DE102005061814A1 - Kohlefaserpapier und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kohlefaserpapiers und dieses Kohlefaserpapier, das oxidierte Fasern als Ausgangsmaterial verwendet und durch Warmpressen ein oxidiertes Faservlies mit einer Dicke von 0,1 bis 20 mm und einem Gewicht von 5 bis 500 g/m·2· erzeugt. Danach wird das oxidierte Faservlies mit einem Hochmolekühlharz imprägniert, durch Warmpressen gehärtet und auf 700 bis 3000 DEG C karboniert. Dadurch wird ein poröses Kohlefaserpapier erhalten, das eine hohe Luftdurchlässigkeit, eine niedrige Leerstellenkonzentration, eine hohe Biegefestigkeit und einen niedrigen Oberflächenwiderstand aufweist und als poröse Kohleelektrode für Brennstoffbatterie geeignet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kohlefaserpapiers und dieses Kohlefaserpapier, das oxidierte Fasern als Ausgangsmaterial verwendet und durch Warmpressen ein oxydiertes Faservlies erzeugt. Danach wird das oxydierte Faservlies mit einem Hochmolekülharz imprägniert, durch Warmpressen gehärtet und karboniert. Dadurch wird ein poröses Kohlefaserpapier erhalten, das eine hohe Luftdurchlässigkeit, eine niedrige Leerstellenkonzentration, eine hohe Biegefestigkeit und einen niedrigen Oberflächenwiderstand aufweist.
  • Im Vergleich mit der Phosphorsäure-Brennstoffbatterie ist die poröse Kohleelektrode der Festkörper-Polymer-Brennstoffbatterie durch eine Gas- und Flüssigkeitsdurchlässigkeit, eine Stromleitfähigkeit, eine Festigkeit, eine Flexibilität und eine Kompressiblität gekennzeichnet. Um eine Miniaturisierung der Festkörper-Polymer-Brennstoffbatterie zu ermöglichen, muss die Elektrode in Form von einer Platte oder einem Papier ausgebildet sein.
  • Im Stand der Technik wird das Papierherstellverfahren verwendet, diese Kohleelektrode herzustellen. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Papier aus kurzen Kohlefasern erzeugt. Anschließend wird das Papier mit einem thermisch härtbaren Harz imprägniert, um das Papier zu härten. Danach wird eine Wärmebehandlung durchgeführt. Da die herkömmliche Elektrode eine große Dicke, eine schlechte Flexibilität und eine hohe Leerstellenkonzentration hat, tritt bei der Montage der Batterie oft ein Bruch der Elektrode auf. Zudem führt die hohe Leerstellenkonzentration zu einer schlechten Stromleitfähigkeit.
  • Aus dem japanischen Patent 7-142068 (1995) ist ein poröses Kohleelektrodensubstrat bekannt, dessen Eigenschaften durch die Zugabe einer kohlehaltigen gewälzten Faser verbessert wird. Dieses Substrat ist jedoch zu dick und hat somit eine unzureichende Flexibilität bei der Verwendung auf eine Festkörper-Polymer-Brennstoffbatterie.
  • Aus dem japanischen Patent 9-157052(1997) ist ein poröses Kohlesubstrat und dessen Herstellverfahren bekannt. Diese Elektrode weist eine niedrige Dichte und somit eine schlechte Stromleitfähigkeit auf.
  • Aus dem taiwanesischen Patent 489544 und dem amerikanischen Patent 6,713,034 (2004) ist ein poröses Kohleelektrodensubstrat für Brennstoffbatterie, das eine hohe Stromleitfähigkeit und Flexibilität aufweist, und dessen Herstellver fahren bekannt, das eine nasse Papierherstelltechnik verwendet. Hierbei werden zunächst die kurzen Kohlefasern in Wasser gelöst und vollständig verteilt. Anschließend werden sie mit kurzen Polyvinylalkohol(PVA)-Fasern, die als Bindemittel dienen, durchgemischt. Schließlich wird mit einer Pressmaschine ein Kohlefaserpapier erhalten. Das Kohlefaserpapier wird mit Phenolharz imprägniert, durch Pressen gehärtet und unter 1600-2000 °C karbonisiert. Dadurch wird ein poröses Kohlefaserpapier erhalten. Da dieses Kohlefaserpapier eine wirre Faserrichtung hat, ist seine Festigkeit in der vertikalen Richtung nicht ausreichend.
