DE69111047T2 - Kohlenstoffhaltiger Zement. - Google Patents

Kohlenstoffhaltiger Zement.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zement, das dazu dient, kohlenstoffhaltige Strukturen miteinander zu verbinden.
  • Nach jetzigem Stand der Technik kann man kohlenstoffhaltige Formstücke miteinander verbinden, so daß sie Zusammenstellungen, wie z.B. feuerfeste Auskleidungen in Hütteneinrichtungen und Kuppeln in Hochöfen bilden. Diese Teile sind mit kohlenstoffhaltigem Zement verbunden worden, der z.B. kohlenstoffhaltige Partikel, ein Furanderivat und ein wärmehärtbares Phenolharz enthält. Ein Beispiel eines solchen Zements wird in der US-A-3 441 529 (L. W. Tyler) beschrieben.
  • Maschinell bearbeitete Graphitformstücke werden in der Luftfahrtindustrie als Formen oder ähnliches für die Herstellung von Verbundwerkstoffstrukturen eingesetzt. Diese Graphitformstücke sind oft sehr groß. Beispielsweise sind einige dieser Graphitformen groß genug, um eine gesamte Tragflügelkonstruktion zu bilden. Wegen der Größe dieser Graphitformen ist es erforderlich, diese Konstruktionen aus mit Zement verbundenen Baugruppen aus kleineren Graphitformstücken zu bilden. Ein Problem bei diesen Baugruppen besteht darin, daß die Festigkeit der Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Graphitformen oft unzureichend ist, was zu einer baldigen Unbrauchbarkeit der Form führt. Die in der Luftfahrtindustrie eingesetzten Aushärtungstemperaturen für Hochleistungsverbundwerkstoffe erreichen oft bis zu 450 ºC. Bei diesen hohen Aushärtungstemperaturen verschlechtern sich herkömmliche kohlenstoffhaltige Zemente, und ihre Verbundfestigkeit wird dadurch ernsthaft verringert. Infolgedessen beträgt die Festigkeit der Verbindungsstellen bei Aushärtungstemperaturen oftmals weniger als ein Viertel der Festigkeit der Graphitmaterialien, die für die Herstellung dieser Baugruppen benutzt werden.
  • Es hat sich als möglich erwiesen, einen kohlenstoffhaltigen Zement von höherer Festigkeit bereitzustellen, der seine Festigkeit bei den hohen Temperaturen, die für die Aushärtung von Hochleistungsverbundstoffen eingesetzt werden, beibehält.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein kohlenstoffhaltiger Zement bereitgestellt, der kohlenstoffhaltige Partikel, ein Furan und dessen Katalysator und ein wärmehärtbares Harz enthält, das hochtemperaturresistent bei der Aushärtung ist.
  • Eine Ausführung der Erfindung ist die Zusammensetzung einer kohlenstoffhaltigen Zementpaste, die feinverteilte kohlenstoffhaltige Teilchen, ein wärmehärtbares Polymerharz, das im gehärteten Zustand bis zu 500 ºC thermisch stabil ist, wärmehärtbares Furan, ausgewählt aus Furfural und Furfurylalkohol, sowie einen wärmeaktivierbaren Katalysator für das wärmehärtbare Furan umfaßt.
  • Die feinverteilten Teilchen sind gewöhnlich von einer Größe, bei der 100 % durch ein 200-Mesh-Sieb (0,074 mm) gehen.
  • Die feinverteilten kohlenstoffhaltigen Teilchen können aus irgendeinem Kohlenstoff- oder Graphitmaterial bestehen. Geeignete kohlenstofffialtige Materialien können sein: Graphitmehl, Petroleumkoksmehl, Ruß, Pechkoksmehl, calciniertes Flammrußmehl und ähnliches. Bevorzugte Rußarten sind Gasrußarten, die durch Überleiten von Erdgas über heiße feuerfeste Materialien gewonnen werden. Unter dem Handelsnamen "Thermax" der Cancarb Co., Medicine Hat, Alberta, Canada, steht ein geeigneter Ruß zur Verfügung.
