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DE112007000823T5 - Graphit-Ton-Verbundmaterial, Verfahren zum Herstellen desselben, Dichtung oder Packung, welche das Verbundmaterial umfasst und eine Tondispersion, die für das Verbundmaterial verwendet wird - Google Patents

Graphit-Ton-Verbundmaterial, Verfahren zum Herstellen desselben, Dichtung oder Packung, welche das Verbundmaterial umfasst und eine Tondispersion, die für das Verbundmaterial verwendet wird Download PDF

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DE112007000823T5
DE112007000823T5 DE200711000823 DE112007000823T DE112007000823T5 DE 112007000823 T5 DE112007000823 T5 DE 112007000823T5 DE 200711000823 DE200711000823 DE 200711000823 DE 112007000823 T DE112007000823 T DE 112007000823T DE 112007000823 T5 DE112007000823 T5 DE 112007000823T5
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DE
Germany
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clay
film
composite material
seal
gasket
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE200711000823
Other languages
English (en)
Inventor
Takeo Ebina
Yasuhisa Hasegawa
Fujio Mizukami
Nobuhiko Teshima
Katsuro Tsukamoto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Matex KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Japan Matex KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Matex KK, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical Japan Matex KK
Publication of DE112007000823T5 publication Critical patent/DE112007000823T5/de
Ceased legal-status Critical Current

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Abstract

Verbundmaterial, das im Wesentlichen einen Graphit und einen Ton umfasst, wobei der Ton an einer Graphitschicht laminiert ist und/oder in diese eindringt.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Diese Anmeldung ist eine internationale Anmeldung mit der Nr. PCT/JP2007/057485 , die am 3. April 2007 eingereicht wurde und die Priorität der japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2006-104102 beansprucht, die am 5. April 2006 eingereicht wurde, wobei auf den gesamten Inhalt und die Offenbarung der vorhergehenden Anmeldung in dieser Anmeldung inhaltlich Bezug genommen wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Graphit-Ton-Verbundmaterial, ein Verfahren zum Herstellen desselben, eine Dichtung oder Packung, welche das Verbundmaterial umfasst, und eine Tondispersion, die für das Verbundmaterial verwendet wird. Insbesondere weist der Graphit-Ton wesentliche Eigenschaften auf, die für die Dichtung oder Abdichtung verwendet werden sollen, wie beispielsweise Wärmewiderstand, Haltbarkeit, eine Barriere-(Abdichtungs-)Eigenschaften oder Korrosionsbeständigkeit gegen ein Fluid, wie beispielsweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, und ferner Eigenschaften des Abgebens von Wärme, Eigenschaften der Abschirmung elektromagnetischer Wellen sowie mechanische Festigkeit und dergleichen.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Für Abdichtungsmaterialien, wie beispielsweise eine Verbundfolie, eine Dichtung, eine Packung und dergleichen, die in einem Verbindungsteil von Rohren und dergleichen in Kraftwerken oder Chemiefabriken verwendet werden, wurden Asbestprodukte verwendet, ungeachtet dessen, dass Asbest ernsthafte Gesundheitsschäden verursacht. Es ist daher dringlich und wichtig, alternative Materialien für Asbest zu entwickeln. Es ist erforderlich, dass die Asbest ersetzenden Materialien nicht nur eine hohe Wärmebeständigkeit und Haltbarkeit, sondern auch eine Luftdichtheit und Biegbarkeit und ferner ebenso eine Anwendbarkeit in großen Temperaturbereichen aufweisen.
  • Indessen sind in dem Bereich elektronischer Geräte, wie Computer, CPU, Leistungstransistoren und dergleichen, eine Wärme abgebende Folie zum schnellen Abgeben der von den Geräten oder Bestandteilen erzeugten Wärme oder eine abschirmende Folie zum Abschirmen elektromagnetischer Wellen von außerhalb wesentliche Bestandteile dafür, um durch Wärme und elektromagnetische Wellen verursachte Probleme zu vermeiden. Aus diesem Grund sind Materialien mit überlegenen Wärme abgebenden oder elektromagnetische Wellen abschirmenden Eigenschaften erforderlich.
  • Die vorliegende Erfindung zielt darauf, die obigen Situationen zu verbessern. Die vorliegende Erfindung beinhaltet auch ein neues Nicht-Asbest-Material, das Asbest ersetzt und eine ausgezeichnete Wärmebestindigkeit, Haltbarkeit, Abdichtungseigenschaften, Sauerstoffbeständigkeit und ferner ebenso Biegbarkeit aufweist. Die vorliegende Erfindung kann in vorteilhafter Weise für eine Verbundfolie, eine Dichtung, eine Packung und dergleichen verwendet werden. Ebenso weist die vorliegende Erfindung Wärme abgebende und elektromagnetische Wellen abschirmende Eigenschaften auf und stellt ein neues Material und eine neue Technik bereit, die für eine Wärme abgebende Folie und eine elektromagnetische Wellen abschirmende Folie angewendet werden.
  • Kommerziell erhältliche Verbundfolien, Dichtungen und Packungen zum Ersetzen der auf Asbest basierenden Ausführungen, basieren auf einem organischen polymeren Material, wie beispielsweise Gummi, PTFE, Aramid und dergleichen, das durch Verarbeiten von natürlichen oder synthetischen Mineralien, wie beispielsweise Glimmer, Vermiculit und dergleichen, in eine folienartige Form erhalten wird und aus einer Metallfolie oder einer Folie aus expandiertem Graphit, bei der Graphit in hohem Maße komprimiert wird, und dergleichen hergestellt ist.
  • Das auf einem organischen polymeren Material basierende Produkt weist jedoch keine ausreichenden Barriereeigenschaften und Abdichtungseigenschaften auf, wobei es eine ausgezeichnete Biegbarkeit besitzt. Daneben weist das Produkt ein Problem bezüglich seiner Wärmebeständigkeit auf, da die Betriebstemperatur allgemein bis zu ungefähr 250°C beträgt.
  • Im Gegensatz dazu besitzt das mineralische Produkt eine große Wärmebeständigkeit und kann als Abdichtungsbestandteil gegen Gase, wie beispielsweise eine Stopfbuchsenpackung und dergleichen, verwendet werden. Da das Erreichen einer Ausbildung mit großer Dichte schwierig ist, kann das Produkt jedoch einen Durchgang, in dem ein kleines Gasmolekül strömt, nicht vollständig blockieren. Dies bedeutet, dass die Gasabdichtungseigenschaften des mineralischen Produkts nicht sehr groß sind.
  • Das verarbeitete Produkt aus einer Metallfolie weist ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften und eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, auf. Es kann auch in einem Bereich niedriger Temperaturen von bis zu 0°C verwendet werden, so dass es weitgehend in verschiedenen Teilen, wie einem Verbindungsteil und dergleichen, angewendet werden kann. Eine Metallabdichtung erfordert jedoch einen Mechanismus, der die Abdichtung befestigt und während des Befestigens der Abdichtung kann eine Kontaktfläche aufbrechen, was zu einem Leck führen kann. Es gibt ebenso einige Probleme bei der Handhabung. Während des Erwärmens und Abkühlens kann die Metallabdichtung zum Beispiel nicht die Volumenänderung eines umlaufenden Bestandteils aufnehmen, so dass eine Lücke erzeugt wird. Dies führt zu einem Leck oder einem Versagen der elektronischen Isolierung.
  • Der expandierte Graphit weist dagegen eine hohe elektrische Leitfähigkeit sowie eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Alkali und Wasser auf. Aufgrund ihrer überlegenen Wärmebeständigkeit, Biegsamkeit, Erholung nach einer Kompression und dergleichen, wird die Folie aus expandiertem Graphit weitgehend als Abdichtungsmaterial, wie beispielsweise eine Dichtung oder eine Packung und dergleichen verwendet (z. B. die japanische Patentveröffentlichung Tokkai 2005-201363 ). Ebenso wird sie als Wärme abgebende Folie und elektromagnetische Wellen abschirmende Folie verwendet (z. B. japanische Patentveröffentlichung Tokkai 2000-91453 , PCT-Veröffentlichung WO99/10598 ). Sie weist jedoch eine schlechte mechanische Festigkeit, wie beispielsweise eine Biegefestigkeit, Reißfestigkeit und dergleichen auf.
  • Die Abdichtungseigenschaften der Folie aus expandiertem Graphit reichen ebenfalls zum Abdichten gegen Gase und organische Dämpfe aus, wobei diese jedoch eine große Wärmebeständigkeit besitzt (Gas: ungefähr 400°C, Flüssigkeit: ungefähr 600°C). Es besteht zum Beispiel das Problem, dass die vorliegende Dichtung aus expandiertem Graphit nicht für einen Bestandteil anwendbar ist, der in der Gegenwart von Sauerstoff mit hohen Temperaturen verwendet wird, da sie bei 500°C zu oxidieren beginnt und der expandierte Graphit in der Gegenwart von Sauerstoff bei 600°C sublimiert und die Abdichtungseigenschaften verloren gehen. Aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit, einer Schwachstelle durch elektrolytische Korrosion, einer Empfindlichkeit gegenüber starken Säuren und so weiter gibt es ferner weitere Probleme bei der Handhabung der vorliegenden Dichtung aus expandiertem Graphit, wie beispielsweise eine Nicht-Anwendbarkeit in einem Teil, in dem isolierende Eigenschaften erforderlich sind. Des Weiteren kontaminiert das Graphitpulver das Fluid in einem Rohr als Verunreinigung oder Schmutzstoff, da der Graphit an einem Flanschmaterial festklebt und das Graphitpulver leicht in das Fluid fällt.
