DE102015221701A1

DE102015221701A1 - Plant for the production of carbon fibers

Info

Publication number: DE102015221701A1
Application number: DE102015221701.9A
Authority: DE
Inventors: Beata Lehmann; Eckhard Beyer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2015-11-05
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2017-05-11
Also published as: EP3371350B1; EP3371350A1; WO2017076964A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Kohlenstofffasern, bei der mindestens eine aus einem polymeren Material gebildete Faser oder ein aus polymeren Fasern gebildetes textiles Gebilde in stabilisierter Form als Vorprodukt durch mehrere Module hindurchgeführt ist. Dabei sind mindestens ein Modul zur elektrischen Widerstandsheizung der Faser(n), mindestens ein weiteres Modul zur Erwärmung der Faser(n) oder des textilen Gebildes mittels eines mit Mikrowellen generierten Plasmas und/oder zur Erwärmung der Faser(n) mittels eines auf die Faser(n) gerichteten defokussierten Laserstrahls ausgebildet.The invention relates to a plant for producing carbon fibers, in which at least one fiber formed from a polymeric material or a textile structure formed from polymeric fibers is passed in stabilized form as a precursor through a plurality of modules. In this case, at least one module for electrical resistance heating of the fiber (s), at least one further module for heating the fiber (s) or the textile structure by means of a plasma generated with microwaves and / or to heat the fiber (s) by means of a on the fiber (n) directed defocused laser beam is formed.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Kohlenstofffasern.The invention relates to a plant for the production of carbon fibers.

Bei der herkömmlichen Herstellung von Kohlenstofffasern verringert sich der Wirkungsgrad der konventionellen Karbonisierungsöfen mit steigender Temperatur, wodurch die Prozess- und damit die Herstellungskosten für Kohlenstofffasern steigen. Um die Faserkosten einigermaßen wettbewerbsfähig gegenüber alternativen Leichtbaumaterialien zu machen, werden insbesondere im Automobilbau HT(high tenacity)-Fasern eingesetzt, deren maximale Karbonisierungstemperatur zwischen 1200°C und 1500°C liegt. Für bestimmte Anforderungen bzw. Einsatzbereiche (insbesondere Luft- und Raumfahrt, Sport (z. B. Hochleistungssportgeräte), Transport, Konstruktion (z. B. Industriewalzen), Medizin, Energie, usw.) werden jedoch Fasern mit höherem Zug-E-Modul (IM(intermediate modulus)/oder HM(high modulus))/ggf. mit negativem thermischen Ausdehnungskoeffizienten benötigt, deren Herstellung höhere Karbonisierungstemperaturen erfordert (IM-Typ: 1.500°C bis 1.800°C, HM-Typ: 1800°C bis 3.000°C).In the conventional production of carbon fibers, the efficiency of the conventional Karbonisierungsöfen decreases with increasing temperature, thereby increasing the process and thus the cost of manufacturing carbon fibers. In order to make fiber costs reasonably competitive with alternative lightweight materials, HT (high tenacity) fibers, whose maximum carbonization temperature is between 1200 ° C and 1500 ° C, are used in automotive engineering in particular. However, for certain requirements or areas of application (in particular aerospace, sports (eg high-performance sports equipment), transport, construction (eg industrial rollers), medicine, energy, etc.), fibers with a higher tensile modulus are used (IM (intermediate modulus) / or HM (high modulus)) / if necessary with a negative thermal expansion coefficient, the production of which requires higher carbonization temperatures (IM type: 1,500 ° C to 1,800 ° C, HM type: 1800 ° C to 3,000 ° C).

Tabelle 1 zeigt beispielhaft die Eigenschaften der unterschiedlichen Faserklassentypen. Tabelle 1: Eigenschaften von Kohlenstofffasern Eigenschaft Einheit HT(HTA) IM (IM 600) HM (HM 35) Dichte g/cm³ (20°C) 1,78 1,8 1,97 Zugfestigkeit MPa (N/mm²) 3.400 5.400 2.350 Zug-E-Modul GPa 235 290 358 Bruchdehnung % 1,4 1,7 0,6 spez. elektr. Widerstand Ohm/cm (20°C) 710 - 710 thermischer Ausdehnungskoeffizient 10^–6/K –0,1 - –0,5 Wärmeleitfähigkeit W/(m·K) 17 - 115 spez. Wärmekapazität J/(kg·K) 710 - 710 Table 1 exemplifies the characteristics of the different fiber class types. Table 1: Properties of carbon fibers property unit HT (HTA) IM (IM 600) HM (HM 35) density g / cm ³ (20 ° C) 1.78 1.8 1.97 tensile strenght MPa (N / mm ² ) 3400 5400 2350 Train modulus GPa 235 290 358 elongation % 1.4 1.7 0.6 spec. elec. resistance Ohm / cm (20 ° C) 710 - 710 thermal expansion coefficient 10 ^-6 / K -0.1 - -0.5 thermal conductivity W / (m · K) 17 - 115 spec. heat capacity J / (kg · K) 710 - 710

Da mit der konventionellen Ofentechnologie die Heizraten nicht beliebig erhöht werden können, wird sich vorrangig auf die Herstellung von Kohlenstofffasern des HT-Typs konzentriert, der wahrscheinlich bald den Standard-Carbonfasertyp bildet. Die hohen Energiekosten und damit die hohen Faserpreise der IM- und HM-Typen sind z. B. im Automobilbau mit den herkömmlichen Herstellungsverfahren nicht wettbewerbsfähig.As heating rates can not be arbitrarily increased with conventional oven technology, priority is given to the production of carbon fibers of the HT type, which is likely soon to become the standard carbon fiber type. The high energy costs and thus the high fiber prices of the IM and HM types are z. B. in the automotive industry with the conventional manufacturing processes not competitive.

Für eine flexiblere Gestaltung der mechanischen Eigenschaften (Faserzugfestigkeit steigt bis ca. 1500°C und sinkt anschließend bei weiter steigendem Zug-E-Modul wieder) ist es unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit/des Preises für den Einsatz in oben aufgeführten Bereichen erforderlich, den Energie- und Zeitaufwand des Herstellungsprozesses insbesondere bei den hohen Karbonisierungstemperaturen zu reduzieren.For a more flexible design of the mechanical properties (fiber tensile strength rises up to about 1500 ° C and then decreases again with increasing tensile modulus), it is necessary, taking into account the cost / price for use in the above-mentioned areas, the energy and to reduce the time required for the production process, especially at the high carbonization temperatures.

Da bekannt ist, dass oberhalb 900°C bis zu einer Temperatur von 3000°C mit Heizraten von mehreren 100 K/min ohne Qualitätseinbußen gearbeitet werden kann, sollen alternative Heizverfahren mit höheren Aufheizraten eingesetzt werden können, die die Energie direkt (anstatt konvektiv) auf die Faser übertragen und damit zu einer schnelleren Aufheizung mit höherem Wirkungsgrad führen. Dadurch kann eine Kostensenkung im Karbonisierungsprozess um bis zu 25% erzielt werden. Damit kann ein Hauptnachteil des Einsatzes von Kohlenstofffasern – nämlich der hohe Preis – reduziert und die Fasern können besser in ihren mechanischen Eigenschaften/thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf die Produktanforderungen abgestimmt werden.Since it is known that above 900 ° C can be worked up to a temperature of 3000 ° C with heating rates of several 100 K / min without loss of quality, alternative heating methods with higher heating rates can be used, the energy directly (instead of convective) on transmit the fiber and thus lead to a faster heating with higher efficiency. This can reduce costs by up to 25% in the carbonation process. Thus, a major disadvantage of the use of carbon fibers - namely the high price - reduced and the fibers can be better matched in their mechanical properties / thermal expansion coefficients to the product requirements.

Am häufigsten werden als Precursor Polyacryl-Nitril-Fasern (PAN) eingesetzt. Es können aber auch andere Precursoren, die mit anderen Kohlenwasserstoffverbindungen sowie mit Kohlenwasserstoffe enthaltende Verbindungen gebildet sind, eingesetzt und mit angepassten Prozessparametern angewandt werden. So können beispielsweise auch Polyolefine wie Polyethylen, Zellulose, Lignin, Polyvinylchlorid, Phenole und deren Copolymere eingesetzt werden.The most commonly used precursors are polyacrylic nitrile fibers (PAN). However, it is also possible to use other precursors formed with other hydrocarbon compounds and also compounds containing hydrocarbons and to apply them with adapted process parameters. For example, it is also possible to use polyolefins such as polyethylene, cellulose, lignin, polyvinyl chloride, phenols and copolymers thereof.

