DE2027130A1 - Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- und Graphitfilz - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- und Graphitfilz

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DE2027130A1 DE19702027130 DE2027130A DE2027130A1 DE 2027130 A1 DE2027130 A1 DE 2027130A1 DE 19702027130 DE19702027130 DE 19702027130 DE 2027130 A DE2027130 A DE 2027130A DE 2027130 A1 DE2027130 A1 DE 2027130A1
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Peter-Ludwig Dipl.-Ing. Dr.; Pongratz Willibald; 8901 Meitingen; Schnappauf Manfred 8906 Gersthofen Reiser
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Sigri Elektrographit Gmbh, 8901 Meitingen
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Description

SIGRI ELEKTROGRAPHIT GMBH Meitingen bei 2. JUJfl fl
Augsburg, den
7 0/16
Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- und Graphitfilz
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- und Graphitfilzen durch kontinuierliches oder stufenweises Erhitzen von Filzen aus polymeren Kunststoffen oder natürlichen Fasern in inerter oder reduzierender Atmosphäre.
Als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Kohlenstoff— und Graphitfilzen sind zahlreiche natürliche und künstliche Faserstoffe, wie z.B. V/olle, Zellwolle, Polyacrylnitril und Polyester, bekanntgeworden. Die in Form von gewalkten oder genadelten Filzen vorliegenden Ausgangsmaterialien werden einer Pyrolyse unterworfen, wobei zunächst durch Zyklisierungs- und Dehydrierungsreaktionen vernetzte Molekülanordnungen entstehen. "Der ersten Pyrolysestufe im Temperaturbereich zwischen etwa 80 und 3000C folgt eine Karbonisierungsstufe, die bis etwa 1000 bis 12000C reicht, und durch weiteres Erhitzen bis auf etwa 3000°C kann der karbonisierte Filz in Graphit umgewandelt werden. Die Temperaturbehandlung erfolgt kontinuierlich oder stufenweise·
Kohlenstoff- und Graphitfilze werden vorzugsweise für thermische Isolationen, Filter, Katalysatorträger und kunstharzimprägniert zur Auskleidung von chemischen Apparaten verwendet. Die geringe mechanische Festigkeit von Kohlenstoff- und
BADORiQINAL
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Graphitfilzen erschwert jedoch ihre Handhabung und häufig sind aufwendige Stützkonstruktionen notwendig, die zudem wegen schlechterer Korrosionsund Temperaturbeständigkeit die Verwendung von Filzen einschränken.
Nach dem englischen Patent 1.110.791 ist es bekannt, die Festigkeit von Kohlenstoff- und Graphit-Fäden durch Streckung während der Temperaturbehandlung zu erhöhen. An den Fäden angelegte Zugspannungen bewirken eine Orientierung der Fasermoleküle in der Spannungsrichtung, wodurch Reißfestigkeit und Elastizitätsmodul zunehmen. Filze bestehen jedoch aus lockeren,' weitgehend ungeordneten Vliesen, die unter Zugspannungen zerfasern und bei der Herstellung von Kohlenstoff- und Graphitfilzen wurden entsprechend durch geeignete Vorrichtungen, wie etwa Siebbänder, Zugbeanspruchungen während der Temperaturbehandlung vermieden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanische Festigkeit von Kohlenstoff- und Graphitfilzen zu verbessern, ohne.dabei die Wärmeleitfähigkeit durch Verdichtung der Filze zu erhöhen.
Die Aufgabe nach der Erfindung wird überraschend dadurch gelöst, daß Filze während der Temperatur- _ behandlung unter Zugspannungen gehalten werden. Die angelegten Zugspannungen betragen gemäß der Erfindung 25 bis 75 % der Zugfestigkeit im jeweiligen Temperaturbereich. Nach der Erfindung ist es vorteilhaft, Filze in einem Abschnitt der Tempe-
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raturbehandlung, also im Bereich der Zyklisierungs— und Dehydrierungsreaktionen oder im Karbonisierungs- oder Graphitierungsbereich, Zugspannungen auszusetzen. Nach der Erfindung sind Temperaturen zwischen 200 und 3000C, zwischen 300 und 1000°Cund zwischen 1000 und 30000C vorteilhaft. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden Filze in mindestens zwei Temperaturbereichen Zugspannungen ausgesetzt. .
Die überraschende Festigkeitszunahme nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch eine partielle Orientierung von Haaren bzw. Stapelfasern in den Filzen parallel zur Spannungsrichtung bedingt, wobei mit fortschreitender Pyrolyse die gegenseitige Haftung der Faserelemente größer wird, so daß die zulässige Spannung gesteigert werden kann, wodurch wiederum der Orientierungsgrad zunimmt.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen insbesondere in der Herstellung von Kohlenstoff- und Graphitfilzen mit hoher mechanischer Festigkeit. Die Dichte von nach der Erfindung hergestellten Kohlenstoff- und Graphitfilzeh ist trotz der Festigkeitssteigerung nahezu unverändert, so daß die guten Isoliereigenschaften von Filz erhalten bleiben. Erfindungsgemäß hergestellte Filze eignen sind besonders für mechanisch beanspruchte thermische Isolationen, Katalysatorträger und Filter, wobei Stützkonstruktionen in vielen Fällen nicht erforderlich sind.
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Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen näher erläutert:
Beispiel 1
1 m breite Filzstreifen aus Zellulose, Polyacrylnitril und Wolle, deren Zugfestigkeiten 0,12,
2
0,38 und 0,30 kp/cm betrugen, wurden in einem
elektrisch beheizten Ofen auf 300°C erhitzt. Die Aufheizgeschwindigkeiten betrugen 40 C/h zwischen 20 und 2000C und 15°C/h zwischen 200 und 3000C. Ein Teil der freihängenden Filzbahnen wurde durch Anhängen von Gewichten mit den in w Tabelle I aufgeführten Zugspannungen beaufschlagt.
Die Filze wurden dann in einem zweiten Ofen spannungsfrei auf 10000C erhitzt. Dichte, Zugfestigkeit und Reißdehnung der teilweise unter Zugspannungen thermisch behandelten Filze sind ebenso wie die entsprechenden EigeBchaften von spannungsfrei erhitzten Filzen der Tabelle I zu entnehmen.
Tabelle I
Polyacryl-Ausgangsmaterial Zellulose nitril Wolle
Zugfestigkeit (kp/cm2) 0,12 0,38 0,30
Zugspannung (kp/cm ) 0,08 - 0,15 - 0,15 -
Dichte (g/cm3) 0,060 0,057 0,09 0,08 0,16 0,16
Zugfestigkeit (kp/cm2) 0,54 0,35 1,8 0,74 6,8 6,2
Reißdehnung (%) 8,8 14,5 4,8 7,2 5,9 11,0
PA 9/16/70 Dr. We/ost - 5 -
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Beispiel 2
Filze aus den gleichen Ausgangsmaterialien wie im Beispiel 1 wurden ohne äußere Zugspannungen bis 3000C erhitzt und dann über zwei Walzen mit verschiedenen Drehzahlen durch einen zweiten Ofen gezogen. Die maximale Temperatur betrug 10000C, die Verweilzeit im Ofen 30 min. Zum Vergleich wurden Filze aus den gleichen Ausgangsmaterialien auf einem Siebband spannungsfrei durch den Ofen bewegt. Die Eigenschaften der Filze sind der Tabelle II zu entnehmen.
Tabelle II
Polyacryl-
Ausgangsmaterial Zellulose nitril Wolle
Zugfestigkeit (kp/m2) 0,14 0,48 1,30
Zugspannung (kp/cm ) 0,07 - 0,36 - 0,87 -
Dichte (g/cm3) 0,081 0,055 0,082 0,076 0,22 0,17
Zugfestigkeit (kp/cm2) 2,3 0,40 1,28 0,75 12,0 6,1
Reißdehnung (%) 3,8 16 3,4 7,4 2,7 13,1
Beispiel 3-
20 cm breite aus Zellulose, Polyacrylnitril und Wolle ohne Anwendung von Zugspannungen hergestellte Kohlenstoff-Filze wurden über Rollen durch einen Graphitierungsofen gezogen, dessen max. Temperatur 2 7000C betrug. Die Durchlaufgeschwindigkeit war etwa 100 m/h, die Verweilzeit über 2500°C betrug 30 see.
Dichte, Zugfestigkeit und Reißdehnung der mit und ohne äußere Zugspannungen graphitierten Filze sind in der Tabelle III zusammengestellt.
PA 9/16/70 Dr. We/ost - 6 -
109850/1779 bad optimal
Tabelle III
Polyacryl-
Ausgangsmaterial Zellulose nitril Wolle
Zugfestigkeit (kp/cm2) 0,35 0,50 1,20
Zugspannung (kp/cm ) 0,24 - 0,33 - 0,90 -
Dichte (g/cm3) . 0,076 0,073 0,072 0,072 0,15 0,15
Zugfestigkeit (kp/cm2) 3,0 0,40 0,60 0,47 2,1 1,5
Reißdehnung (%) 1,6 12,5 1,9 4,3 1,5 36 '
Beispiel 4
Ein 25 cm breiter Streifen aus Zellulose-Pilz wurde unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 bis 3 erhitzt. Der Filz wurde mit folgenden Zugspannungen beaufschlagt - in der Zyklisierungs- und
2 Dehydrierungsstufe mit 0,08 kp/cm , in der Karbonisierungsstufe mit 0,10 kp/cm und in der Graphi-
tierungsstufe mit 0,35 kp/cm . Dichte, Zugfestigkeit und Reißdehnung sind in der Tabelle IV mit einem ohne äußere Zugspannung erhitzten Filz verglichen.
Tabelle IV -
. erfindungsgemäß ohne Zugspannungen
Dichte (g/cm3) 0,098 0,072
Zugfestigkeit (kp/cm2) 7,4 0,39
Reißdehnung (%) 1,1 12,0 .
6 Patentansprüche
PA 9/16/.70 Dr. We/ost τ
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Claims (6)

