DE2026070A1 - Kohlenstoffhaltiges nichtgewebtes Tuch - Google Patents
Kohlenstoffhaltiges nichtgewebtes TuchInfo
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Description
DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 2026070
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT
MÖNCHEN HAMBURG
TELEFON: 555476 8000 MO N CH E N 15, 'S / \Q7f\
TELEGRAMMe=KARPATENT nussbaumstrasseio . ■ "
W. H 819/70 - Ko/B
Kurβha Kagaku, Kogyo KK.,
Tokyo / Japan
Die Erfindung betrifft niohtgewebte Tücher, die
praktisch lediglich aus einem Kohlenstoffmaterial aufgebaut
sind, welohe durch Verbindung kohlenstoffhaltiger
Fasern mit einem Binder und ansohliessendes Brennen hergestellt
sind.
Die Erfindung betrifft insbesondere niohtgewebte Tücher, die praktisoh lediglich aus kohlenstoffhaltigem
Material aufgebaut sind, welohes duroh Verbinden τοη sogenannten
kohlenstoffhaltigen Fasern, wie gerußten Fasern, Kohlenstoff»lern oder Gtraphitfasern mit einer Länge
von mehr als 1 mm mit einem Binder in der gewünsohten Menge hergestellt sind, obwohl das Verfahren eur Ausbildung
der Bahn der Fasern entsprechend der Länge der ™ Fasern und der Stärke der nichtgewebten Tücher gemäß der
Erfindung variiert werden kann, worauf dann ansohlieaaend das Material in einer Atmosphäre, die industriell vorliegt,
gebrannt wird.
In allgemeinen werden kohlenstoffhaltige Fasern oder Kohlenstoffasern duroh Carbonisierung oder Verkohlung
von Fasern, wie Eayonfasern oder Aorylnltrllfasern, duroh Brennen derselben bei einer geeigneten Temperatur
hergestellt und deshalb ist es im Fall der Herstellung
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Ton verarbeiteten Gegenständen aus kohlenstoffhaltigen
Fasern, wie Spinngarnen, Tüchern und niohtgewebten Tüchern,
notwendig, die Rohfasern ao wie die Rayonfasern oder Polyacrylfasern in den verarbeiteten Gegenstand, herzustellen
und dann den Gegenstand zu verkohlen oder zu carbonisieren. Jedoch ist bei diesen üblichen Verfahren
die Wirksamkeit der Verkohlung oder Carbonisierung sehr niedrig (20 bis 4O#) und der Gewicht»verlust und die
Änderung des Durchmessers der Fasern sind bemerkenswert. Selbst wenn deshalb ein Binder zur Herstellung derartiger
verarbeiteter kohlenstoffhaltiger Gegenstände verwendet wird, geht die Bindekraft des Binders während der Verkohlung
oder Carbonisierung verloren und die Herstellung von kohlenstoffhaltigen oder verkohlten niohtgewebten
Tüchern nlt ausreichender Festigkeit wird unmöglich·
Im Rahmen der Erfindung wurden Verfahren zur Herstellung von nichtgewebten kohlenstoffhaltigen Tüchern
untersucht, indem direkt kohlenstoffhaltige Fasern verarbeitet wurden, ohne daß die vorstehend aufgeführten
Fehler auftraten, jedoch zeigten sieh verschiedene Schwierigkeiten,
da die herzustellenden Materialien aus kohlenstoffhaltigen Fasern bestanden·
Da kohlenstoffhaltige Fasern oder Kohlenstoffatom
eine hohe Steifigkeit besitzen und daä®r leicht brechen, treten Störungen bei der Bildung einer Bahn aus derartigen kohlenstoffhaltigen Fasern auf« Fall® die Bahn des
kohlenstoffhaltigen Fasermaterials nach einem Trockenverfahren
oder einem bauverfahren hergestellt wird, liegt
der grundsätzliche Gesichtspunkt in der Art und Wals®
der öffnung der Fasern und dies® Schwierigkeiten wuriem
überwunden, indem ein Zylinder eines Hoehgeaeliwindig·-
keitsgasstromes zur Faseröffnuiig angewandt wurd® (Japan!-»
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eohe Patentveröffentlichung 2933/'69).
Darüber hinaus ist es notwendig sur Herstellung τοη
nichtgewtbten Tüohern, daß die auf die vorstehende Weise
geöffneten kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kohlenstofffasern su einem Tuoh mit der gewünschten Stärke und der
geeigneten Form nach einem Trockenverfahren oder Haßverfahren verarbeitet werden und mittels eines Binders verbunden werden, daß anschließend der Binder verkohlt oder
oarbonisiert wird.