  • Zurzeit wird der expandierte Graphit mit den anderen Materialien verbunden, um die vorstehend beschriebenen Probleme der Folie aus expandiertem Graphit zu lösen. Ein Beispiel ist ein Verbundmaterial, bei dem die Folie aus expandiertem Graphit an einem Metallmaterial laminiert ist, um die mechanische Festigkeit des expandierten Graphits zu verstärken (z. B. japanische Patentveröffentlichung Tokkai H11-351400 ). Ein solches Verbundmaterial verbessert jedoch nicht die Korrosionsbeständigkeit, obwohl es die mechanische Festigkeit erhöht. Es werden erst recht keine isolierenden Eigenschaften erwartet. Die Probleme des vorliegenden Verbundmaterials aus expandiertem Graphit bleiben noch bestehen oder sind nur teilweise verbessert und zu deren Lösung zusammengeführt. Die Verwendung und Anwendung des herkömmlichen Graphitverbundmaterials ist daher beschränkt.
  • Unter Berücksichtigung der obigen Situation haben die vorliegenden Erfinder in weitem Umfang Substanzen und Materialien untersucht. Als Folge davon haben die vorliegenden Erfinder eine Zusammensetzung aus Ton und Graphit gefunden, deren mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Gasbarriereeigenschaften, Säurebeständigkeit, isolierende Eigenschaften und dergleichen verbessert oder neu verliehen wurden und bei der verschiedene ausgezeichnete Eigenschaften, die der Graphit ursprünglich besaß, beibehalten wurden, wie beispielsweise Biegsamkeit, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, elektromagnetische Wellen abschirmende Eigenschaften, Beständigkeit gegen Alkali und Wasser und dergleichen. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung ein Graphit-Ton-Verbundmaterial, ein Verfahren zum Herstellen desselben, eine Dichtung oder Packung, welche das Verbundmaterial umfasst und eine Tondispersion, die für das Verbundmaterial verwendet wird, bereitstellt. Der vorstehend beschriebene Graphit-Ton-Verbund kann in vielen verschiedenen Bereichen angewendet werden und weist eine große Vielseitigkeit auf. Die vielen verschiedenen Bereiche sind zum Beispiel ein Abdichtungsmaterial, wie beispielsweise eine Verbundfolie, eine Dichtung, eine Packung und dergleichen, die für einen Verbindungsteil von Rohren und dergleichen in Kraftwerken und chemischen Fabriken, verwendet werden, eine Wärme abgebende Folie, ein elektromagnetische Wellen abschirmendes Material, eine schalldichte Folie und dergleichen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, das im Wesentlichen einen Graphit und einen Ton umfasst, wobei der Ton an einer Graphitschicht laminiert ist und/oder in diese eindringt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei der Graphit ein expandierter Graphit ist und der Ton wenigstens einer ist, der aus natürlichem Ton, synthetischem Ton oder modifiziertem Ton ausgewählt ist.
  • Eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei der Ton wenigstens einer ist, der ausgewählt ist aus Glimmer, Vermiculit, Montmorillonit, Beidellit, Saponit, Hektorit, Stevensit, Magadiit, Ilerit, Kanemit, Illit, Sericit oder Nontronit.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei der expandierte Graphit eine Folie und/oder ein Film oder eine Ausbildung ist, die aus der Folie und/oder dem Film erhalten wurde, wobei der expandierte Graphit mit dem Ton beschichtet ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei der modifizierte Ton ein Kation einschließt, das ausgewählt ist aus einem quarternären Ammoniumkation, einem quarternären Ammoniumphosphonium, einem Imidazoliumkation oder Pyridium als organisches Kation.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei der modifizierte Ton durch Umsetzen des Tons mit einem Silylierungsmittel gebildet ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei ein Verhältnis der Zusammensetzung des organischen Kations in dem modifizierten Ton weniger als 30 Gew.-% beträgt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei ein Verhältnis der Zusammensetzung des Silylierungsmittels in dem Ton und dem Silylierungsmittel weniger als 30 Gew.-% beträgt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei eine Schicht aus expandiertem Graphit und/oder eine Schicht aus Ton zwei laminierte Schichten oder mehr sind.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, das eine Folie und/oder einen Film, bei der/dem wenigstens einer von einer Folie und/oder einem Film aus dem expandierten Graphit und eine auf Ton basierende Folie und/oder ein Film (der Ton ist der Hauptbestandteil) laminiert sind, oder eine Ausbildung, die aus der Folie und/oder dem Film erhalten wurde, umfasst.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei die auf Ton basierende Folie und/oder der Film den Ton oder den Ton und einen Zusatzstoff einschließt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei der Zusatzstoff wenigstens einer ist, der ausgewählt ist aus Zelluloid, Phenolharz, Alkydharz, Harnstoffharz, Celluloseacetat, Polyvinylacetatharz, Acrylatharz, Styrolharz, Vinylchloridharz, Melaminharz, Polyethylenharz, Polyurethanharz, Vinylidenchloridharz, Polyamidharz, ungesättigtem Polyester, Silikonharz, Acrylonitrilstyrolharz, Fluorharz, Epoxidharz, Diallylphthalatharz, Acrylonitrilbutadienstyrolharz, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polycarbonat, Polyacetal, Polyimid, Polysulfon, Polyphenylenether, Polybutylenterephthalat, Polyethersulfon, Flüssigkristallpolymer, Polyphenylensulfid, Polyetherimid.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verbundmaterial, wobei ein roter Phosphor und ein Aluminiumhydroxid jeweils in dem Bereich von 1,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf Graphit mit 100 Gew.-% zugesetzt sind.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Dichtung oder Packung, die das Verbundmaterial umfasst.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung mit einer wasserbeständigen Beschichtung.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, die eine dünne Metallfolie einschließt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei die Metallfolie einen Edelstahl umfasst und eine Dicke von 0,05 bis 5 mm besitzt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei die Dichtung eine Foliendichtung ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei die Dichtung oder Packung mit Hilfe der Verarbeitung von Gummidichtungen verarbeitet wird.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei eine Leckrate von Heliumgas nach den Schritten: Anordnen der Foliendichtung (JPI 50A: Außendurchmesser Ø 104 mm, Innendurchmesser Ø 61,5 mm, Dicke 3 mm) zwischen zwei Flanschen; Befestigen der Foliendichtung mit einem Befestigungsoberflächendruck von 29,4 MPa; und Unter-Druck-Setzen der Foliendichtung mit einem Innendruck von 0,98 MPa 1,62 ml/min oder weniger beträgt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei die Dichtung eine Kugeldichtung ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei die Kugeloberfläche ein Bornitrid, einen Talk und ein Tetrafluorethylen einschließt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei ein Anteil der Gewichtsabnahme nach 24-stündigem Erwärmen bei 800°C 11% oder weniger beträgt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei eine Leckrate der Luft nach den Schritten: Anordnen der Kugeldichtung (Außendurchmesser 70 mm, Innendurchmesser Ø 53,5 mm, Höhe 16 mm) zwischen Flanschen, die entsprechend in der Nähe der Düse von zwei Rohren (Edelstahl, Außendurchmesser Ø 53 mm) gebildet sind; Befestigen der Kugeldichtung mit einer Befestigungskraft von 588,4 N; Erwärmen des Rohrinnenraums für 24 Stunden, um die Temperatur der Kugeloberfläche der Flansche auf bis zu 600 bis 700°C zu erwärmen; 10-maliges wiederholtes Schieben eines beweglichen Teils der Kugeloberfläche der Flansche in dem gleichen beweglichen Bereich wie vor dem Erwärmen; und Unter-Druck-Setzen der Kugeldichtung mit einem Innendruck von 19,6 kPa 0,5 l/30 s beträgt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei die beiden Rohre nach den Schritten: Anordnen der Kugeldichtung (Außendurchmesser 70 mm, Innendurchmesser Ø 53,5 mm, Höhe 16 mm) zwischen den Flanschen, die entsprechend in der Nähe der Düse der beiden Rohre (Edelstahl, Außendurchmesser Ø 53 mm) gebildet sind; Befestigen der Kugeldichtung mit einer Befestigungskraft von 588,4 N; und Erwärmen des Rohrinnenraums für 24 Stunden, um die Temperatur der Kugeloberfläche der Flansche auf bis zu 600 bis 700°C zu erhöhen, an der Verbindung der Flansche gefaltet werden können.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei die Dichtung eine Spiraldichtung ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Dichtung oder Packung, wobei die Packung eine Geflechtpackung ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft eine Tondispersion zum Herstellen der Dichtung oder Packung, wobei der Ton gleichmäßig in einem Lösungsmittel dispergiert ist, das im Wesentlichen Wasser umfasst.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Tondispersion, wobei der Zusatzstoff gleichmäßig dispergiert oder aufgelöst ist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft die Tondispersion, wobei der Ton einen Feststoffgehalt von 3 bis 15 Gew.-% aufweist.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, umfassend die Schritte: Aufbringen einer Tondispersion, die Tonpartikel einschließt, auf eine Folie und/oder einen Film aus einem expandierten Graphit oder eine Ausbildung, die aus der Folie und/oder dem Film erhalten wurde; und/oder Einweichen der Folie und/oder des Films aus dem expandierten Graphit oder der Ausbildung, die aus der Folie und/oder dem Film erhalten wurde, in die Tondispersion, so dass der Ton an dem expandierten Graphit laminiert wird und/oder in diesen eindringt.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, wobei die Tondispersion wenigstens einen Ton umfasst, der ausgewählt ist aus natürlichem Ton, synthetischem Ton oder modifiziertem Ton.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft das Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, wobei die Tondispersion Wasser oder ein organisches Lösungsmittel umfasst.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, umfassend: Miteinander-Verkleben und Laminieren der Folie und/oder des Films aus dem expandierten Graphit und der auf dem Ton basierenden Folie und/oder des Films.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, wobei das Verkleben mit Hilfe einer Kalt- und/oder einer Heißpresse ausgeführt wird.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, wobei das Verkleben mit Hilfe einer Walzenmühle ausgeführt wird.
