DD215591A1 - Verfahren zur herstellung von polyacrylnitril-filamenten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitril-Filamenten, die als Ausgangsstoffe fuer voroxydierte und waermestabilisierte Acrylfasern oder Kohlenstoffasern verwendet werden. Ziel u. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, nach dem sich hochfeste Filamente aus konventionellen Acrylnitrilpolymerisaten auf energieguenstige Weise ohne grossen zusaetzlichen apparativen Aufwand herstellen lassen. Durch gleichzeitiges Trocknen, Nachrecken und Stabilisieren in einer Prozessstufe wird diese Aufgabe geloest. Die erhaltenen Filamente sind als Ausgangsmaterialien fuer voroxydierte Acrylfasern oder Kohlenstoffasern geeignet.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitril-Filamenten

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitril-Filamenten, die sich durch hohe Festigkeiten auszeichnen und als Ausgangsstoffe für viännestabilisierte Acrylfasern und/oder Kohlenstoffasern verwendet werden. . ' .. .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, aus Polymeren des Acrylnitrils durch Trocken- oder ITaSverspinnung Filamente herzustellen, die als Ausgangsstoffe für wärmestabilisierte Acrylfasern oder Kohlenstoffasern verwendet werden. Die mechanischen Eigenschaften dieser Fasern, wie z.B. die Festigkeit und der Elastizitätsmodul hängen u.a. vom Orientierungsgrad der diese Fasern aufbauenden Strukturelemente ab, wobei eine Korrelation zu dem Orientierungsgrad, den die Strukturelemente in den Polyacrylnitril-Ausgangsfilamenten aufweisen, besteht. \

Der Orientierungsgrad dieser Filamente wiederum ist hauptsächlich eine Funktion des Reckfäktors, so daß letzlich die Höhe der Filamentreckung das ITiveau der mechanischen Eigenschaften der Kohlenstoffasern bestimmt. ^: Die Reckbarkeit der Polyacrylnitril-Filamente ist von mehreren Faktoren abhängig, z.3. von der Zusammensetzung des Polymeren, der Qualität der Lösung, dem Spinnverzug, dem Polymerisationsgrad (DD-PS 100 980, DD-PS 135 509,· DD-PS 151 079) sowie von der Recktemperatur und dem

Reckmedium an sich..

Die DE-OS 2 1p6 884 beschreibt ein Verfahren, bei dem die naßgereckten Fäden unter Zulassung von freiem Schrumpf in erhitztem Gas getrocknet und anschließend einer Trockenheißreckung um 40 % unterzogen werden. Die dabei erreichten Einzelfadenfestigkeiten von maximal 42 cU/tex sind für die Herstellung hochwertiger Kohlenstoffasern ungeeignet. Prinzipiell ähnliche Yerfahrensschritte werden auch in DE-PS 2 836 075, US-FS 3 135 812, ÜS-PS 3 097 053 vorge- , schlagen. ·./ '.

In der ¹DE-OS 3 027 844 werden hochfeste und hochmodulige Fäden beansprucht, die nach der technologischen Reihenfolge ITaßrecken, Hei3viialzentrocknung und Kontaktnachreckung .um mindestens 15 % bei einem Gesamtreckverhältnis von über 900 % hergestellt werden.

Dagegen werden in DE-OS 2 851 273 die Fäden nach der 2Iaßreckung in einer Dampfzone bei Temperaturen vsn 110 bis 140 G unter Einwirkung von Sattdampf und Druck nachgereckt und anschließend getrocknet. Sine Dampfnachreckung vor dem 'Trocknen beschreibt auch die DD-PS 151 079.