  • Geeignete Mengen der kohlenstoffhaltigen Teilchen im erfindungsgemäßen Zement betragen etwa 20 bis etwa 85 Gew.-%, vorzugsweise etwa 55 bis etwa 85 Gew.-%. Besonders bevorzugt wird für die kohlenstoffhaltigen Teilchen des erfindungsgemäßen Zements eine Mischung aus Koksmehl und Thermax-Ruß, wobei das Koksmehl in einer Menge von etwa 40 bis etwa 50 Gew.-% und der Thermax-Ruß in einer Menge von etwa 10 bis etwa 35 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Zements, vorliegen.
  • Das Harz in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung ist ein Harz, das in ausgehärtetem Zustand bis zu Temperaturen von ungefähr 500 ºC stabil ist. Mit stabil ist gemeint, daß nur eine unbedeutende Verschlechterung der Eigenschaften des Zements oder Harzes, besonders der Festigkeit, bei Temperaturen von bis zu 500 ºC auftritt. Zusätzlich sollte das Harz vor der Aushärtung eine homogene Flüssigkeit oder in einer Lösung löslich sein, um eine homogene Flüssigkeit zu bilden. Dies ist erforderlich, um die Verbindung des Harzes mit den anderen Bestandteilen des Zements zur Bildung einer pastenartigen Zementmischung zu ermöglichen.
  • Geeignete Harze schließen beispielsweise ein: Polyimide, Polybenzimidazole, Bismalimide, Polyarylketone, Polyphenylensulfide. Bevorzugte Harze sind fluorierte Polyimide.
  • Die Menge des Harzes im Zement kann etwa 5 bis etwa 30 Gew.-%, vorzugsweise etwa 10 bis etwa 20 Gew.-%, betragen.
  • Das flüssige, wärmehärtbare Furan ist Furfüral oder Furfurylalkohol. Das wärmehärtbare Furan sollte auch flüssig sein, um die Bildung einer pastenartigen Zementmischung zu ermöglichen. Darüber hinaus wirkt das wärmehärtbare Furan vorzugsweise als Lösungsmittel für das Hochtemperaturharz um weiter die Bildung einer pastenartigen Mischung zu unterstützen. Furfurylalkohol ist wegen seiner bekannten Verträglichkeit mit Kohlenstoff und Graphit ein bevorzugtes wärmehärtbares Furan.
  • Der erfindungsgemäße Zement enthält typischerweise etwa 20 bis etwa 45 Gew.-% des wärmehärtbaren Furans, vorzugsweise etwa 30 bis 40 Gew.-% des wärmehärtbaren Furans, bezogen auf das Gewicht des Zements.
  • Der erfindungsgemäße kohlenstoffhaltige Zement enthält auch einen wärmeaktivierbaren Katalysator, um das wärmehärtbare Furan zu katalysieren, wenn der Zement erhitzt wird. Die geeignetsten Katalysatoren sind saure Katalysatoren, wie z.B. Mineralsäuren, starke organische Säuren, Lewis-Säuren und Acylhalogenide. Co-reaktive Katalysatoren, wie z.B. Phthalsäureanhydrid, können auch benutzt werden.
  • Folgende Substanzen zeigen beispielhaft, welche Katalysatoren eingesetzt werden können: Toluolsulfonsäure, Phenolsulfonsäure, Säurechloride, Benzolsulfonsäure, Sulfonsäuresalze, Phthaloylchlorid, Chlorwasserstoff, Phosphorsäure, Maleinsäure, Schwefelsäure und Zinkchlorid.
  • Der erfindungsgemäße Zement wird hergestellt, indem man die Bestandteile durch jede beliebige geeignete Methode unter Verwendung bekannter Vorrichtungen zur Mischung von pastenartigen Materialien miteinander mischt. Die Reihenfolge, in der die Bestandteile zusammengemischt werden, ist unerheblich, mit der Ausnahme, daß der wärmeaktivierbare Katalysator für das wärmehärtbare Furan vorzugsweise zuletzt hinzugefügt werden sollte, entweder indem man alle Bestandteile vermischt und den Katalysator zuletzt hinzufügt oder indem man getrennt eine katalysator-aktivierbare, wärmehärtbare Furanmischung des Katalysators und des Furans herstellt und diese Mischung einer Vormischung der anderen Bestandteile des Zements hinzufügt.
