DE2227575B2 - Process for the production of writing and drawing leads - Google Patents
Process for the production of writing and drawing leadsInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schreib- und Zeichenminen aus einem carbonisierbaren Material, inaem aus diesem Material ein monofiier Strang erzeugt, dieser zu einem Kohlenstoffstrang carbonisiert und hiernach in minengerechte Stücke abgelängt wird.The invention relates to a method for producing writing and drawing leads from one carbonizable material, in which a monofilament strand is produced from this material, this into a Carbon strand is carbonized and then cut into pieces suitable for mines.
Aus der DE-OS 17 61133 ist ein Verfahren zur Herstellung von Minen mit sehr kleinen Durchmessern, vorzugsweise weniger als 0,7 mm, bekannt, bei dem in kleine Stücke geschnittene Kohlenstoff-Fasern in die in herkömmlicher Weise mit einem Bindemittel aufbereitete Minenmasse eingearbeitet werden und diese dann nach den bekannten Techniken weiterverarbeitet wird. An der Herstellungstechnik der Mine hat sich durch die Einarbeitung der Kohlenstoff-Fasern eigentlich nichts geändert.From DE-OS 17 61133 a method for the production of mines with very small diameters is preferably less than 0.7 mm, known in which carbon fibers cut into small pieces are inserted into the in conventionally prepared with a binder lead compound are incorporated and then this is further processed according to known techniques. The production technique of the mine has developed through the Incorporation of the carbon fibers actually changed nothing.
Das bekannte Verfahren macht sich zunutze, daß Kohlenstoff-Fasern außergewöhnlich gute Festigkeitswerte besitzen, so daß ihre einarbeitung in die Mine ^ deren Bruchfestigkeit erhöht, was für Minen mit sehr kleinen Durchmessern (sog. Feinminen) von besonderer Bedeutung ist.The known method makes use of the fact that carbon fibers exceptional strength values have, so that their incorporation increases in the mine ^ their breaking strength, which is important for mines with very small diameters (so-called. Fineline) is particularly important.
Dem bekannten Minenherstellungsverfahren, bei dem in die bindemittelhaltige Minenmasse Kohlenstoff-Fasern eingearbeitet werden, haftet der Mangel an, daß die Fasern mit dem Bindemittel (Matrix) keinen guten Verbund geben.The well-known mine production process, in which carbon fibers are inserted into the binder-containing lead mass are incorporated, there is a defect that the fibers are not good with the binder (matrix) Give a bond.
Es wurden auch schon Minen in der Weise hergestellt, daß aus einem carbonisierbaren Material ein monofiier b5 Strang erzeugt, dieser zu einem Kohlenstoffstrang carbonisiert und dann gegebenenfalls in minengerechte Stücke abgelängt wird. Bei diesem Verfahren stellt sich zwar das Problem eines guten Verbundes zwischen Kohlenstoffstrang und Bindemittel nicht Die in solcher Weise hergestellten Minen besitzen jedoch eine unzureichende Festigkeit Dies erklärt, daß dss bekannte Verfahren sich in der Praxis bisher zur Herstellung von Feinminen nicht durchsetzen konnte.Mines have also been manufactured in such a way that a monofilament b5 strand is produced from a carbonisable material, this strand is carbonised to a carbon strand and then, if necessary, cut into lengths suitable for mines. In this process, the problem of a good bond between the carbon strand and the binder does not arise. However, the leads produced in this way have insufficient strength. This explains that the known process has so far not been able to establish itself in practice for the production of fine leads.
Der Erfindung liegt hiernach die Aufgabe zugrunde, das letztgenannte Verfahren so zu verbessern, daß es die Herstellung von sehr bruchfesten Minen mit geringem Durchmesser, von etwa 0,5 mm und weniger gestattetThe invention is based on the object of improving the last-mentioned method so that it the production of very break-proof leads with a small diameter, of about 0.5 mm and less allowed
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der monofile Strang vor der Carbonisierung einer an sich bekannten oxidativen thermischen Vernetzung bei Temperaturen zwischen 200 und 3000C unterworfen wird Vor oder während dieser Behandlung kann der Strang gestreckt werden, was zu einer weiteren Verbesserung der Festigkeit beiträgtThe solution to this problem is that the monofilament strand is subjected to a known oxidative thermal crosslinking at temperatures between 200 and 300 0 C before carbonization. Before or during this treatment, the strand can be stretched, which contributes to a further improvement in strength
Die oxidative thermische Vernetzung und die anschließende Carbonisierung eines Materials ist an sich bekannt (vgl. z. B. Chemikerzeitung 1972, 20), so daß hierauf nicht im einzelnen eingegangen zu werden braucht Die oxidative Vernetzung eines carbonisierbaren Materials wurde jedoch bisher auf Gebieten angewandt, welche von der Herstellung von Schreibund Zeichenminen weitab liegen. Insofern ist die nach der Erfindung erzielbare deutliche Verbesserung der Bruchfestigkeit von sog. Feinminen als überraschend anzusehen.The oxidative thermal crosslinking and the subsequent carbonization of a material is in itself known (cf. z. B. Chemikerzeitung 1972, 20), so that this will not be discussed in detail However, the oxidative crosslinking of a carbonizable material has been heretofore in fields which are far removed from the manufacture of writing and drawing leads. In this respect, it is after According to the invention, the significant improvement in the breaking strength of so-called fine leads is surprising to watch.
