DE2502517A1 - METHOD OF PROCESSING FLUORINATED CARBON - Google Patents

Description

Verfahren zum Verarbeiten von fluoriertem KohlenstoffProcess for processing fluorinated carbon

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verarbeiten von fluoriertem Kohlenstoff und insbesondere die Verarbeitung von fluoriertem Kohlenstoff in Gegenwart, eines Bindemittels.The invention relates to a method of processing fluorinated carbon and, more particularly, to processing of fluorinated carbon in the presence of a binder.

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 vonFluorinated carbon mixed with binders such as Polytetrafluoroethylene, has many uses. For example, such a mixture can be used as an electrode material, as described in US Pat. No. 3,536,532 ("Primary Cell for Electric Batteries "), and can be used as a lubricant. However, this material is characterized by an extraordinary delicacy, so that it is at his Processing as dust enters the air. For example In a known process, fluorinated carbon is used simply mixed with a binding agent such as polytetrafluoroethylene, and the mixture obtained is compressed with sintering, but with the fluorinated carbon present in the mixture Remains flaky and easily as dust from the before sintering Air is absorbed even when the mixture is pressed

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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL 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.Cold forged hundreds of kg / cm (several tons per square inch) will. This makes the processing of such mixtures difficult and there are masses that are on the one hand non-homogeneous and on the other hand vary with regard to the proportions of the constituents from mixture to mixture. In addition, for some uses, the need to sinter the mixture can be quite detrimental.

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.A process by which a more homogeneous and cohesive mixture The fluorinated carbon obtained with the binder consists of these components in the form of dry powder to mix in a mixer such as a Waring blender. The binder forms through the shear action of the mixer blades spongy particles in which the finely divided fluorinated carbon is evenly enclosed. But although the The mass formed in this way is easy to handle and the fluorinated carbon is no longer easily absorbed by the air, the spongy powder obtained does not give any rigid moldings on cold pressing, even at pressures of up to 1000 kg / cm (six tons per square inch) can be used even if the binder content is up to $ 45. If a rigid structure if desired, as is usually the case, sintering of the binder is required.

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.The invention relates to a process for the production of a stable mixture of fluorinated carbon and binder, that consists in the fact that a mixture of fluorinated carbon and a binder of a lubricating effect in which pressure and shear forces are simultaneously exerted on the mixture. A mass is obtained in which the fluorinated carbon is thoroughly mixed with the binder and has high stability.

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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. , 'This method has a number of advantages. The fluorinated carbon contained in the mass shows no tendency of the Air to be absorbed. In addition, the mass obtained is deformable by cold pressing, and so are the moldings obtained have good structural integrity without the need to sinter the binder. In addition, the material can be due to the excellent sliding properties of fluorinated carbon can be cold extruded in conjunction with the rigidity obtained by cold pressing the mixture. In contrast, you can such masses obtained by known dry processes as the materials produced by the latter methods are not easily cold extruded because of their poor coherence. , '

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).A fluorinated carbon of the general formula (CF) in which χ is a positive number with a value of up to to and including 2 and η is an indefinite large number. This material is a powder with a particle size less than 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.The binder is a material that is deformed when subjected to the lubricating effect described below. By "deforming" it is meant that the particles are spread out by the lubricating action. In doing so, a framework is formed in which the fluorinated carbon is included. The particles are thus made by a kind of cold welding or a similar phenomenon held together. A particularly suitable binder is polytetrafluoroethylene.

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-In the mixture of fluorinated carbon and binder, depending on the final use of the mass obtained, can of course also other components are introduced. If- the mass for example-

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weise als Material für eine Elektrode verwendet werden soll, kann Acetylenruß darein eingebracht werden, um die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern.should be used wisely as a material for an electrode, acetylene black can be incorporated therein to improve electrical conductivity.

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.The proportions of fluorinated carbon and binder can vary within a wide range. However, a sufficient amount of binder must be present in order for it to be present during the smear with the fluorinated carbon mix and tie this. In fact, the fluorinated carbon is loosened by the binder that acts as a between the fluorocarbon particles extending framework acts, encapsulated. That means that the mixture is made of fluorinated carbon and binder at least about 5 wt Must contain binding agent.

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.The dry process according to the invention consists in that the fluorinated carbon and the binder (as well as possibly. Other components) mixed together in the form of dry powder, while these materials are one "Lubricating", which term means that these materials are subjected to pressure and shear forces at the same time subject. This can be done simply by using a mortar and pestle. But the lubricating effect can also in a roller mill, in which the rollers are at different speeds circulate, with a roller squeegee (muller) or in a multi-screw extruder. With advancing The binder is smeared out, while the other components, including the fluorinated one Carbon, mixed with the binder and trapped in the smeared framework of the binder will.

Das Verschmieren erfolgt gewöhnlich bei Raumtemperatur. Jedoch kann jede Temperatur über der Versprödungstemperatur undSmearing is usually done at room temperature. However, any temperature above the embrittlement temperature and

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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.below the melting temperature of the binder (for polytetrafluoroethylene about -250 ⁰ C to about 300 ⁰ C) are used. The upper limit results from the fact that the process becomes superfluous at temperatures above the melting temperature of the binder.

