CH436092A - Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes mit einem Gefüge aus Kohlenstoffasern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes mit einem Gefüge aus KohlenstoffasernInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes mit einem Gefügeaus Kohlenstoffasern Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines genau masshaltigen Gegenstandes mit !einem Gefüge aus Kohlenstoffasern.
Der Begriff Kohlenstoff wird hier und im folgen den auch für Grap benutzt.
Es sind bereits'rschiedene Verfahren zur Herstel lung von Stoffen und Gegenständen bekannt, deren Ge füge aus Koh:lenstoffasern besteht. Die vorliegende Er findung bezweckt, die Gefahr des Verziehens und De- formierens des Gegünsitandes während seiner Herstellung zu vermindern, welche Gefahr besonders gross ist, wenn aus Zellulose gewonnene Kohlenstoffasern verwendet werden. Eine :
solche Deformation kann Schwierigkeiten bereiten, wenn der herzustellende Gegensitand unmittel bar durch Formpressen unter Einhalten genauer Masse in seine endgültige Gestalt gebracht werden soll; durch die Deformation kann eine unerwünschte Nachbearbei tung notwendig werden.
Das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Kohlenstoffas,ern geringer Länge in einer Form verdichtet und während oder nach der Ver dichtung in der Form miteinander verbunden werden.
Das Verbinden kann nach bekannten Verfahren durch Niederschlagern von Kohlenstoff auf den Fasern geschehen, wie etwa durch Absetzen aus einem Kohlen wasserstoffgas, oder durch Verkohlen eines harzhaltigen Trinkmittels, oder mittels eines Klebstoffes, :der einen Belag auf der Faseroberfläche bildet.
Die Massnahmen zum Verbinden der Fasern können mehrmals wiederholt werden, auch nach vollzogener Verdichtung.
Das Verfahren kann so ausgeführt werden, dass zu erst eine beliebige Masse synthetischer oder natürlicher organischer Fasern verkohlt wird, dass auf den Fasern ein leichter Überzug von Kohlenstoff durch Niederschlag aus einem Gas erzeugt wird, dass die Masse zerstückelt wird, um den Fasern die erforderliche kurze Länge zu geben, und dann :
die Fasern in einer Form verdichtet und miteinander verbunden werden und daraus der ge- wünschte Gegenstand geformt wird.
Man kann aber auch die Fasern mit einem leichten. Belag eines flüssigen, in der Wärme aushärtenden Har zes versehen, das vordem Verdichten der Fasern vorge- häntet wird, dann -eine Form mixt den mit dem Harz über- zogenem. Fasern füllen und diese unter Druck verdichten, wobei die Temperatur genügend erhöht wird,
damit das Harz aushärtet und dis Masse bindet. Dann wird die ge bundene Masse z. B. bis auf 800 -l000 C in :einer nicht oxydierenden Atmosphäre erhitzt, um das Bindemittel zu verkohlen.
Das Harz mag ein Phenolharz oder Fur- furylalkohol sein und .allgemein in einem flüchtigen Lösemittel, wie Propylalkohol, gelöst werden, das sich beim Härten des Harzes vor der Verdichtung verflüch- tigc.
Die Verdichtung der Fasern kann durch Schütteln vorgenommen werden, besonders, wenn sie sehr kurz .sind.
Das Erhitzen und Pressen kann gleichzeitig erfolgen. In den Gegenstand kann nach bekannten Verfahren noch Kohlenstoff eingelagert werden, um ihm Festigkeit zu verleihen und um seine Gasdurchlässigkeit zu ver ringern.
Nachstehend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. <I>Beispiel 1</I> Eine gewisse Menge Watte wurde durch langsames Erhitzen auf 1000 C in einem Stickstoffofen verkohlt und dann auf Zimmertemperatur abgekühlt.
