DE102016105059A1

DE102016105059A1 - High conductivity carbon fiber and manufacturing method therefor

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Publication number: DE102016105059A1
Application number: DE102016105059.8A
Authority: DE
Inventors: Franz Renz; Ralf Sindelar; Christoph Tegenkamp; Bastian Dreyer; Daniel Unruh; Folke Dencker
Original assignee: Hochschule Hannover; Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Hydrosolid At GmbH
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2016-03-18
Publication date: 2017-09-21
Anticipated expiration: 2036-03-19
Also published as: WO2017158140A1; DE102016105059B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlenstofffaser aus thermisch behandelten Kohlenstoff-haltigen Ausgangsmaterialien, wobei diese Kohlenstofffaser eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 × 106 S/m, wie mindestens 1 × 107 S/m, aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung dieser erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern mit einer Leitfähigkeit von mindestens 1 × 106 S/m, wie mindestens 1 × 107 S/m, bereitgestellt. Bei dieser Faser handelt es sich bevorzugt um eine mit einem sub-mikrometer Durchmesser. Solche Fasern eignen sich insbesondere für elektrische Leiter, Kondensatoren oder Sensoren.The present invention relates to a carbon fiber of thermally treated carbonaceous raw materials, said carbon fiber having an electrical conductivity of at least 1 × 10 6 S / m, such as at least 1 × 10 7 S / m. Furthermore, a method for producing these carbon fibers of the present invention having a conductivity of at least 1 × 10 6 S / m, such as at least 1 × 10 7 S / m, is provided. This fiber is preferably one with a sub-micron diameter. Such fibers are particularly suitable for electrical conductors, capacitors or sensors.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlenstofffaser aus thermisch behandelten Kohlenstoff-haltigen Ausgangsmaterialien, wobei diese Kohlenstofffaser eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 × 10⁶ S/m, wie mindestens 1 × 10⁷ S/m, aufweist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung dieser erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern mit einer Leitfähigkeit von mindestens 1 × 10⁶ S/m, besonders mindestens 1 × 10⁷ S/m, bereitgestellt. Bei dieser Faser handelt es sich bevorzugt um eine mit einem sub-mikrometer Durchmesser. Solche Fasern eignen sich insbesondere für elektrische Leiter, Kondensatoren oder Sensoren.The present invention relates to a carbon fiber of thermally treated carbonaceous raw materials, said carbon fiber having an electrical conductivity of at least 1 × 10 ⁶ S / m, such as at least 1 × 10 ⁷ S / m. Furthermore, a process for producing these carbon fibers according to the invention having a conductivity of at least 1 × 10 ⁶ S / m, especially at least 1 × 10 ⁷ S / m, is provided. This fiber is preferably one with a sub-micron diameter. Such fibers are particularly suitable for electrical conductors, capacitors or sensors.

Stand der TechnikState of the art

Kohlenstofffasern, die auch als Carbonfasern bezeichnet werden, sind Fasern aus Kohlenstoff-haltigen Ausgangsmaterialien, die durch entsprechende Herstellungsverfahren in Kohlenstofffasern umgewandelt werden. Üblicherweise werden diese Kohlenstofffasern aus organischen Ausgangsmaterialien hergestellt wobei in einem ersten Schritt, auch als Vorbehandlung bezeichnet, aus den Kohlenstoff-haltigen Ausgangsmaterialien die Faser oder der Faden hergestellt wird. Hierbei findet häufig eine Verstreckung bei Temperaturbehandlung zur Strukturierung der atomaren Struktur in den Fasern statt. Daran anschließend erfolgt eine Carbonisierungsbehandlung oder Verkokung bei hohen Temperaturen, um alle Elemente bis auf den Hauptbestandteil Kohlenstoff aus der Faser abzuspalten, das heißt, bei der Carbonisierung werden die anderen in der Faser vorliegenden Elemente, wie Stickstoff oder Sauerstoff im Wesentlichen herausgetrieben, so dass der Kohlenstoffanteil üblicherweise bei mindestens 96 Gew.-% wie bei mindestens 98 Gew.-% liegt.Carbon fibers, also referred to as carbon fibers, are fibers of carbonaceous raw materials that are converted into carbon fibers by appropriate manufacturing processes. Usually, these carbon fibers are produced from organic starting materials, wherein in a first step, also referred to as pre-treatment, the fiber or thread is produced from the carbon-containing starting materials. In this case, often a stretching takes place during temperature treatment for structuring the atomic structure in the fibers. This is followed by a carbonation treatment or coking at high temperatures to split off all elements except for the main constituent carbon from the fiber, that is, in the carbonization, the other present in the fiber elements, such as nitrogen or oxygen are essentially expelled, so that Carbon content is usually at least 96 wt .-% as at least 98 wt .-% is.

In einer weiteren Temperaturbehandlung, die üblicherweise oberhalb von 1800°C liegt, wird die Struktur der in der Carbonisierung erhaltenen Graphit-Kohlenstoff-Struktur weiter verändert, um die Eigenschaften der Kohlenstofffaser zu verbessern. Grundgedanke ist dabei, andere Elemente aus der Faser abzuspalten und eine Graphitstruktur der Kohlenstofffaser zu erreichen.In a further temperature treatment, which is usually above 1800 ° C, the structure of the graphite-carbon structure obtained in the carbonization is further changed to improve the properties of the carbon fiber. The basic idea is to split off other elements from the fiber and to achieve a graphitic structure of the carbon fiber.

Kohlenstofffasern weisen üblicherweise eine hohe Festigkeit und Steifigkeit bei geringer Bruchdehnung auf. Daher werden sie als Versteifungskomponenten für den Leichtbau eingesetzt, das heißt, die Fasern werden überwiegend zur Herstellung von Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffen genutzt. Hierbei ist es wichtig, Kohlenstofffaser-verstärkte Kunststoffe zu erhalten, bei denen eine gute Bindung zwischen Kohlenstofffaser und Kunststoff vorliegt. Entsprechend sind viele Verfahren zur Herstellung der Kohlenstofffaser so ausgerichtet, dass die Eigenschaften dieser Kohlenstofffasern zur Verbindung mit den Kunststoffen verbessert werden.Carbon fibers usually have high strength and stiffness with low elongation at break. Therefore, they are used as stiffening components for lightweight construction, that is, the fibers are mainly used for the production of carbon fiber reinforced plastics. Here it is important to obtain carbon fiber reinforced plastics where there is good bonding between carbon fiber and plastic. Accordingly, many methods of making the carbon fiber are oriented to improve the properties of these carbon fibers for bonding with the plastics.