So ist es in der nicht vorveröffentlichten DE 10 2015 204 589 beschrieben, dass der konventionelle Karbonisierungsprozess auch bei Temperaturen über 1150°C durchgeführt werden kann. Darüber hinaus sind alternative Verfahren für höhere Heizraten und größere Prozesseffizienz durch direkte Wärmeenergieübertragung anstatt der indirekten konvektiven Wärmeenergieübertragung beschrieben:

• Karbonisierung mittels Laser
• Karbonisierung mittels Elektronenstrahlen
• Karbonisierung mittels Mikrowellenplasma
• Karbonisierung mittels elektrischer Widerstandsheizung:

So it is in the not pre-published DE 10 2015 204 589 described that the conventional carbonation process can also be carried out at temperatures above 1150 ° C. In addition, alternative methods for higher heating rates and greater process efficiency by direct thermal energy transfer rather than indirect convective heat energy transfer are described:

• Carbonation by laser
• Carbonation by electron beams
• Carbonization using microwave plasma
• Carbonization by means of electrical resistance heating:

Eine Erwärmung durch Anlegen einer elektrischen Spannung, wie dies bei einer elektrischen Widerstandsheizung durchgeführt wird, setzt eine elektrische Mindestleitfähigkeit der weiter zu erwärmenden Fasern voraus, die nach dem Stabilisieren konventioneller Precursoren noch nicht vorhanden ist (elektrische Leitfähigkeit im MΩ-Bereich). Es ist daher eine vorgeschaltete erste Karbonisierungszone bis zu einer Temperatur von mindestens 600°C (PAN-Precursoren) erforderlich, um elektrische Widerstände der Fasern im unteren kΩ-Bereich zu erreichen, die eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit ermöglichen. Der elektrische Widerstand für PAN-Precursorfasern kann im Bereich bis 1200°C reduziert werden.A heating by applying an electrical voltage, as is performed in an electrical resistance heating, requires a minimum electrical conductivity of the fibers to be further heated, which is not present after the stabilization of conventional precursors (electrical conductivity in the MΩ range). It is therefore an upstream first carbonation zone up to a temperature of at least 600 ° C (PAN precursors) required to achieve electrical resistances of the fibers in the lower kΩ range, which allow sufficient electrical conductivity. The electrical resistance for PAN precursor fibers can be reduced in the range up to 1200 ° C.

Es ist auch bekannt, dass die Karbonisierungstemperatur die entscheidende Prozessgröße ist, während die Karbonisierungsatmosphäre (N2, H2, Ar, Vakuum) und Vorspannung der Fasern während des Stabilisierens nur von untergeordneter Bedeutung sind. Außerdem ist es bekannt, dass sich die elektrische Leitfähigkeit bis ca. 1300°C erhöht. Diese bleibt anschließend bei höheren Temperaturen nahezu konstant. Das heißt, dass der elektrische Widerstand als Parameter zur Online-Qualitätskontrolle nur bis zu einer Temperatur von 1300°C eingesetzt werden kann.It is also known that the carbonization temperature is the crucial process variable, while the carbonization atmosphere (N2, H2, Ar, vacuum) and bias of the fibers during stabilization are only of secondary importance. In addition, it is known that the electrical conductivity increases to about 1300 ° C. This then remains almost constant at higher temperatures. This means that the electrical resistance can only be used as a parameter for online quality control up to a temperature of 1300 ° C.

Wird eine elektrische Spannung an PAN-Fasern für eine elektrische Widerstandsbeheizung angelegt, kann dies bisher lediglich bis zu einer maximalen Temperatur von 2450°C durchgeführt werden. Hier beginnt die Sublimation der im Kern liegenden Kohlenstofffasern, wobei die Filamente im Mantel den Kohlenstoff adsorbieren, was wiederum den elektrischen Widerstand und die erreichbare Erwärmung reduziert, so dass noch mehr sublimierter Kohlenstoff aufgenommen werden kann und dadurch der Faserdurchmesser weiter steigt. Dieser Umbauprozess führt zu einem Loch in der Kabelmitte und kann letztendlich zum Bruch führen.If an electrical voltage is applied to PAN fibers for electrical resistance heating, this can hitherto only be carried out up to a maximum temperature of 2450 ° C. Here begins the sublimation of the core carbon fibers, the filaments in the shell adsorb the carbon, which in turn reduces the electrical resistance and the achievable heating, so that more sublimated carbon can be absorbed and thereby the fiber diameter increases further. This remodeling process leads to a hole in the center of the cable and can ultimately lead to breakage.

Es ist davon auszugehen, dass jedes Material (abhängig von Precursorpolymertyp, Faserfeinheit, Aufmachungsform (Filamentkabel, Flächengebilde)) eine spezifische elektrische Widerstandskurve aufweist, so dass zu empfehlen ist, diese mittels online-Messung zu ermitteln, wobei der elektrische Widerstand immer temperaturabhängig ist (Arrhenius-Gleichung).It can be assumed that every material (depending on the type of precursor polymer, fiber fineness, presentation form (filament cable, fabrics)) has a specific electrical resistance curve, so that it is recommended to determine these by means of online measurement, wherein the electrical resistance is always temperature-dependent ( Arrhenius equation).

Die elektrische Mindestleitfähigkeit kann auch dadurch erreicht werden, dass die Precursorfaser durch Zusatz von leitfähigen Partikeln, insbesondere Kohlenstoffnanoröhren (CNT) leitfähig gemacht wird. Dadurch kann die elektrische Widerstandsheizung auch für eine Stabilisierung der Ausgangsfasern eingesetzt werden. Die Pyrolyse beginnt im Randbereich der CNTs (Elektronen wandern innerhalb der Matrix in den CNTs), so dass hier höhere Temperaturen als in der PAN-Matrix auftreten. Schrittweise breitet sich die Pyrolyse in der Precursormatrix aus.The minimum electrical conductivity can also be achieved by making the precursor fiber conductive by adding conductive particles, in particular carbon nanotubes (CNT). As a result, the electrical resistance heating can also be used for stabilizing the output fibers. Pyrolysis starts in the periphery of the CNTs (electrons migrate within the matrix in the CNTs), so that higher temperatures occur here than in the PAN matrix. Gradually, the pyrolysis spreads in the precursor matrix.

Die oben genannten Verfahren wurden jeweils als separate Prozesse entwickelt.The above methods were each developed as separate processes.

Eine weitere bekannt Möglichkeit ist die laserunterstützte Hybrid-Karbonisierung von stabilisierten Polymerfasern, wie sie in DE 10 2015 204 589 beschrieben ist. Darin wird bereits der optionale Einsatz einer Mikrowellenplasmaquelle zur effizienteren Erwärmung der Precursorfaser(n) nach der konventionellen Ofenerwärmung vor der Laserbehandlung angesprochen. Darüber hinaus sind bisher keine Herstellungsverfahren bekannt, bei denen unterschiedliche Ansätze gemeinsam zur Erwärmung und die Herstellung von Kohlenstofffasern angewandt werden.Another known possibility is the laser-assisted hybrid carbonization of stabilized polymer fibers, as they are known in DE 10 2015 204 589 is described. This already addresses the optional use of a microwave plasma source for more efficient heating of the precursor fiber (s) after conventional furnace heating prior to laser treatment. In addition, no manufacturing methods are known in which different approaches are used together for heating and the production of carbon fibers.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Herstellung von Kohlenstofffasern anzugeben, mit denen der Energiebedarf reduziert und/oder die für die Herstellung erforderliche Zeit reduziert werden kann.It is therefore an object of the invention to provide options for the production of carbon fibers, with which the energy consumption can be reduced and / or the time required for the production can be reduced.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Anlage, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden. According to the invention this object is achieved with a system having the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention can be realized with features described in the subordinate claims.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage zur Herstellung von Kohlenstofffasern wird mindestens eine aus einem polymeren Material gebildete Faser oder ein textiles Gebilde aus solchen Fasern in bereits stabilisierter Form als Vorprodukt durch mehrere Module hindurchgeführt. Dabei ist mindestens ein Modul zur elektrischen Widerstandsheizung der Faser(n), mindestens ein weiterer Modul zur Erwärmung der Faser(n) mittels eines mit Mikrowellen generierten Plasmas und/oder zur Erwärmung der Faser(n) mittels eines auf die Faser(n) gerichteten defokussierten Laserstrahls ausgebildet.In the plant according to the invention for the production of carbon fibers, at least one fiber formed from a polymeric material or a textile structure made of such fibers in already stabilized form is passed through a plurality of modules as a precursor. In this case, at least one module for electrical resistance heating of the fiber (s), at least one further module for heating the fiber (s) by means of a plasma generated with microwaves and / or for heating the fiber (s) by means of one on the fiber (s) directed defocused laser beam formed.

Nachfolgend soll ausschließlich der Begriff Faser genutzt und darunter auch ein aus diesen Fasern gebildetes textiles Gebilde, wie beispielsweise ein Gewebe, Gewirk oder Geflecht verstanden werden.In the following, only the term fiber is to be used and also understood to mean a textile structure formed from these fibers, for example a woven fabric, knitted fabric or braid.

Vorteilhaft sollte in jedem Fall ein Modul vorhanden sein, der zur elektrischen Widerstandsheizung der Faser(n) ausgebildet ist.Advantageously, a module should be present in each case, which is designed for electrical resistance heating of the fiber (s).

Vorteilhaft kann in einer Ausführungsform in Vorschubbewegungsrichtung der Faser(n) ein Modul, der zur Erwärmung der Faser(n) mittels eines mit Mikrowellen generierten Plasmas ausgebildet ist, vor einem Modul zur elektrischen Widerstandsheizung der Faser(n) angeordnet sein.Advantageously, in one embodiment, in the advancing movement direction of the fiber (s), a module which is designed to heat the fiber (s) by means of a plasma generated with microwaves, can be arranged in front of a module for electrical resistance heating of the fiber (s).

Günstig ist es, wenn ein Modul zur gleichzeitigen Erwärmung der Faser(n) (3) durch elektrische Widerstandsheizung und durch Bestrahlung mit defokussiertem Laserstrahl ausgebildet ist, wodurch der erforderliche Bauraum für die Installation der Anlage reduziert werden kann.It is favorable if a module for simultaneous heating of the fiber (s) ( 3 ) is formed by electrical resistance heating and by irradiation with defocused laser beam, whereby the required installation space for the installation of the system can be reduced.

