WO2000016424A1 - Plastic plate and method for producing the same - Google Patents

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WO2000016424A1
WO2000016424A1 PCT/EP1998/008237 EP9808237W WO0016424A1 WO 2000016424 A1 WO2000016424 A1 WO 2000016424A1 EP 9808237 W EP9808237 W EP 9808237W WO 0016424 A1 WO0016424 A1 WO 0016424A1
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Günter Rinn
Hans Lippert
Reinhold Wolf
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Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an electrically conductive plate, in particular a gas and / or liquid-tight plate, which is optionally structured at least in one side, consisting of a plastic with carbon filler with a filler content of in particular 70 wt .-% to 95 Ge ⁇ v .-%. Furthermore, the invention relates to a method for producing an electrically conductive plate, in particular a gas- and / or liquid-tight plate, which is optionally structured at least on one side, consisting of a plastic with carbon filler.
  • the present invention is based on the problem of further developing a plate of the type mentioned at the outset and a method for producing such that the plate has high dimensional stability with a simple manufacturing process, which meet high requirements both in terms of specific electrical resistance and temperature resistance should. In particular, good electrical conductivity perpendicular to the plate plane should be provided.
  • the plate should also be able to have the desired geometries or structures without the need for extensive reworking.
  • the plate should also be gas and / or liquid-tight to the desired extent.
  • the problem is solved by a plate of the type mentioned at the outset in that the plate is produced by the hot pressing process, in that the filler consists of carbon particles and 0 to 20% reinforcing fibers and in that the plate has a specific electrical resistance of less than 500 ⁇ parallel to the pressing direction 10 "6 ⁇ m.
  • the carbon filler particles consist largely of isometric particles.
  • the plastic can be a phenolic resin or contain it.
  • the plastic can be electrically conductive and / or contain electrically conductive particles.
  • the fibers can be carbon fibers, preferably in the form of short cut fibers, long fibers, fabrics and / or felt.
  • the plate which preferably consists of thermosetting material with carbon fillers, can be produced in a simple manner, specific material properties being achievable on account of the extremely high degree of filling and the use of largely isometric fillers.
  • a specific electrical resistance of in particular less than 250 ⁇ 10 6 ⁇ m can be achieved, measured parallel to the pressing direction, ie perpendicular to the plate plane. If the plate is not subjected to carbonization of the binder after pressing, the plate is gas and / or liquid-tight.
  • a temperature resistance in the range between 200 and 250 ° C can be achieved.
  • the plate is also dimensionally stable so that it does not creep under pressure and temperature.
  • the plate can be produced by plastic shaping in a hot pressing process, desired geometries and contours can be achieved to a large extent, which can be molded on one or on both outer surfaces.
  • the plates produced by the hot pressing process are extremely precise, so that they can be used immediately without or with minimal reworking.
  • the shaped plates are then carbonized. This improves the electrical conductivity and the thermal conductivity. This results in a higher temperature and chemical resistance.
  • the gas and / or liquid tightness of the plate can be lost by coking. However, the gas and / or liquid tightness can also be achieved again by a subsequent impregnation such as synthetic resin impregnation.
  • the plate consists of a preform made of carbon fiber fabric or felts, laminated with a plastic material containing carbon particles.
  • granulation methods for example granulation methods, solvents for dissolving the binder, etc.
  • a plastic-filler mixture 900 g of graphite with a grain fraction ⁇ 200 ⁇ m and isometric grain shape, 100 g of phenolic resin (Novolak hexamethylenetetramine) were mixed as mixture components in a mixer at a temperature of 80 ° C. over a period of 10 minutes.
  • phenolic resin Novolak hexamethylenetetramine
  • the mass was fed to a mill in order to obtain regrind from a fraction ⁇ 1 mm.
  • a previously weighed or volumetrically metered mass of the mixture was then poured into a hot pressing tool in order to then close the press by moving the upper punch axially, ie vertically. After placing the upper punch on the mass, it begins to soften, compact and harden due to the contact of the press mass with the hot stamp walls to obtain a plate with the dimensions of 220 x 100 x 8 mm 3 based on length, width and thickness after the pressing process. Measurements on the plate showed the following physical values:
  • 900 g of platelet-shaped graphite and 100 g of phenolic resin were mixed in a mixer at a temperature of 80 ° C. over a period of 10 minutes.
  • the mass was fed to a mill in order to obtain regrind from a fraction ⁇ 1 mm.
  • a previously weighed or volumetrically metered mass of the mixture was then poured into a hot pressing tool in order to then close the press by moving the upper punch axially, ie vertically.
  • the mass was fed to a mill in order to obtain regrind from a fraction ⁇ 1 mm.
  • a previously weighed or volumetrically metered mass of the mixture was then poured into a hot pressing tool in order to then close the press by moving the upper punch axially, ie vertically. After placing the upper punch on the mass, it begins to soften, compact and harden due to the contact of the molding compound with the hot punch walls.
  • the plate was carbonized with heating rates of 20 ° C h and a maximum temperature of 1000 ° C.
  • a plate made of an all-carbon material was obtained without any significant change in size, without any restrictions in temperature and chemical resistance.
  • the plate had an open porosity of 10 to 20 vol .-% and was no longer gas-tight.