Kohlenstofffasern werden üblicherweise mit Durchmessern im Mikrometerbereich, üblicherweise von 5 bis 9 µm hergestellt, diese werden dann zu Rovings verarbeitet, die entsprechend bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoffen etc. eingesetzt werden.Carbon fibers are usually made with diameters in the micrometer range, usually from 5 to 9 microns, these are then processed into rovings, which are used accordingly in the production of fiber-reinforced plastics, etc.

Üblicherweise sind Kohlenstofffasern elektrisch und thermisch leitfähig. Dabei sorgt der hohe Graphitanteil für eine elektrische Leitfähigkeit, die allerdings noch geringer ist als die von metallischen Leitern wie Kupfer oder Aluminium. Die Leitfähigkeit von Kupfer oder Aluminium liegt bei 58 × 10⁶ bzw. 37 × 10⁶ S/m, während leitfähige Polymere im Bereich von unter 1 × 10⁶ liegen. Graphit in seiner Reinform hat eine elektrische Leitfähigkeit von 3 × 10⁶ S/m. Kohlenstofffasern haben üblicherweise eine elektrische Leitfähigkeit von unter 1 × 10⁵ S/m.Usually, carbon fibers are electrically and thermally conductive. The high graphite content ensures electrical conductivity, which is even lower than that of metallic conductors such as copper or aluminum. The conductivity of copper or aluminum is 58 × 10 ⁶ and 37 × 10 ⁶ S / m, respectively, while conductive polymers are in the range of less than 1 × 10 ⁶ . Graphite in its pure form has an electrical conductivity of 3 × 10 ⁶ S / m. Carbon fibers usually have an electrical conductivity of less than 1 × 10 ⁵ S / m.

Zur Erhöhung der Leitfähigkeit von Kohlenstofffasern wurden verschiedene Vorschläge gemacht. So beschreibt die EP 2788542 A2 leitfähig ausgerüstete Kohlenstofffasern aus Kohlenstofffaser-Filamenten, die eine Metallbeschichtung aufweisen. Mit der Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit beschäftigt sich auch Böttger-Hiller, F. et al, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2015, 46 (8), 844–851 . Ein Lösungsansatz in diesem Dokument besteht darin, das Eigenschaftsspektrum der Kohlenstofffaser-verstärkten Kunststoffe durch das Metallisieren der Faserkomponente zu erhöhen.To increase the conductivity of carbon fibers, various proposals have been made. That's how it describes EP 2788542 A2 Conductively finished carbon fibers of carbon fiber filaments having a metal coating. With the improvement of electrical conductivity also deals Böttger-Hiller, F. et al, Materials Science and Engineering, 2015, 46 (8), 844-851 , One approach in this document is to increase the property spectrum of the carbon fiber reinforced plastics by metallizing the fiber component.

Das heißt, ein üblicher Ansatz zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit von Kohlenstofffasern ist das Einbeziehen von Metallkomponenten, entweder in die Struktur der Kohlenstofffasern eingefügt oder durch entsprechende Metallbeschichtung.That is, a common approach to improving the electrical conductivity of carbon fibers is to include metal components, either incorporated in the structure of the carbon fibers or by appropriate metal coating.

Kohlenstofffasern werden üblicherweise in einem kontinuierlichen Verfahren aus den Kohlenstoff-haltigen Ausgangsmaterialien hergestellt. Bei diesen Ausgangsmaterialien handelt es sich um Kohlenstoff-haltige Polymere, wie Polyacrylnitril, Polyvinylacetat aber auch Pech und andere geeignete Kohlenstoff-haltige Ausgangsmaterialien. Meist wird diesen zur besseren Verarbeitbarkeit und Polymerisation Zusatzstoffe hinzugefügt, wie Acrylate etc.Carbon fibers are usually made from the carbonaceous raw materials in a continuous process. These starting materials are carbon-containing polymers, such as polyacrylonitrile, polyvinyl acetate, but also pitch and other suitable carbonaceous starting materials. Most of these additives are added for better processability and polymerization, such as acrylates etc.

Bei der Endlosfaserherstellung werden Fasern im Mikrometerbereich hergestellt. Die Faserherstellung erfolgt üblicherweise durch Spinnen. Spinnen umfasst dabei ein Elektrospinnen, mit dem auch Fasern (im Folgenden auch Kohlenstoff-haltige Polymerfaser bezeichnet) im sub-mikrometer Durchmesserbereich hergestellt werden können. Dabei werden die Fasern mit sub-mikrometer Durchmesser aus einer Polymerlösung oder Polymerschmelze in einem elektrischen Feld hergestellt. Es können Fasern mit Durchmessern von < 1000 nm, < 500 nm, zum Beispiel < 300 nm bereitgestellt werden. In continuous fiber production, fibers are produced in the micrometer range. Fiber production usually takes place by spinning. Spinning involves electrospinning, which can also be used to produce fibers (also referred to below as carbon-containing polymer fibers) in the sub-micron diameter range. The fibers with sub-micrometer diameter of a polymer solution or polymer melt in one produced electric field. Fibers with diameters of <1000 nm, <500 nm, for example <300 nm can be provided.

