DE10256214A1 - Production of a fibrous body used in the production of a ceramic material as a photovoltaic element comprises digesting a natural material such as wood to form fibrous particles, adding purified carbon black or ground graphite and pressing - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Faserkörpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eines keramischen Werkstoffes nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.The invention relates to a method for the production of a fiber body according to the preamble of claim 1 and a ceramic material according to the preamble of claim 6.
Derartige Verfahren sind bekannt. So beschreibt beispielsweise die WO 01/81270 des Anmelders ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.Such methods are known. For example, WO 01/81270 by the applicant describes a method according to the preamble of claim 1.
Bei diesem bekannten Verfahren ist vorgesehen, den Faserkörper nach der Verkokung mit einem stark kohlenstoff(C)-haltigen Stoff in gelöster oder geschmolzener, also flüssiger Form zu imprägnieren. Als derartiger stark kohlenstoff(C)-haltiger Stoff kommt insbesondere Phenolharz und/oder Stärke in Frage. Durch mehrfache Nachimprägnierung mit Erwärmungs- und Abkühlungszyklen kann der Gehalt des Werkstoffs an Kohlenstoff vergrößert werden. Hierdurch ist es möglich, eine sehr gleichmäßige, isotrope Struktur des Werkstoffs zu erzielen und dadurch eine gute Berechenbarkeit seiner Eigenschaften zu gewährleisten. Weiter wird die Schrumpfung bei der Weiterverarbeitung erheblich eingeschränkt, was unter anderem zur Kostenersparnis durch vermindertes Verarbeitungsvolumen des Werkstoffs führt. Weiter kann die Porosität des Endprodukts durch den Kohlenstoffgehalt sehr genau eingestellt werden. Schließlich läßt sich die Dichte des Werkstoffs durch entsprechende Wahl des Kohlenstoffgehalts beeinflussen und so den geforderten Eigenschaften des Endprodukts anpassen.In this known method provided the fiber body after coking with a high carbon (C) substance in dissolved or more melted, i.e. more liquid Impregnate shape. As such a high carbon (C) -containing substance comes in particular Phenolic resin and / or starch in question. By repeated impregnation with heating and cooling cycles the carbon content of the material can be increased. hereby Is it possible, a very even, isotropic To achieve structure of the material and thus a good predictability to ensure its properties. Furthermore, the shrinkage becomes significant during further processing restricted what among other things to save costs through reduced processing volume of the material leads. The porosity can further of the end product can be adjusted very precisely by the carbon content. Finally let yourself the density of the material by appropriate choice of carbon content influence and thus the required properties of the end product to adjust.
Derartige, gegebenenfalls mehrfache Nachimprägnierungen des Werkstoffs nach der Verkokung sind jedoch verfahrenstechnisch und energietechnisch außerordentlich aufwendig, so daß sie den Herstellungsprozeß erheblich verteuern. Weiterhin führt der insgesamt hohe Eintrag an stark kohlenstoff(C)-haltigen Stoffen wie etwa Phenolharz zu einer erheblichen Kostenbelastung durch hohe Materialkosten, und belastet die Umwelt.Such, possibly multiple Nachimprägnierungen of the material after coking are procedural and extraordinary in terms of energy technology elaborate so that they the manufacturing process significantly expensive. Furthermore, the leads high entry of high carbon (C) substances such as phenolic resin to a significant cost burden due to high material costs, and pollutes the environment.
Aus der WO 01/81270 ist es auch bekannt, vor dem Verkoken eine Imprägnierung des Faserkörpers mit stark kohlenstoff(C)-haltigen Stoffen in gelöster oder geschmolzener, also flüssiger Form vorzunehmen.It is also known from WO 01/81270 coking an impregnation of the fibrous body with highly carbon (C) -containing substances in dissolved or melted, so liquid Form.
