ES2295722T3 - Procedimiento para fabricar cuerpos moldeados de grafito expandido. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para fabricar cuerpos moldeados a partir de un cuerpo expandido compactado de grafito, que comprende los pasos siguientes: - fabricación de piezas premoldeadas planas con una densidad de 0, 01 g/cm3 a 0, 2 g/cm3 a partir de un cuerpo expandido de grafito con una densidad de 2 g/l a 20 g/l, - apilamiento de al menos dos piezas premoldeadas una sobre otra, - unión de las piezas premoldeadas por acción de presión para obtener un cuerpo moldeado de una sola pieza, compactándose el grafito bajo la acción de la presión hasta una densidad de 0, 025 g/cm3 a 0, 4 g/cm3.
Description
Procedimiento para fabricar cuerpos moldeados de
grafito expandido.
La presente invención concierne a un
procedimiento para fabricar cuerpos moldeados de grafito expandido,
especialmente cuerpos moldeados con un espesor de al menos 50 mm, a
los cuerpos moldeados fabricados según este procedimiento y a su
uso.
En las solicitudes de patente DE 41 17 077 A, DE
41 17 074 A y DE 40 16 710 se ha propuesto fabricar cuerpos
moldeados tridimensionales directamente a partir de grafito hinchado
en forma de polvo, a cuyo fin
- se expande completamente grafito hinchable en
un lecho fluidizado o ya en el molde final bajo alimentación
moderada de calor y a continuación se lleva a su término la
expansión a elevada temperatura en el molde, o
- bajo alimentación moderada de calor se prensa
en un molde grafito hinchable incompletamente expandido
(preexpandido) para obtener una pieza premoldeada y a continuación
se lleva la expansión a su término en el molde a más alta
temperatura, o
- se expande un preparado húmedo de grafito
hinchable en un molde bajo alimentación de calor.
Por tanto, la etapa final de la expansión se
efectúa en cada caso en el molde final y no está prevista una
compactación después de concluida la expansión. Por un lado, el
molde tiene que estar ampliamente cerrado para que no se modifique
la geometría del cuerpo de grafito durante la expansión, pero, por
otro lado dicho molde ha de admitir el escape de aire. Los cuerpos
moldeados obtenidos con este procedimiento deberán ser estables en
su forma y presentar una densidad homogénea. En las variantes
preferidas de los procedimientos antes citados se añaden al grafito
hinchable diferentes aditivos y coadyuvantes, especialmente
aglutinantes.
En el procedimiento que se desarrolla a través
de un paso de preexpansión se tiene que trabajar con polvo de
grafito parcialmente expandido. A causa de su pequeña densidad
aparente (30 a 100 g/l en los ejemplos de realización del documento
DE 40 16 710 A) y de la voluminosidad de las partículas, es difícil
llenar moldes completamente con este polvo y es alta la carga de
polvo muy fino.
Según la invención, se propone fabricar cuerpos
moldeados tridimensionales a partir de un cuerpo expandido
compactado de grafito a través de la etapa intermedia de
semiproductos o piezas premoldeadas bidimensionales hechos de
grafito expandido incompletamente compactado.
El procedimiento según la invención comprende
los pasos de
- fabricación de semiproductos bidimensionales a
partir de un cuerpo expandido de grafito, opcionalmente con otros
aditivos, estando el cuerpo expandido de grafito compactado
solamente en pequeña medida dentro del semiproducto,
- apilamiento del número (al menos dos) deseado
de semiproductos o de piezas premoldeadas planas cortadas de un
semiproducto,
- unión de los semiproductos o piezas
premoldeadas por acción de presión para obtener un cuerpo moldeado
de una sola pieza,
- conformación final y otra mecanización
posterior opcional.
Por "semiproductos bidimensionales" o
"piezas premoldeadas planas" se entienden en lo que sigue
estructuras cuyo espesor es sensiblemente menor que su extensión en
superficie, es decir, placas planas, discos, bandas y estructuras
planas semejantes. Tales semiproductos bidimensionales se pueden
producir simplemente de manera conocida prensando el material de
partida en forma de polvo para obtener una estructura plana, por
ejemplo una cuerda plana, una banda o una placa.
Según el procedimiento conforme a la invención,
la transición del polvo informe al cuerpo moldeado tridimensional
complejo no tiene que realizarse en un solo paso. Es sensiblemente
menos complicado en cuanto a la técnica del procedimiento
transferir primero un material informe, por ejemplo un polvo o una
pasta, a una forma sencilla, por ejemplo la de una placa plana, que
transferirlo directamente a una forma tridimensional complicada.
Además, en el procedimiento según la invención se suprimen las
dificultades que se presentan en el estado de la técnica para
llenar útiles de moldeo con polvo muy fino, partículas voluminosas o
masas viscosas.
Otra ventaja del procedimiento según la
invención consiste en que, en comparación con el procedimiento de
una sola etapa según el estado de la técnica, el procedimiento según
la invención, debido precisamente a que comprende varias etapas,
ofrece más oportunidades de variación y optimización de los
parámetros del producto que el procedimiento sustancialmente de una
sola etapa según el estado de la técnica. Así, se pueden combinar
de múltiples maneras semiproductos diferentes fabricados en el
primer paso, con lo que se puede obtener un gran número de
productos diferentes, por ejemplo por combinación de semiproductos
de densidad y/o espesor y/o composición y/o revestimiento
diferentes.
