NO134737B - - Google Patents

Description

Impermeabelt rør av karbon.

Foreliggende oppfinnelse angår rør-formete gjenstander av karbon som er behandlet på en slik måte at de blir meget impermeable.

Uttrykket karbon skal i denne forbin-

delse forstås å dekke den type karbon kjent som grafitt.

Røret i henhold til oppfinnelsen kan fremstilles ved hjelp av en eller flere av de kjente fremgangsmåter, i et eller flere trinn, for utfelling av karbon i porøse kar-bongjenstander for å gjøre dem imperme-

able, f. eks. en fremgangsmåte hvor kar-

bon blir utfeldt i porene ved pyrolyse av en hydrokarbon-gass eller gassformet forbin-

delse, eller en fremgangsmåte hvor karbon frembringes i porene ved på stedet å karbonisere et harpiksholdig impregnerings-middel.

Det skal bemerkes at tidligere kjente fremgangsmåter for fremstilling av rør av karbon har omfattet fremgangsmåter, bl.

a. noen av de ovennevnte, som i enkelte til-

feller har vist seg å være for langsomme og i andre tilfeller å gi et rør hvis overflate lett kan utsettes for fysiske skader som kan påvirke impermeabiliteten.

Foreliggende oppfinnelse går ut på å unngå disse ulemper.

Foreliggende oppfinnelse angår såle-

des et impermeabelt rør av karbon, og det særegne ved røret i henhold til oppfinnel-

sen er at det består av konsentrisk i hverandre anordnede rør av karbon som er forent med og festet til hverandre ved hjelp av karbon som bindemiddel, hvorav minst

den ytre sylindriske overflate på det indre rør eller den indre sylinderformete over-

flate på det ytre rør er gjort omtrent impermeabelt ved avsetting av karbon i po-

rene langs hele lengden av røret, hvorved det sammensatte rør blir impermeabelt regnet fra overflate til overflate av rørveg-

gen.

De sammensatte rør kan settes sam-

men og eller kan gjøres impermeable ved hjelp av en fremgangsmåte hvorunder i det minste et delrør behandles for avset-

ning av karbon i porene i minst et over-flateområde for derved å gjøre delerøret omtrent impermeabelt, og det behandlete rør deretter forenes konsentrisk med et annet delrør ved hjelp av karbon som bindemiddel idet delrørene er anordnet slik at det impermeable område i det behand-

lete delrør ikke utgjør noen del av en sy-lindrisk overflate i det sammensatte rør,

idet delrørene for eksempel kan festes til hverandre under anvendelse av et klebemiddel i form av en flytende organisk for-bindelse som kan polymeriseres til fast til-

stand og som kan karboniseres uten å gå gjennom en flytende tilstand. Forbindelser som f. eks. furanderivater, spesielt furfurylalkohol er egnet for dette formål.

Fremgangsmåten for å gjøre det sammensatte rør impermeabelt kan gjennom-

føres før, under eller etter sammensetnin-

gen av rørdelene, idet foreningen kan ut-

føres ved hjelp av den samme eller en an-

nen fremgangsmåte.

Det sammensatte rør kan utgjøres av

et helt ytre rør samt en rekke av butt-i-butt-anordnete adskilte indre rør (eller omvendt) som festes til hverandre under sammensetningsprosessen. Videre kan det sammensatte rør bestå av ytterligere lag.

Det skal nu beskrives forskjellige ut-førelsesformer for sammensatte rør i henhold til foreliggende oppfinnelse.

Eksempel 1.

Et rør av grafitt med indre diameter på ca. 1,3 cm, ytre diameter på ca. 1,9 cm og lengde på ca. 51 cm og som i den ene ende er lukket med en lukkedel som kan fjernes, ble oppvarmet i en strømmende atmosfære av nitrogen og benzen ved 810° C i 250 timer (partialtrykket for benzen var ca. 4 cm Hg). Det rør som ble behandlet på denne måte var da meget impermeabelt, idet det var en sone eller et område med høyeste impermeabilitet nær den ytre overflate.

Dette rør ble så festet inne i et annet rør med indre diameter på ca. 1,93 cm og ytre diameter på 2,54 cm. Den innvendige høyde var ca. 51 cm og den utvendige høyde var ca. 52 cm. Rørene ble forbundet med hverandre på følgende måte: 35 ems delvis polymerisert furfurylalkohol ble blandet med 25 g naturlig grafitt-pulver med kornstørrelse som passerte gjennom 200 mesh sikt (Engelsk standard). Etter at blandingen var fullført ble 0,5 cm3 kons. saltsyre innført under kraftig røring. Denne blanding ble så påstrøket den ytre overflate av det mindre rør og helt inn i det større rør som så ble hånd-tert slik at blandingen fløt utover og dekket den indre overflate. Det mindre rør ble så ført inn i det større. Trykk måtte benyttes i de siste trinn for å skyve det indre rør helt inn og trykke ut luft fra det ringformede rom mellom rørene. Det sammensatte rør ble så behandlet ved værelsestemperatur i 48 timer, og ble så oppvarmet fra 40° C til 180° C for å polymerisere harpiksen. Røret ble videre oppvarmet til 1000° C mens det var lagt ned i sot, idet temperaturøkningen fra 100 til 1000° var lineær over tre dager.