An einer erfindungsgemäßen Anlage können Messwalzen oder Messkontakte an der/den Faser(n) angreifen, mit denen die elektrische Leitfähigkeit der Faser(n) für eine Regelung der Erwärmung der Faser(n) bestimmbar ist. Die Regelung kann dabei für alle genutzten Module der Anlage erfolgen. Neben der Regelung der für die Erwärmung genutzten Leistung kann auch die Vorschubgeschwindigkeit der Faser(n) geregelt werden.On a system according to the invention, measuring rollers or measuring contacts can act on the fiber (s) with which the electrical conductivity of the fiber (s) for regulating the heating of the fiber (s) can be determined. The control can be carried out for all used modules of the system. In addition to controlling the power used for heating, the feed rate of the fiber (s) can also be controlled.

In einer Ausführungsform eines Moduls zur Erwärmung der Faser(n) mittels elektrischer Widerstandsheizung ist/sind die Faser(n) zwischen Walzenpaaren hindurch geführt und zwei in Vorschubbewegungsrichtung der Faser(n) nacheinander angeordnete Walzenpaare (2, 2') jeweils an einen Pol einer elektrischen Spannungsquelle angeschlossen.In one embodiment of a module for heating the fiber (s) by means of electrical resistance heating, the fiber (s) are guided between pairs of rollers and two pairs of rollers arranged in succession in the feed movement direction of the fiber (s) (US Pat. 2 . 2 ' ) each connected to a pole of an electrical voltage source.

In einer anderen Ausführungsform eines solchen Moduls ist/sind die Faser(n) um entgegengesetzt zueinander angeordnete Oberflächenbereiche von mindestens zwei in Vorschubbewegungsrichtung der Faser(n) angeordneten Walzen geführt und die zwei Walzen jeweils an einen Pol einer elektrischen Spannungsquelle angeschlossen. Bei dieser Ausführungsform können die mindestens zwei Walzen parallel zueinander bewegt werden, wodurch der Weg den die Faser(n) zwischen den jeweiligen zwei Walzen bei der Vorschubbewegung zurücklegen und die entsprechend dazu erforderliche Zeit verändert werden kann. Es kann so zusätzlich Einfluss auf die Erwärmung der Faser(n) genommen werden, ohne dass die elektrische Leistung und insbesondere der elektrische Strom bei der elektrischen Widerstandsheizung zwingend verändert werden muss. Allein oder zusätzlich dazu können die parallel zueinander ausgerichteten Rotationsachsen der mindestens zwei Walzen in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein, so dass sie in mindestens zwei Achsen zueinander versetzt angeordnet sein können.In another embodiment of such a module, the fiber (s) are guided around oppositely disposed surface areas of at least two rollers arranged in the advancing movement direction of the fiber (s) and the two rollers are respectively connected to one pole of an electrical voltage source. In this embodiment, the at least two rollers can be moved parallel to one another, whereby the path that the fiber (s) travel between the respective two rollers during the advancing movement and the time required for this can be changed. It can thus be additionally influenced on the heating of the fiber (s), without the electric power and in particular the electric current in the electrical resistance heating must be changed mandatory. Alone or in addition thereto, the mutually parallel axes of rotation of the at least two rollers can be arranged in different planes, so that they can be arranged offset from one another in at least two axes.

Es besteht auch die Möglichkeit, bei einem Modul, der zur elektrischen Widerstandsheizung ausgebildet ist, dass in Vorschubbewegungsrichtung der Faser(n) mehrere Heizelemente nacheinander angeordnet sind und dabei jeweils zwei nebeneinander angeordnete Heizelemente an einen Pol einer elektrischen Spannungsquelle angeschlossen sind. Vorteilhaft kann/können die Faser(n) durch die thermisch isolierten Heizelemente hindurch geführt werden.It is also possible, in a module which is designed for electrical resistance heating, that in the feed movement direction of the fiber (s) a plurality of heating elements are arranged one after the other and in each case two juxtaposed heating elements are connected to a pole of an electrical voltage source. Advantageously, the fiber (s) can be passed through the thermally insulated heating elements.

Es kann auch ein Modul als herkömmlich ausgebildeter Durchlaufofen ausgebildet sein.It can also be a module designed as a conventionally designed continuous furnace.

In mindestens einem der Module können mehrere Heizzonen zur sukzessiven Erwärmung der Faser(n) in Vorschubbewegungsrichtung vorhanden sein.In at least one of the modules, a plurality of heating zones may be provided for successive heating of the fiber (s) in the advancing movement direction.

Die Module können miteinander in Reihe und dabei in vorteilhafter Reihenfolge kombiniert angeordnet werden, wobei die jeweilige Anlage horizontal, vertikal oder U-förmig aufgebaut sein kann. Das zu karbonisierende Precursormaterial (insbesondere voroxidiertes Material in Form von Fasern, ein oder mehrere parallel nebeneinanderliegende Endlosfilamentgarne oder Rovings oder textile Flächengebilde) wird an einer Stirnseite der Anlage hinein und auf der anderen Stirnseite herausgeführt. Dabei sollte in allen eingesetzten Modulen mit den bei der Karbonisierung üblichen Inertgasen gearbeitet werden.The modules can be combined with each other in a row and thereby arranged in an advantageous order, wherein the respective system can be constructed horizontally, vertically or U-shaped. That too carbonizing precursor material (in particular preoxidized material in the form of fibers, one or more parallel adjacent endless filament yarns or rovings or textile fabrics) is led out at one end face of the installation and on the other end side. In all of the modules used, the inert gases customary for carbonation should be used.

So können die Module beispielsweise wie folgt kombiniert werden:

• Mikrowelle-elektrische Widerstandsheizung
• Mikrowelle-Laser
• elektrische Widerstandsheizung-Laser
• elektrische Widerstandsheizung-Mikrowelle

For example, the modules can be combined as follows:

• Microwave electric resistance heating
• microwave laser
• electrical resistance heating laser
• electric resistance heating-microwave

Es können aber auch drei unterschiedliche Module miteinander kombiniert werden. Dabei besteht auch die Möglichkeit einen Modul, der als herkömmlicher Ofen ausgebildet ist, in eine erfindungsgemäße Anlage zu integrieren.However, it is also possible to combine three different modules with each other. It is also possible to integrate a module, which is designed as a conventional oven, in a system according to the invention.

In einer ebenfalls günstigen Ausführungsform kann ein zur elektrischen Widerstandsheizung ausgebildetes Modul genutzt werden, bei dem Precusorsfasern mit einer ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit in einen solchen Modul eingeführt werden. Dazu können an und/oder in Fasern elektrisch leitende Partikel fixiert oder vorhanden sein. Bevorzugt sollten Kohlenstoffnanoröhren mit besonders hohem Aspektverhältnis dazu genutzt werden, da diese bereits mit einem geringen Anteil zu einer ausreichend großen elektrischen Leitfähigkeit der Fasern führen. So vorbereitete Precursorfasern können beispielsweise einen Kern-Mantelaufbau aufweisen. Dabei können die elektrisch leitenden Partikel in einen äußeren Mantel integriert sein oder einen Kern, der von einem mit Precursormaterial gebildeten Mantel umschlossen ist, bilden. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Mantel, der einen Kern, der vollständig oder überwiegend aus Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist, umschließt, vor der thermischen Behandlung zu entfernen, so dass Kohlenstoffnanoröhren ausschließlich oder nahezu ausschließlich karbonisiert und/oder zu einer Faser verfestigt und aus ihnen Kohlenstofffasern oder daraus gebildete textile Gebilde hergestellt werden können. Es ist aber auch möglich, einen Kern, der nicht aus Kohlenstoffnanoröhren gebildet ist, zu entfernen und lediglich einen Mantel, der vollständig oder zumindest überwiegend aus Kohlenstoffnanoröhren besteht, thermisch zu behandeln, um Kohlenstoffasern zu erhalten. Dabei kann ein solcher Kern auch durch thermische Behandlung, beispielsweise Sublimation oder Pyrolyse entfernt werden.In a likewise favorable embodiment, a module designed for electrical resistance heating can be used, in which precursor fibers having a sufficient electrical conductivity are introduced into such a module. For this purpose, electrically conductive particles can be fixed or present on and / or in fibers. Carbon nanotubes with a particularly high aspect ratio should preferably be used for this, since they already lead with a small proportion to a sufficiently high electrical conductivity of the fibers. For example, precursor fibers prepared in this way can have a core-shell construction. In this case, the electrically conductive particles can be integrated into an outer jacket or form a core which is enclosed by a jacket formed with precursor material. It is also possible to remove a cladding enclosing a core formed entirely or predominantly of carbon nanotubes prior to the thermal treatment so that carbon nanotubes exclusively or almost exclusively carbonize and / or solidify into a fiber and carbon fibers from them or textile structures formed therefrom can be produced. However, it is also possible to remove a core which is not formed of carbon nanotubes and to thermally treat only a cladding consisting entirely or at least predominantly of carbon nanotubes in order to obtain carbon fibers. In this case, such a core can also be removed by thermal treatment, for example sublimation or pyrolysis.