  • the mass was fed to a mill in order to obtain regrind from a fraction ⁇ 1 mm.
  • a previously weighed or volumetrically metered mass of the mixture was then poured into a hot pressing tool in order to then close the press by moving the upper punch axially, ie vertically. After placing the upper punch on the mass, it begins to soften, compact and harden due to the contact of the molding compound with the hot punch walls.
  • the plate was carbonized at heating rates of 1 - 5 ° C / h and a maximum temperature of 1000 ° C.
  • a plate made of an all-carbon material was obtained without any significant change in size, without any restrictions in temperature and chemical resistance.
  • a linear plate shrinkage of approx. 5% was found. The plate was also gas-tight after carbonization.
  • 1 is a plan view of an embodiment of a plate
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through the plate according to FIG. 1
  • Fig. 3 shows a detail "Y" of the plate of FIG. 2 and
  • FIGS. 1 to 4 show an embodiment of a plate 10 according to the invention.
  • the plate 10 has at least one upper side 12 and / or lower side 14 truncated pyramids 16, 18.
  • the truncated pyramid-shaped elevations 16, 18 have a trapezoidal geometry.
  • the longer base surface is designed to run on the plate side.
  • the base surface has an extension in the longitudinal direction that is four to six times larger than the width. In particular, the longitudinal direction is 1: 5 in width.
  • the frusto-pyramid-shaped elevations 16, 18 are five to seven times, preferably six times longer than in relation to their width.
  • the plate 10 has through bores 20, 22.
  • the plate 10 consists of a thermosetting material with carbon fillers in the form of graphite and / or coke, the degree of filling being extremely high.
  • thermoset material can only be about 10%.
  • the fillers themselves should be largely isometric if good electrical conductivity perpendicular to the plate level is required.
  • the plate itself is made by plastic shaping in a hot pressing process provides, the structures and openings 16, 18 are embossed during the pressing process itself.
  • the manufacturing process and the filler components and their extensive isometry have the advantage that the specific electrical resistance of the plate in the direction of the double arrow 24 is less than 200 ⁇ 10 "6 ⁇ m.
  • the double arrow runs parallel to the pressing direction, that is to say the axial displacement of one Stamp of a press device.
  • the plate 10 has a temperature resistance of approximately 200-250 ° C., with a dimensional stability that prevents creeping under pressure and temperature. If the plate 10 is not coked after hot pressing, there is also a gas and / or liquid tightness.
  • the plastic material itself can be an electrically conductive synthetic resin, which can further improve the electrical properties of the plate 10.
  • the angle of inclination of the side legs can be in the range between 1 and 40 °, in particular in the range of 5 to 30 °.
  • the angles of inclination initially facilitate demoulding, but can also, especially at larger angles, improve the alignment of the graphite particles parallel to the surface and the electrical conductivity perpendicular to the plate plane.

Abstract

The invention relates to an electrically conductive plate (10), especially a gas-tight and/or liquid-tight plate, that is optionally structured on one side, consisting of a plastic with carbon filling material, the filling material portion especially ranging between 70 % by weight to 95 % by weight. According to the invention, in order for said plate to exhibit high shape stability while using a simple production method, wherein said plate meets stringent requirements in terms of specific electrical resistance and temperature resistance, the plate (10) is manufactured in a hot pressing method, the filling material consists of carbon particles and 0 to 20 % reinforcement fibers and the plate exhibits a specific electrical resistance of less than 500 x 10-6Φm parallel to the direction of pressing.

Description

KUNSTSTOFFPLATTE SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER SOLCHENPLASTIC PLATE AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A
Beschreibungdescription
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrisch leitende Platte, insbesondere eine gas- und/oder flüssigkeitsdichte Platte, die gegebenenfalls zumindest in einer Seite strukturiert ist, bestehend aus einem Kunststoff mit Kohlenstoff-Füllstoff mit einem Füllstoffanteil von insbesondere 70 Gew.-% bis 95 Ge\v.-%. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Platte, insbesondere einer gas- und/oder flüssigkeitsdichten Platte, die gegebenenfalls zumindest in einer Seite strukturiert wird, bestehend aus einem Kunststoff mit Kohlenstoff-Füllstoff.The invention relates to an electrically conductive plate, in particular a gas and / or liquid-tight plate, which is optionally structured at least in one side, consisting of a plastic with carbon filler with a filler content of in particular 70 wt .-% to 95 Ge \ v .-%. Furthermore, the invention relates to a method for producing an electrically conductive plate, in particular a gas- and / or liquid-tight plate, which is optionally structured at least on one side, consisting of a plastic with carbon filler.
Aus der DE 195 42 721 ist es bekannt, Kunststoff-Füllstoff-Mischungen durch Extrudieren zu Platten zu formen. Durch das Extrudieren bedingt müssen die dem Extruder zugeführten Mischungen bestimmte Temperaturen einhalten, um eine Masseförderung sicherzustellen.From DE 195 42 721 it is known to form plastic-filler mixtures by extrusion into sheets. Due to the extrusion, the mixtures fed to the extruder must maintain certain temperatures in order to ensure mass transfer.
