BE1010866A3

BE1010866A3 - Metaalvezelagglomeraat en werkwijze voor het vervaardigen ervan.

Info

Publication number: BE1010866A3
Application number: BE9700056A
Authority: BE
Inventors: Dries Declercq
Original assignee: Bekaert Sa Nv
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1999-02-02
Also published as: CN1216011A; KR100525268B1; EP0914225A1; DE69810065D1; EP0914225B1; JP3910218B2; JP2000508389A; DE69810065T2; ATE229393T1; US6074752A; AU5987798A; CN1093021C; WO1998031491A1; KR20000064648A

Abstract

De uitviding heeft betrekking op een metaalvezelagglomeraat op basis van vezels met een equivalente diameter welke begrepen is tussen 1 um en 30 um, en een lengte welke begrepen is tussen 1 mm en 20 mm, met het kenmerk dat de kern (1) van het aggomeraat tenminste één bundel nagenoeg evenwijdig georiënteerde vezels omvat, terwijl de mantel (2) bestaat uit een netwerk van willekeurig georiënteerde vezels. De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van deze metaalvezelagglomeraten, gekenmerkt door een opeenvolging van stappen waarbij het agglomeraat continu aan een tuimelbeweging wordt onderworpen.

Description

METAALVEZELAGGLOMERAAT EN WERKWIJZE VOOR HET
VERVAARDIGEN ERVAN
De uitvinding heeft betrekking op een metaalvezelagglomeraat bijvoorbeeld voor gebruik bij de bereiding van metaalvezelsuspensies of bij het vervliezen van metaalvezels langs natte weg, en op een werkwijze voor het vervaardigen ervan.

Voor de bereiding van suspensies omvattende metaalvezels, is er nood aan praktisch handelbare en goed te doseren metaalvezelagglomeraten waarbij de metaalvezels zo weinig mogelijk onderling verstrengeld zijn, zodat ze gemakkelijk en uniform in suspensie kunnen treden. Conventioneel wordt hiervoor uitgegaan van losse vezels of vezelgranulaten, waarbij de vezels samengehouden worden met een lijm die oplosbaar is in het suspensiemedium, zoals bijvoorbeeld PVA (polyvinylalcohol) in water.

Een gekende produktiemethode voor deze vezels bestaat erin dat een composiet omvattende een bundel roestvaste staalvezels in een ijzer-koper-matrix continu gebeitst wordt in salpeterzuur, zoals beschreven in het octrooi US 2050298. Daarna wordt de bundel geïmpregneerd met bijvoorbeeld PVA. Het aldus verkregen composiet wordt vervolgens gesneden tot granulaat en hetzij als dusdanig aangeboden, hetzij als losse vezels, na het uitlogen van de lijm, zoals beschreven in het octrooi US 3977069, kolom 4, lijn 5 tot en met 29.

Losse vezels zljn echter moeilijk handelbaar en doseerbaar. De bereiding van een homogene vezeisuspensie uitgaande van losse metaalvezels stelt bovendien grote problemen. Anderzijds is het bij aanwending van de hogergenoemde granulaten, in de praktijk

nagenoeg onmogelijk om de lijm volledig uit te logen, hetgeen problemen kan veroorzaken bij het vervliezen langs natte weg, meer bepaald bij het achteraf sinteren van het metaalvezelviies.

De specifieke terminologie welke in het vervolg van de beschrijving steeds terugkeert, zal hierna worden toegelicht.

Onder"Fe/Cu/SS"composiet wordt verstaan een bundel van met koper omhulde roestvaste staalvezels, welke bundel zelf omhuld is met een ijzermantel.

De "equivalente diameter van het metaalvezelagglomeraat" is de diameter van een fictief sferisch agglomeraat met hetzelfde volume als het ellipsoïdal agglomeraat bekomen volgens de uitvinding.

