DE1905595C3 - Verfahren zur Herstellung von porösen Formteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von porösen Formteilen durch Verbinden von metallischen und/oder nichtmetallischen Fasern untereinander mittels eines Bindemittels.

Es ist bekannt, poröse Formteile aus Faserstoffen, zum Beispiel für Filterzwecke, als Katalysatorträger, Elektroden für Batterien und Brennstoffzellen, in Form von porösen Vliesen, Platten oder Bauteilen sonstiger Gestalt in der Technik einzusetzen. Wenn man Faser-Formkörper durch bloßes Verfilzen herstellt, ist der Verband relativ locker und für die meisten Weiterverarbeitungszwecke unzureichend fixiert. Man hat dem dadurch abgeholfen, daß man die Fasern zu den gewünschten Formkörpern versintert hat. Durch Sintern erhält man zwar einen guten und festen Faserverbund, es ist aber ein hoher apparativer Aufwand erforderlich, um die vergleichsweise hohen Sintertemperaturen örtlich so gleichmäßig auf eine relativ größere Fasermasse zur Einwirkung zu bringen, daß der Sintervorgang homogen in der gesamten Masse verläuft und örtliche Überhitzungszonen, an denen statt der Sinterung dann ein Schmelzflüssigwerden der Einzelfasern erfolgt und die Formhaltigkeit verlorengeht, zu verhüten, oder auch relativ kühlere Zonen zu vermeiden, an denen dann keinerlei Oberflächenverbindung der Einzelfasern untereinander eintritt, so daß Lockerstellen im fertigen Faserskelett verbleiben, die sich bei späterem Einsatz nachteilig auswirken können.

Es ist auch schon bekannt, Fasern durch Verkleben untereinander zu Formkörpern zu verarbeiten. Wenn man dazu die bekannten Klebstoffe, wie Kunststoff-Kleber, einsetzt, lassen sich diese zwar einfach auf die Faseroberfläche in einem Faser-Agglomerat aufbringen, aber so hergestellte poröse Faser-Formkörper bzw. Faser-Skelette können nur in einem relativ begrenzten Temperaturbereich eingesetzt werden, da die nach Verdunsten des Klebstoff-Lösungsmittels und/oder nach Abbinden zurückbleibenden Bindemittel keine ausreichende Temperaturbeständigkeit aufweisen. Ein weiterer Nachteil ist sehr oft die ungenügende Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese

ίο Nachteile zu beheben und ein Verbindungsverfahren für Fasern zur Herstellung eines porösen Faser-Formkörpers, der fest und als Bauelement brauchbar ist, zu schaffen, das weder hohen apparativen Aufwand erfordert, noch den fertigen Formkörper temperaturab-

is hängig oder ungenügend beständig gegen organische Lösungsmittel macht.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Herstellung von porösen Formteilen durch Verbinden von metallischen und/oder nichtmetallischen Fasern untereinander mittels eines Bindemittels erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Bindemittel temperaturbeständige anorganische Stoffe, deren Schmelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt der zu verbindenden Fasern, verteilt in einer unterhalb des Schmelzpunktes der Bindemittel rückstandslos abdampfenden Flüssigkeit als Überzug auf die Fasern aufgebracht werden, die Flüssigkeit daraus verdampft und das auf den Fasern verbleibende Bindemittel verschmolzen wird.

Die Fasern können mit Loten und/oder Emails und/oder Silikaten und/oder Boraten und/oder Phosphaten als Bindemittel überzogen werden. Derartige Stoffe sind temperatur- und in der Regel auch korrosionsbeständig. Zwar ist die Verwendung von schmelzenden Komponenten in der Sintertechnik ansich bekannt; es ist jedoch schwierig, beispielsweise Metallfasern oder auch keramische Fasern mit Loten zu ummanteln. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, daß die Lote oder sonstigen Bindemittel in Form einer Aufschlämmung in flüssigen Medien auf die zu verbindenden Fasern aufgebracht werden. Dabei werden für die Aufschlämmung Flüssigkeiten verwendet, die bei der Schmelztemperatur der Lote oder Emails oder der sonstigen Bindemittel, die eingesetzt

Ί5 werden, rückstandslos abdampfen. Anschließend wird die auf den Fasern verbliebene Bindemittel-Substanz verschmolzen.

Von besonderem Vorteil ist es, wenn man die Fasern vorher oder zugleich mit dem Bindemittel mit einem Haftmittel überzieht, das rückstandslos bei Temperaturen, die unterhalb des Schmelzpunktes des Bindemittels liegen, verdampft. Man kann die Haftmittel, wie beispielsweise Polyvinylalkohol, den zur Aufschlämmung dienenden Flüssigkeiten zusetzen, so daß nicht nur die Aufschlämmung auf den einzelnen Fasern sicher haftet, sondern auch die mit der Aufschlämmung belegten Fasern untereinander verkleben. Die Auswahl der zusätzlichen Haftmittel ist vergleichsweise groß. Es können alle Haftmittel verwendet werden, die eine klebende Wirkung haben, vorausgesetzt, daß sie rückstandslos bei unterhalb des Schmelzpunktes des verwendeten Bindemittels liegender Temperatur verdampfen.

