WO2002042532A1 - Verfahren zur carbonisierung eines zumindest eingefesten, textilen flächengebildes - Google Patents

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Birgit Severich
Gerhard Schöpping
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Carl Freudenberg Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for carbonizing an at least inherently strong, textile fabric, in which pre-oxidized or a mixture of pre-oxidized and non-oxidized fibers are brought together and consolidated to form a fabric.
  • the object of the invention is to provide a simplified method for carbonizing at least inherently rigid, textile fabrics.
  • the object is achieved in that at least intrinsically strong, textile fabrics, in which pre-oxidized or a mixture of pre-oxidized and non-oxidized fibers are brought together and solidified to form the sheet-like structure, with the entry of air by means of a laser beam in a line or column shape at temperatures between 600 ° C and 900 ° C are heated, the heating takes place with increasing process performance.
  • the process powers introduced by means of laser are preferably between 0.01 and 0.5 Ws g "1.
  • the process powers used ensure a conversion of the starting fibers into carbonized fibers without burning them.
  • the heating is preferably effected with the aid of a CO 2 laser.
  • the invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention, in which the laser beam is moved by a motor and is guided along adjoining tracks over the surface of the fabric in such a way that the fabric is irradiated essentially in the same way in all surface zones.
  • a homogeneously carbonized sheet is obtained by the device according to the invention.
  • the invention also relates to a carbonized nonwoven fabric which is produced by the method according to the invention and which has a bending stiffness of approximately 8 tabers to approximately 1 taber, a tensile strength (machine direction) of 0.4 to 4 N / mm 2 and a tensile strength (transverse to the machine direction) ) from 0.7 to 4 N / mm 2 , an elongation (machine direction) 0.12 to 14%, an elongation (transverse to the machine direction) from 0.15 to 19% and an air permeability at 200 Pa pressure difference from 200 to 1600 l / (m 2 * s), whereby products with high bending stiffness, high tensile strength, low elongation represent relatively stiff products with low air permeability and the opposite limit values of the parameters mentioned lead to products with high air permeability.
  • the carbonized sheet according to the invention has sufficient mechanical strength so that handling of the carbonized sheet is guaranteed. Compared to conventional processes, the stiffness of the fabric carbonized with CO 2 laser can be
  • Example 1 The invention is explained in more detail below using an example.
  • Example 1 The invention is explained in more detail below using an example.
  • Example 1 Example 1 :
  • a mechanically bonded nonwoven fabric with a basis weight of 120 g / m 2 is subjected to a treatment given in Table 1.
  • the laser power was increased suggestively in ten levels, with the treatment being repeated several times, especially at the beginning of the process at low power levels.
  • the maximum laser power was 1000 W.
  • the laser beam with a diameter of 14 mm was guided over the nonwoven fabric with a lateral scanning speed (in cross direction - CD) of 4 m / s and a line feed (in machine direction - MD) of 2 mm ,
  • the weight loss during carbonization with the CO 2 laser is approximately 50% by weight. This corresponds to the weight reduction that occurs during carbonization in the high-temperature furnace.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Carbonisierung eines zumindest eigenfesten, textilen Flächengebildes, bei dem preoxidierte oder ein Gemisch aus preoxidierten und nichtoxidierten Fasern zu einem Flächengebilde zusammengeführt und verfestigt sind, wobei das Flächengebilde unter Zutritt von Luft mittels eines Laserstrahls zeilenförmig oder spaltenförmig auf Temperaturen zwischen 600 DEG C und 900 DEG C erwärmt wird und die Erwärmung mit zunehmenden Prozessleistungen erfolgt.

