DE3319296C2 - Block oder Platte aus imprägniertem Graphit/Faser-Verbundwerkstoff und Herstellverfahren hierfür - Google Patents

Block oder Platte aus imprägniertem Graphit/Faser-Verbundwerkstoff und Herstellverfahren hierfür

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Abstract

Ein Werkstück, das aus mit einem Harz imprägniertem Graphit besteht, ist zur Verbesserung seiner mechanischen Eigenschaften, insbesondere seiner Zug- und Biegefestigkeit und zur Minderung seiner Verschleißanfälligkeit an den beanspruchten Oberflächenteilen mit einer Verstärkung aus harz imprägnierten Fasern versehen, die durch das Harz mit dem imprägnierten Graphit innig verbunden sind. Das Harz kann ein Thermoplast oder ein Duroplast sein. Die Fasern können in Form eines Gewebes, eines Vlieses oder als Wickel aufgebracht werden. Besonders geeignet sind Fasern aus Kohlenstoff, Graphit und Glas.

Description

Die nachfolgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung.
Beispiel 1
Dieses Beispiel bezieht sich auf ein aus imprägniertem Graphit bestehendes Werkstück, das als zylindrischer Block eines Wärmetauschers mit sich kreuzenden Kanälen ausgebildet und in F i g. 1 und 2 dargestellt ist F i g. 1 ist ein Schnitt und
F i g. 2 zeigt eine Aufsicht auf einen derartigen Block.
Der Block 1 besteht aus mit Phenolharz imprägniertem Graphit, der mit Reihen von zu seiner Achse parallelen Kanälen 2 versehen ist, durch die ein korrosives Fluid zirkuliert, und mit Reihen von die ersten Kanäle nicht schneidenden und rechtwinkelig zu der Achse des Blocks verlaufenden Kanälen 3, durch die ein Wärmeträgennedium zirkuliert In Fig.2 sind aus zeichnerischen Gründen lediglich drei Reihen von Kanälen 2 dargestellt Die anderen Reihen sind durch stricnpunktierte Linien angedeutet
Die beiden Stirnflächen des Blocks sind jeweils mit einer Verstärkung 4 versehen, die aus mehreren Lagen eines Gewebes aus mit einem Phenolharz imprägniertem Kohlenstoff bestehen.
Der Block kann in folgender Weise hergestellt werden:
— Auf die zwei Stirnflächen des Blocks werden mehrere Lagen eines Kohlenstoffgewebes aufgebracht, die durch ein vorpolymerisiertes Phenolharz an ihrem Ort gehalten werden. Das Aufbringen geschieht in folgender Weise: Auf jede Stirnfläche des Blocks wird eine Lage des Kohlenstoffgewebes aufgelegt, die mit prepolymerisiertem Phenolharz eingestrichen ist; mit den weiteren Lagen wird ebenso verfahren.
— Nach teilweiser Polymerisation des Ha; ze-i werden die zwei Kanalnetze durch entsprechende Bearbeitung erzeugt
— Schließlich wird der Block einschließlich der Verstärkung mit Phenolharz imprägniert, das in bekannter Weise dann polymerisiert wird.
Gegebenenfalls ist eine Nachbearbeitung möglich, z. B. dann, wenn Dichtflächen erforderlich sind.
Es wurden Vergleichsversuche mit imprägnierten, nicht verstärkten Graphitblöcken und mit Blöcken nach dem vorliegenden Beispiel ausgeführt.
Es wurde festgestellt, daß
— ein Graphitblock mit einem Durchmesser von 200 mm, einer Höhe von 350 mm bei einer Druckkraft von 30 000 daN Sprünge oder Risse zeigt,
— daß der gleiche Block mit Verstärkung erst bei einer Druckkraft von 44 000 daN beginnt, Sprünge oder Risse zu zeigen.
Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil ist mithin augenfällig. Bei aus Blöcken bestehenden Wärmetauschern werden die ersteren übereinander gestapelt und in ihrer Lage durch eine innere Druckkraft gehalten, die die Dichtheit gewährleistet. Durch die erhebliche Erhöhung der Druckfestigkeit der Blöcke wird die große Gefahr einer Rißbildung beträchtlich verringert.