Es können auch Kohlenstoffnanoröhren beispielsweise in einer mit Wasser und ggf. einer oberflächenaktiven Verbindung (Tensid) gebildeten Suspension auf die Oberfläche eines Precursormaterials aufgebracht und fixiert werden. Nach dem Verdampfen kann eine thermische Behandlung durch elektrische Widerstandsheizung in einem entsprechend ausgebildeten Modul durchgeführt und eine Karbonisierung erreicht werden. Dazu können beispielsweise entsprechend ausgebildete Walzen und elektrische Kontakte genutzt werden, wie dies bereits beschrieben ist und nachfolgend zu beschreiben sein wird. Es können also so elektrisch leitende Fasern oder aus solchen Fasern hergestellte textile Gebilde bei einem für eine elektrische Widerstandsheizung ausgebildeten Modul verwendet werden.It is also possible to apply and fix carbon nanotubes, for example in a suspension formed with water and optionally a surface-active compound (surfactant), to the surface of a precursor material. After evaporation, a thermal treatment can be carried out by electrical resistance heating in a correspondingly designed module and a carbonization can be achieved. For this example, appropriately trained rollers and electrical contacts can be used, as already described and will be described below. It is thus possible to use electrically conductive fibers or textile structures made of such fibers in a module designed for electrical resistance heating.

Sollten die Fasern trotz der zugesetzten Nanopartikel, vorzugsweise Kohlenstoffnanoröhren, noch nicht die für die Karbonisierung ausreichenden elektrischen Widerstände im Ohmbereich aufweisen, kann der elektrische Widerstand in Abhängigkeit des Gehaltes an Kohlenstoffnanoröhren zum Beispieldurch eine angelegte Wechselspannung größer 100 V bei einer Stromstärke kleiner 10 mA und einem Walzenabstand von zum Beispiel 35 mm deutlich reduziert und so eine Erwärmung durch elektrische Widerstandsheizung möglich werden. Dieser ersten Heizzone können weitere folgen.If, in spite of the added nanoparticles, preferably carbon nanotubes, the fibers still do not have the electrical resistances in the ohmic range which are sufficient for the carbonization, the electrical resistance can, for example, be based on the content of carbon nanotubes by an applied AC voltage greater than 100 V at a current of less than 10 mA and a Roll spacing of, for example, 35 mm significantly reduced and so a heating by electrical resistance heating are possible. This first heating zone can be followed by more.

Je nach Ausgangsprecursormaterial und dessen elektrischer Leitfähigkeit sowie den Karbonisierungsanforderungen kann das Verfahren mit vorliegender Erfindung variabel für alle drei Faserklassen (Tabelle 1) gestaltet und ggf. auch optional mit einem konventionellen Ofenprozess zur konvektiven Erwärmung kombiniert werden.Depending on the original precursor material and its electrical conductivity as well as the carbonization requirements, the process of the present invention may be configured variably for all three fiber classes (Table 1) and, optionally, optionally combined with a conventional convective heating furnace process.

Die Module wie Ofen, Mikrowellenplasma und elektrische Widerstandsheizung können ein- oder mehrzonig aufgebaut sein.The modules such as oven, microwave plasma and electrical resistance heating can be single or multi-zone.

Bei einer elektrischen Widerstandsheizung kann elektrischer Gleich- oder auch elektrischer Wechselstrom durch die zu erwärmende(n) Faser(n) fließen. Zwischen einem Eingangs- und Ausgangswalzenpaar einer Heizzone – die vorzugsweise aus Graphit bestehen können und außerhalb eines Rohres (z. B. aus Quarzglas, Graphit) kalt gelagert sind – kann eine elektrische Spannung angelegt werden, mit der durch den elektrischen Stromfluss durch die Faser(n) das Fasermaterial erwärmt wird. Das Fasermaterial sollte dabei möglichst vollständig und homogen auf den Walzenoberflächen aufliegen, um die elektrischen Übergangswiderstände so klein, wie möglich zu halten. Um dies zu erreichen, können vor den Heizwalzen Systeme zur Ausrichtung und Positionierung der Faser(n), insbesondere Breithaltewalzen angeordnet sein. Die Oberwalzen können auf die elektrischen stromführenden Unterwalzen mit einem konstanten Liniendruck, z. B. durch Federkraft, gepresst werden. Da durch die Karbonisierung in einer Zone 1 (s. 1) das Fasermaterial elektrisch leitfähiger wird, kann in der jeweils nachfolgenden Zone 2 ggf. mit reduzierter elektrischer Stromstärke gearbeitet werden, um das Material nicht zu überhitzen. Alternativ kann der Walzenabstand zwischen den an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossenen Walzenpaaren verändert werden. Die Fadenzugspannung der Faser(n) kann in jeder Heizzone durch die Wahl der Drehzahlen des jeweiligen Ein- und Ausgangswalzenpaares separat eingestellt werden.In electrical resistance heating, electrical direct or alternating electrical current can flow through the fiber (s) to be heated. Between an input and output roller pair of a heating zone - which may preferably consist of graphite and are cold-stored outside of a tube (eg made of quartz glass, graphite) - can be applied an electrical voltage with which through the electrical current flow through the fiber (s) the fiber material is heated. The fiber material should rest as completely and homogeneously as possible on the roll surfaces in order to keep the electrical contact resistances as small as possible. In order to achieve this, systems for aligning and positioning the fiber (s), in particular spreader rolls, can be arranged in front of the heating rollers. The top rollers can be placed on the electric current-carrying bottom rollers with a constant line pressure, z. B. by spring force to be pressed. Since the carbonization in a zone 1 (s. 1 ), the fiber material is electrically conductive, can be used in the respective subsequent zone 2, if necessary, with reduced electric current, so as not to overheat the material. Alternatively, the roll spacing between the roller pairs connected to an electrical voltage source can be changed. The yarn tension of the fiber (s) can be set separately in each heating zone by selecting the speeds of the respective input and output roller pair.

Um die aus Konvektion und Strahlung resultierenden Wärmeverluste zu minimieren, kann eine Rohrauskleidung mittels temperaturbeständigen Reflektoren/Spiegeln erfolgen.In order to minimize the heat losses resulting from convection and radiation, pipe lining can be carried out by means of temperature-resistant reflectors / mirrors.

Eine elektrische Widerstandsheizung kann online gesteuert und/oder geregelt werden. Damit lassen sich die Karbonisierungsgrade definiert einstellen.An electrical resistance heater can be controlled and / or regulated online. This allows the carbonation levels to be set in a defined manner.

Bevorzugt kann in der jeweils in Vorschubrichtung der Faser(n) letzten Heizzone die Steuerung und/oder Regelung durchgeführt werden. Das Messwalzenpaar für die Steuerung kann vor den Breithaltewalzen angeordnet sein Ein Messwalzenpaar für die Regelung der Vorschubgeschwindigkeit und/oder des elektrischen Stromes für die elektrische Widerstandsheizung der Faser(n) kann unmittelbar nach dem Ausgang der Heizzone angeordnet sein. Diese Walzen können den elektrischen Widerstand der elektrisch leitenden Faser(n) erfassen und darauf aufbauend ein Steuer- oder Regelsignal für die Änderung des Stromstärke(Spannungs)-Nennwertes an den beheizten Walzen abgeben, so dass bei Abweichungen des elektrischen Widerstandes vom Sollwert direkt in den Prozess eingegriffen werden kann, um einen konstanten Karbonisierungsgrad zu sichern. Das ist bis zu einer Karbonisierungstemperatur von z. B. etwa 1300°C (PAN-Präkursoren) möglich.Preferably, in each case in the feed direction of the fiber (s) last heating zone, the control and / or regulation can be performed. The measuring roller pair for the control can be arranged in front of the spreader rollers. A pair of measuring rollers for controlling the feed rate and / or the electric current for the electrical resistance heating of the fiber (s) can be arranged immediately after the exit of the heating zone. These rollers can detect the electrical resistance of the electrically conductive fiber (s) and, based on this, emit a control or regulating signal for changing the amperage (voltage) characteristic on the heated rollers so that, in the case of deviations of the electrical resistance from the desired value, directly into the Process can be intervened to ensure a constant degree of carbonation. This is up to a carbonization temperature of z. B. about 1300 ° C (PAN precursors) possible.

Die Karbonisierung kann hier bis zu einem konstanten elektrischen Widerstand (einem konstanten Karbonisierungsgrad) geführt werden, evtl. Schwankungen des Faserdurchmessers und daraus resultierende unterschiedliche elektrische Widerstände können ausgeglichen werden.The carbonation can be carried out here to a constant electrical resistance (a constant degree of carbonization), possibly fluctuations in the fiber diameter and resulting different electrical resistances can be compensated.

Die Widerstandsheizung kann darüber hinaus auch bei Karbonisierungstemperaturen bis zu 2450°C eingesetzt werden. Die Prozesskontrolle kann dabei beispielsweise indirekt über eine Temperaturmessung, z. B. mittels Pyrometer oder mit Messung mit Wärmebildkamera durch Sichtfenster, erfolgen.The resistance heating can also be used at carbonation temperatures up to 2450 ° C. The process control can, for example, indirectly via a temperature measurement, eg. B. by pyrometer or with measurement with thermal imaging camera through viewing window done.

Stabilisiertes Fasermaterial kann zuerst von einer Abwicklung durch einen Modul, in dem das Fasermaterial mit einem Plasma, das von mindestens einer Mikrowellenplasmaquelle generiert worden ist, erwärmt und modifiziert werden. Dadurch reduziert sich der elektrische Widerstand, so dass sich an dieses Modul in Vorschubbewegungsrichtung des Fasermaterials ein weiteres Modul, das zur elektrischen Widerstandsheizung ausgebildet ist, anschließen kann. Am Einlauf in das Modul und am Auslauf zur elektrischen Widerstandsheizung sind vorteilhaft Messstellen zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der Faser(n) vorhanden. An den Modul mit elektrischer Widerstandsheizung kann sich ein Modul, in dem eine zusätzliche Erwärmung mittels Laserstrahlung erfolgt, in Vorschubbewegungsrichtung der Faser(n) anschließen.Stabilized fiber material may first be heated and modified by a development through a module in which the fiber material is generated with a plasma generated from at least one microwave plasma source. As a result, the electrical resistance is reduced, so that a further module which is designed for electrical resistance heating can connect to this module in the feed movement direction of the fiber material. At the inlet into the module and at the outlet for electrical resistance heating, measuring points for determining the electrical conductivity of the fiber (s) are advantageously present. To the module with electrical resistance heating, a module in which an additional heating by means of laser radiation, in the direction of feed movement of the fiber (s) can connect.