Ein Kohlenstoffeintrag durch die grundsätzlich gleichen Imprägnierungsstoffe, wie sie bei der Nachimprägnierung verwendet werden, zeigt bei der Vorimprägnierung etwa im Falle der Herstellung des Faserkörpers im Naßverfahren nur verminderte Wirkung: Die in der Suspension gelösten stark kohlenstoff(C)-haltigen Stoffe werden beim Entwässern mit den Wasserbestandteilen der Suspension zusammen ausgeschwemmt, so daß nur ein begrenzter Anteil dieser Stoffe im entwässerten Formkörper angereichert werden kann. Bei der Nachimprägnierung hingegen, wenn bereits ein poröser, pyrolisierter Körper vorliegt, ergibt ein Einpressen derartiger Stoffe, wie etwa Phenolharz und/oder Stärke, eine Porenfüllung mit diesen Stoffen, und damit ein hohes Rückhaltevermögen des Körpers für diese Stoffe. Damit kann in einem Nachimprägnierungsschritt mehr Imprägnierungsmatenal eingebracht werden als in einem Vorimprägnierungsschritt im Naßverfahren.A carbon entry by the in principle same impregnation materials, as with the re-impregnation used, shows the pre-impregnation in the case of Manufacture of the fiber body in the wet process only reduced effect: The strongly dissolved in the suspension Carbon (C) -containing substances are dewatered with the water components the suspension washed out together, so that only a limited proportion of these substances in the drained moldings can be enriched. In the case of post-impregnation, on the other hand, if already a porous, pyrolyzed body is present, pressing in such substances as phenolic resin results and / or strength, a pore filling with these substances, and therefore a high level of body retention for these substances. So that can in a post-impregnation step more impregnation material be introduced as in a pre-impregnation step in the wet process.
Auch in einem Trockenverfahren zur Herstellung des Faserkörpers ist eine starke Anreicherung mit Imprägnierungsmittel der in Rede stehenden Art nicht möglich; denn das in flüssiger Form zugeführte Imprägnierungsmittel kann in der trockenen Fasermasse nur durch Imprägnierung der einzelnen Fasern und damit bestenfalls Durchtränkung des Fasermaterials gehalten werden, während Zwischenräume zwischen den Fasern zu einer Drainage überschüssigen Imprägnierungsmittels durch Schwerkrafteinfluß führen. Somit ist auch hier die Menge des eintragbaren Imprägnierungsmittels und damit des anzureichernden Kohlenstoffs auf Werte begrenzt, die noch deutlich unter den Werten einer Nachimprägnierungsstufe liegen.Also in a dry process for Manufacture of the fiber body is a strong enrichment with impregnating agent in question standing type not possible; because that in liquid Form impregnation agent can only in the dry fiber mass by impregnation of the individual fibers and soaking at best of the fiber material are kept while gaps between the fibers to drain excess impregnating agent by gravity. Consequently is also the amount of the impregnation agent that can be entered and thus of the carbon to be enriched is limited to values that are still significant below the values of a post-impregnation level lie.
Daher ist die nach der WO 01/81270 vorgeschlagene Zugabe von stark kohlenstoff(C)-haltigen Stoffen vor der Verkokung im Zuge der Herstellung des Faserkörpers von nur geringem Nutzen in bezug auf eine Anreicherung von Kohlenstoff und damit eine Verminderung der zur Erzielung der gewünschten Qualität erforderlichen Nachimprägnierungsstufen.Therefore it is according to WO 01/81270 proposed addition of substances with a high carbon content (C) before coking in the course of the production of the fiber body from little benefit in terms of carbon enrichment and thus a reduction in achieving the desired quality required impregnation levels.
Hinzu kommt, daß die zur Herstellung des keramischen Werkstoffs geeigneten Faserkörper z. B. in Plattenform ein selbständig handelbares Produkt darstellen, welches von Produktionsstätten für keramische Werkstoffe als Halbzeug eingekauft wird. Je besser der Kohlenstoffgehalt des Faserkörpers als Vorprodukt auf den relativ hohen Kohlenstoffbedarf der nachfolgenden Weiterverarbeitung zum keramischen Produkt eingestellt ist, um so geringer ist der nachfolgende Aufwand beim Hersteller des keramischen Werkstoffs mit erforderlichen Nachimprägnierungsschritten im Anschluß an die Verkokung des Fasermaterials, und um so größer ist der mit dem Vorprodukt eingekaufte Mehrwert.In addition, that for the production of ceramic Suitable fiber body z. B. in plate form independently represent tradable product, which from production facilities for ceramic Materials are purchased as semi-finished products. The better the carbon content of the fibrous body as a preliminary product to the relatively high carbon requirements of the subsequent ones Further processing to the ceramic product is set so the subsequent effort at the manufacturer of the ceramic is less Material with the necessary post-impregnation steps following the Coking of the fiber material, and the bigger it is with the preliminary product purchased added value.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 6 genannten Gattung aufzuzeigen, bei dem ein keramisches Endprodukt mit einem gewünschten hohen Kohlenstoffgehalt trotz Wegfall oder Minimierung von Nachimprägnierungen erreicht wird.The object of the invention is a Method of the preamble of claim 1 or claim 6 to indicate the genus in which a ceramic end product with a desired high Carbon content despite elimination or minimization of re-impregnation is achieved.