  • Aus diesem Grund hat der Erfinder in Anbetracht der Nachteile herkömmlicher Lösungen, basierend auf langjähriger Erfahrung in diesem Bereich, nach langem Studium, zahlreichen Versuchen und unentwegten Verbesserungen die vorliegende Erfindung entwickelt.
    •
  • Aufgabe der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Kohlefaserpapiers und dieses Kohlefaserpapier zu schaffen, das das oxidierte Faservlies mit Nadelwalzen behandelt, damit die Kreuzstellen der Fasern vermehrt und die Faserrichtung und Faserdichte verbessert werden, und dann mit einem Hochmolekülharz imprägniert, durch Warmpressen härtet und karbonisiert, wodurch ein Kohlefaserpapier erhalten wird, das eine hohe Luftdurchlässigkeit, eine niedrige Leerstellenkonzentration, eine hohe Biegefestigkeit und einen niedrigen Oberflächenwiderstand aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Kohlefaserpapiers gelöst, das folgende Schritte enthält:
  • Vliesbildung:
  • Die oxidierten Fasern werden gleichmäßig verteilt und mit Nadelwalzen behandelt, wodurch ein oxidiertes Faservlies erhalten wird, das eine Dicke von 0,01 mm bis 50 mm und ein Gewicht von 5 bis 600 g/m2 hat.
  • Imprägnieren mit Harz:
  • Das oxidierte Faservlies wird mit einem Hochmolekülharz imprägniert.
  • Härten durch Warmpressen:
  • Das imprägnierte oxidierte Faservlies wird auf 50 bis 300 °C erhitzt und warmgepresst, damit das Harz vollständig gehärtet wird und das oxidierte Faservlies eine Dicke von 0,1 bis 15 mm hat, wobei der Gehalt an oxidierte Fasern im Gesamtgewicht mindestens 60% beträgt,
  • Karbonisieren:
  • Das gehärtete oxidierte Faservlies wird unter einem Edelgas auf 700 bis 3000 °C karbonisiert.
  • Produkt:
  • Nach Karbonisieren wandeln die oxidierten Fasern in Kohlefasern und das Harz in ein kohlehaltiges Material, wodurch ein stromleitendes Kohlefaserpapier erhalten wird.
  • Das dadurch erhaltene Kohlefaserpapier besteht aus Kohlefasern und Hochmolekülharz, wobei die Kohlefasern einen Durchmesser von 5 bis 20 μm, eine Länge von 0,1 bis 15 cm und einen Sauerstoffindex von über 40 haben.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Flussbild eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 2 zeigt ein elektromikroskopisches Foto des Faservlieses nach der Nadelwalzenbehandlung.
  • 3 zeigt das gleiche Foto mit markierter Faserrichtung.