  • Ein katalysator-aktivierbares, wärmehärtbares Furan kann durch Zumischung eines Hauptanteils an beispielsweise Furfurylalkohol und eines kleineren Anteils am wärmeaktivierbaren Katalysator und Wasser bei Raumtemperatur hergestellt werden. Typischerweise wird eine wäßrige Zinkchloridlösung als Katalysator (50 Gew.-% ZnCl&sub2;) in einer Menge von etwa 2 bis etwa 10 Gew.-% an Katalysatorlösung, bezogen auf das Gewicht des Furfurylalkohols eingesetzt.
  • Das Verwendungsverfahren des erfindungsgemäßen Zements besteht darin, den Zement auf die zu verbindenden Graphitflächen aufzutragen, die Flächen zusammenzufügen und die so entstandene Baugruppe auf eine Temperatur zu erhitzen, die den Zement aushärten läßt. Vorzugsweise wird nach der Zusammenfügung der Flächen die Verbindungsstelle einer Druckbelastung ausgesetzt. Die Verbindungsstelle wird auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, den Zement auszuhärten und die Flächen miteinander zu verbinden. Die ausreichende Härtungstemperatur des Zements ist eine Temperatur, bei der die Zementzusammensetzung beginnt, rasch zu polymerisieren, um eine vernetzte Struktur zu bilden. Eine geeignete Härtetemperatur kann aus der Temperatur des ersten exothermen Peaks einer DSC-Analysenkurve Differentialscanningkalorimetrie und der Auswahl einer Temperatur nahe oder über der Temperatur des Peaks bestimmt werden. Nach Aushärtung wird die Baugruppe aus Graphitformstücken, die durch den erfindungsgemäßen Zement verbunden wurden, vorzugsweise bei einer Temperatur gleich oder größer als der höchsten zu erwartenden Einsatztemperatur nachgehärtet.
  • In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die kohlenstoffhaltigen Teilchen von einer Mischung aus Koksmehl und Ruß geliefert. Das Koksmehl ist vorzugsweise ein "100" Koksmehl (100 % des Koksmehls passieren ein 200-Mesh-Sieb (0,074 mm)). Der Ruß ist vorzugsweise Thermax-Ruß.
  • Das Hochtemperaturharz ist vorzugsweise ein fluoriertes Polyimid. Ein bevorzugtes fluoriertes Polyimid ist unter dem Handelsnamen "Thermid FA-700" von der National Starch and Chemical Corporation, Bridgewater, New Jersey erhältlich. Fluoriertes Thermid FA-700 Polyimid ist ein zuvor imidisiertes, wärmehärtbares, fluoriertes, acethylengepfropftes, aromatisches Polyimid.
  • Das wärmehärtbare Furan ist vorzugsweise Furfurylalkohol, der durch einen sauren Katalysator katalysiert wird, vorzugsweise eine wäßrige Zinkchloridlösung.
  • Vor dem Auftragen des Zements auf die zu verbindenden Flächen sollten die Flächen durch Schleifen oder maschinelle Bearbeitung so zugerichtet werden, daß sie eine gute Passung haben. Vorzugsweise sind die Flächen eben und werden vorzugsweise auf eine feine Toleranz mit einem feinen Oberflächenzustand geschliffen. In der typischen Ausführung der Erfindung wird es vorgezogen, eine Oberflächenbeschaffenheit aufrechtzuerhalten, die eine Dicke der Verbindungsstellen von etwa 0,051 mm (0,002 inches) ermöglicht.
  • Jedes bekannte Verfahren, wie beispielsweise Aufbürsten oder Verschmieren oder die Benutzung von Kellen oder Spateln, ist für die Aufbringung des Zements auf die Flächen geeignet. Ein Überschuß an Zement wird vorzugsweise aufgebracht, um es dem Zement zu ermöglichen, in die Poren der Graphitoberfläche einzudringen und als Ausgleich für den Zement, der von den Verbindungsstellen der Flächen abfließt, wenn die Flächen zusammengefügt werden.
