DE68923277T2

DE68923277T2 - Vliesstoff aus metallfasern und verfahren zu dessen herstellung.

Info

Publication number: DE68923277T2
Application number: DE68923277T
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Nippon Seisen Co Nagai; Shigeo Nippon Seisen C Nishida
Original assignee: Nippon Seisen Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Nippon Seisen Co Ltd; Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1988-12-05
Filing date: 1989-12-05
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2009-12-06
Also published as: JPH0411058A; EP0404961A4; WO1990006388A1; EP0404961A1; JP2678037B2; DE68923277D1; EP0404961B1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vliesstoff aus Metallfasern, der in Filtern, Batterie-Elektrodenmaterial oder ähnlichem einsetzbar ist, sowie dessen Herstellungsverfahren.

Hintergrund der Erfindung

Metallische Wirrfasern als Vliesstoff aus Metallfasern werden in breitem Maße in Filtern, Batterie-Elektrodenmaterial, bei Schwingungsfest- und Lärmschutzanwendungen und vielen anderen mehr eingesetzt, daher sind Vliesstoffe aus Metallfasern intensiv untersucht und entwickelt worden.
Zum Beispiel offenbart das JP-Patent 42-13077 ein Verfahren zur effektiven Herstellung eines gesinterten Filtermaterials durch gleichzeitiges Erhitzen und Pressen von Metallfasern; oder das JP-Patent 54-42703 offenbart Metallfasern mit quadratischem Querschnitt.
Diese Vliesstoffe aus Metallfasern werden allerdings hergestellt, indem Metallfasern durch sintern zusammengefaßt werden, und dadurch ist die Länge des Bindungsabschnittes zum Binden der Metallfasern kurz. Abgesehen davon hat dieser Bindungsabschnitt, wie in Fig. 9 schematisch gezeigt, eine eingekerbte äußere Oberfläche (a), die in Richtung des gebildeten Bindungsabschnittes scharf ist, und die Bindungsfestigkeit wird durch den Kerbeffekt verschlechtert, so daß die Festigkeit des erhaltenen Vliesstoffes aus Metallfasern nicht ausreichend ist. Insbesondere bei der letzteren Offenbarung unter Verwendung von Fasern mit quadratischem Querschnitt stellt der Bindungsabschnitt im wesentlichen einen punktförmigen Kontakt dar, und die äußere Oberfläche (a) an der in Fig. 9 gezeigten Verbindung ist weiterhin punktförmig und scharf, und die Bindungsfestigkeit fällt ab. Wenn daher ein solches Sintergebilde an einer Stelle verwendet wird, an der Druck einwirkt, ist ein Verstärkungsmaterial erforderlich, und die Anwendbarkeit ist daher eingeschränkt.
Im allgemeinen wird oftmals ein Vliesstoff aus Metallfasern gewünscht, bei dem viele Poren vorhanden sind. Wenn jedoch ein Binden durch Sintern erfolgt, wird die Herstellung bei Poren von über 90 % schwer, da sich die Bindungsfestigkeit verschlechtert. Wenn trotzdem die Herstellung gewagt wird, ist die Handhabung sehr schwierig und der Stoff ist nicht brauchbar. So werden beispielsweise durch das Verfahren, das in dem JP-Patent 54-42703 offenbart ist, Produkte mit Hohlräumen von nur 40 bis 80 % hergestellt.
Weiterhin offenbart das JP-Patent 49-29817 ein Verfahren zur Herstellung eines faserförmigen Metallmaterials zur Entfernung von Gerüstfasern durch Oxidation bei hoher Temperatur nach Bedeckung der Gerüstfasern, die Kohlenstoff enthalten, mit einem Metall, wie Nickel in einer Plattierungslösung (einem Galvanisierungsbad).
Bei diesem Verfahren können, (1) da die Fasern mittels Co-Diffusionsbindung am Kontaktpunkt durch Hochtemperaturoxidation fixiert sind, nur die Fasern hergestellt werden, die kurz in der Länge des Bindungsabschnittes sind, hergestellt werden, und die Bindungsstärke ist gering. (2) Um die Länge des Bindungsabschnittes zu erhöhen, muß die Dicke der Metallbeschichtung extrem erhöht werden, und die anderen Abschnitte, die nicht Bindungsabschnitte sind, werden unnötig dick, und dies ist nicht ökonomisch. Die Flexibilität des erhaltenen Vliesstoffes wird verringert. Es gibt noch weitere Probleme, die zu lösen sind.
Die JP-A-51-55427 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Metallfasern, die ein Kernmaterial aufweisen, durch Galvanisieren mit Metall, während die Gerüstfasern in dem Galvanisierungsbad entwirrt werden, um gleichmaßig zu galvanisieren (plattieren). Auch bei diesem Verfahren werden die Probleme der JP-B-49-29817 nicht gelöst.
Die JP-A-63-152462 offenbart ein Verfahren zur Bildung einer Katodenelektrode in Kammform und Einsetzen des Filzes von oben, sowie zuführung der Elektrolytlösung von unten, so daß das Zentrum des Filzes auch ausreichend plattiert wird, wenn der Kohlenstoffaserfilz mit Nickel plattiert wird. Der durch dieses Verfahren erhaltene Metallfaserfilz ist wiederum nicht ausreichend hinsichtlich der Festigkeit des Bindungsabschnittes der Metallfasern, und man erhält wegen des diskontinuierlichen Verfahrens keine Produkte mit langen Längen.
Die EP-A-0264771 (D1) offenbart eine Vliesfasermatte, die aus einer Menge von elektrobeschichtbaren Fasern (A), wie Kohlenstoffasern, einem feinfaserigen Faserbindemittel (B) wie Acrylfaser, der mit den elektrobeschichtbaren Fasern (A) in Kontakt steht, und einem im wesentlichen gleichmäßigen metallischen Überzug besteht, der die elektrobeschichtbaren Fasern (A) bedeckt, und der wenigstens teilweise das Bindemittel in den Überzug an den Stellen mit einbezieht, wo das Bindemittel mit den elektrobeschichtbaren Fasern in Kontakt steht. Die Matte von D 1 wird hergestellt durch Metallplattierung auf der Matte, die aus einem Gemisch hergestellt wird, das aus den elektrobeschichtbaren Fasern (A), einem fibrillierten Faserbindemittel (B) und einer suspendierenden Flüssigkeit besteht. Die Faservliesmatte weist feste, elektrobeschichtbare Fasern (A) darin auf und keine Hohlräume. Die festen, elektrobeschichtbaren Fasern (A) der Faservliesmatte werden gegenseitig durch das fibrillierte Faserbindemittel (B), wie Acrylfaser, gebunden und nicht durch metallische Abschnitte.
Die US-A-4169911 offenbart ein poröses Kohlenstoffasermaterial, das aus einer Vielzahl von geschnittenen Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser von 3 bis 20 um besteht; einem Harzbindemittel, das die Fasern (A) an ihren Kontaktpunkten der Schnittstelle in Kontakt bringt, und einem dünnem Film, der jede dieser Fasern abdeckt. Das Material wird hergestellt durch Metallplattieren von durch das Bindemittel gebundenen Kohlenstoffasern auf dem filzähnlichen Material. Obgleich das poröse Material durch ein Harzbindemittel untereinander gebunden ist, weist das Herstellungsverfahren keine Stufe des "Vorsehens einer elektrischen Leitfähigkeit für wenigstens die Oberfläche des Bindemittels an jeder der vielen Bindungspunkte" auf. Daher bedeckt der dünne Metallfilm aus porösem Material nur jede der Fasern, und es ist schwierig, die Bindungsabschnitte des Harzes zu bedecken, die keine elektrische Leitfähigkeit haben.
