ES2300303T3 - Cuerpo de grafito expandido impregnado de resinas acrilicas. - Google Patents
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Abstract
Cuerpo impregnado de grafito expandido o de grafito expandido al menos parcialmente recompactado, que contiene al menos un sistema de resina acrílica exento de disolvente, de baja viscosidad, estable en almacenamiento y polimerizable o bien polímeros obtenidos por endurecimiento de al menos un sistema de resina de esta clase, caracterizado porque el sistema de resina acrílica contiene un sistema iniciador que comprende los componentes 2,2''-dimetil-2,2''-azodipropiononitrilo y 1,1''-azobis-(1-ciclohexanocarbonitrilo).
Description
Cuerpo de grafito expandido impregnado de
resinas acrílicas.
Es objeto de la invención un cuerpo impregnado
con resinas artificiales y constituido por grafito expandido o por
grafito expandido y al menos parcialmente recompactado, así como un
procedimiento para la fabricación de un cuerpo de esta clase.
Los materiales compuestos de grafito y plásticos
están ampliamente difundidos en muchas aplicaciones técnicas. Por
ejemplo, granulados de electrografito con plásticos fluorados se
transforman en componentes de alta resistencia a la corrosión para
la construcción de aparatos químicos, si bien éstos, debido a los
costes de los plásticos fluorados y a la técnica de manipulación
necesaria, son relativamente costosos. Un tema cuyo contenido es
aún más próximo al de la solicitud aquí abordada está representado
en el documento US 4,265,952: se mezcla grafito expandido con, por
ejemplo, polvo fino de PTFE y a continuación se prensa la mezcla.
Por tanto, esta técnica de fabricación se diferencia de la técnica
de impregnación descrita en la solicitud que aquí se presenta.
Otro ejemplo de un material compuesto a base de
grafito y plástico son láminas de grafito natural impregnadas
superficialmente con resinas, las cuales se utilizan principalmente
en forma de juntas planas contra medios especialmente agresivos. En
la bibliografía técnica se encuentran muchos documentos referentes a
este segundo ejemplo.
Las láminas de grafito natural se fabrican hoy
en día en todo el mundo a razón de millares de toneladas al año. El
procedimiento empleado para ello se encuentra descrito en las
patentes EP 0 087 489, US 3,404,061 y US 3,494,382. Brevemente
expuesto, se realiza lo siguiente:
Un agente de inclusión, tal como, por ejemplo,
ácido sulfúrico concentrado, actúa en presencia de un agente
oxidante, tal como, por ejemplo, ácido nítrico concentrado o
peróxido de hidrógeno concentrado, sobre grafito natural,
preferiblemente grafito natural en forma de plaquitas o escamas. Se
producen entonces compuestos de inclusión de grafito en las escamas
de grafito o las plaquitas de grafito. Mediante un calentamiento de
corta duración, por ejemplo por introducción en la llama de un
quemador de gas, se descomponen térmicamente las escamas y mediante
la presión de gas que se origina en su interior durante este proceso
de descomposición se hinchan dichas escamas para formar partículas
de grafito sueltas de configuración vermicular. Este producto se
denomina también grafito "expandido" o material expandido de
grafito.
El grafito expandido es extraordinariamente
dúctil y se puede conformar fácilmente sin ayuda de un aglutinante
especial bajo una compactación más o menos fuerte. El más importante
producto así fabricado en el aspecto económico es una lámina de
grafito flexible que puede fabricarse racionalmente sobre cadenas de
calandrias. Tales productos tienen densidades aparentes
comprendidas entre 0,7 y 1,3 g/cm^{3}. Sin embargo, son posibles
también otras piezas de geometría diferente, por ejemplo cuerpos de
junta individuales, que estén más compactadas en promedio y
presenten densidades aparentes de 1,0 a 1,8 g/cm^{3}. Ahora bien,
existen piezas a manera de esponjas de pequeña densidad aparente en
promedio, que tienen valores de 0,1 a 1,0 g/cm^{3}. Todos estos
cuerpos de configuración diferente y densidad aparente diferente
tienen un sistema de poros abiertos. Se denominan en lo que sigue
"producto previo".
Los materiales compuestos a base de tal producto
previo y resinas artificiales o plásticos desarrollan múltiples
tareas. Las resinas artificiales o los plásticos reducen la
permeabilidad, definen las propiedades superficiales, por ejemplo
la resistencia a los arañazos, aumentan la resistencia en grado
reducido, disminuyen la estabilidad térmica de un material
compuesto con grafito expandido, pueden aminorar la conductividad
eléctrica o restringen la estabilidad frente a medios fluidos. Una
técnica conveniente para la fabricación de los materiales compuestos
es la impregnación.