  • Nachdem die Flächen mit dem Zement überzogen worden sind, werden sie ausgerichtet und zusammengefügt. Nach dem Zusammenfügen ist es ratsam, eine oder beide Flächen auf der Ebene der Verbindungs stelle hin- und herzubewegen, um die Dicke der Zementschicht zwischen den verbundenen Flächen zu verringern. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Flächen so gegeneinander verschoben, bis sie "blockieren", d.h. wenn die Zementschicht zwischen den Flächen ausreichend dünn wird, daß der Schmiereffekt im wesentlichen aufgehoben ist. Nach dem Zusammenfügen der Flächen wird die so entstandene Verbindungsstelle vorzugsweise unter Druckbelastung gebracht, typischerweise bei etwa 13,8 bis 20,7 kPa (2 bis 3 psi). Die Verbindungsstelle wird durch jedes geeignete Mittel, wie beispielsweise Gewichtsauflage, Zwingen, hydraulische Pressen oder ähnliches, zusammengedrückt.
  • Der Zement wird durch Erhitzung der Baugruppe ausgehärtet, wobei die Verbindungsstelle vorzugsweise unter Druck steht, bis zu einer Temperatur, die ausreicht, um den Zement zu härten. Für das bevorzugte System mit fluoriertem Polyimid/Furfurylalkohol, wie es in den Beispielen gezeigt wird, beträgt die Aushärtungstemperatur etwa 130 ºC. Der Temperaturanstieg sollte ausreichend langsam sein, um eine übermäßige Wärmebelastung in der Verbindungsstelle zu vermeiden. Typischerweise ist ein Temperaturanstieg von 25 ºC/h geeignet. Überdies sollte die Aushärtungstemperatur ausreichend lange aufrechterhalten werden, um eine vollständige Aushärtung oder Polymerisation und Vernetzung des Zements sicherzustellen.
  • Die ausgehärtete Verbindungsstelle wird vorzugsweise in einer nicht oxidierenden Atmosphäre erwärmt, um den Zement nachzuhärten. Die nicht oxidierende Atmosphäre kann Stickstoff, ein Edelgas oder jedes geeignete, nicht oxidierende Gas oder eine Kombination von Gasen sein. Die Nachhärtungstemperatur sollte im allgemeinen nahe oder höher als die Temperatur zum Verbinden sein. Die nicht oxidierende Atmosphäre kann bei oder über dem Atmosphärendruck liegen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachstehend weiter beschrieben mit Bezug auf die folgenden Bespiele, wobei sie in keiner Weise auf diese Beispiele beschränkt ist.
  • Beispiel I
  • Graphitformteile wurden in Baugruppen zusammengefügt, wobei ein erfindungsgemäßer kohlenstoffhaltiger Zement und auch ein vergleichbarer kohlenstoffhaltiger Zement als Typ eines kohlenstoffhaltigen Zements nach dem bisherigen Stand der Technik benutzt wurde. Dann wurden die Verbindungsstellen der Baugruppen auf Festigkeit geprüft. Die Rezepturen des erfindungsgemäßen Zements und des Vergleichszements werden in der nachstehenden Tabelle I aufgeführt, wobei die Mengen der Bestandteile in Gew.-% der gesamten Zusammensetzung angegeben werden. Das fluorierte Polyimid war fluoriertes Thermid FA-700 Polyimid, auf das bereits verwiesen wurde. Das eingesetzte Phenolharz wurde von der Union Carbide Corporation, Danbury, CT, unter dem Handelsnamen "BRP-4401" bezogen. Das Zinkchlorid war eine wäßrige Lösung, die 50 Gew.-% ZnCl&sub2; enthielt. Das in dem Vergleichszement benutzte Öl war ein gereinigtes Öl auf Erdölbasis. Die Zemente wurden durch Mischen der abgemessenen Mengen in einem Hobart-Mischer hergestellt, wobei der Zinkchlorid- Katalysatorbestandteil zuletzt hinzugefügt wurde. Tabelle I Rezepturen für kohlenstoffhaltige Zemente Vergleich (Gew.-%) Erfindung (Gew.-%) Koksmehl Thermax Phenol fluoriertes Polyimid Öl Furfurylalkohol Zinkchlorid Härtemittel
  • Jede Graphitbaugruppe wurde durch die Herstellung zweier Testblocks mit den folgenden Abmessungen gebildet: 63,5 ± 1,6 mm x 114,3 ± 1,6 mm x 76,2 ± 0,13 mm (2 1/2" ± 1/16" x 4 1/2 ± 1/16" x 3" ± 0,005 inches). Eine der 63,5 x 114,03 mm (2 1/2" x 4 1/2")-Flächen auf jedem Block, quer zur Graphitfaser, wurde für das Verbinden durch Oberflächenfeinstbearbeitung auf 63 MIF (microinchfinish) präpariert.