Die US-A-3695869 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines faserförmigen Materials, bestehend aus der Stufe der Herstellung eines elektrisch leitfähigen Kohlenstoffgerüstes, der Stufe der Abscheidung eines Metalles oder einer Legierung auf dem Kohlenstoffgerüst und der Stufe der Eliminierung des Gerüstes durch Oxidation bei höherer Temperatur von wenigstens 500 ºC, und nur das Belassen des abgeschiedenen Metalles oder der Legierung in der faserförmigen Form. Die Kohlenstoffasern sind nicht durch ein Bindemittel miteinander verbunden, jedoch sind die Metallfasern durch z.B. Sintern miteinander verbunden, speziell nach der Metallgalvanisierung der Fasern, nicht jedoch auf dem filzähnlichen Material. Daher ist das Material weniger fest an den Bindungsabschnitten, und wenn es erforderlich wird, die Bindungsfestigkeit zu erhöhen und dadurch die Länge der Bindungsabschnitte in den Bindungspunkten in dem Material, muß der Galvanisierungsgrad erhöht werden. Daraus ergibt sich eine übermäßige Dicke der Galvanisierung.
Die Erfindung beabsichtigt daher die Bereitstellung eines Vliestoffes aus Metallfasern mit einem hohen Grad an Hohlräumen und einer ausgezeichneten Bindungsfestigkeit der Metallfasern, sowie dessen Herstellungsverfahren.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Vliesstoff aus Metallfasern, bestehend aus einer Vielzahl von Metallfasern, von denen jede Metallfaser einen sich durch das Innere dieser Faser erstrekkenden Hohlteil aufweist, wobei der äußere Umfang der Metallfasern im wesentlichen glatt ist, der mittlere Durchmesser (D) der Metallfasern beträgt 50 um oder weniger, und die Dicke (T) der Metallfasern beträgt das 0,05- bis 0,4-fache des mittleren Durchmessers (D) der Metallfasern,
die Metallfasern sind untereinander durch metallische Bindungsabschnitte gebunden, die aus dem gleichen metallischen Material bestehen wie die Metallfasern, wobei die äußere Oberfläche der metallischen Bindungsabschnitte glatt, gekrümmt, bogenförmig ist, und die Länge der metallischen Bindungsabschnitte das 0,7- bis 2-fache des mittleren Durchmessers (D) der Metallfasern beträgt, und
die Metallfasern haben verbindende Abschnitte, mit denen die hohlen Teile der Metallfasern dort miteinander in Verbindung stehen, wo sich die Metallfasern kreuzen, und
der Kohlenstoffgehalt des Vliesstoffes aus Metallfasern beträgt 0,1 Gewichts-% oder weniger.
Somit ist bei der Erfindung, da die Länge des metallischen Bindungsabschnittes lang ist, die Bindungsfestigkeit der Metallfasern groß. Daher ist der Vliesstoff ausgezeichnet hinsichtlich der Fähigkeit die Form beizubehalten, und er kann einer thermischen Zerstörung und formverändernder Beanspruchung widerstehen. Darüber hinaus können, wenn die Hohlräume einen großen Anteil annehmen, zum Beispiel über 95 % liegen, die gleichen Eigenschaften beibehalten werden. Weiterhin ist die Oberfläche des Bindungsabschnittes glatt, und es kann ein Verstopfen verhindert werden, wenn es als Filtermaterial oder ähnliches verwendet wird. Die Hohlräume werden bestimmt durch Formel 100 x (W/γ)/V, worin V das Volumen des Produktes ist, W ist das Gewicht des Produktes und γ ist die tatsächliche Dichte des Produktes.
Da die Metallfasern hohl sind, wird bei der Erfindung das Gewicht verringert, und der Anteil Hohlräume wird erhöht.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffes aus Metallfasern, bestehend aus den Stufen
Bindung von Kohlenstoffasern untereinander durch ein Bindungsmittel, um einen Vliesstoff aus Kohlenstoffasern mit einer Vielzahl von Bindungspunkten zu erhalten, an denen die benachbarten Kohlenstoffasern untereinander durch das Bindungsmittel verbunden sind, wobei die Kohlenstoffasern einen mittleren Durchmesser im Bereich von nicht mehr als 40 um haben, Vorsehen von elektrischer Leitfähigkeit für wenigstens die Oberfläche des Bindungsmittels an jedem der Bindungspunkte,
Galvanisieren des Vliesstoffes aus Kohlenstoffasern mit einem Metall, um eine metallische Schicht auf der Oberfläche jeder der Kohlenstoffasern einschließlich der Oberfläche des Bindungsmittels an jedem Bindungspunkt zu bilden, um dadurch einen metallüberzogenen Vliesstoff aus Kohlenstoffasern zu bilden, indem
der mittlere Durchmesser (D) der Metall-überzogenen Kohlenstoffasern nicht mehr als 50 um beträgt, die Dicke der Metallschicht im Bereich des 0,5- bis 0,4-fachen des mittleren Durchmessers (D) liegt, und die äußeren metallischen Oberflächen der benachbarten Fasern untereinander an jedem Bindungspunkt durch die glatte, gekrümmte, metallische Oberfläche des Bindungspunktes verbunden ist, und
Verringerung des Kohlenstoffgehaltes des metallisch beschichteten Vliesstoffes aus Kohlenstoffasern auf nicht mehr als 0,1 Gewichts-% durch Erhitzen des Metall-beschichteten Vliesstoffes aus Kohlenstoffasern in Luft oder alternativ in einer oxidierenden Gasatmosphäre, um den Vliesstoff von untereinander gebundenen röhrenförmigen Metallfasern zu bilden.
In einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens ist das Metall Nickel. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens besteht das Bindungsmittel aus wenigstens einem Harz, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Epoxidharz, PVA-Harz und Polyesterharz besteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens umfaßt das Verfahren weiterhin die Stufe Glühen des Vliesstoffes aus untereinander gebundenen röhrenförmigen Metallfasern in einer reduzierenden Atmosphäre.