Según el documento DE 32 44 595, se puede
aminorar la acción de adherencia de láminas de grafito a superficies
metálicas impregnando el producto previo en la zona próxima a la
superficie con resina de furano.
Según el estado actual de la técnica, la amplia
impregnación de una parte a otra de cuerpos moldeados de grafito
expandido y parcialmente recompactado es difícil. Para superar las
dificultades, el documento WO 99/16141 (US 6,037,074) enseña que se
puede impregnar un cuerpo de esta clase de una manera satisfactoria
cuando éste está mezclado con fibras minerales que salen también a
través de la superficie de los respectivos cuerpos. De esta manera,
se forman pequeños canales a lo largo de estas fibras minerales, en
los que, durante la impregnación, la resina puede circular hacia el
interior del cuerpo. En este documento se cita como agente de
impregnación una resina fenólica disuelta en acetona -es decir, una
resina durómera que contiene disolvente con reacciones de
condensación durante el endurecimiento-.
Otro método para lograr una buena impregnación
de parte a parte de cuerpos de grafito expandido consiste en
convertir las resinas deseadas por medio de disolventes en líquidos
de baja viscosidad con los cuales resulta más completa la
impregnación. En el documento japonés JP 1 100 040 A se citan las
resinas durómeras a base de fenoles, epóxidos, poliimidas,
melaminas, poliésteres y furanos, las cuales se emplean en una
solución de mezclado con polivinilbutiral.
En la patente japonesa JP 1 308 872 A2 se
describe la solución de otros problemas. Se fabrica un material
compuesto a base de un velo de fibras de vidrio y una lámina de
grafito expandido para reforzar esta última de esta manera y
obtener en conjunto un material estanco a los líquidos. Esto se
consigue por medio de una impregnación con resina epoxídica,
atravesando la resina el velo y penetrando al mismo tiempo también
superficialmente, es decir, en parte, dentro de la lámina. Durante
el endurecimiento subsiguiente se obtiene a partir del velo
impregnado la parte portante del material compuesto, el cual es
entonces también superficialmente estanco.
La impregnación de una lámina de grafito
expandido con resina fenólica o resina epoxídica, presentada en el
documento japonés JP 60242041A2 (DE 35 12 867 C2), sirve para la
solución de problemas similares, concretamente para la mejora de la
resistencia y la hermeticidad a los gases. La particularidad radica
aquí en un proceso de desgasificación de las resinas líquidas y de
la lámina situada en ellas que se repite múltiples veces,
seguramente con el objetivo de mejorar la calidad de la
impregnación.
En el documento DE 43 32 346 A1 se describe la
impregnación de las láminas a base de grafito expandido con el fin
de mejorar la adherencia a capas de elastómero sobrepuestas. La
viscosidad de las resinas epoxídicas empleadas es allí de 2.100 a
2.400 mPa\cdots.
En el documento japonés JP 11354136 A2, con el
título de "Fuel Cell, Separator for Fuel Cell, and Manufacture
Therefor", se describe la fabricación de grafito expandido en
forma de hojas (sheet-like shape). Este grafito
expandido parcialmente recompactado es pulverizado (pulverized) a
continuación y luego mezclado alternativamente con resinas, resina
epoxídica exenta de disolvente, resina epoxídica sólida, resina de
melamina, resina acrílica, resina de fenol, resina de poliamida,
etc. Esta mezcla se conforma seguidamente. Esta técnica se
diferencia -por la incorporación y mezclado de las resinas hasta
una granulación de grafito expandido- de los cuerpos según la
invención que presentan una estructura enteramente diferente, tal
como se demostrará más adelante.
En el documento WO 98/09926 se describe una
lámina de grafito que se recubre en al menos un lado con un
plástico. Esto se realiza primero con una solución acuosa de una
resina acrílica que se aplica sobre la superficie y que permanece
allí, pero que también penetra en zonas de la lámina próximas a la
superficie, y luego se seca dicha solución.
En el documento US 2001/0046560 se impregna una
lámina de grafito con un metacrilato, efectuándose el endurecimiento
bajo presión.