Otros detalles, variantes y ventajas del
procedimiento según la invención, de los productos obtenibles según
este procedimiento y de su uso se desprenden de la descripción
detallada siguiente y de los dibujos.
Los dibujos muestran:
La figura 1, un esquema de desarrollo del
procedimiento según la invención y
La figura 2, un esquema de desarrollo del
procedimiento según la invención, en el que el semiproducto
consistente en un cuerpo expandido de grafito está revestido
parcialmente con un material acumulador de calor.
El desarrollo del procedimiento según la
invención se representa equemáticamente en la figura 1. El material
de partida del procedimiento según la invención es un cuerpo
expandido 1 de grafito (llamado también grafito hinchado). Se
pueden añadir al cuerpo expandido de grafito aditivos o materiales
de relleno en forma de fibras o de partículas de metal, carbono,
materiales cerámicos o materiales minerales, por ejemplo negro de
humo u otras formas de partículas de carbono para optimizar la
conductividad térmica y eléctrica, fibras, por ejemplo fibras de
carbono o fibras metálicas, y/o partículas cerámicas o minerales,
por ejemplo de sustancias acumuladoras de calor. La selección de
estos materiales se ajusta al uso previsto de los cuerpos moldeados
que han de fabricarse, pero la invención no está ligada al uso de
aditivos de ninguna clase en forma de fibras o de partículas.
La fabricación de grafito expandido (cuerpo
expandido de grafito, grafito hinchado) es conocida, entre otros,
por el documento US-A 3 404 061. Para la fabricación
de grafito expandido se calientan de golpe compuestos de inclusión
de grafito o sales de grafito, por ejemplo hidrogenosulfato de
grafito o nitrato de grafito. Se aumenta con ello el volumen de las
partículas de grafito en un factor de 200 a 400 y disminuye la
densidad aparente hasta 2 a 20 g/l. El llamado cuerpo expandido de
grafito así obtenido consiste en agregados voluminosos en forma de
gusano o de acordeón. Si se compactan estas partículas bajo presión,
éstas se enganchan y se engranan entonces unas con otras. Debido a
este efecto se pueden fabricar, sin un aditivo aglutinante,
estructuras planas autoportantes, por ejemplo bandas sinfín,
películas o placas. En particular, se conoce la compactación
formando películas con espesores de 0,15 a 3 mm y densidades de 0,1
a 2 g/cm^{3}, preferiblemente 0,7 a 1,8 g/cm^{3}. Estas
películas se utilizan, por ejemplo, como material
de juntas.
de juntas.
Sin embargo, en los semiproductos para el
procedimiento según la invención el cuerpo expandido de grafito
está menos fuertemente compactado que en las películas de grafito
conocidas. Es decisivo para el procedimiento según la invención que
el cuerpo expandido de grafito en el semiproducto esté comprimido
solamente hasta el punto de que, por un lado, se produzca entre las
partículas una cohesión suficiente para la fabricación de un
semiproducto plano, pero, por otro lado, exista aún la posibilidad
de una apreciable compactación adicional. El cuerpo expandido de
grafito, cuya densidad es de 2 a 20 g/l, preferiblemente 3 a 15 g/l,
se compacta en el semiproducto hasta una densidad de 0,01 a un
máximo de 0,2 g/cm^{3}, preferiblemente hasta 0,02 a 0,1
g/cm^{3}. A causa de esta compactación relativamente pequeña, hay
que partir de la consideración de que las partículas del cuerpo
expandido tienen aún parcialmente forma de gusano, de modo que
pueden seguirse enganchando y engranando unas con otras en un paso
de compresión subsiguiente. Debido a la menor compactación del
cuerpo expandido, los semiproductos presentan superficies rugosas,
lo que contrasta con las superficies lisas de las películas de
grafito conocidas.
Preferiblemente, se fabrican los semiproductos
continuamente por prensado entre dos cintas transportadoras
textiles 2 en forma de bandas alargadas sinfín 3. A partir del
semiproducto plano así obtenido se cortan o troquelan seguidamente
piezas premoldeadas 4 de tamaño adecuado. El tamaño, es decir, la
extensión superficial, y la geometría superficial de las piezas
premoldeadas 4 se ajustan sustancialmente al producto que se ha de
fabricar, y el procedimiento según la invención no fija aquí límites
de ninguna clase. Por motivos prácticos, se emplean como piezas
premoldeadas preferiblemente placas cuadradas con una superficie de
100 mm x 100 mm hasta 2.000 mm x 2.000 mm. Sin embargo, se pueden
utilizar también, por supuesto, piezas premoldeadas circulares,
rectangulares o de otra configuración.