In der EP-PS 61 117 vje^den die ersponnenen Fäden vor oder, nach dem Waschen haßgereckt, unter Spannung getrocknet, bei 140-200⁰O trockenhitzenachgereckt und schließlich bei 180-25O⁰G unter Spannung trockenhitzefixiert. Hierbei werden spezielle, für die konventionelle Fasererspinnung nicht übliche·'Acrylnitrilpolymerisat« verwendet. Weitere Varianten der Kombinationen llachrecken/Trocknen bzia. Trocknen/l-Tachrecken sind in JP-PS 7 222 664, 7 245 618, 7 328 986 und 7 447 622 beschrieben.

Die verschiedenen Varianten des Heißluft- oder Dampfnachreckens vor oder'nach'der Trocknung zur. Herstellung: von Filamenten mit hohen Festigkeiten haben den !'lachteil, daß energieauf-siendige Prozeß stufen und ein zusätzlicher hoher

apparativer Aufwand notwendig sind, um die erforderlichen Reckgrade und Festigkeiten₄zu erhalten. Die angewandten Verfahrensachritte können außerdem dazu führen, daß an den Filamentoberflächen Mikrodefekte.entstehen, die Fadenbrüche und Flüsigkeit bei der späteren Verarbeitung zur Folge haben. '

Ziel der Erfindung ,

Das Ziel der Erfindung besteht darin, rolyacrylnitril-Filamente mit verbesserten Festigkeiten auf energiebebewußte und ökonomisch vorteilhafte Weise aus konventionellen Polymerisaten herzustellen

Das Verfahren soll technisch einfach sein.

Darlegung des ?/esens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten aufzuzeigen, aus Acrylnitrilpolymerisaten mit geringstmöglichen Prozeßstufen Filamente mit hohen Festigkeiten_ herzustellen. . ·

Die Filamente sollen im Kabel keine Elementarfadenbrüche aufweisen und zur weiteren.Verarbeitung au thermostabilisierten Acrylfasern oder zu'Kohlenstoffasern geeignet sein. . .

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß naßersponnene rolyacrylnitril-Filamente naßgereckt, gewaschen und. gegebenfalls nochmals naßgereckt werden und anschließend während 20 bis 300 s bei Temperaturen von 130 bis 280 C in erhitztem Gas oder auf rotierenden Formkörpern gleichzeitig getrocknet und um 25- bis 55 % nachgereckt und stabilisiert werden.

Die Gesamtreckung der Filamente mit Endelenientarfadenfeinheiten von 0,5 bis 5 dtex beträgt 1000 bis 1600 % .

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Das gleichzeitige Trocknen, Nachrecken und Stabilisieren kann dabei als letzte Verfahrensstufe bei der Herstellung von hochfesten Polyacrylnitril-Filamenten für technische Einsat ζ z\i ecke¹, ^ie Verstärkungsmaterialien oder nähfaden .zur Anwendung kommen. ,

Für die Weiterverarbeitung zu voroxydierten bz?j. thermostabilisierten Acryl- oder Kohlenstoffasem kann das gleichzeitige Trocknen, Hachrecken und Stabilisieren vorteilhafterweise in die erste Voroxydationsstufe integriert werden, so da3 das konventionelle Hachrecken und Trocknen der Ausgangsmaterialien gänzlich entfällt. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, mit vermindertem Energie- und apparativem Aufwand, .Filamente mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften herzustellen. Die apparativen Ausrüstungen entsprechen denen, die zur Erspinnung herkömmlicher Fasern für'textile Einsatzgebiete üblich sind. . ' ,

Die erhaltenen Fäden können in bekannter Weise aufgespult, zu Stapelfasern geschnitten oder z.B. als Verstärkungsmaterial lcarz geschnitten oder aber auch direkt weiteren 'Vorosiydationsprozessen zugeführt werden. . -

Ausführungsbeispiel . ?,

Beispiel T.

Eine 23,2 iSige'Lösung eines Acrylnitrilpolymeren, bestehend aus 93,4 Masse-% Acrylnitril, 5,3 ϊ-iasse-^ Acryl säur eme thy 1-'ester und 1,3 Lüasse-% xTatriumallylsulfonat, in Dimethylformamid wurde durch eine 3000 Lochdüse in ein ö^e 50 LIasse-% Dimethylformamid und Wasser enthaltendes Koagulationsbad ^ zu einem Filamentverband versponnen und in einem Reckbad gleicher Konzentration bei 100⁰C um 900 % gereckt.

