DE2026070A1

DE2026070A1 - Kohlenstoffhaltiges nichtgewebtes Tuch

Info

Publication number: DE2026070A1
Application number: DE19702026070
Authority: DE
Inventors: Kensuke Yoshida TadaakiJ Sugawara Kastuyuki Tokio P Okuda
Original assignee: Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokio
Priority date: 1969-05-28
Filing date: 1970-05-27
Publication date: 1971-02-04
Also published as: CA958175A; US3682595A; FR2043736B3; FR2043736A7

Description

PATENTANWXLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 2026070

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBURG

TELEFON: 555476 8000 MO N CH E N 15, 'S / \Q7f\

TELEGRAMMe=KARPATENT nussbaumstrasseio . ■ "

W. H 819/70 - Ko/B

Kurβha Kagaku, Kogyo KK., Tokyo / Japan

Kohlenstoffhaltiges niohtgewebteβ Tuch

Die Erfindung betrifft niohtgewebte Tücher, die praktisch lediglich aus einem Kohlenstoffmaterial aufgebaut sind, welohe durch Verbindung kohlenstoffhaltiger Fasern mit einem Binder und ansohliessendes Brennen hergestellt sind.

Die Erfindung betrifft insbesondere niohtgewebte Tücher, die praktisoh lediglich aus kohlenstoffhaltigem Material aufgebaut sind, welohes duroh Verbinden τοη sogenannten kohlenstoffhaltigen Fasern, wie gerußten Fasern, Kohlenstoff»lern oder Gtraphitfasern mit einer Länge von mehr als 1 mm mit einem Binder in der gewünsohten Menge hergestellt sind, obwohl das Verfahren eur Ausbildung der Bahn der Fasern entsprechend der Länge der ™ Fasern und der Stärke der nichtgewebten Tücher gemäß der Erfindung variiert werden kann, worauf dann ansohlieaaend das Material in einer Atmosphäre, die industriell vorliegt, gebrannt wird.

In allgemeinen werden kohlenstoffhaltige Fasern oder Kohlenstoffasern duroh Carbonisierung oder Verkohlung von Fasern, wie Eayonfasern oder Aorylnltrllfasern, duroh Brennen derselben bei einer geeigneten Temperatur hergestellt und deshalb ist es im Fall der Herstellung

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Ton verarbeiteten Gegenständen aus kohlenstoffhaltigen Fasern, wie Spinngarnen, Tüchern und niohtgewebten Tüchern, notwendig, die Rohfasern ao wie die Rayonfasern oder Polyacrylfasern in den verarbeiteten Gegenstand, herzustellen und dann den Gegenstand zu verkohlen oder zu carbonisieren. Jedoch ist bei diesen üblichen Verfahren die Wirksamkeit der Verkohlung oder Carbonisierung sehr niedrig (20 bis 4O#) und der Gewicht»verlust und die Änderung des Durchmessers der Fasern sind bemerkenswert. Selbst wenn deshalb ein Binder zur Herstellung derartiger verarbeiteter kohlenstoffhaltiger Gegenstände verwendet wird, geht die Bindekraft des Binders während der Verkohlung oder Carbonisierung verloren und die Herstellung von kohlenstoffhaltigen oder verkohlten niohtgewebten Tüchern nlt ausreichender Festigkeit wird unmöglich·

Im Rahmen der Erfindung wurden Verfahren zur Herstellung von nichtgewebten kohlenstoffhaltigen Tüchern untersucht, indem direkt kohlenstoffhaltige Fasern verarbeitet wurden, ohne daß die vorstehend aufgeführten Fehler auftraten, jedoch zeigten sieh verschiedene Schwierigkeiten, da die herzustellenden Materialien aus kohlenstoffhaltigen Fasern bestanden·

Da kohlenstoffhaltige Fasern oder Kohlenstoffatom eine hohe Steifigkeit besitzen und daä®r leicht brechen, treten Störungen bei der Bildung einer Bahn aus derartigen kohlenstoffhaltigen Fasern auf« Fall® die Bahn des kohlenstoffhaltigen Fasermaterials nach einem Trockenverfahren oder einem bauverfahren hergestellt wird, liegt der grundsätzliche Gesichtspunkt in der Art und Wals® der öffnung der Fasern und dies® Schwierigkeiten wuriem überwunden, indem ein Zylinder eines Hoehgeaeliwindig·- keitsgasstromes zur Faseröffnuiig angewandt wurd® (Japan!-»

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eohe Patentveröffentlichung 2933/'69).

Darüber hinaus ist es notwendig sur Herstellung τοη nichtgewtbten Tüohern, daß die auf die vorstehende Weise geöffneten kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kohlenstofffasern su einem Tuoh mit der gewünschten Stärke und der geeigneten Form nach einem Trockenverfahren oder Haßverfahren verarbeitet werden und mittels eines Binders verbunden werden, daß anschließend der Binder verkohlt oder oarbonisiert wird.