Naturalmente, a partir del cuerpo expandido de
grafito se puede prensar también directamente un semiproducto con
las dimensiones de la pieza premoldeada deseada 4, por ejemplo en
forma de una placa de superficie y espesor determinados. Sin
embargo, esta variante es menos preferida debido al modo de trabajo
discontinuo en comparación con la fabricación continua de cuerdas
planas o bandas. Los semiproductos adecuados y las piezas
premoldeadas fabricadas a partir de ellos para el procedimiento
según la invención tienen un espesor comprendido entre 4 y 45 mm,
preferiblemente entre 5 y 40 mm. El empleo de semiproductos más
delgados es poco rentable, puesto que cuanto más delgado sea el
semiproducto tantas más piezas premoldeadas derivadas de este
semiproducto tienen que apilarse una sobre otra para obtener un
cuerpo moldeado de un tamaño determinado. Los semiproductos con un
espesor de sustancialmente más de 55 mm son también inadecuados.
Durante la compresión conjunta subsiguiente en el estado apilado,
las piezas premoldeadas muy gruesas obtenidas a partir de un
semiproducto de esta clase se deforman ellas mismas en su mayoría y
se compactan sobre sí mismas, y entonces apenas se unen con las
piezas premoldeadas contiguas. Por tanto, existe el riesgo de que,
a partir de una pila de piezas premoldeadas gruesas de pequeña
densidad situadas en forma suelta una sobre otra, se obtenga
solamente una pila de piezas premoldeadas deformadas más delgadas
que apenas se adhieran una a otra en lugar de obtener el cuerpo
moldeado deseado de una sola pieza. Además, la fuerte deformación
de las piezas premoldeadas huecas durante la compresión conjunta
conduce al arranque lateral de material.
A partir de estas piezas premoldeadas planas 4
se construye la pieza estructural tridimensional deseada, para lo
cual se apilan una sobre otra el número necesario de piezas
premoldeadas planas 4 sobre un acumulador de pisos 5. Se colocan al
menos dos piezas premoldeadas una sobre otra. Esta pila 6 se prensa
seguidamente en una prensa 7, con lo que, debido a la acción de la
presión, las piezas premoldeadas situadas una sobre otra se unen
una con otra para obtener un cuerpo moldeado bruto 8 de una sola
pieza. Durante la compresión conjunta se aprovecha la reserva de
compresión todavía existente en los semiproductos, de modo que la
densidad aumenta hasta valores comprendidos entre 0,025 y 0,4
g/cm^{3}, preferiblemente de 0,03 a 0,25 g/cm^{3}.
El espesor (altura) del cuerpo moldeado bruto 8
obtenible por compresión de la pila 6 constituida por piezas
premoldeadas 4 situadas una sobre otra se ajusta al número y espesor
de las piezas premoldeadas apiladas una sobre otra y a la presión
aplicada durante el prensado. Respecto del número de las piezas
premoldeadas que han de apilarse una sobre otra, se ha de tener en
cuenta la contracción en volumen originada por la compactación, es
decir que, por ejemplo, para una compatación hasta aproximadamente
la mitad del volumen de partida durante el prensado, el volumen de
la pila de piezas premoldeadas tiene que ser aproximadamente el
doble de grande que el del producto final deseado.
Una ventaja especial del procedimiento según la
invención es que se pueden fabricar también cuerpos moldeados con
un espesor (en la dirección de prensado) de más de 50 mm.
Las piezas premoldeadas apiladas una sobre otra
y destinadas a unirse una con otra no tienen que ser necesariamente
idénticas en cuanto a espesor, densidad y composición. Por el
contrario, el procedimiento según la invención abarca la
posibilidad de combinar piezas premoldeadas de espesor, densidad y/o
composición diferentes de conformidad con las propiedades deseadas
del cuerpo moldeado que se va a fabricar. De esta manera, se pueden
fabricar, por ejemplo, cuerpos moldeados con una variación espacial
deliberada de la composición.
Las superficies de algunas o todas las piezas
premoldeadas pueden estar provistas parcialmente de un
revestimiento, una envoltura, un forro o una capa sobrepuesta.
Decisivo para la invención es que al menos en un 50% de cada
superficie límite entre dos piezas premoldeadas puedan tocarse una a
otra las partículas de grafito de las dos piezas premoldeadas y
puedan estas partículas entrar en interacción una con otra, es decir
que se enganchen y se engranen entre ellas.
Cuando esto sea necesario para la función
prevista del cuerpo moldeado a fabricar, algunas de las piezas
premoldeadas a unir pueden ser provistas de una impregnación, por
ejemplo de resina de furano. Esto es pertinente, por ejemplo,
cuando el cuerpo moldeado deseado deba presentar capas de menor
porosidad y, en consecuencia, menor permeabilidad, por ejemplo
capas actuantes como barrera contra el vapor.
Para la utilización de cuerpos moldeados según
la invención como acumuladores de calor se pueden impregnar algunas
piezas premoldeadas con sustancias acumuladoras de calor, por
ejemplo con materiales de cambio de fase acumuladores de calor
latente, por ejemplo con parafinas o con soluciones acuosas de sales
que forman hidratos y actúan así como materiales de cambio de fase.
Tales materiales de cambio de fase y su acción son conocidos del
experto. Preferiblemente, se rellena con la impregnación entre el 30
y el 40% del volumen de poros de la pieza premoldeada.
