kann in folgender Weise hergestellt werden:
'- Auf die zwei Stirnflächen" des Blocks 'werden mehrere Lagen eines Kohlenstoffgewebes aufgebracht, die durch ein vorpolymerisiertes Phenolharz an ihrem Ort gehalten werden. Das Aufbringen geschieht in folgender'Weise: Auf jede Stirnfläche des Blocks wird eine Lage des Kohlenstoffgewebes aufgelegt, die mit prepolymerisiertem Phenolharz eingestrichen ist; mit den. weiteren Lagen wird ebenso verfahren·.
- Nach teilweiser Polymerisation des Harzes werden die zwei ' Kanalnetze durch entsprechende Bearbeitung erzeugt.
- Schließlich wird der Block einschließlich der.Verstärkung mit Phenolharz imprägniert, das ih bekannter Weise dann polymerisiert wird.
Gegebenenfalls ist eine Nachbearbeitung möglich·, z.B. dann, wenn Dichtflächen erforderlich sind.
Es wurden Vergleichsversuche mit imprägnierten, nicht verstärkten Graphitblöcken und mit Blöcken nach dem vorliegenden Beispiel ausgeführt. ~ 7 ~
Es wurde .festgestellt, daß .
— ein Graphitblock mit einem Durchmesser vom 2 00 mm, einer Höhe von 350 mm bei einer Druckkraft von 30 000 daN Sprünge oder Risse zeigt,
*-. daß der gleiche Block mit Verstärkung erst bei einer Druckkraft von 44 000 daN beginnt, Sprünge oder Risse zu zeigen. ■ ·
Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil ist mithin augenfällig. Bei aus Blöcken bestehenden Wärmetauschern werden die ersteren übereinander gestapelt und in ihrer Lage durch eine innere Druckkraft gehalten, die die Dichtheit gewährleistet. Durch die erhebliche Erhöhung der Druckfestigkeit der Blöcke wird die große Gefahr einer Rißbildung· beträchtlich verringert.
Es wurde außerdem festgestellt, daß die gemäß der Erfindung verstärkten' Blöcke eine erheblich vergrößerte Erosionsfestigkeit haben. Versuche zeigten, daß'unter sonst gleichen Umständen die abgetragene Materialmenge' sechsmal kleiner als bei nicht verstärkten Blöcken ist. ·
Beispiel 2 .·. ■ ■ .
Bei diesem Beispiel ist das Werkstück eine kreisförmige Platte aus imprägniertem Graphit für einen Rohrtauscher,. wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt.
Figur 3 ist ein Schnitt und Figur 4 eine Aufsicht auf eine derartige Platte.
Die kreisförmige Platte 5 besteht aus mit Phenolharz imprägniertem Graphit, in den eine Anzahl von zylindrischen Löchern 6 gebohrt ist, die als Aufnahmen für Rohre 7 und für das Hindurchleiten eines korrosiven Fluids dienen. In Figur 4 sind nur einige Löcher 6 dargestellt. Die weiteren Löcher sind in den Schnitt punkten der strichpunktierten, sich kreuzenden Linien zu denken.
BAD ORIGINAL - 8 -COPY
Die zwei Stirnflächen der Platte sind jeweils mit einer Verstärkung 8 ausgestattet, die aus mehreren Lagen eines mit Phenol-.harz imprägnierten1 Kohlenstoffgewebes bestehen.
piese Platte kann in folgender Weise hergestellt' werden: Ausgehend von einer vorbearbeiteten Platte aus künstlichem .Graphit
- werden auf die zwei Stirnflächen dieser Platte mehrere Neigen aus Kohlenstoff gewebe aufgelegt, die durch prepolymerisiertes Phenolharz' an ihrem Ort gehalten werden. Das Auflegen geschieht folgendermaßen: Auf jede Stirnfläche der Platte wird eine Schicht aus Kohlenstoff gewebe aufgelegt, die mit prepolyme'risiertem Phenolharz· eingestrichen ist; die weiteren Schichten werden in,gleicher Weise aufgebracht.
- Nach teilweiser Polymerisation des Harzes werden sämtliche Löcher erzeugt. -"·...
- .Schließlich wird die Platte einschließlich Verstärkung mit Phenolharz imprägniert, das in bekannter Weise zum Aushärten gebracht wird.
Eine Nachbearbeitung de Dichtflächen und· der Aufnahmen für die Rohre kann nötigenfalls durchgeführt werden.
Vergleichsversuche mit Rohrtauscherplatten aus imprägniertem, nicht verstärktem Graphit und mit Rohrtauscherplatten nach dem vorliegenden Beipiel wurden durchgeführt. Es würde festgestellt, daß die Erosionsfestigkeit der verstärkten Platten des Rohrtauschers erheblich verbessert wird. Versuche haben gezeigt, daß unter sonst gleiche Umständen die abgetragene Materialmenge bis zu sechsmal geringer als bei nicht verstärkten Platten für Rohrtauscher ist.
— Q —
■ 331929G
Darüberhinaus führt die Verstärkung der' beiden Sirnflachen der Platte des Rohrtauschers zu einer erheblichen Vergrößerung der Biegefestigkeit.
Vergleichsversuche zwischen einer nicht verstärkten Platte aus. imprägniertem Graphit für einen rohrförmigen Tauscher und einer. Platte aus imprägniertem Graphit von 25 mm Durchmesser/ die auf jeder Stirnfläche mit einer Verstärkung von 1 mm Dicke aus mehreren Lagen eines Kohlenstoffgewebes versehen war, zeigte, daß die Biegefestigkeit der Platten des Rohrtauschers nach der Erfindung um 40 % höher als diejenige der nicht verstärkten Platten war. ·
Der durch eine derartige Verbesserung der Biegefestigkeit dieser Platten erzielte Vorteil liegt auf der Hand, da die hauptsächliche. Beanspruchung der Platten eine Biegebeanspruchung ist. Wenn also die Biegefestigkeit höher ist, kann die Dicke der Platten verringert werden.