1st Fall der Verbindung von kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kobienetoffasern mit einem Binder nach dem Eintauohverfahren kann ein Verfahren angewandt werden, bei dem der Binder in einer wäßrigen Dispersion einer Aufschlämmung der kohlenstoffhaltigen Fasern gelöst oder dispergiert ist, so daß die Fasern mit dem Binder verbunden werden. Die ansohliessend an das Bindeverfahren auftretende Carbonisierung oder Verkohlung wird im allgemeinen duroh eine Wärmebehandlung der duroh den Binder verbundenen Fasern bei hoher Temperatur in einem Inertgas durchgeführt, jedoch ist es in diesem Fall günstig, die Wärmebehandlung bei einer Temperatur so niedrig wie möglioh und in einer industriell günstigen Atmosphäre, beispielsweise während eines kursen Zeitraumes in Luft, durchzuführen«

Für den sur Herstellung der kohlenstoffhaltigen niohtgewebten Tüoher oder Kohlenstofftüoher verwendeten Binder ist es notwendig, daß er ein ausreichendes Ausmaß der Affinität für die kohlenstoffhaltigen Fasern hat, wenn der Binder im festen, geschmolzenen oder Lusungseustand vorliegt, der Binder eine ausreichende Wirkung als Binder für kohlenstoffhaltige Materialien hat sowie eine ausgeprägte Bindefestigkeit aufweist, nachdem er carbonisiert oder verkohlt ist oder während der Verkohlung. Weiterhin gibt

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ββ Im Fall der schnellen Carbonisierung dee Binders bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur zwei Arten ▼on Bindern, d.h. einen Binder, der über einen Zustand eines Peohes mit einer verhältnismäßig niedrigen Viskosität oarbonisiert oder verkohlt wird, und eines Binders, der direkt ohne einen derartigen pechartigen Zustand oarbonisiert oder verkohlt wird. Wenn jedoch allgemein ein Binder im pechartigen Zustand vorliegt, ist es schwierig, eine ausreichende Bindung von kohlenstoffhaltigen Fasern zu erreichen und die Form der verbundenen Fasern stabil su halten, wodurch es schwierig wird, eine ausreichende Dimensionsfestigkeit des Fertigproduktes ssu erhalten. Deshalb sind Binder, die ohne Durchgang durch einen pechartigen Zustand carbonislert oder verkohlt werden, für kohlenstoffhaltige Fasern oder Kohlenstoffasern weit mehr tu bevorsugen.

Weiterhin hängen auch die Art und die Eigenschaften der kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kohlenstoffasern von den Bedingungen ihrer Herstellung ab, beispielsweise beginnen sie eine Umsetzung hinsichtlieh des Gewichtes oder der Denaturierung durch Oxydation in Luft, und deshalb let ein Binder, welcher vollständig in Luft bei einer verhält niemäßig niedrigen Temperatur von 400 bis 500⁰C oarbonisiert oder verkohlt werden kann, mit einem ausgeprägten wirtschaftlichen Effekt oinsueetsen« Falls natürlich eine Graph!tieierung erfordert wird, kann der Binder auch bei einer ausreichend hohen Temperatur väraebehandelt werden«

Infolge von zahlreichen Versuchen wurde nun festgestellt, dafi ein Polymeres aus Vinylidenohlorld, Vinylidenfluorid, Vinylchlorid oder Acrylnitril oder ein Copolymeree, das hauptsächlich aus den vorstehende» Monomeren aufgebaut ist, ein thermoplastisches Harz, wie Polyvinyl-

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alkohol oder ein Derivat hiervon oder «in wärmehärtbare· Harz, wie ein Phenolharz, ein Epoxyharz, ein ungesättigtes Polyesterharz, ein Furanharz oder «in PoIydivinylbenzolharz zufriedenstellend die vorstehenden Bedingungen als Binder für kohlenstoffhaltige Fasern oder Kohlenstoffasern erfüllen und kohlenstoffhaltige niohtgewebte Tücher oder niohtgewebte Kohlenstofftücher ergeben, wenn die kohlenstoffhaltigen Fasern oder die Kohlenstofffasern mit einem derartigen Binder naoh dem Eintauohverfahren oder nach dem Aufsprühverfahren unter Anwendung der vorstehenden hoohaolekularen Materialien in einem Zu- % stand der Lösung derselben mit einer geeigneten Konzentration oder in einem Zustand des Latex imprägniert werden und ansohließend das System in eiern Zustand verkohlt oder oarbonisiert wird, wo der Binder eine ausreichende Bindekraft zeigt»