  • Der Verbund der vorliegenden Erfindung umfasst einen Graphit und einen Ton, so dass er verschiedene ausgezeichnete Eigenschaften des Graphits, wie beispielsweise Biegsamkeit, Wärmeleitfähigkeit, elektrische Leitfähigkeit, elektromagnetische Wellen abschirmende Eigenschaften, Beständigkeit gegen Alkali und Wasser, die der Graphit ursprünglich aufweist, beibehalten kann. Gleichzeitig kann der Ton Eigenschaften des Verbundmaterials, wie beispielsweise mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Gasbarriereeigenschaften, Säurebeständigkeit, isolierende Eigenschaften, die einen Nachteil des Graphits darstellen, verstärken oder neu hinzufügen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt daher einen in hohem Maße vielseitigen Graphit-Ton-Verbund bereit, der erhalten werden kann und für verschiedene Verwendungsmöglichkeiten in einem breiten Bereich, einschließlich einem Bereich, bei dem das Anwenden der bestehenden Graphitfolie schwierig ist, wie beispielsweise bei einem Abdichtungsmaterial, wie einer Verbundfolie, einer Dichtung, einer Packung und dergleichen, die für einen Verbindungsteil und dergleichen von Rohren in Kraftwerken und Chemiefabriken verwendet werden, einer Wärme abgebenden Folie, einem elektromagnetische Wellen abschirmenden Material, einer schalldichten Folie und dergleichen, angewendet werden kann.
  • Ebenso umfasst die Dichtung oder Packung der vorliegenden Erfindung das Verbundmaterial mit den obigen Eigenschaften, so dass es eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, ausgezeichnete Abdichtungseigenschaften und Korrosionseigenschaften zeigen kann. Sie kann bevorzugt in einem Verbindungsteil von Rohren in Kraftwerken und Chemiefabriken verwendet werden, da ein Fallen und Festkleben (Blockieren) des Graphitpulvers an einer Flanschoberfläche nicht auftritt.
  • Die Tondispersion der vorliegenden Erfindung kann ferner zum Herstellen des Verbundmaterials mit den vorstehend beschriebenen ausgezeichneten Eigenschaften verwendet werden, da der Ton gleichmäßig in einem Lösungsmittel dispergiert ist, das im Wesentlichen Wasser umfasst.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen eines Graphit-Ton-Verbundmaterials, eines Verfahren zum Herstellen desselben, eine Dichtung oder Packung, welche das Verbundmaterial umfasst, und eine Tondispersion, die für das Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbundmaterials in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbundmaterials in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbundmaterials in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbundmaterials in der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbundmaterials in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbundmaterials in der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbundmaterials in der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 8 ist ein Beispiel für eine Schicht aus expandiertem Graphit in einem Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung, die in einer folienartigen oder filmartigen Form gebildet ist.
  • 9 ist ein Beispiel für eine Schicht aus expandiertem Graphit in einem Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung, die eine Ausbildung ist, die aus dem Bilden mit einer folienartigen oder filmartigen Form erhalten wurde.
  • 10 ist ein schematisches Diagramm, das das Verfahren unter Verwenden einer Kalt- und/oder Heißpresse in dem ersten Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren unter Verwenden einer Walzenmühle in dem ersten Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren unter Verwenden eines Klebstoffs in dem ersten Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ist ein schematisches Diagramm, das das dritte Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 14 ist ein schematisches Diagramm, das das vierte Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 15 ist ein schematisches Diagramm, das das fünfte Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 16 zeigt ein Beispiel für eine Dichtung oder Packung der vorliegenden Erfindung. (a) ist eine Außenansicht, (b) ist eine längs verlaufende Schnittansicht und (c) und (d) sind längs verlaufende Schnittansichten einer modifizierten Ausführung.
  • 17 zeigt ein Beispiel für eine Dichtung oder Packung, die eine dünne Metallfolie einschließt. (a) ist eine Außenansicht, (b) ist eine längs verlaufende Schnittansicht und (c) und (d) sind längs verlaufende Schnittansichten einer modifizierten Ausführung.
  • 18 zeigt eine Kugeldichtung, die ein Beispiel für eine Dichtung oder Packung der vorliegenden Erfindung darstellt. (a) ist eine Außenansicht und (b) ist eine längs verlaufende Schnittansicht.
  • 19 beschreibt ein Verfahren zum Überprüfen einer Kugeldichtung der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Das Graphit-Ton-Verbundmaterial (im Folgenden „Verbundmaterial") gemäß der vorliegenden Erfindung schließt einen Graphit und einen Ton als Hauptbestandteile ein und der Ton ist an einer Graphitschicht laminiert und/oder dringt in diese ein. Als Graphit können natürlicher Graphit und/oder künstlicher Graphit verwendet werden. Als natürlicher Graphit kann wenigstens einer von gemasertem Graphit, amorphem Graphit und expandiertem Graphit verwendet werden. Hierin ist bevorzugt, den expandierten Graphit zu verwenden, der bezüglich seiner Wärmebeständigkeit, Biegsamkeit, Erholung nach einer Kompression und dergleichen ausgezeichnet ist. Aus diesem Grund werden wie unten Beispiele unter Verwenden des expandierten Graphits erläutert, es ist jedoch ebenso möglich, den vorstehend beschriebenen Graphit anstelle des oder zusätzlich zu dem expandierten Graphit zu verwenden.
  • Als Ton kann wenigstens einer von natürlichem Ton, synthetischem Ton und modifiziertem Ton verwendet werden.
  • Insbesondere kann bevorzugt wenigstens einer verwendet werden, der ausgewählt ist aus Glimmer, Vermiculit, Montmorillonit, Beidellit, Saponit, Hektorit, Stevensit, Magadiit, Ilerit, Kanemit, Illit, Sericit oder Nontronit.
  • Der hierin verwendete modifizierte Ton kann natürlicher oder synthetischer Ton sein. Ein bevorzugtes Beispiel ist wenigstens einer, der ausgewählt ist aus Glimmer, Vermiculit, Montmorillonit, Beidellit, Saponit, Hektorit, Stevensit, Magadiit, Ilerit, Kanemit, Illit, Sericit. Ein besonders bevorzugtes Beispiel ist einer dieser natürlichen oder synthetischen Tone oder eine Mischung davon.
  • Ein organisches Kation für einen modifizierten Ton, das hierin verwendet wird, ist beispielsweise eines, das ein quarternäres Ammoniumkation oder ein quarternäres Phosphoniumkation einschließt. In diesem Fall beträgt das Verhältnis der Zusammensetzung des organischen Kations in dem modifizierten Ton weniger als 30 Gew.-%.
  • Hierin kann ein mit einem Silylierungsmittel umgesetzter modifizierter Ton verwendet werden. In diesem Fall beträgt ein Verhältnis der Zusammensetzung des Silylierungsmittels in dem Gesamtgewicht des Tons und des Silylierungsmittels weniger als 30 Gew.-%.
  • Ein organischer Stoff, das hierin in dem modifizierten Ton verwendet wird, schließt organische Stoffe, wie beispielsweise ein quarternäres Ammoniumkation, ein quarternäres Phosphoniumkation, ein Imidazoliumkation und ein Pyridiumkation und so weiter ein. Es kann beispielsweise das quarternäre Ammoniumkation verwendet werden, das jedoch nicht auf die folgenden, wie beispielsweise des Dimethyloctadecyl-Typs, des Dimethylstearylbenzyl-Typs und des Trimethylstearyl-Typs, beschränkt ist. Das quarternäre Phosphoniumkation ist beispielsweise ein ähnlicher organischer Stoff. Diese organischen Stoffe werden mittels eines Ionenaustauschs eines rohen Tons in den Ton eingebracht.
  • Dieser Ionenaustausch erfordert zum Beispiel die folgenden Prozesse: Dispergieren des rohen Tons in dem Wasser, in dem der große Überschuss des organischen Stoffs aufgelöst ist, Rühren für eine vorgegebene Zeitdauer, Abtrennen der Feststoffe und Flüssigkeiten mittels Zentrifugation oder Filtration und wiederholtes Waschen mit Wasser. Diese Ionenaustauschprozesse können nur einmal oder wiederholt ausgeführt werden. Durch Wiederholen der obigen Prozesse wird ein austauschbares Ion in dem Ton (z. B. Natrium und Calcium) in einem großen Verhältnis gegen den organischen Stoff ausgetauscht. Eine Vielzahl von organischen Stoffen und Austauschverhältnisse ermöglicht, dass der modifizierte Ton eine Polarität mit unterschiedlichen Abweichungen aufweist. Die modifizierten Tone mit unterschiedlichen Polaritäten erfordern bevorzugt entsprechend unterschiedliche Zusatzstoffe und Lösungsmittel. In diesem Fall wird allgemein das quarternäre Ammoniumkationchlorid als Reagens zum Einbringen des quarternären Ammoniumkations verwendet. Obwohl Chlor, das gleichzeitig mit dem Einbringen des quarternären Ammoniumkations eingemischt wird, durch Waschen mit Wasser verdünnt ist, kann es schwierig sein, die Chlorkonzentration durch wiederholtes Waschen mit Wasser bei 150 ppm oder weniger zu halten. Für eine elektronische Verwendung und dergleichen ist jedoch keine Verunreinigung mit Chlor zulässig. Aus diesem Grund muss eine Chlorkonzentration 150 ppm oder weniger betragen. In einem solchen Fall sollten andere Reagenzien, die kein Chlor einschließen, wie beispielsweise ein quarternäres Ammoniumbromid oder ein quarternäres Ammoniumkationhydroxid, anstelle des quarternären Ammoniumkationchlorids verwendet werden.