1st Fall der Verbindung von kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kobienetoffasern mit einem Binder nach dem Eintauohverfahren
kann ein Verfahren angewandt werden, bei dem der Binder in einer wäßrigen Dispersion einer Aufschlämmung der kohlenstoffhaltigen Fasern gelöst oder dispergiert
ist, so daß die Fasern mit dem Binder verbunden werden. Die ansohliessend an das Bindeverfahren auftretende
Carbonisierung oder Verkohlung wird im allgemeinen duroh eine Wärmebehandlung der duroh den Binder verbundenen Fasern
bei hoher Temperatur in einem Inertgas durchgeführt, jedoch ist es in diesem Fall günstig, die Wärmebehandlung
bei einer Temperatur so niedrig wie möglioh und in einer
industriell günstigen Atmosphäre, beispielsweise während eines kursen Zeitraumes in Luft, durchzuführen«
Für den sur Herstellung der kohlenstoffhaltigen niohtgewebten
Tüoher oder Kohlenstofftüoher verwendeten Binder
ist es notwendig, daß er ein ausreichendes Ausmaß der
Affinität für die kohlenstoffhaltigen Fasern hat, wenn der Binder im festen, geschmolzenen oder Lusungseustand vorliegt,
der Binder eine ausreichende Wirkung als Binder für kohlenstoffhaltige Materialien hat sowie eine ausgeprägte
Bindefestigkeit aufweist, nachdem er carbonisiert oder
verkohlt ist oder während der Verkohlung. Weiterhin gibt
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ββ Im Fall der schnellen Carbonisierung dee Binders bei
einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur zwei Arten ▼on Bindern, d.h. einen Binder, der über einen Zustand
eines Peohes mit einer verhältnismäßig niedrigen Viskosität
oarbonisiert oder verkohlt wird, und eines Binders, der direkt ohne einen derartigen pechartigen Zustand
oarbonisiert oder verkohlt wird. Wenn jedoch allgemein ein Binder im pechartigen Zustand vorliegt, ist es
schwierig, eine ausreichende Bindung von kohlenstoffhaltigen Fasern zu erreichen und die Form der verbundenen Fasern
stabil su halten, wodurch es schwierig wird, eine ausreichende Dimensionsfestigkeit des Fertigproduktes ssu
erhalten. Deshalb sind Binder, die ohne Durchgang durch einen pechartigen Zustand carbonislert oder verkohlt werden,
für kohlenstoffhaltige Fasern oder Kohlenstoffasern weit mehr tu bevorsugen.
Weiterhin hängen auch die Art und die Eigenschaften der kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kohlenstoffasern von
den Bedingungen ihrer Herstellung ab, beispielsweise beginnen sie eine Umsetzung hinsichtlieh des Gewichtes oder
der Denaturierung durch Oxydation in Luft, und deshalb let ein Binder, welcher vollständig in Luft bei einer verhält
niemäßig niedrigen Temperatur von 400 bis 5000C oarbonisiert
oder verkohlt werden kann, mit einem ausgeprägten wirtschaftlichen Effekt oinsueetsen« Falls natürlich eine
Graph!tieierung erfordert wird, kann der Binder auch bei
einer ausreichend hohen Temperatur väraebehandelt werden«
Infolge von zahlreichen Versuchen wurde nun festgestellt,
dafi ein Polymeres aus Vinylidenohlorld, Vinylidenfluorid,
Vinylchlorid oder Acrylnitril oder ein Copolymeree, das hauptsächlich aus den vorstehende» Monomeren
aufgebaut ist, ein thermoplastisches Harz, wie Polyvinyl-
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alkohol oder ein Derivat hiervon oder «in wärmehärtbare·
Harz, wie ein Phenolharz, ein Epoxyharz, ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Furanharz oder «in PoIydivinylbenzolharz
zufriedenstellend die vorstehenden Bedingungen als Binder für kohlenstoffhaltige Fasern oder
Kohlenstoffasern erfüllen und kohlenstoffhaltige niohtgewebte
Tücher oder niohtgewebte Kohlenstofftücher ergeben, wenn die kohlenstoffhaltigen Fasern oder die Kohlenstofffasern
mit einem derartigen Binder naoh dem Eintauohverfahren oder nach dem Aufsprühverfahren unter Anwendung
der vorstehenden hoohaolekularen Materialien in einem Zu- %
stand der Lösung derselben mit einer geeigneten Konzentration oder in einem Zustand des Latex imprägniert werden
und ansohließend das System in eiern Zustand verkohlt oder
oarbonisiert wird, wo der Binder eine ausreichende Bindekraft zeigt»
Die auf diese Weise hergestellten kohlenstoffhaltigen