Als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren können die von der Herstellung her bekannten Kohlenstoff-Fasern geläufigen hochmolekularen Stoffe zur Anwendung kommen, welche für eine oxidative thermische Vernetzung geeignet sind. Dabei stehen Polyacrylnitril und dessen Copolymere, Polyamide, Polyester und Celluloseabkömmlinge im Vordergrund, wenngleich der Rahmen der Erfindung weder hierdurch noch durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele eingeschränkt wird. Die Formgebung des Ausgangsmaterials zu einem monofilen Strang erfolgt nach den an sich bekannten Techniken, z. B. durch Extrudieren einer thermoplastischen Masse oder einen Spinnprozeß.As a starting material for the process according to the invention, those from the production can be used known carbon fibers common high molecular weight substances are used, which for a oxidative thermal crosslinking are suitable. Polyacrylonitrile and its copolymers, polyamides, Polyester and cellulose derivatives in the foreground, although the scope of the invention is neither this is still restricted by the following exemplary embodiments. The shape of the Starting material to form a monofilament strand is carried out according to the techniques known per se, e.g. B. by Extruding a thermoplastic mass or a spinning process.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Minen vollzieht sich in einer mehrstufigen Wärmebehandlung des Stranges, wobei in einer ersten Erhitzungsstufe von etwa zwischen 200—300°C die oxidative Vernetzung stattfindet, wobei deren Dauer vom Minendurchmesser abhängt Für die gängigen Feinminen kann diese Behandlung etwa 2 Stunden dauern. Hieran schließt sich eine nächste Erhitzungsstufe (Verkokungsstufe) mit gegenüber der ersten Stufe höheren Temperaturen an, in der die Moleküle carbonisiert werden. Hierauf kann dann noch eine Hochtemperaturbehandlung zwischen etwa 2000-30000C folgen, in welcher der Kohlenstoff grafitisiert wird. Auch in den auf die oxidative thermische Vernetzung folgenden Arbeitsstufen kann der Strang während der Behandlung unter Spannung gehalten bzw. gestreckt werden.The production of the leads according to the invention takes place in a multi-stage heat treatment of the strand, with oxidative crosslinking taking place in a first heating stage of about 200-300 ° C, the duration of which depends on the lead diameter. This is followed by a next heating stage (coking stage) with higher temperatures than in the first stage, in which the molecules are carbonized. Then may follow, in which the carbon is graphitized even a high temperature treatment between about 2000-3000 0 C. The strand can also be kept under tension or stretched during the treatment in the work steps following the oxidative thermal crosslinking.
In welchem Umfange in dem Strang grafitische Anteile erzeugt werden, hängt von der angestrebten Festigkeit ab. Die Hitzebehandlung in der Grafitisierungsstufe wird, ebenso wie die vorausgegangene Carbonisierung (Verkokung), in einer inerten Atmosphäre durchgeführt, im Gegensatz zu der der Verkokungsstufe vorgeschalteten oxidativen thermischen Vernetzung, bei der der Strang von Luft bzw. Sauerstoff enthallenden Gasen umspült wird.The extent to which graphitic components are produced in the strand depends on the desired Strength. The heat treatment in the graphitization stage is carried out, as is the previous one Carbonization (coking), carried out in an inert atmosphere, in contrast to that of the Oxidative thermal crosslinking upstream of the coking stage, in which the strand is separated from air or Oxygen containing gases is washed around.
Dem Ausgangsmaterial für die Herstellung des monofilen Stranges können auf die gewünschte Härte der Mine abgestimmte Anteile von Ruß und bzw. oder Grafit beigegeben werden.The starting material for the production of the monofilament strand can be adjusted to the desired hardness matched proportions of soot and / or graphite are added to the mine.
Die der Grafitisiemng vorausgehende Verkokung des Minenstranges wird bei Temperaturen zwischen 300—12000C durchgeführt, wobei für die Erzielung hoher Festigkeiten eine Nachverkokung zwischen 1000-1700° C zweckmäßig sein kann.The foregoing Grafitisiemng the coking of the lead string is carried out at temperatures between 300-1200 0 C, wherein a Nachverkokung between 1000-1700 ° C can be advantageous for achieving high strength.
Die vorerwähnte Streckbehandlung des Stranges ι ο kann sich auf einzelne Stufen beschränken oder während sämtlicher Erhitzungsstufen erfolgen. Insbesondere trägt eine Ausrichtung der Kristallite in der Grafitisierungsstute (sog. Streckgrafitisierung) zu einer wesentlichen Verbesserung der Festigkeitseigenschaften bei.The aforementioned stretching treatment of the strand ι ο can be limited to individual stages or take place during all heating stages. In particular, an alignment of the crystallites in the Graphitization mare (so-called stretch graphitization) to one substantial improvement of the strength properties.