Die auf diese Weise hergestellten kohlenstoffhaltigen nichtgewebten Tüoher oder nichtgewebten Kohlenstofftücher können nicht nur als Värmeisoliermaterial, Verpackungsmaterial oder Filter verwendet werden, sondern auoh als elektrische Heizelemente, Elektroden und Überzugsmaterialien für antistatische Zwecke unter Ausnützung der Leitungseigenschaften· Λ

Beispiel 1 . "

Ein Bündel von etwa to 000 kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kohlenstoffasern jeweils mit einem Durchmesser von β XL und einer Länge von 7 om wurde zu Fasern naoh dem Öffnungsverfahren unter Anwendung des vorstehend abgehandelten Faseröffnungszylinder mit einem Hoehgeschwindigkeitsgasstrom geöffnet und anschließend die Fasern zu einem wahllos verteilten Gewebe mit einer Stärke

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Ton 200 g/οβ mittelseines Cyolonsysternes verarbeitet· Die Bahn wurde in eine 4#ige Lösung von Polyvinylidenfluorid in Dimethylaoeton eingetaucht, um die Faserbahn ait dem Binder in einem Verhältnis von etwa 3 Gew.-^o zu verbinden und dann wurde die auf diese Weise mit dem Binder imprägnierte Bahn bei einer Temperatur von 55O⁰C in Stickstoffatousphäre gebrannt, iiaoh dem vorstehenden Verfahren wurde ein ganz ausgezeichnetes kohlenstoffhaltiges Tuohmaterial erhalten« Durch die ohemiache Analyse wurde festgestellt, daß etwa 99# dee Binders verkohlt oder oarbonisiert waren.

Beispiel 2

Ein Bündel von kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kohlenstoffasern, wie in Beispiel 1, wurde zu einer Länge von etwa 3 cm geschnitten und nach der Öffnung nach dem gleichen Verfahren, wie in Beispiel 1, wurden die Fasern zur einer Bahn mit etwa 50 g/on mittels des Kondensator-Zylinder-Systems verarbeitet. Weiterhin wurde ein Copolymere β aus Vinilidenchlorid und Vinylchlorid mit einem Gewiohtsverhältnis von 70/30 in !tetrahydrofuran in einer Menge von 2£ gelöst. Die auf diese Weis· hergestellte Lösung wurde auf die Bahn nach dem Aufsprühverfahren unter solchen Bedingungen aufgetragen, daS der Anteil des auf die Bahn aufgetragenen Copolymeren aus Vinylidenchlorid und Vinylchlorid etwa A&, bezogen auf das Gewioht der Bahn, betrug, worauf dann dl· den Binder enthaltende Bahn bei einer Temperatur von etwa 700⁰C in einer Stickstoff atmosphäre sur Carbonisierung oder Verkohlung des Binders wämebehandelt wurde, wodurch ein kohlenstoffhaltiges niohtgewebtes Tuch oder niohtgewebtes Kohlenstofftuch er-

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halten wurde, worin der Binder praktisch Tollständig oarboniaiert oder verkohlt war.

B«ispiel 3

Ein Bündel τοη kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kohlenetoffaeern alt jeweils einen Durchmesser von 7 M wurde zu einer Länge τοη etwa 5 mm ge schnittt η und wurde mittels der in Beispiel 1 eingesetzten Faseröffnungsmasohine geöffnet und die Fasern zu einem nichtgewebten Tuoh nach dem sogenannten Naßverfahren unter Anwendung einer wäßrigen Dispersion τοη etwa 10 Gew.-^b eines Latex aus einem Copolymeren τοη Vinylidenchlorid und Vinylchlorid in einem Gewiohtsverhältnia rom -0/20 verarbeitet. Das Produkt bestand aus einem papierartigsn nichtgewebten Material von hoher Gleichmäßigkeit alt einem Wert von etwa 10 g/om . Durch Wäreebehandlung des niohtgewebten Tuches bei einer Temperatur von 380"Π in Luft wurde ein kohlenstoffhaltiges nlohtgewebtes Tuoh oder ein niehtgswebtes Kohlenstofftuoh mit hoher Einheitlichkeit und hoher Dichte erhalten·

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Claims

Patentansprüche

1. Niohtgewebtee kohlenstoffhaltiges Tuch, her« gestellt durch Verbindung von kohlenstoffhaltigen Fasern oder Kohlenstoffasern unter Anwendung eines Binders aus eineβ hochmolekularen Material, welches keinen pechartigen geschmolzenen Zustand während des Verbrennens zeigt₉ und anschlieBeendea Brennen des Systems.

2. Niohtgewebtee Tuch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material von hohem Molekulargewicht aus Polyvinylidenfluorid besteht,

3. liohtgewebtes Tuch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material von hohem Molekulargewicht aus einem Copolymeren von Vinylidenchlorid und Vinylchlorid besteht.

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