Überraschend gelingt die Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß im Zuge der Formung des Faserkörpers vor dem Vorpressen elementarer Kohlenstoff in Form zum Beispiel von gereinigtem Ruß, gemahlenem Graphit oder dergleichen in einer Menge von 5 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des trockenen Faserkörpers, zugesetzt wird. Dadurch, daß der elementare Kohlenstoff als Feststoff (Granulat, Pulver, Mehl, Staub) einer gewünschten Partikelgröße eingebracht wird, kann er an den Fasern des sich bildenden Faserkörpers anhaften und ist so vor einer zu starken Ausschwemmung durch die Suspension im Naßverfahren geschützt. Im Falle eines Trockenverfahrens kann der Feststoff Zwischenräume zwischen Fasern ausfüllen und dort gehalten werden. In jedem Falle ist also die Einbringung von Kohlenstoff in elementarer Form als Feststoff (statt eingebunden in eine chemische Verbindung in flüssiger Form) dafür maßgeblich, daß ein hoher Anteil an Kohlenstoff erfolgreich in den Faserkörper bei dessen Bildung vor dem Vorpressen eingebracht werden kann und dort während des Verkokungsschrittes vorliegt. Die Obergrenze von 50 Gew.-% ergibt sich einerseits aus der Praktikabilität, weil das Einbringen eines höheren Kohlenstoffgehalts in der Regel mit besonderen Schwierigkeiten verbunden wäre und überdies ein höherer Kohlenstoffgehalt im Zuge der Faserkörperherstellung, etwa unter der Hitzeeinwirkung beim Verpressen, zu Problemen führt. Überdies ist für die meisten Anwendungsfälle des keramischen Werkstoffs ein höherer Kohlenstoffgehalt (auch ohne Nachimprägnierung) nicht zweckmäßig, nicht erforderlich oder gar unerwünscht.Surprisingly, this object is achieved in that, in the course of shaping the fiber body before pressing, elemental carbon in the form of, for example, cleaned carbon black, ground graphite or the like in an amount of 5 to 50% by weight, based on the weight of the dry NEN fiber body is added. The fact that the elemental carbon is introduced as a solid (granules, powder, flour, dust) of a desired particle size means that it can adhere to the fibers of the fiber body that is being formed and is thus protected from excessive suspension by the suspension in the wet process. In the case of a drying process, the solid can fill gaps between fibers and be held there. In any case, the introduction of carbon in elemental form as a solid (instead of being incorporated into a chemical compound in liquid form) is decisive for ensuring that a high proportion of carbon can be successfully introduced into the fiber body during its formation before the pre-pressing and there during of the coking step. The upper limit of 50% by weight results on the one hand from the practicability because introducing a higher carbon content would generally be associated with particular difficulties and, moreover, a higher carbon content in the course of fiber body production, for example under the influence of heat during pressing, leads to problems. In addition, a higher carbon content (even without re-impregnation) is not expedient, not necessary or even undesirable for most applications of the ceramic material.
Ruß, Graphit und andere Kohlenpartikel stehen häufig als Abfall zur Verfügung und sind daher außerordentlich kostengünstig. So liegt etwa der Preis eines solchen Kohlenstoffes als Abfall bei erheblich weniger als 5 % des Preises von Phenolharz. Auf diese Weise ergibt sich eine besonders große Wirtschaftlichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.Carbon black, graphite and other carbon particles are common available as waste and are therefore extraordinary inexpensive. For example, the price of such carbon is included as waste significantly less than 5% of the price of phenolic resin. To this In this way, the method according to the invention is particularly economical.