Es wurde außerdem festgestellt, daß die gemäß der Erfindung verstärkten Blöcke eine erheblich vergrößerte Erosionsfestigkeit haben. Versuche zeigten, daß unter sonst gleichen Umständen die abgetragene Materialmenge sechsmal kleiner als bei nicht verstärkten Blökken ist
Beispiel 2
Bei diesem Beispiel ist das Werkstück eine kreisförmige Platte aus imprägniertem Graphit für einen Rohrtauscher, wie in den F i g. 3 und 4 dargestellt
F i g. 3 ist ein Schnitt und
F i g. 4 eine Aufsicht auf eine derartige Platte.
Die kreisförmige Platte 5 besteht aus mit Phenolharz imprägniertem Graphit, in den eine Anzahl von zylindrischen Löchern 6 gebohrt ist die als Aufnahmen für Rohre 7 und für das Hindurchleiten eines korrosiven Fluids dienen. In Fig.4 sind nur einige Löcher 6 dargestellt Die weiteren Löcher sind in den Schnittpunkten der strichpunktierten, sich kreuzenden Linien zu denken.
Die zwei Stirnflächen der Platte sind jeweils mit einer Verstärkung 8 ausgestattet, die aus mehreren Lagen eines mit Phenolharz imprägnierten Kohlenstoffgewebes bestehen.
Diese Platte kann in folgender Weise hergestellt werden:
Ausgehend von einer vorbearbeiteten Platte aus künstlichem Graphit
— werden auf die zwei Stirnflächen dieser Platte mehrere Lagen aus Kohlenstoffgewebe aufgelegt, die durch prepolymerisiertes Phenolharz an ihrem Ort gehalten werden. Das Auflegen geschieht folgendermaßen:
Auf jede Stirnfläche der Platte wird eine Schicht aus Kohlenstoffgewebe aufgelegt, die mit prepolymerisiertem Phenolharz eingestrichen ist; die weiteren Schichten werden in gleicher Weise aufgebracht.
— Nach teilweiser Polymerisation des Harzes werden sämtliche Löcher erzeugt.
— Schließlich wird die Platte einschließlich Verstärkung mit Phenolharz imprägniert, das in bekannter Weise zum Aushärten gebracht wird.
Eine Nachbearbeitung der Dichtflächen und der Aufnahmen für die Rohre kann nötigenfalls durchgeführt werden.
Vergleichsversuche mit Rohrtauscherplatten aus imprägniertem, nicht verstärktem Graphit und mit Rohrtauscherplatten nach dem vorliegenden Beispiel wurden
so durchgeführt. Es wurde festgestellt, daß die Erosionsfestigkeit der verstärkten Platten des Rohrtauschers erheblich verbessert wird. Versuche haben gezeigt, daß unter sonst gleichen Umständen die abgetragene Materialmenge bis zu sechsmal geringer als bei nicht verstärkten Platten für Rohrtauscher ist.
Darüber hinaus führt die Verstärkung der beiden Stirnflächen der Platte des Rohrtauschers zu einer erheblichen Vergrößerung der Biegefestigkeit.
Vergleichsversuche zwischen einer nicht verstärkten Platte aus imprägniertem Graphit für einen rohrförmigen Tauscher und einer Platte aus imprägniertem Graphit von 25 mm Durchmesser, die auf jeder Stirnfläche mit einer Verstärkung von 1 mm Dicke aus mehreren Lagen eines Kohlenstoffgewebes versehen war, zeigte, daß die Biegefestigkeit der Platten des Rohrtauschers nach der Erfindung um 40% höher als diejenige der nicht verstärkten Platten war.
Der durch eine derartige Verbesserung der Biegefe-
stigkeit dieser Platten erzielte Vorteil liegt auf der Hand, da die hauptsächliche Beanspruchung der Platten eine Biegebeanspruchung ist. Wenn also die Biegefestigkeit höher ist, kann die Dicke der Platten verringert werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
to
15
20
25
35
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50
55
60
65