Der vorliegenden Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Platte der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen derart weiterzubilden, dass die Platte eine hohe Formstabilität bei einfachem Herstellungsprozess aufweist, wobei diese sowohl hinsichtlich des spezifischen elektrischen Widerstands als auch der Temperaturbeständigkeit hohen Anforderungen genügen soll. Insbesondere soll eine gute elektrische Leitfähigkeit senkrecht zur Plattenebene gegeben sein.The present invention is based on the problem of further developing a plate of the type mentioned at the outset and a method for producing such that the plate has high dimensional stability with a simple manufacturing process, which meet high requirements both in terms of specific electrical resistance and temperature resistance should. In particular, good electrical conductivity perpendicular to the plate plane should be provided.
Auch soll die Platte gewünschte Geometrien bzw. Strukturen aufweisen können, ohne dass es aufwendiger Nacharbeiten bedarf. Femer soll die Platte im gewünschten Umfang gas- und/oder flüssigkeitsdicht sein. Erfindungsgemäß wird das Problem durch eine Platte der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Platte im Heißpressverfahren hergestellt ist, dass der Füllstoff aus Kohlenstoff-Partikeln und 0 bis 20 % Verstärkungsfasern besteht und dass die Platte parallel zur Pressrichtung einen spezifischen elektrischen Widerstand kleiner 500 x 10"6Ωm aufweist.The plate should also be able to have the desired geometries or structures without the need for extensive reworking. The plate should also be gas and / or liquid-tight to the desired extent. According to the invention, the problem is solved by a plate of the type mentioned at the outset in that the plate is produced by the hot pressing process, in that the filler consists of carbon particles and 0 to 20% reinforcing fibers and in that the plate has a specific electrical resistance of less than 500 × parallel to the pressing direction 10 "6 Ωm.
Die Kohlenstoff-Füllstoffpartikel bestehen weitgehend aus isometrischen Partikeln.The carbon filler particles consist largely of isometric particles.
Insbesondere kann der Kunststoff ein Phenolharz sein oder dieses enthalten. Ferner kann zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der Kunststoff elektrisch leitfähig sein und/oder elektrisch leitende Partikel enthalten.In particular, the plastic can be a phenolic resin or contain it. Furthermore, to improve the electrical conductivity, the plastic can be electrically conductive and / or contain electrically conductive particles.
Die Fasern können Kohlenstofffasern vorzugsweise in Form von Kurzschnittfasern, Langfasern, Gewebe und/oder Filz sein.The fibers can be carbon fibers, preferably in the form of short cut fibers, long fibers, fabrics and / or felt.
Die vorzugsweise aus duroplastischem Werkstoff mit Kohlenstoff-Füllstoffen bestehende Platte ist auf einfache Weise herstellbar, wobei aufgrund des extrem hohen Füllgrades und der Verwendung von weitgehend isometrischen Füllstoffen spezifische Werkstoffeigenschaften erzielbar sind. So ist ein spezifischer elektrischer Widerstand von insbesondere weniger als 250 x 10'6 Ωm erzielbar, gemessen parallel zur Pressrichtung, d. h. senkrecht zur Plattenebene. Sofern die Platte nach dem Pressen einer Carbonisierung des Bindemittels nicht unterzogen wird, ist die Platte gas- und/oder flüssigkeitsdicht. Es ist eine Temperaturbeständigkeit im Bereich zwischen 200 und 250° C erzielbar. Auch ist die Platte derart formstabil, dass ein sogenanntes Kriechen unter Druck und Temperatur unterbleibt.The plate, which preferably consists of thermosetting material with carbon fillers, can be produced in a simple manner, specific material properties being achievable on account of the extremely high degree of filling and the use of largely isometric fillers. A specific electrical resistance of in particular less than 250 × 10 6 Ωm can be achieved, measured parallel to the pressing direction, ie perpendicular to the plate plane. If the plate is not subjected to carbonization of the binder after pressing, the plate is gas and / or liquid-tight. A temperature resistance in the range between 200 and 250 ° C can be achieved. The plate is also dimensionally stable so that it does not creep under pressure and temperature.
Dadurch, dass die Platte durch plastische Formgebung in einem Heißpressverfahren herstellbar ist, können im großen Umfang gewünschte Geometrien und Konturen erzielt werden, die auf einer oder auf beiden Außenflächen eingeformt sein können. Die durch das Heißpressverfahren hergestellten Platten weisen eine hohe Präzision auf, so dass ein unmittelbarer Einsatz ohne oder nur mit minimaler Nacharbeit möglich ist. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die geformten Platten anschließend carbonisiert werden. Hierdurch werden die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit verbessert. Es ergibt sich eine höhere Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit. Durch das Verkoken kann die Gas- und/oder Flüssigkeitsdichtheit der Platte verloren gehen. Die Gas- und/oder Flüssigkeitsdichtheit kann jedoch auch durch eine nachfolgende Imprägnierung wie Kunstharz-Imprägnierung wieder erreicht werden.Because the plate can be produced by plastic shaping in a hot pressing process, desired geometries and contours can be achieved to a large extent, which can be molded on one or on both outer surfaces. The plates produced by the hot pressing process are extremely precise, so that they can be used immediately without or with minimal reworking. Alternatively, there is the possibility that the shaped plates are then carbonized. This improves the electrical conductivity and the thermal conductivity. This results in a higher temperature and chemical resistance. The gas and / or liquid tightness of the plate can be lost by coking. However, the gas and / or liquid tightness can also be achieved again by a subsequent impregnation such as synthetic resin impregnation.