Elektrogesponnene Kohlenstofffasern werden in verschiedensten Bereichen eingesetzt, zum Beispiel als Kohlenstofffasern in Batterien und Akkumulatoren. Eine Übersicht hierzu findet sich in Zhang, B. et al, Progress in Materials Science, 2016, 76, 319–380 . Ein Überblick über die Herstellung von Kohlenstoffnanofasern mit Elektrospinnen und anschließendem Carbonisieren ist von Inagaki, M. et al in Advanced Materials, DOI: 10.002/adma.201104940 dargestellt. Die Leitfähigkeitsmessung von elektrogesponnenen PAN-basierten Kohlenstoffnanofasern wird zum Beispiel von Wang, Y. et al im Journal of Materials Science Letters, 2002, 210, 1055–1057 beschrieben. Eine Charakterisierung von Kohlenstoffnanofasern erhalten durch elektrogesponnene PAN (Polyacrylnitril) Nanofaser Bündeln findet sich in Zhou, Z. et al, Polymer, 2009, 50, 2999–3006 . Die dort beschriebenen elektrischen Leitfähigkeiten liegen bei unter 1 × 10⁵ S/m. Electro-spun carbon fibers are used in a wide variety of fields, for example as carbon fibers in batteries and accumulators. An overview can be found in Zhang, B. et al, Progress in Materials Science, 2016, 76, 319-380 , An overview of the production of carbon nanofibers with electrospinning followed by carbonization is from Inagaki, M. et al Advanced Materials, DOI: 10.002 / adma.201104940 shown. The conductivity measurement of electrospun PAN-based carbon nanofibers is described, for example, by Wang, Y. et al in the Journal of Materials Science Letters, 2002, 210, 1055-1057 described. A characterization of carbon nanofibers obtained by electrospun PAN (polyacrylonitrile) nanofiber bundles can be found in Zhou, Z. et al, Polymer, 2009, 50, 2999-3006 , The electrical conductivities described therein are less than 1 × 10 ⁵ S / m.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung von Kohlenstofffasern, insbesondere sub-mikrometer Kohlenstofffasern, die verbesserte elektrische Leitfähigkeiten aufzeigen. It is an object of the present invention to provide carbon fibers, particularly sub-micron carbon fibers, which exhibit improved electrical conductivities.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Die Aufgabe wird durch Kohlenstofffasern gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern ist im Anspruch 7 beschrieben. Die Verwendung dieser erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern in elektrischen Leitern, Kondensatoren und Sensoren werden genannt. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern und das entsprechenden Herstellungsverfahren finden sich in den abhängigen Ansprüchen.The object is achieved by carbon fibers according to claim 1. A process for producing the carbon fibers according to the invention is described in claim 7. The use of these carbon fibers according to the invention in electrical conductors, capacitors and sensors are mentioned. Preferred embodiments of the carbon fibers according to the invention and the corresponding production method can be found in the dependent claims.

Das heißt in einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Kohlenstofffaser aus thermisch behandelten Kohlenstoff-haltigen Ausgangsmaterialien, wobei diese Kohlenstofffaser eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 × 10⁶ S/m, besonders mindestens 1 × 10⁷ S/m, hat.That is, in a first aspect, the present invention relates to a carbon fiber made of thermally treated carbonaceous raw materials, said carbon fiber having an electrical conductivity of at least 1 × 10 ⁶ S / m, particularly at least 1 × 10 ⁷ S / m.

In einer Ausführungsform handelt es sich dabei um Kohlenstofffasern, die einen sub-mikrometer Durchmesser aufweisen. In diesem Zusammenhang wird unter dem Ausdruck „sub-mikrometer Durchmesser“ ein durchschnittlicher Faserdurchmesser von < 1000 nm verstanden. In einer Ausführungsform ist dieser Durchmesser dabei ≤ 700 nm, wie ≤ 500 nm. Bevorzugt ist der Durchmesser dieser Kohlenstofffasereinheit ≤ 300nm, ≤ 200 nm.In one embodiment, these are carbon fibers having a sub-micron diameter. In this context, the term "sub-micrometer diameter" is understood to mean an average fiber diameter of <1000 nm. In one embodiment, this diameter is ≦ 700 nm, such as ≦ 500 nm. The diameter of this carbon fiber unit is preferably ≦ 300 nm, ≦ 200 nm.

Die Angabe zum Durchmesser bezieht sich dabei auf die Kohlenstofffaser nach thermischer Behandlung. Das heißt, die Kohlenstofffaser kann zu Beginn des Verfahrens oder im Anfangsstadium des Herstellungsverfahrens größere Durchmesser, zum Beispiel mehrere Mikrometer Durchmesser, aufweisen.The indication of the diameter refers to the carbon fiber after thermal treatment. That is, the carbon fiber may have larger diameters, for example several microns in diameter, at the beginning of the process or at the initial stage of the manufacturing process.

Alle Angaben zum Durchmesser und zur Durchmesseränderung beziehen sich immer auf den mittleren gemessenen Durchmesser. All information on diameter and diameter change always refer to the average measured diameter.

Die erfindungsgemäße Kohlenstofffaser zeichnet sich durch die elektrische Leitfähigkeit von mindestens 1 × 10⁶ S/m, wie mindestens 1 × 10⁷ S/m, aus. Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit kann mit üblichen Verfahren erfolgen, dem Fachmann sind diese Verfahren bekannt. Ein geeignetes Verfahren ist zum Beispiel das 4 Spitzen STM ( I. Miccoli, F. Edler, H. Pfnür, C. Tegenkamp, J. Phys.: Condens. Matter 2015, 27, 223201 ).The carbon fiber according to the invention is characterized by the electrical conductivity of at least 1 × 10 ⁶ S / m, such as at least 1 × 10 ⁷ S / m. The determination of the electrical conductivity can be carried out by conventional methods, those skilled in the art, these methods are known. A suitable method is, for example, the 4-peak STM ( I. Miccoli, F. Edler, H. Pfnür, C. Tegenkamp, J. Phys. Condens. Matter 2015, 27, 223201 ).

In einer Ausführungsform ist die elektrische Leitfähigkeit dabei mindestens 3 × 10⁶ S/m, wie mindestens 5 × 10⁶ S/m, insbesondere mindestens 1 × 10⁷ S/m.In one embodiment, the electrical conductivity is at least 3 × 10 ⁶ S / m, such as at least 5 × 10 ⁶ S / m, in particular at least 1 × 10 ⁷ S / m.

