PL114912B1 - Process for manufacturing vitrified monoelement polymer - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarza¬ nia zeszklonego polimeru monopierwiastkowego, stosowanego do wyrobu tygli uzywanych w labo¬ ratoriach chemicznych, tygli do wytopu metali szlachetnych, tygli do wzrostu monokrysztalów pólprzewodnikowych i optycznych oraz ja:ko elek¬ trody, oslony termopar, oslony i dysze do rakiet, jak równiez jako formy i filierki do produkcji ' szkla.Dotychczas .materialy odporne na wysoka tempe¬ rature z jednoczesna odpornoscia na korozje che¬ miczna i gazowa wytwarza sie z tworzyw nieorga¬ nicznych. Przez stopniowe ogrzewanie az do spie¬ czenia w przypadku materialów ceramicznych ot¬ rzymuje sie tworzywo o strukturze polikrystalicz¬ nej-. Natomiast w przypadku materialów ze szkla, uzyskuje, sie po spieczeniu tworzywo o strukturze bezpostaciowej.Niedogodnoscia dotychczasowych sposobów jest ograniczenie zakresu uzytkowego uzyskanych ma¬ terialów, poniewaz w mikrcobszarach wykazuja one obnizona odpornosc na wysokie temperatury i korozje, co przyspiesza ich zuzycie oraz zanie¬ czyszcza materialy stykajace sie z nimi.Przyczyna tego..niekorzystnego zjawiska jest to, ze wykonane materialy zawieraja w swoim skla¬ dnie jeden pierwiastek w postaci tlenku' lub we¬ glika lub kilka pierwiastków polaczonych topll- w4 faza szklista, która, podczas ogrzewania mate¬ rialów w czasie. uzytkowania uplynnia sie ponizej 2 temperatury mieknienia skladnika podstawowego.Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych nie¬ dogodnosci przez opracowanie sposobu wytwarza¬ nia zeszklonego polimeru monopierwiastkowego, 5 posiadajacego wieksze walory eksploatacyjne niz dotychczas stosowane tworzywa tlenkowe lub we¬ glikowe, a przede wszystkim wieksza odpornosc na wysoka temperature i korozje chemiczna.Cel ten osiagnieto wedlug wynalazku przez opra- w cowanie procesu technologicznego na wykonanie z zywicy organicznej zeszklonego polimeru mono¬ pierwiastkowego o odpornosci od 1000 do 2950°C w atmosferze inertnej i do 550°C w atmosferze utleniajacej, przy równoczesnej odpornosci na 15 korozje chemiczna w wysokich temperaturach.Sposób wytwarzania wedlug wynalazku obejmu¬ je dwa etapy: przygotowanie zywicy i obróbke termiczna.Przygotowanie zywicy. Podstawowa zy- 3, wica wyjsciowa do wytwarzania zeszklonego poli¬ meru monopierwiastkowego jest znana zywica fe¬ nolewo-tformaldehydowa. Warunkiem uzyskania wlasciwej jakosci .zywicy do wytwarzania polime¬ ru, wedlug wynalazku jest calkowite odwodnienie, 2s które wykonuje sie przez wygrzewanie polikon- densatu w temperaturze 70 do 80°C przez 3^—4 go¬ dzin pod obnizonym cisnieniem p '1.0-1 kPa ze znanym dodatkiem alkoholu furfury- lowego, który przedluza czas utwardzania zywicy w fenolowo-formaldehydowej. Optymalne efekty ..w 114 912114 912 tym zakresie uzyskuje sie przez dodanie 10% al¬ koholu furfurylowego. Ponadto do fenolu cz. d. a. dodaje sie formaliny czystej do analizy z 10% nad¬ miarem molowym w stosunku do fenolu a jako katalizatora dodaje sie 5% wody amoniakalnej w stosunku do fenolu.Polikondensacje zywicy przeprowadza sie w kol¬ bie z chlodnica zwrotna na lazni wodnej o tempe¬ raturze 100°C a po uplywie okolo 1 godziny uzy¬ skana zywice poddaje sie odwodnieniu w suszarce prózniowej w czasie 3—4 godzin w temperaturze 70-^80°C. Nastepnie goraca zywice przelewa sie do szklanych lub aluminiowych form i utwardza sie ja w temperaturze 80—90°C. Utwardzona zywica powinna byc przezroczysta, bez pecherzy i pek¬ niec.