Erfindungsgemäß werden, da (1) die Kernmaterialien vorher mit Bindungsmaterialien verbunden werden, um die Form des Vliesstoffes beizubehalten, die Kernmaterialien durch Bindungsmaterialien geformt, und das Kernmaterial des Vliesstoffes wird geformt durch gegenseitiges Binden mit Kernmaterial- Bindungasabschnitten mit einer glatten, gekrümmten, konkaven, bogenförmigen äußeren Oberfläche, wobei die Länge der metallischen Bindungsabschnitte, die durch die Metallbeschichtung erhalten werden, groß ist, und die Anzahl der Bindungsabschnitte erhöht werden kann. Daher kann die Festigkeit des erhaltenen Vliesstoffes aus Metallfasern verstärkt werden. (2) Auch wenn die Dicke der metallischen Überzugsschicht an den Kernmaterial-Bindungsabschnitten gering ist, können metallische Bindungsabschnitte mit einer glatten, konkaven Bogenform erhalten werden. (3) Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Entfernung des Kernmaterials kann ein Vliesstoff aus Metallfasern mit hohem Anteil an Hohlräumen, zum Beispiel 97 %, leicht erhalten werden, und die Bindungsfestigkeit der Metallfasern ist groß. Daher kann man eine Batterie mit großer Kapazität erhalten, wenn dieses Material als Elektrodenmaterial für eine Batterie verwendet wird. (4) Wegen der Verwendung von Vliesstoff als Kernmaterial, das zuvor mit einem Bindungsmaterial verbunden wurde, erhält man im Vergleich mit dem üblichen Verfahren der Sinterung, um es in einen Körper zu überführen, nachdem es in einen Filz überführt worden war, sind Veränderungen und Fluktuationen der Eigenschaften (Zugfestigkeit, Hohlräume, Dicke, tatsächliche Dichte usw.) infolge der Handhabung nur gering, und man bekommt Produkte mit stabiler Qualität durch einfache Anlagen und Maßnahmen. (5) Wenn die Beschichtung mit Metall durch Galvanisieren oder einer anderen Metallüberzugsmethode bewirkt wird, ist ein kontinuierliches Verfahren möglich, und man erhält Vliesstoffe mit langen Metallfasern.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Mikroaufnahme, die eine der Ausführungsformen des Vliesstoffes aus Metallfasern zeigt;
Fig. 2 ist eine Mikroaufnahme, die den Bindungszustand der Metallfasern vergrößert zeigt;
Fig. 3(a) ist eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt, die eine Ausführungsform des Vliesstoffes aus Metallfasern der Erfindung zeigt;
Fig. 3(b) ist eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt, die eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 4(a) ist eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt, die eine Ausführungsform des Vliesstoffes aus Metallfasern mit darin befindlichen Kernmaterialien zeigt;
Fig. 4(b) ist eine perspektivische Ansicht teilweise im Schnitt, die eine andere Ausführungsform des Vliesstoffes aus Metallfasern mit einem darin befindlichen Kernmaterial zeigt;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Vliesstoff-Kernmaterials zeigt;
Fig. 6 ist ein Fließbild, das ein Beispiel eines Verfahrens einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 7 ist eine schematischer Ansicht, die das Meßverfahren des Biegeversuches zeigt;
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel des Bindungsabschnittes zeigt, der durch weiteres sintern des Vliesstoffes aus einer hohlen Metallfaser zeigt; und
Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel des Bindungsabschnittes eines Vliesstoffes aus Metallfasern zeigt, hergestellt nach den Sinterverfahren des Standes der Technik.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Ein Vliesstoff aus Metallfasern 1 der Erfindung ist in Fig. 1 bis 3 gezeigt, worin hohle Metallfasern 2 im wesentlichen eine glatte äußere Oberfläche und einen mittleren Durchmesser D von nicht mehr als 50 um haben, die untereinander durch einen metallischen Bindungsabschnitt 3 verbunden sind, der aus dem gleichen metallischen Material wie die Metallfaser 2 besteht, und sie haben eine glatt gekrümmte, konkave, bogenförmige äußere Oberfläche 6, und die Länge L des metallischen Bindungsabschnittes 3 beträgt das 0,7- bis 2-fache des mittleren Durchmessers D der Metallfasern 2.
Der im wesentlichen glatte Zustand der äußeren Oberfläche bedeutet hier, daß die Oberfläche im wesentlichen frei von Unebenheiten ist, insbesondere von feinen spitzen Unebenheiten.
Der mittlere Durchmesser D stellt den Durchschnittswert des maximalen Durchmessers und des minimalen Durchmessers an bestimmten Positionen der Metallfasern 2 dar, und er wird bestimmt durch Messung an verschiedenen Positionen und Mittelung. Der mittlere Durchmesser D der Metallfasern 2 sollte 50 um oder weniger sein, vorzugsweise 5 bis 40 um oder noch bevorzugter 7 bis 30 um. Wenn er weniger als 5 um beträgt, besteht die Schwierigkeit der Herstellung, und wenn er mehr als 50 um beträgt, verringert sich die spezifische Oberfläche, und es können nicht mehr Hohlräume entstehen, während die Flexibilität des Vliesstoffes 1 selbst abfällt.
Die Metallfasern 2 bestehen aus hohlen Materialien, wie oben festgestellt, und der hohle Teil 5 erstreckt sich über die gesamte Länge. An dem metallischen Bindungsabschnitt 3, wo die Metallfasern 2,2 sich kreuzen, besteht der Hohlteil 5, wie in Fig. 3(a) gezeigt, aus einem Verbindungsteil 3A, um mit dem Hohlteil 5 der anderen Metallfaser 2 in Verbindung zu stehen, der über den Leitungsteil 16 gebunden ist, der durch eine Zwischenwand 15 zwischen den Metallfasern 2,2 und einen Trennteil 3B, der wechselseitig von der Zwischenwand 15 getrennt ist, hindurch geführt wird, wie in Fig. 3(b) gezeigt, und wobei der Verbindungsteil 3A und der Trennteil 3B gelegentlich in dem Vliesstoff 1 aus Metallfasern nebeneinander vorhanden sind. Dabei wird der Verbindungsteil 3A als Ergebnis der entfernung des Kernmaterials-Bindungsabschnittes 12 gebildet, in der Hauptsache wie unten in dem Herstellungsverfahren beschrieben, und daher ist in den meisten Fällen der metallische Bindungsabschnitt 3 das Verbindungsteil 3A in dem Vliesstoff 1 aus Metallfasern.
Der metallische Bindungsabschnitt 3 hat, wie in Fig. 2 und 3 gezeigt, eine glatte,gekrümmte, konkave, bogenförmige äußere Oberfläche 6, und die Länge L des metallischen Bindungsabschnittes 3, die die Länge zwischen den äußeren Oberflächen 6,6 ist, wird relativ lang gebildet. Die Länge L des metallischen Bindungsabschnittes 3 ist definiert, wie in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigt, als minimale Länge zwischen der Entfernung der gegenüberliegenden bogenförmigen äußeren Oberflächen 6;6 des Bindungsbaschnittes, quer zur Mittelposition der Strecke, die die sich kreuzenden Metallfasern 2,2 in der kürzesten Entfernung verbindet, ungeachtet des Vorhandenseins des Leitungsteiles 16. Die Länge L beträgt 0,7D bis 2D des mittleren Durchmessers D der Metallfasern 2, und sie beträgt vorzugsweise 0,8 bis 2D, oder bevorzugter 1 bis 1,5D. Wenn sie geringer als 0,7D ist, erhält die äußere Oberfläche 6 des Bindungsabschnittes eine scharf konkave Form, und die Bindungsfestigkeit wird durch die Kerbwirkung herabgesetzt. Es ist nicht erforderlich, sie größer als 2D zu machen. Der Vliesstoff 1 aus Metallfasern sollte die Länge L bei wenigstens 30 % der gesamten metallischen Bindungsabschnitte 3 haben, oder vorzugsweise 50 % oder mehr, oder bevorzugter 70 % oder mehr. Dadurch wird die Bindungsfestigkeit des Vliesstoffes 1 aus Metallfasern verstärkt. Die bogenförmigen äußeren Oberflächen 6 sollten einen Krümmungsradius haben, der nahezu gleich dem der äußeren Oberflächen der Metallfasern 2 ist oder mehr, zum Beispiel um einen Bruch oder eine Auftrennung infolge der Konzentration von Kerbbeanspruchungen der Bindungsabschnitte 3 zu verhindern.
