DE69303256T2

DE69303256T2 - Geflochtener Graphit-Folieverbund und Verfahren zUr Verwendung

Info

Publication number: DE69303256T2
Application number: DE69303256T
Authority: DE
Inventors: Robert Anthony Crosier
Original assignee: Individual
Current assignee: Slade Inc Statesville Nc Us
Priority date: 1992-12-09
Filing date: 1993-12-09
Publication date: 1997-01-16
Anticipated expiration: 2013-12-10
Also published as: ES2088220T3; EP0601670A1; CA2110754A1; BR9304986A; ATE139517T1; CA2110754C; EP0601670B1; DE69303256D1; MX9307768A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft verstärktes Vermikulargraphit-Textilgarn und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Seit einigen Jahren erwartet man, daß geflochtene Graphitfoliengarne anwendbar und handelsüblich werden. Jedoch ist ein Verfahren zum Herstellen von kostengünstigem faserverstärkten Naturflocken-Vermikulargraphit-Textilgarn, das für das Flechten, Weben, Verzwirnen und andere verbreitete Textilverarbeitungsverfahren geeignet ist, bisher schwer ausführbar gewesen.
Viele Jahre lang spielte Asbest eine wichtige Rolle als mechanisches Dichtungsmittel. Nachdem es jahrhundertelang gute Dienst leistete, wird Asbest heute aufgrund seiner Giftigkeit und krebserregenden Eigenschaften gemieden. Es ist schwierig gewesen, für den Einsatz bei hohen Temperaturen einen Ersatz zu finden, der so gut wie Asbest wirkt und dennoch kostengünstig ist.
Kabel aus geflochtenen Graphitgarnen schienen ein wirkungsvoller Ersatz für Asbest zu sein. Jedoch haben die besten dieser Garne bisher nicht die in sie gesetzten Hoffnungen erfüllt. Der Grund dafür liegt darin, daß bei vorhandenen Herstellungsverfahren Kompromisse bezüglich der strukturellen Integrität des geflochtenen Garns gemacht werden mußten, um ein verstärktes Graphitfaserbündel herzustellen. Verstärkte Faserbündel aus Graphit stellen den Schlüssel zu einem wirkungsvollen, geflochtenen Graphitgarn dar.
Garne, die zum Flechten, Weben und für andere Textilverarbeitungsverfahren bestimmt sind und aus den verstärkenden Fasern hergestellt werden, werden mit Vermikular-Naturflockengraphit ummantelt (Vermikulargraphit wurde zum ersten Mal in den Patenten von Aylsworth mit den folgenden Nummern beschrieben: 1,137,373 vom 27.04.1915 und 1,191,383 vom 18.07.1916). Das Flechten von Graphitgarnen ist in den US-Patenten Nr. 3,404,382 sowie 3,494,382 von Shane et al. erläutert. Leider ist bisher ein praktisches kostengünstiges Verfahren zum Herstellen dieser Garne aus handelsüblichem Graphitfolienmaterial industriell nicht ausführbar gewesen. Das in den obenstehenden Patenten beschriebene Umwicklungsverfahren wurde industriell nicht umgesetzt, da es das Graphitmaterial zerstörte und es somit nie auf die in den Patenten vorgeschlagene Weise hergestellt werden konnte.
US-Patent 1,137,373 lehrt eine neue Form von Graphit und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Bei diesem Verfahren wird die physische Ausrichtung von Flockengraphit so verändert, daß das Flockengraphit nach der Behandlung der unzähligen kleinen Blätter ein erheblich größeres Volumen aufweist, wobei jede Flocke zusammengesetzt, geöffnet und wie Blätter eines offenen oder teilweise offenen Buches getrennt wird. Diese Blätter sind jedoch nicht vollständig voneinander getrennt. Die Trennung wird erreicht, indem Gas oder Luft zwischen den Blättern der ausgedehnten Flocken eingeschlossen wird, so daß ein Graphit mit verringerter relativer Dichte und stark vergrößertem Volumen entsteht.
US-Patent 1,191,383 lehrt den Einsatz des ausgedehnten Graphits aus US-Patent 1,137,373, das mit einem Bindemittel und anderen Substanzen gemischt wird und dann in verschiedene Formen gebracht werden kann.
