DE2502517A1

DE2502517A1 - Verfahren zum verarbeiten von fluoriertem kohlenstoff

Info

Publication number: DE2502517A1
Application number: DE19752502517
Authority: DE
Inventors: Ronald G Gunther
Original assignee: Yardney International Corp
Current assignee: Yardney International Corp
Priority date: 1974-03-28
Filing date: 1975-01-22
Publication date: 1975-10-02
Also published as: FR2265684A1; IL46317A; JPS50130840A; SE408304B; GB1443134A; SE7503619L; JPS5532726B2; CA1034330A; FR2265684B1; IL46317A0

Description

Verfahren zum Verarbeiten von fluoriertem Kohlenstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von fluoriertem Kohlenstoff und insbesondere die Verarbeitung von fluoriertem Kohlenstoff in Gegenwart, eines Bindemittels.

Fluorierter Kohlenstoff im Gemisch mit Bindemitteln, wie Polytetrafluoräthylen, hat viele Verwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise kann ein solches Gemisch als Elektrodenmaterial, wie in der US-PS 3 536 532 ("Primary Cell for Electric Batteries") beschrieben, und als Schmiermittel verwendet werden. Dieses Material zeichnet sich aber durch eine außerordentliche Feinheit aus, so daß es bei seiner Verarbeitung als Staub in die Luft gelangt. Beispielsweise wird bei einem bekannten Verfahren, der fluorierte Kohlenstoff einfach mit einem Bindemittel, wie Polytetrafluoräthylen, vermischt, und das erhaltene Gemisch wird unter Sintern verpreßt, wobei aber der in dem Gemisch anwesende fluorierte Kohlenstoff vor dem Sintern flockig bleibt und leicht als Staub von der Luft aufgenommen wird, auch wenn das Gemisch unter Drücken von

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ORIGINAL INSPECTED

Hunderten von kg/cm (several tons per square· inch) kaltverpreßt wird. Dadurch wird die Verarbeitung solcher Gemische schwierig und es werden Massen, die einerseits nicht-homogen sind und andererseits hinsichtlich der Mengenverhältnisse der Bestandteile von Gemisch zu Gemisch variieren, erhalten. Außerdem kann für manche Verwendungszwecke die Notwendigkeit des Sintern des Gemisches ziemlich nachteilig sein.

Ein Verfahren, nach dem ein homogeneres und kohäsiveres Gemisch des fluorierten Kohlenstoffs mit dem Bindemittel erhalten wird, besteht darin, diese Komponenten in der Form trockener Pulver in einem Mischer, wie einem Waring-Miseher, zu vermischen. Durch die Scherwirkung der Mischerschaufeln bildet das Bindemittel schwammige Teilchen, in denen der feinverteilte fluorierte Kohlenstoff gleichmäßig eingeschlossen ist. Obwohl aber die so gebildete Masse leicht zu handhaben ist und der fluorierte Kohlenstoff nicht mehr leicht von der Luft aufgenommen wird, ergibt das erhaltene schwammige Pulver beim Kaltverpressen keine starren Formkörper, auch wenn Drücke bis zu 1000 kg/cm (six tons per square inch) angewandt werden, selbst wenn der Bindemittelgehalt bis zu 45$ beträgt. Wenn ein starres Gefüge erwünscht ist, wie es gewöhnlich der Fall ist, ist ein Sintern des Bindemittels erforderlich.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines stabilen Gemisches aus fluoriertem Kohlenstoff und Bindemittel, das darin besteht, daß man ein Gemisch von fluoriertem Kohlenstoff und einem Bindemittel einer Schmierwiricung, bei der gleichzeitig Druck und Scherkräfte auf das Gemisch ausgeübt werden, unterwirft. Dabei wird eine Masse erhalten, in der der fluorierte Kohlenstoff gründlich mit dem Bindemittel vermischt ist und die hohe Stabilität besitzt.

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Dieses Verfahren hat eine Reihe von Vorteilen. Der in dar Masse enthaltene fluorierte Kohlenstoff zeigt keine Neigung, von der Luft aufgenommen zu werden. Außerdem ist die erhaltene Masse durch Kaltverpressen verformbar, und die erhaltenen Formkörper haben eine gute Strukturintegrität, ohne daß das Bindemittel gesintert werden muß. Außerdem kann das Material wegen der ausgezeichneten Gleiteigenschaften des fluorierten Kohlenstoffs in Verbindung mit der beim Kaltverpressen des Gemische erzielten Starrheit kalt extrudiert werden. Demgegenüber können nach bekannten Trockenverfahren erhaltene derartige Massen, wie die Materialien, die nach den letzteren Methoden hergestellt sind, wegen ihrer schlechten Kohärenz nicht leicht kalt extrudiert werden. , '

Vorzugsweise wird ein fluorierter Kohlenstoff der allgemeinen Formel (CF ) , in der χ eine positive Zahl mit einem Wert bis zu und einschließlich 2 und η eine unbestimmte große Zahl ist, verwendet. Dieses Material ist ein Pulver mit einer Teilchengröße unter 0,044 mm (which readily passes through a 325 .mesh, screen).