  • Das Silylierungsmittel in dem modifizierten Ton, das hierin verwendet wird, ist beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, eine der folgenden Substanzen, wie beispielsweise Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Propyltrimethoxysilan, Butyltrimethoxysilan, Hexyltrimethoxysilan, Octyltrimethoxysilan, Dodecyltrimethoxysilan und Octadecyltrimethoxysilan. Ein Verfahren zum Einbringen des Silylierungsmittels in den Ton ist beschrieben, es ist jedoch nicht auf das folgende Verfahren beschränkt. Zum Beispiel werden der rohe Ton und das Silylierungsmittel (2 Gew.-% des rohen Tons) gemischt und 1 Stunde lang mit einer Kugelmühle gemahlen. (ONIKATA Masanobu, KONDO Mitsuji, Clay Science, Ausg. 9, Nr. 5, 299–310 (1995))
  • Der hierin verwendete modifizierte Ton kann so hergestellt sein, dass er je nach dem Herstellungsverfahren verschiedene Arten von Polarität besitzt. Der modifizierte Ton erfordert verschiedene bevorzugte Lösungsmittel, um die Tondispersion in Abhängigkeit von der Polarität herzustellen. Das Lösungsmittel zum Herstellen der Tondispersion kann zum Beispiel Alkohol, Ether, Essigsäureether, Toluol und dergleichen sein.
  • Die 1 bis 5 sind schematische Querschnittsansichten der entsprechend ersten bis fünften Ausführungsform des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die Verbundmaterialien (1) der ersten bis fünften Ausführungsform sind mit einer Tonschicht (3) an einer Schicht (2) aus expandiertem Graphit laminiert.
  • Das Verbundmaterial 1) der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform ist eine zweilagige Struktur, die an der Tonschicht (3) an einer Seite der Schicht (2) aus expandiertem Graphit laminiert ist.
  • Die Verbundmaterialien (1) der entsprechend in den 2 und 3 gezeigten zweiten und dritten Ausführungsform sind dreilagige Strukturen. Das Verbundmaterial (1) der zweiten Ausführungsform ist an den Tonschichten (3) an beiden Seiten der Schicht (2) aus expandiertem Graphit laminiert. Das Verbundmaterial (1) der dritten Ausführungsform ist an den Schichten (2) aus expandiertem Graphit an beiden Seiten der Tonschicht (2) laminiert.
  • Das Verbundmaterial (1) der in 4 gezeigten vierten Ausführungsform ist eine vier- oder mehrlagige Struktur (vierlagige Struktur in 4), zwischen die die Schicht (2) aus expandiertem Graphit und die Tonschicht (3) laminiert sind.
  • In der vierten Ausführungsform ist die Anzahl der Schichten (2) aus expandiertem Graphit als auch der Tonschichten (3) nicht beschränkt und kann wahlweise entsprechend auf zwei oder mehr Schichten festgelegt sein.
  • Das in 5 gezeigte Verbundmaterial (1) der fünften Ausführungsform weist die Schicht (2) aus expandiertem Graphit auf, die vollständig mit der Tonschicht (3) beschichtet ist.
  • In der fünften Ausführungsform ist die Anzahl der Schichten (2) aus expandiertem Graphit und der Tonschichten (3) ebenfalls nicht beschränkt und jede beliebige Struktur, wie beispielsweise zwei- oder mehrlagige Schichten (2) aus expandiertem Graphit, die mit einer einzigen Tonschicht (3) beschichtet sind, eine einzelne Schicht (2) aus expandiertem Graphit, die mit zwei- oder mehrlagigen Tonschichten (3) beschichtet ist, und zwei- oder mehrlagige Schichten (2) aus expandiertem Graphit, die mit zwei- oder mehrlagigen Tonschichten (3) beschichtet sind, können angewendet werden.
  • 6 ist ebenfalls eine schematische Querschnittsansicht des Verbundmaterials in der sechsten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Das Verbundmaterial (1) der sechsten Ausführungsform schließt die Schicht (2) aus expandiertem Graphit ein, in die ein Tonpartikel (4) eindringt.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht des Verbundmaterials der siebten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Das Verbundmaterial (1) der siebten Ausführungsform schließt einen laminierten Körper aus der Schicht (2) aus expandiertem Graphit und der Tonschicht (3) in den vorstehend beschriebenen ersten bis fünften Ausführungsformen ein. Ein Tonpartikel (4) dringt in das Innere der Schicht (2) aus expandiertem Graphit in dem laminierten Körper ein.
  • In 7 ist der laminierte Körper in der ersten Ausführungsform als ein Beispiel für den laminierten Körper der Schicht (2) aus expandiertem Graphit und der Tonschicht (3) gezeigt. Es ist jedoch möglich, stattdessen den laminierten Körper in der zweiten bis fünften Ausführungsform zu verwenden.
  • In dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial (1) der ersten bis siebten Ausführungsform ist die Schicht (2) aus expandiertem Graphit eine Folie und/oder ein Film, wie er in 8 gezeigt ist, oder eine Ausbildung (z. B. siehe 9), wie sie durch Bilden der Folie und/oder des Films erhalten wurde.
  • Die Folie oder der Film, die/der die Schicht (2) aus expandiertem Graphit umfasst, kann mit Hilfe der bekannten Prozesse erhalten werden. Zunächst wird das Graphitpulver, wie beispielsweise natürlicher Graphit, pyrolytischer Graphit, Garschaumgraphit und dergleichen mit konzentrierter Schwefelsäure, konzentrierter Salpetersäure oder dergleichen umgesetzt, um eine Interkalationsverbindung zu erhalten. Danach wird die Interkalationsverbindung mit Wasser gewaschen und die erhaltene übrig bleibende Verbindung wird unmittelbar erwärmt und expandiert, um den expandierten Graphit zu erhalten. Der expandierte Graphit wird mit einer Walzenmühle gebildet, um eine Folie oder eine filmartige Form mit Biegsamkeit herzustellen.
  • Eine Dicke der Folie oder des Films, die/der die Schicht (2) aus expandiertem Graphit umfasst, ist nicht beschränkt, beträgt jedoch bevorzugt ungefähr 0,10 bis 1,5 mm.
  • Ein Grund dafür ist, dass keine ausreichende Festigkeit bereitgestellt werden kann, wenn die Dicke weniger als 0,10 mm beträgt, so dass die Folie oder der Film brechen kann. Der andere Grund ist der, dass leicht eine Delaminierung auftreten kann und die Wärmeleitfähigkeit in der Richtung der Dicke oder die Biegsamkeit verringert sein kann, wenn die Dicke mehr als 1,5 mm beträgt.
  • Eine Dichte der Folie oder des Films, die/der die Schicht (2) aus expandiertem Graphit umfasst, ist nicht beschränkt, beträgt jedoch bevorzugt ungefähr 0,80 bis 2,2 g/cm3.
  • Der Grund hierfür ist, dass die Wärmeleitfähigkeit oder die Festigkeit verringert sein kann, wenn die Dichte weniger als 0,80 g/cm3 beträgt, und die Biegsamkeit verringert sein kann, wenn die Dichte mehr als 2,2 g/cm3 beträgt.
  • Die Ausbildung, die die Schicht (2) aus expandiertem Graphit umfasst (z. B. siehe 9), kann mit einem optionalen Verfahren zum Einbringen und Pressen der Folie und/oder des Films in eine Form erhalten werden.
  • In dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial (1) der ersten bis fünften Ausführungsform kann die Tonschicht (3) aus einer auf Ton basierenden Folie und/oder einem Film gebildet sein. Wie nachstehend beschrieben ist, kann sie durch Aufbringen und/oder Einweichen in der Tondispersion gebildet sein.
  • Die auf Ton basierende Folie und/oder der Film schließt eine Folie und/oder einen Film, die/der den Ton umfasst, oder eine Folie und/oder einen Film, die/der den Ton und einen Zusatzstoff umfasst, ein.
  • Ein Zusatzstoff ist wenigstens einer, der ausgewählt ist aus Zelluloid, Phenolharz, Alkydharz, Harnstoffharz, Celluloseacetat, Polyvinylacetatharz, Acrylatharz, Styrolharz, Vinylchloridharz, Melaminharz, Polyethylenharz, Polyurethanharz, Vinylidenchloridharz, Polyamidharz, ungesättigtem Polyester, Siliconharz, Acrylonitrilstyrolharz, Fluorharz, Epoxidharz, Diallylphthalatharz, Acrylonitrilbutadienstyrolharz, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polycarbonat, Polyacetal, Polyimid, Polysulfon, Polyphenylenether, Polybutylenterephthalat, Polyethersulfon, Flüssigkristallpolymer, Polyphenylensulfid, Polyetherimid.
  • Im Folgenden wird ein Beispiel für das Verfahren zum Herstellen einer auf Ton basierenden Folie und/oder eines Films erläutert.
  • Zunächst wird der Ton in Wasser oder eine Flüssigkeit gegeben, die im Wesentlichen Wasser umfasst, um die Verdünnung und eine gleichmäßige Tondispersion einzustellen. Der Ton kann natürlicher oder synthetischer Smektit oder eine Mischung davon sein.
  • Ein Feststoffgehalt in dem Ton beträgt bevorzugt 3 bis 15 Gew.-%. Eine Konzentration in der Tondispersion beträgt bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 1 bis 3 Gew.-%. Daneben werden, falls erforderlich, ein oder mehrere der vorstehend beschriebenen Zusatzstoffe der Tondispersion zugesetzt und der Zusatzstoff gleichmäßig in der Tondispersion dispergiert oder aufgelöst.
  • Als nächstes wird die Tondispersion horizontal angeordnet und der Tonpartikel sich langsam setzen gelassen und der Tonpartikel wird mit Hilfe eines Feststoff-Flüssigkeits-Trennverfahren von der Flüssigkeit (Dispersionsmedium) abgetrennt und dann ein dünner Film aus Ton gebildet.