US-Patent 3,404,061 lehrt eine neuartige Form von Graphit und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Dieses Patent zeigt des weiteren, daß Fäden oder Garne zu dem dünnen, flachen, flexiblen Graphitfolienmaterial verwoben, gefochten oder auf andere Weise in diese Form gebracht werden können.
US-Patent 3,494,382 lehrt einen röhrenförmigen Gegenstand, der übereinanderliegende Schichten aus Graphitmaterial umfaßt. Das Graphit ist dadurch gekennzeichnet, daß es aus Graphitpartikeln besteht, die wenigstens um das 80-fache ausgedehnt und dann zu einer integralen Masse zurückverdichtet wurden. Shane offenbart des weiteren, daß flexible Graphitgewebematerialien hergestellt werden können, und daß es vorteilhaft ist, die Graphitfolien mit Fäden zu verstärken.
US-Patent 3,723,157 lehrt die Herstellung von harzgetränkten Fasergraphitbändern. Einheitliche mehrfädige Bündel eines Fasermaterials werden bei erhöhten Temperaturen durch eine Graphitierzone geleitet, wodurch das Fasermaterial zu Graphitkohlenstoff umgewandelt wird.
US-Patent 4,151,031 lehrt eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Formen von Verbundstofformen. Mit dieser Vorrichtung wird ein faserverstärktes Thermoplastband örtlich begrenzt erhitzt, allmählich Streifen auf Linien parallel zur Länge des Streifens ausgebildet, anschließend der Streifen abgekühlt, wobei die gewünschte Form beibehalten wird. Goad lehrt des weiteren den Einsatz eines Harz-/Graphit-Verbundstoffs. Obwohl das Enderzeugnis von Goad ein Doppel-T-Träger ist, kann die gelehrte Verbindung von Verbundstoffen mit Klebstoffen von Bedeutung sein.
US-Patent 4,270,963 lehrt ein Verfahren zum Umwickeln von Gegenständen unbegrenzter Länge. Ein Kabel oder eine Lichtleitfaser wird in Material eingewickelt, indem das Einwickelmaterial fortlaufend an einen schmalen Breitenabschnitt des Kabels gepreßt wird, anschließend folgende Breitenabschnitte ebenfalls um den Gegenstand gewickelt und dagegengepreßt werden. Bei Howat werden ein Band, ein Klebstoff und Fasern miteinander kombiniert.
US-Patent 4,961,988 lehrt eine Dichtung aus ausgedehntem Graphit und das Verfahren zur Herstellung desselben. Die Dichtung enthält hauptsächlich wurmförmige Blätter aus ausgedehntem Graphit und Hilfsstoffe und ist gekennzeichnet durch die Einbettung der Hilfsstoffe in die wurmförmigen Graphitblätter und die Verbindung der Hilfsstoffe mit den wurmförmigen Graphitblättern mit organischen Klebstoffen. Was das Verarbeiten des Graphits angeht, lehrt Zhu die Schaffung einer Graphitfolie mit einem Harzmaterial, die anschließend mit Fasern verstärkt wird. Das Problem dabei besteht darin, daß sich das Harz bei hoher Temperatur verflüchtigt, und ein erhebliches Volumen der Masse zu Asche wird, so daß sie an Volumen und Bindekraft verliert. Das bedeutet, daß das Material nicht mit normalen Entnahmewerkzeugen entfernt werden kann und aus dem Hohlraum herausgekratzt werden muß.
US-Patent 5,134,030 lehrt ein Dichtungsmaterial, das aus flexiblen Graphitfolien besteht. Eine schnurartige Struktur wird aus flexiblen Graphitfolien hergestellt, die auf eine Breite von weniger als 5 mm geschnitten werden und dann verdreht oder geflochten werden. Das flexible Graphit wird mit wenigstens einem verstärkenden Fasermaterial bzw. einer Folie laminiert, und die Oberfläche wird mit einem Fasermaterial umhüllt, um eine synergetische Wirkung des Fasermaterials, der flexiblen Graphitfolie und des verstärkenden Faser- bzw. Folienmaterials zu erzielen. Ueda lehrt als Äquivalent das Einfüllen von Graphitstreifen in einen Strumpf und das Zusammenpressen desselben. Wenn dieses Material als eine Dichtung bei flüchtigen Kohlenwasserstoffen eingesetzt wird, gibt es für die Kohlenwasserstoffmoleküle einen porösen Weg, dem sie folgen können, so daß wirkungsvolle Dichtung verhindert wird. In Spalte 1, Zeile 43-47 wird gelehrt, daß flexibles Graphit nicht geflochten oder gewirkt werden kann.