El estado de la técnica anteriormente expuesto
revela diferentes cuerpos fabricados empleando grafito expandido,
que contienen resinas artificiales, así como procedimientos para su
fabricación. Se aprecia fácilmente que es difícil fabricar cuerpos
de grafito de alto valor con contenido de resina artificial a partir
de grafito expandido recompactado. Todos los procedimientos
descritos adolecen en parte de graves inconvenientes: Cuando se
emplean para la impregnación resinas diluidas con disolventes y, por
tanto, mucho más fluidas, la impregnación se desarrolla ciertamente
con más facilidad, pero los vapores de los disolventes en general
fácilmente volátiles generan graves problemas durante la propia
impregnación, pero especialmente en los pasos posteriores del
procedimiento. En particular, debido a su escape dejan tras de sí,
al endurecerse las resinas, unos finos canales que aumentan la
permeabilidad de los cuerpos fabricados. Cuando no puede tolerarse
ni se desea una permeabilidad elevada, existe, además, un problema
general: Cuando el endurecimiento no se realiza con mucha lentitud,
es decir, consumiendo tiempo, se originan en los cuerpos unas
burbujas y fisuras que reducen considerablemente su calidad. Se
aplica una consideración correspondiente para sistemas de resina
que, al endurecerse, liberen gases provenientes de reacciones de
condensación.
Debido al escape de disolventes u otros gases y
vapores se origina una porosidad residual en los cuerpos. Se
intenta ahora frecuentemente eliminar la porosidad residual mediante
una o varias pasadas de impregnación adicionales.
El incremento del coste ligado a esto es
evidente y el éxito es bastante limitado. Asimismo, las resinas que
contienen disolvente requieren siempre, sobre todo, medidas para su
segura manipulación y para su eliminación inocua o para la
recuperación de los disolventes, lo que incrementa aún más el coste.
El recurso a la adición de fibras que atraviesan las superficies
del cuerpo mejora tal vez las propiedades de impregnación del
cuerpo, pero no elimina los problemas expuestos para el empleo de
vapores o gases que contienen disolvente. Además, se tiene siempre
un producto que contiene fibras determinadas y que se puede fabricar
con mayor coste.
Los problemas comentados con los disolventes
contenidos en los sistemas de resina se aplican también para
resinas que contienen agua, por ejemplo según el documento WO
98/09926. Además, según este documento, una lámina de grafito es
provista de un sistema de resina que tiene como consecuencia la
formación de una capa de plástico superficial para fines de
refuerzo. Al aplicar la resina, ésta penetra también en la
superficie de la lámina. La capa de plástico tiene, por un lado, el
efecto de que puede aplicarse un segundo revestimiento con mejor
adherencia y, por otro lado, el efecto de un aislamiento
eléctrico.
Ambos aspectos, el sistema de resina disuelto en
agua y el aislamiento eléctrico en la superficie del cuerpo, se
consideran como desventajosos para el empleo de los cuerpos según la
presente invención.
Por este motivo, el problema de la invención que
sirve de base a esta solicitud de patente residía en crear un
cuerpo de grafito expandido o de grafito expandido al menos
parcialmente recompactado cuyo sistema de poros accesible al
líquido estuviera completa o parcialmente lleno de una resina
artificial no endurecida o parcial o totalmente endurecida. Este
cuerpo no debía contener sitios defectuosos, tales como burbujas o
fisuras, que pudieran ser ocasionados por reacciones de la resina
artificial durante el endurecimiento. El cuerpo debía poderse
fabricar con un coste relativamente pequeño. Debía ser estable
frente a la corrosión, así como eléctrica y térmicamente
conductivo, y, en función del grado de compactación, ir desde
permeable a los líquidos hasta hermético a los gases.
El problema se resuelve con un cuerpo según la
reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 9 por
el hecho de que el producto previo o el cuerpo obtenido a partir del
producto previo impregnado por medio de al menos una compactación
parcial contiene sistemas de resina acrílica exentos de disolvente,
de baja viscosidad y estables en almacenamiento o bien sistemas de
resina acrílica endurecidos. Los sistemas de resina llegan al
cuerpo por efecto de la impregnación del producto previo con
sistemas de resina acrílica exentos de disolvente, de baja
viscosidad, estables en almacenamiento y polimerizables.
Para excluir los inconvenientes antes citados de
sistemas de resina que contienen disolvente y para conseguir las
ventajas de sistemas de resina de baja viscosidad, se utilizan los
siguientes sistemas de resina especiales exentos de disolvente
según la invención que aquí se presenta:
El componente principal es preferiblemente
dimetacrilato de trietilenglicol. El sistema iniciador proviene del
grupo de los iniciadores azoicos y comprende
2,2'-dimetil-2,2'-azodipropiononitrilo
y
1,1'-azobis-(1-ciclohexanocarbonitrilo).
En los ejemplos se cita una selección posible de las proporciones
porcentuales de los distintos componentes en la mezcla total.
