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Chemikalienbeständige Gefäße, Apparate und Vorrichtungen für Fabrikations-und
Lagerzwecke. Die durch ihre sehr gute Chemikalienbeständigkeit bekannten Phenolformaldehv
dkondensationsprodukte gehören zu den Stoffen, deren chemische Widerstandsfähigkeit
zwar allseitig anerkannt wurde, die aber zum Bau großer chemischer Apparate und
Gefäße bisher ungeeignet erschienen. Dies ist wohl darauf zurückzuführen, daß man
bisher nur zwei Möglichkeiten kennt, um aus Phenolaldehvdkunstharzen Gegenstände
mit dichtem Scherben herzustellen, und zwar r. durch Gießen des flüssigen oder geschmolzenen
Kondensationsproduktes oder a. durch Härten bestimmter Kunstharzgemische in der
Heißpresse unter Anwendung von außerordentlich hohem Überdruck.
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Beide Verfahren scheiden bei der Herstellung großer Apparaturen ohne
weiteres aus, denn einerseits ist die Schwindung beim Härten der gegossenen Körper
so erheblich, daß man Hohlkörper fast überhaupt nicht, volle Blöcke auch nur bis
zu einigen Kilogramm Gewicht herstellen kann. Andererseits aber benötigt man zum
Heißpressen so schwere und kostspielige Apparate und Formen, daß die Herstellung
eines beispielsweise mehrere Kubikmeter großen Bottichs schon %aegen der außerordentlich
hohen Unkosten nicht in Frage käme. Vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis,
daß man Gefäße und Apparate beliebiger Dimensionen aus Phenolaldehvdharzen herstellen
kann. wenn man auf absolute Dichtigkeit des .Scherbens verzichtet. Diese Apparate
entsprechen trotz ihres saugenden Scherbens den weitgehendsten Anforderungen der
chemischen Industrie an Dichtigkeit und Chemikalienbeständigkeit. soweit das Kondensationsprodukt
selber gegen ;lie betreffenden Chemikalien widerstandsfähig ist. Es wurde sogar
festgestellt, daß die saugende Beschaffenheit des Scherbens gerade beim Bau chemischer
Apparate vielfach ganz besondere Vorteile mit sich bringt und daher für gewisse
Zwecke sogar künstlich erzeugt werden muß.
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Die Herstellung beliebig großer Gefäße und Apparate erfolgt nach dem
vorliegenden Verfahren außerordentlich einfach. Angeteigte Kunstharzgemische werden
in offenen Formen durch Stampfen, Kneten, Walzen oder ähnliche offene Druckverfahren
geformt, worauf die Härtung in denselben offenen oder nachgiebig verschlossenen
Formen in üblicher Weise erfolgt. Für die Herstellung der Kunstharzgemische nimmt
man das Kondensationsprodukt in mehr oder weniger flüssiger bzw. gelöster Form und
gibt so viel säurebeständiges
Füllmittel zu, rlaß eine Mischung
entsteht, die teigförmig knetbar und nicht mehr übermäßig klebrig ist. Die günstigsten
Mischungsversuche können von Fall zu Fall durch Handversuche festgestellt ,werden..
Die Formen, in denen diese Knetmischungen verarbeitet werden, sind im Gegensatz
zu den bisher üblichen Preßformen offen; das Einbringen in die Form erfolgt etwa
wie beim Zementbeton. Zum Stampfen, Walzen o. dgl. kann man sowohl blanke Metallwerkzeuge
wie auch Werkzeuge aus Holz oder Kunstmassen anwenden. Um das lästige Ankleben der
Masse an die Walz- bzw. Stampfwerkzeuge zu verhindern, wird die zu stampfende oder
walzende Oberfläche von Zeit zu Zeit mit einem inerten Pulver, z. B. Quarzrxiehl,
Talkum usw., bestreut. Die Härtung erfolgt auf bekannte Art durch Hitzeanwendung
in offenen Kammern oder in Druckgefäßen. Wesentlich ist es nur, daß die herzustellenden
Werkstücke während des Härtens keinem starren Stempeldruck unterliegen wie bei dem
Heißpreßverfahren, da sonst bei den in Frage kommenden großen Werkstücken durch
die unvermeidliche Schwindung der Masse während des Härtens gefährliche Spannungen
und Risse entstehen würden. Ein nachgiebiger Verschluß der Formen ist dagegen zulässig
und mitunter sogar empfehlenswert; nur muß die Bedeckung tatsächlich so beschaffen
sein, daß diese die Schwindung zuläßt.