Die Dicke T der Metallfasern 2 beträgt 0,05 bis 0,4D des mittleren Durchmessers D, oder bevorzugter 0,1 bis 0,3D. Wenn sie 0,4D überschreitet, ist es eine übermäßige Dicke, die im allgemeinen nicht erforderlich ist. Wenn sie zum Beispiel für ein Elektrodenmaterial einer Ni-Cd-Batterie verwendet werden und wenn der mittlere Durchmesser D der Metallfasern 2 einen Betrag von 10 bis 30 um hat, sollte die Dicke T vorzugsweise etwa 3 bis 7 um betragen. Wenn sie geringer als 1 um ist, ist die Festigkeit schlecht und die Handhabung ist schwierig.
Weiterhin kann in den Metallfasern 2, außer von dem geschlossenen Ende 2A, das wie in Fig. 3(a) gezeigt mit einem runden Kopf verschlossen ist, ein offenes Ende 2B gebildet werden, das in der Weise offen ist, wie es durch die einzelne gepunktete Linie gebildet wird, und im allgemeinen verringert sich die Dicke T in dem Maße, wie sich die Rate der offenen Enden 28 erhöht. Der Vliesstoff 1 aus Metallfasern wird im allgemeinen in der gewünschten Form geschnitten verwendet, und dieses geschnittene Ende ist üblicherweise ein offenes Ende 2B. Ein solches offenes Ende 2B wirkt mit dem Leitungsteil 16 zusammen, um zum Austragen der Verunreinigungen in dem hohlen Teil 5 beizutragen.
Als Material für die Metallfasern 2 können in Abhängigkeit von den Anwendungsformen außer Edelmetallen wie Nickel, Chrom, Aluminium, Kupfer, Zink, Platin und Palladium Legierungen verwendet werden, die eines dieser Elemente enthalten. Insbesondere sind Materialien, die Nickel enthalten, sehr gut hinsichtlich Festigkeit, Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit und können in breitem Maße eingesetzt werden.
Da der metallische Bindungsabschnitt 3 eine ausreichende Länge L und eine glatte, gekrümmte, konkave, bogenförmige äußere Oberfläche 6 hat, kann der Vliesstoff 1 aus Metallfasern die Festigkeit des Bindungsabschnittes verstärken im Vergleich mit dem üblichen Vliesstoff, dessen Metallfasern durch Diffusionsfügung verbunden sind. Darüber hinaus wird durch Erhöhung der Hohlräume die Festigkeit und die Eigenschaft der Formbeständigkeit verbessert. Weiterhin wird durch die mit der Deformation verbundene nachfolgende Bearbeitung leichter, und bei Verwendung als Elektrodenmaterial für Batterien wird beispielsweise die Einfüllarbeit für die aktive Substanz leicht, und man kann eine hohe Füllgeschwindigkeit realisieren. Wenn man es als Filter verwendet, kann unterdessen, da die äußere Oberfläche 6 der metallischen Bindungsabschnitte 3 glatt ist, eine Verstopfung und können andere Schwierigkeiten infolge der Ablagerung von Fremdbestandteilen der Behandlungslösung in den Bindungsabschnitten 3 verhindert werden.
Da die Metallfasern 2 hohl sind, ist außerdem eine Abführung von inneren Verunreinigungen leicht, und das Gewicht kann reduziert werden, und durch Erhöhung der Oberfläche durch das Masse-Leistungs-Verhältnis kann die Leistungsfähigkeit verstärkt werden. Erfindungsgemäß ist es möglich, Hohlräume bis zu etwa 97 % zu erzeugen.
Metallfasern 2, die Kernmaterialien 10 in ihrem Inneren aufweisen, wie in Fig. 4(a) und 4(b) gezeigt, sowie Verbindungsmaterialien 14 werden durch die Metallfasern und die inneren Kernmaterialien 10 gebildet.
Da die Länge L der metallischen Bindungsabschnitte 3 ausreichend ist, ist die Bindungsfestigkeit der Metallfasern 2,2 groß, und somit hat das Produkt eine ausgezeichnete Formbeständigkeit und kann thermischer Dehnung und Deformationsbeanspruchung bei der Verarbeitung widerstehen, während die obigen Eigenschaften durch Erhöhung der Hohlräume beibehalten werden. Weiterhin ist die Oberfläche der Bindungsabschnitte glatt, und eine Verstopfung kann bei Anwendung als Filter verhütet werden, und darüber hinaus wird wegen des inneren Kernmaterials die Steifheit der Metallfasern erhöht und die Produktfestigkeit verbessert, so daß die Eigenschaft der Formbeständigkeit und die Stabilität von Dimensionen und Formen verbessert wird.
Als Kernmaterial 10 können Kohlenstoffasern, organische Fasern, deren Oberfläche für die Leitfähigkeit behandelt wurde, andere leitende Fasern und auch nichtleitende Fasern verwendet werden. Insbesondere sollten dann, wenn es erwünscht ist, das Gewicht zu verringern und die Festigkeit des Vliesstoffes 1 zu erhöhen, vorzugsweise Kohlenstoffasern eingesetzt werden. Der Faserdurchmesser des Kernmaterials sollte etwa 40 um betragen und in Abhängigkeit von den Anwendungsformen ausgewählt werden.
Weiterhin wird das Kernmaterial 10 unter Verwendung des Bindungsmaterials, wie in Fig. 5 gezeigt, vorläufig gebunden, und es wird ein Vliesstoff 11 aus Metallfasern gebildet. Das Bindungsmaterial bildet einen Kernmaterial-Bindungsabschnitt 12, der das Kernmaterial 10 an der Schnittstelle bindet. Das Bindungsmaterial kann infolge seiner Affinität für das Kernmaterial 10 und durch die Oberflächenspannung an dem Kernmaterial 10 nur an der Schnittstelle haften. Es kann auch geringfügig an der gesamten Oberfläche des Kernmaterials 10 abgeschieden sein, oder es kann auch in Tropfenform bleiben. Der Kernmaterial-Bindungsabschnitt 12 hat eine glatte äußere Oberfläche 13, und er kann das Kernmaterial 10 binden, ob im Kontaktzustand oder im Trennzustand.
Als Bindungsmaterial können zum Beispiel wärmehärtbare Harze, wie Epoxidharz und Phenolharz verwendet werden, sowie thermoplastische Harze, wie PVA und Polyester. Von allen diesen ist Epoxidharz bevorzugt wegen seiner großen Viskosität und ausgezeichneten Bindungsfestigkeit. Dieses Harz ist nicht teuer und kann durch Erhitzen entfernt werden.