Para el proceso de prensado no es necesaria una
alimentación extra de calor. Las presiones aplicadas están en el
intervalo de 10 a 500 bares (1 a 50 MPa). Para la compresión
conjunta de las piezas premoldeadas se pueden utilizar prensas de
placas estacionarias 7. El aire desalojado durante la compactación
puede escapar lateralmente de la prensa de placas. Sin embargo, se
pueden utilizar también instalaciones de funcionamiento continuo
con pares de rodillos, por ejemplo bastidores de calandrias.
Los cuerpos moldeados brutos 8 así obtenidos son
consistentes y estables, y las distintas piezas premoldeadas planas
están unidas una con otra de manera indisoluble. Esto puede
atribuirse a que, durante la compresión conjunta de las piezas
premoldeadas apiladas una sobre otra, los gusanitos del cuerpo
expandido solamente un poco compactados, provenientes de las piezas
premoldeadas contiguas, se enganchan y se engranan uno con otro
hasta más allá de las superficies límite entre las distintas piezas
premoldeadas. Sin embargo, la invención no está ligada a esta
teoría. En cualquier caso, cuando se corta el cuerpo moldeado
perpendicularmente a los planos de las piezas premoldeadas
apiladas, ya no son visibles en las superficies de corte del cuerpo
moldeado terminado los límites entre las piezas premoldeadas
originalmente individuales. Por tanto, en base al cuerpo moldeado
terminado no se puede apreciar ya de qué número de piezas
premoldeadas se ha fabricado éste.
Cuando la compresión conjunta se realiza en una
prensa de placas abierta, se forman entonces en las superficies
laterales del cuerpo moldeado bruto unos engrosamientos debido al
desalojamiento del material bajo la acción de la presión de
prensado. Estos engrosamientos se eliminan seguidamente por medio de
una mecanización mecánica en la zona de corte 9, y los cuerpos
moldeados brutos 8 son llevados a la forma final deseada. Se ha
visto que los cuerpos moldeados brutos 8 pueden llevarse muy
fácilmente a la forma final deseada, por ejemplo a la forma de un
bloque 10, por mecanización con una sierra o con una cuchilla para
moqueta.
Además, los cuerpos moldeados pueden ser
provistos, por ejemplo, de escotaduras durante el proceso de
mecanización conformadora posterior, se pueden practicar ranuras y
entrantes socavados o se pueden imprimir dibujos en la superficie,
y similares.
Sin embargo, los procesos de prensado y de corte
pueden realizarse también en una instalación combinada, por ejemplo
en una prensa con mordazas móviles en los lados frontales, que sean
bajadas después del prensado y que recorten así los engrosamientos
del borde.
Es posible también el prensado próximo al
contorno final en un útil de moldeo ventilable, pero esta variante
es menos preferida a causa del elevado coste para la fabricación del
útil.
Cuerpos moldeados diferentes obtenidos con el
procedimiento según la invención pueden unirse uno con otro por
medio de adhesivos para obtener piezas estructurales de geometría
más complicada. A este fin, son adecuados todos los adhesivos
conocidos y generalmente usuales.
En la superficie de los cuerpos moldeados se
pueden embutir componentes funcionales, por ejemplo tubos de
calefacción para aplicaciones en la tecnología de la calefacción y
la climatización.
Otros procedimientos opcionales de mecanización
posterior comprenden, por ejemplo, la aplicación de revestimiento
sobre la superficie de los cuerpos moldeados, por ejemplo por
barnizado o por forrado con materiales planos, por ejemplo tejidos
u otros materiales textiles, y la impregnación de los cuerpos
moldeados con determinadas sustancias, según cual sea la función
prevista de los cuerpos moldeados.
La conductividad de los cuerpos moldeados para
calor y corriente eléctrica depende de la compactación. Cuanto más
alta sea la compactación, tanto más altas serán la conductividad
eléctrica y la conductividad térmica y tanto más pronunciada será
la anisotropía de la conductividad calorífica y la conductividad
eléctrica. Por tanto, mediante la compactación es posible controlar
la isotropía/anisotropía de la conductividad térmica y
eléctrica.
Un campo de aplicación importante de los cuerpos
moldeados según la invención, especialmente bloques, es la
tecnología de la climatización y el atemperado. Se ofrece aquí en
primer lugar, debido a la conductividad térmica del grafito, la
aplicación de éste como conductor de calor, por ejemplo como cuerpo
disipador de calor para aparatos electrónicos, o como
intercambiador de calor.
Además, en los cuerpos moldeados según la
invención la conductividad calorífica del grafito puede acoplarse
con la capacidad de acumulación de calor de un material acumulador
de calor latente o sensible, para lo cual se introduce un medio
acumulador de calor en el cuerpo moldeado según la invención. El
esqueleto de grafito facilita, debido a su conductividad térmica,
la alimentación de calor durante la carga del acumulador o la
evacuación de calor durante la descarga de éste.