    •
  • Ausführungsbeispiel
  • 1 zeigt ein Flussbild des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Kohlefaserpapiers, das oxidiertes Faservlies als Ausgangsmaterial verwendet, das durch Wärmebehandlung von Polyacrylnitril(PAN)-, Asphalt-, Phenol- oder Zellstoffasern erhalten wird. Die handelsüblichen Brandschutzfasern aus PAN- und Phenolfasern werden bevorzugt. Insbesondere werden die oxidierten PAN-Fasern verwendet. Da die oxidierten Fasern eine Dichte von 1,2 bis 1,6 g/cm3 und einen Sauerstoffindex von über 40 haben, sind sie Brandschutzfasern mit hoher Festigkeit und Brandbeständigkeit und finden eine breite Anwendung auf Brandschutzkleidung. Durch die erfindungsgemäße Vliesbildungstechnik können eine gewünschte Dicke und Gewicht (pro Quadratyard) erhalten werden. Bei der Vliesbildung werden die oxidierten Fasern gleichmäßig verteilt. Durch Nadelwalzen wird das Vliesgewicht erhöht und die Vliesdicke gesteuert, wodurch die Kreuzstellen der Fasern vermehrt und die Faserrichtung und Faserdichte verbessert werden, so dass die Stromleitfähigkeit, die Biegefestigkeit, die Leerstellenkonzentration und die Luftdurchlässigkeit verbessert werden können.
  • Die obengenannten oxidierten Fasern haben einen Durchmesser von 5 bis 20 μm, eine Länge von 0,1 bis 15 cm und einen Sauerstoffindex von über 40. Um die Faserbindung der oxidierten Fasern zu erhöhen, kann dieses Faservlies mit einem Hochmolekülharz imprägniert werden, das ein thermoplastisches oder thermofixierendes Harz sein kann. Das Hochmolekülharz, das als Bindemittel verwendet wird, muss durch Warmpressen gehärtet werden. Gleichzeitig wird die gewünschte Vliesdicke erhalten. Anschließend werden das Faservlies auf 1000-3000 °C karbonisiert, wodurch ein Kohlefaserpapier erhalten wird.
  • Als Imprägnierharz kann Phenol-, Furan-, Polyimidharz usw. verwendet werden. Nach Imprägnieren werden die oxidierten Fasern durch Warmpressen gehärtet. Danach muss der Gehalt an die oxidierten Fasern mindestens 60% betragen.
  • Das Phenolharz wird nicht nur als Ausgangsstoff bei der Herstellung von Kunstgraphit verwendet, findet auch eine breite Anwendung auf die Herstellung von kohlehaltigem Material. Das Harz dient hauptsächlich zum Binden der Fasern und wird auch als wärme- und stromleitendes Medium verwendet. Bei Karbonisieren wandeln die oxidierten Fasern in Kohlefasern um. Gleichzeitig wird das Harz zersetzt und entweicht, wodurch die Leerstellen entstehen, so dass die Wasser- und Luftdurchlässigkeit erhöht wird.
  • Nach Imprägnieren und Härten besitzt das oxidierte Faservlies vorzugsweise einen Harzgehalt von 0,01 bis 50 Gewichts-%, insbesondere 0,2 bis 40 Gewichts-%. Da die Stromleitfähigkeit des Harzes nach Karbonisieren reduziert wird, beträgt der Harzgehalt in Hinsicht auf die Festigkeit, die Stromleitfähigkeit und die Formänderungsfestigkeit vorzugsweise 0,2 bis 30 Gewichts-%.
  • Das Härten erfolgt vorzugsweise unter einer Temperatur von 70 bis 300 °C in einer Zeitdauer von 0,5 Minuten bis 12 Stunden, damit das Harz vollständig gehärtet wird.
  • Das Karbonisieren erfolgt vorzugsweise unter einer Temperatur von 1000 bis 3000 °C. Dabei werden die oxidierten Fasern und das Harz beide chemisch verändert. Die oxidierten Fasern wandeln in Kohlefasern um. Das Harz wird karbonisiert und erhält somit eine Stromleitfähigkeit. Je höher die Temperatur der Karbonisierung ist, desto besser ist die Stromleitfähigkeit des Produktes.
  • Bei der Verwendung als poröses Kohleelektrodensubstrat für Brennstoffbatterie muss das Faservlies eine Dicke von 0,1 bis 15 mm, vorzugsweise 0,1 bis 6 m, haben. Wenn die Dicke kleiner ist als 0,1 mm, ist die Festigkeit in der Dickenrichtung sehr klein. Wenn die Dicke größer ist als 10 mm, hat der Verbund der Brennstoffbatterie eine große Dicke.
