DE1226995B

DE1226995B - Verfahren zur Herstellung faserigen oder faserhaltigen, kohlenstoffhaltigen Materials

Info

Publication number: DE1226995B
Application number: DEU11173A
Authority: DE
Inventors: Ralph Owen Moyer; Donald Raymond Ecker; William Joel Spry Jun
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1963-10-30
Filing date: 1964-10-30
Publication date: 1966-10-20
Also published as: SE306307B; US3333926A; GB1012878A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

COJ/b

Deutsche KL: 12 i - 31/02

Nummer: 1226 995

Aktenzeichen: U 11173 IV a/12 i

Anmeldetag: 30. Oktober 1964

Auslegetag· 20. Oktober 1966

Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren zur Herstellung faserigen oder faserhaltigen, kohlenstoffhaltigen Materials aus Cellulosematerial oder regeneriertem Celluiosematerial. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß dieses Material vorzugsweise in einem vorausgerichteten Zustand unter gleichmäßigem Temperaturanstieg erhitzt wird. Hierbei läßt man in einem Temperaturintervall zwischen 100 und 400⁰C die Temperatur um 10 bis 5O⁰C je Stunde steigen. Bei der weiteren Erhitzung bis zu 900° C steigert man die Temperatur bis zu 100° C je Stunde. Beim weiteren Erhitzen kann die Anstieggeschwindigkeit der Temperatur noch höher liegen. Man erhitzt so weit, bis das Material im wesentlichen in Graphit übergeführt wird, zweckmäßig bis auf eine Temperatur von 3000° C.

Bei Durchführung des Verfahrens hat sich gezeigt, daß. Schwierigkeiten durch die Gasbildung aus dem zu verkohlenden Material entstehen können, insbesondere bei höheren Temperaturen während der Graphitierung. Die Zersetzungsprodukte dieser Gase können sich in Form von Ruß auf den Fasern ablagern und werden dort auch in Graphit übergeführt. Wahrscheinlich entsteht dieser Ruß durch die Zersetzung von gebildeten niederen Kohlenwasserstoffen, wie Methan, die bei hohen Temperaturen aus Cellulose entstehen. Der abgelagerte Ruß verursacht ein Aneinanderhaften der Fasern, insbesondere dort, wo sie einander überlagern. Die Folge dieser Erscheinung ist ein schwaches bröckliges Endprodukt.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist schon vorgeschlagen worden, das Ausgangsmaterial zunächst bei Temperaturen bis zu 900⁰C zu verkohlen und dann in einem elektrischen Ofen bis zu 3000° C zu erhitzen. Hierbei wird der Ofen laufend mit einem sauerstofffreien, kohlenstofffreien Gas, insbesondere mit Stickstoff, Argon oder Helium durchgespült, bis eine vollständige Graphitierung des Materials erreicht ist. Hierzu läßt man größere Mengen des Gases auf die Oberfläche des zu behandelnden Materials strömen, wobei von der Oberfläche etwa gebildeter Ruß abgespült wird.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß bei Ersatz von z. B. Stickstoff durch ein sauerstofffreies, kohlenstofffreies und mindestens ein Halogen enthaltendes Gas, Endprodukte wesentlich besserer Festigkeit erhalten werden.

Es wurde ferner festgestellt, daß das halogenhaltige Gas bei dem Erhitzen im Temperaturintervall unterhalb 650° C und oberhalb 800° C angewendet werden muß. In dem Zwischenintervall zwischen 650 Verfahren zur Herstellung faserigen oder
faserhaltigen, kohlenstoffhaltigen Materials

Zusatz zum Patent: 1130419

Anmelder:

Union Carbide Corporation,

New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:

Ralph Owen Moyer,

Donald Raymond Ecker,

William Joel Spry jun., Fostoria, Ohio (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 30. Oktober 1963
(319 939)

und 800⁰C soll das Material mit einem sauerstofffreien, kohlenstofffreien und kein Halogen enthaltenden Gas behandelt werden.
Als Halogene im Sinne der Erfindung kommen elementares Fluor, elementares Brom und elementares Jod in Betracht. Vorzuziehen ist aus verschiedenen Gründen elementares Chlor. Das zur Behandlung verwendete Gas kann bis zu 100 °/o aus dem Halogen bestehen. Es genügt aber in vielen Fällen auch ein Gehalt von 5% Halogen. Die bevorzugten Halogenmengen, insbesondere die Mengen an Chlor, liegen bei 20 Volumprozent Chlor. Die übrigen Bestandteile des verwendeten Gases können inerte Gase, wie z. B. Stickstoff, sein.