Es ist aber auch ein kombinierter Modul, mit dem eine Erwärmung durch elektrische Widerstandsheizung und Laserstrahlung erreicht werden kann, möglich. Dabei sollte die Kammerwandung dieses Moduls zumindest bereichsweise für Laserstrahlung transparent sein, so dass mindestens ein Laserstrahl auf die Oberfläche der/den Faser(n) gerichtet werden kann. Die Kammerwand kann dabei beispielsweise zumindest bereichsweise aus Quarzglas gebildet sein.But it is also a combined module with which a heating by electrical resistance heating and laser radiation can be achieved, possible. The chamber wall of this module should at least partially be transparent to laser radiation, so that at least one laser beam can be directed onto the surface of the fiber (s). The chamber wall can be formed, for example, at least partially made of quartz glass.

An den letzten Modul vor einer Aufwicklung kann eine Avivagevorrichtung angeordnet sein.At the last module before a winding a lubrication device can be arranged.

Die Anlage kann durch einen Zusatzmodul zur Stabilisierung erweitert werden.The system can be extended by an additional module for stabilization.

Dieser soll vorzugsweise aus einem Mikrowellenplasma-Modul in O2-Atmosphäre bestehen.This should preferably consist of a microwave plasma module in O2 atmosphere.

Anstelle rotierender Walzenpaare kann die Erwärmung der Faser(n) mit stationären Walzen, die nicht rotieren, erfolgen. Die nicht rotierenden Walzen können aber translatorisch bewegt werden, so dass die jeweilige Achse der jeweiligen mittleren Längsachse der Walze verschoben werden kann. So kann z. B. der Abstand zwischen den mittleren Längsachsen und damit auch der Abstand der Oberflächen von zwei nebeneinander angeordneten Walzen verändert werden. Für die Vorschubbewegung der Faser(n) können dann andere geeignete Mittel eingesetzt werden, wie dies z. B. Walzenpaare, zwischen denen die Faser(n) transportiert werden, sein können.Instead of rotating pairs of rollers, the heating of the fiber (s) with stationary rollers that do not rotate, take place. However, the non-rotating rollers can be moved translationally, so that the respective axis of the respective central longitudinal axis of the roller can be moved. So z. B. the distance be changed between the central longitudinal axes and thus the distance of the surfaces of two juxtaposed rolls. For the advancing movement of the fiber (s) then other suitable means can be used, as z. B. roller pairs, between which the fiber (s) are transported, can be.

Die zum Heizen eingesetzte elektrische Spannung kann dabei nicht punktuell, sondern auf der gesamten Oberfläche von Walzen, über die die Fasermaterialien (Filamentgarn, flexible Fläche) geführt werden, wirksam sein. Eine stationäre Walze kann aus einem flexiblen Heizband (Hohlwalze) bestehen. Eine der beiden Walzen eines Walzenpaares (oder beide) können vertikal verschiebbar gelagert sein, um die Faserlänge zwischen den beiden Walzen einstellen und damit zusätzlich die in die Faser übertragene Wärmeenergie beeinflussen zu können. Der Aufbau kann dabei ebenfalls modular sein. Vorzugsweise in der in Vorschubbewegungsrichtung letzten Heizzone kann eine kombinierte Steuerung und Regelung der elektrischen Stromstärke (Spannung) integriert werden, wie dies bereits vorab beschrieben worden ist.The electrical voltage used for heating can not be effective at points, but on the entire surface of rolls over which the fiber materials (filament yarn, flexible surface) are guided, be effective. A stationary roller may consist of a flexible heating band (hollow roller). One of the two rollers of a roller pair (or both) can be mounted vertically displaceable in order to adjust the fiber length between the two rollers and thus additionally to be able to influence the heat energy transferred into the fiber. The structure can also be modular. Preferably in the feed zone in the last heating zone, a combined control and regulation of the electrical current (voltage) can be integrated, as has already been described above.

Vorteile stationärer Walzen sind:

• einfachere Konstruktion
• geringere Wartung
• bessere Ausnutzung der Wärmeenergie zur Pyrolyse
• größere Fläche zur Wärmeübertragung sowie den elektrischen Stromfluss und damit
• höhere Durchlaufgeschwindigkeiten.

Advantages of stationary rollers are:

• simpler design
• lower maintenance
• Better utilization of heat energy for pyrolysis
• larger area for heat transfer as well as the electric current flow and thus
• higher throughput speeds.

Anstelle eines Walzenpaares zum Transport des Materials (Fasern, flexible Flächen) kann auch ein Einzugstisch, der eine auf das Material abgestimmte Gravur, z. B. Rillen, besitzen kann, eingesetzt werden.Instead of a pair of rollers for transporting the material (fibers, flexible surfaces) can also be a feed tray, which is a matched to the material engraving, z. B. grooves, may have, are used.

Die Gestaltung der Heizelemente kann bei Fasern und insbesondere flexiblen Flächen geringer Breite auch so ausgeführt werden, dass die Materialien nicht auf der Oberfläche der Heizflächen entlang geführt werden, sondern durch das Innere von Heizelementen, die mit elektrischen Kontakten für den Anschluss elektrischen Stroms versehen sind. Diese Kontakte können in Vorschubbewegungsrichtung nacheinander angeordnet sein. Es können mehrere solcher Heizelemente nacheinander angeordnet sein und mit mehreren Kontakten durch elektrische Widerstandsheizung eine stufenweise Erwärmung der Faser(n) erreicht werden.The design of the heating elements can be carried out in fibers and in particular flexible surfaces of small width also so that the materials are not guided on the surface of the heating surfaces along, but through the interior of heating elements, which are provided with electrical contacts for the connection of electrical current. These contacts can be arranged one after the other in the advancing movement direction. It can be arranged successively several such heating elements and with several contacts by electrical resistance heating a gradual heating of the fiber (s) can be achieved.

Die Heizelemente können eine unterschiedliche Geometrie, z. B. mit kreisrundem oder halbkreisförmigem Querschnitt aufweisen, so dass die translatorisch bewegte(n) Faser(n) von der Heizelementwandung, die bevorzugt thermisch isoliert ist, teilweise umschlossen ist/sind und die Faser(n) durch kleine an den Stirnseiten der Heizelemente angeordnete Öffnungen durch die Heizelemente hindurchgeführt werden. Die Länge kann an die gewünschte Vorschubgeschwindigkeit der Faser(n) angepasst werden (Je länger die Heizelemente sind, desto höher kann die Vorschubgeschwindigkeit sein.). Zum Zwecke der elektrischen Kontaktierung der Faser(n) können zusätzliche Faserführungselemente, z. B. mit Federkraft aufgedrückte, infolge der Anpresskraft selbst rotierende Rollen, eingesetzt werden.The heating elements may have a different geometry, eg. B. having a circular or semi-circular cross-section, so that the translationally moving (s) fiber (s) of the Heizelementwandung, which is preferably thermally insulated, is partially enclosed / and the fiber (s) arranged by small at the end faces of the heating elements Openings are passed through the heating elements. The length can be adjusted to the desired feed rate of the fiber (s) (the longer the heating elements are, the higher the feed rate can be). For the purpose of electrical contacting of the fiber (s) additional fiber guide elements, for. B. with spring force, due to the contact force itself rotating rollers used.

Der Aufbau kann modular sein. Vorzugsweise in der letzten Heizzone kann eine kombinierte Steuerung und Regelung der Stromstärke (Spannung) integriert werden, wie dies bereits vorab beschrieben ist.The structure can be modular. Preferably, in the last heating zone, a combined control and regulation of the current (voltage) can be integrated, as already described above.

Vorteile dieser Lösung im Vergleich zu Walzen sind:
Die Wärmeenergie bleibt im Heizelement und damit in einem begrenzten Volumen. Daraus resultieren ein höherer Wirkungsgrad und die Reduzierung von erforderlicher Heizenergie.Advantages of this solution compared to rolls are:
The heat energy remains in the heating element and thus in a limited volume. This results in a higher efficiency and the reduction of required heating energy.

Der Aufwand für die Wärmeisolierung der Anlage sinkt beträchtlich (Nur beheizte Elemente anstatt der gesamten Prozesskammer müssen isoliert werden.) Damit ist ein Quarzglasrohr anstatt eines Graphitrohres auch bei Karbonisierungstemperaturen über 1250°C einsetzbar.The heat insulation cost of the system drops considerably (only heated elements instead of the entire process chamber have to be insulated). Therefore a quartz glass tube can be used instead of a graphite tube at carbonisation temperatures above 1250 ° C.