De "equivalente diameter van een vezel" is de diameter van een fictieve ronde vezel met dezelfde dwarse oppervlakte als de reële vezel.

De uitvinding heeft tot doel een metaalvezelagglomeraat te verschaffen dat handelbaar en doseerbaar is, en dat onder andere kan worden aangewend bij de produktie van homogene metaalvezelsuspensies, en bij het vervliezen van metaalvezels langs natte weg.

Verder heeft de uitvinding tot doel een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van deze metaalvezelagglomeraten.

Meer bepaald verschaft de uitvinding een metaalvezelagglomeraat op basis van vezels met een equivalente diameter welke begrepen is tussen 1 um en 30 um, en met een lengte welke begrepen is tussen 1 mm en 20 mm, met het kenmerk dat de kern van het agglomeraat tenminste één bundel nagenoeg evenwijdig georien- teerde vezels omvat, terwijl de mantel bestaat uit een netwerk van willekeurig georiënteerde vezels.

De agglomeraten hebben een relatief grote porositeit (en dus een lage massadichtheid), zodat ze bij onderdompeling in een vloeistof traag bezinken, hetgeen de suspendeerbaarheid en de homogeni- teit van de bekomen suspensie bevordert.

Gezien de kern overwegend bestaat uit bundeltjes nagenoeg evenwijdige, niet verstrengelde vezels, komen deze vezels ge- makkelijk los van mekaar om aldus in suspensie te treden.

Verder heeft de uitvinding tot doel een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van deze metaalvezelagglomeraten, uitgaande van een gesneden Fe/Cu/SS composiet, en omvattende volgende stappen : (a) het chemisch afbeitsen van de ijzermantel van het gesneden composiet met zwavelzuur ; (b) het vervolgens elektrolytisch verwijderen van de resterende ijzermantel en van de kopermantels van het composiet ; (c) het spoelen van de vezels met verdund zwavelzuur ; (d) het spoelen van de vezels met water ; (e) het drogen van de vezels, waarbij het substraat in de stappen (a) tot en met (d) continu aan een tuimelbeweging wordt onderworpen.

Een dergelijke discontinue werkwijze waarbij het substraat (zoals bijvoorbeeld vezels, vezelagglomeraten, composiet) aan een tuimelbeweging wordt onderworpen, is in het algemeen zeer geschikt voor het uitvoeren van beitsoperaties en voor het uitlogen van onder andere coatings op deze diverse substraten. Deze operaties worden veelvuldig toegepast in de industrie.

Het uitlogen wordt bijvoorbeeld ook toegepast bij de vervaardiging van metaal- vezels met een diameter tot 100 um door het afschaven van de rand van een met polymeer bedekte metaalfolie.

Een alternatieve werkwijze voor het vervaardigen van de metaal- vezelagglomeraten volgens de vinding, bestaat erin om de con- ventione) e metaaivezeigranuiaten, d. i. met) ijm gefmpregneerde metaalvezelbundeltjes, ter verwijdering van de lijm in een trommel te wassen in een lijmoplossend medium. Door het granulaat tijdens het wassen te onderwerpen aan een continue tuimeibe- weging, realiseert men een verregaande verwijdering van de lijm, en een samenballen van de loskomende vezels tot de bedoelde vezelagglomeraten.

De uitvinding zal thans worden toegelicht aan de hand van bepaalde uitvoeringsvormen, geïllustreerd in bijgaande tekeningen.

Figuur 1 is een schematische voorstelling van het metaalvezelagglomeraat overeenkomstig de uitvinding.

Figuur 2 is een schematische voorstelling van de trommel in het elektrolytisch beitsbad.

Figuur 3 is een schematische weergave van de opeenvolgende stappen van het produktieproces.