-p-

Nach Auswaschen des Lösungsmittels wurden die Filamente in einem Mehm»alzenv?erk bei Walzenoberflächentemperaturen von 195⁰C getrocknet, gleichzeitig in z"v?ei Stufen- . um 36 % nachgereckt und stabilisiert. Die insgesamt um 1224 % gereckten Filamente wurden im Anschluß an die Trocknungsreckung in bekannter Weise aufgespult.

Die Filamente sind durch folgende mechanische Eigenschaften charakterisiert:

Elementarfadenfeinheit: 0,202 tes:

Reißfestigkeit: , . 68,8 clT/tex Heißdehnung: 10,6 %

Knotenfestigkeit: 11,2 cll/tex

Schiingenfestigkeit: 6,8 clJ/tex

Anfangsmodul: 2025· cll/tex

Beispiel 2

Die Lösung-eines Acrylnitrilcopolymeren entsprechend Beispiel 1 wurde durch eine 3000 Lochdüse in ein je 50 Masse-% Dimethylformamid und Wasser enthaltendes Koagulationsbad su einem Filamentverband versponnen und anschließend in einem Reckbad bei 100⁰C um 900 % gereckt. Hach Auswaschen des Lösungsmittels \iurde das feuchte Kabel in einen Vorosydation3ofen eingeführt, in der ersten Temperaturzone bei 245⁰C in Luft in einer Stufe um 1,3 nachgereckt, gleichzeitig getrocknet und stabilisiert. Das Kabel wurde noch 35 min auf einer Temperatur von 245⁰C gehalten und anschließend bei 27O⁰C im Luftstrom unter einer aolchen Spannung, die sowohl eine weitere Dehnung als auch eine Schrumpfung verhindert, über einen Zeitraum von 120 min 5ie it erbehandelt.

Die erhaltenen thermostabilisierten Fäden sind -flexibel, brennen bei Berührung mit einer Flamine nicht und sind durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

Elementarfadenfeinheit: Reißfestigkeits He ißdehnung: Anfang srnodul: Feuchteaufnahme:

ΙΟΙ-Wert: Dichte: .

0,135 tex 22 cH/tex 11,5 % cH/tez 12,5 % (bei 81 % rel.

Luftfeuchte) 58 1,41 g/cm³

Claims (3)

Erfindung san apruch.

1. "Verfahren zur Herstellung von rolyac^rylnitril-Filamenten für die Weiterverarbeitung zu wärme- ' stabilisierten Äcrylfasern und/oder Kohlenstoffasem mit Elementarfadenfeinheiten: von 0,5 bis 5 dtes durch Haßverspinnen von Polymeren des Acrylnitrils, Recken, Waschen-und gegebenenfalls nochmaligem Recken der Filamente, gekennzeichnet dadurch, daß die Filamente während 20 bis 300 s bei. Temperaturen von 130 bis 2SO⁰C in erhitztem Gas oder auf rotierenden Formkörpern gleichzeitig getrocknet, um 25-55 % nachgereckt und

- stabilisiert werden und die Gesamtreckung der Filamente 1000 bis 1600 % beträgt. .; . .. -

2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das badgereckte gelfeuchte Kabel in der ersten Stufe eines Voroxydationsofens bei Temperaturen von 180 bis 280⁰C in einer Gasatmosphäre gleichzeitig

getrocknet, nachgereckt, stabilisiert und in weiteren Temperaturstufen in oxydierender Atmosphäre zu thermisch stabilen Fasern vie it erbehandelt wird.

3· Verfahren nach Funkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Uachreckung in einer oder mehreren Stufen erfolgen kann. .