Ein selbständiger Lösungsvorschlag zeichnet sich dadurch aus, dass die Platte aus einer aus Kohlenstofffasergewebe oder -filze hergestellten Preform, laminiert mit einer kohlenstoffpartikelhaltigen Kunststoffmasse, besteht.An independent solution is characterized in that the plate consists of a preform made of carbon fiber fabric or felts, laminated with a plastic material containing carbon particles.
Ein Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Platte, insbesondere einer gas- und/oder flüssigkeitsdichten Platte, die gegebenenfalls zumindest in einer Seite strukturiert ist, bestehend aus einem Kunststoff mit Kohlenstoff-Füllstoff mit einem Füllstoffanteil von insbesondere 70 Gew.-% - 95 Gew.-% zeichnet sich z. B. durch die Verfahrensschritte ausA method for producing an electrically conductive plate, in particular a gas- and / or liquid-tight plate, which is optionally structured on at least one side, consisting of a plastic with carbon filler with a filler content of in particular 70% by weight - 95% by weight. -% stands out z. B. from the process steps
Einfüllen von Kunststoff- und Füllstoffkomponenten mit Partikeln mit vorzugsweise isometrischer Kornform in einen Mischer,Filling plastic and filler components with particles, preferably with an isometric grain shape, into a mixer,
Vermischung der Komponenten unter gleichzeitiger Wärmezufuhr,Mixing of the components with simultaneous supply of heat,
Entnahme der Mischung aus dem Mischer und Erstarrenlassen der Mischung,Removing the mixture from the mixer and allowing the mixture to solidify,
Aufmahlen der Mischung zu Körnern einer mittleren Größe zwischen 50 bis 500 μm,Grinding the mixture into granules with an average size between 50 to 500 μm,
Einfüllen der aufgemahlenen Mischung in eine Pressform einer Heißpresse,Filling the ground mixture into a mold of a hot press,
plastisches Verformen und Aushärten der Mischung durch Heißpressen zu einer Platte, Entnahme der Platte aus der Pressform und insbesondereplastic deformation and hardening of the mixture by hot pressing into a plate, Removal of the plate from the mold and in particular
Wärmebehandlung nach erfolgter Ausformung.Heat treatment after molding.
Alternativ können auch andere Verfahren zur Herstellung einer pressfähigen Masse eingesetzt werden: zum Beispiel Granulierverfahren, Lösungsmittel zum Anlösen des Bindemittels, usw..Alternatively, other methods for producing a pressable mass can also be used: for example granulation methods, solvents for dissolving the binder, etc.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich großformatige, dünne Platten mit Abmessungen von zum Beispiel 500 x 500 x 4 mm3 herstellen. Bei geeigneter Werk- zeugauslegung können auch Bohrungen und/oder Durchbrüche eingeformt werden.With the method according to the invention, large-format, thin plates with dimensions of, for example, 500 x 500 x 4 mm 3 can be produced. With a suitable tool design, holes and / or openings can also be formed.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen - für sich und/oder in Kombination -, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.Further details, advantages and features of the invention result not only from the claims, the features to be extracted from them - individually and / or in combination - but also from the following description of exemplary embodiments.
Beispiel 1example 1
Zur Herstellung einer Kunststoff-Füllstoff-Mischung wurden als Mischungsbestandteile 900 g Graphit einer Kornfraktion < 200 μm und isometrischer Kornform, 100 g Phenolharz (Novolak Hexamethylentetramin) in einen Mischer bei einer Temperatur von 80° C über einen Zeitraum von 10 Minuten vermischt.To produce a plastic-filler mixture, 900 g of graphite with a grain fraction <200 μm and isometric grain shape, 100 g of phenolic resin (Novolak hexamethylenetetramine) were mixed as mixture components in a mixer at a temperature of 80 ° C. over a period of 10 minutes.