Man kann das Haftmittel auch vor dem Aufbringen

<>5 der Bindemittel-Aufschlämmung zusetzen. So kann man die zu verbindenden Faserteilchen zunächst mit einer z. B. wäßrigen Haftmittelenthaltenden Lösung oder Dispersion untereinander verbinden und nach dem

Antrocknen dieser Lösung oder Dispersion mit der Aufschlämmung des Bindemittels, beispielsweise einer Lotaufschlämmung oder einem Emailschlicker, versetzen. Die faserförmigen Stoffe lassen sich dabei, nachdem man sie zunächst mit dem Haftmittel als erstem Oberzug überzogen hat, anschließend zu der für die Formteile gewünschten Form ausformen und daraufhin mit der Bindemittelaufschlämmung überziehen, die man dann auftrocknet

Man kann auch das Haftmittel den in der Flüssigkeit verteilten Bindemittel zusetzen und zusammen mit diesem als Oberzug aufbringen, und es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn man das Aufbringen dieser Oberzüge auf die faserförmigen Stoffe in der Weise vornimmt, daß man das Fasermaterial in einem Bindemittel und Haftmittel enthaltenden Gas-Flüssigkeits-Strom auf mit Trennmittel versehene ruhende oder sich bewegende formgebende Unterlagen aufsprüht Nach dem Trocknen kann man die gebildeten Formkörper von der Unterlage abnehmen und ohne zusätzliche Stützkörper der Wärmebehandlung unterziehen. Dies ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, denn damit wird das in der Sintertechnik im allgemeinen notwendige Verpressen sicher umgangen.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher die Möglichkeit, solche Formteile aus faserförmigen Stoffen herzustellen, deren Porenvolumen bis zu 98% beträgt.

Bei besonderen Anwendungsfällen, beispielweise in der Filtertechnik, werden sehr oft Elemente gewünscht, die einerseits eine sehr große Porosität haben, andererseits auch eine genügend hohe mechanische Stabilität aufweisen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es ohne weiteres möglich, daß man die mit dem Haftmittel und/oder dem Bindemittel überzogenen Fasern auf Stützkörper aus beispielsweise perforierten Blechen, Drähten oder Drahtgeweben auflegt und durch Wärmebehandlung mit diesen verbindet Es tritt dann, wenn man bei der Wärmebehandlung über den Schmelzpunkt des verwendeten Bindemittels erhitzt, nicht nur eine einwandfreie Verbindung zwischen den einzelnen Faserteilchen, sondern auch eine einwandfreie Verbindung mit dem Stützkörper ein.

Eine besonders vorteilhafte Methode, die Fasern mit Haftmitteln und gegebenenfalls mit Bindemitteln zu versehen, besteht darin, daß Fasern in einejn beispielsweise mit Hilfe einer Spritzpistole erzeugten Flüssigkeits-Gas-Strom rieseln und in diesem Strom mitgerissen werden, so daß sie auf die jeweilige Unterlage zusammen mit dem Bindemittel und dem Haftmittel aufgesprüht werden. Die Bindemittel, zum Beispiel Lote und Emails, können dabei entweder zusammen mit den Fasern in diesem Flüssigkeits-Gas-Strom rieseln, oder auch der Sprühflüssigkeit feinpulverisiert beigemischt sein.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von porösen Formteilen durch Verbinden von metallischen und/oder nichtmetallischen Fasern untereinander mittels eines BindemiUeIs, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel temperaturbeständige anorganische Stoffe, deren Schmelzpunkt niedriger ist als der Schmelzpunkt der zu verbindenden Fasern, verteilt in einer unterhalb des Schmelzpunktes der anorganischen Stoffe rücktstandslos abdampfenden Flüssigkeit als Oberzug auf die Fasern aufgebracht werden, die Flüssigkeit daraus verdampft und das auf den Fasern verbleibende Bindemittel verschmolzen wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern mit Loten und/oder Emails und/oder Silikaten und/oder Boraten und/oder Phosphaten als Bindemittel überzogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern vorher oder zugleich mit dem Bindemittel mit einem Haftmittel überzogen werden, das rückstandslos bei Temperaturen, die unterhalb des Schmelzpunktes des Bindemittels liegen, verdampft.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem oder den Mitteln überzogenen Fasern auf Stützkörper aus perforierten Blechen, Drähten oder Drahtgeweben aufgelegt und durch Wärmebehandlung mit diesen verbunden werden.