Die Verwendung von elementarem Kohlenstoff als Zuschlagsstoff bei der Faserkörperherstellung ergibt natürlich auch dadurch einen besonders hohen Kohlenstoffgehalt, daß der eingebrachte Kohlenstoff 1:1 als Kohlenstoff zur Verfügung steht. Im Falle einer Einbringung in Form einer den Kohlenstoff enthaltenden chemischen Verbindung hingegen wird immer nur ein gewisser Prozentsatz des insgesamt eingetragenen Zuschlagstoffes als Kohlenstoff vorliegen und damit prozeßtechnisch wirksam; im Falle von Phenolharz ist dies ein Anteil von rund 50 Gew.-%, im Falle von Stärke ein Anteil von in der Regel rund 40 Gew.-% des insgesamt eingebrachten stark kohlenstoff(C)-haltigen Stoffes. Mit anderen Worten müßte zur Erzielung eines Eintrags von 50 Gew.-% Kohlenstoff, bezogen auf das Gewicht des trockenen Faserkörpers, ein Anteil von 100 Gew.-% Phenolharz eingebracht werden, was bereits von der Logik her ausgeschlossen ist; auch viel geringere Anteile von z.B. 20 Gew.-% lassen sich so nicht einbringen, da eine Einbringung von z.B. Phenolharz in einer Menge von wesentlich mehr als etwa 10 Gew.-% verfahrenstechnologisch nicht praktikabel ist.The use of elemental carbon as an additive in fiber body production, of course, also results because of the particularly high carbon content that the introduced Carbon 1: 1 is available as carbon. In case of a Incorporation in the form of a chemical containing carbon Connection, however, is always only a certain percentage of the total registered aggregate are present as carbon and thus process engineering effective; in the case of phenolic resin, this is around 50% by weight, in the case of strength a share of usually around 40 wt .-% of the total strong carbon (C) -containing substance. In other words, should Achieving an entry of 50 wt .-% carbon, based on the weight of the dry fiber body, a proportion of 100 wt .-% phenolic resin can be introduced, which already is excluded from logic; also much smaller proportions from e.g. 20% by weight cannot be introduced in this way, since an introduction from e.g. Phenolic resin in an amount significantly more than about 10 wt .-% is not technologically practical.
Der elementar zugegebene Kohlenstoff kann den stark kohlenstoff(C)-haltigen Zuschlagstoff des gattungsgemäßen Standes der Technik ersetzen oder, wenn dieser über den Kohlenstoffeintrag hinaus keine weitere Funktionalität besitzt, auch bilden. Er kann jedoch auch zusätzlich zu dem stark kohlenstoff(C)-haltigen Stoff eingesetzt werden, wenn dieser, wie beispielsweise Phenolharz als Bindemittel bei der Faserkörperherstellung, wegen anderer Funktionalität nach wie vor benötigt wird. Ein solches Verfahren mit zusätzlicher Zugabe von elementarem Kohlenstoff ist in den Ansprüchen 3 und 4 sowie 8 und 9 angegeben. Beim Verfahren nach den Ansprüchen 5 und 10 kann ggf. nur Kohlenstoff als Zuschlagstoff verwendet werden.The elementally added carbon can the high carbon (C) containing aggregate of the generic state replace the technology or if this over the carbon entry has no further functionality, also form. He can however also additional to the high carbon (C) containing substance if this, such as phenolic resin as a binder in fiber body production, because of other functionality still needed becomes. Such a process with the addition of elemental carbon is in the claims 3 and 4 and 8 and 9 specified. In the method according to claims 5 and 10, if necessary, only carbon can be used as an additive.
Unter elementarem Kohlenstoff im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist jede Erscheinungsform des Kohlenstoffes zu verstehen, die nicht als chemische Verbindung mit anderen Elementen vorliegt.Under elemental carbon in For the purposes of the present application, every form of carbon is to understand that not as a chemical compound with other elements is present.
Durch die Merkmale der Ansprüche 2 und 6 wird eine besonders günstige Zusammensetzung des keramischen Werkstoffes erreicht, wie er insbesondere bei Einsatz als Photovoltaik-Element einen guten Wirkungsgrad ergibt.By the features of claims 2 and 6 will be a particularly affordable one Composition of the ceramic material, as he achieved in particular results in good efficiency when used as a photovoltaic element.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained below closer to the drawing explained.