Las bajas viscosidades de los sistemas de resina
a la temperatura de elaboración aseguran una impregnación buena y
racional del producto previo y las polimerizaciones que se
desarrollan durante el endurecimiento no pueden dar lugar a
productos de desdoblamiento de bajo peso molecular que pudieran
ocasionar una formación de burbujas o incluso fisuras en el cuerpo.
En los ejemplos se describen con más detalle las pruebas realizadas
en los sistemas de resina.
La mezcla indicada tiene a temperatura ambiente
una viscosidad comprendida entre 10 y 20 mPa\cdots que está
netamente por debajo de la de sistemas de resina exentos de
disolvente, de baja viscosidad, estables en almacenamiento y
polimerizables tomados del grupo de los isocianatos y sus compañeros
de reacción y/o los epóxidos. El componente principal del sistema
de resina acrílica se puede caracterizar con ayuda del desarrollo en
el tiempo de las viscosidades en la unidad [mPa\cdots] a
temperatura ambiente: Mezcla fresca 13, después de ocho días 13 y
después de cuarenta y ocho días 14.
La pequeña tasa -demostrada con ayuda de estas
mediciones de viscosidad- de las variaciones de la resina a
temperatura ambiente y a lo largo de un período de tiempo de varias
semanas se designa con el término de alta "estabilidad en
almacenamiento".
El grafito expandido empleado para la
fabricación del producto previo consiste en estructuras vermiculares
desplegadas en abanico en las que unas finísimas plaquitas de
grafito están unidas una con otra con la forma de un fuelle de
acordeón defectuoso. Durante la compresión para obtener el producto
previo, estas plaquitas se desplazan una dentro de otra y una sobre
otra. Se engranan una con otra y establecen así nuevamente un
contacto que ya no puede deshacerse sin destrucción. Se origina de
esta manera en el producto previo un armazón o entramado de grafito
poroso que, a causa de los buenos contactos de las plaquitas de
grafito una con otra, tiene una buena conductividad eléctrica y
también una buena conductividad térmica. Dado que estas propiedades
tienen su fundamento en la función de armazón del grafito en el
producto previo, éstas no resultan afectadas negativamente por la
impregnación con resina artificial. Durante una compresión posterior
del producto previo impregnado con resina se pueden incluso mejorar
todavía estas propiedades.
En producto previo está atravesado en todas
partes por unos poros abiertos que están unidos uno con otro de
múltiples maneras. Debido a este entramado de poros unidos uno con
otro, la resina artificial penetra en el cuerpo del producto previo
durante la impregnación y, en condiciones adecuadas, puede
rellenarlo también por completo. A partir del entramado de poros se
obtiene después un entramado de resina artificial. Ambos entramados,
el entramado de grafito y el entramado de poros o de resina
artificial, dan como resultado, en combinación, las excelentes
propiedades de los productos finales así fabricados. Debido a su
ajuste deliberado resulta posible también controlar el nivel de las
propiedades de los productos finales. Por ejemplo, un cuerpo de
producto previo poco precompactado y, por tanto, altamente poroso
tiene una menor conductividad eléctrica y térmica y un menor grado
de anisotropía que un cuerpo de producto previo más fuertemente
compactado. Sin embargo, éste puede absorber más resina artificial
u obtiene un comportamiento de resistencia modificado. En el caso
de cuerpos de producto previo fuertemente compactados, estas
condiciones están invertidas. Se obtienen con ellos después de la
impregnación y el endurecimiento de la resina artificial unos
productos con conductividad eléctrica y térmica mejorada, así como
con buenas resistencias mecánicas. Todos los cuerpos aquí descritos
según la invención son altamente impermeables frente a líquidos y
gases cuando su entramado de poros está completamente lleno de
resina artificial.
Para la impregnación de los cuerpos de producto
previo pueden emplearse todos los procedimientos conocidos, como,
por ejemplo, los descritos en el documento DE 35 12 867. Sin
embargo, se emplean preferiblemente procedimientos de inmersión,
especialmente procedimientos de inmersión con puesta previa bajo
vacío de la caldera que contiene el cuerpo de producto previo e
inundación de la caldera puesta bajo vacío con la resina artificial.
Eventualmente, se solicita la caldera también con una presión de
gas después de su inundación con la resina artificial.
\newpage
Si se quiere conseguir solamente una
impregnación próxima a la superficie o parcial del cuerpo de
producto previo, se acorta la duración de la impregnación y se
untan o rocían de manera correspondiente con resina artificial las
superficies de las cuales deberá partir la impregnación, o bien se
sumerge el cuerpo tan solo parcialmente. Después de este
tratamiento se retira de la superficie la resina sobrante.