Obwohl Kabel aus geflochtenem Graphit theoretisch seit Jahren bekannt sind, ist ihrer Herstellung kein Erfolg beschieden gewesen, da die wirkungsvolle Verstärkung von Vermikular-Naturflockengraphit schwer auszuführen war. Das heißt, das eigentliche Verfahren des Verbindens eines Bandes aus Graphit mit verstärkenden Garnen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung seines außerordentlich hohen Gebrauchstemperaturbereiches ist bis jetzt nicht möglich gewesen. Gebrauchstemperaturen von -240ºC (-400ºF) bis zu 2982ºC (5400ºF) waren bei früheren Versuchen zur Herstellung dieser Garne nicht möglich. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn die verstärkenden Fasern, wie beispielsweise Quarz, INCONEL -Draht, rostfreier Stahldraht, Kohlenstoffaser, Graphitfaser und/oder Hochtemperaturverstärkungen in eine Umhüllung aus Vermikulargraphit eingeschlossen werden, der Verlust der klebenden Beschichtung keine Auswirkung auf die Gesamtintegrität der Garne hat. Das Klebematerial, das beim Nichtvorhandensein von Sauerstoff (die Kerne der umhüllten Garne sind vergleichsweise sauerstofffrei) bei hohen Temperaturen karbonisiert wird, ist nicht mehr als Klebstoff erforderlich, wenn es vollständig eingehüllt wurde und zu einem Textilgarn verarbeitet wurde. Dadurch kann das Material bei außerordentlich hohen Temperaturen ohne erhebliche Veränderung der Funktionsfähigkeit eingesetzt werden, und des weiteren hat der Klebstoff keine nennenswerte Auswirkung hinsichtlich des Verlustes an Masse oder Volumen, da er zu Kohlenstoff geworden ist, der sich für die beabsichtigten Zwecke sehr gut eignet.
Dieses einfache, kostengünstige Garn wird hergestellt, indem eine Vermikulargraphitrolle längs in Bänder geschnitten wird, die für diesen Zweck geeignete Breiten aufweisen. Die Bänder werden in einer "Protrusions"-Vorrichtung angebracht, die eine kombinierte Extrusions-/Pultrusions-Düse ist, wobei das Werkstück der Düse mit Rollen zugeführt wird und das Erzeugnis entnommen wird, indem es aus dem Austrittsende der Düse gezogen wird. Das Ende des Graphitbandes wird mit einem Band aus zweiseitigem dünnen Kunststoffklebtilm durch eine Verdichtungswalze geführt. Eine Seite wird dann mit dem Graphitband verklebt, die andere Seite ist für die verstärkende Faser bestimmt. Wenn das Graphitband aus den Verdichtungswalzen austritt und an dem Klebestreifen angeklebt ist, wird das schützende Papier bzw. der Kunststoff abgezogen, so daß der Klebstoff an der Außenseite des laminierten Bandes freiliegt und die verstärkenden Fasern an der Klebefläche des laminierten Bandes ankleben können.
Faserstränge werden dann in die Protrusions-Vorrichtung eingeführt und auf die Klebgrundmasse aufgelegt, so daß sie an dem Band haften. Das faserverstärkte laminierte Band, das nach wie vor an der Oberfläche freiliegenden Klebstoff aufweist, wird dann in einem bestimmten Winkel durch eine sich verjüngende, kegelförmige, runde Düse mit einer bestimmten Form geführt, die sich zum spiralförmigen Eindrehen der Faser und der klebstoffbeschichteten Fläche eignet, so daß das spiralförmig eingedrehte Band an sich selbst haftet, wenn es in der abschließenden Protrusionsdüse verdichtet wird, und ein fertiger faserverstärkter Verbundstrang aus ausgedehnten Graphitflocken mit geeigneter Zugfestigkeit, Flexibilität und Zähigkeit entsteht und Flechten, Weben und andere Verfahren möglich sind, so daß er industriell dort eingesetzt werden kann, wo ein trockenes, schmierendes, festes, flexibles Material wünschenswert ist.