Das Bindemittel ist ein Material, das verformt wird, wenn es der im folgenden beschriebenen Schmierwirkung ausgesetzt wird. Unter "Verformen" ist zu verstehen, daß die Teilchen durch die Schmierwirkung ausgebreitet werden. Dabei wird ein Rahmenwerk gebildet, in dem der fluorierte Kohlenstoff eingeschlossen ist. Die Teilchen werden also durch eine Art Kaltschweißen oder ein ähnliches Phänomen zusammengehalten. Ein besonders geeignetes Bindemittel ist Polytetrafluoräthylen.

In das Gemisch aus fluoriertem Kohlenstoff und Bindemittel können je nach der Letztverwendung der erhaltenen Masse natürlich noch andere Komponenten eingebracht werden. Wenn- die Masse beispiels-

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weise als Material für eine Elektrode verwendet werden soll, kann Acetylenruß darein eingebracht werden, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern.

Die Mengenverhältnisse von fluoriertem Kohlenstoff und Bindemittel können in einem weiten Bereich variieren. Jedoch muß eirß ausreichende Menge an Bindemittel anwesend sein, um sich während des Verschmierens mit dem fluorierten Kohlenstoff zu vermischen und diesen zu binden. Tatsächlich wird der fluorierte Kohlenstoff locker durch das Bindemittel, das als sich zwischen den Fluorkohlenstoffteilchen erstreckendes Rahmenwerk fungiert, eingekapselt. Das bedeutet, daß das Gemisch aus fluoriertem Kohlenstoff und Bindemittel wenigstens etwa 5 Gew.-des Bindemittels enthalten muß.

Das Trockenverfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß man den fluorierten Kohlenstoff und das Bindemittel (sowie ggfs. weitere Komponenten) in der Form trockener Pulver miteinander vermischt, während man diese Materialien einer "Schmierwirkung" unterwirft, wobei dieser Ausdruck bedeutet, daß man diese Materialien gleichzeitig Druck und Scherkräften unterwirft. Dies kann einfach durch die Verwendung eines Mörsers und Stößels erfolgen. Die Schmierwirkung kann aber auch in einer Walzenmühle, bei der die walzen mit verschiedenen Geschwindigkeiten umlaufen, mit einem Rollquetscher (muller) oder in einem Mehrschneckenextruder ausgeübt werden. Bei fortschreitendem VermJs chen wird das Bindemittel ausgeschmiert, ■während die übrigen Komponenten, einschließlich des fluorierten Kohlenstoffs, mit dem Bindemittel vermischt und in dem verschmierten Rahmenwerk aus dem Bindemittel eingeschlossen werden.

Das Verschmieren erfolgt gewöhnlich bei Raumtemperatur. Jedoch kann jede Temperatur über der Versprödungstemperatur und

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unter der Schmelztemperatur des Bindemittels (für Polytetrafluoräthylen etwa -250⁰C bis etwa 300⁰C) angewandt werden. Die obere Grenze ergibt sich daraus, daß das Verfahren bei Temperaturen über der Schmelztemperatur des Bindemittels überflüssig wird.

Das Verschmieren wird vorzugsweise so lange fortgesetzt, bis praktisch der gesamte fluorierte Kohlenstoff von dem Bindemittel eingeschlossen ist. Das erhaltene Gemisch liegt in der Form von Plättchen vor, die durch bloßes Kaltpressen zu Formkörpern, die Strukturintegrität aufweisen, ohne daß das Bindemittel gesintert werden muß, verformt werden. Dieses verformte Material kann wiederum kalt extrudiert werden.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.

Beispiel 1 .

Ein fluorierter Kohlenstoff der allgemeinen Formel (CF ) , worin χ einen Wert von 0,88 hat, wurde mit Polytetrafluoräthylenpulver (Teflon 6c) als Bindemittel in solcher Menge, daß das erhaltene Gemisch aus dem fluorierten Kohlenstoff und dem Bindemittel 84 Gew.-^ fluorierten Kohlenstoff enthielt, vermischt. Das Gemisch wurde von Hand mit Mörser und Stößel vermählen oder verschmiert, bis sich Plättchen gebildet hatten. Das so erhaltene Gemisch wurde- dann in einer Form mit einem Druck von

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70kg/cm (1,000 psi) verpreßt. Es bildete sich eine kohärente Masse, und der darin enthaltene fluorierte Kohlenstoff zeigte keine Neigung, von der Luft aufgenommen zu werden.