Un aspecto esencial de esta invención es la
impregnación y endurecimiento racionales y exentos de daños. Se ha
comentado anteriormente el endurecimiento rápido y exento de
burbujas y fisuras que resulta posible debido a las reacciones de
polimerización. La impregnación racional depende sensiblemente de la
viscosidad del sistema de resina. El presente sistema de resina
acrílica tiene, con menos de 20 mPa\cdots, una viscosidad muy
baja, por lo que el resultado de la impregnación es muy bueno.
Según el grado de compactación del producto
previo y el volumen de poros abierto dependiente del mismo, el
producto previo puede absorber hasta un 100% de su peso propio en
resina. Sin embargo, si se desea una alta conductividad eléctrica
del producto final, se parte entonces convenientemente de un cuerpo
de producto previo más fuertemente precompactado con un menor
volumen de poros abiertos, que puede absorber entonces, por ejemplo,
tan solo un 20% en peso de resina, referido a su peso propio.
Después del endurecimiento de la resina, un cuerpo de esta clase
puede ser impermeable en alta medida para líquidos y gases (véase la
tabla 2) y presenta buenas propiedades de resistencia.
La cinética de la reacción de endurecimiento
depende extremadamente de la temperatura en los sistemas de resina
acrílica empleados. Mientras que a temperatura ambiente casi no se
desarrolla ninguna reacción de endurecimiento, ésta se inicia
bruscamente a más altas temperaturas y al entrar en acción los
iniciadores azoicos. Prácticamente, no puede observarse un estado
de transición fuertemente viscoso de los sistemas de resina. Los
sistemas de resina se endurecen bruscamente de parte a parte. El
endurecimiento de los sistemas de resina acrílica se efectúa en
tiempos tanto más cortos cuanto más alta sea la temperatura. Son
ejemplos:
Si se deben fabricar mayores series de piezas
estructurales o cuerpos según las técnicas anteriormente descritas,
se aspirará siempre a combinar racionalmente algunos pasos del
procedimiento. Esto es posible especialmente en la conformación de
cuerpos de producto previo impregnados junto con un endurecimiento
simultáneo. Convenientemente, se carga para ello el producto previo
impregnado -casi siempre en forma de un semiproducto o recorte- en
un molde ya caliente y se cierra éste. El semiproducto adopta así la
geometría deseada, se calienta al mismo tiempo de parte a parte y
se endurece definitivamente.
Existen grafitos en una diversidad bastante
grande sobre la base de una fabricación artificial y un origen
natural, mencionándose ambos en la patente US 3,404,061. En lo que
sigue se entra solamente en detalles sobre el grafito natural, que
está contenido como materia prima en los cuerpos que aquí se
describen.
El grafito natural se obtiene por minería y se
separa de la roca "estéril" (ganga) con un coste considerable.
Sin embargo, quedan adheridas también a las escamas de grafito
natural cantidades pequeñísimas de la roca o bien éstas están
fusionadas con las escamas. Para cualquier procedencia del grafito
natural son característicos estos "componentes ajenos" los
cuales pueden fijarse también como valor de ceniza. Un método para
determinar tales valores de ceniza se encuentra descrito en DIN 51
903 bajo el título "Ensayo de materiales de carbono,
determinación del valor de ceniza".
A causa de las aplicaciones finales de los
cuerpos de grafito según la invención que contienen resina
artificial, no carecen de importancia los valores de ceniza y la
composición de la ceniza que posee el grafito contenido.
Si se utilizan tales cuerpos, por ejemplo como
juntas en sí resistentes a la corrosión, en instalaciones que están
solicitadas con medios corrosivos, se tiene que, determinados
componentes de la ceniza junto con el medio corrosivo, pueden
conducir entonces a una formación de picaduras en las pestañas o
manguitos de empaquetaduras de prensaestopas adyacentes a las
juntas resistentes a la corrosión y, en último térmico, pueden dar
lugar a que falle la unión hermética.
Otro ejemplo de un posible efecto negativo de un
valor de ceniza demasiado alto o de una composición de ceniza
desfavorable del grafito en un cuerpo según la invención que
contiene resina artificial se encuentra en la técnica de las pilas
de combustible. Así, por ejemplo, se pueden fabricar placas
bipolares de pilas de combustible de membrana de intercambio de
protones a partir del material según la invención. Cuando una placa
de esta clase presenta un contenido de ceniza demasiado alto, una
parte de los componentes de ceniza nocivos se puede desprender de
la placa durante el funcionamiento de la pila de combustible y puede
contaminar los sensibles catalizadores situados en las proximidades
de las superficies de la placa bipolar, lo que conduce a una
prematura caída de potencia de la pila.