nichtgewebten Tüoher oder nichtgewebten Kohlenstofftücher können nicht nur als Värmeisoliermaterial, Verpackungsmaterial
oder Filter verwendet werden, sondern auoh als elektrische Heizelemente, Elektroden und Überzugsmaterialien
für antistatische Zwecke unter Ausnützung der Leitungseigenschaften·
Λ
Beispiel 1 . "
Ein Bündel von etwa to 000 kohlenstoffhaltigen Fasern
oder Kohlenstoffasern jeweils mit einem Durchmesser von β XL und einer Länge von 7 om wurde zu Fasern naoh
dem Öffnungsverfahren unter Anwendung des vorstehend abgehandelten Faseröffnungszylinder mit einem Hoehgeschwindigkeitsgasstrom
geöffnet und anschließend die Fasern zu einem wahllos verteilten Gewebe mit einer Stärke
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Ton 200 g/οβ mittelseines Cyolonsysternes verarbeitet·
Die Bahn wurde in eine 4#ige Lösung von Polyvinylidenfluorid
in Dimethylaoeton eingetaucht, um die Faserbahn
ait dem Binder in einem Verhältnis von etwa 3 Gew.-^o zu
verbinden und dann wurde die auf diese Weise mit dem Binder imprägnierte Bahn bei einer Temperatur von 55O0C
in Stickstoffatousphäre gebrannt, iiaoh dem vorstehenden
Verfahren wurde ein ganz ausgezeichnetes kohlenstoffhaltiges Tuohmaterial erhalten« Durch die ohemiache Analyse
wurde festgestellt, daß etwa 99# dee Binders verkohlt
oder oarbonisiert waren.
Ein Bündel von kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kohlenstoffasern,
wie in Beispiel 1, wurde zu einer Länge von etwa 3 cm geschnitten und nach der Öffnung nach dem gleichen
Verfahren, wie in Beispiel 1, wurden die Fasern zur einer Bahn mit etwa 50 g/on mittels des Kondensator-Zylinder-Systems
verarbeitet. Weiterhin wurde ein Copolymere β aus Vinilidenchlorid und Vinylchlorid mit einem Gewiohtsverhältnis
von 70/30 in !tetrahydrofuran in einer Menge von 2£ gelöst. Die auf diese Weis· hergestellte Lösung
wurde auf die Bahn nach dem Aufsprühverfahren unter solchen Bedingungen aufgetragen, daS der Anteil des auf
die Bahn aufgetragenen Copolymeren aus Vinylidenchlorid und Vinylchlorid etwa A&, bezogen auf das Gewioht der Bahn,
betrug, worauf dann dl· den Binder enthaltende Bahn bei einer Temperatur von etwa 7000C in einer Stickstoff atmosphäre
sur Carbonisierung oder Verkohlung des Binders wämebehandelt wurde, wodurch ein kohlenstoffhaltiges
niohtgewebtes Tuch oder niohtgewebtes Kohlenstofftuch er-
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halten wurde, worin der Binder praktisch Tollständig
oarboniaiert oder verkohlt war.
B«ispiel 3
Ein Bündel τοη kohlenstoffhaltigen Fasern oder
Kohlenetoffaeern alt jeweils einen Durchmesser von 7 M
wurde zu einer Länge τοη etwa 5 mm ge schnittt η und wurde
mittels der in Beispiel 1 eingesetzten Faseröffnungsmasohine
geöffnet und die Fasern zu einem nichtgewebten
Tuoh nach dem sogenannten Naßverfahren unter Anwendung einer wäßrigen Dispersion τοη etwa 10 Gew.-^b eines Latex aus einem Copolymeren τοη Vinylidenchlorid und Vinylchlorid
in einem Gewiohtsverhältnia rom -0/20 verarbeitet.
Das Produkt bestand aus einem papierartigsn nichtgewebten
Material von hoher Gleichmäßigkeit alt einem Wert von etwa 10 g/om . Durch Wäreebehandlung des niohtgewebten Tuches
bei einer Temperatur von 380"Π in Luft wurde ein kohlenstoffhaltiges
nlohtgewebtes Tuoh oder ein niehtgswebtes
Kohlenstofftuoh mit hoher Einheitlichkeit und hoher Dichte erhalten·
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Claims (3)
1. Niohtgewebtee kohlenstoffhaltiges Tuch, her«
gestellt durch Verbindung von kohlenstoffhaltigen Fasern
oder Kohlenstoffasern unter Anwendung eines Binders
aus eineβ hochmolekularen Material, welches keinen
pechartigen geschmolzenen Zustand während des Verbrennens
zeigt9 und anschlieBeendea Brennen des Systems.
2. Niohtgewebtee Tuch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Material von hohem Molekulargewicht aus Polyvinylidenfluorid besteht,
3. liohtgewebtes Tuch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Material von hohem Molekulargewicht aus einem Copolymeren von Vinylidenchlorid und
Vinylchlorid besteht.
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