  • Um die Stromleitfähigkeit zu erhöhen, können beim Imprägnieren stromleitende Materialien, wie Ruß, Graphitpulver, zwischenphasiges Asphaltpulver, gasphasig gewachsene Kohlefaser, Nanometerkohlerohr usw., in das Harz eingemischt werden. Der Gehalt an diese stromleitenden Materialien im Harz beträgt vorzugsweise 0,1 bis 20 Gewichts-%. Wenn der Gehalt niedriger ist als 0,1 Gewichts-% ist die Erhöhungswirkung der Stromleitfähigkeit klein. Wenn der Gehalt höher ist als 20 Gewichts-%, steigen die Herstellkosten.
  • Nachfolgend werden die Messeinrichtung für Kohlefaserpapier und deren Verfahren beschrieben:
  • Dichtemessung:
  • Accupyc 1330 Pycnometer
  • Die getrocknete Probe wird in den Behälter des Messers gegeben und gewogen. Ein Hochdruckhelium wird dem Messer zugeführt, bis der Gleichgewichtszustand erreicht wird. Mit einer Formel (PV = nRT) kann das Volumen der Probe erreicht werden, so dass ein Mittelwert der Dichte der Probe erhalten wird.
  • Leerstellenmessung:
  • Die Leerstellen enthalten offene und geschlossene Leerstellen. Nach der Testmethode ASTM D-570 wird die Probe in einem Ofen unter der Temperatur von 50 ± 3 °C für 24 Stunden getrocknet. Anschließend wird die Probe gekühlt und gewogen, wodurch ein Gewicht W1 erhalten wird. Danach wird die Probe in eine Entionisierungslösung gebracht und bleibt dort für 24 Stunden. Dann wird die Probe trocken gewischt und gewogen, wodurch ein Gewicht W2 erhalten wird. Leerstellenkonzentration(%) = [(W2 – W1)/W2] × 100
  • Biegefestigkeitsmessung:
  • Das Messgerät CY-6040A8 von der Firma Chun-Yen Precision Machinery Co. wird verwendet.
  • Testbedingung: Dreipunktbelastung nach ASTM-D790
    • Spannkopfgeschwindigkeit = 0,5 mm/min
  • Biegefestigkeit
  • Elastizitätsmodul
    • P/d:
      S-S Anfangssteilheit der Kurve
      Pmax:
      Maximalbelastung
      L:
      Brückenabstand
      b:
      Breite der Probe
      t:
      Dicke der Probe
  • Oberflächenwiderstand:
  • Das Messgerät Loresta GP Model MCP-T600 wird verwendet.
  • Nach der Norm JIS K 7194 wird eine Vierpunktsonde verwendet, die eine Abmessung von 80 × 50 mm und eine Dicke von unter 200 mm hat.
  • Zunächst wird die Probe ausgeschnitten und mit der Vierpunktsonde gemessen, wodurch ein Oberflächenwiderstandswert erhalten wird.
  • Oberflächenwiderstand:
    • ρs = V/I × RCF(RCF: Korrekturbeiwert)
  • Nachfolgend werden Beispiele der Erfindung beschrieben:
  • Beispiel 1
  • Aus den oxidierten PAN-Fasern (von der Firma Toho Rayon, Japan), die einen Durchmesser von 13-15 μm und eine Länge von 65 mm haben, wird durch Nadelwalzen ein oxidiertes Faservlies hergestellt, das einen Sauerstoffindex von 50-60 und eine Dicke von 1,5 mm hat.