In einer Ausführungsform liegt die Leitfähigkeit bei mindestens 5 × 10⁷ S/m.In one embodiment, the conductivity is at least 5 × 10 ⁷ S / m.

Es zeigte sich, dass die mit den im Folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Kohlenstofffasern aus thermisch behandelten Kohlenstoff-haltigen Ausgangsmaterialien diese hohen elektrischen Leitfähigkeiten aufzeigen. Überraschenderweise zeigten diese Kohlenstofffasern insbesondere auch Kohlenstofffasern mit einem sub-mikrometer Durchmesser, verbesserte elektrische Leitfähigkeiten in einem Bereich, wie sie sonst nur mit Metallen erreicht werden. Dabei ist in einer Ausführungsform im Wesentlichen kein Metall, sei es als Ion oder als Beschichtung oder als reines Metall, in den Kohlenstofffasern enthalten. In einer anderen Ausführungsform können die Fasern metalldotiert sein.It was found that the carbon fibers obtained from the thermally treated carbonaceous starting materials obtained by the process according to the invention described below exhibit these high electrical conductivities. Surprisingly, these carbon fibers in particular also showed carbon fibers with a sub-micron diameter, improved electrical conductivities in a range that would otherwise be achieved only with metals. In one embodiment, essentially no metal, whether as an ion or as a coating or as a pure metal, is contained in the carbon fibers. In another embodiment, the fibers may be metal doped.

Bei den erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern aus thermisch behandelten Kohlenstoff-haltigen Ausgangsmaterialien handelt es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um gesponnene Kohlenstoff-haltige Polymerfasern, insbesondere elektrogesponnene Kohlenstoff-haltige Polymerfasern, die entsprechend einer thermischen Behandlung unterworfen werden.The carbon fibers according to the invention of thermally treated carbonaceous starting materials in a preferred embodiment are spun carbon-containing polymer fibers, in particular electrospun carbon-containing polymer fibers, which are subjected to a thermal treatment.

Die Ausgangsmaterialien für diese Kohlenstofffasern, die Kohlenstoff-haltigen Ausgangsmaterialien, sind übliche Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Kohlenstofffasern und schließen Polyacrylnitril (PAN), Polyvinylacetat (PVA), Pech oder Mischungen hiervon ein. Diese können weiterhin weitere Verarbeitungsmittel, wie z.B. PMMA oder Lösungsmittel enthalten. Es können übliche, kommerziell erhältliche Ausgangsmaterialien eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um Polymere, die neben den oben genannten Polymeren andere Anteile enthalten, wie zum Beispiel PMMA, MMA oder andere vernetzbare oder nicht vernetzbare Kohlenstoff-haltige Materialien.The starting materials for these carbon fibers, the carbonaceous starting materials, are common starting materials for making carbon fibers and include polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl acetate (PVA), pitch, or mixtures thereof. These can continue contain further processing agents, such as PMMA or solvents. Conventional, commercially available starting materials can be used. These are polymers which, in addition to the abovementioned polymers, contain other proportions, for example PMMA, MMA or other crosslinkable or non-crosslinkable carbonaceous materials.

In einer Ausführungsform sind die Ausgangsmaterialien solche aus Biopolymeren, so dass keine fossilen Ressourcen benutzt werden und eine CO₂-neutrale Herstellung möglich ist.In one embodiment, the starting materials are those of biopolymers so that no fossil resources are used and CO ₂ -neutral production is possible.

In einer Ausführungsform handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern um solche erhalten durch Elektrospinnen mit anschließender thermischer Behandlung, als Ausgangsmaterialien werden dabei Kohlenstoff-haltige Ausgangsmaterialien eingesetzt. Die erhaltenen Kohlenstofffasern weisen einen sub-mikrometer Durchmesser auf, bevorzugt in einem Bereich von ≤ 300 nm nach thermischer Behandlung, wobei zumindest die erste thermische Behandlung ein Verstrecken der elektrogesponnenen Kohlenstofffasern umfasst.In one embodiment, the carbon fibers according to the invention are those obtained by electrospinning with subsequent thermal treatment, starting materials used being carbonaceous starting materials. The obtained carbon fibers have a sub-micrometer diameter, preferably in a range of ≦ 300 nm after thermal treatment, wherein at least the first thermal treatment comprises stretching the electrospun carbon fibers.

Die erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern können dabei Teil von elektrischen Leitern sein. In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung somit elektrische Leiter enthaltend solche erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern, zum Beispiel in Form von Rovings. Die erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern können weiterhin Teil von Kondensatoren sein. Ebenfalls können die erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern Teil eines Sensors sein.The carbon fibers according to the invention can be part of electrical conductors. In a further aspect, the present invention thus relates to electrical conductors containing such carbon fibers according to the invention, for example in the form of rovings. The carbon fibers according to the invention can furthermore be part of capacitors. Likewise, the carbon fibers according to the invention can be part of a sensor.

In einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Anmeldung auf ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffasern. Dieses Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffasern, insbesondere Kohlenstofffasern mit einem sub-mikrometer Durchmesser, wobei diese Kohlenstofffaser eine Leitfähigkeit von mindestens 1 × 10⁶ S/m, wie mindestens 1 × 10⁷ S/m, aufweist, umfasst die Schritte Bereitstellen von Kohlenstoff-haltigen Polymerfasern, insbesondere gesponnenen, wie elektrogesponnenen Kohlenstoff-haltigen Polymerfasern;
erste Temperaturbehandlung dieser Kohlenstoff-haltigen Polymerfasern, insbesondere der gesponnenen Kohlenstoff-haltigen Polymerfasern, wie der elektrogesponnenen Kohlenstoff-haltigen Polymerfaser unter Erwärmung auf einen Bereich von 100°C bis 450°C, wie 100°C bis 350°C, insbesondere 200°C bis 350°C; zweite Temperaturbehandlung in einem Bereich von 600°C bis 1300°C, wie 800°C bis 1200°C, insbesondere 900°C bis 1150°C gegebenenfalls unter Vakuum, reduzierender Atmosphäre oder Schutzgasatmosphäre;
dritte Temperaturbehandlung der Kohlenstofffaser gegebenenfalls unter Schutzgas, Vakuum oder reduzierender Atmosphäre in einem Temperaturbereich von mindestens 1300°C bis 3000°C, wie 1300°C bis 2000°C, insbesondere 1400°C bis 1800°C,
dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Temperaturbehandlung derart erfolgt, dass die Faser zumindest zeitweise, wie permanent, einer Zugbelastung, insbesondere einer im wesentlich gleich bleibenden permanenten Zugbelastung, ausgesetzt ist.In a further aspect, the present application is directed to a process for producing carbon fibers. This method of producing carbon fibers, in particular carbon fibers having a sub-micron diameter, said carbon fiber having a conductivity of at least 1 × 10 ⁶ S / m, such as at least 1 × 10 ⁷ S / m, comprises the steps of providing carbon monoxide. containing polymer fibers, in particular spun, such as electrospun carbon-containing polymer fibers;
first temperature treatment of these carbon-containing polymer fibers, in particular the spun carbon-containing polymer fibers, such as the electrospun carbon-containing polymer fiber with heating to a range of 100 ° C to 450 ° C, such as 100 ° C to 350 ° C, in particular 200 ° C. up to 350 ° C; second heat treatment in a range of 600 ° C to 1300 ° C, such as 800 ° C to 1200 ° C, especially 900 ° C to 1150 ° C optionally under vacuum, reducing atmosphere or inert gas atmosphere;
third temperature treatment of the carbon fiber optionally under protective gas, vacuum or reducing atmosphere in a temperature range of at least 1300 ° C to 3000 ° C, such as 1300 ° C to 2000 ° C, in particular 1400 ° C to 1800 ° C,
characterized in that at least the first temperature treatment is carried out such that the fiber is at least temporarily, such as permanently, a tensile load, in particular a substantially constant permanent tensile load, exposed.

Die zweite und dritte Temperaturbehandlung können dabei kontinuierlich ineinander übergehen, das heißt das Aufheizprofil ist derart ausgestaltet, dass die zweite Temperaturbehandlung im genannten Temperaturbereich erfolgt und daran anschließend die dritte Temperaturbehandlung durchgeführt wird. Dabei kann die Aufheizrate kontinuierlich oder graduell ausgestaltet sein.The second and third temperature treatment can thereby continuously merge into each other, that is, the heating profile is designed such that the second temperature treatment is carried out in said temperature range and then the third temperature treatment is carried out thereafter. In this case, the heating rate can be configured continuously or gradually.

Die Zugbelastung kann auch in den weiteren Temperaturbehandlungen zumindest teilweise erfolgen. Die Zugbelastung kann in der ersten Temperaturbehandlung aber auch in den weiteren Temperaturbehandlungen wechselförmig erfolgen, wobei zu einigen Zeitpunkten der Temperaturbehandlungen keine Last anliegen kann.The tensile load can also be at least partially carried out in the further temperature treatments. The tensile load can be carried out alternating manner in the first temperature treatment but also in the further temperature treatments, wherein at some times of the temperature treatments no load can be applied.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist die Schritte der ersten, zweiten und dritten Temperaturbehandlung auf. Ein wesentlicher Aspekt hierbei ist, dass bei der ersten Temperaturbehandlung der bereitgestellten Kohlenstoff-haltigen Polymerfaser (auch als Faser bezeichnet) auf einen Bereich von 100°C bis 450°C erwärmt wird. Geeignete Bereiche umfassen zum Beispiel 100°C bis 350°C, insbesondere 200°C bis 350°C.The inventive method comprises the steps of the first, second and third temperature treatment. An essential aspect of this is that in the first temperature treatment of the provided carbon-containing polymer fiber (also referred to as fiber) is heated to a range of 100 ° C to 450 ° C. Suitable ranges include, for example, 100 ° C to 350 ° C, especially 200 ° C to 350 ° C.

Bei dieser ersten Temperaturbehandlung, die gegebenenfalls unter Luft, Schutzgasatmosphäre, Vakuum oder reduzierender Atmosphäre durchgeführt werden kann, findet eine zumindest zeitweise, wie permanente, Zugbelastung der Faser oder Fäden statt. Das heißt, zumindest teilweise, wie über den gesamten Zeitraum, der Temperaturbehandlung, die über mehrere Stunden erfolgen kann, liegt eine Zugbelastung zur Verstreckung der Faser an. Diese Zugbelastung kann dabei derart erfolgen, dass diese Zugbelastung über den gesamten Behandlungszeitraum im Wesentlichen gleich bleibt. Alternative Ausführungsformen schließen eine Zugbelastung ein, bei der die Zugbelastung über die Zeit zunimmt, über die Zeit abnimmt oder wobei die Zugbelastung sich mehrfach verändert ohne dass die Faser beziehungsweise der Faden nicht unter Belastung steht. Ein Lastprofil mit zeitweiser Entlastung, die Fasern also lastfrei sind, ist auch möglich.In this first temperature treatment, which may optionally be carried out under air, inert gas atmosphere, vacuum or reducing atmosphere, an at least temporary, such as permanent, tensile load of the fiber or filaments takes place. That is, at least in part, as over the entire period of time, the temperature treatment, which can take place over several hours, is a tensile load to the drawing of the fiber. This tensile load can be carried out in such a way that this tensile load remains essentially the same over the entire treatment period. Alternative embodiments include a tensile load in which the tensile load increases over time, decreases over time, or where the tensile load changes several times without the fiber or filament being under load. A load profile with temporary relief, the fibers are thus load-free, is also possible.

Es wird davon ausgegangen, dass durch die Verstreckung die Struktur der Faser beziehungsweise Fäden derart verändert wird, dass die Ausbildung erhöhter Leitfähigkeit gefördert wird.It is assumed that the stretching of the structure of the fiber or filaments is changed so that the formation of increased conductivity is promoted.