Andererseits wurde eine Mischung aus fluoriertem Kohlenstoff und Bindemittel der gleichen Zusammensetzung in einem Mischer (Blender) vermischt, bis sich fasrige Teilchen gebildet hatten. Das erhaltene Material wurde dann Drücken bis zu i960 kg/cm

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(28,000 psi) ausgesetzt, hielt dann aber nicht zusammen; d.h. es konnte nach diesem Verfahren keine kohärente Masse aus dem Gemisch gebildet werden.

Beispiel 2

Ein Gemisch wurde wie in Beispiel 1 aus 75 Gew.-% fluoriertem Kohlenstoff der allgemeinen Formel (CP ) , worin χ den Wert 0,88 hatte; 14 Gew.-^ Acetylenruß und 11 Gew.-% PoIytetrafluoräthylen hergestellt. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gesamtgewicht des Gemisches. Dieses Gemisch wurde in einer Form mit offenen Enden, aus der überschüssiges Material ausgequetscht werden konnte, verpreßt. Man erhielt eine kohärente Masse, die als Puppe (bobbin) in einer zylindrischen elektrochemischen Zelle verwendet wurde. Der fluorierte Kohlenstoff zeigte keine Neigung, von der Luft aufgenommen zu werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines stabilen Gemisches aus (a) einem fluorierten Kohlenstoff der Formel (CF ) ,' in der

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x eine positive Zahl bis zu und einschließlieh 2 und η eine unbestimmte große Zahl ist, und (b) einem Bindemittel, das unter Druck verformt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß man

den fluorierten Kohlenstoff und das Bindemittel in solchen Mengenverhältnissen vermischt, daß das Bindemittel in ausreichender Menge anwesend ist, um sich mit dem fluorierten Kohlenstoff zu vermischen und diesen zu binden, und

das Gemisch aus dem fluorierten Kohlenstoff und dem Bindemittel gleichzeitig Druck und Scherkräften bei einer Temperatur zwischen der Versprödungstemperatur und der" Schmelztemperatur des Bindemittels unterwirft, bis praktisch der gesamte fluorierte Kohlenstoff -in einem Rahmenwerk aus dem Bindemittel eingeschlossen ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel Polytetrafluorathylen in einer Menge von wenigstens etwa 5 Gew.-^ des Gesamtgewichtes von Polytetrafluorathylen und fluoriertem Kohlenstoff verwendet und das Gemisch dem Druck und den Scherkräften unterwirft, bis Plättchen gebildet sind und praktisch der gesamte fluorierte Kohlenstoff in einem Rahmenwerk aus dem Polytetrafluorathylen eingeschlossen ist.

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3. Stabiles Gemisch, das nach dem Verfahren von Anspruch 1 hergestellt ist.

4. Stabiles Gemisch, das nach dem Verfahren von Anspruch 2 hergestellt ist.

5. Verfahren zur Herstellung eines verformten Materials mit Strukturintegrität ohne Sintern, dadurch g e kennzei chnet, daß man

ein Gemisch aus (a) einem fluorierten Kohlenstoff der allgemeinen Formel (CP ) , worin χ eine positive Zahl bis zu und einschließlich 2 und η eine unbestimmte große Zahl ist, und (b) einem Bindemittel, das unter Druck verformt werden kann, herstellt, wobei das Bindemittel in ausreichender Menge, um sich mit dem fluorierten Kohlenstoff vollständig zu vermischen und diesen zu binden, anwesend ist;

gleichzeitig Druck und Scherkräfte auf ein Gemisch aus dem fluorierten Kohlenstoff und dem Bindemittel bei einer Temperatur zwischen der Versprödungstemperatur und der Schmelztemperatur des Bindemittels und für eine ausreichende Zeit, um praktisch den gesamten fluorierten Kohlenstoff in dem Bindemittel einzuschließen, so daß ein stabiles Gemisch entsteht, ausübt; und

das stabile Gemisch bei einem für eine Verformung des Gemisches ausreichenden Druck kaltverpreßt.

6. Verfahren nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß man als Bindemittel Polytetrafluorathylen in einer Menge von wenigstens etwa 5 Gew.-^ der Gesamtmenge an fluoriertem Kohlenstoff und Bindemittel verwendet und ein stabiles Gemisch in der Form von Plättchen herstellt.

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7. Verformtes Material, das nach dem Verfahren von Anspruch hergestellt ist.

8. Verformfces Material, das nach dem Verfahren von Anspruch hergestellt ist.

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