Det sammensatte rør ble så utsatt for en impregneringsbehandling med furfurylalkohol inneholdende en liten mengde H3P04 som katalysator for å redusere permeabiliteten i det ytre rør og øke dets oksydasjonsmotstand. Røret ble under denne behandling fullstendig neddyppet i aldret furfurylalkohol hvortil det var tilsatt 1,6 volumprosent fosforsyre med spe-sifikk vekt på 1,75 g/cm3. Mens den var neddyppet ble beholderen evakuert, utblås-ningspumpen ble holdt i gang i en time og trykket ble så hevet til atmosfærisk mens røret ble holdt neddyppet nok en time. Røret ble så tatt opp, tørket av, og harpiksen ble delvis herdet ved laboratoriums-temperatur i 48 timer, deretter fullstendig herdet ved oppvarmning fra 40 til 180° C over 24 timer og tilslutt karbonisert i sot til 1000° C slik som beskrevet ovenfor.

Permeabiliteten for det sammensatte rør som var satt sammen på denne måte var 2 x 10-7 cm2/sek og det mest impermeable området lå midt mellom den indre og den ytre overflate. Virkningen av fosforsyre som katalysator var en økning av oksydasjonsmotstanden i det ytre rør.

Eksempel 2.

Et grafittrør med utvendig diameter på ca. 5,4 cm, innvendig diameter ca. 4,78 cm, lengde ca. 15 cm og med en opprinnelig permeabilitet på 1,81 x 10-2 cm2/sek ble behandlet i en strømmende atmosfære av benzen og nitrogen, hvor det partielle trykk av benzen var 8 cm Hg ved 850° C i 120 timer. Rørets vekt øket med 6,29 pst. og impermeabiliteten overfor luft øket til 5 x

10-7 cm2/sek. Den ytre overflate på et

annet rør med utvendig diameter på ca. 4,76 cm, innvendig diameter på ca. 4,5 cm og lengde ca. 15 cm samt den indre overflate på det første rør ble påstrøket delvis polymerisert furfurylalkohol hvortil det var tilsatt 7 volumprosent konsentrert saltsyre. Etter påstrykningen ble rørene satt bort i en halv time, og så gitt et nytt strøk der

innsugning hadde funnet sted. Det mindre rør ble så ført inn i det større, over-skudd av væske ved endene tørket av, og sammenstillingen ble så satt bort i to dager

i luft ved værelsestemperatur for delvis å

herde alkoholen, ble så oppvarmet til 180° C over 24 timer for fullstendig modning av alkoholen og ble tilslutt karbonerisert i sot til 1000° C over tre dager. Den endelige impermeabilitetsverdi for det sammensatte rør var 5 x 10-7 cm2/sek.

Eksempel 3.

Et grafittrør med utvendig diameter på ca. 2,5 cm, invendig diameter på ca. 1,3 cm og lengde på ca. 6,4 cm ble impregnert en gang med furfurylalkohol, modnet og karbonisert som i eksempel 1. Det ble så oppvarmet i vakuum til 1800° C og permeabiliteten ble derved forbedret til 4 x 10-r> cm2/sek. Røret ble så maskinbearbeidet til en innvendig diameter på ca. 1,91 cm og impermeabiliteten sank til 1 x 10-* cm2/ sek.

Røret ble så behandlet i en strømmen-de atmosfære av nitrogen og benzen i 64 timer ved 850° C (det partielle trykk av benzen var 8 cm Hg) og impermeabiliteten ble forbedret til 1 x 10-s cm2/sek.

Et annet rør med utvendig diameter på ca. 1,9 cm, innvendig diameter på 1,3 cm og lengde ca. 6,4 cm ble så klebet fast inne i det første rør ved hjelp av furfurylalkohol (uten fyllstoff) og sammenstillingen ble utsatt for behandlinger ved atmosfærisk temperatur og ved forhøyede tem-peraturer for delvis og fullstendig å herde alkoholen og å karbonisere den dannede harpiks, slik som i eksempel 1.

Den endelige impermeabilitet for det sammensatte rør var bedre enn 5 x 10—° cm2/sek og det mest impermeable område lå omtrent midt mellom den indre og den ytre overflate.

For å undersøke verdien av denne behandling ble ca. 1,3 mm avdreiet fra den utvendige overflate av røret, men noen reduksjon i rørets impermeabilitet kunne ikke måles.

Eksempel 4.

Et grafittrør med lengde ca. 15 cm, utvendig diameter ca. 2,5 cm og innvendig diameter ca. 1,9 cm ble behandlet ved total neddypping i furfurylalkohol inneholdende 0,2 volumprosent saltsyre, idet beholderen deretter ble evakuert i 30 minutter.

Etter dette ble beholdertrykket hevet til atmosfærisk og røret ble satt bort i 2 timer for gjennomtrengning av alkoholen. Røret opptok derved ca. 8,1 vektprosent alkohol. Røret ble så forsiktig oppvarmet til 120° C for å polymerisere den impreg-nerende alkohol og ble deretter først oppvarmet til 1100° C i vakuum for å karbonisere impregneringsmidlet og deretter til 1800° C i vakuum for å fullføre karboni-seringsbehandlingen. Karbonopptaket var 3,74 vektprosent og permeabiliteten sank til 6 x 10-6 cm2/sek. I det neste trinn ble røret utsatt for en avsetningsbehandling i en atmosfære av nitrogen-benzenblanding ved 850° Ci 64 timer — (det partielle trykk av benzen var 8,25 cm Hg). Et ubehandlet foringsrør av grafitt med utvendig diameter på ca. 1,9 cm og innvendig diameter på ca. 1,3 cm ble så dekket med delvis polymerisert furfurylalkohol som klebe- eller bindemiddel og ført inn i det ytre rør. Det sammensatte rør ble så oppvarmet forsiktig for å modne bindemidlet og ble videre oppvarmet til karboniseringstemperatur. Etter karboniseringen ble et lag med tyk-kelse på ca. 1 mm fjernet fra den ytre overflate på det sammensatte rør og permeabiliteten ble målt i to forskjellige apparater. I begge tilfeller var den målte verdi 2 x 10-» cm2/sek.

Den vedlagte tegning viser arten av den impermeable oppbygning av rørene i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

På tegningen, som viser et aksialt snitt gjennom et sammensatt rør av karbon, har et ytre rør 10 omtrent impermeable ringformede områder 11 og 12 som er dannet ved avleiring av karbon i porene i disse områder ved hjelp av impregnering med furfurylalkohol i ett trinn, etterfulgt av poly-merisasjon og karboniseringsbehandlinger, og i et neste trinn ved avleiring av karbon i de resterende porer ved pyrolyse av dam-pen av en hydrokarbonforbindelse. Det mellomliggende område 13 i røret 10 er også meget impermeabelt men ikke i den-grad som områdene 11 og 12. Det vil være klart at grensene for disse områder i prak-sis ikke vil være skarpe. Det indre rør 14 er i den ubehandlede permeable tilstand. De to rør er forbundet med hverandre ved nabooverflåtene 15 ved hjelp av en hinne av karbonisert klebemiddel, opprinnelig furfurylalkohol, som når det er karbonisert på dette sted forbinder det indre og det ytre rør ved hjelp av en meget imperme-abel karbonhinne som ligger delvis mellom rørene 10 og 14 og som delvis er trengt inn i porene i de motstøtende overflater i rø-rene. Det sammensatte rør har derfor tre impermeable områder hvor to av dem, nem-lig det ringformede område 11 og hinnen

i forbindelsesområdet mellom rørene ligger

langt fra overflatene 10a og 14a i det sammensatte rør.

Rørene i henhold til oppfinnelsen består således av karbon- eller grafittrør som har i det minste ett omtrent impermeabelt lag i et område som er fjernt fra de frie ytre og indre overflater, samt andre impermeable områder, hvorved rørets impermeabilitet ikke vil påvirkes av overflate-skader. Videre er den opprinnelige porøsi-tet i hvilket som helst av rørdelene av for-holdsvis liten betydning idet de to eller flere behandlingstrinn som anvendes under fremstillingen sikrer at sluttproduktet vil være i det vesentlige impermeabelt.

Claims (1)

1. Impermeabelt rør av karbon, karakterisert ved at det består av konsentrisk i hverandre anordnede rør av karbon som er forent med og festet til hverandre ved hjelp av karbon som bindemiddel, hvorav minst den ytre sylindriske overflate på det indre rør eller den indre sylinderfor

   mete overflate på det ytre rør er gjort omtrent impermeabelt ved avsetting av karbon i porene langs hele lengden av røret, hvorved det sammensatte rør blir impermeabelt regnet fra overflate til overflate av rørveggen.