In einer Ausführungsform erfolgt die Verstreckung während der ersten Temperaturbehandlung derart, dass die Verringerung des Durchmessers der Faser beziehungsweise der Fäden in diesem Behandlungsschritt um mindestens 10%, wie 15% erfolgt. Im Rahmen dieser Temperaturbehandlung findet gegebenenfalls die Zyklisierung des Polymers in den Fäden statt. Teilweise werden diese Fäden in der Literatur bereits als Fasern bezeichnet, teilweise heißt es in der Literatur erst ab Zyklisierung oder sogar nach entsprechenden weiteren Temperaturbehandlungen, die auch als Dehydrierung oder Denitrifizierung bezeichnet werden, erst Kohlenstofffaser. In one embodiment, the stretching during the first temperature treatment is carried out such that the reduction of the diameter of the fiber or the threads in this treatment step by at least 10%, such as 15%. As part of this temperature treatment, if necessary, the cyclization of the polymer takes place in the threads. Partially, these threads are already referred to in the literature as fibers, sometimes it is in the literature only from cyclization or even after corresponding further temperature treatments, which are also referred to as dehydration or denitrification, only carbon fiber.

Wie gesagt, bei der ersten Temperaturbehandlung (manchmal auch in der Literatur als Zyklisierung bezeichnet) findet ein Vertrecken der Faser unter zumindest teilweisen, wie permanenten, Zug, insbesondere unter gleich bleibender permanenter Zugbelastung statt. In einer Ausführungsform wird diese erste Temperaturbehandlung unter Zugbelastung für mindestens eine Stunde, wie mindestens fünf Stunden, zum Beispiel mindestens acht Stunden, statt. Der Durchmesser der Fäden beziehungsweise der Faser wird während dieser ersten Temperaturbehandlung um zum Beispiel mindestens 10%, wie mindestens 15%, reduziert.As I said, in the first temperature treatment (sometimes referred to as cyclization in the literature) takes place a stretching of the fiber under at least partial, such as permanent, train, in particular under constant permanent tensile load. In one embodiment, this first temperature treatment is carried out under tensile load for at least one hour, such as at least five hours, for example at least eight hours. The diameter of the filaments or fiber is reduced during this first temperature treatment by, for example, at least 10%, such as at least 15%.

Die Faser schrumpft während der gesamten Verfahrensschritte, um mindestens 30 %, insbesondere mindestens 35 %, wie mindestens 40 %.The fiber shrinks during the entire process steps by at least 30%, in particular at least 35%, such as at least 40%.

Die gesamte Durchmesseränderung von unbehandelter Kohlenstoff-haltiger Polymerfaser zum Endprodukt beträgt also mindestens 30 %, wie mindestens 35 %, zum Beispiel mindestens 40 %.The total diameter change from untreated carbon-containing polymer fiber to the final product is thus at least 30%, such as at least 35%, for example at least 40%.

Der ersten Temperaturbehandlung anschließend erfolgt die zweite Temperaturbehandlung, die auch in der Literatur als Dehydrierung bezeichnet wird. In dieser zweiten Temperaturbehandlung wird die verstreckte Kohlenstofffaser, die insbesondere eine verstreckte gesponnene Kohlenstofffaser, wie eine verstreckte elektrogesponnene Kohlenstofffaser ist, auf einen Bereich von 600°C bis 1300°C, wie 800°C bis 1200°C, zum Beispiel auf einen Bereich von 900°C bis 1150°C erwärmt. Diese Erwärmung erfolgt dabei derart, dass keine oder nur eine sehr geringe CO oder CO₂ Ausbildung erfolgt, das heißt, diese Temperaturbehandlung erfolgt gegebenenfalls unter Vakuum, unter reduzierender Atmosphäre oder Schutzgasatmosphäre.The first temperature treatment is then followed by the second temperature treatment, which is also referred to in the literature as dehydration. In this second heat treatment, the drawn carbon fiber, which is particularly a stretched spun carbon fiber such as a stretched electrospun carbon fiber, is in a range of 600 ° C to 1300 ° C, such as 800 ° C to 1200 ° C, for example, in a range of Heated to 900 ° C to 1150 ° C. This heating takes place in such a way that no or only a very small CO or CO ₂ formation takes place, that is, this temperature treatment is optionally carried out under vacuum, under reducing atmosphere or inert gas atmosphere.

Geeignete Maßnahmen sind zum Beispiel ein Hochvakuum mit < 10^–4 Millibar, die Verwendung von Schutzgas, wie Argon oder andere bekannte Schutzgase unter Atmosphärendruck, sowie die Verwendung von reduzierenden Gasgemischen, zum Beispiel solche aus Argon und Wasserstoff aber auch andere bekannte Maßnahmen. Wichtig ist hierbei, dass keine Verbrennung der Faser einsetzt, das heißt, dass der Sauerstoffgehalt möglichst gering ist und bevorzugt im Bereich von wenigen ppm oder weniger liegt.Suitable measures are, for example, a high vacuum <10 ^-4 millibar, the use of inert gas, such as argon or other known shielding gases under atmospheric pressure, and the use of reducing gas mixtures, for example those of argon and hydrogen, but also other known measures. It is important that no combustion of the fiber begins, that is, that the oxygen content is as low as possible and preferably in the range of a few ppm or less.

Die zweite Temperaturbehandlung kann über einen üblichen Zeitraum erfolgen, zum Beispiel ist die Dauer der zweiten Temperaturbehandlung in einem Bereich von wenigen Minuten bis einigen Stunden, z.B. etwa eine Stunde. Es kann auch eine Temperaturbehandlung derart gewählt werden, dass der genannte Temperaturbereich in der genannten Zeit durchlaufen wird, das heißt während dieser Temperaturbehandlung kann die Temperatur vom unteren Temperaturbereich zum oberen Temperaturbereich ansteigen, so dass ein Übergang zum dritten Temperaturbereich stattfindet.The second temperature treatment may be over a conventional period, for example, the duration of the second temperature treatment is in the range of a few minutes to several hours, e.g. about an hour. It is also possible to choose a temperature treatment such that said temperature range is passed through in said time, that is, during this temperature treatment, the temperature can rise from the lower temperature range to the upper temperature range, so that a transition to the third temperature range takes place.