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Die auf diese Weise hergestellten Werkstücke zeigen beim Durchschneiden
oder Durchbrechen einen saugenden Scherben, wogegen die Oberfläche in der Regel
mit einer dichten und undurchlässigen Kruste bedeckt ist. Wenn die Werkstücke für
hohe Temperaturen beansprucht werden sollen, so muß vor der Weiterbearbeitung die
dichte Kruste mindestens auf der einen Seite, zweckmäßig aber auf allen Außenflächen
entfernt werden, um die Gegenstände auch im Innern ausreichend aushärten zu können.
Die größte Schwierigkeit beim Härten besteht darin, die letzten Reste von flüchtigen
Bestandteilen, wie z. B. Phenolreste, Ammoniak, Lösungsmittel usw., aus dem Kondensationsprodukt
herauszutreiben. Die undurchlässige Kruste würde das Entweichen dieser flüchtigen
Bestandteile verhindern und, was noch gefährlicher ist, beim Erhitzen auf Temperaturen
von über 13o° durch die Dampfspannung der noch unenefernten flüchtigen Bestandteile
Blasenbildungen verursachen. Die Entfernung der Kruste kann mit den bekannten mechanischen
Hilfsmitteln erfolgen, so z. B. durch Schleifen oder mittels eines Sandstrahlgebläses
usw. Die entkrusteten Werkstücke «-erden nunmehr allmählich steigend auf die Temperatur
erhitzt, bei der sie benutzt werden sollen. Man kann nun Temperaturen bis ?oo° und
darüber erreichen. Die Erhitzungsdauer richtet sich nach der Stärke der Werkstücke
und insbesondere danach, ob das angewendete Kondensationsprodukt mehr oder weniger
Überschuß an flüchtigen Bestandteilen enthält. Die Härtedauer beträgt bei sehr großen
Werkstücken gegebenenfalls 3o bis 70 Stunden, eventuell noch mehr.
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Die Porenmenge der so hergestellten Gegenstände ist gering. Sie übersteigt,
an der Wasseraufnahme gemessen, in der Regel kaum i bis 3 Prozent des Gesamtvolumens.
Natürlich läßt sie sich vergrößern oder verkleinern, j e nachdem ob man dichte Füllstoffe,
wie Quarzmehl, oder poröse Füllstoffe, wie Kieselgur, in Verbindung mit mehr oder
weniger Kondensationsprodukt anwendet. Je mehr Kondensationsprodukt die Mischung
enthält, d. h. je »schmieriger« sie ist, um so dichter wird der Scherben. Eine Porenmenge
von i bis 3 Prozent reicht in der Regel vollkommen aus, um eine gute Durchhärtung
zu ermöglichen. Sollen die Werkstücke aber plötzlichen und hohen Temperaturschwankungen
ausgesetzt werden, so ist es mitunter zweckmäßig, die Porenmenge etwas höher zu
wählen, Die so hergestellten Gegenstände können durch nachträgliches Tränken mit
einem härtbaren Phenolaldehydkondensationsprodukt abgedichtet werden. Das Tränkungsmittel
dringt je nach der Dünnflüssigkeit und nach der Art des Tränkungsverfahrens mehr
oder weniger tief ein und erzeugt eine vollkommen dichte, undurchlässige und mechanisch
außerordentlich widerstandsfähige Oberfläche. Man kann die Tränkung z. B. unter
Zuhilfenahme von Vakuum und Druck ganz besonders intensiv gestalten. In manchen
Fällen genügt es aber schon, die saugende Oberfläche mit dem dünnflüssigen Kondensationsprodukt
mehrere Male anzustreichen. In vielen Fällen ist es günstig, wenn nur die eine Seite
des Werkstückes abgedichtet wird, wie aus Beispiel e weiter unten ersichtlich ist.
In derartigen Fällen wird zweckmäßig diejenige Fläche abgedichtet, die gegen mechanische
Verletzungen durch ihre Lage oder durch eine Panzerung o. dgl. geschützt ist.
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Bisher wurden bei der Verwendung von Phenolaldehydkondensationsprodukten
von plastischen Massen mit besonderer Vorliebe faserige Stoffe als Zusatzstoffe
angewandt. Für Gegenstände, die besonders widerstandsfähig sein sollten, nahm man
in erster Linie Asbestfaser. Es wurde festgestellt, daß die handelsüblichen Asbestsorten
zur Herstellung von chemikalienbeständigen Gefäßen u. dgl. nicht geeignet sind.
