DE2027130B2 - Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- oder Graphitfilz - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- oder Graphitfilz

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DE2027130B2 DE19702027130 DE2027130A DE2027130B2 DE 2027130 B2 DE2027130 B2 DE 2027130B2 DE 19702027130 DE19702027130 DE 19702027130 DE 2027130 A DE2027130 A DE 2027130A DE 2027130 B2 DE2027130 B2 DE 2027130B2
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Peter-Ludwig Dipl.-Ing. Dr. Reiser
Manfred 8906 Gersthofen Schnappauf
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Description

und Reißdehnuno der teilweise unter Zugspannungen thermisch behandelten Hlze sind ebenso wie die entsprechenden Eigenschaften von spannungsfrei erhitzten Filzen de· Tabelle I zu entnehmen.
Tabelle I Ausganssmaterial
Zugfestigkeit (kp/cm2) ... Zugspannung (kp/cm2)...
Dichte (g/cm3)
Zugfestigkeit (kp/cm2) ... Reißdehnung (%)
Cellulose
Polyacrylnitril
0,12
0,08 0,060 0,54 8,8
0,057 0,35 14,5 038
0,15 0,09 1,8 4,8
0,08 0,74 7,2
Wolle
0,30
0,15 —
0,16 0,1 ^
6,8 6,2
5,9 11,0
Beispiel 2
Filze aus den gleichen Ausgangsmaterialien wie im Beispiel 1 wurden ohne äußere Zugspannungen bis 300 C eihitzt und dann über zwei Walzen mit verschiedenen Drehzahlen durch einen zweiten Ofen gezogen. Die maximale Temperatur betrug 100O0C, die Verweilzeit im Ofen 30 Minuten. 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.
Λ usganj:-.material
Zugfestigkeit (kp'm2) ....
Zugspannung (κρ/cm2)...
Dichte (gern3)
Zugfestigkeit (kp cm2) ...
Reißdehnung (%)
Tabelle II
Cellulose
0,14
0.07 0.081 Xi 3.8
0,055 0.40 16 Polyacrylnitril
0.48
0,36 0,082 1.28 3.4
0.076
0,75
7.4
Wolle
1,30
0,87 0,22 12,0 2,7
0,17 6.1 13,1
Beispiel 3
20 cm breite aus Cellulose, Polyacrylnitril und Wolle ohne Anwendung von Zugspannungen hergestellte Kohlenstoff-Filze wurden über Rollen durch Temperatur 2700" C betrug. Die Durchlaufgeschwindigkeit war etwa 100 m/h, dit Verweilzeit über 2500' C betrug 30 Sekunden.
Dichte, Zugfestigkeit und Reißdehnung der mit und ohne äußere Zugspannungen graphitierten Filze
einen Graphitierungsofen gezogen, dessen maximale 4° sind in der Tabelle III zusammengestellt.
Ausgangsmaterial
Zugfestigkeit (kp/cm2)
Zugspannung (kp cm2)
Dichte (g/cnv')
Zugfestigkeit (kp/cm2)
Reißdehnung (%)
Tabelle III
Cellulose
0.35
0.24 0.076 3,0 1,6
0.073 0,40 12,5 Polyacrylnitril 0.50
0.33 0.072 0.60 1.9
0,072
0.47
4.3
Wolle —
1,20 0.15
0.90 1.5
0.15 36
2,1
I 5
Beispiel 4
Ein 25 cm breiter Streifen aus Cellulosefilz wurde unter den gleichen Bedingungen wie in den Beispielen 1 bis 3 erhitzt. Der Filz wurde mit folgenden Zugspannungen beaufschlagt — in der Zyklisierungs- und Dehydrierungsstufe mit 0,08 kp/cm2, in der Karbonisierungsstufe mit 0,10 kp/cm und in der Graphitierungsstufe mit 0,35 kp/cm2. Dichte, Zugfestigkeit und Reißdehnung sind in der Tabelle IV mit einem ohne äußere Zugspannung erhitzten Filz verglichen.