Het metaalvezelagglomeraat overeenkomstig de uitvinding, wordt voorgesteld in Figuur 1. De kern 1 van het agglomeraat bestaat uit een aantal bundels nagenoeg evenwijdig georiënteerde vezels. De mantel 2 van het agglomeraat is daarentegen opgebouwd uit een netwerk van wlllekeung georiënteerde vezels. Om een duidelijk beeld te kunnen vormen het agglomeraat, werd in Figuur 1 een gedeelte van de mantel niet getekend.

Een mogelijke werkwijze voor het vervaardigen van de beschreven metaalvezelagglomeraten, wordt schematisch voorgesteld in de Figuren 2 en 3. Deze produktiemethode bestaat erin om gesneden Fe/Cu/SS composiet, discontinu te beitsen in

zwavelzuur, gebruik makend van een trommel uit kunststof, bijvoorbeeld uit polypropyleen. De trommel wordt geplaatst in het beitsbad en kan met een regelbare snelheid rond de lengteas geroteerd worden met behulp van een externe motor. Verder kan de trommel aan een vertikale translatiebeweging onderworpen worden om de verversing van het elektrolyt in de trommel te bevorderen.

Het gesneden composiet kan via een deksel 3 in de trommel 4 worden gebracht. De wand van de trommel is voorzien van perforaties 5, welke zorgen voor een goede circulatie van het elektrolyt (zwavelzuur) doorheen de trommelruimte. Om te beletten dat het gesneden composiet via deze perforaties uit de trommel zou ontsnappen, wordt een filterdoek voorzien (niet getoond in de Figuur). Het filterdoek kan aangebracht worden langs de buitenkant van de trommel, of ingeklemd worden tussen de trommelwand en een externe, geperforeerde plaat.

Een geplastificeerde, flexibele koperen kabel 9 met de titaananode 10 als uiteinde, kan via zijdelingse openingen 6 in de trommel worden gebracht. Een alternatief hiervoor bestaat erin metalen schijven aan te wenden als anode, welke tegen de vlakke zijwanden van de trommel worden aangebracht, en waarbij de stroom overgedragen wordt via een sleepcontact.

Een concrete uitvoeringsvorm van deze werkwijze zal in het hiernavolgende voorbeeld worden toegelicht. De vermelde procescondities hebben betrekking op het beitsen van 3 kg Fe/Cu/SS composiet, verkregen via de gekende methode van het gebundeld trekken. De onderscheiden fasen van het proces zullen in detail worden beschreven, verwijzend naar de Figuren 2 en 3.

In een eerste fase A van het beitsproces wordt de ijzermantel volledig of gedeeltelijk chemisch weggebeitst met vrijstelling van waterstofgas. Hiertoe wordt de trommel 4 in een zwavelzuur bad 7 geplaatst, en gedurende minstens 20 minuten continu in dat bad geroteerd.

De concentratie aan zwavelzuur in het bad bedraagt 300 g/L en de temperatuur 50 C. Onmiddellijk (zonder aanwending van elektrische stroom) reageert het zwavelzuur met de ijzermantel van het Fe/Cu/SS composiet. Waterstofgas en ijzer ()))- sulfaat worden gevormd.

Vervolgens wordt in een tweede fase B van het proces de eventueel resterende ijzermantel alsmede het koper elektrolytisch verwijderd. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een loodkathode 8 en een titaananode 10. Een geplastificeerde, flexibele koperen kabel 9 met de titaananode als uiteinde, wordt langs een opening 6 doorheen de zijwanden van de trommel gebracht. De lood- kathode 8 bevindt zich in het beitsbad.

De trommel wordt continu geroteerd in een zwavelzuur bad 11. De rotatie zorgt voor een goede circulatie van het zuur, en onderhoudt aldus de elektrische stroom. De verblijftijd van het composiet in het bad 11 is functie van de stroomsterkte, de hoeveelheid composiet en de mate waarin de ijzermantel reeds werd afgebeitst tijdens de eerste fase A van het proces. Bij onderhavig voorbeeld wordt minimaal 3, 5 uren gebeitst bij een stroomdoorgang van 50 A om de kopermantel van het composiet op te lossen.