Description

Verfahren zur Carbonisierung eines zumindest eigenfesten, textilen
Flächengebildes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Carbonisierung eines zumindest eigenfesten, textilen Flächengebildes, bei dem preoxidierte oder ein Gemisch aus preoxidierten und nicht-oxidierten Fasern zu einem Flächengebilde zusammengeführt und verfestigt sind.
Aus den japanischen Patentschriften JP 1077624 und JP 1077625 sind Verfahren für die Herstellung porösen Materials aus Carbonfasern bekannt. Dabei werden selbstbindende carbonisierbare Kurzfasern, wie Pechfasern, Zellulosefasern oder Polyacrylfasern gemischt und in einer Form zu Papier, Blättern oder Platten verpresst und in einer Inert-Gasatmosphäre unter Einwirkung von Hitze carbonisiert.
Aus dem Dokument DE 19 45 154 ist ein Verfahren zur Carbonisierung und Graphitierung von Fasern bekannt, bei dem Prekursorfasern wie Polyacryl- nitrilpolymerisate oder aromatische Polyamide durch Erhitzen auf eine Temperatur von 180°C bis 550°C in einer Sauerstoff enthaltenen Atmosphäre preoxidiert werden und anschließend mit eine Laserstrahl in einer nicht- oxidierten Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 700°C und ungefähr 1.200°C erhitzt und carbonisiert werden. Dazu müssen das zu carbonisierende Garn oder Vlies in eine Inert-Gasatmosphäre eingebracht werden. Solche Maßnahmen verteuern und verlangsamen den Produktionsprozess.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein vereinfachtes Verfahren zur Carbonisierung von zumindest eigenfesten, textilen Flächengebilden anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zumindest eigenfeste, textile Flächengebilde, bei denen preoxidierte oder ein Gemisch aus preoxidierten und nicht-oxidierten Fasern zu dem Flächengebilde zusammengeführt und verfestigt sind, unter Zutritt von Luft mittels eines Laserstrahls zeilenförmig oder spaltenförmig auf Temperaturen zwischen 600°C und 900°C erwärmt werden, wobei die Erwärmung mit zunehmenden Prozessleistungen erfolgt.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Erwärmung mittels eines Laserstrahls und unter Anwesenheit von Luft erfolgen kann, ohne dass eine Zerstörung des Flächengebildes, das heißt ein Verbrennen der Fasern erfolgt. Dadurch wird das Verfahren sehr stark vereinfacht, denn es sind keine Vorrichtungen zur Zuführung von Schutzgas mehr notwendig, und das Verfahren kann dadurch in einfacher Weise kontinuierlich durchgeführt werden.
Vorzugsweise betragen die mittels Laser eingebrachten Prozessleistungen zwischen 0,01 und 0,5 Ws g"1. Die eingesetzten Prozessleistungen gewährleisten eine Umwandlung der Ausgangsfasern in carbonisierte Fasern, ohne diese zu verbrennen.
Vorzugsweise wird die Erwärmung mit Hilfe eines CO2-Lasers bewirkt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der der Laserstrahl motorisch bewegt und entlang aneinander angrenzender Bahnen so über die Oberfläche des Flächengebildes geführt wird, dass das Flächengebilde in allen Oberflächenzonen im Wesentlichen übereinstimmend bestrahlt wird. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird ein homogen carbonisiert.es Flächengebilde erhalten.
Die Erfindung betrifft außerdem einen carbonisierten Vliesstoff, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist und der eine Biegesteifigkeit von etwa 8 Taber bis etwa 1 Taber, eine Zugfestigkeit (Maschinenlaufrichtung) von 0,4 bis 4 N/mm2 und eine Zugfestigkeit (quer zur Maschinenlaufrichtung) von 0,7 bis 4 N/mm2, eine Dehnung (Maschinenlaufrichtung) 0,12 bis 14 %, eine Dehnung (quer zur Maschinenlaufrichtung) von 0,15 bis 19 % sowie eine Luftdurchlässigkeit bei 200 Pa Druckdifferenz von 200 bis 1600 l/(m2*s) aufweist, wobei Produkte mit hoher Biegesteifigkeit, großer Zugfestigkeit, geringer Dehnung relativ steife Produkte mit einer geringen Luftdurchlässigkeit darstellen und die entgegengesetzten Grenzwerte der genannten Parameter zu Produkten mit einer großen Luftdurchlässigkeit führen. Das erfindungsgemäße carbonisierte Flächengebilde weist eine ausreichende mechanische Festigkeit auf, so dass ein Handling des carbonisierten Flächengebildes gewährleistet ist. Im Vergleich zu konventionellen Verfahren kann die Steifigkeit des mit CO2- Laser carbonisierten Flächengebildes deutlich erhöht werden, ohne dass das Material brüchig wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Beispiel näher erläutert. Beispiel 1 :
Ein mechanisch verfestigter Vliesstoff mit einem Flächengewicht von 120 g/m2 wird einer in Tabelle 1 angegebenen Behandlung unterzogen. Die Laserleistung wurde in zehn Stufen suggessiv erhöht, wobei insbesondere zu Beginn des Prozesses bei niedrigen Leistungsstufen die Behandlung mehrfach wiederholt wurde. Die maximale Laserleistung betrug 1000 W. Der Laserstrahl mit einem Durchmesser von 14 mm wurde mit einer lateralen Scangeschwindigkeit (in cross direction - CD) von 4 m/s und einem Zeilen Vorschub (in machine direction - MD) von 2 mm über den Vliesstoff geführt. Der Gewichtsverlust bei der Carbonisierung mit dem CO2-Laser beträgt etwa 50 Gew.-%. Dies entspricht dem bei dem Carbonisierung im Hochtemperaturofen eintretenden Gewichtsreduzierung.
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Carbonisierung eines zumindest eigenfesten, textilen Flächengebildes, bei dem preoxidierte oder ein Gemisch aus preoxidierten und nichtoxidierten Fasern zu dem Flächengebilde zusammengeführt und verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde unter Zutritt von Luft mittels eines Laserstrahls zellenförmig oder spaltenförmig auf Temperaturen zwischen 600°C und 900°C erwärmt wird, wobei die Erwärmung mit zunehmenden Prozessleistungen erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessleistung zwischen 0,01 und 0,5 Ws g~1 in Schritten variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintrag der niedrigen Prozessleistungen mehrfach erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung mit Hilfe eines CO2-Lasers bewirkt wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserstrahl motorisch bewegt und entlang aneinander angrenzender Bahnen so über die Oberfläche des Flächengebildes geführt wird, das Flächengebilde in allen Oberflächenzonen im wesentlichen übereinstimmend bestrahlt wird.
6. Carbonisierter Vliesstoff hergestellt nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Biegesteifigkeit der eine Biegesteifigkeit von etwa 8 Taber bis etwa 1 Taber, eine
Zugfestigkeit (Maschinenlaufrichtung) von 0,4 bis 4 N/mm2 und eine Zugfestigkeit (quer zur Maschinenlaufrichtung) von 0,7 bis 4 N/mm2, eine Dehnung 0,12 bis 14 (weich) %, eine Dehnung (quer) von 0,15 (steif) bis 19 % und eine Luftdurchlässigkeit bei 200 Pa Druckdifferenz von 200 bis 1600 l/(m2*s) aufweist.
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