  • Das oxidierte Faservlies wird mit Phenolharz (Typ PF-650 der Firma Chang Chun Kunstfaser, Taiwan) imprägniert. Nach Imprägnieren wird das oxidierte Faservlies unter 70 °C für 15 Minuten getrocknet. Anschließend wird es unter 170 °C gereift und mit Warmpressen für 15 Minuten behandelt, um das Harz zu härten. Der Gehalt an die oxidierten Fasern im Gesamtgewicht beträgt 99,7 Gewichts-%. Danach wird das oxidierte Faservlies unter Stickstoff auf 1300 °C karbonisiert, wodurch ein poröses Kohlefaserpapier mit einer Dicke von 0,67 mm erhalten wird. Die Eigenschaften dieses Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Das dadurch erhaltene poröse Kohleelektrodensubstrat weist eine gute Luftdurchlässigkeit, Biegefestigkeit und Stromleitfähigkeit auf.
  • Beispiel 2
  • Das Imprägnieren und Härten des oxidierten Faservlieses erfolgen wie Beispiel 1. Nach Härten wird das oxidierte Faservlies unter Stickstoff auf 2500 °C karbonisiert. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Da die Temperatur der Karbonisierung erhöht wird, hat das poröse Kohleelektrodensubstrat eine gute Stromleitfähigkeit und auch eine gute Luftdurchlässigkeit und Leerstellenkonzentration.
  • Beispiel 3
  • Das Imprägnieren und Härten des oxidierten Faservlieses erfolgen wie Beispiel 1. Der Harzgehalt wird auf 30 Gewichts-% erhöht. Nach Härten wird das oxidierte Faservlies unter Vakuum bis 1300 °C karbonisiert. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Da der Harzgehalt erhöht wird, hat das poröse Kohleelektrodensubstrat eine gute Biegefestigkeit und auch eine gute Luftdurchlässigkeit und Leerstellenkonzentration.
  • Beispiel 4
  • Das oxidierte Faservlies im Beispiel 1 wird verwendet. In das Phenolharz wird 10 Gewichts-% Ruß (Typ N-660 der Firma Korea Steel Chemical, Korea) eingemischt. Anschließend werden das Imprägnieren und das Härten wie im Bei spiel 1 durchgeführt. Danach wird das oxidierte Faservlies auf 1300 °C karbonisiert. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Durch die Zugabe von Ruß hat das poröse Kohleelektrodensubstrat eine bessere Biegefestigkeit und auch eine gute Luftdurchlässigkeit und Leerstellenkonzentration.
  • Beispiel 5
  • Das oxidierte Faservlies im Beispiel 1 wird verwendet. In das Phenolharz werden 5 Gewichts-% gasphasig gewachsene Kohlefasern (Typ Pyrograf-IIITM der Firma Applied Science, USA) eingemischt. Nach Durchmischen mit dem Harz werden das Imprägnieren und das Härten durchgeführt. Danach wird das oxidierte Faservlies auf 1300 °C karbonisiert. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Durch die Zugabe von gasphasig gewachsenen Kohlefasern hat das poröse Kohleelektrodensubstrat eine gute Stromleitfähigkeit und Leerstellenkonzentration.
  • Beispiel 6
  • Das oxidierte Faservlies im Beispiel 1 wird verwendet. In das Phenolharz wird 10 Gewichts-% Asphaltpulver (Typ GCSMB der Firma Chinese Steel Carbon Chemical, Taiwan) eingemischt. Nach Durchmischen mit dem Harz werden das Imprägnieren und das Härten durchgeführt. Danach wird das oxidierte Faservlies auf 1300 °C karbonisiert. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Durch die Zugabe von Asphaltpulver hat das poröse Kohleelektrodensubstrat eine gute Leerstellenkonzentration, Stromleitfähigkeit und Luftdurchlässigkeit.
  • Beispiel 7
  • Das oxidierte Faservlies im Beispiel 1 wird verwendet. Die Dicke des oxidierten Faservlies wird auf 0,5 mm reduziert. Die Herstellung des Kohlefaserpapiers erfolgt wie im Beispiel 1. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Durch die Veränderung der Dicke des oxidierten Faservlieses hat das poröse Kohleelektrodensubstrat eine gute Biegefestigkeit, Luftdurchlässigkeit und Leerstellenkonzentration.