  • Zuletzt wird der dünne Film aus Ton bei einer Temperaturbedingung von 110 bis 300°C getrocknet, um die auf Ton basierende Folie oder den Film, die/der hierin verwendet wird, zu erhalten.
  • Als Mittel zur Feststoff-Flüssigkeits-Trennung in dem obigen Verfahren wird eines oder eine Kombination der Verfahren, wie beispielsweise Zentrifugation, Filtration, Vakuumtrocknung, Vakuumgefriertrocknung und Verdampfung mittels Erwärmen, angewendet.
  • Wenn von den vorstehend beschriebenen Verfahren zum Beispiel die Verdampfung mittels Erwärmen verwendet wird, wird die durch Evakuieren vorher entgaste Tondispersion in eine flache Schale gegossen. Sie wird getrocknet, während die Schale in einem Heißluftofen bei einer Temperaturbedingung von 30 bis 70°C, bevorzugt 40 bis 50°C, 3 Stunden bis einen halben Tag lang, bevorzugt von 3 bis 5 Stunden, horizontal gehalten wird. Dann wird die auf Ton basierende Folie oder der Film erhalten.
  • Die gemäß dem obigen Verfahren hergestellte, auf Ton basierende Folie oder der Film besitzt eine Festigkeit, die als selbsttragender Film verwendet werden kann, und weist eine Struktur auf, bei der die laminierende Schicht des Tonpartikels ordentlich ausgerichtet ist.
  • Der Begriff „die in hohem Maße ausgerichtete laminierende Schicht des Tonpartikels" bezeichnet das Laminieren einer Schicht mit einer einheitlichen Struktur (Dicke ungefähr 1 nm) in der gleichen Richtung der Oberfläche der Schicht, um eine hohe Periodizität in der vertikalen Richtung an der Oberfläche der Schicht aufzubringen. Um eine solche Ausrichtung des Tonpartikels zu erhalten, ist es erforderlich, die Verdünnung und die gleichmäßige Tondispersion horizontal anzuordnen und den Tonpartikel langsam setzen zu lassen. Es ist zum Beispiel ebenso erforderlich, die Flüssigkeit (das Dispersionsmedium) langsam unter Bilden eines Films zu verdampfen.
  • Die auf Ton basierende Folie oder der Film ist der Ton, der mit dem obigen Verfahren erhalten wurde und weist eine Filmdicke von 3 bis 100 μm, bevorzugt 3 bis 30 μm auf. Wie bei den Gasbarriereeigenschaften beträgt die Sauerstoffpermeabilitätsrate weniger als 0,1 cc/m2·24 h·atm, wenn die Dicke 30 μm beträgt. Der Gaspermeabilitätskoeffizient von Helium, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Luft bei Raumtemperatur beträgt weniger als 3,2 × 10–11 cm2s–1cmHg–1. Die Gasbarriereeigenschaften haben nach einem Vorgang des Erwärmens für 24 Stunden bei 1000°C nicht abgenommen.
  • Als Wasser abschirmende Eigenschaften beträgt ein Koeffizient des Abschirmens von Wasser 2 × 10–11 cm/s oder weniger. Als optische Transparenz beträgt die Durchlässigkeit für sichtbares Licht (500 nm) 75% oder mehr. Eine Fläche kann um mehr als 100 × 40 cm vergrößert werden und die Folie oder der Film besitzt eine hohe Wärmebeständigkeit.
  • Die auf Ton basierende Folie und/oder der Film, bei der/dem hierin der Ton verwendet wird, weist die Struktur auf, in der die laminierende Schicht des Tonpartikels in hohem Maße ausgerichtet ist und keine nadelförmigen Lunker vorhanden sind. Sie/Er besitzt auch eine ausgezeichnete Biegsamkeit und zeigt selbst bei hohen Temperaturen von 250 bis 600°C keine strukturellen Änderungen. Ferner kann sie/er als selbsttragender Film verwendet werden. Sie/Er kann auch bei Bedingungen hoher Temperaturen von mehr als 250°C verwendet werden. Daneben ist es ein dichtes Material ohne nadelförmige Lunker und mit ausgezeichneten Barriereeigenschaften gegen Gase und Flüssigkeiten.
  • Die Schicht (2) aus expandiertem Graphit ist bezüglich ihrer Biegsamkeit, ihrer Wärmeleitfähigkeit, ihrer elektrischen Leitfähigkeit, ihrer elektromagnetische Wellen abschirmenden Eigenschaften, ihrer Beständigkeit gegen Alkali und Wasser ausgezeichnet. Zum anderen ist die Tonschicht (3) bezüglich ihrer mechanischen Festigkeit, ihrer Wärmebeständigkeit, ihrer Korrosionsbeständigkeit, ihrer Gasbarriereeigenschaften, ihrer Säurebeständigkeit und ihrer isolierenden Eigenschaften ausgezeichnet.
  • Gemäß den Verbundmaterialien (1) der ersten bis fünften Ausführungsform, die an der Tonschicht (3) auf der Schicht (2) aus expandiertem Graphit laminiert sind, gleicht daher eine Schicht den Nachteil der anderen Schicht aus. Als Folge davon kann das Verbundmaterial zu Zwecken verwendet werden, bei denen eine Folie, die nur ein einziges Material für eine Schicht umfasst, nicht verwendet werden kann. Es kann daher ein Verbundmaterial mit großer Kapazität und großer Vielseitigkeit erhalten werden.
  • Zum Beispiel ermöglicht das Laminieren der Tonschicht ein Verwenden des vorliegenden Verbundmaterials in jedem Bereich, bei dem größere Gaseigenschaften infolge einer Verstärkung der Gasbarriereeigenschaften erforderlich sind, obwohl eine einzige Schicht aus expandiertem Graphit in einem solchen Bereich nicht verwendet werden kann.
  • Daneben ermöglicht das Laminieren der Schicht aus expandiertem Graphit ein Verwenden des vorliegenden Verbundmaterials in jedem Bereich, in dem elektromagnetische Wellen abschirmende Eigenschaften erforderlich sind, obwohl eine einzige Schicht aus der Tonschicht in einem solchen Bereich nicht verwendet werden kann.
  • Zum Beispiel weist das Verbundmaterial (1) der zweiten Ausführungsform (siehe 2), bei dem die Tonschichten (3) an beiden Seiten der Schicht (2) aus expandiertem Graphit laminiert sind, isolierende Eigenschaften an der Ober- und Unterseite und eine elektrische Leitfähigkeit und eine Wärmeleitfähigkeit im Inneren auf. Sie kann daher als Bodenplatte für einen elektrischen Schaltkreis verwendet werden.
  • Gemäß den Verbundmaterial (1) der fünften Ausführungsform ist die Schicht (2) aus expandiertem Graphit ferner mit der Tonschicht (3) beschichtet, um ein Abfallen des Pulver des expandierten Graphits von der Schicht aus expandiertem Graphit und ein Verunreinigen des Verbundmaterials zu verhindern. Es ist auch möglich, ein Sublimieren des expandierten Graphits bei hohen Temperaturen (650°C oder mehr) zu verhindern.
  • Die sechste Ausführungsform stellt ein hoch funktionelles und vielseitiges Verbundmaterial bereit, das in jedem Bereich verwendet werden kann, wo die entweder aus expandiertem Graphit oder Ton hergestellte Folie nicht bevorzugt verwendet wird, da die Struktur, in der die Tonschicht (3) in die Schicht (2) aus expandiertem Graphit eindringt, zu einer gegenseitigen Ergänzung derselben führt.
  • Zum Beispiel besitzt der expandierte Graphit schlechte Gasbarriereeigenschaften und der Ton ist gegenüber Wasser anfällig.
  • Entsprechend der Struktur, die den in die Graphitschicht eindringenden Ton einschließt, deckt der expandierte Graphit die Anfälligkeit des Tons gegenüber Wasser ab und der Ton deckt die schlechten Gasbarriereeigenschaften des expandierten Graphits ab.
  • Es ist auch möglich, ein Mischungsverhältnis von Tonpartikeln anzupassen, um entweder die Eigenschaften des Tons oder des expandierten Graphits zu verstärken, um optimale Eigenschaften für einen gegebenen Anwendungsbereich zu erreichen.
  • In den hierin beschriebenen Verbundmaterialien der ersten bis siebten Ausführungsform können dem Graphit (bevorzugt dem expandierten Graphit) ferner ein roter Phosphor und ein Aluminiumhydroxid zugesetzt sind.
  • Die zugesetzten Mengen des roten Phosphors und des Aluminiumhydroxids liegen jeweils in dem Bereich von 1,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf den Graphit mit 100 Gew.-%.
  • Das Zusetzen von rotem Phosphor und Aluminiumhydroxid zu dem Graphit kann daher eine Oxidation und Verbrennung des Graphits (bevorzugt des expandierten Graphits) verhindern.
  • Im Folgenden wird das Verfahren zum Herstellen des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • Das erste Beispiel für das Verfahren zum Herstellen des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Miteinander-Verkleben und Laminieren der vorstehend beschriebenen Folie und/oder des Films aus expandiertem Graphit (der Schicht (2) aus expandiertem Graphit) und der auf Ton basierenden Folie und/oder des Films (der Tonschicht (3)).
  • Unter Verwenden dieses Verfahrens können die oben in der ersten bis vierten Ausführungsform (siehe 1 bis 4) beschriebenen Verbundmaterialien erhalten werden.
  • Es gibt verschiedene Verfahren zum Verkleben der Folie und/oder des Films aus expandiertem Graphit und der auf Ton basierenden Folie und/oder des Films. Diese Verfahren sind zum Beispiel eine Kalt- und/oder Heißpresse (siehe 10), eine Walzenmühle (siehe 11), ein Klebstoff (siehe 12) und dergleichen.