Weiterhin kann der Vliesstoff 1 aus Metallfasern auch außer den Trennteil 3B, das die Metallfasern 2 von der Zwischenwand 15 trennt, wie in Fig. 4(a) gezeigt, ein Hohlraumkupplungsteil 3C enthalten, das unabhängige Hohlräume 16a hat, die durch die Zwischenwand 15 hindurchgehen, wie in Fig. 4(b) gezeigt. Solche Hohlräume 16a sind so zu sehen, daß sie in der Hauptsache dann gebildet werden, wenn das Bindungsmaterial durch Erhitzen zersetzt und nach außen freigesetzt wird durch die Metallfasern 2 hindurch.
In dem Kernmaterial-Bindungsteil 12 wird die Länge l des Bindungsabschnittes (gleichermaßen definiert wie der Metallbindungsabschnitt 3) vorzugsweise auf das 0,5-fache des Durchmessers d des Kernmaterials 10 festgesetzt, und vorzugsweise auf das 0,7-fache oder mehr. Als Ergebnis kann die Länge L des metallischen Bindungsabschnittes 3 verlängert werden.
Das Herstellungsverfahren des Vliesstoffes aus Metallfasern mit Kernmaterialien besteht aus den folgenden Stufen.
(a) Eine Stufe zum Erhalten eines Metall-beschichteten Kernmaterial-Vliesstoffes 17 durch Bildung einer metallischen Überzugsschicht nach einem Metallbeschichtungsverfahren auf der Oberfläche eines Vliesstoffes 11 aus einem Kernmaterial unter Bildung von Kernmaterialien 10 mit dem mittleren Durchmesser d von 40 um oder weniger durch Bindungsmaterial, und gegenseitige Bindung mit Kernmaterial-Bindungsabschnitten 12, die eine glatte äußere Oberfläche 13 haben.
(b) Eine Stufe zum Erhalten eines Vliesstoffes aus Metallfasern, hergestellt aus Metallfasern 2, die Kernmaterialien 10 im Inneren aufweisen, und Binden durch metallische Bindungsabschnitte 3, durch Glühen des beschichteten Vliesstoffes 17 aus metallischem Kernmaterial.
Das Material für das Kernmaterial 10 wird ausgewählt in Abhängigkeit von den Metallbeschichtungsverfahren, und wenn beispielsweise die Beschichtung durch das Elektroplattierverfahren erfolgt, sind Kohlenstoffasern oder andere leitfähige Fasern, insbesondere Kohlenstoffasern der Pech-Gruppe bevorzugt, da sie ausgezeichnet sind hinsichtlich Leitfähigkeit und Festigkeit und leicht einem Kernmaterial-Vliesstoff 11 bilden. In Abhängigkeit von dem Beschichtungsverfahren können auch nichtleitfähige Fasern verwendet werden, oder es können unterschiedliche Fasern vermischt werden.
Wenn organische Fasern als Kernmaterial 10 verwendet werden, kann als Leitfähigkeits-Behandlungsverfahren beispielsweise das stromlose Metallplattierungs- und Abscheidungsverfahren angewandt werden.
Der Durchmesser d des Kernmaterials 10 beträgt 40 um oder weniger, oder vorzugsweise 5 bis 20 um, um die Festigkeit des Kernmaterial-Vliesstoffes 11 zu erhöhen, während ein hoher Anteil Hohlräume bewahrt wird. Wenn er größer als dieser Wert ist, ist die Flexibilität schlecht, und wenn er kleiner als 5 um ist, so ist dies vom Standpunkt der Produktionseffektivität nicht erwünscht. Weiterhin sollte das Kernmaterial 10 eine Länge von etwa beispielsweise 3 bis 50 mm haben. In dem Kernmaterial-Vliesstoff 11 sind vielfache Kernmaterialien 11 über Kreuz zufällig angeordnet, und die Schnittstellen der Kernmaterialien 10 werden durch die Kernmaterial-Bindungsabschnitte 12 verbunden unter Verwendung von Bindungsmaterialien, wodurch sich der Kernmaterial-Vliesstoff 11 ergibt.
Ein solcher Kernmaterial-Vliesstoff 11 wird beispielsweise durch ein Tauchverfahren erhalten, bei dem ein ungebundener Vliesstoff in ein flüssiges Bindungsmaterial getaucht wird, oder durch ein Sprayverfahren, bei dem das Bindungsmaterial auf das Gewebe des Kernmaterials 10 aufgesprüht wird. Durch derartige Verfahren kann das Bindungsmaterial leicht nur an den Schnittstellen durch die Oberflächenspannung gebunden werden. Das Bindungsmaterial wird durch ein geeignetes Verfahren getrocknet.
Wenn daher bei dem Kernmaterial-Vliesstoff 11 eine vorläufige Bindung des Kernmaterials 10 unter Verwendung von Bindungsmaterial erfolgt, ist die Handhabung leicht, und die Anzahl der Schnittstellen erhöht sich, und die Bindungslänge kann erweitert werden.
Die Dicke und die Belastung des Kernmaterial-Vliesstoffes 11 wird ausgewählt in Abhängigkeit von den Merkmalen des Endproduktes, wenn es jedoch übermäßig dünn ist, ist die Fähigkeit zur Formbeibehaltung des Kernmaterial-Vliesstoffes schlecht, oder wenn sie zu dick ist, kann eine gleichmäßige metallische Überzugsschicht nur schwer tief im Inneren des Vliesstoffes gebildet werden. Daher sollte die Dicke etwa 0,5 bis 5 mm betragen, vorzugsweise 1 bis 3 mm.
Eine metallische Überzugsschicht wird auf der Oberfläche eines solchen Kernmaterial-Vliesstoffes 11 gebildet, und man erhält einen Vliesstoff 17 aus metallbeschichtetem Kernmaterial.
Als Metallbeschichtungsverfahren wird beispielsweise das Plattierungsverfahren, das Tauchverfahren und das Abscheidungsverfahren angewandt, wobei das Elektroplattierungsverfahren besonders bevorzugt ist, da dessen Effektivität sehr gut ist und eine metallische Überzugsschicht von gleichmäßiger Dicke gebildet wird. Zu dieser Zeit wird vorzugsweise eine Leitfähigkeitsbehandlung als Vorbehandlung durchgeführt, um die Leitfähigkeit des Kernmaterials 10 und des Bindungsmaterials zu verstärken.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Plattierung mit Nickel nach dem Elektroplattierungsverfahren, wobei ein Vliesstoff 11 mit langem Kernmaterial regelmäßig von einer Abwickelvorrichtung 31 zugeführt wird, und es wird mit einem Katalysator versehen, um die Leitfähigkeit in einem Vorbehandlungsbehälter 32 zu erhöhen. Dann passiert es einen Wasserwaschbehälter 33, und eine Spannung wird an einer ersten Stromzuführungswalze 34 angelegt, dann passiert es eine zweite Stromzuführungswalze 36 stromabwärts vom Elektroplattierungsbehälter 40, und einen Nickelanodenpol des Elektroplattierungsbehälters 40, und auf der Oberfläche des Kernmaterial-Vliesstoffes 11 wird eine Nickelplattierung ausgebildet. Danach passiert es den Wasserwaschtank 37 und einen Trocknungsabschnitt 38, wird über die Aufwickelvorrichtung 39 aufgenommen, und man erhält einen Kernmaterial-Vliesstoff 17, der metallisch beschichtet ist. In diesem Falle kann als Elektrolytlösung Nickelsulfat, Nickelchlorid oder Nickelsulfamat verwendet werden, ünd das Kernmaterial wird bei einer Stromdichte von etwa 1 bis 15 A pro 1 dm² der Oberfläche und einer Dauer von 1 bis 30 Minuten behandelt.
Im Falle der chemischen Plattierung wird zum Beispiel nach Abscheidung eines Katalysators auf dem Kernmaterial- Vliesstoff dieser in eine wäßrige Lösung getaucht, die Plattierungs-Metallionen enthält. Nach einem bekannten Abscheidungsverfahren kann auch so die Metallüberzugsschicht gebildet werden.