• W celu otrzymania ksztaltek i detali uzyskana zywice poddaje sie znanymi metodami obróbce mechanicznej.O b ró b k a t e,r m i c z n a. Wykonane z zywicy ksztaltki wedlug wynalazku poddaje sie zweglaniu w piecu gazoszczelnym, w stalym przeplywie gazu obojetnego na przyklad argonu o regulowanej temperaturze pieca ±1°C. W poczatkowej fazie zweglania temperature pieca podnosi sie z pred¬ koscia 1°C na godzine, z tym, ze w przypadku ksztaltek o sciankach cinszych od 3 mm predkosc ta wynosi 2 do 4r°C na godzine. W temperaturze powyzej 500°C zwieksza sie stopniowo szybkosc podwyzszania temperatury pieca i w temperaturze 1000°C wynosi ona 4°C na godzine, a w przypad¬ ku ksztaltek cienkosciennych do okolo 10°C na go¬ dzine. Powyzej 10O0°C szybkosc podnoszenia tem¬ peratury pieca zwieksza sie stopniowo az do 50aC na godzine w temperaturze 1800°C.Proces zweglania wedlug wynalazku konczy sie w temperaturze 24O0°C, lecz walory uzytkowe two¬ rzywa uzyskuje sie poczawszy od' 1000°C, przy czym koncowa wysokosc temperatury obrólbki ter¬ micznej jest graniczna temperatura uzytkowa two¬ rzywa i w zaleznosci od przeznaczenia, material ten mozna poddawac róznemu stopniowi zeszklenia w zakresie 1000-^26OO°C.Otrzymany produkt powolnego zweglenia spoli- meryzowanej zywicy nie jest substancja krystali¬ czna; analiza rentgenowska wykazuje stan bezpo¬ staciowy. Jedyna znana odmiana bezpostaciowa wegla jest sadza bedaca materialem pylastym o twardosci mniejszej niz 1 wedlug skali Mohsa. Ba¬ dania w podczerwieni wykazuja w zweglonym tworzywie koloru czarnego sHady wiazan tlenowo- -weglowych bedacych dowodem zachowania szczatkowej struktury spolimeryzowanej zywicy.Dowodzi to domenowej otrzymywanego tworzywa, która w switle badan J. Zarzyckiego (1962) jest charakterystyczna dla szkiel wszelkiego typu. Wo¬ bec stwierdzonej mikrokrystalicznosci szkiel, któ¬ re róznia sie od krysztalów stanem lokalnego uporzadkowania pfzyjmuje sie ostatnio, ze szkla maja budowe polimeryczna. Usuniecie ze spoli- meryzowanej zywicy pozostalych pierwiastków przy zachowaniu wiazan litego stanu tworzywa i monopierwiastkowyni w zasadzie skladzie oraz wysokiej twardosci pozwala nazwac tworzywo zeszklonym polimerem monopierwiastkowym. 10 15 30 35 40 45 50 fe5 Wykorzystanie sposobu wytwarzania zeszklone¬ go polimeru monopierwiastkowego wedlug wyna¬ lazku pozwala uzyskac material o korzystniejszych parametrach. Material ten posiada twardosc wedlug Vickersa 1^^:180.9806050 Pa, twardosc wedlug Mohsa 6,5 odpornosc na sciskanie 2480^98066,5 Pa, przewodnosc cieplna 0,06 cal/cm/cm/°C, ciezar wlasciwy 1,57 G/cm8 oraz wspólczynnik rozsze¬ rzalnosci cieplnej 1^^.3,6X10^, co pozwala na sze¬ rokie zastosowanie wyrobów z polimeru do wy¬ twarzania tygli odpornych na wysoka temperature oraz detali do formowania szkla konwencjonalne¬ go.Sposób wytwarzania zeszklonego polimeru, mo¬ nopierwiastkowego wedlug wynalazku podano w przykladzie jego wykonania.Przyklad, W celu wytworzenia zeszklonego polimeru monopierwiastkowego przygotowuje sie zywice wedlug wynalazku; a po wykonaniul ksztal¬ tek i detali znana metoda wykonuje sie wedlug wynalazku obróbke termiczna.Podstawowym materialem wyjsciowym do wy¬ tworzenia zeszklonego polimeru monopierwiastko¬ wego jest zywica