Die Einarbeitung des Kohlenstoffs (Ruß, Grafit) in das erfindungsgemäß verwendete carbonisierbare Material erfolgt vor dessen Strangyerformung :n an sich bekannter Weise, beispielsweise durch Zugabe zu der für die Extrusion plastifizierten Masse. Bei der Erzeugung des Stranges durch Naßverspinnung kann beispielsweise bei Verwendung von Cellulose als Ausgangsmaterial der Kohlenstoff in die hochviskose Lösung der Cellulose in Schweizers Reagenz oder in die Cellulosexanthogenatlösung gegeben und die Mischung durch eine Düse als Strang in ein saures rällbad ausgepreßt werden.The carbon (soot, graphite) is incorporated into the carbonizable material used in accordance with the invention before it is extruded : in a manner known per se, for example by adding it to the mass plasticized for the extrusion. When producing the strand by wet spinning, for example, when cellulose is used as the starting material, the carbon can be added to the highly viscous solution of cellulose in Schweizer's reagent or into the cellulose xanthate solution and the mixture can be pressed through a nozzle as a strand into an acidic r äll bath.
Bei Verwendung von Polyamid oder Polyacrylnitril kann die Einarbeitung des Kohlenstoffs statt in das plastifizierte Material in die hochviskosen Lösungen von Polyamid in Ameisensäure oder Polyacrylnitril in Dimethylformamid eingearbeitet und dann die Mischung zu einem Strang verpreßt und dieser dann getrocknet werden.When using polyamide or polyacrylonitrile, the carbon can be incorporated into the plasticized material in the highly viscous solutions of polyamide in formic acid or polyacrylonitrile in Dimethylformamide incorporated and then pressed the mixture into a strand and this then to be dried.
700 g Naturgrafit werden in einem beheizten Mischer mit 300 g Polyamid verknetet und anschließend mk eine»n Kunststoffextruder zu einem Strang verpreßt, gestreckt und unterhalb des Schmelzpunktes in Luft bei 200—225°C oxidiert Sodann wird unter Luftausschluß auf etwa 10000C erhitzt und der Strang nach dem Abkühlen in stiftgerechte Stücke geschnitten und in üblicher Weise mit öl, Fett oder einem Emulgator imprägniert700 g of natural graphite are kneaded in a heated mixer with 300 g of polyamide and then mk an "n plastic extruder into a strand pressed, stretched and below the melting point in air at 200-225 ° C oxidized is then heated under exclusion of air at about 1000 0 C and After cooling, the strand is cut into pieces suitable for pencils and impregnated in the usual way with oil, fat or an emulsifier
500 g handelsübliche Viskose (Cellulosexanthogenat) wird mit 50 g Ruß und 450 g Grafit vermischt, die Pre'Jviskosität mit 7%iger Natronlauge eingestellt und die Mischung zu einem Strang verpreßt Der Strang wird in eine wäßrige Lösung von 13% Schwefelsäure und 28% Natriumsulfat gebracht, um das Xanthogenat zu zersetzen. Anschließend werden die FäJlbadreste im Heißwasserbad ausgewaschen, woran sich eine Trocknung anschließt500 g commercially available viscose (cellulose xanthate) is mixed with 50 g of carbon black and 450 g of graphite, the pre-viscosity is adjusted with 7% sodium hydroxide solution and the mixture is compressed to form a strand. The strand is immersed in an aqueous solution of 13% sulfuric acid and brought 28% sodium sulfate to decompose the xanthate. The residues of the FäJlbad are then im Washed out hot water bath, followed by drying
Be: 200—3000C, vorzugsweise zwischen 250—2800C, wird in oxidierender Atmosphäre vorbehandelt und anschließend bei einer Temperatur bis 10000C carbonisiert.Be: 200-300 0 C, preferably between 250-280 0 C, is pre-treated in an oxidizing atmosphere and then carbonized at a temperature up to 1000 0 C.
400 g Polyacrylnitril werden in Dimethylformamid gelöst und mit 600 g Grafit vermischt Die Preßviskosität wird mit Dimethylformamid eingestellt, wonach die Mischung z" ^inem Strang kaltverpreßt wird. Nach dem Trocknen des Stranges wird dieser gestreckt und unter Spannung bei 230—2500C in Luft oxidiert dann bei einer Temperatur bis 1000" C unter Schutzgas carbonisicrt und schließlich oberhalb 25000C grafitiert400 g of polyacrylonitrile was dissolved in dimethylformamide and mixed with 600 g of graphite The Preßviskosität is adjusted with dimethylformamide, and the mixture z "^ is cold-pressed INEM strand. After drying, the strand this is stretched and under tension at 230-250 0 C in air carbonisicrt then oxidized at a temperature up to 1000 "C under a protective gas, and finally graphitized above 2500 0 C.
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