Auf diese Weise wird eine Metallüberzugsschicht nahezu gleichmäßiger Dicke auf der Oberfläche des Kernmaterial-Vliesstoffes 11 gebildet. Da ein Metallüberzug auch auf der Oberfläche des Kernmaterial-Bindungsabschnittes 12 gebildet wird, kann der metallische Bindungsabschnitt 3 eine glatte, gekrümmte, konkave, bogenförmige äußere Oberfläche 6 entlang des Kernmaterial-Bindugsabschnittes 12 erhalten.
Die Stufe (b) ist ein Glühverfahren, bei dem ein solcher Metall-beschichteter Kernmaterial-Vliesstoff 17 mit einer Flexibilität bereitgestellt wird. Das Glühen ist beabsichtigt, um die Flexibilität und die Dauerhaftigkeit durch Rekristallisation unter Erhitzen des Materials zu verstärken.
Wenn das Material Nickel ist, sind die Glühbedingungen: Erhitzen über etwa 1 bis 30 Minuten bei 800 bis 1200 ºC in reduzierender Atmosphäre und anschließendes allmähliches oder schnelles Abkühlen. Bei Verwendung von Kupfer, wird es für 1 bis 30 Minuten bei 450 bis 600 ºC erhitzt und anschließend allmählich abgekühlt. In Abhängigkeit von dem Material kann das Glühen in einer oxidierenden Atmosphäre durchgeführt werden.
Als Ergebnis eines solchen Glühens kann das Bindungsmaterial, wie oben genannt, in Abhängigkeit von den Bedingungen entfernt werden, und bei dieser Entfernung wird ein Vliesstoff aus Metallfasern mit Hohlräumen 16a erhalten, wie in Fig. 4(b) gezeigt.
Der Metall-beschichtete Kernmaterial-Vliesstoff 17 kann direkt verwendet werden in Abhängigkeit von der Anwendungsart oder der Form, und in einem solchen Falle kann der Metallbeschichtete Kernmaterial-Vliesstoff 17 als Vliesstoff aus Metallfasern 1 verwendet werden, wie in Fig. 4(a) gezeigt.
Die Erfindung umfaßt in der obigen Stufe (b) auch eine Stufe zum Erhalten des Vliesstoffes 1 aus Metallfasern, hergestellt aus der Metallfaser 2 mit einer hohlen Metallfaser 2, gebunden durch die Metallbindungsabschnitte 3 durch Erhitzen des Metall-beschichteten Kernmaterial-Vliesstoffes 17 und Entfernung des Kernmaterial-Vliesstoffes 11.
Um das Kernmaterial 10 zu entfernen, wird es in einer Gasatmosphäre erhitzt, die mit dem Kernmaterial 10 reagiert. Diese Reaktion bedeutet nicht immer eine direkte Reaktion des Kernmaterials 10 und des Gases. Durch Oxidation des Beschichtungsmetalles kann dieses direkt mit dem Kernmaterial 10 reagieren. Wenn zum Beispiel Kohlenstoffasern als Kernmaterial verwendet werden und Nickel als Beschichtungsmaterial, so kann durch Erhitzen in oxidierender Gasatmosphäre oder in Luft für 5 Minuten bis 4 Stunden bei 600 bis 1300 ºC das innere Kernmaterial zusammen mit dem Bindungsmaterial entfernt werden, das heißt, der Kernmaterial-Vliesstoff 11 wird entfernt.
Als oxidierendes Gas kann ein Propan-Verbrennungsgas mit folgender Zusammensetzung verwendet werden.
CO&sub2;: 12,5 Vol-%; CO: 1,5 Vol-%; H&sub2;: 0,8 Vol-%; N&sub2;: Rest.
In diesem Falle wird durch Erhitzen für etwa 30 Minuten bis 1 Stunde bei etwa 1100 bis 1200 ºC oder für etwa 5 Minuten bis 2 Stunden bei etwa 600 bis 900 ºC in Luft der Kohlenstoffgehalt in dem Vliesstoff auf 0,1 % gesenkt. Die Bedingungen variieren mit der Kombination von Materialien, oder wenn der Kernmaterial-Vliesstoff 11 verschwindet, bleibt nur die metallische Überzugsschicht und hinterläßt einen Hohlteil 5, und man erhält einen Vliesstoff 1 aus Metallfasern, hergestellt aus hohlen Metallfasern 2, wie in Fig. 3(a) und 3(b) gezeigt.
Wenn das Heizverfahren in oxidierender Atmosphäre durchgeführt wird, kann sich der erhaltene Vliesstoff entfärben, und um die Oberflächenfarbe metallisch zu machen, ist es erwünscht, diesen nochmals unter reduzierender Atmosphäre zu erhitzen. Jedoch kann diese Stufe ausgelassen werden.
Die erfindungsgemäß hergestellten Vliesstoffe aus Metallfasern können weiterhin in bezug auf die Festigkeit des Bindungsabschnittes verstärkt werden durch Sinterung oder durch Einstellung der Dicke durch ein späteres Verfahren. Als Ergebnis kann sich die Anzahl der Bindungsabschnitte und der Kontaktoberfläche erhöhen. Da sich die Länge L des durch Beschichtung erhaltenen metallischen Bindungsabschnittes 3 zusammen mit der Diffusion erhöht, wird daher die Festigkeit des Vliesstoffes weiterhin verstärkt. Beim Pressen in einem späteren Verfahren können die metallischen Hohlfasern abgeplattet werden, wie in Fig. 8 gezeigt. Daneben kann auf dem Vliesstoff 1 aus Metallfasern zur Zeit der Sinterung für die Einstellung der Porengröße oder ähnlichem, ein gesiebtes oder feines Pulver, hergestellt aus einem anderen Material, zum Beispiel einem dem Vlies ähnlichen oder unähnlichen Metall, im Inneren oder in der Oberflächenschicht des Vliesstoffes aus Metallfasern angeordnet sein.
Mit der obigen Beschaffenheit bringt die Erfindung etwa die folgenden Vorteile.
(1) Da das Kernmaterial vorläufig mit dem Bindungsmaterial verbunden ist, so daß es die Form eines Vliesstoffes beibehält, wird das Kernmaterial durch das Bindungsmaterial geformt, und der Kernmaterial-Vliesstoff wird erhalten durch wechselseitiges Binden mit den Kernmaterial-Bindungsabschnitten, die eine glatte, gekrümmte, konkave, bogenförmige äußere Oberfläche haben, wobei die durch die Metallbeschichtung erhaltene Metallbindungsabschnittlänge groß ist, und die Anzahl der Bindungsabschnitte kann erhöht werden. Daher kann die Festigkeit des erhaltenen Vliesstoffes aus Metallfasern verstärkt werden.
(2) Sogar dann, wenn die Dicke der Metallüberzugsschicht an dem Kernmaterial-Bindungsabschnitt gering ist, können Metallbindungsabschnitte mit glatter, konkaver Bogenform erhalten werden.
(3) Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Entfernung des Kernmaterials kann ein Vliesstoff aus Metallfasern mit Hohlräumen bis zu etwa 97 % beispielsweise leicht erhalten werden, und wenn die Bindungsfestigkeit der Metallfasern ausreichend ist, kann man, wenn man es als Elektrodenmaterial für eine Batterie verwendet, eine Batterie mit hoher Kapazität erhalten.
(4) Wegen der Verwendung des vorläufig mit dem Bindungsmaterial gebundenen Kernmaterial-Vliesstoffes sind Veränderungen und Schwankungen von Merkmalen infolge der Handhabung gering, und man erhält Produkte mit stabiler Qualität durch einfache Maßnahmen und Verfahrensschritte.
(5) Wenn eine Metallbeschichtung durch Plattierung oder ähnliche Metallbeschichtungsverfahren bewirkt wird, ist ein kontinuierliches Verfahren möglich, und man kann lange Vliesstoffe aus Metallfasern erhalten.