Die Porenmenge der aus
handelsüblichem Asbest hergestellten Gegenstände
vergrößert sich besonders in Berührung mit Säuren ganz erheblich von i bis 3 Prozent
bis 5o Prozent und sogar noch mehr. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die handelsüblichen
Asbestsorten, auch wenn sie als säurebeständig bezeichnet sind, bis zu
60 Prozent säurelösliche Bestandteile enthalten, die im Laufe des Gebrauchs
natürlich ausgelaugt werden, wodurch die Werkstücke in kurzer Zeit zerstört werden.
Es wurde festgestellt, daß dieser Übelstand dadurch behoben «-erden kann, daß man
den zu verwendenden Asbest vor der Verarbeitung mit verdünnten Säuren, z. B. Salzsäure,
aufschließt, wodurch bis auf einen geringen, unschädlichen Rest sämtliche löslichen
Bestandteile entfernt werden. Für diese Operation sind allerdings nicht alle Asbestsorten
geeignet. Manche Asbestsorten (Serpentinasbest) werden durch verdünnte Säuren vollkommen
zerstört und bleibt nach der Behandlung nur Kieselsäure übrig. Es gibt aber Asbestsorten
(Hornblendeasbest), die die Säurebehandlung ohne Zersetzung aushalten. Diese Asbestsorten
haben sehr hohen Kieselsäuregehalt und enthalten in der Regel nicht mehr als i bis
12 Prozent säurelösliche Bestandteile. Es war bisher nicht bekannt, daß die mit
Säuren derart ausgelaugten Asbestsorten eine genügende Festigkeit besitzen, um zur
Herstellung von so hoch beanspruchten Werkstücken, wie chemische Apparaturen, dienen
zu können.
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Beispiel i.
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Es soll ein zylindrischer Bottich mit flachem Boden von 2 m lichter
Weite, :2m Höhe, d0 mm Wandstärke und 5o mm Bodenstärke hergestellt «-erden. X ach
vorliegendem Verfahren kann die Zarge aus einem Stück und der Boden ebenfalls aus
einem Stück hergestellt werden. Der Zusammenbau erfolgt nach gründlicher Durchhärtung
der beiden einzelnen Teile.
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Für die Formung der Zarge benötigt man als Form einen mit Winkeleisen
versteiften, aus zwei oder mehreren auseinandernehmbaren Segmenten zusammengesetzten
eisernen Zylinder von einer lichten Weite von 2 080 min und einer Länge von 2 m.
Diese ans Segmenten bestehende Form wird fest zusaminengeschraubt und auf einen
geeigneten niedrigen Wagen auf Rollen gelegt, die derart beschaffen sind, daß der
Zylinder uni seine horizontale Achse gedreht «-erden kann. Nun wird auf die innere
Fläche des Blechmantel die teigförmige, plastische Masse aufgebracht, «-elche z.
B. aus 5o Prozent flüssigem Kondensationsprodukt und 50 Prozent Asbestfasern
bestehen kann. Selbstverständlich können von Fall zu Fall auch andere geeignete
Zusatzstoffe und andere Mischungsverhältnisse in Frage kommen. Die aufgebrachte
teigförmige Masse wird in 40 min Stärke aufgewalzt, wobei man, um das Kleben an
der Walze zu verhindern, die teigförmige Masse von Zeit zti Zeit mit Ouarzpulver
o. dgl. bestreut. Die bereits in richtiger Stärke aufgewalzte Masse wird mit Blechsegmenten
bedeckt, die ebenfalls mit Winkeleisen versteift werden können. Diese Segmente dienen
dazu, um zu verhindern, daß die bereits aufgewalzte Masse durch ihr eigenes Gewicht
herunterrutscht, wenn der äußere Zvlinder während der Arbeit auf den Rollen gedreht
wird. Die innere Verschalung muß elastisch bzw. nachgiebig sein, und zwar derart,
daß die inneren Segmente während des Härtens - wobei die Zarge aus der Kunstharzmasse
nicht unerheblich schwindet - nachgeben können. Die Ausführung dieser elastischen
und nachgiebigen Verbindung kann technisch auf verschiedene Art ausgeführt werden.