In een derde fase C wordt het composiet gewassen in verdund zwavelzuur om achteraf de vorming van ijzerhydroxyde te beletten, in de vierde fase. De trommel wordt gedurende 15 ä 30 minuten in het bad 12 geroteerd. Verder wordt de trommel aan een vertikale translatiebeweging onderworpen om de verversing van het fluidum binnen de trommel te bevorderen.

In een vierde fase D worden de vezels gewassen met water.
Gedurende een aantal uren wordt de trommel in het waterbad 13 geroteerd.

In een laatste fase E worden de vezels uit de trommel verwijderd en in een oven gedroogd.

Uitgaande van vezels met een equivalente diameter die begrepen is tussen 1 um en 30 film, en een lengte die begrepen is tussen 1 mm en 20 mm, bekomt men, aan de hand van de geschetste werkwijze, agglomeraten welke 2. 104 tot 2. 106 vezels bevatten.

De afmetingen van de verkregen agglomeraten zijn afhankelijk van de afmetingen van de gebruikte vezels. Het verloop van de gemiddelde equivalente diameter van de verkregen agglomeraten vertoont een maximum in functie van de verhouding van de lengte van de aangewende vezels tot hun equivalente diameter (UD).

Worden vezels aangewend met een UD-verhouding van 400, dan worden agglomeraten met een gemiddelde equivalente diameter van 1 cm bekomen. Analoog bekomt men uit vezels met een UDverhouding van 750 agglomeraten met een gemiddelde equivalente diameter van 2 cm. Om aan de hand van de voorgestelde werkwijze de metaalvezelagglomeraten te kunnen produceren, dient de UD-verhouding van de gebruikte vezels bij voorkeur begrepen te zijn tussen 100 en 2000.

De dichtheid van de agglomeraten is afhankelijk van de geometrie van de aangewende vezels, en bedraagt doorgaans minder dan 0, 8 kg/dm3. Zo werden agglomeraten bekomen met een dichtheid van 0, 19 kg/dm3, uitgaande van vezels met een equivalente diameter van 6, 5 um en een lengte van 1 mm.

Indien de fasen A en B van het proces uitgevoerd worden in hetzelfde beitsbad, zonder vernieuwing van het elektrolyt, bevat het afvalzuur H2504, Fe504 en Cru504. Bij de beschreven werkwijze, waarbij de fasen A en B in afzonderlijke beitsbaden doorgevoerd worden, bevat het afvalzuur uit fase A enkel H2504 en FeS04 (en geen Cu noch Cru504), hetgeen de verdere verwerking ervan ten goede komt.

Het afvalzuur na het elektrolytisch beitsen bestaat dan His04, CuS04 en FeS04 (ingevolge eventuele resten van de ijzermantel, indien deze niet volledig werd opgelost tijdens fase A) en Cu (ingevolge afzetting aan de kathode).

Verder is het een voordeel van de voorgestelde werkwijze dat de bekomen metaalvezelagglomeraten vezels omvatten welke vrij zijn van alle lijm, zoals bijvoorbeeld PVA.

Een ander voordeel van de voorgestelde werkwijze is dat er geen salpeterzuur aangewend wordt bij het beitsen, hetgeen vanuit ecologisch standpunt een zeer gunstig gegeven is.

De beitsduur in de fase B en de aangewende zwavelzuurconcentratie, zijn zeer kritische procesparameters. Indien te lang elektrolytisch gebeitst wordt, of een te hoge zwavelzuurconcentratie aangewend wordt, kunnen de vezels sterk aangetast worden door het zuur. Vooral bij het beitsen van Cu zijn beitsduur en zwavelzuurconcentratie zeer kritsch.

Ofschoon de capaciteit van de trommel vaak beperkt is, kan men de globale capacitelt van het proces opvoeren door meerdere trommels simultaan in te zetten. Door de verhoging van de stroomsterkte tijdens het beitsen, zou men bovendien de beitsduur kunnen verminderen, hetgeen eveneens het rendement van de operatie verhoogt.