Beispiele

Beispiel 1

Ein Kernmaterial-Vliesstoff (ein langes Produkt mit einer Belastung von 50 g/m², einer Dicke von 2 mm und einer Breite von 230 mm), bei dem Kohlenstoffasern der Pech-Gruppe mit einem Faserdurchmesser von 13 um und einer Länge von 6 mm durch Epoxidharz an den Schnittstellen verbunden wurde, wurde hergestellt. Die meisten Schnittstellen wurden mit dem Harz zu einer glatten, gekrümmten, konkaven oder konvexen bogenförmigen äußeren Oberfläche gebunden, und dementsprechend war die Handhabung sehr leicht. Um die Leitfähigkeit der Fasern zu verstärken, wurde als Vorbehandlung der Kernmaterial-Vliesstoff in eine wäßrige Lösung getaucht, die Palladiumchlorid, Zinnchlorid und Salzsäure enthielt, und zwar für 30 Sekunden bis 2 Minuten als Vorbereitung für die Nickelplattierung. Die Nickelplattierung wurde kontinuierlich in einem Wasserbad durchgeführt, das 330 g/Liter Nickelsulfat, 45 g/Liter Nickelhydrochlorid und 38 g/Liter Borsäure enthielt, und als weitere Bedingung betrugen der Strom 690 A und die Aufnahmegeschwindigkeit 0,1 m/Min.
Der so erhaltene Metall-beschichtete Kernmaterial-Vliesstoff hatte die Eigenschaften: Dicke 2 mm, Belastung 550 g/cm² und Hohlräume 95,7 %, und die Dicke der Überzugsschicht betrug 4,5 um. Allerdings war dieser Vliesstoff brüchig und schlecht hinsichtlich der Flexibilität. Er wurde weiterhin bei 900 ºC für 20 Minuten in einem Aminoniak-Crack-Gas (H&sub2;: 75 Mol/%, N&sub2;: 25 Vol%) (nachfolgend als AX-Gas bezeichnet) geglüht, wodurch man einen Vliesstoff aus Metallfasern erhielt, bei dem Kohlenstoffasern als Kernmaterial im Inneren der Metallfasern verblieben waren. Als Ergebnis der Untersuchung des Bindungsabschnittes der Fasern zeigte sich, daß die Mehrzahl mit einer glatten, gekrümmten, bogenförmigen äußeren Oberfläche und einer Bindungslänge von 0,7 bis 1,3D gebunden war, und es wurde gefunden, daß das Ergebnis der Messung der Zugfestigkeit der Probe, die durch Schneiden des Vliesstoffes auf eine Breite von 2 cm hergestellt worden war, bei 3,5 kg lag.

Beispiel 2

Der in Beispiel 1 vor dem Glühen erhaltene Metall-beschichtete Kernmaterial-Vliesstoff wurde in Luft für etwa 30 Minuten bei 800 ºC erhitzt, und man erhielt einen Hohlfaser-Vliesstoff, bei dem die inneren Kohlenstoffasern und das Bindungsmaterial entfernt waren. Dabei war die Entkohlung höher, wenn die Heiztemperatur höher war und die Behandlungszeit länger war. Unter den obigen Bedingungen verringerte sich der Kohlenstoffgehalt auf 0,027 Gewichts-%, was im wesentlichen vernachlässigbar war.
Um die Faseroberfläche aufzuhellen, wurde das Vlies in AX-Gasatmosphäre für 20 Minuten bei 1150 ºC erhitzt. Die Hohlräume des erhaltenen Vliesstoffes betrugen 97,2 %, und die Festigkeit war ausreichend zufriedenstellend mit 3,5 kg (2 cm Breite). Dabei betrug die Faserbindungsfestigkeit etwa 0,9 bis 1,4D.

Beispiel 3

Kohlenstoffasern mit einem Faserdurchmesser von 13 um und einer Länge von 15 mm wurden mit Epoxidharz in gleicher Weise wie im Beispiel 1 verbunden, um einen Vliesstoff herzustellen, der mit Nickel in einer Dicke von 4,5 um beschichtet wurde, wodurch man einen Vliesstoff aus Kompositfasern mit einer Belastung von 550 g/dm² erhielt. Das Beschichtungsverfahren erfolgte in Form des Elektroplattierens für 16 Minuten bei einer Stromdichte von 2,20 A/m².
Danach wurde in Wasser gewaschen, und es wurde eine Sinterung in AX-Gasatmosphäre für 20 Minuten bei 900 ºC durchgeführt, und die Probe wurde leicht gepreßt. Man erhielt ein Produkt mit einer Dicke von 1,5 mm und mit Hohlräumen von 92 %.
Bei einem Test wurde ein Teststück auf eine Größe von 2 x 8 cm geschnitten und einem Dehnungs- und Krümmungstest unterworfen. Beim Krümmungstest, der in Fig. 7 gezeigt ist, wurden 20 Teststücken in der Krümmungstestvorrichtung angeordnet, und die 180-Grad-Krümmung wurde fünfmal wiederholt, und es wurde die anschließende Zug-Abrißlast gemessen.
Der Krümmungsradius A bei der Krümmungstestvorrichtung betrug 5 mm.

Beispiel 4

Das in Beispiel 3 erhaltene Vlies aus Verbundfasern wurde weiterhin in einen mit Propan befeuerten Gasofen von 1150 ºC eingebracht, um eine Entkohlung über 30 Minuten zu erreichen, und die Probe 4 wurde hergestellt. Der Kohlenstoff in den Fasern war zumeist vollständig entfernt, und es hatten sich im Inneren Hohlräume gebildet. Dabei betrug das Ergebnis der Faseranalyse für den Restkohlenstoffgehalt 0,008 %. Die Ergebnisse des ähnlichen Dehnungstests und Krümmungstests sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Beispiel 5

Der Kernmaterial-Vliesstoff (Maße 200 x 300 mm), der in Beispiel 1 erhalten worden war, wurde mit Kupfer plattiert, und der folgende diskontinuierliche Prozeß wurde durchgeführt, um einen Kupferfaser-Vliesstoff zu erhalten.
Das Plattierungsbad war mit einer Plattierungslösung gefüllt (pH 8,5), die 63 bis 105 g/Liter Kupferpyrophosphat, 240 bis 470 g/Liter Kaliumpyrophosphat, 2 bis 6 g/Liter Ammoniakwasser und 2 bis 16 g/Liter Kaliumnitrat enthielt, und die Plattierung erfolgte über 15 Minuten bei 100 A. Durch weiteres Glühen für 10 Minuten bei 500º C erhielt man einen Vliesstoff in einer Dicke von 2 mm, einer Belastung von 550 g/cm² und mit Hohlräumen von 95,7 %. Dabei betrug der Faserdurchmesser 22 um, und die Plattierungsdicke betrug 4,5 um. Die Verbindung an dem Faserbindungsabschnitt hatte eine Bindungslänge von L = 0,7 bis 1,3D, und die Oberfläche war glatt ohne Einkerbung. Die Zugfestigkeit dieser Probe betrug 2,5 kg (2 cm Breite).

Beispiel 6

Als Kernmaterialfasern wurden Misch-Spinnfasern aus Nylon, Rayon und Polyester (Faserdurchmesser 19 um) verwendet, und sie wurden zu einem Vliesstoff von 2 mm Dicke mit Epoxidharz verbunden, und der Vliesstoff wurde mit einer Leitfähigkeit durch stromlose Plattierung versehen. Das Verfahren bestand in einer Entfettung, Neutralisation und Sensibilisierung, und es wurde eine leitfähige Schicht von etwa 0,7 um auf der Faseroberfläche gebildet. Nach dem Nickel-Elektroplattierverfahren erhielt man einen Vliesstoff mit einem Faserdurchmesser von 26,6 um (Plattierungsdicke 3,8 um).
Nach dem Entkohlungsverfahren bei 100 º C für 20 Minuten wurden ein Produkt (Hohlfaserprodukt) mit einer Dicke von 1 mm, Hohlräumen von 94,9 % und einer Belastung von 500 g/cm² erhalten.
Die Länge L des Bindungsabschnittes betrug 0,7 bis 1,3D, und die Zugfestigkeit betrug 3,1 kg (2 cm Probenbreite).