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen von geflochtenen Graphitfoliengarnen. In normaler Funktion werden ein Band aus Vermikulargraphit, ein Band aus Kunststoffklebfilm und eine verstärkende Faser zusammengebracht und durch die sich verjüngende Düse geführt, in der diese Elemente miteinander verschmolzen werden. Anschließend wird Druck ausgeübt, um einen faserverstärkten Verbundstrang aus ausgedehnten Graphitflocken mit ausreichender Zugfestigkeit, Flexibilität und Zähigkeit herzustellen, so daß Flechten, Weben und andere Verarbeitungsverfahren möglich sind. Die vorliegende Erfindung eignet sich besonders zur Herstellung von geflochtenen Graphitfoliengarnen.
Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Strangs aus verstärktem Craphitfolienfasergarn zu schaffen, das die Basis für die geflochtenen Graphitfoliengarne darstellt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum spiralförmigen Eindrehen der Faser und der klebstoffbeschichteten Fläche zu schaffen, so daß das spiralförmig eingedrehte Band an sich selbst haftet, wenn es in der abschließenden Protrusions-Düse verdichtet wird, und ein fertiger faserverstärkter Verbundstrang aus ausgedehnten Graphitflocken entsteht.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum vollständigen Einhüllen des Klebstoffs und der verstärkenden Fasern zu schaffen, so daß verhindert wird, daß diese Bereiche zu einem Austrittsweg werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dichtung zu schaffen, die aus geflochtenem Graphit besteht, mit der Asbestdichtungen wirkungsvoll ersetzt werden können und die bei Temperaturen von 1204ºC (2200ºF) oder darüber und bei Tieftemperaturen wirkungsvoll arbeitet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum vollständigen Einhüllen des Klebstoffs zu schaffen, so daß er gegenüber chemischen Einflüssen geschützt ist.
Ein weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum vollständigen Einhüllen des Klebstoffs zu schaffen, so daß der Klebstoff karbonisiert werden kann, wenn er hohen Temperaturen ausgesetzt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für eine sich verjüngende, kegelförmige, runde Düse mit einer bestimmten Form zu schaffen, die sich zum spiralförmigen Eindrehen der Faser und der klebstoffbeschichteten Fläche eignet, so daß das spiralförmig eingedrehte Band an sich selbst haftet, wenn es in der abschließenden Protrusions-Düse verdichtet wird, und ein fertiger faserverstärkter Verbundstrang aus ausgedehnten Graphitflocken mit geeigneter Zugfestigkeit, Flexibilität und Zähigkeit entsteht und Flechten, Weben und andere Textilverarbeitungsverfahren möglich sind, so daß er industriell dort eingesetzt werden kann, wo ein trockenes, schmierendes, festes, flexibles Material wünschenswert ist.
Die obenstehenden und andere Aufgaben werden unter Bezugnahme auf die folgende ausführliche Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen besser ersichtlich, wobei:
Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines Teils des geflochtenen Graphitfoliengarns ist.
Fig. 2 eine isometrische Ansicht eines Teils der kegelförmigen Eindrehdüse und der Verdichtungsdüse ist, durch die die verstärkten Graphitfolienstränge geleitet werden.
Fig. 3 eine Vorderansicht ist, die die Herstellung eines Strangs aus verstärktem Graphitfoliengarn veranschaulicht, das die Basis für die geflochtenen Graphitfoliengarne ist.
Fig. 4 eine isometrische Ansicht einer kegelförmigen Eindrehdüse ist, die ihre Innenform veranschaulicht.
Fig. 5 eine Schnittansicht der kegelförmigen Eindrehdüse in Fig. 4 ist.
Fig. 6 eine Vorderansicht ist, die eine alternative Ausführung zur Herstellung eines runden Strangs aus verstärktem Graphitfoliengarn veranschaulicht, die eine zweite Kalanderdüse enthält.
Fig. 7 ein Schnitt durch einen unbearbeiteten Teil des verstärkten Graphitfolienstrangs ist.