  • 10 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, dass die Folie und/oder der Film aus expandiertem Graphit (die Schicht (2) aus expandiertem Graphit) und die auf Ton basierende Folie und/oder der Film (die Tonschicht (3) laminiert werden und mit einem Stanzwerkzeug komprimiert werden, das einen zu integrierenden Stempel und ein Negativwerkzeug umfasst.
  • 11 ist ein schematisches Diagramm das zeigt, dass die Folie und/oder der Film aus expandiertem Graphit (die Schicht (2) aus expandiertem Graphit) und die auf Ton basierende Folie und/oder der Film (die Tonschicht (3) laminiert und mit der Walzenmühle (7), die integriert werden muss, gewalzt werden.
  • 12 ist ein schematisches Diagramm, das zeigt, dass die Folie und/oder der Film aus expandiertem Graphit (die Schicht (2) aus expandiertem Graphit) und die auf Ton basierende Folie und/oder der Film (die Tonschicht (3) laminiert und mit dem Klebstoff (8) integriert werden.
  • Das zweite Beispiel für das Verfahren zum Herstellen des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung bringt die Tondispersion, in der der Tonpartikel dispergiert ist, auf die vorstehend beschriebene Folie und/oder den Film aus expandiertem Graphit oder die aus diesen erhaltene Ausbildung (die Schicht (2) aus expandiertem Graphit) auf.
  • Als Tondispersion kann die vorstehend beschriebene Tondispersion verwendet werden. Zum Beispiel kann die Tondispersion, die einen oder mehrere von natürlichem Ton, synthetischem Ton und modifiziertem Ton einschließt, sowie Wasser oder ein organisches Lösungsmittel verwendet werden.
  • Unter Verwenden dieses Verfahrens können die Verbundmaterialien in der vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform (siehe 1 und 2) erhalten werden.
  • Das dritte Beispiel für das Verfahren zum Herstellen des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Einweichen der Folie und/oder des Films aus expandiertem Graphit oder der aus diesen erhaltenen Ausbildung (der Schicht (2) aus expandiertem Graphit) in die Tondispersion (13), in der der Tonpartikel (4) dispergiert ist (siehe 13).
  • Unter Verwenden dieses Verfahrens können die Verbundmaterialien in der vorstehend beschriebenen fünften und sechsten Ausführungsform (siehe 5 und 6) erhalten werden.
  • Das Verbundmaterial in der vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsform (siehe 7) kann durch Kombinieren dieses Verfahrens mit dem Verfahren aus dem ersten oder zweiten Beispiel erhalten werden.
  • Das vierte Beispiel für das Verfahren zum Herstellen des Verbundmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Abwickeln der auf Ton basierenden Folie und/oder des Films (der Tonschicht (3) von einer Aufwickelrolle (9), das kontinuierliche Überführen der Folie und/oder des Films, das Zuführen des Pulvers (10) des expandierten Graphits auf die Oberfläche der Folie und/oder des Films und das Bilden des Pulvers (10) des expandierten Graphits in eine folienartige oder filmartige Form auf der Oberfläche der auf Ton basierenden Folie oder des Films mittels einer Walzenmühle, um die Schicht (2) aus expandiertem Graphit und die Tonschicht (3) zu integrieren (siehe 14).
  • Unter Verwenden dieses Verfahrens kann das Verbundmaterial in der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform (siehe 1) erhalten werden.
  • Das fünfte Beispiel für das Verfahren zum Herstellen des Verbunds gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Vermischen des Pulvers (10) des expandierten Graphits und des Tonpartikels (11) und das Passieren und Walzen der Mischung (12) durch mehrstufige Walzenmühlen (7), um eine folienartige Form zu bilden (siehe 15).
  • Unter Verwenden dieses Verfahrens kann das Verbundmaterial in der vorstehend beschriebenen sechsten Ausführungsform (siehe 6) erhalten werden.
  • Es ist ebenso möglich, dass die Verbundmaterialien in der obigen ersten bis siebten Ausführungsform an anderen völlig verschiedenen Materialien, wie beispielsweise einer Folie aus synthetischem Harz, einer Metallfolie, einer keramischen Folie und dergleichen, laminiert werden.
  • Es ist ebenso möglich, dass das mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltene film- oder folienartige Verbundmaterial als Dichtung, Packung, Wärmesenkung und dergleichen verwendet wird, wenn es mit einer Form und dergleichen weiter in eine gegebene Form gebildet wird.
  • Eine Dichtung oder Packung gemäß der vorliegenden Erfindung wird durch Bilden des mit den vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen film- oder folienartigen Verbundmaterials in eine gegebene Form mit einer Form und dergleichen erhalten.
  • Die Dichtung oder Packung gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht beschränkt, Beispiele für die Dichtung sind jedoch eine Foliendichtung, eine Kugeldichtung, eine Spiraldichtung und dergleichen und eine Geflechtpackung für die Packung.
  • 16 zeigt ein Beispiel für eine Dichtung oder Packung gemäß der vorliegenden Erfindung. (a) ist eine Außenansicht, (b) ist eine längs verlaufende Schnittansicht und (c) und (d) sind längs verlaufende Schnittansichten einer modifizierten Ausführung.
  • Aus den mit den vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen film- oder folienartigen Verbundmaterialien wird eine flachringartige Dichtung oder Packung hergestellt.
  • 16(c) zeigt eine Foliendichtung, die einer Verarbeitung von Gummidichtungen unterzogen wird.
  • Insbesondere sind eine Innenrandfläche der Foliendichtung und Teile der oberen und unteren Flächen, die auf die Innenrandfläche folgen, mit einer dünnen Metallfolie (14) mit einer Dicke von 0,05 bis 0,3 mm, die sich in Form eines Kanals aus Stahl biegt, bedeckt. Ebenso können eine Außenrandfläche der Foliendichtung und Teile der oberen und unteren Flächen, die auf die Außenrandfläche folgen, mit einer dünnen Metallfolie sowie die Innenrandfläche bedeckt sein (nicht gezeigt).
  • Die vorstehend beschriebene Verarbeitung für Gummidichtungen kann die Innen- und Außenrandflächen der Foliendichtung verstärken. Sie kann auch stabile Abdichtungseigenschaften für eine lange Zeit erhalten, so dass sie ein Leck einer Flüssigkeit verhindern kann.
  • 16(d) zeigt eine Dichtung oder Packung, deren gesamte Oberfläche mit einer gegen Wasser beständigen Beschichtung (15) beschichtet ist.
  • Ein Beschichtungsprozess für die wasserbeständige Beschichtung kann beispielsweise mit einer Fluorsystemmembran, einer Silikonsystemmembran, einer Polysiloxanmembran, einer Fluorharz enthaltenen Organopolysiloxanmembran, einer Acrylatharzmembran, einer Vinylharzchloridmembran, Polyurethanharzmembran, einer Ethylcelluloseharzmembran, eine stark wasserabweisende Metallüberzugsmembran, eine metallaufgedampfte Membran, eine kohlenstoffaufgedampfte Membran oder dergleichen durchgeführt werden.
  • Durch Aufbringen der vorstehend beschriebenen wasserbeständigen Beschichtung fungiert das Beschichtungsmaterial als Bindungsmittel und daher kann verhindert werden, dass der Ton bei In-Kontakt-Kommen mit einem wässrigen Fluid weggespült wird. Die Eigenschaften der Beständigkeit gegen Wasser und die Abdichtungseigenschaften der Dichtung oder Packung sind daher verbessert.
  • 17 zeigt ein weiteres Beispiel für die Dichtung oder Packung gemäß der vorliegenden Erfindung. (a) ist eine Außenansicht, b) ist eine längs verlaufende Schnittansicht und (c) bis (e) sind längs verlaufende Schnittansichten der modifizierten Ausführung.
  • Die gezeigte Dichtung oder Packung besteht auch aus den mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren erhaltenen film- oder folienartigen Verbundmaterialien, die mit einer Form und dergleichen in eine flachringähnliche Form gebildet wurden.
  • 17 zeigt eine Dichtung oder Packung, die einen dünnen Metallfilm (16) einschließt.
  • Wie gezeigt, kann der dünne Metallfilm (16) sandwichartig zwischen den Ausbildungen angeordnet sein, die das Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung umfassen, oder an der Vorder- und Rückseite der Ausbildung laminiert sein, die das Verbundmaterial umfasst.
  • Für die dünne Metallfolie (16) ist bevorzugt, einen Edelstahl mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit zu verwenden.
  • Eine solche Struktur, die die dünne Metallfolie enthält, führt zu einer Verstärkung der mechanischen Festigkeit.
  • 17(b) zeigt die Dichtung oder Packung, die die flache dünne Metallfolie (16) einschließt. 17(c) zeigt die Dichtung oder Packung, die die dünne Metallfolie (16) einschließt, welche nach oben und unten hervorsteht. Die Dicke dieser dünnen Metallfolien beträgt bevorzugt 0,05 bis 5 mm.
  • 17(d) zeigt die Dichtung oder Packung, die die dünne Metallfolie (16) einschließt, welche einen sägeblattartigen Querschnitt aufweist. Die Dicke der dünnen Metallfolie (16) beträgt bevorzugt ungefähr 1,0 bis 2,0 mm und die Dicke der Verbundmaterialien, zwischen denen die dünne Metallfolie (16) sandwichartig angeordnet ist, beträgt entsprechend ungefähr 0,5 bis 2,0 mm.