Vergleich 1

Ein Vliesstoff aus Kohlenstoffaser (ungebunden) mit einem Faserdurchmesser von 13 um, einer Länge von 15 mm, einer Dicke von 1,2 mm und einer Belastung von 50 g/cm² wurde als Material verwendet, und es wurde mit Nickel in gleicher Weise wie in den vorangegangenen Beispielen plattiert. Man erhielt einen Vliesstoff aus Hohlfasern. Dabei betrug die Plattierungsdicke 4,5 um, und der Faserdurchmesser betrug 22 um. Der erhaltene Vliesstoff hatte eine Belastung von 500 g/cm² und Hohlräume von 95,3 %. Da die Fasern untereinander nahezu nur in Punkt kontakt mit 0,7 D oder weniger gebunden waren, war die Zugfestigkeit mit 1,0 kg sehr niedrig. Beim Krümmungstest wurde die Zug-Abrißlast nach wiederholter 180-Grad-Krümmung gemessen, und die Werte waren weiterhin mit 0,4 kg auf die Hälfte reduziert.

Vergleich 2

Etwa 3 g zerhäckselte Kohlenstoffasern mit einer Faserdicke von 13 um und einer Länge von 6 mm wurden durch Trommelgalvanisierung mit Nickel bei 10 A und für 45 Minuten behandelt.
Die erhaltenen Fasern wiesen hinsichtlich ihres Durchmessers große Unterschiede auf, und der Durchschnitt betrug 16 um. Es wurde gefunden, daß die Fasern nicht durch weiteres Plattieren mittels der Trommelplattierung zerstreut werden konnten. Die Fasern wurden nach der Papierherstellungstechnik zu einem Vliesstoff verarbeitet, und man erhielt einen Vliesstoff aus Nickel-plattierten Kohlenstoffasern von 195 g/cm². 4 Stücke davon wurden laminiert, um zu einer Belastung von 780 g/cm² zu gelangen. Danach wurde durch das Verfahren der Sinterung, der Entkohlung und Reduktion ein finaler Vliesstoff mit einer Dicke von 1,2 mm und einer Belastung von 500 g/cm² erhalten. Sogar bei diesem Verfahren, wo das Sinterverfahren angewandt wurde, betrug die Bindungslänge nur 0,7D oder weniger, und die Festigkeit betrug 0,5 kg, was unbefriedigend war. Die erhaltenen Ergebnisse der Beispiele und Vergleiche sind in Tabelle 1 zusammengefaßt. Tabelle 1 Probennr. Probe Bsp. Vergl. Kernfaser Faserdurchmesser Faserlänge Metallbeschichtungsmaterial Schichtdicke Verbundfaserdurchmesser Kernmaterial Faserbindungslänge Vliesstoffbelastung Dehnungstest Krümmungstest Hohlräume Kohlenstoffaser Nickel vorgesehen nicht vorges. org. Misch-Spinnfaser
Anm. 1: Der Krümmungstest wird durch die Zug-Abrißlaßt (kg) nach Wiederholen der 180-Grad-Krümmung angegeben.

Claims

1. Vliesstoff aus Metallfasern, bestehend aus einer Vielzahl von Metallfasern, von denen jede Metallfaser einen sich durch das Innere der Faser erstreckenden Hohlteil aufweist, wobei der äußere Umfang der Metallfasern im wesentlichen glatt ist, der mittlere Durchmesser (D) der Metallfasern beträgt 50 um oder weniger, und die Dicke (T) der Metallfasern beträgt das 0,05- bis 0,4-fache des mittleren Durchmessers (D) der Metallfasern,

die Metallfasern sind untereinander durch metallische Bindungsabschnitte gebunden, die aus dem gleichen metallischen Material bestehen wie die Metallfasern, wobei die äußere Oberfläche der metallischen Bindungsabschnitte glatt, gekrümmt, bogenförmig ist, und die Länge der metallischen Bindungsabschnitte das 0,7- bis 2-fache des mittleren Durchmessers (D) der Metallfasern beträgt, und

die Metallfasern haben verbindende Abschnitte, mit denen die hohlen Teile der Metallfasern dort miteinander in Verbindung stehen, wo sich die Metallfasern kreuzen, und

der Kohlenstoffgehalt des Vliesstoffes aus Metallfasern beträgt 0,1 Gewichts-% oder weniger.

2. Vliesstoff nach Anspruch 1, worin die Metallfasern Nickelfasern sind.

3. Vliesstoff nach Anspruch 1 oder 2, worin der mittlere Durchmesser (D) der Metallfasern im Bereich von 10 bis 30 um liegt, und die Dicke (T) liegt im Bereich von 3 bis 7 um.

4. Verfahren zur Herstellung eines Vliesstoffes aus Metallfasern, das die Stufen umfaßt

Bindung von Kohlenstoffasern untereinander durch ein Bindungsmittel, um einen Kohlenstoffaser-Vliesstoff mit einer Vielzahl von Bindungspunkten zu erhalten, an dem die benachbarten Kohlenstoffasern untereinander durch das Bindungsmittel gebunden sind, wobei die Kohlenstoffasern einen mittleren Durchmesser im Bereich von nicht mehr als 40 um haben,

Vorsehen einer elektrischen Leitfähigkeit für wenigstens die Oberfläche des Bindungsmittels an jedem der Bindungspunkte,

Elektroplattierung des Kohlenstoffaser-Vliesstoffes mit einem Metall, um eine Metallschicht auf der Oberfläche der Kohlenstoffaser einschließlich der Oberfläche des Bindungsmittels an jedem Bindungspunkt zu bilden, um dadurch einen Metall-beschichteten Kohlenstoffaser-Vliesstoff zu erhalten, in dem

der mittlere Durchmesser (D) der Metall-beschichteten Kohlenstofffasern nicht mehr als 50 um beträgt, die Dicke der Metallschichten liegt im Bereich vom 0,05- bis 0,4-fachen des mittleren Durchmessers (D), und die äußeren Metalloberflächen der benachbarten Fasern sind untereinander an jedem Bindungspunkt durch die glatte, gekrümmte Metalloberfläche des Bindungspunktes verbunden, und

Verringerung des Kohlenstoffgehaltes des Metall-beschichteten Kohlenstoffaser-Vliesstoffes auf nicht mehr als 0,1 Gewichts-% durch Erhitzen des Metall-beschichteten Kohlenstoffaser-Vliesstoffes in Luft oder alternativ in einer oxidierenden Gasatmosphäre, um einen Vliesstoff aus untereinander verbundenen, röhrenförmigen metallischen Fasern zu bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, worin das Metall Nickel ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, worin das Bindungsmittel aus wenigstens einem Harz besteht, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Epoxidharz, PVA-Harz und Polyesterharz besteht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, worin das Verfahren weiterhin die Stufe des Glühens des Vliesstoffes mit untereinander verbundenen, röhrenförmigen Metallfasern in einer reduzierenden Atmosphäre umfaßt.