Ungefähr 4 g des verkohlten Stoffes wurden mit un gefähr 1 g Phenolharz, :das in 40 cm3 Propylalkohol ge löst war, vermischt. Nach teilweisem Verdunsten des Alkohols wurde die Fasermasse mit :
einem Messer in kleine Stücke mit einigen mm Seitenabmessung zerklei- nert, worauf der restliche Alkohol zum Verdunsten ge bracht wurde. Ungefähr 0,
66 g des trockenen Stoffes wurden dann in eine Form mit einem Durchmesser von annähernd 16 mm gepackt und unter einem Druck von 6124 g auf 160 C erhitzt (die Form war mit einem Trennmittel vorher behandelt worden)
und schliesslich abgekühlt. Die erhaltene Tablette hatte eine Dichte von 0,36 g/cm3 und wurde in einer Stickstoffatmosphäre auf 920 C erhitzt, um das Harz zu verkohlen, und einer Behandlung mit Benzol unterworfen,
damit sich Kohlen stoff niederschlägt und in die Maise der Tablette ein- lagert. Dabei wurde per Stickstoff in-FForm von Blasen durch in einer im Wasserbade erhitzten Flasche enth:al- tenes Benzol geleitet und über die Tabletten geführt. Die Einzelheiten waren wie folgt.
EMI0002.0030
Dauer <SEP> der <SEP> Behandlung <SEP> Wasserbadtemperatur <SEP> Ofentemperatur
<tb> 16 <SEP> Std. <SEP> 200 <SEP> C <SEP> 830<B>0</B> <SEP> C
<tb> 5 <SEP> Std. <SEP> _ <SEP> 50<B><I>0</I></B> <SEP> C <SEP> 880<B>0</B> <SEP> C
<tb> - <SEP> - <SEP> \WZ <SEP> -Std. <SEP> 500 <SEP> C <SEP> 8600 <SEP> C Die endgültige Dichte des Musters betrug 1,61 g/cm3. Es isst zu bemerken,
dass beim Aushärten eine Druckbelastung gewählt werden musste, die einerseits keine -ungenügende Verdichtung ergab, anderseits aber die Kohlens:toffasern nicht vollständig in Pulver ver- wandelte.
<I>Beispiel 2</I> <I>Anwendung bei nuklearen Brennstoffen</I> Es waren Muster mit genauen Abmessungen in Form von Ringen und Scheiben aus äusserst dichten Ksshlen- sstoffasern mit einem bekannten Gehalt an nuklearem Brennstoff je Vo:lumeinheit (z. B.
U und Th) erforder lich. Zuerst wurde Raumwo:llscharpie durch Eintauchen in Uranylazetatlösung, gefolgt von einer Fällung des Urans mit Ammoniak, mit Uran gefärbt.
Nach dem Trocknen wurde die getränkte Baumwoll- fasermasse in Tablettenform gepresst, durch Erhitzen auf 10000 C verkohlt, während #sie von einer Graphitform gehalten und weiterhin :
gepresst wurde, und dann in der Form bei 8600C mit einerBenzol-Sticksltoffmischung be- handelt, bis sich die Koh lenstoffas@ern miteinander ver bunden hatten und sich ein Kohelnstoffniederschlag mit einer Dichte von ungefähr 1,
5 @g/em3 gebildet hatte. Die Muster wurden in einem Kernreaktor während 84 Stun den bestrahlt und auf Freiwerden gasförmiger Spaltpro dukte untersucht. Die freigewordene Menge war unter den obwaltenden Umständen nicht messbar, d. h. sie war ungewöhnlich klein, was selbstverständlich eine äusserst wünschbare Eigenschaft darstellt.
<I>Beispiel 3</I> 100 g Baumwollscharpie wurden gleichmässig mit 280 g einer wässerigen, 5 g Uranylnitrat enthaltenden Lösung durch und durch getränkt. Die ,durchtränkte Fa sermasse wurde in eine Kie:selsäureröhrcgebracht, durch das während 2 Stunden eine Mischung von Ammonik- gas und Rückstoff geleitet wurde.
Die Ammoniak/Stick- stoffniischung wurde dann durch Wasserstoff ersetzt, und die Röhre wurde langsam während 6 Stunden auf ungefähr 9500 C erhitzt, dann abgekühlt. Nach Erkalten der Röhre wurde .eine Lösung von 5 g eines Phenol harzes in 200 cm3 Propylalkohol in die Röhre gegossen,
und die verkohlte Fasermasse wurde bis zur völligen Durchnässung mit der Harzlösung kräftig beschütte lt. Dann wurde die Fasermasse sdem Rohr entnommen und ausgebreitet, woraauf man den Alkohol bei 600 C ver- dunsten liess. Die Fasermasse wurde dann in kleine Stücke zerkleinert, wovon ungefähr 0,
5 g in einer Me- tallform zu Scheiben von 1,59 am Durchmesser und 0,9 cm Dicke gepresst wurden. Unter Druck wurde die Scheibe auf 1800 C zum Aushärten des Harzes erhitzt. Nach Entnahme aus der Form wurde :
das Muster in Stickstoff gemäss Beispiel 1 verkohlt und während 90 Stunden :ebenfalls laut Beispiel 1 in Benzoldampf bei einer Ofentemperatur von 860 C und einer Wasserbud- teraperatur von 500C behandelt.