Fig. 8a eine isometrische Schnittansicht eines unbearbeiteten Teils eines verstärkten Graphitfolienstrangs ist.
Fig. 8b eine isometrische Schnittansicht eines teilweise bearbeiteten Graphitfolienstrangs ist.
Fig. 8c eine isometrische Schnittansicht eines verdichteten Graphitfolienstrangs ist.
Fig. 9 eine Vorderansicht eines verstärkten Graphitfolienstrangs ist, der durch eine Düse geleitet wird.
Fig. 10 eine isometrische Ansicht eines runden verstärkten Graphitfolienstrangs ist.
Fig. 11 eine isometrische Ansicht einer Dichtung ist, die aus geflochtenem Graphitfoliengarn besteht.
Fig. 12 eine Ansicht einer endlosen Ringdichtung ist, die aus geflochtenem Graphitfoliengarn besteht.
Fig. 13 eine isometrische Ansicht einer alternativen kegelförmigen Eindrehdüse ist, die ihre Innenform veranschaulicht.
Fig. 14 eine Schnittansicht der alternativen kegelförmigen Eindrehdüse in Fig. 13 ist.
Wie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 3 ersichtlich ist, wird ein einfaches kostengünstiges Garn hergestellt, indem eine Vermikulargraphitrolle 20 in Längsrichtung in Bänder geschnitten wird, die für diesen Zweck geeignete Breiten aufweisen. Obwohl eine Reihe verschiedener Breiten möglich sind, ist das Vermikulargraphitband 44 vorzugsweise 0,9525 cm (0,375 Inch) breit und 0,0381 cm (0,015 Inch) dick, wobei es viele Meter lang ist. Das Band aus Vermikulargraphit 44 und ein Band aus Kunststoffklebfilm 46, wie beispielsweise Polyester, Zellglas, oder Acryl, mit einem schützenden Kunststoff- oder Papierstreifen 26 werden durch Verdichtungswalzen 22 geleitet. Der Kunststoffklebstoff ist praktischerweise ungefähr 0,508 cm (0,2 Inch) breit und ungefähr 0,000635 cm (0,00025 Inch) (ein Viertel mil) tief. Das Band aus Vermikulargraphit 44 wird in den Verdichtungs-Protrusionswalzen 22 mit einem Band aus geeignet dünnem Kunststoffilm 46 so laminiert, daß die freiliegende Seite mit dem schützenden Kunststoffilm 26 abgedeckt ist. Wenn das Band aus den Verdichtungswalzen austritt, wird der schützende Kunststoff um 26 durch eine Abzieheinrichtung 42 abgezogen, so daß der Klebstoff an der Außenseite des laminierten Bandes 48 freiliegt, und anschließend werden verstärkende Fasern 30 aufgelegt, die an der Klebefläche des laminierten Bandes anhaften. Die verstärkende Faser kann aus tausenden Monofilamenten bestehen. Als Alternative dazu kann die verstärkende Faser eine einzelne Faser oder ein Faserbündel sein.
Faserstränge werden an Walze 32 in die Protrusions-Vorrichtung eingeführt, wobei die verstärkende Faser 30 an diesem Punkt an dem laminierten Band 48 anhaftet. Das faserverstärkte laminierte Band 50 (auch in Fig. 8a dargestellt), das nach wie vor freiliegenden Klebstoff an der Oberfläche aufweist, wird dann in einem bestimmten Winkel 64 von ungefähr 10º bis 40º, vorzugsweise jedoch 20º bis 30º, durch eine sich verjüngende Düse 34 mit kreisförmigem Querschnitt geführt, die eine spezielle Form aufweist, durch die die Faser und die klebstoffbeschichtete Fläche spiralförmig eingerollt werden, wie dies in Fig. 2 mit Bezugszeichen 52 dargestellt ist, so daß das spiralförmig eingerollte faserverstärkte Band 54, wie auch in Fig. 8b dargestellt, an sich selbst haftet. Die Innenform der kegelförmigen runden Düse 34 ist in Fig. 5 dargestellt, in der der Winkel 62 des Kegels zwischen 10º und 20º liegt. Der Eingang zu der kegelförmigen runden Düse 34 weist einen Radius 56 auf. Im Inneren der Düse 34 erstreckt sich der Kegel 74 über ungefähr drei Viertel des Weges in die Düse hinein, und anschließend führt Radiusfläche 58 zu einem geraden bzw. röhrenförmigen Abschnitt 76 der Düse. Als Alternative dazu kann sich Kegel 74, wie in Fig. 13 dargestellt, so durch die gesamte Düse 78 hindurch erstrecken, daß er an der Austrittsöffnung 80 der Düse endet. Bei diesem Aufbau ist die Austrittsöffnung 80 vorzugsweise mit Radius 82 versehen, um zu verhindern, daß das aus der Düse austretende Band 54 zerkratzt oder zerrissen wird.
Das spiralförmig eingedrehte faserverstärkte Band 54 wird in die abschließende Kalander-Protrusions-Düse 38, 39 geleitet, wo es, wie in Fig. 9 dargestellt, verdichtet wird, so daß ein fertiger faserverstärkter Verbundstrang 40 aus ausgedehnten Graphitflocken entsteht, der geeignete Zugfestigkeit, Flexibilität und Zähigkeit aufweist, so daß Flechten, Weben und andere Verarbeitungsverfahren möglich sind, und er industriell dort eingesetzt werden kann, wo ein trockenes, schmierendes, festes, flexibles Material wünschenswert ist. Der fertige faserverstärkte Verbundstrang 40 aus ausgedehnten Graphitflocken wird dann auf einer Rolle 41 aufgerollt.
Faserverstärkte Verbundstränge 40 aus ausgedehnten Graphitfasern können anschließend geflochten werden, so daß ein geflochtenes Graphitfoliengarn 10 entsteht, wie es in Fig. 1 dargestellt ist.
Obwohl mit der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung ein rechteckiger, fertiger faserverstärkter Verbundstrang 40 aus ausgedehnten Graphitflocken hergestellt werden kann, gibt es Einsatzgebiete, wo ein runder, fertiger faserverstärkter Verbundstrang 72 aus ausgedehnten Graphitflocken, wie er in Fig. 10 dargestellt ist, vorgezogen wird. Um einen derartigen Strang herzustellen, wird die Vorrichtung in Fig. 3, wie in Fig. 6 dargestellt, abgewandelt. Die Vorrichtung in Fig. 6 ist mit der in Fig. 3 identisch, jedoch sind Protrusions-Düsen-Walzen 52, 53 hinzugefügt. Das spiralförmig eingedrehte faserverstärkte Band 54 (Fig. 6) wird in die erste Kalander-Protrusions-Düse 38, 39 eingeleitet, wo es, wie in Fig. 9 dargestellt, verdichtet wird, so daß ein rechteckiger faserverstärkter Verbundstrang 40 (Fig. 8c) aus ausgedehnten Graphitflocken entsteht. Um einen runden Strang herzustellen, wird der rechteckige faserverstärkte Verbundstrang 40 in Fig. 6 durch eine zweite Kalander-Protrusions-Düse 52, 53 geleitet, wo er verdichtet wird, so daß ein runder faserverstärkter Verbundstrang 72 entsteht, wie er in Fig. 10 dargestellt ist, der anschließend auf der Aufwickelrolle 41 in Fig. 6 aufgewickelt werden kann. Es ist auch möglich, Verbundstrang 40 durch eine zweite Düse, wie Düse 34 oder 78, hindurchzuziehen, um einen runden Strang 72 herzustellen.
Aufgrund des verbesserten Verfahrens zum Herstellen eines verstärkten Strangs aus Vermikular-Naturflockengraphit sind, wenn die Stränge zu einem Garn geflochten werden, bisher nicht mögliche Einsatzgebiete möglich. Zunächst kann das Material, wenn es zu geeigneten Querschnitten geflochten oder gewebt wird, als elektrisch leitendes Verbindungsstellendichtungsmittel für elektronische Gehäuse eingesetzt werden, um elektrische Leitung zum Schutz vor statischer Elektrizität zu gewährleisten, sowie als Verbindung zum Schutz vor Funkstörungen in einem Faraday'schen Käfig. Zweitens kann verstärktes Vermikulargraphitgarn in seiner geflochtenen, verzwirnten oder gewebten Form als Verbindungsmittel und Dichtungsmittel eingesetzt werden, das in Dichtungshohlräumen angebracht und zusammengedrückt werden kann, so daß eine homogene Masse entsteht, die sich genau der Form des Dichtungshohlraums anpaßt, so daß ein formschlüssiges Dichtungsmedium entsteht. Es kann darüber hinaus einen hervorragenden Schutz gegen zerstörende elektrolytische oder galvanische Einflüsse auf die Metalloberflächen darstellen, indem das elektrische Potential durch Abschirmen von elektrischem Strom verringert wird, der Elektrolyte induziert, die in den abgedichteten Medien vorhanden sind, und des weiteren (da es stark elektrisch leitend ist), indem jeder möglicherweise elektrochemisch induzierte elektrische Strom, der Metaliflächen angreifen könnte, kurzgeschlossen wird.