  • Beispiel 8
  • Das oxidierte Faservlies im Beispiel 1 wird verwendet. Als Imprägnierharz wird das thermoplastische Polyimidharz (Typ 5292 der Firma Ciba-Geigy, USA) verwendet. Die Herstellung des Kohlefaserpapiers erfolgt wie im Beispiel 1. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Durch die Veränderung der Dicke des oxidierten Faservlieses hat das poröse Kohleelektrodensubstrat eine gute Biegefestigkeit, Stromleitfähigkeit, Luftdurchlässigkeit und Leerstellenkonzentration.
  • Beispiel 9
  • Das oxidierte Faservlies im Beispiel 1 wird verwendet. Das oxidierte Faservlies wird zunächst unter Stickstoff auf 1000 °C karbonisiert und dann wie im Beispiel 1 imprägniert und gehärtet. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Das poröse Kohleelektrodensubstrat hat eine gute Stromleitfähigkeit und Luftdurchlässigkeit.
  • Beispiel 10
  • Das oxidierte Faservlies wird unter Stickstoff auf 1300 °C karbonisiert und dann wie im Beispiel 1 imprägniert und gehärtet. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Das poröse Kohleelektrodensubstrat hat eine gute Stromleitfähigkeit, Biegefestigkeit und Luftdurchlässigkeit.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Das oxidierte Faservlies im Beispiel 1 wird verwendet. Nach Imprägnieren und Härten wie im Beispiel 1 wird das oxidierte Faservlies unter Stickstoff auf 600 °C karbonisiert. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Das poröse Kohleelektrodensubstrat hat eine schlechte Biegefestigkeit und Stromleitfähigkeit.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Das oxidierte Faservlies im Beispiel 1 wird verwendet. Nach Imprägnieren und Härten wie im Beispiel 1 wird das oxidierte Faservlies unter Stickstoff auf 1000 °C karbonisiert. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Das poröse Kohleelektrodensubstrat hat eine schlechte Stromleitfähigkeit.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Das oxidierte Faservlies im Beispiel 1 wird verwendet. Nach Imprägnieren wie im Beispiel 1 wird das oxidierte Faservlies nur mit einer Wärme (ohne Pressen) für 15 Minuten behandelt, um das Harz zu härten. Danach wird das oxidierte Faservlies unter Stickstoff auf 1300 °C karbonisiert. Die Eigenschaften des dadurch erhaltenen Kohlefaserpapiers sind in der Tabelle 1 dargestellt. Das poröse Kohleelektrodensubstrat hat eine zu hohe Luftdurchlässigkeit.
  • Bei der Vliesbildung der Erfindung werden die oxidierten Fasern gleichmäßig verteilt. Durch Nadelwalzen wird das Vliesgewicht erhöht und die Vliesdicke gesteuert, damit die Kreuzstellen der oxidierten Fasern vermehrt und die Faserrichtung und Faserdichte verbessert werden. 2 zeigt ein elektromikroskopisches Foto des Faservlieses nach der Nadelwalzenbehandlung. In 3 ist die Faserrichtung gekennzeichnet. Aus 2 und 3 ist zu entnehmen, dass die Kreuzungsstellen der oxidierten Fasern durch die Nadelwalzenbehandlung vermehrt werden, so dass die Faserrichtung und die Faserdichte verbessert werden.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass das erfindungsgemäße Kohlefaserpapier hohe Luftdurchlässigkeit, niedrige Leerstellenkonzentration, hohe Biegefestigkeit und niedrigen Oberflächenwiderstand erreichen kann. Tabelle 1: Physikalische Eigenschaften der Kohleelektrode
    Figure 00090001
    Bemerkung: Bsp: Beispiel; Vsp: Vergleichsbeispiel
  • Oberflächenwiderstand, Flächenwiderstand; Einheit: Ω/sq, Ω/⎕. Definition: Verhältnis zwischen dem Gleichspannungsabfall pro Längeneinheit und dem Stromfluss pro Breiteneinheit auf der Oberfläche. Der Widerstandswert ist von der der Quadratgröße unabhängig.