  • Eine reichliche Zementmenge wurde auf jede der zu verbindenden Flächen der zwei Testblöcke aufgebracht und durch eine steife Bürste in die Oberflächen eingestrichen. Unter Verwendung eines Spatels oder einer Kelle wurde dann eine dünne Schicht Zement von 0,079 bis 1,59 mm (1/32" bis 1/16") Dicke auf die zu verbindenden Flächen aufgetragen mit einer Anreicherung an den Ecken als Ausgleich für den übermäßigen Abfluß des Zements von den Ecken.
  • Dann wurden die Flächen zueinander in horizontaler Ebene ausgerichtet und zusammengepreßt. Der obere Testblock wurde hin- und herbewegt, bis die Verbindungsstelle "blockierte", d.h. die Zementschicht sich ausreichend verringerte, so daß die Schmierwirkung zwischen den Blöcken wesentlich nachließ.
  • Die Baugruppe wurde dann mit den Verbindungsstellen in horizontaler Ebene in einen Ofen gebracht, und ein Gewicht von 11,3 kg (25 pound) wurde auf die obere Baugruppe plaziert, um auf die Verbindungsstelle einen Druck von 15,2 kPa (2,2 psi) auszuüben. Die Dicke der Verbindungsstelle betrug etwa 0,051 mm (0,002 inches). Die Baugruppe wurde anschließend im Ofen bei einem Temperaturanstieg von 25 ºC/h auf 130 ºC erhitzt. Die Haltezeit betrug 8 Stunden bei 130 ºC.
  • Jede Baugruppe wurde dadurch getestet, daß zuerst die Baugruppe in vier 25,4 x 25,4 x 114,3 mm (1" x 1" x 4 1/2") standardisierte flexible Blöcke geschnitten wurde, wobei die Schnitte senkrecht zur Ebene der Verbindungsstelle verliefen. Zwei Proben einer jeden Baugruppe wurden durch Erhitzung auf 450 ºC mit einem Temperaturanstieg von 25 ºC/h und einer Haltezeit von acht Stunden bei 450 ºC nachgehärtet. Die nachgehärteten Probestücke wurden dann bei einer Temperatur von 400 ºC gemäß dem ASTMD-790-Veffahren auf Fehler hin belastet.
  • "Dreipunktbelastung-Biegefestigkeitsbestimmung". Die durchschnittliche Biegefestigkeit für den erfindungsgemäßen Zement betrug 23.815 kPa (3.454 psi) und war somit 140 % höher als die durchschnittliche Biegefestigkeit für herkömmlichen Zement, die 9.729 kPa (1.411 psi) betrug.
  • Beispiel II
  • Zwei Graphitformteile wurden durch den erfindungsgemäßen Zement zusammengefügt, um ein Graphitformwerkzeug mit den Abmessungen von etwa 5,1 x 76,2 x 121,9 mm (2" x 30" x 48") zu bilden, wobei die Verbindungslinie in der Länge des Werkzeugs verlief. Das Werkzeug war exemplarisch für ein Graphitwerkzeug, wie es in der Luftfahrtindustrie benutzt wird, um Konstruktionen aus Hochleistungsverbundwerkstoffen herzustellen. Es wurde ein Werkzeug unter Verwendung des erfindungsgemäßen Zements von Beispiel I zusammengestellt. Zum Vergleich wurde ein anderes Werkzeug zusammengestellt, bei dem herkömmlicher Zement des Beispiels I verwandt wurde. Das Vorgehen für die Zusammenstellung beider Werkzeuge war im wesentlichen so wie in Beispiel I, außer daß eine Hydraulikvorrichtung benutzt wurde, um auf die Verbindungsstelle Druck auszuüben. Die Verbindungsstellen der Werkzeuge wurden auf Biegefestigkeit getestet, indem Proben nahe dem Ende des Werkzeugs und quer zur Verbundlinie geschnitten wurden. Dann wurden die Probestücke, wie oben in Beispiel I beschrieben, getestet. Die Verbindungsstelle des Werkzeugs, die mit dem erfindungsgemäßen Zement hergestellt worden war, hatte eine Biegefestigkeit von 17.238 kPa (2.500 psi), verglichen mit einer Biegefestigkeit von 6.895 kPa (1.000 psi) für das Werkzeug, das mit herkömmlichem Zement verbunden worden war.

