WO2002042533A1 - Verfahren zum graphitieren eines carbonisierten flächengebildes - Google Patents

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Gerhard Schöpping
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    • Y10T442/2475—Coating or impregnation is electrical insulation-providing, -improving, or -increasing, or conductivity-reducing

Definitions

  • the heating can be carried out by means of a laser beam and in the presence of air without the fabric being destroyed, that is to say burning the fibers.
  • the process power of the laser beam is preferably at least 5.0 kWs g "1 .

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Graphitieren eines carbonisierten Flächengebildes, bei dem das carbonisierte Flächengebilde unter Zutritt von Luft mittels eines Laserstrahls zeilen- oder spaltenförmig auf Temperaturen zwischen 1.200 °C und 3.200 °C erwärmt wird.

Description

Verfahren zum Graphitieren eines carbonisierten Flächengebildes
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Graphitieren eines carbonisierten Flächengebildes.
Aus den Dokumenten JP 2139464, JP 06123050 und JP 1 158737 sind Verfahren zur Herstellung von Karbonfaser- Vliesen bekannt, bei denen ein Vlies aus organischen, flammenresistenten Fasern wie preoxidierten Polyacrylnitrilfasern oder Pechfasern durch Erhitzen in einer Inert- Gasatmosphäre auf Temperaturen > 1.100°C in ein leitfähiges, graphitiertes Vlies umgewandelt werden.
Weiterhin ist aus dem Dokument US 3,699,210 ein Verfahren zur Graphitierung von Fasern oder Vliesen bekannt, bei dem Prekursorfasern, die aus Polyacrylnitrilpolymeren oder aromatischen Polyamiden bestehen in einer Sauerstoff enthaltenen Atmosphäre auf 180°C bis 550°C erhitzt und anschließend mittels eines CO2-Laserstrahls erst auf 700°C bis 1.200°C und danach auf 1.200°C bis 3.600°C erhitzt und zu graphitierten Fasern umgewandelt werden. Da zu graphitierende Garn oder Vlies muss dazu in eine Inert-Gasatmosphäre eingebracht werden. Solche Maßnahmen verteuern und verlangsamen den Produktionsprozess. Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von graphitierten Flächengebilden anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das carbonisierte Flächengebilde unter Zutritt von Luft mittels eines Laserstrahls Zeilen- oder spaltenförmig auf Temperaturen zwischen 1.200°C und 3.200°C erwärmt wird.
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, wobei ein elektrisch-leitfähiges Produkt erhalten wird.
Vorzugsweise beträgt die Prozessleistung des Laserstrahls mindestens 5,0 kWs g"1.
Die eingesetzte Prozessleistung gewährleistet eine Umwandlung der Ausgangsfasern in graphitierte Fasern ohne diese zu verbrennen.
Vorzugsweise wird die Erwärmung mit Hilfe eines C02-Lasers bewirkt. Der CO2- Laser gestattet eine sehr schnelle und kontinuierliche Energiezufuhr. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Graphitierung in der Weise, dass nur Leiterbahnen ähnliche Strukturen graphitiert werden. Dadurch werden auf an dem sich elektrisch nicht leitenden Ausgangsvliesstoff elektrisch leitfähige Strukturen zugänglich, die neue Anwendungsgebiete eröffnen. Die Erfindung betrifft weiterhin einen graphitierten Vliesstoff, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist und als Gasverteilerschicht in Brennstoffzellen eingesetzt wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen graphitierten Vliesstoff, der als Basismaterial für Elektroden in Superkondensatoren eingesetzt wird.
Das erfindungsgemäße graphitierte Flächengebilde weist eine ausreichende mechanische Festigkeit auf, so dass ein Handling des graphitierten Flächengebildes gewährleistet ist. im Vergleich zu den im konventionellen Verfahren hergestellten graphitierten Flächengebilden ist die Steifigkeit des erfindungsgemäßen graphitierten Flächengebildes deutlich erhöht, ohne dass das Material brüchig wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen graphitierten Vliesstoff, der als leitfähiger Futterstoff zur elektrischen Verbindung in einem Kleidungsstück eingelassener elektronischer Geräte, als Antenne für elektronische Geräte und / oder als Heizleiter in Kleidungsstücken verwendet wird.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 :
Carbonisierte Flächengebilde bestehend aus einem preoxidierten Polyacrylnitril-Faservlies mit einem Flächengewicht von 60 g/m2 wurden mit einem CO2-Laser mit einer kontinuierlichen Leistung von ca. 1000 W bei einem Vorschub in Maschinenrichtung von 6 mm und einem Durchmesser des Laserstrahls von 14 mm graphitiert. Abbildung 1 zeigt die Abhängigkeit der Leitfähigkeit von der eingesetzten Laser-Prozess Energie.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Graphitieren eines carbonisierten Flächengebildes, dadurch gekennzeichnet, dass das carbonisierte Flächengebilde unter Zutritt von Luft mittels eines Laserstrahls Zeilen- oder spaltenförmig auf Temperaturen zwischen 1.200X und 3.200°C erwärmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessleistung mindestens 5,0 kWs g"1 beträgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung mit Hilfe eines CO2-Lasers bewirkt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur Leiterbahnen ähnliche Strukturen graphitiert werden.
i
5. Carbonisierter Vliesstoff hergestellt nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er als Gasverteilerschicht in Brennstoffzellen eingesetzt wird.
6. Carbonisierter Vliesstoff hergestellt nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass er als Basismaterial für Elektroden in Superkondensatoren eingesetzt wird.
7. Carbonisierter Vliesstoff hergestellt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass er als leitfähiger Futterstoff zur elektrischen Verbindung in einem Kleidungsstück eingelassener elektronischer Geräte, als Antenne für elektronische Geräte und / oder Heizleiter in Kleidungsstücken verwendet wird.
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