Tabelle IV
Dichte (g/cm3)
Zugfestigkeit (kp/cm2). Reißdehnung (%)
Erfindungsgemäß
0,098
7,4 '
1,1
Ohne Zugspannungen
0,072 0,39 12,0

Claims (2)

der Herstellung von Kohlenstoff- und Graphitfilzen Patentansprüche: wurden entsprechend dm Ji geeignete Vorrichtungen, wie etwa Siebbänder, Zugbeanspruchungen während
1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- der Temperaturbehandlung vermieden.
oder Graphitfilzen durch kontinuierliches oder 5 Der Erfindung iiegt die Aufgabe zugrunde, die stufenweises Erhitzen von Filzen aus Fasern aus mechanische Festigkeit von Kohlenstoff- und Graphitpolymeren Kunststoffen oder natürlichen Fasern filzen zu verbessern, ohne dabei d;e Wärmeleit- im Temperaturbereich der Zyklisierungs- und fähigkeit durch Verdichtung der Filz*, zu erhöhen. Dehydrierungsreaktionen und sodann im K.Tbo- Die Aufgabe nach der Erfindung wird bei dem einnisierungs- und gegebenenfalls Graphitierungs- Io gangs angegebenen Verfahren überraschend dadurch bereich in inerter oder reduzierender Atmosphäre, gelöst, daß die Filze zumindest während der Tempedadurch gekennzeichnet, daß die Filze raturbehandlung in einem der Abschnitte unter Zugzumindest während der Temperatarbehandlung spannungen gehalten werden, die 25 bis 75% der in einem der Abschnitte unter Zugspannungen Zugfestigkeit des Filzes im jeweiligen Temperaturgehalten werden, die 25 bis 75% der Zugfestigkeit 15 bereich betragen. Nach der Erfindung werden also die des Filzes im jeweiligen Temperaturbereich betra- Filze im Bereich der Zyklisierungs- und Dehydriegen rungsreaktionen oder im Karbonisierungs- oder Gra-
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- phitierungsbereich, Zugspannungen ausgesetzt Die zeichnet, daß Filze zwischen 200 und 300"C Temperaturen liegen dabei vorteilhaft zwischen 2uo und/oder 300 und 1000° C und/oder zwischen 1000 20 und 300 C, zwischen 300 und 1000 C und zwischen und 3000 C den Zugspannungen ausgesetzt wer- 1000 und 3000 C. Nach einer weiteren Ausgestaltung den. der Erfindung werden Filze in mindestens ζν,ει
Temperaturbereichen Zugspannungen ausgesetzt
Die überraschende Festigkeitszunahme nach dem
25 erfindungsgemäßen Verfahren wird durch eine par tielle Orientierung von Haaren bzw. Stapelfasern in
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- den Filzen parallel zur Spannungsrichtung bedingt, lung von Kohlenstoff- oder Graphitfilzen durch konti- wobei mit fortschreitender Pyrolyse die gegenseitige nuierliches oder stufenweises Erhitzen von Filzen aus Haftung der Faserelemente größer wird, so daß die Fasern aus polymeren Kunststoffen oder aus natür- 30 zulässige Spannung gesteigert werden kann, wodurch liehen Fasern im Temperaturbereich der Zyklisierungs- wiederum der Orientierungsgrad zunimmt,
und Dehydrierungsreaktionen und sodann im Karbo- Wenn es auch bereits bekannt ist, daß an Fäden nisierungs- und gegebenenfalls Graphitierungsbereich während der Temperaturbehandlung angelegte Zugin inerter oder reduzierter Atmosphäre. spannungen deren Reißfestigkeit und Elastizitätsmodul
Als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von 35 erhöhen, so war nicht zu erwarten, daß auch an Filzen Kohlenstoff- oder Graphitfilzen sind zahlreiche natür- mit ihren locker und ungeordnet enthaltenen Fasern liehe und künstliche Faserstoffe, wie z.B. Wolle, Zugspannungen eine Zunahme des Orientierungs-Zellwolle, Polyacrylnitril und Polyester, bekannt- grades der Faserelemente bewirken. Das erfindungsgeworden. Die in Form von gewalkten oder genadelten gemäße Verfahren war daher aus dem Stand der Filzen vorliegenden Ausgangsmaterialien werden einer 40 Technik nicht nahegelegt, und der erzielte Effekt ist Pyrolyse unterworfen, wobei zunächst durch Zykli- überraschend.