Es wurde bereits zumindest andeutungsweise zum Ausdruck gebracht, dass die Vorschubgeschwindigkeit, mit der die Faser(n) durch einzelne Module bewegt wird, in den einzelnen Modulen geregelt oder gesteuert werden kann. Außerdem kann es erforderlich sein, auch die Zugspannung, die auf die Faser(n) wirkt in den einzelnen Modulen unterschiedlich einzustellen. Dementsprechend kann es erforderlich und vorteilhaft sein, die Herstellung diskontinuierlich durchzuführen. Dabei sind zwischen Modulen, die in Vorschubbewegungsrichtung nacheinander angeordnet sind, Puffer für die Faser(n) vorzusehen. Dazu kann/können die Faser(n) aufgerollt und in gerollter Form zwischengelagert werden, bevor sie einem nachfolgend angeordneten Modul zugeführt werden. Dies ist in der Regel der Fall, wenn in Vorschubbewegungsrichtung ein Modul, in dem mit größerer Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet wird, vor einem Modul, durch das die Faser(n) mit kleinerer Voschubgeschwindigkeit bewegt werden, angeordnet ist.It has already been implicitly stated that the feed rate at which the fiber (s) are moved through individual modules can be controlled or controlled in the individual modules. It may also be necessary to adjust the tension applied to the fiber (s) differently in the individual modules. Accordingly, it may be necessary and advantageous to carry out the production batchwise. In this case, buffers for the fiber (s) are to be provided between modules which are arranged one after the other in the advancing movement direction. For this purpose, the fiber (s) can be rolled up and stored in rolled form before being fed to a subsequently arranged module. This is usually the case when in the advancing movement direction a module in which is operated at a higher feed rate, in front of a module through which the fiber (s) are moved at a lower feed rate.

Mit der Erfindung kann der Energiebedarf deutlich vermindert werden, so dass auch die für die gesamte Modifizierung der eingesetzten Precursorfaser(n) bis hin zur fertig hergestellten Kohlenstofffaser in erheblich verkürzter Zeit erreicht werden kann. Der erforderliche Bauraum kann verringert werden, da eine Verkürzung der Anlagenlänge möglich ist. Außerdem können definierte Heizraten ggf. auch ohne zwischenzeitliche Abkühlung eingehalten werden. Die Regelbarkeit des gesamten Prozesses sowie des Karbonisierungsgrades und damit der strukturellen bzw. mechanischen Eigenschaften in definiertem, precursorabhängigen Temperaturfenstern kann durch verbesserte Online Prozesskontrolle erreicht werden. Die Prozessführung kann erheblich variabler erfolgen und es sind beliebige Kombinationsmöglichkeiten aus Plasma-, Widerstands- und Laserkarbonisierung möglich, so dass Kohlenstofffasern mit ganz bestimmten Eigenschaften hergestellt werden können. Durch Anpassung oder Austausch von Modulen, die auch anders miteinander kombiniert werden können, was insbesondere die Reihenfolge in Vorschubbewegungsrichtung betrifft, können unterschiedlich konfigurierte Kohlenstofffasern mit einer so modifizierten Anlage hergestellt werden.With the invention, the energy requirement can be significantly reduced, so that even for the entire modification of the precursor used (n) up to the finished carbon fiber can be achieved in a significantly reduced time. The required space can be reduced, since a shortening of the system length is possible. In addition, defined heating rates may also be maintained without intermediate cooling. The controllability of the entire process as well as the degree of carbonation and thus the structural or mechanical properties in defined, precursor-dependent temperature windows can be achieved by improved online process control. The process control can be made significantly more variable and there are any combination of plasma, resistance and laser carbonization possible, so that carbon fibers can be produced with very specific properties. By adapting or exchanging modules that can also be combined differently, particularly in the order of feed motion, differently configured carbon fibers can be made with such a modified equipment.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail by way of example in the following.

Dabei zeigen:Showing:

1 in schematischer Form ein Beispiel eines Moduls zur elektrischen Widerstandsbeheizung mit zwei Heizzonen; 1 in schematic form an example of a module for electrical resistance heating with two heating zones;

2 in schematischer Form ein weiteres Beispiel eines Moduls zur elektrischen Widerstandsbeheizung mit zwei Heizzonen und 2 in schematic form, another example of a module for electrical resistance heating with two heating zones and

3 in schematischer Form ein weiteres Beispiel eines Moduls zur elektrischen Widerstandsbeheizung mit mehreren Heizelementen, die Heizzonen bilden. 3 in schematic form, another example of a module for electric resistance heating with a plurality of heating elements forming heating zones.

Bei dem in 1 gezeigten Beispiel eines Moduls zur elektrischen Widerstandsheizung werden Fasern 3, die bereits teilweise karbonisiert und dabei elektrisch leitend sind mittels zweier Walzenpaare 1 gefördert. Zwischen den beiden Walzenpaaren 1 sind in einem Abstand zueinander zwei Walzenpaare 2 angeordnet, von denen jeweils mindestens eine Walze an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen ist. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich jeweils um eine elektrische Gleichspannungsquelle, bei deren ein Pol an eine oder beide in Vorschubbewegungsrichtung der Fasern 3 vordere(n) und ein Pol an die danach angeordnete(n) Walze(n) 2 bzw. 2' angeschlossen sind, so dass über die Fasern 3 zwischen den Walzen 2 bzw. 2' ein für eine Erwärmung ausreichend großer elektrischer Strom fließt. Die dabei erreichbare Temperaturerhöhung wird durch den elektrischen Strom und die elektrische Leitfähigkeit der Fasern 3 beeinflusst.At the in 1 shown example of a module for electrical resistance heating fibers 3 , which are already partially carbonized and thereby electrically conductive by means of two pairs of rollers 1 promoted. Between the two pairs of rollers 1 are at a distance from each other two pairs of rollers 2 arranged, each of which at least one roller is connected to an electrical voltage source. In the example shown, it is in each case an electric DC voltage source, wherein one pole to one or both in the advancing movement direction of the fibers 3 front (s) and one pole to the subsequently arranged roller (s) 2 respectively. 2 ' are connected, so that over the fibers 3 between the rollers 2 respectively. 2 ' a sufficient current for a heating electric current flows. The achievable increase in temperature is due to the electrical current and the electrical conductivity of the fibers 3 affected.

Wie aus 1 erkennbar, sind bei dem gezeigten Beispiel zwei Heizzonen 1 und 2 in Vorschubbewegungsrichtung nacheinander angeordnet, so dass eine stufenweise Temperaturerhöhung erreicht werden kann.How out 1 recognizable, in the example shown are two heating zones 1 and 2 arranged in the feed direction of movement successively, so that a stepwise increase in temperature can be achieved.

Dabei kann, wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits erwähnt, der elektrische Strom bzw. die elektrische Leitfähigkeit der Fasern zwischen oder direkt an Walzen 2 oder 1 gemessen und für eine Regelung der zu erreichenden Temperatur herangezogen werden, wodurch Einfluss auf die Eigenschaften der so erwärmten Fasern 3 genommen werden kann.In this case, as already mentioned in the general part of the description, the electrical current or the electrical conductivity of the fibers between or directly to rollers 2 or 1 measured and used to control the temperature to be reached, thereby affecting the properties of the thus heated fibers 3 can be taken.

Üblicherweise kann bei einer Heizzone 1 mit einer elektrischen Spannung von 20 bis 50 V und einem elektrischen Strom von 2,5 A bis 5 A an den Walzen 2 bei einer Vorschubgeschwindigkeit von größer als 6 m/h gearbeitet werden.Usually, in a heating zone 1 with an electrical voltage of 20 to 50 V and an electric current of 2.5 A to 5 A at the rollers 2 be worked at a feed rate of greater than 6 m / h.

In nicht dargestellter Form kann in Vorschubbewegungsrichtung vor dem in 1 gezeigten Modul zur elektrischen Widerstandsbeheizung ein Modul angeordnet sein, bei dem eine Erwärmung der Fasern 3 durch den Einfluss eines Plasma, das von einer oder mehreren Mikrowellenquellen generiert wird, erreicht wird. Dabei kann es sich vorteilhaft um eine Vorrichtung handeln, wie sie in DE 10 2015 205 809 , auf deren Offenbarungsgehalt vollumfänglich Bezug genommen wird, handeln. Bei dieser Vorrichtung zur Herstellung von Kohlenstofffasern mit Plasmaunterstützung, wird mindestens eine aus einem polymeren Material gebildete Faser in stabilisierter Form als Vorprodukt in eine in Richtung der Faser(n) langgestreckte Kammer an einer Stirnseite hinein und an der gegenüberliegenden Stirnseite herausgeführt ist. Dabei sind mehrere gepulst betreibbare Magnetrons in einer Reihenanordnung über die Länge der Kammer angeordnet. Durch eine jeweils gegenüberliegende Anordnung von Einkoppelelementen für Mikrowellen in einer entsprechenden Reihenanordnung, werden Mikrowellen, die von Magnetrons emittiert werden, gleichzeitig und mit jeweils gleicher Phase aus zwei entgegengesetzten Richtungen auf die Faser(n) gerichtet. Die Magnetrons sind an eine elektronische Steuerung angeschlossen, die so ausgebildet ist, dass eine Steuerung der Magnetrons erreichbar ist, mit der über die Länge der Kammer ein zumindest nahezu homogenes Plasma ausgebildet ist.In unillustrated form can be in Vorschubbewegungsrichtung before in 1 be shown module for electrical resistance heating, a module arranged in which a heating of the fibers 3 is achieved by the influence of a plasma generated by one or more microwave sources. This may advantageously be a device, as in DE 10 2015 205 809 , to the full extent of which reference is made, act. In this apparatus for the production of carbon fibers with plasma assistance, at least one fiber formed of a polymeric material in stabilized form as a precursor is led out in an elongated chamber in the direction of the fiber (s) at one end side and at the opposite end side. There are several pulsed operable magnetrons are arranged in a series arrangement along the length of the chamber. By a respective opposite arrangement of coupling elements for microwaves in a corresponding series arrangement, microwaves emitted by magnetrons are directed simultaneously and each with the same phase from two opposite directions on the fiber (s). The magnetrons are connected to an electronic control, which is designed so that a control of the magnetron can be achieved, with which over the length of the chamber, an at least almost homogeneous plasma is formed.

