DE1905595C3 - Process for the production of porous molded parts - Google Patents
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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.The invention relates to a method for producing porous molded parts by joining of metallic and / or non-metallic fibers with one another by means of a binder.
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.It is known to use porous molded parts made of fibrous materials, for example for filter purposes, as a catalyst carrier, Electrodes for batteries and fuel cells, in the form of porous fleeces, plates or other components To use shape in technology. When making fiber molded articles by mere felting, is the dressing is relatively loose and inadequately fixed for most processing purposes. Man has helped by sintering the fibers to form the desired shaped bodies. By Sintering results in a good and solid fiber composite, but it is a high level of equipment Effort required to locally so evenly distribute the comparatively high sintering temperatures to bring relatively larger fiber mass to the effect that the sintering process is homogeneous in the entire mass runs and local overheating zones, in which instead of sintering, the Individual fibers takes place and the shape retention is lost, to prevent, or also to relatively cooler zones avoid where there is no surface connection of the individual fibers with one another, so that Looseness remain in the finished fiber skeleton, which can have a detrimental effect on later use.
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.It is also already known to process fibers into molded bodies by gluing them to one another. if if the known adhesives, such as plastic glue, are used for this purpose, these can simply be applied to the Apply the fiber surface in a fiber agglomerate, but porous fiber moldings or Fiber skeletons can only be used in a relatively limited temperature range, since the after No evaporation of the adhesive solvent and / or binder remaining after setting have sufficient temperature resistance. Another disadvantage is very often that it is insufficient Resistance to organic solvents.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieseThe invention is based on the object
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-ίο to fix disadvantages and a connection method for Fibers for the production of a porous fiber molded body that is solid and useful as a structural element create that neither requires high equipment expenditure, nor the finished molded body temperature-dependent
is hängig oder ungenügend beständig gegen organische Lösungsmittel macht.is dependent or insufficiently resistant to organic Solvent makes.
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.This object is achieved in a method of the type described at the beginning for the production of porous molded parts by connecting metallic and / or non-metallic fibers to one another by means of of a binder according to the invention in that temperature-resistant inorganic binders are used Substances whose melting point is lower than the melting point of the fibers to be connected, distributed in a liquid which evaporates without residue below the melting point of the binding agent as a coating are applied to the fibers, the liquid evaporates from it and what remains on the fibers Binder is fused.
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 eingesetztThe fibers can with solders and / or enamels and / or silicates and / or borates and / or phosphates be coated as a binder. Such substances are temperature and usually also corrosion resistant. True, the use of melting components in sintering technology known per se; however, it is difficult, for example, to attach metal fibers or ceramic fibers with solder sheath. The inventive method is based on the fact that the solders or other binders in the form a slurry in liquid media are applied to the fibers to be joined. Included liquids are used for the slurry, which are at the melting temperature of the solders or Emails or the other binders that are used
Ί5 werden, rückstandslos abdampfen. Anschließend wird die auf den Fasern verbliebene Bindemittel-Substanz verschmolzen.Ί5, evaporate without leaving any residue. Then will the binder substance remaining on the fibers melted.
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. It is particularly advantageous if the fibers are previously or simultaneously with the binder with a Adhesive coats, leaving no residue at temperatures below the melting point of the binding agent lying, evaporated. One can add adhesives such as polyvinyl alcohol to the slurry Add serving liquids so that not only the slurry is secure on the individual fibers adheres, but also stick the fibers covered with the slurry to one another. The selection the additional adhesive is comparatively large. Any adhesive can be used that has one have an adhesive effect, provided that they are residue-free at below the melting point of the evaporate the binder used at the temperature.
Man kann das Haftmittel auch vor dem AufbringenYou can also apply the adhesive prior to application
<>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 demAdd <> 5 to the binder slurry. So you can the fiber particles to be connected first with a z. B. aqueous adhesive containing solution or Combine dispersion with each other and after
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 auftrocknetDrying this solution or dispersion with the slurry of the binder, for example one Solder slurry or an enamel slip. The fibrous materials can be after having first covered them with the adhesive as the first coating, then to the for shape the molded parts in the desired shape and then coat them with the binder slurry, which you then dry up
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.The adhesive can also be added to the binder distributed in the liquid and together with Apply this as an overcoat, and it has proven to be advantageous if you apply this Covering the fibrous materials makes in such a way that the fiber material in one A gas-liquid stream containing binders and adhesives is transferred to a static stream provided with a separating agent or moving shaping substrates sprayed on. After drying, the formed Remove the molded body from the base and subject it to the heat treatment without any additional support body. This is a further advantage of the method according to the invention, because it is used in the In general, sintering technology safely bypassed the necessary pressing.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher die Möglichkeit, solche Formteile aus faserförmigen Stoffen herzustellen, deren Porenvolumen bis zu 98% beträgt.The method according to the invention therefore offers the possibility of producing such molded parts from fibrous materials produce whose pore volume is up to 98%.
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.For special applications, for example in filter technology, elements are very often required, which on the one hand have a very high porosity, on the other hand also a sufficiently high mechanical Have stability. In the method according to the invention, it is easily possible that one with the Adhesive and / or the binder coated fibers on support bodies made of, for example, perforated Laying metal sheets, wires or wire meshes and connecting them to them through heat treatment. if the heat treatment is heated above the melting point of the binder used, not only a perfect connection between the individual fiber particles, but also a perfect one Connection with the support body.
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.A particularly advantageous method of sealing the fibers with adhesives and optionally with binders provided, consists in that fibers in a jn for example Liquid-gas flow generated with the help of a spray gun trickle and carried away in this flow so that they are on the respective substrate together with the binder and the adhesive be sprayed on. The binders, for example solders and enamels, can either be used together with the Fibers trickle in this liquid-gas flow, or finely powdered mixed with the spray liquid be.
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