Los cuerpos moldeados según la invención se
pueden impregnar o infiltrar fácilmente con líquidos. Así, a partir
de los cuerpos moldeados obtenidos según el procedimiento conforme a
la invención se pueden fabricar acumuladores de calor por
impregnación o infiltración con un material acumulador de calor o de
cambio de fase, tal como hidrato de sal, disuelto en un disolvente,
preferiblemente agua, o con un material de cambio de fase, tal como
parafina, transferible a la fase líquida. Preferiblemente, se
rellena mediante la impregnación entre el 30 y el 40% del volumen
de poros del cuerpo moldeado.
Como alternativa a esto, y como ya se ha
descrito, pueden impregnarse algunas piezas premoldeadas y
combinarse éstas con piezas premoldeadas no impregnadas para
obtener un cuerpo moldeado.
Ahora bien, los materiales acumuladores de calor
que se presentan en forma sólida, es decir, como polvo o granulado,
se pueden introducir en los bloques según la invención. En la figura
2 se representa un modo de procedimiento adecuado para esto.
Según el mismo modo de procedimiento que en la
figura 1, se prensa un cuerpo expandido de grafito 1 entre cintas
transportadoras textiles 2 para obtener una banda 3 sobre cuya
superficie orientada hacia arriba se distribuye seguidamente el
material acumulador de calor 11 de forma de polvo o de granulado,
por ejemplo magnesita o espato pesado, para obtener una capa plana
suelta y delgada, efectuándose esta distribución desde un
dispositivo de dosificación 12. Los granos o las partículas del
granulado tienen típicamente diámetros comprendidos entre 0,5 y 5
mm. En la banda 3' cubierta de material esparcido se cortan
seguidamente, en la zona de corte, unas piezas premoldeadas 4' de
forma de placa que se apilan una sobre otra en un acumulador de
pisos 5 formando una pila 6' y que se prensan juntas en una prensa
estacionaria 7. Como alternativa, se pueden cortar también primero
en la banda 3 unas placas 4 cuyas superficies orientadas hacia
arriba se cubren después esparciendo sobre ellas el material
acumulador de calor 11.
Decisivo para la cohesión del conjunto es que la
capa aplicada por esparcido no sea tan gruesa y compacta que
establezcan en la pila una separación completa entre las superficies
de las placas de grafito lindantes una con otra. A través del
relleno de polvo tiene que ser posible todavía una interacción entre
las superficies de las placas, de modo que se produzca durante el
prensado el enganche y engrane entre las partículas del cuerpo
expandido de grafito que resultan decisivos para la adherencia mutua
de la las placas. Por tanto, la cubrición de la superficie de cada
pieza premoldeada con las partículas esparcidas no deberá sobrepasar
el 50%. Por este motivo, se aplica de preferencia el esparcimiento
no en forma distribuida sobre toda la superficie de la pieza
premoldeada, sino solamente sobre zonas determinadas, por ejemplo en
estrías u otras cavidades practicadas de antemano en la superficie
y dispuestas conforme a un dibujo adecuado. Estas estrías o
cavidades pueden ser cortadas en la superficie con una herramienta
de corte o embutidas con una herramienta a manera de troquel.
Cuando se comprime la pila 6', las partículas
esparcidas son presionadas desde la superficie de las placas hacia
dentro de las zonas de las mismas próximas a la superficie, con lo
que en una sección transversal del cuerpo no pueden apreciarse
capas discretas nítidamente separadas de grafito o del polvo
vertido.
La separación entre capas de grafito y capas que
contienen material acumulador de calor puede reducirse aún más
cuando se empleen piezas premoldeadas lo más delgadas posible,
puesto que cuanto más delgadas sean las piezas premoldeadas, tanto
más delgadas serán las capas de grafito entre las capas que
contienen material acumulador de calor. Preferiblemente, para la
fabricación de bloques con capas intermedias acumuladoras de calor
se emplean piezas premoldeadas con un espesor de 10 a 20 mm. Así, a
partir de semiproductos heterogéneos con una estructura de capas
discretas (pieza premoldeada de grafito con polvo o granulado
esparcido) se puede obtener un producto menos heterogéneo con zonas
de transición entre las distintas capas.
Los cuerpos moldeados brutos 8' así obtenidos,
cargados con el material acumulador de calor, se llevan seguidamente
en la zona de corte 9, al igual que los cuerpos moldeados 8, a la
forma deseada, por ejemplo de un bloque 10'.
Es evidente que el procedimiento según la figura
2 no se limita a la fabricación de capas intermedias acumuladoras
de calor. Se pueden fabricar también cuerpos moldeados con otras
capas funcionales, a cuyo fin se aplican partículas de un material
funcional correspondiente sobre las superficies del semiproducto o
de las piezas premoldeadas que queda orientada hacia arriba.
Decisivo para la fabricación del cuerpo moldeado según la invención
es que la superficie de cada pieza premoldeada que mira hacia arriba
esté cubierta como máximo hasta un 50% por las partículas del
material funcional.
Otras variantes del procedimiento según la
invención consisten en incorporar en las pilas 6 ó 6', entre las
distintas piezas premoldeadas 4 ó 4', capas de chapa agujereada,
película agujereada, tejido abierto, género de punto abierto u
otras estructuras textiles planas de malla ancha. Son adecuados, por
ejemplo, tejidos con anchuras de malla comprendidas entre 3 mm x 3
mm y 20 mm x 20 mm. Las capas de tejido incorporadas entre las
capas de grafito producen una mejora de la estabilidad mecánica de
los cuerpos moldeados, especialmente de su resistencia a la
flexión.