Nach dem Austragen der Mischung aus dem Mischer und Erstarren dieser wurde die Masse einer Mühle zugeführt, um Mahlgut einer Fraktion < 1 mm zu gewinnen. Eine vorher abgewogene oder volumetrisch dosierte Masse der Mischung wurde sodann in ein Heißpresswerkzeug gefüllt, um sodann durch axiales, also vertikales Bewegen des Oberstempels die Presse zu schließen. Nach Aufsetzen des Oberstempels auf die Masse beginnt deren Erweichen, Verdichten und Aushärtung infolge der Berührung der Press- masse mit den heißen Stempelwandungen, um nach Abschluss des Pressvorganges eine Platte mit den Abmessungen von 220 x 100 x 8 mm3 bezogen auf Länge, Breite und Dicke zu erhalten. Messungen an der Platte haben folgende physikalische Werte ergeben:After the mixture had been discharged from the mixer and solidified, the mass was fed to a mill in order to obtain regrind from a fraction <1 mm. A previously weighed or volumetrically metered mass of the mixture was then poured into a hot pressing tool in order to then close the press by moving the upper punch axially, ie vertically. After placing the upper punch on the mass, it begins to soften, compact and harden due to the contact of the press mass with the hot stamp walls to obtain a plate with the dimensions of 220 x 100 x 8 mm 3 based on length, width and thickness after the pressing process. Measurements on the plate showed the following physical values:
spezifischer elektrischer Widerstand: senkrecht zur Plattenebene 120 μΩm in der Plattenebene 85 μΩmspecific electrical resistance: perpendicular to the plate plane 120 μΩm in the plate plane 85 μΩm
Temperaturbeständigkeit: ca. 250 °CTemperature resistance: approx. 250 ° C
Maßgenauigkeit: ca. 0,1 %Dimensional accuracy: approx.0.1%
Beispiel 2Example 2
Zur Herstellung einer Kunststoff-Füllstoff-Mischung wurden als Mischungsbestandteil 900 g plättchenförmiger Graphit, 100g Phenolharz (Novolak Hexamethylentetramin) in einen Mischer bei einer Temperatur von 80° C über einen Zeitraum von 10 Minuten vermischt.To produce a plastic-filler mixture, 900 g of platelet-shaped graphite and 100 g of phenolic resin (novolak hexamethylenetetramine) were mixed in a mixer at a temperature of 80 ° C. over a period of 10 minutes.
Nach dem Austragen der Mischung aus dem Mischer und Erstarren dieser wurde die Masse einer Mühle zugeführt, um Mahlgut einer Fraktion < 1 mm zu gewinnen. Eine vorher abgewogene oder volumetrisch dosierte Masse der Mischung wurde sodann in ein Heißpresswerkzeug gefüllt, um sodann durch axiales, also vertikales Bewegen des Oberstempels die Presse zu schließen.After the mixture had been discharged from the mixer and solidified, the mass was fed to a mill in order to obtain regrind from a fraction <1 mm. A previously weighed or volumetrically metered mass of the mixture was then poured into a hot pressing tool in order to then close the press by moving the upper punch axially, ie vertically.
Nach Aufsetzen des Oberstempels auf die Masse beginnt deren Erweichen, Verdichten und Aushärtung infolge der Berührung der Pressmasse mit den heißen Stempelwandungen, um nach Abschluss des Pressvorganges eine Platte mit den Abmessungen von 220 x 100 x 8 mm3 bezogen auf Länge, Breite und Dicke zu erhalten. Messungen an der Platte haben folgende physikalische Werte ergeben, wobei sich ein dominierender Einfluss der Konform auf die elektrischen Eigenschaften ergab: spezifischer elektrischer Widerstand: senkrecht zur Plattenebene 475 μΩm in der Plattenebene 30 μΩmAfter placing the upper punch on the mass, it begins to soften, compact and harden due to the contact of the molding compound with the hot punch walls, and after the pressing process a plate with the dimensions of 220 x 100 x 8 mm 3 based on length, width and thickness closes receive. Measurements on the plate have resulted in the following physical values, with the conformance having a dominant influence on the electrical properties: specific electrical resistance: perpendicular to the plate level 475 μΩm in the plate plane 30 μΩm
Unabhängig davon zeigte sich eine Temperaturbeständigkeit bis ca. 250 °C und eine Maßgenauigkeit von ca. 0,1 %.Regardless of this, a temperature resistance up to approx. 250 ° C and a dimensional accuracy of approx. 0.1% was shown.
Beispiel 3Example 3
Zur Herstellung einer Kunststoff-Füllstoff-Mischung wurden als Mischungsbestandteile 900 g Graphit einer Kornfraktion bis 200 μm und isometrischer Kornform. 100 g Phenolharz (Novolak Hexamethylentetramin) in einen Mischer bei einer Temperatur von 80° C über einen Zeitraum von 10 Minuten vermischt.900 g of graphite with a grain size fraction of up to 200 μm and an isometric grain shape were used as mixture components to produce a plastic-filler mixture. 100 g of phenolic resin (Novolak Hexamethylenetetramin) mixed in a mixer at a temperature of 80 ° C over a period of 10 minutes.
Nach dem Austragen der Mischung aus dem Mischer und Erstarren dieser wurde die Masse einer Mühle zugeführt, um Mahlgut einer Fraktion < 1 mm zu gewinnen. Eine vorher abgewogene oder volumetrisch dosierte Masse der Mischung wurde sodann in ein Heißpresswerkzeug gefüllt, um sodann durch axiales, also vertikales Bewegen des Oberstempels die Presse zu schließen. Nach Aufsetzen des Oberstempels auf die Masse beginnt deren Erweichen, Verdichten und Aushärtung infolge der Berührung der Pressmasse mit den heißen Stempelwandungen. Nach der Formgebung wurde die Platte mit Aufheizraten von 20 °C h und einer Maximaltemperatur von 1000 °C carbonisiert.After the mixture had been discharged from the mixer and solidified, the mass was fed to a mill in order to obtain regrind from a fraction <1 mm. A previously weighed or volumetrically metered mass of the mixture was then poured into a hot pressing tool in order to then close the press by moving the upper punch axially, ie vertically. After placing the upper punch on the mass, it begins to soften, compact and harden due to the contact of the molding compound with the hot punch walls. After shaping, the plate was carbonized with heating rates of 20 ° C h and a maximum temperature of 1000 ° C.
Man erhielt ohne wesentliche Maßänderung eine Platte aus einem All-Carbon-Werkstoff ohne Einschränkungen der Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit. Die Platte wies eine offene Porosität von 10 bis 20 Vol.-% auf und war nicht mehr gasdicht. Beispiel 4A plate made of an all-carbon material was obtained without any significant change in size, without any restrictions in temperature and chemical resistance. The plate had an open porosity of 10 to 20 vol .-% and was no longer gas-tight. Example 4
Zur Herstellung einer Kunststoff-Füllstoff-Mischung wurden als Mischungsbestandteile 700 g Graphit einer Kornfraktion bis 200 μm und isometrischer Kornform, 300 g Phenolharz (Novolak Hexamethylentetramin) in einen Mischer bei einer Temperatur von 80° C über einen Zeitraum von 10 Minuten vermischt.To produce a plastic-filler mixture, 700 g of graphite with a particle size fraction up to 200 μm and isometric particle shape, 300 g of phenolic resin (novolak hexamethylenetetramine) were mixed in a mixer at a temperature of 80 ° C. over a period of 10 minutes.
Nach dem Austragen der Mischung aus dem Mischer und Erstarren dieser wurde die Masse einer Mühle zugeführt, um Mahlgut einer Fraktion < 1 mm zu gewinnen. Eine vorher abgewogene oder volumetrisch dosierte Masse der Mischung wurde sodann in ein Heißpresswerkzeug gefüllt, um sodann durch axiales, also vertikales Bewegen des Oberstempels die Presse zu schließen. Nach Aufsetzen des Oberstempels auf die Masse beginnt deren Erweichen, Verdichten und Aushärtung infolge der Berührung der Pressmasse mit den heißen Stempelwandungen. Nach der Formgebung wurde die Platte mit Aufheizraten von 1 - 5°C/h und einer Maximaltemperatur von 1000 °C carbonisiert. Man erhielt ohne wesentliche Maßänderung eine Platte aus einem All-Carbon-Werkstoff ohne Einschränkungen der Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit. Es konnte ein linearer Plattenschwund von ca. 5 % festgestellt werden. Ferner war die Platte nach dem Carbonisieren gasdicht.After the mixture had been discharged from the mixer and solidified, the mass was fed to a mill in order to obtain regrind from a fraction <1 mm. A previously weighed or volumetrically metered mass of the mixture was then poured into a hot pressing tool in order to then close the press by moving the upper punch axially, ie vertically. After placing the upper punch on the mass, it begins to soften, compact and harden due to the contact of the molding compound with the hot punch walls. After shaping, the plate was carbonized at heating rates of 1 - 5 ° C / h and a maximum temperature of 1000 ° C. A plate made of an all-carbon material was obtained without any significant change in size, without any restrictions in temperature and chemical resistance. A linear plate shrinkage of approx. 5% was found. The plate was also gas-tight after carbonization.
Die Erfindung wird auch nachstehend anhand von einem den Zeichnungen zu entnehmenden Ausführungsbeispiel näher erläutert, aus dem sich - wie aus den Ansprüchen- für sich, und/oder in Kombination- - weitere die Erfindung prägende Merkmale ergeben.The invention is also explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawings, from which - as in the claims - for themselves and / or in combination - further features characterizing the invention result.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Platte,1 is a plan view of an embodiment of a plate,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Platte gemäß Fig. 1, Fig. 3 eine Einzelheit "Y" der Platte gemäß Fig. 2 und2 shows a longitudinal section through the plate according to FIG. 1, Fig. 3 shows a detail "Y" of the plate of FIG. 2 and
Fig. 4 eine Ansicht der Einzelheit "Y" gemäß Fig. 3.4 is a view of the detail "Y" of FIG. 3rd
Den Fig. 1 bis 4 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Platte 10 zu entnehmen. Wie die Draufsicht und insbesondere die Schnittdarstellung gemäß den Fig. 1 und 2 verdeutlichen, weist die Platte 10 auf zumindest einer Oberseite 12 und/oder Unterseite 14 pyramidenstumpfförmige Erhebungen 16, 18 auf.1 to 4 show an embodiment of a plate 10 according to the invention. As the plan view and in particular the sectional view according to FIGS. 1 and 2 clarify, the plate 10 has at least one upper side 12 and / or lower side 14 truncated pyramids 16, 18.
Die pyramidenstumpfförmigen Erhebungen 16, 18 weisen eine trapezförmige Geometrie auf. Dabei ist die längere Basisfläche plattenseitig verlaufend ausgebildet. Die Basisfläche weist in Längsrichtung eine Erstreckung auf, die vier bis sechs Mal größer als die Breite ist. Insbesondere verhält sich die Längsrichtung zur Breite 1 : 5. Stirnflächensei- tig sind die pyramidenstumpfförmigen Erhebungen 16, 18 fünf bis sieben Mal, vorzugweise sechs mal länger als in Bezug auf ihre Breite.The truncated pyramid-shaped elevations 16, 18 have a trapezoidal geometry. The longer base surface is designed to run on the plate side. The base surface has an extension in the longitudinal direction that is four to six times larger than the width. In particular, the longitudinal direction is 1: 5 in width. On the end face side, the frusto-pyramid-shaped elevations 16, 18 are five to seven times, preferably six times longer than in relation to their width.
Die pyramidenstumpfförmigen Erhebungen 16, 18 weisen stimflächig einen Neigungswinkel zur Plattennormale von in etwa α = 20° bis 40°, insbesondere von in etwa α = 30° auf. Die Längsseitenflächen der pyramidenstumpfförmigen Erhebungen 16, 18 weisen einen Neigungswinkel ß mit insbesondere ß zwischen 5° und 20°, vorzugsweise in etwa ß = 10° zur Platznormalen auf.The truncated pyramid-shaped elevations 16, 18 have an inclination angle to the plate normal of approximately α = 20 ° to 40 °, in particular approximately α = 30 °. The longitudinal side surfaces of the truncated pyramid-shaped elevations 16, 18 have an angle of inclination β with in particular β between 5 ° and 20 °, preferably approximately β = 10 ° to the normal to the space.
Aus der Draufsicht gemäß Fig. 1 bzw. der Schnittdarstellung gemäß Fig. 2 erkennt man des Weiteren, dass die Platte 10 durchgehende Bohrungen 20, 22 aufweist.From the top view according to FIG. 1 or the sectional view according to FIG. 2, it can also be seen that the plate 10 has through bores 20, 22.
Die Platte 10 besteht aus einem duroplastischem Werkstoff mit Kohlenstoff-Füllstoffen in Form von Graphit und/oder Koks, wobei der Füllgrad extrem hoch ist.The plate 10 consists of a thermosetting material with carbon fillers in the form of graphite and / or coke, the degree of filling being extremely high.
So kann der Gehalt an duroplastischem Werkstoff nur ungefähr 10 % betragen. Die Füllstoffe selbst sollten weitgehend isometrisch sein, wenn gute elektrische Leitfähigkeit senkrecht zur Plattenebene gefordert ist.The content of thermoset material can only be about 10%. The fillers themselves should be largely isometric if good electrical conductivity perpendicular to the plate level is required.
Die Platte selbst ist durch plastische Formgebung in einem Heißpressverfahren herge- stellt, wobei die Strukturen sowie Durchbrüche 16, 18 beim Pressvorgang selbst eingeprägt werden.The plate itself is made by plastic shaping in a hot pressing process provides, the structures and openings 16, 18 are embossed during the pressing process itself.
Durch das Herstellungsverfahren sowie die Füllstoffanteile und deren weitgehende Isometrie ergibt sich der Vorteil, dass der spezifische elektrische Widerstand der Platte in Richtung des Doppelpfeils 24 weniger als 200 x 10"6 Ωm beträgt. Der Doppelpfeil verläuft dabei parallel zur Pressrichtung, also dem axialen Verschieben eines Stempels einer Pressvorrichtung.The manufacturing process and the filler components and their extensive isometry have the advantage that the specific electrical resistance of the plate in the direction of the double arrow 24 is less than 200 × 10 "6 Ωm. The double arrow runs parallel to the pressing direction, that is to say the axial displacement of one Stamp of a press device.
Die Platte 10 weist eine Temperaturbeständigkeit von in etwa 200 - 250° C auf, wobei eine Formstabilität gegeben ist, die ein Kriechen unter Druck und Temperatur verhindert. Sofern die Platte 10 nach dem Heißpressen nicht verkokt ist, ist zusätzlich eine Gas- und/oder Flüssigkeitsdichtheit gegeben.The plate 10 has a temperature resistance of approximately 200-250 ° C., with a dimensional stability that prevents creeping under pressure and temperature. If the plate 10 is not coked after hot pressing, there is also a gas and / or liquid tightness.
Der Kunststoff- Werkstoff selbst kann ein elektrisch leitfähiges Kunstharz sein, wodurch sich die elektrischen Eigenschaften der Platte 10 zusätzlich verbessern lassen.The plastic material itself can be an electrically conductive synthetic resin, which can further improve the electrical properties of the plate 10.
Zu den Strukturen 16, 18 ist anzumerken, dass diese im Querschnitt eine Trapezform mit außenseitig größerer Grundlinie aufweisen können. Dabei kann der Neigungswinkel der Seitenschenkel im Bereich zwischen 1 und 40°, insbesondere im Bereich von 5 bis 30° liegen. Die Neigungswinkel erleichtern zunächst die Entformung, können aber auch, vor allem bei größeren Winkeln, eine Ausrichtung der Graphitpartikel parallel zur Oberfläche und die elektrische Leitfähigkeit senkrecht zur Plattenebene verbessern. Regarding the structures 16, 18, it should be noted that these can have a trapezoidal cross-section with a larger base line on the outside. The angle of inclination of the side legs can be in the range between 1 and 40 °, in particular in the range of 5 to 30 °. The angles of inclination initially facilitate demoulding, but can also, especially at larger angles, improve the alignment of the graphite particles parallel to the surface and the electrical conductivity perpendicular to the plate plane.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrisch leitende Platte (10), insbesondere eine gas- und/oder flüssigkeitsdichte Platte, die gegebenenfalls zumindest in einer Seite strukturiert ist, bestehend aus einem Kunststoff mit Kohlenstoff-Füllstoff mit einem Füllstoffanteil von insbesondere 70 Gew.-% bis 95 Gew.-%, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10) im Heißpressverfahren hergestellt ist, dass der Füllstoff aus Kohlenstoff-Partikeln und 0 bis 20 % Verstärkungsfasern besteht und dass die Platte parallel zur Pressrichtung einen spezifischen elektrischen Widerstand kleiner 500 x 10'6Ωm aufweist.1. Electrically conductive plate (10), in particular a gas and / or liquid-tight plate, which is optionally structured at least in one side, consisting of a plastic with carbon filler with a filler content of in particular 70 wt .-% to 95 wt. -%, characterized in that the plate (10) is produced by the hot pressing process, that the filler consists of carbon particles and 0 to 20% reinforcing fibers and that the plate has a specific electrical resistance of less than 500 x 10 '6 Ωm parallel to the pressing direction .
2. Platte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10) aus einer aus Kohlenstofffasergewebe oder -filz hergestellten Preform laminiert mit einer kohlenstoffpartikelhaltigen Kunststoffmasse besteht.2. Plate according to claim 1, characterized in that the plate (10) consists of a preform made of carbon fiber fabric or felt laminated with a carbon particle-containing plastic mass.
3. Platte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoff-Füllstoff aus weitgehend isometrischen Partikeln besteht.3. Plate according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon filler consists of largely isometric particles.
4. Platte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern Kohlenstofffasern vorzugsweise in Form von Kurzschnittfasern, Langfasern, Gewebe und/oder Filz sind. 4. Plate according to at least one of the preceding claims, characterized in that the fibers are carbon fibers preferably in the form of short-cut fibers, long fibers, fabric and / or felt.
5. Platte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10) einen spezifischen elektrischen Widerstand parallel zur Pressrichtung (20) von kleiner 250 x 10"6 Ωm aufweist.5. Plate according to at least one of the preceding claims, characterized in that the plate (10) has a specific electrical resistance parallel to the pressing direction (20) of less than 250 x 10 "6 Ωm.
6. Platte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (10) aus duroplastischem Werkstoff mit insbesondere Graphit und/oder Koks als Füllstoff besteht.6. Plate according to at least one of the preceding claims, characterized in that the plate (10) consists of thermosetting material with in particular graphite and / or coke as a filler.
7. Platte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff in der Platte (10) aus Körnern mit einer mittleren Korngröße zwischen 1 μm und 250 μm, insbesondere im Bereich von in etwa 50 bis 100 μm besteht.7. Plate according to at least one of the preceding claims, characterized in that the filler in the plate (10) consists of grains with an average grain size between 1 micron and 250 microns, in particular in the range of about 50 to 100 microns.
8. Platte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füllstoff aus verschiedenen Kornfraktionen besteht, die zu einer bi- oder trimodalen Kornverteilung zusammenstellbar sind.8. Plate according to at least one of the preceding claims, characterized in that the filler consists of different grain fractions which can be put together to form a bi- or trimodal grain distribution.
9. Platte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Phenolharz ist oder enthält.9. Plate according to at least one of the preceding claims, characterized in that the plastic is or contains phenolic resin.
10. Platte nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff elektrisch leitfähig ist. 110. Plate according to at least one of the preceding claims, characterized in that the plastic is electrically conductive. 1
11. Verfahren zur Herstellung einer elektrisch leitenden Platte, insbesondere einer gas- und/oder flüssigkeitsdichten Platte, die gegebenenfalls zumindest in einer Seite strukturiert wird, insbesondere bestehend aus einem Kunststoff mit Kohlenstoff-Füllstoff mit einem Füllstoffanteil von insbesondere 70 Gew.-% bis 95 Gew.-%, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:11. A method for producing an electrically conductive plate, in particular a gas- and / or liquid-tight plate, which is optionally structured at least on one side, in particular consisting of a plastic with carbon filler with a filler content of in particular 70% by weight to 95 % By weight, characterized by the process steps:
Einfüllen von Kunststoff- und Füllstoffkomponenten mit Partikeln mit vorzugsweise isometrischer Kornform in einen Mischer,Filling plastic and filler components with particles, preferably with an isometric grain shape, into a mixer,
Vermischung der Komponenten unter gleichzeitiger Wärmezufuhr,Mixing of the components with simultaneous supply of heat,
Entnahme der Mischung aus dem Mischer und Erstarrenlassen der Mischung,Removing the mixture from the mixer and allowing the mixture to solidify,
Aufmahlen der Mischung zu Kömem einer mittleren Größe zwischen 50 bis 500 μm,Grinding the mixture into granules with an average size between 50 to 500 μm,
Einfüllen der aufgemahlenen Mischung in eine Pressform einer Heißpresse,Filling the ground mixture into a mold of a hot press,
plastisches Verformen und Aushärten der Mischung durch Heißpressen zu einer Platte ,plastic deformation and hardening of the mixture by hot pressing into a plate,
Entnahme der Platte aus der Pressform.Removing the plate from the press mold.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Platte (10) nach dem Ausformen wärmebehandelt wird. 12. The method according to claim 11, so that the plate (10) is heat-treated after molding.
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