  • 17(e) zeigt die Dichtung oder Packung, die die dünne Metallfolie (16) einschließt, die den Querschnitt einer bogenförmigen Welle aufweist, sowie die mit dem Beschichtungsmaterial (15) beschichtete Vorder- und Rückseite. In diesem Fall beträgt die Dicke der dünnen Metallfolie (16) ungefähr 0,5 bis 1,5 mm und die Dicke des Verbundmaterials, zwischen dem die dünne Metallfolie (16) sandwichartig angeordnet ist, beträgt entsprechend ungefähr 0,5 bis 1,5 mm.
  • 18 zeigt eine Kugeldichtung, die ein Beispiel für die Dichtung oder Packung gemäß der vorliegenden Erfindung ist. (a) ist eine Außenansicht und (b) ist eine längs verlaufende Schnittansicht.
  • Die Kugeldichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann Bornitrid, Talk und Tetrafluorethylenharz in einer Kugeloberfläche (einem kugelförmig gebildeten Teil entlang der Oberfläche) umfassen, um die Eigenschaften der Wärmebeständigkeit zu verbessern.
  • Beispiele
  • Im Folgenden werden eine Foliendichtung und eine Kugeldichtung, die ein Verbundmaterial der vorliegenden Erfindung umfassen, mit Hilfe der Beispiele erläutert, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die nachstehend gezeigten Beispiele beschränkt.
  • 1. Beispiel für eine Foliendichtung
  • (Probenvorbereitung)
  • Es wurde ein Graphit-Ton-Verbundmaterial gebildet das einen natürlichen Ton und einen expandierten Graphit umfasst, um eine Foliendichtung (JPI 50A: Außendurchmesser Ø 104 mm, Innendurchmesser Ø 61,5 mm, Dicke 3 mm, Fläche 54,09 cm2) herzustellen. Das Verbundmaterial besaß die in 5 gezeigte Querschnittsstruktur auf und die Foliendichtung wies die in den 16(a) und (b) gezeigte Struktur auf. Die erhaltene Foliendichtung wurde als Beispiel ausgewiesen.
  • (Überprüfung der Abdichtungseigenschaften)
  • Die Foliendichtung aus dem Beispiel wurden zwischen zwei Flanschen angeordnet und mit Bolzen (Außendurchmesser: Ø 1,6 cm, Anzahl: 4) befestigt. Während der Zustand beibehalten wurde, wurde ein Innendruck (Heliumgasdruck) von 0,98 MPa (10 kgf/cm2) beaufschlagt. Dann wurden ein Befestigungsoberflächendruck und eine Leckrate des Heliumgases gemessen.
  • Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. (Tabelle 1)
    Befestigungsoberflächendruck (MPa) Leckrate (ml/min)
    9,80 7,8
    19,6 2,75
    29,4 1,62
    39,2 0,85
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, betrug die Leckrate des Heliumgases 1,62 ml/min oder weniger, wenn der Befestigungsoberflächendruck 29,4 MPa (300 kgf/cm2) betrug.
  • Das Ergebnis zeigte, dass sich die Foliendichtung der vorliegenden Erfindung durch ihre Abdichtungseigenschaften auszeichnete.
  • 2. Beispiel für eine Kugeldichtung
  • (Probenvorbereitung)
  • Es wurde ein Graphit-Ton-Verbundmaterial gebildet, das einen natürlichen Ton und einen expandierten Graphit umfasst, um drei Kugeldichtungen (Außendurchmesser Ø 70 mm, Innendurchmesser Ø 53,5 mm, Höhe 16 mm) herzustellen. Das Verbundmaterial wies den in 5 gezeigten Querschnitt aus und die Kugeldichtung besaß die in 18 gezeigte Struktur. Die erhaltenen Kugeldichtungen wurden als Beispiel ausgewiesen. Die Kugeldichtungen aus dem Beispiel umfassen Bornitrid, Talk und Tetrafluorethylen in Kugeloberflächen (einem kugelförmig gebildeten Teil entlang der Oberfläche). Diese Dichtungen umfassen Bornitrid und Talk in einem Gewichtsverhältnis von entsprechend 100:0, 50:50 und 10:90.
  • Zum anderen wurden drei Kugeldichtungen hergestellt, die nur den expandierten Graphit umfassen. Diese Kugeldichtungen wiesen die gleichen Formen wie in dem Beispiel auf. Die erhaltenen Kugeldichtungen wurden als Vergleichsbeispiel ausgewiesen.
  • (Überprüfung der Eigenschaften der Wärmebeständigkeit)
  • Die Kugeldichtungen aus dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel wurden 24 Stunden lang bei 800°C in einem elektrischen Ofen erwärmt. Die Gewichte vor und nach dem Erwärmen wurden gemessen, um einen Anteil der Gewichtsabnahme zu berechnen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. (Tabelle 2)
    Beispiel Vergleichsbeispiel
    vor dem Erwärmen (g) 60 55
    nach dem Erwärmen (g) 53,5–57,0 36,3–41,8
    Anteil der Gewichtsabnahme (%) 5–11 24–34
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt, besaß die Kugeldichtung aus dem Beispiel einen Anteil der Gewichtsabnahme von 11% oder weniger. Im Gegensatz dazu wies die Kugeldichtung aus dem Vergleichsbeispiel einen Anteil der Gewichtsabnahme von 34% oder weniger auf. Die Ergebnisse zeigten, dass die Kugeldichtung der vorliegenden Erfindung verbesserte Eigenschaften einer Wärmebeständigkeit als die herkömmliche Kugeldichtung besaß.
  • (Überprüfung der Abdichtungseigenschaften)
  • Wie in 19 gezeigt, wurde die Kugeldichtung (20) aus dem Beispiel zwischen Flanschen (Edelstahl), die entsprechend in der Nähe der Düse von zwei Rohren (Edelstahl, Außendurchmesser Ø 53 mm) gebildet waren, angeordnet und mit einem Bolzen (19) über eine Feder (18) mit einer Befestigungskraft von 588,4 N (60 kgf) befestigt. Der Rohrinnenraum wurde 24 Stunden lang erwärmt, um die Temperatur der Kugeloberfläche der Flansche (17) mit Hilfe eines Gasbrenners auf bis zu 600 bis 700°C zu erwärmen. Anschließend wurde ein beweglicher Teil der Flanschkugel wiederholt 10-mal in der gleichen beweglichen Fläche wie vor dem Erwärmen bewegt und dann wurde die Kugeldichtung mit einem Innendruck (Luftdruck) von 19,6 kPa (0,2 kgf/cm2) beaufschlagt. Dann wurde eine Leckrate der Luft gemessen.
  • Als Folge davon betrug die Leckrate der Luft 0,5 l/30 s oder weniger, genauer gesagt 0,03 bis 0,035 l/30 s.
  • Das Ergebnis zeigte, dass sich die Kugeldichtung der vorliegenden Erfindung durch ihre wärmebeständigen Abdichtungseigenschaften auszeichnete.
  • (Überprüfung der Eigenschaften gegen Blockieren)
  • Die Kugeldichtungen aus dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel wurden unter der gleichen Bedingung wie bei der vorstehend beschriebenen Überprüfung der Abdichtungseigenschaften erwärmt.
  • Dann wurden die beiden Rohre an der Verbindung der Flansche gefaltet. Die Kugeldichtung aus dem Beispiel konnte wiederholt 10-mal gefaltet werden. Die Kugeldichtung aus dem Vergleichsbeispiel konnte nicht gefaltet werden, da die Kugeloberfläche blockiert und mit der Oberfläche des Flansches verklebt war.
  • Das Ergebnis zeigte, dass sich die Kugeldichtung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der herkömmlichen Kugeldichtung durch Eigenschaften gegen Blockieren auszeichnete.
  • Die vorliegende Erfindung wird für verschiedene Verwendungsmöglichkeiten in einem breiten Bereich, einschließlich einem Bereich, bei dem es schwierig ist, die bestehende Graphitfolie aufzubringen, wie beispielsweise einem Abdichtungsmaterial, wie einer Verbundfolie, einer Dichtung, einer Packung und dergleichen, die als Verbindungsteil von Rohren und dergleichen in Kraftwerken und Chemiefabriken verwendet werden, Wärme abgebende Folie, elektromagnetische Wellen abschirmendes Material, schalldichte Folie und dergleichen, angewendet werden.
  • Zusammenfassung
  • [Zu lösende Probleme]
  • Bereitstellen eines Graphit-Ton-Verbundmaterials, eines Verfahrens zum Herstellen desselben, einer Dichtung oder Packung, die das Verbundmaterial umfasst, und einer Tondispersion, die für das Verbundmaterial verwendet wird, welches für verschiedene Verwendungsmöglichkeiten in einem breiten Bereich, einschließlich einem Abdichtungsmaterial, wie beispielsweise einer Verbundfolie, einer Dichtung, einer Packung und dergleichen, einer Wärme abgebenden Folie, einem elektromagnetische Wellen abschirmenden Material, einer schalldichten Folie und dergleichen angewendet werden kann.
  • [Mittel zum Lösen der Probleme]
  • Ein Verbundmaterial, das im Wesentlichen einen Graphit und einen Ton umfasst, wobei der Ton an einer Graphitschicht laminiert ist und/oder in diese eindringt.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, umfassend die Schritte: Aufbringen einer Tondispersion, die Tonpartikel einschließt, auf eine Folie und/oder einen Film aus einem expandierten Graphit oder eine Ausbildung, die aus der Folie und/oder dem Film erhalten wurde; und/oder Einweichen der Folie und/oder des Films aus dem expandierten Graphit oder der Ausbildung, die aus der Folie und/oder dem Film erhalten wurde, in die Tondispersion, so dass der Ton an dem expandierten Graphit laminiert ist und/oder in diesen eindringt. Dieses Verbundmaterial ist auch zum Herstellen einer Dichtung oder Packung gebildet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - JP 2007/057485 [0001]
    • - JP 2006-104102 [0001]
    • - JP 2005-201363 [0010]
    • - JP 2000-91453 [0010]
    • - WO 99/10598 [0010]
    • - JP 11-351400 [0012]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - ONIKATA Masanobu, KONDO Mitsuji, Clay Science, Ausg. 9, Nr. 5, 299–310 (1995) [0082]

Claims (36)

  1. Verbundmaterial, das im Wesentlichen einen Graphit und einen Ton umfasst, wobei der Ton an einer Graphitschicht laminiert ist und/oder in diese eindringt.