Es decisivo que las capas intermedias no cubran
completamente las superficies de las piezas premoldeadas para que
sea posible aún una interacción entre las superficies de las placas,
de modo que, durante el prensado, éstas enganchen y engranen las
partículas del cuerpo expandido de grafito unas con otras hasta más
allá de los límites de las placas. Por tanto, el grado de cobertura
de cada superficie límite entre las piezas premoldeadas por medio
de una capa sobrepuesta u otras clases de revestimientos o forros no
deberá sobrepasar el 50% de la superficie total.
Siempre que las sustancias incorporadas entre
las piezas premoldeadas sean fusibles o termoplásticas (por
ejemplo, película de plástico agujereada) o contengan componentes
fusibles o termoplásticos, por ejemplo fibras de plástico, el
proceso de prensado puede realizarse a elevada temperatura para
lograr un reblandecimiento, un inicio de fusión o una fusión
completa de estas sustancias. Sin embargo, esto no es necesario
según la invención para producir la adherencia entre las
superficies de las placas. No obstante, debido a la fusión se puede
lograr una infiltración de las capas de las piezas premoldeadas
próximas a la superficie con la sustancia fundida, con lo que el
cuerpo moldeado obtenido presenta transiciones continuas entre las
capas de grafito y las capas intermedias.
Finalmente, cabe destacar una vez más que la
impregnación, la infiltración y la introducción de capas intermedias
sirven solamente para conferir a los cuerpos moldeados según la
invención unas determinadas funciones necesarias para su uso, por
ejemplo una función de acumulación de calor. Los materiales
incorporados como capas intermedias o por impregnación no han de
realizar ninguna función de pegamento, aglutinante o adhesivo,
puesto que en los cuerpos moldeados según la invención las piezas
premoldeadas se adhieren una a otra sin aglutinante ni pegamento
debido a los efectos - logrados por la compresión - del enganche y
engrane mutuos de las partículas del cuerpo expandido de grafito
hasta más allá de las superficies límite de las piezas
premoldeadas.
En los ejemplos de realización del procedimiento
según la invención se apilan piezas premoldeadas en forma de placas
una sobre otra y se comprimen éstas en una prensa de placas para
obtener un cuerpo moldeado bruto que se corta en forma de un
bloque. Por bloque se entiende aquí un cuerpo de forma cúbica o
paralelepipédica. Las piezas premoldeadas se han producido a partir
de un cuerpo expandido de grafito con una densidad de 3 g/l. En
caso de que no se indique otra cosa, el proceso de prensado se
realizó a temperatura ambiente. Con "espesor" de las piezas
premoldeadas o con "espesor/altura" de los bloques se quiere
dar a entender siempre la dimensión en la dirección de
prensado.
\newpage
Ejemplos 1 a
4
Se fabricó un bloque (Ejemplo 1) con una altura
(espesor) de 50 mm y una densidad de 0,15 g/cm^{3} apilando una
sobre otra ocho piezas premoldeadas en forma de placas, cada una con
un espesor de 20 mm, una densidad de 0,025 g/cm^{3} y una
superficie de 500 mm x 250 mm, y se comprimieron estas piezas
premoldeadas a una presión de 200 bares (20 MPa). Seguidamente, se
cortaron las superficies laterales prominentes de la pieza moldeada
bruta. Se redujeron así la longitud y la anchura de la superficie de
base del bloque - en cada caso en 20 mm - en comparación con la
superficie de los semiproductos. Se cortó el bloque en la dirección
de prensado, las superficies de corte eran homogéneas y ya no se
podían reconocer las superficies límite originales entre las piezas
premoldeadas.
En los Ejemplos 2 a 4 siguientes se fabricaron a
partir de semiproductos de forma de placa, con una superficie de
400 mm x 600 mm, unos bloques correspondientes con una anchura
(espesor) de 50 mm. Para la fabricación de los bloques se procedió
en cada caso a apilar uno sobre otro y a comprimir varios
semiproductos del mismo espesor y densidad. A continuación, se
cortaron la superficies laterales prominentes de la pieza moldeada
bruta. Se redujeron así la longitud y la anchura de la superficie de
base del bloque - en cada caso en 20 mm - con respecto a la
superficie de los semiproductos.
En la Tabla 1 se indican el espesor y la
densidad de los bloques obtenidos según el procedimiento de la
invención en función del número de semiproductos apilados uno sobre
otro, así como de su espesor y densidad.
Se desprende de la Tabla 1 que la densidad del
material en el bloque depende del número de semiproductos y de su
densidad. Así, mediante una selección correspondiente de los
semiproductos es posible conseguir densidades deliberadamente
determinadas. Esto es interesante para el ajuste de determinados
valores y anisotropías de la conductividad calorífica, ya que éstos
dependen de la compactación.
La comparación de los bloques Nos. 2 y 3 muestra
que, para el mismo espesor del bloque y la misma densidad y espesor
de los semiproductos, la densidad del grafito en el bloque es tanto
mayor cuantos más semiproductos se hayan apilado uno sobre otro y
comprimido uno contra otro.
