DE1469492A1 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Graphitisieren kohlenstoffhaltiger Garne - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Graphitisieren kohlenstoffhaltiger GarneInfo
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Description
iW.
HElH iji OCIRTZ
Fr-. A-r-.Tf a» Main
Sdmockeniiofstr. 27 - Tel. 61 3044 1469492
kohlenstoffhaltiger Garne
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
kontinuierlichen Graphitisieren kohlenstoffhaltiger Garn».
Ea ist aohon ein Verfahren vorgeschlagen sur Überführung von
zelluloaehaltigem !Textilmaterial in Graphit, welcher die phyaikalloohen
Bigenechaften des Zellulosea&terials» aber die ohemiachen
und elektrischen Eigenschaften von natürlichem Graphit besitzt* Bach diesem Verfahren werden PUden, Garne, Gewebe, Gewirke»
Pllee in einem Ofen unter sorgfältiger Regelung dee Temperaturanstieges erhitzt. In der ersten Krhitßungeetufe bis «u
900°C halt man den Teaperaturanatieg auf bie su 10O0O je Stunde ι
in der a./eiton Brhitüungestufe bin tür Oraphltlsierungeteniperatur
von 130O0C blu su 3000°G boträgt der Temperaturanetieg bis zu
300O0O 40 Stundö«
Da äioeaa vorgeschlagene Vorfahren chargenweise arbeitet, wird
θ las gx'oßd Wärmemenge benötigt, um eowohl das zellulosehaltlge
Malarial win den Ofen von Raumtemperatur bis auf 300O0O zu erl.itaem
Auoh aua anderen Gründen wäre es zweokmafiig, ein kontinuJ.erlioh98
Verfahren au verwenden«
Ks sind ferner versohiedeno Verfahren euu Verkohlen von Textilmaterial
bekannt, B.B* naoh den Uß-Patentaohriften 5 053 775
und 5 Oll 931. Ba für manche Zwecke ein Garn au« Graphit besser
geeignet 1st als ein Garn aus Kohlenstoff, so 1st «In Verfahren
zur überführung des verkohlten Garnes In Graphit erwünscht4
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Der wesentliche Gegenstand der vorliegenden Erfindung let ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Graphitisieren kohlenstoffhaltiger
Garne, wobei ein biegsames elektrisch leitendes Garn
aus Graphit erhalten wird. Dieses Verfahren und die Vorrichtung können kontinuierlich betrieben werden·
Die beiliegende Zelohnung zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung
nach der Erfindung »um kontinuierlichen Graphitisieren eines
sich vorwärts bewegenden kohlenstoffhaltigen Garnes·
Haoh der Erfindung wird ein kohlenstoffhaltiges Garn alt einem
Gehalt von mindestens 90 Gew*-^ Kohlenstoff kontinuierlich
graphit! aiert. Das Verfahren besteht darin, daß man das kohlenstoffhaltige
Garn über swel eioh nicht berührende elektrische
Kontakte führt f den Kontakten elektrischen Streu zuführt und diesen
Strom durch da» sich vorwärts bewegende Garn hlndurehführt»
Hierbei soll die Temperatur des Garnen zwischen den Kontakten
mindestens 13000C erreichen, um eine Sraphifcieieriwg su ermöglichen«
Die Erfindung betrifft ferner sine Vorrlnhtung für die Durchführung
des oben besoliriebenen Verfahrens. Bis Vorrichtung besteht
aue Kwei elektrisch leitenden* oloh nioht berührenden Rollen,
Über welche dee βητη. geführt wird« Diese Hollen sind an elxw
elektrische Stromquelle angeschlossen. Die Vorrichtung enthält
ferner swiachen den beiden Hollen sinen Trog mit Einlaßöffnungen
für Gaß| durch welchen das Garn von der einen Rolle zu der anderen
geführt wird.
BIe Vorrichtung nach der Abbildung se igt ein sich vorwärts bewegendes
kohlenstoffhaltiges Garn 10, iwal sioh nicht berührende
Hollen 11 und 1?.f die auf geeigneten, nioht abgebildeten Trägern
gelagert sind· 'Der Strom wird den Hollen 11 und 12 durch Feder-
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kontakte 14 und 16 sugeleitet. An Stelle dieser Kontakte können
auoh Bürsten oder ähnlicht Vorrichtungen verwendet werden» Vor-BUgeweiee
elnd Mittel XUr das Entfernen von Kondensaten von den
Rollen 11 und 12 vorgesehen· Diese Mittel bestehen aus einer auf
die Oberfläche der Bollen gerichtete Wärmequelle 18 und ewsi
Schabern 20 und 22 an den Unfangeflachen dsr Rollen 11 und 12«
Auf den Rollen entstehen Niederschläge von flüchtigen Stoffen,
Ale bein Graphitisieren des Garnes entstehen und sieh auf den
verhältniesäßig kühlen Rollen niederschlagen.