Der geflochtene Graphitstrang kann, wenn er, wie oben beschrieben, als eine Dichtung eingesetzt wird, auf zwei verschiedene Arten verwendet werden. Zunächst kann eine endlose Ringdichtung aus dem geflochtenen Graphitmaterial hergestellt werden, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist. Zweitens kann das geflochtene Graphit 10, wenn es nicht vorgeformt ist, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, vor Ort eingesetzt werden, um eine Dichtung der gewünschten Größe herzustellen. Das geflochtene Graphit kann auf die ungefähre Länge geschnitten und dann in den Verbindungsbereich eingelegt werden, wobei die Enden 90, 92 einander überlappen. Beim Zusammendrücken entsteht eine Dichtung, wie sie in Fig. 11 dargestellt ist. Der Überlappungsbereich 70 weist die gleiche Dicke auf wie die nicht überlappenden Bereiche 68. Dieses Verfahren zum Herstellen einer Dichtung weist drei erhebliche Vorteile auf: 1) jede Dichtung kann je nach Bedarf hergestellt werden, so daß keine abgemessenen vorgeformten Dichtungen auf Lager gehalten werden müssen; 2) die einander überlappenden Enden bilden Zungen, die die Entfernung in engen Bereichen erleichtern; 3) Dichtungen ungewöhnlicher Größe und Form lassen sich leicht herstellen.
Dichtungen, die aus dem Material bestehen, das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird, können in Pumpen eingesetzt werden, wobei das geflochtene Graphitfoliengarn als ein Wärmeableiter in dem Dichtungshohlraum dient, so daß die Pumpen dicht ohne Kühlflüssigkeitsspülungen bei Umfangswellengeschwindigkeiten von bis zu 1463 m (4800 ft)/min laufen können.
Es hat sich darüber hinaus herausgestellt, daß geflochtene Graphitdichtungen und andere geflochtene Graphitgegenstände extremen Temperaturen standhalten. Sie arbeiten erfolgreich bei Temperaturen von -240ºC(-400ºF) bis 2982ºC (5400ºF). Graphit sublimiert (geht von einem festen Zustand in einen gasförmigen Zustand über) zwischen 3652ºC (6605ºF) und 3697ºC (6687ºF). (Es ist anzumerken, daß, obwohl Kohlenstoff amorph ist, Graphit kristallin ist). Der bevorzugte obere Betriebsgrenzwert liegt bei ungefähr 1260ºC (2300ºF).
Aus dem Obenstehenden ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Strangs aus verstärktem Graphitfoliengarn erfunden wurde, das die Basis für die geflochtenen Graphitfoliengarne darstellt. Des weiteren ist ein Verfahren zum spiralförmigen Eindrehen der Faser und der klebstoffbeschichteten Fläche eingeschlossen, so daß das spiralförmig eingedrehte Band an sich selbst haftet, wenn es in der abschließenden Protrusions-Düse verdichtet wird, und ein fertiger faserverstärkter Strang aus ausgedehnten Graphitflocken entsteht. Dieses Verfahren gewährleistet den vollständigen Einschluß von Klebstoff und verstärkenden Fasern, so daß verhindert wird, daß diese Bereiche einen Austrittsweg bilden, wenn das Material als Dichtung eingesetzt wird. Das vollständige Einschließen schützt den Klebstoff und die verstärkenden Fasern darüber hinaus vor chemischen Einflüssen und gewährleistet strukturelle Integrität bei hohen Temperaturen. Mit dem Einsatz dieses Verfahrens lassen sich geflochtene Graphitfoliengarne schneller und wirtschaftlicher herstellen, als dies bisher möglich war.
Es versteht sich, daß die obenstehende Beschreibung und spezielle Ausführungen lediglich veranschaulichend für die beste Ausführungsart der Erfindung und die Prinzipien derselben stehen, und daß der Fachmann die Vorrichtung auf verschiedene Weise abwandeln und erweitern kann, ohne vom Geist und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die daher als lediglich durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt anzusehen ist.