A causa de las posibles repercusiones negativas
de un contenido de ceniza demasiado grande, el contenido de ceniza
del grafito empleado para la fabricación de los cuerpos según la
invención es de 4 por ciento en peso y menos, preferiblemente menos
de 2 por ciento en peso y en casos especiales no más de 0,15 por
ciento en peso.
Puede ser conveniente enriquecer el cuerpo según
la invención con materiales de carga, teniendo que ajustarse la
selección de los materiales de carga a la aplicación (por ejemplo,
pila de combustible). Los materiales de carga pueden ser materiales
eléctricamente conductivos parientes próximos del grafito natural
expandido, tales como por ejemplo, materiales del grupo de los
grafitos en escamas de origen natural, los electrografitos
artificialmente fabricados, hollines o carbonos, las fibras de
grafito o las fibras de carbono. Además, pueden emplearse carburo
de silicio en forma de granos o de fibras o bien materiales de carga
cerámicos o minerales no conductivos eléctricamente en forma de
granos, plaquitas o fibras, tales como silicatos, carbonatos,
sulfatos, óxidos, vidrios o mezclas seleccionadas de
éstos.
éstos.
Los cuerpos según la invención pueden emplearse
sobre todo allí donde se necesiten piezas estructurales eléctrica y
térmicamente conductivas de pequeño peso con buena resistencia a la
corrosión. Otras propiedades esenciales para diferentes
aplicaciones son pequeños valores de ceniza y una hermeticidad
relativamente alta. En particular, los cuerpos según la invención
se emplean para componentes de pilas de combustible, para juntas y
para elementos conductores del calor, por ejemplo para la
evacuación del calor sobrante de circuitos integrados.
En lo que sigue se explica con más detalle la
invención ayudándose de ejemplos. Además de los ejemplos, se
abordan brevemente los métodos para obtener los datos de las
propiedades eléctricas y de la hermeticidad a los gases.
Para determinar la hermeticidad a los gases se
prensó el cuerpo de grafito impregnado de resina en forma de una
placa de separación (probeta) entre dos cámaras de un dispositivo de
ensayo. En la primera cámara reinaba una presión de helio gaseoso
mantenida constante de 2 bares absolutos. En la segunda cámara se
encontraba una red metálica que soportaba mecánicamente la probeta.
Además, esta cámara estaba unida, a presión ambiente, con una
bureta llena de líquido, tal como la que se emplea, por ejemplo,
para la medición de fugas de juntas planas según DIN 3535.
El helio gaseoso que proviene de la primera
cámara y que se difunde a través de la probeta fue recogido en la
segunda cámara y medido por medio del desalojamiento del líquido
contenido en la bureta. Así, se pudo determinar el volumen del
helio gaseoso que se había difundido a través de la probeta en una
unidad de tiempo. Teniendo en cuenta la densidad del helio y la
superficie de ensayo se obtuvo una tasa de fuga que se indica en la
unidad mg/(m^{2}\cdots).
El material compuesto a base de grafito
expandido parcialmente recompactado y resina artificial tiene
propiedades anisótropas, es decir que las plaquitas individuales
del grafito expandido tienen -debido a la técnica de fabricación-
una orientación preferente. Paralelamente a esta orientación
preferente es, por ejemplo, baja la resistencia eléctrica, mientras
que ésta es más alta en dirección perpendicular a dicha orientación.
En el presente caso, los cuerpos moldeados endurecidos según la
invención se caracterizaron comparativamente por medición de la
resistencia eléctrica en dirección perpendicular a la orientación
preferente de las capas de grafito. Se sujetó para ello el cuerpo
entre dos electrodos revestidos de oro de 50 mm de diámetro con una
compresión superficial definida e igual en cada caso. Las
resistencias eléctricas R detectadas con ayuda de un aparato
(Resistomat 2318) de la firma Burster (Gernsbach, Alemania) se
indican en lo que sigue con la dimensión [m\Omega].
Ejemplo
1
Se impregnaron las placas de producto previo
siguientes por inmersión a temperatura ambiente:
El sistema de resina empleado tenía la
composición siguiente:
99,2% de dimetacrilato de trietilenglicol (éster
de ácido metacrílico)
0,3% de
2,2'-dimetil-2,2'-azodipropiononitrilo
0,5% de
1,1'-azobis-(1-ciclohexanocarbonitrilo).