Durch den Einsatz eines Mikrowellenplasmamoduls können die Fasern 3 so erwärmt und modifiziert werden, dass eine gleichmäßigere Veränderung der Morphologie bzw. Veränderung des Materials über den gesamten Querschnitt der Fasern 3 erreicht werden kann. Die Nachteile einer solchen ungleichförmigen Materialveränderung von innen nach außen, wie sie beim Stand der Technik aufgetreten sind, die bis zum Bruch der Fasern führen konnten, können so vermieden und eine Erwärmung auf höhere Temperaturen, als die bisher auf 2450°C begrenzte Maximaltemperatur, mit einer elektrischen Widerstandsheizung durchgeführt werden.By using a microwave plasma module, the fibers 3 be heated and modified so that a more uniform change in the morphology or change in the material over the entire cross section of the fibers 3 can be achieved. The disadvantages of such a non-uniform material change from the inside to the outside, as they have occurred in the prior art, which could lead to breakage of the fibers can be avoided and a warming to higher temperatures than the previously limited to 2450 ° C maximum temperature, with an electrical resistance heating are performed.

Ebenfalls in nicht dargestellter Form kann der in 1 gezeigte Modul dadurch ergänzt werden, dass auf die elektrisch widerstandsbeheizten Fasern 3 ein Laserstrahl gerichtet und dadurch die Temperatur weiter erhöht werden kann. Eine zusätzliche Erwärmung kann aber auch mit einem gesonderten Modul erfolgen, in dem eine zusätzliche nachfolgende Erwärmung mittels Laserstrahlung erfolgen kann. Unabhängig davon ob die zusätzliche Erwärmung mittels Laserstrahlung im Modul für eine elektrische Widerstandsheizung oder einem gesonderten Modul erfolgen kann, kann auf die technische Lehre, wie sie in der ebenfalls nicht vorveröffentlichten DE 10 2015 204 589 beschrieben ist, zurück gegriffen werden. Bei dieser Vorrichtung zur Herstellung von Kohlenstofffasern ist mindestens eine aus einem polymeren Material gebildete Faser über ein Einlassschleusenelement in eine Heizeinrichtung ein- und aus der Heizeinrichtung über ein Auslassschleusenelement ausführbar. Mit einer Zugeinrichtung wird eine vorgebbare Spannung der mindestens einen Faser eingehalten ist. Die Heizeinrichtung ist so ausgebildet, dass sich eine sukzessiv höhere Temperatur ausgehend vom Einlassschleusenelement bis zum Auslassschleusenelement ergibt. Es ist eine inerte Atmosphäre in der Heizeinrichtung eingehalten. In einem Bereich der Heizeinrichtung, in dem eine Temperatur von mindestens 600°C erreicht ist, wird mindestens ein defokussierter Laserstrahl über ein für den mindestens einen Laserstrahl transparentes und mit einem Inertgas gespültes Fensterelement auf die Oberfläche der mindestens einen Faser gerichtet, wodurch eine zusätzliche Erwärmung der mindestens einen Faser auf eine erhöhte Temperatur durch vom Faserwerkstoff absorbierte Laserstrahlung erreichbar ist.Also in unillustrated form, the in 1 shown module can be supplemented by that on the electrically resistance-heated fibers 3 directed a laser beam and thereby the temperature can be further increased. An additional heating can also be done with a separate module in which an additional subsequent heating can be done by means of laser radiation. Regardless of whether the additional heating by means of laser radiation in the module for an electrical resistance heating or a separate module can be done on the technical teaching, as in the also not previously published DE 10 2015 204 589 is described, to be resorted to. In this apparatus for producing carbon fibers, at least one fiber formed from a polymeric material is introduced into a heating device via an inlet lock element and can be carried out from the heating device via an outlet lock element. With a traction device a predetermined voltage of at least one fiber is maintained. The heating device is designed such that a successively higher temperature results from the inlet lock element to the outlet lock element. There is an inert atmosphere in the heater complied with. In a region of the heating device in which a temperature of at least 600 ° C. is reached, at least one defocused laser beam is directed onto the surface of the at least one fiber via a window element that is transparent to the at least one laser beam and purged with an inert gas, thereby providing additional heating the at least one fiber can be reached at an elevated temperature by laser radiation absorbed by the fiber material.

Analog zu dem in 1 gezeigten Beispiel können auch die nachfolgend beschriebenen Beispiele mit zusätzlichen Modulen ergänzt, zu einer Anlage kombiniert und bei der Herstellung von Kohlenstofffasern genutzt werden.Analogous to the in 1 In the example shown, the examples described below can also be supplemented with additional modules, combined into a system and used in the production of carbon fibers.

In 2 ist ein weiteres Beispiel für eine elektrische Widerstandsheizung von Fasern 3 gezeigt.In 2 is another example of electrical resistance heating of fibers 3 shown.

Dabei werden Fasern 3 über bei diesem Beispiel Messwalzen 11 geführt, mit denen ein elektrischer Stromabgriff für die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der Fasern 3 erfolgen kann. Dafür können aber auch Schleifkontakte, die gegen die Fasern 3 gedrückt werden genutzt werden.This will be fibers 3 over in this example measuring rollers 11 led, with which an electrical current tap for the determination of the electrical conductivity of the fibers 3 can be done. But also sliding contacts that are against the fibers 3 be used.

Daran schließt sich in Vorschubbewegungsrichtung ein Einzugswalzenpaar 12 an, von dem die Fasern über die Oberflächen zweier nacheinander angeordneten Walzen 13 und 13' an, die jeweils an einen Pol einer elektrischen Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) angeschossen sind. So kann ein elektrischer Stromfluss über die elektrisch leitenden Oberflächen der Walzen 13 und 13' sowie den Fasern 3 erfolgen, der infolge des elektrischen Widerstands der Fasern 3 zu einer Erwärmung der Fasern 3 im Bereich der Walzen 13 und 13' vom ersten berührenden Kontakt der Fasern 3 mit der Oberfläche der in Vorschubbewegungsrichtung der Fasern 13 vorderen Walze 13 und dem letzten berührenden Kontakt der Fasern 3 mit der Oberfläche der dahinter angeordneten Walze 13' erreicht werden.This is followed by a feed roller pair in the feed movement direction 12 from which the fibers pass over the surfaces of two successively arranged rolls 13 and 13 ' which are each connected to a pole of a DC electric power source (not shown). Thus, an electric current flow over the electrically conductive surfaces of the rollers 13 and 13 ' as well as the fibers 3 take place, due to the electrical resistance of the fibers 3 to a heating of the fibers 3 in the area of rolls 13 and 13 ' from the first contacting contact of the fibers 3 with the surface of the advancing movement direction of the fibers 13 front roller 13 and the last contacting contact of the fibers 3 with the surface of the roller arranged behind it 13 ' be achieved.

Über ein weiteres Walzenpaar 14 zwischen den die Fasern 3 transportiert werden, gelangen die Fasern wieder zu zwei nacheinander angeordneten Walzen 13', die ebenfalls jeweils an einen Pol einer elektrischen Gleichspannungsquelle, die ebenfalls nicht gezeigt ist, angeschlossen sind.About another pair of rollers 14 between the fibers 3 are transported, the fibers get back to two successively arranged rollers 13 ' , which are also each connected to a pole of a DC electrical power source, which is also not shown.

Die Fasern 3 sind hierbei so um die Oberflächen der Walzen 13 und 13' geführt, dass sie von entgegengesetzt angeordneten Oberflächen geführt und mit diesen in Kontakt stehen. Dadurch kann die Fläche von Fasern 3, die gleichzeitig in unmittelbarem Kontakt mit der elektrisch leitenden Oberfläche der Walzen 13 und 13' stehen, vergrößert werden, wodurch der elektrische Stromfluss verbessert und die bei der durch elektrische Widerstandsheizung mit dem zwischen zwei Walzen 13 und 13' fließenden elektrischen Strom erreichbare Temperaturerhöhung der Fasern 3 vergrößert werden.The fibers 3 Here are the surfaces of the rollers 13 and 13 ' guided, that they are guided by oppositely disposed surfaces and in contact with these. This can change the area of fibers 3 simultaneously in direct contact with the electrically conductive surface of the rollers 13 and 13 ' be increased, thereby improving the electrical current flow and at the by electric Resistance heating with the between two rollers 13 and 13 ' flowing electrical current achievable increase in temperature of the fibers 3 be enlarged.

Wie aus 2 auch erkennbar, können die Rotationsachsen oder mittleren Längsachsen der Walzen 13 und 13' eines Walzenpaares jeweils in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein, so dass die Kontaktfläche zwischen Walzenoberfläche und Fasern 3 weiter erhöht werden kann.How out 2 also recognizable, the axes of rotation or central longitudinal axes of the rollers 13 and 13 ' a pair of rollers may each be arranged in different planes, so that the contact surface between the roller surface and fibers 3 can be further increased.