Zwisohen den Rollen 11 und 12 befindet sieh ein trog 24 alt mehreren
GaselnleSBffnungen 26· Hierdurch wird erreioht* deJ das Garn
während seiner Beweng von dsr Rolls 11 su der Solle 12 sieh in
einer geregelten Atmosphäre befindet. Hiersu können auch andere
Mittel verwendet werden, der beschriebene Trog hat «loh aber als
besonders geeignet erwiesen· Man sorgt vorsngsweles dafür, daJ
das Garn von einer sauerstoffreien Atmosphlr* uageben ist, um
eine Oxydation des kohlenstoffhaltigen Garnes su vermelden; hler«
von kann abgewichen werden« wenn man ein oxydiertes Produkt erhalten will. Zur Heretellung der Atmosphäre in dem Trog sind
Stickstoff und andere gegenüber Kohlenstoff und Graphit inerte Gase geeignet, wie z.B. Argon, Neon, Helium, andere seltene Gase,
Wasserstoff, Kohlenmonoxyd und/oder Aamoniak.
Dae Garn 10 wird swieohen den Rollen 11 und 12 durch die Hltee
graphitieiert, die beim Durchleiten dee elektrischen Stromes durch
das Garn entsteht. Die hierfür benötigte Spannung hangt ab von
dem Widerstand des Garnes wischen den Rollen» d«h« von dem spezifischen Widerstand des Garnes und der Entfernung mischen den
Rollen« und von der Portbewegung»geeohwindlgkelt des Games über
die Rollen. Im allgemeinen mu6 die Spannung so hoch sein, daß
die Temperatur des Garnes in der IfShe der swelten Rolle mindestens
13000C betrügt« d.h. genügt, um dae Garn su graphit leieren. Ar-
/ η «7 c
beltstemperaturen zwischen 1SOO0C und 3000°C sind vorzuziehen«
Die Rollen 11 und 12 können aus elektrisch leitendem Material, dae bei den verwendeten Graphitieierungetemperaturen beständig
ist, hergestellt sein. Ba Temperaturen bis au 50000C erreicht
werden, können hierfür Graphit, feuerfeste Stoffe, geeignete gekühlte Metalle und Phoephorbronzen oder andere leitfähige
Stoffe verwendet werden, ebenso für die Kontakte 14 und 16. Die Schaber 20 und 22 und die Wärmequelle 18 können die herkömmliche
Ausführung haben, und aind aus üblichem Material, z.B. aus einer
Bronze legierung, gefertigt. Für die Rollen 11 und 12 ist Graphit
am besten geeignet.
Um ein gutes biegsames graphitislertes Produkt su erhalten, soll
das au verarbeitende Garn mindestens 90 Gew.-^ Kohlenstoff enthalten, wobei der Rest aus Stoffen besteht, die bei der Oraphitislerungetemperatur
flüchtig sind. Bei einem höheren Gehalt an flüchtigen Stoffen neigt das Garn während der Graphitistörung
zum Bruch. Ein solches, mindestens 90 5$ Kohlenstoff enthaltendes.
Garn kann durch langsames Erhitzen yon. zellulosehaltigem Material
in einem Ofen erhalten werden, z.B. von regenerierter Zellulose oder anderen Stoffen, die ohne wesentliche Brüche und Verflüchtigungen
verkohlt werden können, wie z.B. Polyacrylnitril. Regenerierte Zellulose ist aber vorzuziehen. Derartige Verkohlungeverfahren
sind, wie schon oben erwähnt, bekannt*
In der Regel müssen die Auegangestoffe zur Herstellung des kohlenstoffhaltigen
Garns auf 700 bis 11000C erhitzt werden, um ein
Garn mit mindestens 90 Ge*.-# Kohlenstoff zu erhalten, wobei der
Temperaturanstieg nicht über 10O0C je Stunde betragen darf. Vorzugsweise
arbeitet man mit einem Temperaturanstieg bis zu 530C
je Stunde, im Temperaturintervall bis 4000C. Dann folgt ein Temperaturanstieg
von 1000C je Stunde, bis die Verkohlungetemperatur
annnn <
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erreicht let» Dae erfindungagemOße Verfahren bob Graphitisieren
ist im Gegeneatz hierau nicht auf bestimmte Temperaturanstiege
beschränkt, da die Graphitialerung aehr sohneil stattfindet.
Für die Verwendung einea Auegangeetoffee mit mindestens 90 1>
Kohlenetoff aprleht auch noch ein anderer Grund· Bei geringeren
Kohlenetoffgehalt entatehen swieehen dee eioh bewegenden Garn
und den Kontakten, d.h. den Bollen 11 und 12, elektrische Lichtbögen»
duroh welche das Garn geeohädigt werden kann· Bein Chargenweieen
Verfahren tritt dieee Wirkung nicht ein, sie ααβ aber ale
wesentlich bein kontinuierlichen Verfahren berüokeichtlgt werden.