\vskip1.000000\baselineskip
El éster de ácido metacrílico provenía de la
firma Röhm GmbH (Darmstadt, Alemania) y tenía la denominación
comercial PLEX 6918-O. Los otros dos componentes del
sistema de resina tenían la función de un iniciador. El
2,2'-dimetil-2,2'-azodipropiononitrilo
provenía de la firma Pergan GmbH (Bocholt, Alemania) y tenía la
denominación comercial Peroxan AZDN. El
1,1'-azobis-(1-ciclohexano-carbonitrilo)
procedía de la firma Wako Chemicals GmbH (Neuss, Alemania) y
llevaba la denominación V40. La viscosidad del sistema de resina
estaba a temperatura ambiente en el intervalo de 10 - 15
mPa\cdots.
Las placas de producto previo se sumergieron
completamente en el baño de resina y se extrajeron del baño de
inmersión al cabo de una, cinco o nueve horas y se eliminó por
frotamiento la resina superficialmente adherida. Las placas se
introdujeron seguidamente en un horno de recirculación de aire a
100ºC y se endurecieron durante 30 minutos. A pesar de este
endurecimiento de choque, las placas de producto previo impregnadas
no mostraron burbujas ni fisuras de ninguna clase. Los valores
obtenidos en las placas para el contenido de resina, la resistencia
de paso R y la permeabilidad \lambda al helio se han agrupado en
la tabla 2 y comparado con los valores de placas no impreg-
nadas.
nadas.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
Como se desprende de la tabla 2, el contenido de
resina de los materiales compuestos depende sensiblemente de la
densidad aparente del producto previo, de su geometría (grueso de la
placa) y del tiempo de impregnación. La resistencia de paso de las
placas impregnadas se incrementa en grado relativamente
insignificante al aumentar el contenido de resina, ya que la
conducción de electrones es soportada por el entramado de grafito
existente. La permeabilidad al helio de las placas es drásticamente
reducida por el tratamiento de impregnación. Según el contenido de
resina de la placa, la permeabilidad se reduce en más de dos décimas
potencias en comparación con placas de producto previo
correspondientes sin impregnación.
Ejemplo
2
Como sistema de resina se empleó el mismo
sistema de resina que en el Ejemplo 1. El producto previo tenía un
espesor de 2,7 mm y una densidad de 0,65 g/cm^{3}; el valor de
ceniza del grafito era inferior a 0,15% en peso. Después de una
duración de impregnación de una hora a temperatura ambiente se sacó
del baño de resina la placa ahora impregnada y se la pesó después
de frotarla para eliminar la resina superficialmente adherida. La
proporción de resina obtenida ascendió a 20% en peso. Se colocó la
placa impregnada en un útil de prensado precalentado a 150ºC. Se
cerró el útil equipado con una capa antiadherente y se prensó el
grafito impregnado hasta darle la forma deseada, teniendo lugar una
compactación adicional del material compuesto. Al cabo de cinco
minutos de tiempo de actuación de la fuerza de prensado y de la
temperatura se abrió el útil y se extrajo el cuerpo moldeado
endurecido. El cuerpo moldeado estaba libre de fisuras y burbujas y
no mostraba en la superficie ninguna película de resina observable
a simple vista.
Aparte de estos ejemplos anteriormente citados,
se pueden presentar un gran número de otros cuerpos y variantes del
procedimiento según las enseñanzas de esta invención. Por
consiguiente, la invención no queda limitada a las formas de
realización representadas en los ejemplos.
Claims (18)
1. Cuerpo impregnado de grafito expandido o de
grafito expandido al menos parcialmente recompactado, que contiene
al menos un sistema de resina acrílica exento de disolvente, de baja
viscosidad, estable en almacenamiento y polimerizable o bien
polímeros obtenidos por endurecimiento de al menos un sistema de
resina de esta clase, caracterizado porque el sistema de
resina acrílica contiene un sistema iniciador que comprende los
componentes
2,2'-dimetil-2,2'-azodipropiononitrilo
y
1,1'-azobis-(1-ciclohexanocarbonitrilo).
2. Cuerpo impregnado con resinas artificiales
según la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de
resina acrílica contiene metacrilato de trietilenglicol.
3. Cuerpo impregnado según la reivindicación 1,
caracterizado porque el sistema de resina acrílica presenta
en el cuerpo que contiene resina acrílica, a temperatura ambiente,
una estabilidad en almacenamiento de más de dos días,
preferiblemente de más de dos semanas.
4. Cuerpo impregnado según una o más de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el cuerpo de
grafito impregnado contiene hasta 50% en peso, preferiblemente 5 a
25% en peso y de manera especialmente preferida 10 a 20% en peso de
resina acrílica.