<I>Beispiel 4</I> 5,0 g der Faser/Harz-Masse aus Beispiel 3 wurden in eine ringföranige Pressform eingebracht, zu einem Ring von 2,5 cm Länge, 3,8 cm Aussen- und 2,
5 cm Innendurchmesser gepresst und in der festverschlosse- nen Form bei einer Temperatur von 180 C einer Wärmebehandlung-unterworfen. Das Muster wurde dann verkohlst und in einem Benzolofen unter den gleichen Bedingungen weiter behandelt wie in Beispiel 1.
Die Verfahren nach den Beispielen 2, 3 und 4 er-- lauben die Erzeugung eines einen Brennstoff :enthalten den Gegenstandes von beliebiger Gestalt, ,die,sich leicht durch Pressen erhalten lässt.
Es ergeben sich während der Verarbeitung verhältnismässig geringe Grössenver- änderungen, und die Gegenstände weisen daher einen genau bestimmten Gehalt an Uran je Volumeneinheit und genaue. Aussenabmnessungen auf. Die Gegenstände sind in ihrem Gefüge ähnlich denen des Beispieles 1 und haben gute spaltproduktbindende Eigenschaften.
Die Verfahren nach den Beispielen 1 und 3 erfor- dern verhältnismässi-g wenig Manipulationen mit fein gepulverlten Stoffeln, -die U 233 und Th enthalten, und schränken daher ,die Gefahrenfür die Gesundheit :ein.
Es ist noch zu bemerken, dass sich Faserlängen von höchstens 100 Mikron zur Ausführung der Erfindung am zweckmässigsten erwiesen haben.
Claims (1)
- PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Herstellung eines genau masshaltigen Gegenstandes mit einem Gefüge aus Kohlenstoffasern, dadurch gekennzeichnet, dass Kohlenstoffasern geringer Länge in einer Form verdichtet und während oder nach der Verdichtung in der Form miteinander verbunden werden.UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Fasern dadurch aneinander ge bunden werden, dass Kohlenstoff durch Pyrolyse eines -Kohlenwasserstoffgases innerhalb des Kohlenstoffasesr- gemenges in der Form niedergeschlagen wird. 2.Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Fasern durch ein Tränk- oder Klebmittel aneinander gebunden werden, das -darauf durch Hitze in Kohlenstoff verwandelt wird.3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, -dass die Fasern mit einem flüssigen, in der Wärme .aushärtenden Harz überzogen werden, das vor der Verdichtung der Fasern vorgehärte:t wird, dass ferner Beine Form mit den mit dem Harz überzogenen Fasern gefüllt wird und die Fasern unter Druck ver- dichtet werden, wobei die Temperatur zur Aushärtung des Harzes und zum Binden der Masse erhöht wird,und dass darauf die gebundene Masse auf 8000C bis<B>1000'C</B> in seiner nicht oxydierenden Atmosphäre zum Verkohlen :des Bindetnititels erhitzt wird.4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- ,kennzeichnet, dasss die Kohlens:toffasern in der Weise vorbereitet werden,dass eine beliebige Masse syntheti- scher oder natürlicher Fasern organischen Ursprunges verkohlt wird und die Fasern durch Niederschlagen aus seiner Gasatmosphäre leicht mit Kohlenstoff belegt wer- ,den, und dass die Masse klein zerstückelt wird,um den Fasern die gewünschte Länge zu geben. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Fasern eine Länge von 100 MQ- kron nicht überschreiten. 6.Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass Kohlenstoff in den Gegenstand ein gelagert wird, um ihn im wesentlichen undurchlässig für Gase zu machen.PATENTANSPRUCH 1I Verwendung des Verfahrens gemäss Patentanspruch I zur Herstellung eines Kernbrennstoffes, dadurch gekenn- meächnet, dass die zu verdichtenden Fasern mit einem Brennstoff belegt sind, der Atomenergie abgibt.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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