Claims (19)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Kohlefaserpapiers, enthaltend folgende Schritte: Vliesbildung: Die oxidierten Fasern werden gleichmäßig verteilt und mit Nadelwalzen behandelt, wodurch ein oxidiertes Faservlies erhalten wird, das eine Dicke von 0,01 mm bis 50 mm und ein Gewicht von 5 bis 500 g/m2 hat. Imprägnieren mit Harz: Das oxidierte Faservlies wird mit einem Hochmolekülharz imprägniert. Härten durch Warmpressen: Das imprägnierte oxidierte Faservlies wird auf 50 bis 300 °C erhitzt und warmgepresst, damit das Harz vollständig gehärtet wird und das oxidierte Faservlies eine Dicke von 0,1 bis 15 mm hat, wobei der Gehalt an die oxidierten Fasern im Gesamtgewicht mindestens 60% beträgt, Karbonisieren: Das gehärtete oxidierte Faservlies wird unter einem Edelgas auf 700 bis 3000 °C karbonisiert, Produkt: Nach Karbonisieren wandeln die oxidierten Fasern in Kohlefasern und das Harz in ein kohlehaltiges Material, wodurch ein stromleitendes Kohlefaserpapier erhalten wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierte Faservlies aus PAN-, Asphalt-, Phenol- oder Zellstoffasern durch Wärmebehandlung hergestellt ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oxiderte Faservlies aus PAN-Fasern bevorzugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierten Fasern eine Dichte von 1,2 bis 1,6 g/cm3 und einen Sauerstoffindex von über 40 haben.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierten Fasern einen Durchmesser von 5 bis 20 μm, eine Länge von 0,1 bis 15 cm und einen Sauerstoffindex von über 40 haben.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochmolekülharz ein thermoplastisches oder thermofixierendes Harz ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochmolekülharz Phenol-, Furan- oder Polyimidharz ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Harzgehalt des imprägnierten oxidischen Faservlieses 0,2 bis 40 Gewichts-% beträgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Härten unter einer Temperatur von 70 bis 300 °C in einer Zeitdauer von 0,5 Minuten bis 12 Stunden erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das imprägnierte oxidierte Faservlies nach Warmpressen beim Härten eine Dicke von 0,1 bis 6 mm hat.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Imprägnieren in das Harz stromleitende Materialien, wie Ruß, Graphitpulver, zwischenphasiges Asphaltpulver, gasphasig gewachsene Kohlefaser, Nanometerkohlerohr usw., eingemischt werden können, um die Stromleitfähigkeit zu erhöhen.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an die stromleitenden Materialien im Harz 0,1 bis 20 Gewichts-% beträgt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Edelgas beim Karbonisieren Stickstoff verwendet wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierte Faservlies zunächst auf 400 bis 3000 °C karbonisiert und dann imprägniert und gehärtet wird.
  15. Kohlefaserpapier, das aus Kohlefasern und Hochmolekülharz besteht, wobei die Kohlefasern einen Durchmesser von 5 bis 20 μm, eine Länge von 0,1 bis 15 cm und einen Sauerstoffindex von über 40 haben.
  16. Kohlefaserpapier nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das oxidierte Faservlies aus PAN-, Asphalt-, Phenol- oder Zellstoffasern durch Wärmebehandlung hergestellt ist.
  17. Kohlefaserpapier nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die oxidierten Fasern eine Dichte von 1,2 bis 1,6 g/cm3 haben.
  18. Kohlefaserpapier nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochmolekülharz ein thermoplastisches oder thermofixierendes Harz ist.
  19. Kohlefaserpapier nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochmolekülharz Phenol-, Furan- oder Polyimidharz ist.
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