Claims (1)

  1. Patentanwalt©
    Dietrich Lewinsky
    Heinz - Joachim Hubejr
    Reiner Prietsch
    Qotthardstr. 81
    8000 München
    Le Carbone-Lorraine S.A. 27. Mai 1983
    14.748-IV/ek
    •Patentansprüche :
    1/. Aus mit einem Harz imprägniertem Graphit bestehendes Werkstück; dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine seiner Oberflächen mit einer Verstärkung aus mit Harz imprägnierten Fasern versehen ist, wobei das Harz den imprägnierten Graphit und die Verstärkung innig verbindet.
    2.' Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 'die Faserverstärkung und der Graphit mit dem selben Harz imprägniert sind.
    3. Werkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein wärmehärtendes Harz oder ein thermoplastisches Harz ist.
    4. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verstärkung bildenden Fasern die Form eines Gewebes, einer Matte, eines Fadenwickels, eines Tuches oder eines Vließes haben.
    5. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus Kohlenstoff, Graphit, Glas, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid oder Bor bestehen.
    . Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , BAD ORIGINAL
    als zylindrischer Block (1) eines Wärmetauschers, der auf seinen beiden Stirnflächen mit der PaserverStärkung (4) versehen ist.
    7. Werkstück nach einem der·'Ansprüche- 1. bis 5, als kreisförmige Platte (5) für einen Rohrtauscher, ,die an ihren beiden Stirnflächen mit der Faserverstärkung (8) versehen ist. " ■ .
    8. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Werkstückes aus künstlichem Graphit mit einer faserförmigen Verstärkung bedeckt wird, daß anschließend das Werkstück einschließlich der Verstärkung mit Harz getränkt wird und daß dann das Harz zur Aushärtung gebracht wird. . .
    9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern der Verstärkung mit Harz vorimprägniert werden.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Vorimprägnierung der Fasern das gleiche Harz verwendet wird wie für die Tränkung oder Imprägnierung des Werkstückes einschließlich seiner Verstärkung.
    ■11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor der Imprägnierung bearbeitet wird.
    BAD ORIGINAL
DE3319296A 1982-05-28 1983-05-27 Block oder Platte aus imprägniertem Graphit/Faser-Verbundwerkstoff und Herstellverfahren hierfür Expired DE3319296C2 (de)

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IT (1) IT1169418B (de)

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