Es zeigt:It shows:
Wie
Nach vollständiger Durchmischung der Inhaltsstoffe
der Suspension
Die entwässerte Fasermatte wird sodann
gemäß
In der Regel wird auf diese Weise
eine ebene Faserplatte hergestellt, auch wenn ein dreidimensionaler
Formkörper
erhalten werden soll. Anstelle einer direkten Verpres sung der Fasern
Die bisher beschriebenen Verfahrensschritte sind
wohlbekannt und üblich
zur Erzeugung einer Platte oder eines Formkörpers aus Cellulosefasern
Die erfindungsgemäße Besonderheit besteht nun
darin, daß in
die Suspension
Überraschend
hat sich gezeigt, daß elementarer,
also nicht in einer chemischen Verbindung mit anderen Stoffen vorliegender
Kohlenstoff
Diese Haftung zwischen den Kohlenstoffpartikeln
und den Fasern kann bei Bedarf noch durch Zugabe eines Flockungsmittels
weiter verbessert werden. Derartige Flockungsmittel, auch Fällungs- oder
Retentionsmittel genannt, sind in der Cellulosefaserverarbeitung
(z.B. Papierherstellung) bekannt und dienen zur besseren Einbindung
von Langfasern, Feinfasern und Füllstoffen
zur Verbesserung der Ausbeute und des Entwässerungsverhaltens. Es hat
sich gezeigt, daß die
mit derartigen Flockungsmitteln bewirkte Veränderung der elektrischen Ladungsverteilung
in der Suspension zu einer weiteren Unterstützung der Anhaftung von Kohlenstoffpartikeln
Beispielexample
Holz von Esche wird bei einem Mahlabstand von
0,1 mm zerfasert und thermisch aufgeschlossen. Es ergeben sich Fasern
Die Fasern
Sodann wird in konventioneller Weise entwässert und verpreßt, um eine fertige Faserplatte mit einem Anteil von 22 Gew.-% an elementarem Kohlenstoff (zuzüglich zum Kohlenstoff im Phenolharz und in der Cellulose) zu erhalten. Diese Platte, ggf. nach Umformung in einen dreidimensionalen Faserkörper, wird sodann, ggf. an einem anderen Ort, als Vorprodukt zur Herstellung eines keramischen Werkstoffs genutzt und einer Verkokung (Pyrolyse) unter Luftabschluß unterzogen sowie mit geschmolzenem Silizium infiltriert und bei Bedarf einer endgültigen Formgebung unterzogen. Alle diese Verfahrensschritte sind wohlbekannt und bedürfen daher keiner näheren Erläuterung.Then ent is carried out in a conventional manner watered and pressed in order to obtain a finished fiberboard with a proportion of 22% by weight of elemental carbon (in addition to the carbon in the phenolic resin and in the cellulose). This plate, possibly after being formed into a three-dimensional fiber body, is then used, possibly at a different location, as a preliminary product for the production of a ceramic material and subjected to coking (pyrolysis) with the exclusion of air and infiltrated with molten silicon and, if necessary, a final shaping subjected. All of these process steps are well known and therefore require no further explanation.
Der nach dem vorliegenden Beispiel hergestellte Formkörper aus keramischem Werkstoff eignet sich besonders zur Bildung eines Photovoltaik-Elements.The one according to the present example manufactured molded body made of ceramic material is particularly suitable for the formation of a Photovoltaic element.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2002156214 DE10256214A1 (en) | 2002-12-02 | 2002-12-02 | Production of a fibrous body used in the production of a ceramic material as a photovoltaic element comprises digesting a natural material such as wood to form fibrous particles, adding purified carbon black or ground graphite and pressing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE2002156214 DE10256214A1 (en) | 2002-12-02 | 2002-12-02 | Production of a fibrous body used in the production of a ceramic material as a photovoltaic element comprises digesting a natural material such as wood to form fibrous particles, adding purified carbon black or ground graphite and pressing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10256214A1 true DE10256214A1 (en) | 2004-06-09 |
Family
ID=32308910
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE2002156214 Withdrawn DE10256214A1 (en) | 2002-12-02 | 2002-12-02 | Production of a fibrous body used in the production of a ceramic material as a photovoltaic element comprises digesting a natural material such as wood to form fibrous particles, adding purified carbon black or ground graphite and pressing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10256214A1 (en) |
-
2002
- 2002-12-02 DE DE2002156214 patent/DE10256214A1/en not_active Withdrawn
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |