175138. lajstromszámú szabadalom • Eljárás grafit műszén hőálló sikló és tömítő elemek előállítására
3 175138 4 A találmány célja az ismert megoldások hátrányainak kiküszöbölésével olyan eljárás biztosítása, amely jól kézbentartható technológiával kiváló minőségű termékhez vezet. Kísérleteink során arra a meglepő felismerésre jutottunk, hogy a fenti cél elérhető, ha a széntömböket vagy formadarabokat légmentesítés után telítetlen poliészter sztirolos oldatával impregnáljuk, majd besugározzuk, és ezt követően kimelegítjük. Fentiek alapján a találmány eljárás hőálló sikló vagy sikló és tömítő elemek előállítására, amely abban áll, hogy grafit vagy műszén tömböket vagy formadarabokat légtelenítünk, majd 55—70% telítetlen poliésztert és 30-45% sztirolt tartalmazó oldattal, amelyhez adott esetben 2-20 s% grafitport adtunk, atmoszférikus nyomáson vagy túlnyomás alatt 3-15% gyantafelvételig impregnálunk, gamma- vagy elektronsugárzással 0,2—20 Mrad összdózissal besugárzunk, és ezt követően 10-120 percig 90—200°C-on melegítünk. Az eljárásban alkalmazott, kereskedelmi telítetlen poliészter-sztirol oldatok viszkozitása viszonylag csekély (jellegzetes viszkozitásértékek 600—800 centipoise), vagyis az impregnálás könnyen és gyorsan elvégezhető. A polimerizáció első szakasza lényegében még szobahőfokon játszódik le, ezért a gyanta melegedés okozta viszkozitáscsökkenésével, megfolyásával nem kell számolni. A végtermék minőségét javítja, hogy a sugárzásos polimerizáció jól szabályozható, csekély bruttó aktiválási energiájú folyamat, amely elkerülhetővé teszi a reakció berobbanását, a hirtelen, adiabatikus, 200 °C-ot is meghaladó hőmérsékletemelkedést, ami például poliészter tömbök kémiai iniciátoros keményítősénél gyakran tapasztalható. A mechanikai tulajdonságokat javítja továbbá, hogy a poliészter kis molekulák kilépése nélkül szilárdul meg a szénben homogén kötőanyaggá. A poliészter gyantával végzett impregnálás és besugárzásos keményítés hatására tapasztalt tulajdonságjavulás azonban meghaladja a fentiek alapján várható mértéket. Méréseink szerint tömbök homogén impregnálása esetén a modulus és a szakítószilárdság egyaránt mintegy kétszeresére nő. Ez a jelenség feltételezhetőleg azzal magyarázható, hogy a poliészter gyanta nem egyszerűen az inert póruskitöltő szerepét játssza a szénben. Elvégeztük az alábbi kísérleteket. Grafit és műszén próbatesteket sztirol monomerrel impregnáltunk, majd a sztirolt 5 Mrad sugárdózissal kobaltforrásban polimeresítettük. A sztirol önmagában hasonló körülmények között oldható lineáris láncokká polimeresedik. A szén pórusaiban polimerizált sztirolt azonban csupán mintegy 30%-ban sikerült a szénből kioldani. Feltehető, hogy a szén pórusfalai és a sztirol között kémiai kapcsolat jön létre. Ennek a kapcsolatnak két forrása lehet. Egyrészt, a növekvő polisztirol láncok reagálhatnak a szén aktív helyeivel. Másrészt, a szén aktív, vagy a sugárzás hatására aktiválódó helyei iniciálhatják a sztiroj polimerizációját. Feltehetőleg hasonló folyamat játszódik le a sztirolt tartalmazó poliészter gyantával is. Az így létrejövő kémiai kapcsolat javítja a termék mechanikai tulajdonságait. Feltehetőleg az is részben ennek tudható be, hogy a találmány szerinti eljárással előállított elemek savaknak, lúgoknak és oldószereknek kitűnően ellenállnak. Szén tömbök impregnálása esetén a poliészter-felvétel általában 5-10% között van. Az impregnált és keményített szén-poliészter tömbök a továbbiakban forgácsolással megmunkálhatok. Formatestek felületi kezelése esetén előnyös olyan poliészter oldatot alkalmazni, amely adalékanyagként kolloidális grafitport tartalmaz. A finom grafitpor maga is behatol a felületi rétegbe, javítja a hő vezetési és súrlódási tulajdonságokat, valamint a vegyszerállóságot. A találmány szerinti eljárás főbb előnyei a következők: a) Formatestek impregnálása esetén egyenletes felületeket ad, amelyek további megmunkálás nélkül vagy csekély utósimítással használhatók. b) Formatestek impregnálásakor nem szükséges a teljes formatestet egyenletesen impregnálni, mivel a felületi réteg impregnálása többnyire mind tömörség, mind a súrlódási tulajdonságok vonatkozásában kielégítő. Ily módon gyanta és kezelési idő takarítható meg. c) A szén által fel nem vett gyanta — miután katalizátort nem tartalmaz — korlátlanul eltartható, illetve újra felhasználható. A találmány szerinti eljárást az alábbi kiviteli példákkal szemléltetjük: 1. példa 25 s% maleinsavanhidridből, 40 s% ftálsavanhidridből és 35 s% etilénglikolból készített poliészter kondenzátum 65 g-nyi mennyiségét 35 g sztirollal elegyítjük. Az így készített oldattal egy előzőleg 30 percen át szobahőfokon, 10 Hgmm oszlopnak megfelelő vákuummal leszívott, 1 cm vastag, 3 cm átmérőjű műszén korongot 1 órán át szobahőfokon, atmoszférikus nyomáson impregnálunk. A korong gyantafelvétele 8 s%. Az impregnált korongot ezután 24 órán át 200 krad/h dózisteljesítményű kobalt-60 gammasugárzásnak tesszük ki, majd 1 órán át 150°C-on kimelegítjük. A termék forgácsolással jól megmunkálható. A korongból készített próbatest szakítószilárdsága 35 MPa, ami a kezeletlen kontrollmintához képest mintegy 100%-os növekedésnek felel meg. 2. példa Az 1. példa szerinti oldathoz 6 g kolloidális grafitport keverünk, majd az 1. példa szerinti módon egy 10 cm hosszú, 3 cm külső és 2,5 cm belső átmérőjű grafit csövet impregnálunk vele. A cső gyantafelvétele 4%. Az impregnált csövet ezután 10 Mrad összdózisig elektronsugárzásnak tesszük ki, majd ezt követően 10 percig 180°C-on melegítjük. A felülete rövid ideig tartó kézi letisztítás után egyenletes, tömör. A cső 80 °C-os, 50%-os kénsavnak jól ellenáll. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