5. Cuerpo impregnado según una o más de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el cuerpo de
grafito expandido o de grafito expandido al menos parcialmente
recompactado contiene materiales de carga cerámicos o minerales
eléctricamente no conductivos o eléctricamente conductivos.
6. Cuerpo impregnado según una o más de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque este cuerpo
comprende dos respectivos entramados que se mantienen cohesionados
por separado, de los cuales uno consiste en un armazón coherente de
grafito expandido o de grafito expandido al menos parcialmente
recompactado, eléctrica y térmicamente conductivo, y el otro
consiste en un entramado coherente de plástico incrustado en el
grafito.
7. Cuerpo impregnado según una o más de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque este cuerpo
contiene al menos un sistema de resina acrílico en solamente zonas
próximas a la superficie o en una parte del cuerpo.
8. Cuerpo impregnado según una o más de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque este cuerpo no
contiene ninguna película de resina cerrada en su superficie y
puede ser contactado de forma eléctricamente conductora.
9. Procedimiento para fabricar un cuerpo
impregnado según la reivindicación 1, que comprende los pasos de
fabricar o habilitar como producto previo un cuerpo de grafito
expandido o de grafito expandido al menos parcialmente recompactado
con un sistema de poros abiertos, impregnar este producto previo con
al menos un sistema de resina acrílica exento de disolvente, de
baja viscosidad, estable en almacenamiento y polimerizable, elaborar
adicionalmente el cuerpo impregnado para transformarlo en un cuerpo
moldeado o dejarlo en la forma original, y endurecer la resina en
el cuerpo impregnado o en el cuerpo moldeado que contiene resina
fabricado a partir del mismo, caracterizado porque el
sistema de resina acrílica contiene un sistema iniciador que
comprende los componentes
2,2'-dimetil-2,2'-azodipropiononitrilo
y
1,1'-azobis-(1-ciclohexanocabonitrilo).
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque se endurece la resina sin aplicación de
presión.
11. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque se moldea al mismo tiempo el cuerpo que
contiene resinas acrílicas y se endurece el sistema de resina
contenido mediante solicitación con temperatura.
12. Procedimiento para fabricar un cuerpo
impregnado según las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado
porque se utiliza un producto previo de grafito expandido o de
grafito expandido al menos parcialmente recompactado con un sistema
de poros abiertos y con un valor de ceniza de no más de cuatro por
ciento en peso, preferiblemente de no más de dos por ciento en
peso.
13. Procedimiento para fabricar un cuerpo
impregnado según las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado
porque se emplea un producto previo de grafito expandido o de
grafito expandido al menos parcialmente recompactado con un sistema
de poros abiertos y con una densidad aparente en el intervalo de 0,1
a 1,8 g/cm^{3}, preferiblemente con una densidad aparente en el
intervalo de 0,3 a 1,5 g/cm^{3} y de manera especialmente
preferida con una densidad aparente en el intervalo de 0,5 a 1,3
g/cm^{3}.
14. Procedimiento para fabricar un cuerpo
impregnado según las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado
porque el producto previo de grafito expandido o de grafito
expandido al menos parcialmente recompactado con un sistema de
poros abiertos se impregna con resinas acrílicas que presentan a
temperatura ambiente una viscosidad de menos de 100 mPa\cdots,
preferiblemente de menos de 50 mPa\cdots y de manera especialmente
preferida de menos de 20 mPa\cdots.
15. Procedimiento para fabricar un cuerpo
impregnado según las reivindicaciones 9 a 14, caracterizado
porque el producto previo de grafito expandido o de grafito
expandido al menos parcialmente recompactado con un sistema de
poros abiertos absorbe durante el proceso de impregnación hasta 100%
en peso, preferiblemente 5 a 35% en peso y de manera especialmente
preferida 10 a 25% de su peso propio en resinas acrílicas.
16. Procedimiento para fabricar un cuerpo
impregnado según una o más de las reivindicaciones 9 a 15,
caracterizado porque se endurecen las resinas acrílicas en
el cuerpo impregnado bajo la acción de temperaturas de hasta 200ºC
en menos de 10 y preferiblemente en menos de 3 minutos.
17. Procedimiento para fabricar un cuerpo
impregnado según una o más de las reivindicaciones 9 a 16,
caracterizado porque durante la fabricación del producto
previo se mezcla el grafito expandido con materiales de carga
cerámicos o minerales, eléctricamente no conductivos o
eléctricamente conductivos, y se transforma la mezcla en un producto
previo que contiene materiales de carga.
18. Uso de cuerpos que contienen sistemas de
resina acrílica según las reivindicaciones anteriores como elementos
de junta, como componentes en pilas de combustible o como elementos
de conducción del calor.
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