  2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, wobei der Graphit ein expandierter Graphit ist und der Ton wenigstens einer ist, der ausgewählt ist aus natürlichem Ton, synthetischem Ton oder modifiziertem Ton.
  3. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ton wenigstens einer ist, der ausgewählt ist aus Glimmer, Vermiculit, Montmorillonit, Beidellit, Saponit, Hektorit, Stevensit, Magadiit, Ilerit, Kanemit, Illit, Sericit oder Nontronit.
  4. Verbundmaterial nach Anspruch 2 oder 3, wobei der expandierte Graphit eine Folie und/oder ein Film oder eine Ausbildung ist, die aus der Folie und/oder dem Film erhalten wurde, wobei der expandierte Graphit mit dem Ton beschichtet ist.
  5. Verbundmaterial nach Anspruch 2, wobei der modifizierte Ton ein Kation als organisches Kation einschließt, das ausgewählt ist aus einem quarternären Ammoniumkation, einem quarternären Phosphoniumkation, einem Imidazoliumkation oder einem Pyridiumkation.
  6. Verbundmaterial nach Anspruch 2, wobei der modifizierte Ton durch Umsetzen des Tons mit einem Silylierungsmittel gebildet ist.
  7. Verbundmaterial nach Anspruch 5, wobei ein Verhältnis der Zusammensetzung des organischen Kations in dem modifizierten Ton weniger als 30 Gew.-% beträgt.
  8. Verbundmaterial nach Anspruch 6, wobei ein Verhältnis der Zusammensetzung des Silylierungsmittels in dem Ton und dem Silylierungsmittel weniger als 30 Gew.-% beträgt.
  9. Verbundmaterial nach Anspruch 4, wobei eine Schicht aus expandiertem Graphit und/oder eine Tonschicht zwei oder mehr Laminierungsschichten einschließt.
  10. Verbundmaterial nach Anspruch 2 oder 3, umfassend: eine Folie und/oder einen Film, die/der wenigstens eine Folie und/oder einen Film aus expandiertem Graphit und wenigstens eine auf Ton basierende Folie und/oder einen Film, die/der an dem expandierten Graphit laminiert ist, oder eine Ausbildung, die aus diesen gebildet wurde, einschließt
  11. Verbundmaterial nach Anspruch 10, wobei die auf Ton basierende Folie und/oder der Film den Ton oder den Ton und einen Zusatzstoff einschließt.
  12. Verbundmaterial nach Anspruch 11, wobei der Zusatzstoff wenigstens einer ist, der ausgewählt ist aus Zelluloid, Phenolharz, Alkydharz, Harnstoffharz, Celluloseacetat, Polyvinylacetatharz, Acrylatharz, Styrolharz, Vinylchloridharz, Melaminharz, Polyethylenharz, Polyurethanharz, Vinylidenchloridharz, Polyamidharz, ungesättigtem Polyester, Silikonharz, Acrylonitrilstyrolharz, Fluorharz, Epoxidharz, Diallylphthalatharz, Acrylonitrilbutadienstyrolharz, Polyethylenterephthalat, Polypropylen, Polycarbonat, Polyacetal, Polyimid, Polysulfon, Polyphenylenether, Polybutylenterephthalat, Polyethersulfon, Flüssigkristallpolymer, Polyphenylensulfid, Polyetherimid.
  13. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein roter Phosphor und ein Aluminiumhydroxid jeweils in dem Bereich von 1,5 bis 10 Gew.-% bezogen auf den Graphit mit 100 Gew.-% zugesetzt sind.
  14. Dichtung oder Packung, die das Verbundmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst.
  15. Dichtung oder Packung nach Anspruch 14, die ferner eine wasserbeständige Beschichtung umfasst.
  16. Dichtung oder Packung nach Anspruch 14, die ferner eine dünne Metallfolie umfasst.
  17. Dichtung oder Packung nach Anspruch 16, wobei die Metallfolie aus Edelstahl ist und eine Dicke von 0,05 bis 5 mm besitzt.
  18. Dichtung oder Packung nach Anspruch 14, wobei die Dichtung eine Foliendichtung ist.
  19. Dichtung oder Packung nach Anspruch 18, wobei die Dichtung oder Packung einer Verarbeitung für Gummidichtungen unterzogen wird.
  20. Dichtung oder Packung nach Anspruch 18, wobei eine Leckrate von Heliumgas nach den Schritten: Anordnen der Foliendichtung (JPI 50A: Außendurchmesser Ø 104 mm, Innendurchmesser Ø 61,5 mm, Dicke 3 mm) zwischen zwei Flanschen; Befestigen der Foliendichtung mit einem Befestigungsoberflächendruck von 29,4 MPa; und Unter-Druck-Setzen der Foliendichtung mit einem Innendruck von 0,98 MPa 1,62 ml/min oder weniger beträgt.
  21. Dichtung oder Packung nach Anspruch 14, wobei die Dichtung eine Kugeldichtung ist.
  22. Dichtung oder Packung nach Anspruch 21, wobei die Kugeloberfläche ein Bornitrid, einen Talk und ein Tetrafluorethylen einschließt.
  23. Dichtung oder Packung nach Anspruch 21, wobei ein Anteil der Gewichtsabnahme nach 24-stündigem Erwärmen bei 800°C 11% oder weniger beträgt.
  24. Dichtung oder Packung nach Anspruch 21, wobei eine Leckrate von Luft nach den Schritten: Anordnen der Kugeldichtung (Außendurchmesser Ø 70 mm, Innendurchmesser 53,5 mm, Höhe 16 mm) zwischen Flanschen, die entsprechend in der Nähe der Düse von zwei Rohren (Edelstahl, Außendurchmesser Ø 53 mm) gebildet sind; Befestigen der Kugeldichtung mit einer Befestigungskraft von 588,4 N; Erwärmen des Rohrinnenraums für 24 Stunden, um die Temperatur der Kugeloberfläche der Flansche auf bis zu 600 bis 700°C zu erhöhen; wiederholtes 10-maliges Bewegen eines beweglichen Teils der Kugeloberfläche der Flansche in die gleiche bewegliche Fläche wie vor dem Erwärmen; und Unter-Druck-Setzen der Kugelsichtung mit einem Innendruck von 19,6 kPa 0,5 l/30 s oder weniger beträgt.
  25. Dichtung oder Packung nach Anspruch 21, wobei die beiden Rohre an der Verbindung der Flansche nach den Schritten: Anordnen der Kugeldichtung (Außendurchmesser Ø 70 mm, Innendurchmesser 53,5 mm, Höhe 16 mm) zwischen Flanschen, die entsprechend in der Nähe der Düse von zwei Rohren (Edelstahl, Außendurchmesser Ø 53 mm) gebildet sind; Befestigen der Kugeldichtung mit einer Befestigungskraft von 588,41 V; Erwärmen des Rohrinnenraums für 24 Stunden, um die Temperatur der Kugeloberfläche der Flansche auf bis zu 600 bis 700°C zu erhöhen gefaltet werden können.
  26. Dichtung oder Packung nach Anspruch 14, wobei die Dichtung eine Spiraldichtung ist.
  27. Dichtung oder Packung nach Anspruch 14, wobei die Dichtung eine Geflechtdichtung ist.
  28. Tondispersion zum Herstellen der Dichtung oder Packung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 27, wobei der Ton gleichmäßig in einem Lösungsmittel dispergiert ist, das im Wesentlichen Wasser umfasst.
  29. Tondispersion nach Anspruch 28, wobei der Zusatzstoff gleichmäßig dispergiert oder aufgelöst ist.
  30. Tondispersion nach Anspruch 28 oder 29, wobei der Ton einen Feststoffgehalt von 3 bis 15 Gew.-% aufweist.
  31. Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, umfassend die Schritte: Aufbringen einer Tondispersion, die Tonpartikel einschließt, auf eine Folie und/oder einen Film aus einem expandierten Graphit oder eine Ausbildung, die aus der Folie und/oder dem Film erhalten wurde; und/oder Einweichen der Folie und/oder des Films aus dem expandierten Graphit oder der Ausbildung, die aus der Folie und/oder dem Film erhalten wurde, in die Tondispersion, so dass der Ton an dem expandierten Graphit laminiert wird und/oder in diesen eindringt.
  32. Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials nach Anspruch 31, wobei die Tondispersion wenigstens einen Ton umfasst, der ausgewählt ist aus natürlichem Ton, synthetischem Ton oder modifiziertem Ton.
  33. Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials nach Anspruch 31, wobei die Tondispersion Wasser oder ein organisches Lösungsmittel umfasst.
  34. Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials, umfassend Miteinander-Verkleben und Laminieren der Folie und/oder des Films aus dem expandierten Graphit und der auf Ton basierenden Folie und/oder des Films.
  35. Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials nach Anspruch 34, wobei das Verkleben mit einer Kalt- und/oder Heißpresse ausgeführt wird.
  36. Verfahren zum Herstellen eines Verbundmaterials nach Anspruch 34, wobei das Verkleben mit einer Walzenmühle ausgeführt wird.
DE200711000823 2006-04-05 2007-04-03 Graphit-Ton-Verbundmaterial, Verfahren zum Herstellen desselben, Dichtung oder Packung, welche das Verbundmaterial umfasst und eine Tondispersion, die für das Verbundmaterial verwendet wird Ceased DE112007000823T5 (de)

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