Mit den Doppelpfeilen soll verdeutlicht werden, dass die Walzen 13' bei diesem Beispiel translatorisch hier vertikal bewegt werden können, wodurch eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit, die jeweilige Länge der Fasern 3, die durch die elektrische Widerstandsheizung beeinflusst wird, und/oder der Zugspannung mit der die Fasern 3 beaufschlagt werden können, erreichbar ist.With the double arrows should be clarified that the rollers 13 ' in this example translationally can be moved vertically, thereby adjusting the feed rate, the respective length of the fibers 3 , which is influenced by the electrical resistance heating, and / or the tensile stress with which the fibers 3 can be applied, is achievable.

Daran schließt sich ein Abzugswalzensystem 14, hier mit drei Walzen an, von denen eine zur Umlenkung und das Walzenpaar zur Förderung der Fasern 3 dienen.This is followed by a withdrawal roller system 14 , here with three rollers, of which one for the deflection and the pair of rollers for conveying the fibers 3 serve.

Im Nachgang zu diesem Abzugswalzensystem 14 ist wieder ein Messwalzenpaar 11 angeordnet, mit dem gemeinsam mit dem in Vorschubbewegungsrichtung vorderen Messwalzenpaar 11 die elektrische Leitfähigkeit der Fasern 3 bestimmt und für eine Regelung des elektrischen Stromes und/oder der Vorschubgeschwindigkeit der Fasern 3 genutzt werden kann.In the wake of this deduction roller system 14 is again a measuring roller pair 11 arranged, together with the forward in the feed direction of the pair of measuring rollers 11 the electrical conductivity of the fibers 3 determined and for a regulation of the electric current and / or the feed rate of the fibers 3 can be used.

Bei einer Ausführung dieses Beispiels können die Walzen 13 und 13' so fixiert sein, dass sie sich nicht drehen. Dabei besteht aber die optionale Möglichkeit, dass sie translatorisch bewegt werden können. Die Vorschubbewegung der Faser(n) 3 kann dann allein mit den Walzenpaaren 12 und 14 realisiert werden. Durch eine Veränderung des Abstandes der mittleren Längsachsen von nebeneinander angeordneten Walzen 13 und 13' kann der Weg den die Faser(n) 3 zurücklegen verändert werden, so dass die Zeit, in der die Faser(n) 3 durch den elektrischen Stromfluss beeinflusst werden, variiert werden kann.In one embodiment of this example, the rollers 13 and 13 ' be so fixed that they do not turn. However, there is the optional possibility that they can be moved in translation. The advancing movement of the fiber (s) 3 can then alone with the roller pairs 12 and 14 will be realized. By changing the distance between the central longitudinal axes of juxtaposed rollers 13 and 13 ' can the way the fiber (s) 3 be changed so that the time in which the fiber (s) 3 can be varied by the electric current flow.

Bei dem in 3 gezeigten Beispiel eines Moduls zur elektrischen Widerstandsheizung ist in Vorschubbewegungsrichtung der Fasern 3 zuerst wieder ein Messwalzenpaar 11, das in Verbindung mit dem ganz am Ende angeordneten Messwalzenpaar 11 wieder zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der Fasern 3 genutzt werden kann, angeordnet.At the in 3 shown example of a module for electrical resistance heating is in Vorschubbewegungsrichtung the fibers 3 first again a pair of measuring rollers 11 , which in conjunction with the very end arranged pair of measuring rollers 11 again to determine the electrical conductivity of the fibers 3 can be used arranged.

Nach dem vorderen Messwalzenpaar 11 und vor dem hinteren Messwalzenpaar 11 sind wieder Einzugswalzenpaare 12 vorhanden, die zur Förderung der Fasern 3 dienen. Zwischen den Einzugswalzenpaaren 12 sind mehrere Heizelementepaare 15 und 15' jeweils in Vorschubbewegungsrichtung der Fasern 3 nacheinander angeordnet. Die Heizelemente 15 und 15' sind jeweils an einen Pol einer elektrischen Gleichspannungsquelle (nicht gezeigt) angeschlossen, so dass zwischen ihnen ein elektrischer Strom über die Fasern 3 fließt, der zu ihrer Erwärmung führt. Die Fasern 3 werden dabei durch die Heizelementepaare 15 und 15' bewegt. Diese Bilden dabei auch eine Abschirmung und thermische Isolation, so dass die Wärmeverluste reduziert werden können. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel ist optional noch ein Einzugswalzenpaar 12 zwischen Heizelementepaaren 15 und 15' angeordnet, mit dem eine vergleichmäßigte Vorschubbewegung der Fasern 3 erreicht werden kann. Bei diesem Beispiel sind die Walzen 11, 12 sowie die Heizelemente 15 und 15' starr befestigt. Dies ist auch bei allen Walzen des Beispiels nach 1 der Fall.After the front pair of measuring rollers 11 and in front of the rear measuring roller pair 11 are again feed roller pairs 12 present, which promote the fibers 3 serve. Between the feed roller pairs 12 are several heating element pairs 15 and 15 ' in each case in feed movement direction of the fibers 3 arranged one after the other. The heating elements 15 and 15 ' are each connected to a pole of a DC electrical power source (not shown), so that between them an electrical current through the fibers 3 flows, which leads to their warming. The fibers 3 are doing through the heating element pairs 15 and 15 ' emotional. These also form a shield and thermal insulation, so that the heat losses can be reduced. At the in 3 Example shown is optionally still a pair of feed rollers 12 between heating element pairs 15 and 15 ' arranged, with a uniform feed movement of the fibers 3 can be achieved. In this example, the rolls are 11 . 12 as well as the heating elements 15 and 15 ' rigidly attached. This is also true for all rolls of the example 1 the case.

In 3 sind auch Schnittdarstellungen durch Heizelemente 15 oder 15' gezeigt, aus denen deutlich wird, wie die elektrische Kontaktierung der Fasern 3 erfolgt und wie die thermische Isolation ausgebildet sein kann.In 3 are also sectional views of heating elements 15 or 15 ' shown, from which it becomes clear how the electrical contacting of the fibers 3 takes place and how the thermal insulation can be formed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102015204589 [0008, 0015, 0070]
DE 102015205809 [0068]

Claims

Plant for producing carbon fibers, in which at least one fiber formed from a polymeric material ( 3 ) or a textile structure formed from polymeric fibers in stabilized form is passed as precursor through a plurality of modules, wherein at least one module for electrical resistance heating of the fiber (s) ( 3 ), at least one further module for heating the fiber (s) ( 3 ) or the textile structure by means of a plasma generated with microwaves and / or for heating the fiber (s) ( 3 ) by means of one on the fiber (s) ( 3 ) directed defocused laser beam is formed.

Plant according to claim 1, characterized in that in the advancing direction of movement of the fiber (s) or of the textile structure, a module which is used to heat the fiber (s) ( 3 ) is formed by means of a plasma generated with microwaves, in front of a module for electrical resistance heating of the fiber (s) ( 3 ) is arranged.

Installation according to claim 1 or 2, characterized in that a module for simultaneous heating of the fiber (s) ( 3 ) or the textile structure is formed by electrical resistance heating and by irradiation with defocused laser beam.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that measuring rolls ( 11 ) or measuring contacts on the fiber (s) ( 3 ) or the textile structure with which the electrical conductivity of the fiber (s) ( 3 ) for a control of the heating of the fiber (s) ( 3 ) is determinable.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that in a module for heating the fiber (s) ( 3 ) by means of electrical resistance heating the fiber (s) ( 3 ) or the textile structure between pairs of rolls ( 2 . 2 ' ) is guided through and two pairs of rollers arranged in succession in the advancing movement direction of the fiber (s) or the textile structure (US Pat. 2 . 2 ' ) are each connected to a pole of an electrical voltage source or the fiber (s) ( 3 ) or the textile structure around oppositely arranged surface areas of at least two in the advancing movement direction of the fiber (s) ( 3 ) arranged rollers ( 13 . 13 ' ) is guided and are the two rollers ( 13 . 13 ' ) are each connected to a pole of an electrical voltage source.

Plant according to the preceding claim, characterized in that the at least two rollers ( 13 . 13 ' ) parallel to each other and / or the mutually parallel axes of rotation or central longitudinal axes of the at least two rollers ( 13 . 13 ' ) are arranged in different levels.

Equipment according to the two preceding claims, characterized in that the rollers ( 13 and 13 ' ) do not rotate.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that in a module with the heating of the fiber (s) ( 3 ) is achievable by means of electrical resistance heating, in the advancing movement direction of the fiber (s) ( 3 ) or the textile structure several heating elements ( 15 . 15 ' ) are arranged one after the other and in each case two heating elements ( 15 and 15 ' ) are connected to a pole of an electrical voltage source and the fiber (s) ( 3 ) or the textile structure by the thermally insulated heating elements ( 15 . 15 ' ) are passed through.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that a module is designed as a conventionally designed continuous furnace.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that in at least one module a plurality of heating zones for successive heating of the fiber (s) ( 3 ) or the textile structure in Vorschubbewegungsrichtung are present.

Installation according to one of the preceding claims, characterized in that by a module with which a heating of the fiber (s) ( 3 ) is achievable by means of electrical resistance heating, fiber (s) ( 3 ) by means of electrically conductive particles, in particular carbon nanotubes with a high aspect ratio, or of such fibers ( 3 ) existing textile structures are electrically conductive, can be guided, wherein the fiber (s) ( 3 ) preferably as a core-shell structure formed entirely in the core or shell of carbon nanotubes or the fiber (s) ( 3 ) is completely formed with carbon nanotubes / are.