fenolowo-formaldehydowa, która poddaje sie calkowitemu odwodnieniu przez wy¬ grzewanie polikondensatu w temperaturze do 80°C pod obnizonym cisnieniem p< 10*1,333(224 "10-McPa ze znanym dodatkiem alkoholu furfury¬ lowego, który przedluza czas utwardzania zywicy fenolowo-fonmaldehydowej. W celu uzyskania naj¬ korzystniejszych efektów dodaje sie 10% alkoholu furfurylowego. Ponadto do fenolu cz. d. a. dodaje sie formaliny cz. d. a z 10% nadmiarem molowym w stosunku do fenolu. Natomiast jako katalizato¬ ra dodaje sie 5% wody amoniakalnej w stosunku do fenolu.Polimeryzacje; zyywicy przeprowadza sie w kol¬ bie z chlodnica zwrotna na lazni wodnej o tempe¬ raturze 100°C a po uplywie okolo 1 godziny uzys¬ kana zywice poddaje sie odwodnieniu w suszarce prózniowej w czasie 3—4 godzin w temperaturze 70—80°C. Nastepnie goraca zywice przeJlewa sie do szklanych form i utwardza sie ja w temperaturze 80—90°C do stanu przezroczystosci.Po wykonaniu i utwardzeniu zywicy wytoczono na tokarni znanym sposobem tygle o wymiarach 0' 20X20 mm oraz pokrywki z naddatkiem uw¬ zgledniajacym okolo 24% skurczliwoscii procesu zweglania oraz filierki do ciagniecia wlókna szkla¬ nego.Wytoczone ksztaltki poddaje sie obróbce termi¬ cznej wedlug wynalazku. Obróbke termiczna tygli wykonuje sie w temperaturze granicznej 1500°C a obróbke termiczna filierek w temperaturze grani¬ cznej 10O0°C.Wykonane tygle eksploatowano w ciagu pieciu miesiecy w kontakcie z kwasem fosforowym i siar¬ kowymi w temperaturze do 1500ÓC i stwierdzono ubytek masy <2%. Natomiast w wyniku topienia metaili w temperaturze do 1500°C stwierdzono slady wdyfundowania w scianki tygla, nde wyka¬ zujace wyraznych. sladów korozji.Wykonane filierki wykorzystano do wyciagania wlókna' szklanego przy temperaturze szkla 114 912 6 i uzyskano pozytywne wyniki, natomiast ulegly one zniszczeniu przy temperaturze topliwosci szkla 10O0°C.Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania zeszklonego polimeru mo- noprierwiastkowego, zwlaszcza; dla przemyslu elek¬ tronicznego z polikondensatu zywicy fenolowo- -formaldehydowej z dodatkiem alkoholu furfurylo- ulegly wego, znamienny tym, ze zywice poddaje sie od^ dwoisci wodiiieniu prózniowemu w temperaturze 70—80°C przez 3—4 godzin, a nastepnie po wylaniu jej do form, utwardza sie ja w temperaturze 80—&G°C 5 do stanu przezroczystosci i poddlaje sie powolnemu zweglaniu w piecu gazoszczelnym w przeplywie u mo- gazu obojetnego w temperaturze od 10O0-H260O°C, elek- przy czym wysokosc stosowanej temperatury uza- olowo- letzniona jest od przeznaczenia i wymaganych pa- iirylo- 10 rametrów uzytkowych polimeru. 10 i PL

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Sposób wytwarzania zeszklonego polimeru mo- noprierwiastkowego, zwlaszcza; dla przemyslu elek¬ tronicznego z polikondensatu zywicy fenolowo- -formaldehydowej z dodatkiem alkoholu furfurylo- ulegly wego, znamienny tym, ze zywice poddaje sie od^ dwoisci wodiiieniu prózniowemu w temperaturze 70—80°C przez 3—4 godzin, a nastepnie po wylaniu jej do form, utwardza sie ja w temperaturze 80—&G°C 5 do stanu przezroczystosci i poddlaje sie powolnemu zweglaniu w piecu gazoszczelnym w przeplywie u mo- gazu obojetnego w temperaturze od 10O0-H260O°C, elek- przy czym wysokosc stosowanej temperatury uza- olowo- letzniona jest od przeznaczenia i wymaganych pa- iirylo- 10 rametrów uzytkowych polimeru. 10 i PL