Abstract
Porous carbon materials have a wide range of technical applications due to their properties including low density potential, mechanical capacity, resistance to heat and corrosion as well as electric conductivity.
Organic materials like phenolic resins or polyacrylnitrile are typically employed as green body for carbon ceramics. However, wood and especially wood-based composites are also suitable as well as hot-pressed ARBOFORM®-powder mixtures from lignin, wood meal and natural additives, which varied with regard to their lignin content as well as partly regarding their additive rates. The objective of the present study was to investigate the influence of some admixed additives of a commercially available wood based composite on carbonization results. The experiment was performed due to its more homogenous material properties in comparison to solid wood. Another aspect was the possibility of forming mixtures of ARBOFORM® by extrusion or injection moulding. Such production processes are already state of the technology and therefore it could be possible to produce complex carbon- and ceramic templates which are difficult to realize by conventional processing methods. Concerning the thermoplastic process step of ARBOFORM® there are further advantages compared with the used wood based panels. The samples were pyrolyzed in a nitrogen atmosphere at a temperature of up to 900 °C. Regarding the absence of cracks, best results were achieved with blend P60 which had a higher content of wood particles. Addition of only 10% of phenolic resin significantly counteracted density reduction.
Zusammenfassung
Poröse Kohlenstoffmaterialen finden aufgrund ihrer Eigenschaften vielfältige technische Anwendungen. Sie haben Leichtbaupotential, sind mechanisch belastbar, hitze- und korrosionsbeständig und elektrisch leitend. Als Grünkörper für karbidische Keramiken dienen typischerweise organische Materialien wie Phenolharz oder Polyacrylnitril. Es eignen sich jedoch auch Holz und insbesondere Holzwerkstoffe sowie die in dieser Untersuchung verpressten ARBOFORM®-Mischungen aus Lignin, Holzmehl und natürlichen Additiven, die hinsichtlich des Ligningehaltes sowie zum Teil auch der Additivzusätze variierten. Es sollte der Einfluss unterschiedlicher Additivzugaben des kommerziell verfügbaren Produkts auf die Pyrolyseergebnisse untersucht werden. Der Versuch erfolgte im Hinblick auf wesentlich homogenere Materialeigenschaften im Vergleich zum Vollholz und ein weiteres Augenmerk galt der Möglichkeit der Formgebung von ARBOFORM®-Mischungen mittels Spritzguss oder Extrusion. Diese Formgebungsverfahren sind bei ARBOFORM® bereits Stand der Technik und damit wäre es möglich, durch diesen Herstellungsweg komplexe Kohlenstoff- und somit auch Keramikformteile zu ermöglichen, welche durch die herkömmlichen Verfahrenswege nur sehr schwer zu realisieren sind. Durch das vorhandene thermoplastische Prozessfenster bei ARBOFORM® ergeben sich damit weitere Vorteile gegenüber den bereits verwendeten, speziellen Holzwerkstoffen.
Um die Umsetzbarkeit der verschiedenen Mischungen in Kohlenstofftemplate zu untersuchen, wurden die Prüfkörper unter einer Stickstoffatmosphäre bis 900 °C karbonisiert. Die mit dem höheren Holzanteil ausgestattete Abmischung P60 zeichnete sich bezüglich ihrer Rissfreiheit aus. Eine nur 10%ige Zugabe von Phenolharz wirkte der Dichtereduktion signifikant entgegen.
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Scholz, G., Lohr, J., Windeisen, E. et al. Carbonization of hot-pressed ARBOFORM ®-mixtures . Eur. J. Wood Prod. 67, 351–355 (2009). https://doi.org/10.1007/s00107-009-0347-8
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