De metaalvezelagglomeraten volgens de vinding zijn onder andere zeer geschikt voor gebruik bij de produktie van metaalvezel- houdende kunststoffen, welke bijvoorbeeld ingezet worden voor het creëren van elektromagnetische afschermingen.

Verder is het mogelijk de metaalvezelagglomeraten volgens de uitvinding gedoseerd toe te voegen aan een andere vezel- suspensie. De metaalvezels kunnen zodoende gelijkmatig gedispergeerd en verspreid worden tussen de andere. Aldus kan men langs natte weg mengveze) v) iezen vervaardigen. Bij de gelijkmatige toevoeging van metaatvezets aan een papiervezelsuspensie verkrijgt men dan papiervellen met een welbepaald gehalte aan metaalvezels, uniform erin verspreid, zoals beschreven bijvoorbeeld in het octrooi US 4265703.

Het proces kan verder ook aangewend worden voor het beitsen van Fe/Fe/SS composiet of Fe/Fe/Fe/SS composiet. Desgevallend bevat het afvalzuur geen Cu meer, en vervalt de fase van het elektrolytisch beitsen (fase B in het hogerbeschreven werkwijze).

Een Fe/Fe/Fe/SS matrix wordt verkregen door het trekken van een aantal met Fe omhulde roestvaste staaldraden. Deze getrokken draden worden dan vervolgens gebundeld, omhuld met een ijzermantel en getrokken. Een aantal van de aldus verkregen structuren worden dan op hun beurt samengenomen, omhuld met een ijzermantel en wederom getrokken ter vorming van de bedoelde matrix, zoals beschreven in het octrooi US 3379000.

Het beschreven proces kan worden aangewend voor het beitsen van elk type composiet, zelfs van korte lengte, bijvoorbeeld 0, 1 mm. De aldus verkregen vezels kunnen dan bijvoorbeeld worden aangewend bij de produktie van radarcamouflage-coatings.

Claims

Conclusies 1 Metaalvezelagglomeraat op basis van vezels met een equivalente diameter welke begrepen is tussen 1 um en 30 um, en een lengte welke begrepen is tussen 1 mm en 20 mm, met het kenmerk dat de kem (1) van het agglomeraat tenminste een bundel nagenoeg evenwijdig georiënteerde vezels omvat, terwijl de mantel (2) bestaat uit een netwerk van willekeurig georien- teerde vezels.
2 Metaalvezelagglomeraat volgens conclusie 1, waarbij de verhouding van de lengte tot de diameter van de vezels begrepen is tussen 100 en 2000.
3 Metaalvezelagglomeraat volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het agglomeraat 2. 104 tot 2. 106 vezels bevat.
4 Werkwijze voor het vervaardigen van metaalvezelagglome- raten volgens conclusie 1, uitgaande van een gesneden Fe/Cu/SS composiet, en omvattende volgende stappen : (a) het chemisch afbeitsen van de ijzermantel van het gesneden composiet met zwavelzuur ; (b) het vervolgens elektrolytisch verwijderen van de resterende ijzermantel en van de kopermantels van het composiet ; (c) het spoelen van de vezels met verdund zwavelzuur, (d) het spoelen van de vezels met water ; (e) het drogen van de vezels, waarbij het substraat in de stappen (a) tot en met (d) continu aan een tuimelbeweging wordt onderworpen.
5 Werkwijze voor het vervaardigen van metaalvezelagglomeraten volgens conclusie 1, waarbij met lijm geïmpregneerde <Desc/Clms Page number 11> metaalvezelbundels ter verwijdering van de lijm onder een continue tuimelbeweging gewassen worden in een lijmoplossend medium.
6 Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij de lijm PVA is, en het lijmoplossend medium water is.