Claims (16)

1. Zusammensetzung aus einer kohlenstoffhaltigen Zementmasse, die feinverteilte kohlenstoffhaltige Teilchen, ein wärmehärtbares Polymerharz, das im gehärteten Zustand bis zu 500 ºC thermisch stabil ist, wärmehärtbares Furan, ausgewählt aus Furfural und Furfurylalkohol, sowie einen wärmeaktivierbaren Katalysator für das wärmehärtbare Furan umfaßt.
2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei die kohlenstoffhaltigen Teilchen in einer Menge von etwa 20 bis etwa 85 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zementzusammensetzung vorliegen.
3. Zusammensetzung nach Anspruch 2, wobei die kohlenstoffhaltigen Teilchen in einer Menge von etwa 55 bis etwa 85 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zementzusammensetzung vorliegen.
4. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die kohlenstoffhaltigen Teilchen Graphitmehl und/oder Ruß enthalten.
5. Zusammensetzung nach Anspruch 4, wobei das Graphitmehl in einer Menge von etwa 40 bis etwa 50 Gew.-% und der Ruß in einer Menge von etwa 10 bis etwa 35 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zementzusammensetzung vorliegen.
6. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das wärmehärtbare Polymerharz in einer Menge von etwa 5 bis etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zementzusammensetzung vorliegt.
7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, wobei das wärmehärtbare Polymerharz in einer Menge von etwa 10 bis etwa 20 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Zementzusammensetzung vorliegt.
8. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das wärmehärtbare Polymerharz aus Polyimiden, Polybenzimidazolen, Bismaleinimiden, Polyarylketonen, Polyphenylensulfiden und deren Mischungen ausgewählt ist.
9. Zusammensetzung nach Anspruch 8, wobei das wärmehärtbare Polymerharz ein fluoriertes Polyimid ist.
10. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das wärmehärtbare Furan in einer Menge von etwa 20 bis etwa 45 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der kohlenstoffhaltigen Zementzusammensetzung vorliegt.
11. Zusammensetzung nach Anspruch 10, wobei das wärmehärtbare Furan in einer Menge von etwa 30 bis etwa 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der kohlenstoffhaltigen Zementzusammensetzung vorliegt.
12. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das wärmehärtbare Furan Furfurylalkohol ist.
13. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der wärmeaktivierbare Katalysator ein saurer Katalysator ist.
14. Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei der wärmeaktivierbare Katalysator Zinkchlorid ist.
15. Zusammensetzung nach Anspruch 14, wobei das wärmehärtbare Furan Furfurylalkohol und der wärmeaktivierbare Katalysator eine wäßrige Zinkchloridlösung in einer Menge von etwa 2 bis etwa 10 Gew.-% an Katalysatorlösung, bezogen auf das Gewicht des Furfurylalkohols ist.
16. Zusammensetzung nach Anspruch 15, wobei die wäßrige Zinkchloridlösung 50 Gew.-% Zinkchlorid, bezogen auf das Gewicht der Lösung enthält.