Es waren zunächst Versuche durchgeführt worden, bei welchen bei Temperaturen über 800° C die Wirkung eines Spülens einmal mit reinem Stickstoff, einmal mit einem Gemisch aus 20 Volumprozent Chlor und 80 Volumprozent Stickstoff geprüft wurde. Verwendet wurde in allen Fällen ein Cellulosegewebe, das etwa 110 mm breit war, 260 g/m² wog und eine Dicke von etwa 0,65 mm hatte. Die Kette zählte je

, , *. . 609 707/364

I 226

Zentimeter etwa 10,?. Fäden, der Schuß _s 9 Fäden. Das Gas wurde an beiden Enden eines elektrisch geheizten Graphitrohrofens eingeführt und in der Mitte abgezogen. Hierbei spülte es die Oberfläche des zu graphitierenden Gewebes. ."■'-. , -."..· '

Das in Gegenwart von Stickstof! graphitierte Gewebe hatte in Kettenrichtung eine Reißfestigkeit von etwa 4,8 kg/cm mit einem Minimum "ypn.2j8 kg/cm und einem Maximum von 6,4 kg/cm. ,In. Schußrichtung betrug die Reißfestigkeit im Mittel 4,3 kg/cm mit einem Minimum von etwa 2,6 kg/cm und einem Maximum von etwa 5,5 kg/cm. Dagegen hatte das in. Gegenwart von Chlor graphitierte Gewebe in Kettenrichtung eine mittlere Reißfestigkeit von etwa 10,4 kg/cm mit einem Minimum von etwa 5,2 kg/cm und einem Maximum von 13,6 kgAcitn. In' Schußrichtung "betrug die mittlere Reißfestigkeit 7,8 kg/cm mit einem Minimum von 4,6 kg/cm und einem Maximum von 9,9 kg/cm.

Diese Zahlen zeigen, daß die Reißfestigkeit um etwa 100% erhöht wird, wenn man eine Chlor enthaltende Atmosphäre verwendet.

Weitere Versuche wurden durchgeführt, um den Einfluß von Chlor auf die Reißfestigkeit des Endproduktes zu prüfen, wenn das Chlor auch bei den tieferen Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 900° C angewendet wird. Überraschenderweise zeigte es sich, daß durch diese Behandlung bei tieferen Temperaturen ein Endprodukt mit einer schlechteren Reißfestigkeit erhalten wird. Weitere Versuche zeigten aber, daß man diese Nachteile vermeiden kann, wenn man im Temperaturintervall zwischen etwa 650 und etwa 800⁰C in Abwesenheit eines Halogens arbeitet, d. h. beispielsweise die Umsetzung in Gegenwart von Stickstoff durchführt..

Eine gültige Erklärung für diese neue überraschende ^Erkenntnis ist bisher noch nicht gefunden worderr; ■ ■' .

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung faserigen oder faserhaltigen, kohlenstoffhaltigen Materials aus ,Cellulosematerial oder - regeneriertem ,Cellulosematerial dutch Erhitzen des vorzugsweise vorausgerichteten "Materials bis zur wesentlichen Graphitierung, wobei die Temperatur während des Intervalls zwischen 100 und 400⁰C um 10 bis 50° C je Stunde und bei höheren Temperaturen noch ■ schneller gesteigert wird, nach Patent 1130419, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Temperaturen über 800° C über oder durch das zu behandelnde Material ein sauerstofffreies, kohlenstofffreies, Halogen enthaltendes Gas strömen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Temperatur unterhalb 650° C über oder durch das zu behandelnde Material ebenfalls ein sauerstofffreies, kohlenstofffreies, Halogen enthaltendes . Gas strömen läßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Temperaturintervall zwischen 650 und 800° C über oder durch das zu behandelnde Material ein sauerstofffreies, kohlenstofffreies und halogenfreies Gas strömen- läßt.

4. Verfahren . nach einem . der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,, daß man ein Halogen enthaltendes Gas verwendet, das mindestens 5 Volumprozent Halogen enthält. ;

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,, daß man ein Halogen enthaltendes Gas verwendet, das als .weiteren Bestandteil Stickstoff, Argon und/oder Helium enthält.

6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Gases, das aus etwa 20 Volumprozent Chlor und etwa 8P Volumprozent Stickstoff besteht. .