sierungs-und Dehydrierungsreaktionen vernetzte Mo- Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens lekülanordnungen entstehen. Der ersten Pyrolyse- bestehen insbesondere in der Herstellung von Kohlenstufe im Temperaturbereich zwischen etwa 80 und stoff- und Graphitfilzen mit hoher mechanischer 300 C folgt eine Karbonisierungsstufe, die bis etwa 45 Festigkeit. Die Dichte von nach der Erfindung her-1000 bis POO0C reicht, und durch weiteres Erhitzen gestellten Kohlenstoff- und Grapnitfilzen ist trotz bis auf etwa 30000C kann der karbonisierte Filz in der Festigkeitssteigerung nahezu unverändert, so daß Graphit umgewandelt werden. Die Tempraturbe- die guten Isoihreigenschaften von Filz erhalten bleihandlung erfolgt kontinuierlich oder stufenweise. ben. Erfindungsgemäß hergestellte Filze eignen sich
Kohlenstoff-und Graphitfilze werden verzugsweise 50 besondeis für mechanisch beanspruchte thermische
für thermische Isolationen, Filter, Katalysatorträger Isolationen. Katalysatorträger und Filter, wobei Stütz-
und kunstharzimprägniert zur Auskleidung von ehe- konstruktionen in vielen Fällen nicht erforderlich
mischen Apparaten verwendet. Die geringe mechani- sind.
sehe Festigkeit von Kohlenstoff- und Graphitfilzen Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungserschwert jedoch ihre Handhabung, und häufig sind 55 beispielen näher erläutert:
aufwendige Stützkonstruktionen notwendig, die zudem
wegen schlechterer Korrosions- und Temperatur- Beispiel 1
beständigkeit die Verwendung von Filzen einschrän- 1 m breite Filzstreifen aus Cellulose, Polyacryl-
ken. nitril und Wolle, deren Zugfestigkeiten 0,12, 0,38
Aus der britischen Patentschrift 1110 791 ist es 60 und 0,30 kp/cm2 betrugen, wurden in einem elektrisch bekannt, die Festigkeit von Kohlenstoff-und Graphit- beheizten Ofen auf 3000C erhitzt. Die Aufheizfäden durch Streckung während der Temperatur- geschwindigkeiten betrugen 40°C/h zwischen 20 und behandlung zu erhöhen. An den Fäden angelegte 200° C und 15° C/h zwischen 200 und 300° C. Ein Teil Zugspannungen bewirken eine Orientierung der Faser- der frei hängenden Filzbahnen wurde durch Anhängen moleküle in der Spannungsrichtung, wodurch Reiß- 65 von Gewichten mit den in Tabelle I aufgerührten festigkeit und Elastizitätsmodul zunehmen. Filze be- Zugspannungen beaufschlagt,
stehen jedoch aus lockeren, weitgehend ungeordneten Die Filze wurden dann in einem zweiten Ofen span-VHesen. die unter Zugspannungen zerfasern, und bei nungsfrei auf 10000C erhitzt. Dichte, Zugfestigkeit
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017001264A1 (de) 2015-06-30 2017-01-05 Sgl Carbon Se Verfahren zur herstellung von kohlenstofffilzelektroden für redox flow batterien
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