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DE (1) DE69111047T2 (de)
ES (1) ES2074222T3 (de)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5002981A (en) * 1988-12-07 1991-03-26 Ucar Carbon Technology Corporation High strength carbonaceous cement
US5550176A (en) * 1992-04-17 1996-08-27 Ucar Carbon Technology Corporation Room temperature setting carbonaceous cement with increased electrical conductivity and flexural strength
US5280063A (en) * 1992-04-17 1994-01-18 Ucar Carbon Technology Corporation Room temperature setting carbonaceous cement
AU1732895A (en) * 1994-01-24 1995-08-08 Lanxide Technology Company, Lp Wear and corrosion resistant parts for use in liquids and/or solids transportation
US6214158B1 (en) * 1999-02-26 2001-04-10 Ucar Carbon Company Inc. High temperature carbonaceous cement
JP2001181501A (ja) * 1999-12-24 2001-07-03 Clariant (Japan) Kk 摺動材料
NO313183B1 (no) * 2000-10-12 2002-08-26 Marc Schneider Furanpolymer-impregnert tre, fremgangsmåte til fremstilling og anvendelse derav
NO313273B1 (no) * 2001-02-01 2002-09-09 Wood Polymer Technologies As Furanpolymer-impregnert tre, fremgangsmåte til fremstilling og anvendelser derav
US8021750B2 (en) * 2004-10-21 2011-09-20 Graftech International Holdings Inc. Insulated panel for mine safe rooms
US7785712B2 (en) * 2004-10-21 2010-08-31 Graftech International Holdings Inc. Carbon foam structural insulated panel
US7232606B2 (en) * 2004-10-21 2007-06-19 Ucar Carbon Company Inc. Sealant for high strength carbon foam
US7776430B2 (en) * 2004-10-21 2010-08-17 Graftech International Holdings Inc. Carbon foam tooling with durable skin
US9023175B2 (en) * 2008-08-04 2015-05-05 Lockheed Martin Corporation Carbon/carbon film adhesive
AU2010359200B2 (en) 2010-08-18 2015-07-30 Schlumberger Technology Bv Compositions and methods for well completions
WO2013184785A1 (en) * 2012-06-05 2013-12-12 Applied Nanotech Holdings, Inc. Pore sealing pastes for porous materials
JP2014080314A (ja) * 2012-10-16 2014-05-08 Ibiden Co Ltd 黒鉛構造体、黒鉛ヒータ、黒鉛構造体の製造方法および黒鉛ヒータの製造方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2909450A (en) * 1956-06-27 1959-10-20 Koppers Co Inc Impregnating solutions and method of impregnation therewith
US3468737A (en) * 1966-03-09 1969-09-23 Kaiser Aluminium Chem Corp Method for connecting anodes
US3441529A (en) * 1966-11-16 1969-04-29 Union Carbide Corp Carbonaceous cement
US3616045A (en) * 1969-02-17 1971-10-26 Tatabanyai Aluminiumkoho Process for increasing the strength and electrical conductivity of graphite or carbon articles and/or for bonding such articles to each other to ceramic articles or to metals
US3725333A (en) * 1970-04-20 1973-04-03 Borden Inc Method for producing foundry molds and foundry molding compositions
CH565831A5 (de) * 1973-03-20 1975-08-29 Battelle Memorial Institute
SU763406A1 (ru) * 1978-02-03 1980-09-15 Предприятие П/Я А-1147 Полиимидное св зующее дл слоистых пластиков
JPS5790043A (en) * 1980-11-26 1982-06-04 Hodogaya Chem Co Ltd Corrosion-resisting paint
US4479913A (en) * 1981-03-16 1984-10-30 Qo Chemicals, Inc. Method and composition for a ramming mix in aluminum reduction cells
CA1256232A (en) * 1982-07-22 1989-06-20 Larry G. Boxall Cell for the electrolytic production of aluminum
JPS6271638A (ja) * 1985-09-26 1987-04-02 呉羽化学工業株式会社 炭素材同士を導電性フツ素樹脂で接合した複合製品及びその製造方法
CA1278675C (en) * 1986-08-20 1991-01-08 Alcan International Limited Cement for collector bar-carbon block joints of electrolytic cells
JPS63303871A (ja) * 1987-06-02 1988-12-12 Mitsui Petrochem Ind Ltd 炭素材用接着剤およびこれを用いる接合方法
US5019426A (en) * 1987-06-16 1991-05-28 Union Carbide Corporation Topical treatment for sealing carbon and graphite surfaces
US4904326A (en) * 1988-09-01 1990-02-27 Mitsubishi Pencil Co., Ltd. Process of making a hollow structure of carbon material
US5002981A (en) * 1988-12-07 1991-03-26 Ucar Carbon Technology Corporation High strength carbonaceous cement

Also Published As

Publication number Publication date
EP0498097A1 (de) 1992-08-12
CA2035983C (en) 1996-09-17
DE69111047D1 (de) 1995-08-10
JPH05140468A (ja) 1993-06-08
CA2035983A1 (en) 1992-08-09
US5002981A (en) 1991-03-26
EP0498097B1 (de) 1995-07-05
JP2760910B2 (ja) 1998-06-04
ES2074222T3 (es) 1995-09-01

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