P a ten t ans ρ r ü.c h e
1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff— und Graphitfilzen durch kontinuierliches oder stufenweises Erhitzen von Pilzen aus polymeren Kunststoffen oder natürlichen-Fasern in inerter oder
■-■ reduzierender Atmosphäre,dadurch gekennzeichnet, daß die Filze während der Temperaturbehandlung unter Zugspannungen gehalten werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die angelegten Zugspannungen 25 bis 75 % der Zugfestigkeit im jeweiligen Temperaturbereich betragen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch g e kennzeichnet , daß Filze in einem Abschnitt■der Temperaturbehandlung Zugspannungen ausgesetzt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e ke η η ζ e i c h η e t , daß Filze zwischen 200 und 3000C Zugspannungen ausgesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß Filze zwischen 300 und 10000C Zugspannungen ausgesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß Filze zwischen 1000 und 3000° Zugspannungen ausgesetzt werden.
PA 9/16/70 Dr. We/ost
10985071779
DE19702027130 1970-06-03 1970-06-03 Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- oder Graphitfilz Expired DE2027130C (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102013101168A1 (de) * 2013-02-06 2014-08-07 Fachhochschule Schmalkalden Faser und Verfahren zu deren Herstellung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013101168A1 (de) * 2013-02-06 2014-08-07 Fachhochschule Schmalkalden Faser und Verfahren zu deren Herstellung
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