Claims (11)

1 2 setzt insbesondere auf dem chemischen Sektor, wo er Patentansprüche: zur Herstellung z. B. von Wärmetauscherblöcken, Rohrtauscherplatten u. dgL verwendet werden kann.
1. Block oder Platte aus mit einem Harz imprä- Ein Nachteil imprägnierten Graphits sind seine mäßigniertem Graphit/Faser-Verbundwerkstoff insbe- 5 gen mechanischen Eigenschaften, insbesondere seine sondere für Wärmetauscher, dadurch gekenn- geringe Zug-, Biege- und Druckfestigkeit Außerdem isi zeichnet, daß mindestens ein Teil seiner Oberflä- imprägnierter Graphit ein sehr weiches Material, das ehe mit einer Verstärkung aus mit Harz imprägnier- dementsprechend anfällig für Abrasion und Erosion ist ten Fasern versehen ist wobei das Harz den imprä- Dies führt dazu, daß mit sehr erheblichen Materialstärgnierten Graphit und die Verstärkung innig verbin- 10 ken gearbeitet werden muß, bestimmte Konstruktionen det sich sogar überhaupt nicht ausführen lassen.
2. Block oder Platte nach Anspruch 1, dadurch ge- Ein Graphitrohr für Rohrbündelwärmetauscher, das kennzeichnet daß die Faserverstärkung und der zur Verbesserung der Festigkeit mit durch Harzbrücken Graphit mit dem selben Harz imprägniert sind. fest mit dem Rohr verbundenen Graphitfasern um-
3. Block oder Platte nach Anspruch 1 oder 2, da- 15 spannt ist gilt als aus der DE-OS 31 16 309 bekannt durch gekennzeichnet daß das Harz ein wärmehär- Rohre werden allerdings, zumal wenn sie unter innerem tendes Harz oder ein thermoplastisches Harz ist Überdruck stehen, praktisch nur auf Zug oder Biegung
4. Block oder Platte nach einem der Ansprüche 1 beansprucht Platten oder Blöcke, insbesondere für bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Verstär- Wärmetauscher, werden hingegen vornehmlich auf kung bildenden Fasern die Form eines Gewebes, 20 Druck beansprucht
einer Matte, eines Fadenwickels, eines Tuches oder Aus der DE-OS 25 04 931 ist ein Verfahren zur ko-
eines Vlieses haben. stengünstigen Herstellung eines Reibteiles bekannt Der
5. Block oder Platte nach einem der Ansprüche 1 abschließende Verfahrensschritt besteht aus einer Erbis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus hitzung, die ein etwas verwendetes Harz in Kohlenstoff Kohlenstoff, Graphit, Glas, Siliciumdioxyd, Alumini- 25 umwandelt Solche Reibteile sind jedoch hinsichtlich umoxyd oder Bor bestehen. Einsatzgebiet und Beanspruchung mit einem Block oder
6. Block nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da- einer Platte der eingangs genannten Gattung nicht verdurch gekennzeichnet, daß er zylindrisch ist und auf gleichbar.
seinen beiden Stirnflächen mit der Faserverstärkung Aus der DE-AS 12 28 546 ist es bekannt, Düsen aus
(4) versehen ist. 30 pyroiytischem Graphit mit Kohlenstoff- oder Graphit-
7. Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da- fasern zu ummanteln. Das HersteHverfahren wird durch durch gekennzeichnet, daß sie kreisförmig ist und an eine Carbonisierung des Verbundkörpers abgeschlosihren beiden Stirnflächen mit der Faserverstärkung sen. Bezweckt wird hiermit eine Verbesserung der Tem-(8) versehen ist. peraturschockfestigkeit
8. Verfahren zur Herstellung eines Blockes oder 35 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen einer Platte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da- Block oder eine Platte der eingangs angegebenen Gatdurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des tung mit verbesserten mechanischen Eigenschaften so-Blockes oder der Platte aus künstlichem Graphit mit wie ein geeignetes HersteHverfahren hierfür zu schafeiner faserförmigen Verstärkung bedeckt wird, daß fen.
anschließend der Block oder die Platte einschließlich 40 Hinsichtlich des Blockes oder der Platte ist diese Auf-
der Verstärkung mit Harz getränkt wird und daß gäbe erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1
dann das Harz zur Aushärtung gebracht wird. angegebenen Merkmale gelöst.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekenn- Das Harz kann gemäß Anspruch 2 das gleiche sein zeichnet, daß die Fasern der Verstärkung mit Harz wie dasjenige für die Imprägnierung des Graphits, nämvorimprägniert werden. 45 Hch nach Anspruch 3 ein duroplastisches oder ein ther-
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn- moplastisches Harz.
zeichnet, daß für die Vorimprägnierung der Fasern Die die Verstärkung bildenden Fasern werden dort
das gleiche Harz verwendet wird wie für die Trän- aufgebracht, wo die Beanspruchungen (Spannungen)
kung oder Imprägnierung des Blockes oder der Plat- und/oder die Kräfte am höchsten sind. Im Anspruch 3
te einschließlich Verstärkung. 50 sind geeignete Fasermaterialien angegeben. Sowohl
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, Materialien aus gleichgerichteten Fasern als auch soldadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück vor der ehe aus gekreuzten Fasern können verwendet werden.
Imprägnierung bearbeitet wird. Die Fasern selbst können aus einem der im Anspruch 5 genannten Werkstoffe bestehen.
55 Es liegt auf der Hand, daß die Anordnung der Ver-
Stärkung von der Bestimmung des Blockes oder der
Platte abhängt Für einen Block ist die im Anspruch 6 genannte Anordnung und für eine Platte die im An-
Die Erfindung betrifft einen Block oder eine Platte Spruch 7 genannte Anordnung zweckmäßig,
aus mit einem Harz imprägniertem Graphit/Faser-Ver- 60 Allgemein gilt, daß die innige Verbindung des imprä-
uünuWcTiCätüii, inSucäuuuvTc ττ äfiTictäUäCiiCr, SGWlC CiH gniCrtCIl vjrSpnltS üuu uCr τ CrStuPKüng ulC « CStlgiCCit
Verfahren zur Herstellung eines solchen Blockes bzw. des betreffenden Werkstückes (des Blocks oder der
einer Platte. Platte) insgesamt erhöht.
Imprägnierter Graphit, also künstlicher Graphit, der Hinsichtlich des Verfahrens ist die vorstehend gedurch eine oder mehrere Tränkungen oder Imprägnie- 65 nannte Aufgabe erfindungsgemäß durch die im An-
rungen mit einem duroplastischen oder thermoplasti- spruch 8 genannten Merkmale gelöst,
sehen Harz undurchlässig gemacht ist, ist bekannt. Er Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der
wird hauptsächlich für industrielle Anwendungen einge- Ansprüche 9 bis 11.
DE3319296A 1982-05-28 1983-05-27 Block oder Platte aus imprägniertem Graphit/Faser-Verbundwerkstoff und Herstellverfahren hierfür Expired DE3319296C2 (de)

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