Según el procedimiento de la invención, se
fabricó un bloque a partir de cuatro placas apiladas una sobre
otra, cada una con una superficie de 300 mm x 300 mm, un espesor de
40 mm y una densidad de 0,02 g/cm^{3}. Sobre las superficies
orientadas hacia arriba en tres de las cuatro placas se esparcieron
en cada caso 100 g de espato pesado granular (diámetro del grano de
aproximadamente 1 mm) de modo que se obtuviera una distribución
plana suelta de los granos sobre la superficie de las placas, es
decir que las placas no estaban completamente cubiertas. El espato
pesado sirve de material acumulador para calor sensible.
A continuación, se apilaron una sobre otra las
tres placas provistas de material esparcido, se colocó la cuarta
placa desprovista de material esparcido en la posición más alta de
la pila y se comprimió la pila bajo una presión de 150 bares (15
MPa), a temperatura ambiente, hasta una altura de 40 mm.
El bloque así obtenido contiene tres capas
intermedias acumuladoras de calor, siendo continua la transición a
las respectivas capas de grafito contiguas, ya que los granos del
material acumulador de calor son hincados en las superficies de las
placas durante la compresión conjunta de éstas. La alta
conductividad calorífica de las capas de grafito entre las capas
acumuladoras de calor permite un calentamiento o enfriamiento rápido
del acumulador de calor.
Según el procedimiento de la invención, se
fabricó un bloque a partir de cinco placas apiladas una sobre otra,
cada una con una superficie de 200 mm x 200 mm, un espesor de 40 mm
y una densidad de 0,02 g/cm^{3}. Durante el apilamiento se
insertaron entre las respectivas placas unas capas de un tejido de
fibras de plástico fusible con un ancho de malla de 3 mm x 3 mm,
con lo que se obtuvo una pila con una disposición alternante de
placas de grafito y capas de tejido. La compresión formando un
bloque con un espesor de 40 mm se efectuó a una temperatura de
180ºC bajo una presión de 200 bares (20 MPa).
Comparando piezas premoldeadas diferentes (Tabla
2) se pone claramente de manifiesto que tanto el valor como la
anisotropía de las conductividades térmica y eléctrica de los
semiproductos depende de la densidad. Cuanto más alta sea la
compactación, tanto más planas y llanas son las partículas de
grafito y tanto más se orientan en dirección paralela al plano de
las placas. Por tanto, al aumentar la densidad aumenta la relación
de la conductividad en el plano de las placas con respecto a la
conductividad transversalmente a dicho plano de las placas.
Ejemplos 8 y
9
La dependencia del valor y la anisotropía de las
conductividades eléctrica y térmica respecto de la compactación del
grafito, cuya dependencia ha sido ya demostrada en el ejemplo
anterior con ayuda de semiproductos de densidad diferente, puede
observarse también en los bloques fabricados según el procedimiento
de la invención. Esto lo pone de manifiesto la comparación de dos
bloques de densidad diferente en la Tabla 2. Cada bloque se fabricó
según el procedimiento de la invención a partir de semiproductos de
igual densidad y espesor apilados uno sobre otro.
Claims (30)
1. Procedimiento para fabricar cuerpos moldeados
a partir de un cuerpo expandido compactado de grafito, que comprende
los pasos siguientes:
- fabricación de piezas premoldeadas planas con
una densidad de 0,01 g/cm^{3} a 0,2 g/cm^{3} a partir de un
cuerpo expandido de grafito con una densidad de 2 g/l a 20 g/l,
- apilamiento de al menos dos piezas
premoldeadas una sobre otra,
- unión de las piezas premoldeadas por acción de
presión para obtener un cuerpo moldeado de una sola pieza,
compactándose el grafito bajo la acción de la presión hasta una
densidad de 0,025 g/cm^{3} a 0,4 g/cm^{3}.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque se comprimen conjuntamente las piezas
premoldeadas apiladas una sobre otra con una presión en el
intervalo de 1 a 50 MPa.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor
de las piezas premoldeadas es de al menos 4 mm y a lo sumo 45
mm.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la densidad
del cuerpo expandido de grafito a partir del cual se fabrican las
piezas premoldeadas es de 3 a 15 g/l.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la densidad
del grafito en las piezas premoldeadas es de 0,02 a 0,1 g/l.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la densidad
del grafito en los cuerpos moldeados es de 0,03 a 0,25 g/l.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el espesor
del cuerpo moldeado en la dirección de prensado asciende por lo
menos a 50 mm.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo
expandido de grafito contiene aditivos en forma de fibras o de
partículas de metal, carbono, materiales cerámicos o materiales
mine-
rales.
rales.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque se han añadido al cuerpo expandido de
grafito partículas de un material acumulador de calor.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las
superficies de algunas o todas las piezas premoldeadas están
provistas parcialmente de un revestimiento, una envoltura, un forro
o una capa sobrepuesta, de modo que cada superficie límite entre las
piezas premoldeadas está cubierta hasta un máximo del 50% por el
revestimiento, la envoltura, el forro o la capa sobrepuesta.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque las superficies de algunas o todas las
piezas premoldeadas que miran hacia arriba en la pila están
cubiertas con un polvo o granulado, cubriendo las partículas de
polvo o de granulado como máximo un 50% de la superficie de la pieza
premoldeada que mira hacia arriba.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque las superficies de algunas o todas las
piezas premoldeadas que miran hacia arriba en la pila están
cubiertas con un material acumulador de calor en forma de polvo o
de granulado, cubriendo las partículas de polvo o de granulado como
máximo un 50% de la superficie de la pieza premoldeada que mira
hacia arriba.
13. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque en las superficies de algunas o todas
las piezas premoldeadas que miran hacia arriba en la pila están
practicadas unas cavidades en las que se introduce el material en
forma de polvo o de granulado, cubriendo las partículas de polvo o
de granulado como máximo un 50% de la superficie de la pieza
premoldeada que mira hacia arriba.
14. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque las superficies de algunas o todas las
piezas premoldeadas están forradas con un material textil plano, una
chapa agujereada o una película agujereada, de modo que cada
superficie límite entre las piezas premoldeadas está cubierta hasta
un máximo de un 50% con el material textil.
15. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque el material textil es un tejido con un
ancho de malla comprendido entre 3 mm x 3 mm y 20 mm x 20 mm.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 10 a 15, caracterizado porque el
revestimiento, la envoltura, el forro o la capa sobrepuesta
contiene componentes fusibles o termoplásticos y porque el proceso
de unión de las piezas premoldeadas se efectúa bajo presión a la
temperatura de reblandecimiento o de fusión de esta sustancia o por
encima de la misma.
17. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
semiproductos apilados uno sobre otro se diferencias entre ellos en
su densidad y/o espesor y/o composición y/o revestimiento.
18. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se apilan
alternando una sobre otra piezas premoldeadas derivadas de un
cuerpo expandido de grafito y capas sobrepuestas de materiales
textiles planos, chapa agujereada o película agujereada, estando
cada superficie límite entre las piezas premoldeadas cubierta hasta
un máximo de un 50% por el revestimiento, la envoltura, el forro o
la capa sobrepuesta, y porque a continuación se unen dichas piezas
premoldeadas por acción de presión para obtener un cuerpo moldeado
de una sola pieza.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque algunas de
las piezas premoldeadas apiladas una sobre otra presentan una
impregnación.
20. Procedimiento según la reivindicación 19,
caracterizado porque algunas de las piezas premoldeadas
apiladas una sobre otra están impregnadas con resina de furano.
21. Procedimiento según la reivindicación 19,
caracterizado porque algunas de las piezas premoldeadas están
impregnadas con un material acumulador de calor.
22. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unión de
las piezas premoldeadas se realiza bajo presión en una prensa de
placas, en un útil de prensado ventilable o entre pares de
rodillos.
23. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el cuerpo
moldeado obtenido por la unión de las piezas premoldeadas bajo la
acción de la presión se lleva seguidamente a la forma final deseada
por medio de una mecanización mecánica.
24. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se impregna
el cuerpo moldeado obtenido por la unión de las piezas premoldeadas
bajo la acción de la presión.
25. Procedimiento según la reivindicación 24,
caracterizado porque se impregna el cuerpo moldeado con un
material acumulador de calor.
26. Procedimiento según la reivindicación 25,
caracterizado porque se impregna el cuerpo moldeado con una
parafina que actúa como material de cambio de fase.
27. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se revisten
las superficies del cuerpo moldeado con una capa de barnizado o con
un laminado de un material textil plano.
28. Uso de los cuerpos moldeados fabricados
según el procedimiento de las reivindicaciones 1 a 27 para conducir
o intercambiar calor.
29. Uso de los cuerpos moldeados fabricados
según el procedimiento de la reivindicación 9, 12, 21, 25 ó 26 para
acumular calor.
30. Procedimiento para fabricar un acumulador de
calor, que comprende los pasos siguientes:
- fabricación de piezas premoldeadas planas con
un espesor de 10 a 20 mm y una densidad de 0,01 g/cm^{3} a 0,2
g/cm^{3} a partir de un cuerpo expandido de grafito con una
densidad de 2 g/l a 20 g/l,
- revestimiento de la superficie de las piezas
premoldeadas que miran hacia arriba con partículas de un material
acumulador de calor, de modo que la superficie de cada pieza
premoldeada que mira hacia arriba esté cubierta como máximo hasta
un 50% con las partículas del material acumulador de calor,
- apilamiento de las piezas premoldeadas una
sobre otra de modo que las superficies revestidas miren hacia
arriba,
- colocación de una pieza premoldeada sin
revestir sobre la pila,
- unión de las piezas premoldeadas por acción de
presión para obtener un cuerpo moldeado bruto de una sola pieza,
compactándose el cuerpo expandido de grafito hasta una densidad de
0,025 g/cm^{3} a 0,4 g/cm^{3},
- corte del cuerpo moldeado bruto dándole la
forma de un bloque.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP04009091A EP1588994B1 (de) | 2004-04-16 | 2004-04-16 | Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus expandiertem Graphit |
Publications (1)
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