In der Regel hat ein kohlenstoffhaltiges Garn »it einem Gehalt γόη aindeetene 90 i» Kohlenetoff einen apesifiaehen elektrischen
Wideretand, der den des graphitleierten Endproduktes höchatene
um etwa das Vierfaohe übertrifft.
ffach dem Verfahren der Erfindung wird ein Graphitgarn erhalten«
das biegsam, elektrisch leitend und verhältnismäßig fest ist und mehrfach geknickt oder zusammengefaltet werden kann·
Ein Garn aus regenerierter Zellulose von 1650/720/10 den wurde
in einem Ofen bei einem langsamen Temperaturanstieg, wie oben beschrieben, bis zu einer Bndtemperatur von 9000O verkohlt. Der
elektrische Widerstand dee verkohlten Garnes war atwa 3,2 0hm je
cm. Sas Garn wurde dann über zwei eioh nicht berührend· Graphit*
rollen mit einer angelegten Spannung von 80 Volt geführt· Die Rollen waren soweit voneinander entfernt und die Tbrtbewegungagesehwlndigkeit
des Garns war so geregelt, defl «in Strom von etwa β Ampere duroh das Garn floß und daß eins Bndtemperatur dee Garne
von 300O0C erreicht wurde« Das erhaltene Graphitgarn war biegsam,
hatte eine mittlere Festigkeit von ö bia 9 kg und «inen mittleren
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elektrischen Wideretand von 1 bis 1,25 Ohm je cm. ?ür die
Graphitisierung wurden 0,8 kWh benötigt. Für die Herstellung
von Graphitgarn ähnlicher Eigenschaften beim ohargenweiaen Verfahren in einem Ofen wurde für dieselbe Menge 300 kWh benötigt»
Garne in gewebtem Material, wie in Bändern, können nach der Erfindung
ebenfalls graphitisiert werden, und zwar durch Verwendung
von Vorrichtungen geeigneter Abmessungen. Die senkrecht zum Strom liegenden Fasern werden durch die in den anderen Pasern erzeugte
Hitse graphit!eiert. Jtatt der Bollen können auch andere sich
nicht berührende elektrische Kontakte verwendet werden, wie s.B*
Körper aue ionisiertem Sas oder Quecksilber·
Will «an nach dem Verfahren der Erfindung ein festeres Graphltgam
erhalten, so kann man es in plastisches instand, gewöhnlich
bei etwa 22000C, strecken. Das wird beispieleweise dadurch erreicht
, daß man die zweite Rolle etwas schneller umlaufen läßt als die erste· Entsprechend kann ein Schrumpfen des Garnes erreicht
werden» wenn man di@ swoite Holle langsamer umlaufen läßt
als die erste«
Jedem Fachmann ist es klar, daS bei dem Verfahren und der Vorrichtung
der Erfindung die Temperaturen, umgebenden Atmosphären und die Bewegungsgesehwindigkeit des Garnes leicht und beliebig
geregelt werden können» Sie sum Graphitisieren verwendete Energie liegt weit unter der, die bei den bekannten Verfahren benötigt
wird.
BAD ORIGINAL 80990T/0756
Claims (1)
- H69492-tr
PatentansprücheVerfahren zum kontinuierlichen Graphitieleren kohlenstoffhaltiger Garne mit einem Gehalt von mindestens 90 Gew.-^ Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß man das Garn über zwei eich nicht berührende elektrische Kontakte führt und einen Strom durch diese Kontakte und durch das sich vorwärtsbewegende Garn hindurchleitet* wobei man Temperaturen von mindestens ä 13000C im Garn zwischen den Kontakten erzeugt.2« Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer
arbeitet·bei einer Graphitislerungstemperatur von 1800 bis 30000C3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man um das Garn zwischen den beiden elektrischen Kontakten eine geregelte Atmosphäre anordnet·4. Verfahren naoh Anspruch 3t dadurch gekennzeichnet, daß man eine Atmosphäre aus einem inerten Gas, Wasserstoff, Kohlenmonoxyd, und/oder Ammoniak verwendet·5. Verfahren naoh Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß man das Garn bei einer Temperatur von mindestens 220O0C streckt·6« Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens naoh den Ansprüchen 1-5, enthaltend zwei elektrisch leitende einander nicht berührende Rollen, die an eine elektrische Stromquelle angeschlossen sind j und einen Trog mit mehreren Gaseinlaßöffnungen, der zwiechen den beiden Rollen angeordnet ist·BAD ORIGINAL 80990Ϊ/07567. Vorrichtung nach Anspruch 6, enthaltend eine auf die Rolle gerichtete Wärmequelle und zwei an den Umfangsoberflächen der Rollen angreifende Schaber.8ο Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen aus Graphit bestehen.809901/0756BAD ORIGINAL
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