Claims

1. Vorrichtung zum Herstellen eines laminierten Vermikulargraphitbandes, das ausreichend Zugfestigkeit, Flexibilität und Zähigkeit aufweist, so daß es sich zum Flechten, Weben und Verdichten eignet, die umfaßt:

einen Vorrat eines Vermikulargraphitbandes vorgegebener Breite;

eine Einrichtung zum Laminieren des Bandes aus Vermikulargraphit mit einem Band aus Kunststoffklebfilm;

eine Einrichtung zum Aufkleben einer verstärkenden Faser auf eine Seite des laminierten Vermikulargraphitbandes;

eine Einrichtung zum spiralförmigen Eindrehen des laminierten Vermikulargraphitbandes um die verstärkende Faser herum, um so ein spiralförmig gedrehtes, faserverstärktes Band herzustellen; und

eine Einrichtung zum Verdichten des spiralförmig gedrehten, faserverstärkten Bandes zu einem fertigen faserverstärkten Verbunds trang.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung zum spiralförmigen Eindrehen des laminierten Vermikulargraphitbandes eine sich verjüngende, kegelförmige, runde Düse mit spezieller Form ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei der verjüngungswinkel der kegelförmigen, runden Düse von ihrer Mittelachse aus 5 bis 60º betrigt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Winkel der kegelförmigen, runden Düse 10 bis 20º beträgt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, die des weiteren eine Einrichtung zum Zuführen der verstärkenden Faser, des Klebefilms und des Vermikulargraphitbandes zu der Düse in einem Winkel von ungefähr 10 bis 40º umfaßt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die verstärkende Faser, der Klebestreifen und das vermikulargraphit-Laminatband der Düse in einem Winkel von 20 bis 30º zugeführt werden.

7. Verfahren zum Herstellen eines Strangs aus verstärkter Graphitfolie, das umfaßt:

Längsschneiden einer Vermikulargraphitrolle zu einem Band aus Vermikulargraphit;

Laminierep des Bandes aus Vermikulargrap hit mit einem Band aus Kunststoffklebfilm, der einen Schutzfilm darauf aufweist, so daß ein laminiertes Vermikulargraphitband entsteht;

Abziehen des Schutzfilms von dem laminierten Vermikulargraphitband;

Auflegen einer verstärkenden Faser auf eine Seite des lamin ierten Vermikulargraphitbandes;

spiralförmiges Eindrehen des laminierten Vermikulargraphitbandes, so daß ein spiralförmig gedrehtes, faserverstärktes Band entsteht; und

Verdichten des spiralförmig gedrehten, faserverstärkten Bandes zu einem fertigen faserverstärkten Verbundstrang.

8. Verfahren zum Herstellen von geflochtenem Graphitfoliengarn, das umfaßt:

Herstellen einer Vielzahl faserverstärkter Verbundstränge nach Anspruch 7 und anschließendes Flechten mehrerer stränge zu einem Fertigerzeugnis.

9. Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitenden Verbindungsstellendichtungsmittels, das umfaßt:

Herstellen einer Vielzahl faserverstärkter Verbundstränge nach Anspruch 7 und anschließendes Flechten mehrerer Stränge zu einem elektrisch leitenden Verbindungsstellendichtungsmittel.

10. Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitenden Verbindungsstellendichtungsmittels für einen Hohlraum nach Anspruch 9, das des weiteren umfaßt:

Verdichten des geflochtenen Graphitfoliengarns, so daß eine homogene Masse entsteht, die genau der Form des Dichtungshohlraums entspricht.

11. Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkeitspumpendichtungsmittels, das umfaßt:

Herstellen einer Vielzahl faserverstärkter Verbundstränge nach Anspruch 7 und anschließendes Flechten mehrerer Stränge zu einer endlosen Ringdichtung.

12. Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkeitspumpendichtungsmittels, das umfaßt:

Herstellen einer Vielzahl faserverstärkter Verbundstränge nach Anspruch 7 und anschließendes Flechten mehrerer Stränge zu einem länglichen, geflochtenen Strang, der ungefähr vorgegebene Länge aufweist und anschließendes Übereinanderlegen der Enden des geflochtenen Strangs und Verdichten des Strangs mit übereinanderliegenden Enden, so daß eine Dichtung entsteht;

wobei das geflochtene Graphitfoliengarn als ein Wärmeableiter in dem Dichtungshohlraum dient, so daß eine Pumpe dicht ohne Kühlflüssigkeitspülungen bei Umfangswellengeschwindigkeiten von bis zu 1436 m/min (480 ft/min) laufen kann.