-Nachdem das Auswalzen und Zudecken der Zarge erfolgt ist, wird sie mit dem Rollenwagen
in den Härteofen geschoben, wo sie bei allmählich steigender Temperatur gehärtet
wird. Ob der Härteraum unter atmosphärischem oder höherem Druck steht, ist an und
für sich belanglos. Die Formung des Bodens kann ebenfalls durch Auswalzen auf einer
Blechunterlage erfolgen; in diesem Falle ist das Zudecken der gewalzten, plastischen
Schicht nicht nötig.
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Die bereits ausgehärtete Zarge und der Boden werden z. B. mit Winkeleisenversteifungen
zusammengefügt und die kreisförmige Fuge mit dem plastischen Kunstharzgemisch ausgefüllt,
wonach das Ganze zwecks Härtens der Fugenmasse erhitzt wird. Hiernach können zur
weiteren Versteifung noch eiserne Ringe um die Zarge gezogen werden. Beispiel e.
Es sollen Kästen und Rohre VOn 2o cbin Gesamtinhalt oder mehr für eine Zerstäubungstrocknungsanlage
hergestellt «erden, in der eine Temperatur von i8o bis 22o° herrscht und saure Flüssigkeiten.getrocknet
werden sollen. Bei derartig hohen Temperaturen ist es zweckmäßig, wenn die aus Phenalaldehy
dkondensationsprodukten bestehenden Wände des Apparates nur auf der einen Seite
abgedichtet werden, damit die bei den hohen Temperaturen auftretenden Spannungen
innerhalb des Materials keine Blasenbildung verursachen. Da bei derartigen Apparaturen
die äußeren Wandflächen den mechanischen Angriffen weniger ausgesetzt sind als die
inneren, ist es zweckmäßig, die äußeren Wandflächen durch Imprägnierung
mit
dem flüssigen Kondensationsprodukt zu verschließen. Man kann aber auch zunächst
nur die innren Wandflächen abdichten, und wenn die Apparatur bereits einige Zeit
in Betrieb gewesen ist und sich die Spannungen im Material ausgeglichen haben -
was nach einigen Wochen oder einigen Monaten der Fall ist -, so kann man auch die
äußeren Wandflächen, die ja leicht zugänglich sind, ebenfalls abdichten. Diese Abdichtung
ist sehr leicht durchzuführen, indem man eine Emailliermischung aus dem flüssigen
Kondensationsprodukt und geeigneten pulverförmigen Zusatzstoffen, wie Quarz, Graphit
u. dgl., aufträgt.
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Beispiel 3.
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Es sollen chemikalienbeständige Filterpressenplatten aus Phenolaldehydkondensationsprodukten
hergestellt werden. Man stellt ein teigförmiges Gemisch aus dem flüssigen Kondensationsprodukt
oder säurebeständigen Asbest o. dgl. her und stampft dieses Gemisch in eine geeignete
Form, die z. B. aus Eisen besteht. Die Bodenplatte der Form kann derart ausgebildet
sein, daß sie das Negativ für die Kannellierung der Filterplatte bildet. Da die
Filterpressenplatten in der Regel auf beiden Seiten kannelliert sein müssen, kann
die Kannellierung der anderen Seite der Platte durch eine geeignet hergestellte
Rillenwalze eingeformt-werden. Damit die Walze die noch weiche Masse nicht aufreißt
- was infolge der Klebrigkeit der Masse vorkommen könnte -, ist es zweckmäßig, die
zu walzende Fläche während der Arbeit öfters mit Quarzpulver o. dgl. zu bestreuen.
Nach erfolgtem Walzen wird die Form in den Härteofen geschoben und gehärtet. Die
gehärteten Platten werden nunmehr aus der Form herausgenommen und ihre Dichtungsflächen
zunächst grob abgeschliffen, wodurch die undurchlässige Kruste entfernt und die
Poren geöffnet werden. Hiernach wird die Platte so lange bei Temperaturen von über
ioo° erhitzt, bis die flüchtigen Bestandteile praktisch entfernt sind. Diese zweite
Härtung kann zweckmäßig nach dem Verfahren des Patents 409 330 im eingespannten
Zustande erfolgen. Man kann nach dem Nacherhitzen deutlich ein Zusammenziehen bzw.
Schwinden der Masse beobachten. Nun werden die Dichtungsflächen der Platte auf Maß
geschliffen, wonach man die offenen Poren durch Imprägnieren mit einem dünnflüssigen
Phenolaldehydprodukt verschließt. Die nun folgende zweite Nachhärtung wird zweckmäßig
ebenfalls nach dem Verfahren des Patents 409 330 in eingespanntem Zustande ausgeführt.