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.The smearing is preferably continued until substantially all of the fluorinated carbon is removed from the binder is included. The mixture obtained is in the form of platelets, which by mere cold pressing to form moldings, have structural integrity without the need to sinter the binder, are deformed. This deformed Material can, in turn, be extruded cold.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die Erfindung.The following examples illustrate the invention.

Beispiel 1 . Example 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 vonA fluorinated carbon of the general formula (CF), wherein χ Has a value of 0.88, was made with polytetrafluoroethylene powder (Teflon 6c) as a binder in such an amount that the resulting mixture of the fluorinated carbon and the binder 84 wt .- ^ fluorinated carbon contained, mixed. The mixture was ground by hand with a mortar and pestle or smeared until platelets had formed. The mixture thus obtained was then in a mold with a pressure of

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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.2
70kg / cm (1,000 psi) compressed. A coherent mass formed and the fluorinated carbon contained therein showed no tendency to be taken up by the air.

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/cmOn the other hand, a mixture of fluorinated carbon and binder of the same composition was put in a mixer (Blender) mixed until fibrous particles were formed. The material obtained was then pressures up to 1960 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.(28,000 psi) exposed but not held together; i.e. no coherent mass could be achieved using this method are formed from the mixture.

Beispiel 2Example 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.A mixture was prepared as in Example 1 of 75 wt -% fluorinated carbon had the general formula (CP), wherein the value of χ 0.88;. 14 wt .- ^ acetylene black and 11 wt .- % Polytetrafluoroethylene produced. The percentages relate to the total weight of the mixture. This mixture was compressed into an open ended mold from which excess material could be squeezed out. A coherent mass was obtained which was used as a doll (bobbin) in a cylindrical electrochemical cell. The fluorinated carbon showed no tendency to be taken up by the air.

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Claims (8)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Herstellung eines stabilen Gemisches aus (a) einem fluorierten Kohlenstoff der Formel (CF ) ,' in der1. A process for the preparation of a stable mixture of (a) a fluorinated carbon of the formula (CF), 'in the Λ IXΛ IX 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 x is a positive number up to and including 2 and η one is an indefinite large number, and (b) a binder which can be deformed under pressure, characterized in that one 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, undthe fluorinated carbon and the binder are mixed in proportions such that the binder is present in sufficient quantity to deal with the to mix and bond fluorinated carbon, and 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.the mixture of the fluorinated carbon and the binder simultaneously pressure and shear forces at one Temperature between the embrittlement temperature and the " Melting temperature of the binder subjects until practically all of the fluorinated carbon -in a framework from the binder is included. 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.2. The method according to claim 1, characterized in that the binder is polytetrafluoroethylene in an amount of at least about 5% by weight of the total weight of polytetrafluoroethylene and fluorinated carbon and the mixture used the pressure and shear forces subjects until platelets are formed and practically all of the fluorinated carbon in a framework is made up of the Polytetrafluoroethylene is included. 509840/1060509840/1060 3. Stabiles Gemisch, das nach dem Verfahren von Anspruch 1 hergestellt ist.3. Stable mixture made by the method of claim 1. 4. Stabiles Gemisch, das nach dem Verfahren von Anspruch 2 hergestellt ist.4. Stable mixture obtained by the method of claim 2 is made. 5. Verfahren zur Herstellung eines verformten Materials mit Strukturintegrität ohne Sintern, dadurch g e kennzei chnet, daß man5. A method for producing a deformed material with structural integrity without sintering, thereby g e marking chnet that one 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;a mixture of (a) a fluorinated carbon of the general formula (CP), wherein χ is a positive number up to and including 2 and η is an indefinite large number, and (b) a binder which is deformed under pressure can, manufactures, with the binder in sufficient amount to completely deal with the fluorinated carbon to mix and bind this is present; 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; undsimultaneously pressure and shear forces on a mixture of the fluorinated carbon and the binder at one temperature between the embrittlement temperature and the melting temperature of the binder and for a time sufficient to remove virtually all of the fluorinated carbon in the Include binding agents to form a stable mixture; and das stabile Gemisch bei einem für eine Verformung des Gemisches ausreichenden Druck kaltverpreßt.the stable mixture is cold-pressed at a pressure sufficient to deform the mixture. 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.6. The method according to claim 5 *, characterized in that that polytetrafluoroethylene is used as a binder in an amount of at least about 5 wt .- ^ of the total amount uses fluorinated carbon and binder and produces a stable mixture in the form of platelets. 10601060 7. Verformtes Material, das nach dem Verfahren von Anspruch hergestellt ist.7. Deformed material made by the method of claim is made. 8. Verformfces Material, das nach dem Verfahren von Anspruch hergestellt ist.8. Deformable material obtained by the method of claim is made. S09.840/106Q.S09.840 / 106Q.