Der zweiten Temperaturbehandlung schließt sich die dritte Temperaturbehandlung an, wobei die Temperatur in der dritten Temperaturbehandlung oberhalb der Temperatur der zweiten Temperaturbehandlung liegt. Bei dieser dritten Temperaturbehandlung findet ein weiteres Carbonisieren und Abspalten anderer Elemente aus der Kohlenstofffaser statt. Diese dritte Temperaturbehandlung der Kohlenstofffaser muss ebenfalls unter Schutzgas, Vakuum oder reduzierender Atmosphäre erfolgen. Geeignete Maßnahmen sind oben genannt. Der Temperaturbereich dieser dritten Temperaturbehandlung liegt dabei in einem Bereich von mindestens 1300°C bis 3000°C, wie 1300°C bis 2000°C, insbesondere 1400°C bis 1800°C.The second temperature treatment is followed by the third temperature treatment, wherein the temperature in the third temperature treatment is above the temperature of the second temperature treatment. In this third temperature treatment, further carbonization and cleavage of other elements from the carbon fiber takes place. This third temperature treatment of the carbon fiber must also be carried out under protective gas, vacuum or reducing atmosphere. Suitable measures are mentioned above. The temperature range of this third temperature treatment is in a range of at least 1300 ° C to 3000 ° C, such as 1300 ° C to 2000 ° C, in particular 1400 ° C to 1800 ° C.

Die dritte Temperaturbehandlung kann somit zum Beispiel bei einer Temperatur von mindestens 1300°C, insbesondere mindestens 1450°C unter Schutzgas, reduzierender Atmosphäre oder Vakuum erfolgen. Im Zuge dieser Hochtemperaturbehandlung erfolgt ein Abspalten der anderen Elemente, um die Kohlenstofffaser bereitzustellen.The third temperature treatment can thus be carried out, for example, at a temperature of at least 1300 ° C., in particular at least 1450 ° C. under protective gas, reducing atmosphere or vacuum. In the course of this high temperature treatment, the other elements are split off to provide the carbon fiber.

Die dritte Temperaturbehandlung findet dabei über einen bekannten Zeitraum statt, zum Beispiel mindestens 1–20h, wie 5–15h, insbesondere 8–12h.The third temperature treatment takes place over a known period, for example at least 1-20h, such as 5-15h, especially 8-12h.

In einem weiteren Aspekt wird schließlich eine Kohlenstofffaser mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 1 × 10⁶ S/m, wie mindestens 1 × 10⁷ S/m, bereitgestellt, erhältlich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei aus Polymer erhältlichen Fäden, zum Beispiel elektrogesponnene Fäden oder in anderer Art und Weise gesponnene Fäden, ist es möglich, die genannte Leitfähigkeiten zu erhalten.In another aspect, finally, a carbon fiber having an electrical conductivity of at least 1 × 10 ⁶ S / m, such as at least 1 × 10 ⁷ S / m, is provided, obtainable by the method according to the invention. By applying the method according to the invention to threads available from polymer, for example electrospun threads or threads spun in other ways, it is possible to obtain said conductivities.

Die erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern sind besonders vorteilhaft, da sie eine geringe Dichte, einen geringen thermischen Ausdehnungskoeffizient aufweisen, darüber hinaus sind verschiedene Anwendungen möglich, zum Beispiel als Wicklungen für Spulen, als Kondensatoren, Sensoren oder in Hochfrequenzschaltungen sowie anderen elektrischen Leitern.The carbon fibers according to the invention are particularly advantageous because they have a low density, a low coefficient of thermal expansion, beyond various applications possible, for example, as windings for coils, as capacitors, sensors or in high-frequency circuits and other electrical conductors.

Die Erfindung stellt schließlich entsprechende elektrische Leiter enthaltend erfindungsgemäße Kohlenstofffasern bereit, diese elektrischen Leiter beziehungsweise modifizierten Kohlenstofffasern können Bestandteile von Kondensatoren, Sensoren aber auch Hochfrequenzschaltungen etc. sein.Finally, the invention provides corresponding electrical conductors comprising carbon fibers according to the invention, these electrical conductors or modified carbon fibers can be constituents of capacitors, sensors, but also high-frequency circuits, etc.

Sie eignen sich insbesondere als Ersatz für bisherige Leiter auf metallischer oder keramischer Basis, wobei hohe Anforderungen an elektrische Leitfähigkeit, hohe Ladungsträgerbeweglichkeiten, Masse, mechanische Festigkeit sowie chemische Stabilität bei Raumtemperatur gestellt werden.They are particularly suitable as a replacement for previous conductors on a metallic or ceramic basis, with high demands are placed on electrical conductivity, high charge carrier mobilities, mass, mechanical strength and chemical stability at room temperature.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert, ohne darauf beschränkt zu sein:In the following, the invention is explained in more detail by means of examples, without being limited thereto:

Beispiel 1example 1

Zur Herstellung der Fasern wird Polyacrylnitril (PAN), zum Beispiel 150 mg Dralon^TM in 1 mL Dimethylformamid als Ausgangsmaterial genutzt und aus diesen mittels Elektrospinning (200 bis 1000 nm) dünne Fäden gesponnen. Die Lösemittelkonzentration von PAN in DMF (weitere Lösemittel möglich und deren Kombinationen) liegt im Bereich von 100 bis 200 mg·mL^–1. Dazu werden je nach Konzentration der Lösung eine Spannung von 10 bis 25 kV angelegt, ein Polymerschub von 0,5 bis 2 mL·h^–1 und Kollektorabstand von 10 bis 25 cm gewählt. Die gesponnenen Fasern werden auf einem drehenden Kollektor aufgefangen und somit orientiert abgelegt, wobei die Umlaufgeschwindigkeit des Kollektors 5 bis 20 m·s^–1 beträgt. Die erhaltenen Polymerfasern werden bei leichter Erwärmung (200 bis 300 °C) und unter Zug einer Kraft von 3 bis 5 N gestreckt. Die Streckzeit beträgt bis zu 15 Stunden. Anschließend werden die Fasern unter reduzierender Atmosphäre für bis zu 15 Stunden auf 1000 bis 1200 °C erhitzt. Die abschließende Wärmebehandlung erfolgt ebenfalls bis zu 15 Stunden bei Temperaturen zwischen 1500 und 3000 °C.To produce the fibers, polyacrylonitrile (PAN), for example 150 mg of Dralon ^™ in 1 mL of dimethylformamide, is used as starting material and spun from these by means of electrospinning (200 to 1000 nm) thin threads. The solvent concentration of PAN in DMF (other solvents possible and their combinations) is in the range of 100 to 200 mg · mL ^-1 . For this purpose, depending on the concentration of the solution, a voltage of 10 to 25 kV is applied, a polymer thrust of 0.5 to 2 mL · h ^-1 and collector distance of 10 to 25 cm chosen. The spun fibers are collected on a rotating collector and thus deposited oriented, the circulation speed of the collector is 5 to 20 m · s ^-1 . The obtained polymer fibers are stretched under gentle heating (200 to 300 ° C) and under tension of 3 to 5N. The stretching time is up to 15 hours. Subsequently, the fibers are heated under reducing atmosphere for up to 15 hours at 1000 to 1200 ° C. The final heat treatment is also carried out for up to 15 hours at temperatures between 1500 and 3000 ° C.

Experimente und Daten, die die Lösung der Aufgabe dokumentierenExperiments and data documenting the solution of the task

Elektrospinning mit thermischer Nachbehandlung und Leitfähigkeitsmessungen.Electrospinning with thermal aftertreatment and conductivity measurements.

zeigt Widerstandsmessungen an hochleitfähigen kohlenstoffbasierten Fasern. Die Widerstände von einzelnen Fasern, wie im SEM Bild gezeigt, wurde mithilfe eines 4-Spitzen STM/SEMs (nach I. Miccoli, F. Edler, H. Pfnür, C. Tegenkamp, J. Phys.: Condens. Matter 2015, 27, 223201 ) vermessen. shows resistance measurements on highly conductive carbon-based fibers. The resistances of individual fibers, as shown in the SEM image, were measured using a 4-tip STM / SEM (after I. Miccoli, F. Edler, H. Pfnür, C. Tegenkamp, J. Phys. Condens. Matter 2015, 27, 223201 ).

Die Messungen wurden im makroskopischen Maßstab am Bulkmaterial bestätigt. Die makroskopische Widerstandmessung wurde an Proben mit einer Länge im Zentimeter-Bereich durchgeführt. In diesen makroskopischen Messungen wurden ebenfalls Leitfähigkeiten von mindestens 1 × 10⁶ S/m, einschließlich mindestens 1 × 10⁷ S/m, gefunden. The measurements were confirmed on a bulk scale on the bulk material. The macroscopic resistance measurement was carried out on samples with a length in the centimeter range. Conductivities of at least 1 x 10 ⁶ S / m, including at least 1 x 10 ⁷ S / m, were also found in these macroscopic measurements.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

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I. Miccoli, F. Edler, H. Pfnür, C. Tegenkamp, J. Phys. Condens. Matter 2015, 27, 223201 [0050]

Claims

Carbon fiber of thermally treated carbonaceous starting materials, preferably wherein said carbon fiber has a sub-micron diameter, characterized in that said carbon fiber has an electrical conductivity of at least 1 x 10 ⁶ S / m, such as at least 1 x 10 ⁷ S / m.

Carbon fiber according to claim 1, characterized in that this fiber has no metal coating or metal conductive nanoparticles, in particular no metals.

Carbon fiber according to claim 1 or 2, wherein it is obtained from spun carbon-containing polymer fiber, in particular electrospun carbon-containing polymer fiber.

Carbon fiber according to one of the preceding claims, wherein the diameter of these is ≤ 300 nm, preferably ≤ 200 nm.

A carbon fiber according to any one of the preceding claims, wherein the carbonaceous raw material is a polymer having proportions of polyacrylonitrile, polyvinyl acetate, pitch or mixtures thereof.

Carbon fiber according to one of the preceding claims, wherein the carbon-containing starting materials are biopolymers.

A process for producing a carbon fiber, in particular having a sub-micron diameter, with a conductivity of at least 1 × 10 ⁶ S / m, such as at least 1 × 10 ⁷ S / m, comprising the steps of providing the carbon-containing polymer fiber, in particular spun such as electrospun carbon-containing polymer fiber; first temperature treatment of this carbon-containing polymer fiber, in particular the spun carbon-containing polymer fiber, such as the electrospun carbon-containing polymer fiber with heating to a range of 100 ° C to 450 ° C, such as 100 ° C to 350 ° C, in particular 200 ° C. up to 350 ° C; second heat treatment in a range of 600 ° C to 1300 ° C, such as 800 ° C to 1200 ° C, especially 900 ° C to 1150 ° C optionally under vacuum, reducing atmosphere or inert gas atmosphere; third temperature treatment of the carbon fiber optionally under inert gas, vacuum or reducing atmosphere in a temperature range of at least 1300 ° C to 3000 ° C, such as 1300 ° C to 2000 ° C, in particular 1400 ° C to 1800 ° C, characterized in that at least the first Temperature treatment is carried out such that the fiber, at least temporarily, such as permanently, a tensile load, in particular a substantially constant permanent tensile load is exposed.

A method of producing the carbon fiber according to claim 7, wherein the first temperature treatment for reducing the diameter of the carbon fiber by at least 10% with simultaneous stretching under at least temporary, such as permanent, tensile load.

Process for the production of the carbon fiber according to claim 7 or 8, characterized in that the at least temporary, such as permanent, tensile load is one, wherein over time the tensile force increases or is kept constant.

Process for producing the carbon fiber according to one of claims 7 to 9, characterized in that this process is carried out continuously or as a batch process.

A method of producing the carbon fiber according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the carbon-containing polymer fiber provided is sub-micron diameter carbon-containing polymer fiber produced by spinning, in particular electrospinning.

Process for the production of a carbon fiber according to one of claims 7 to 11, characterized in that the first temperature treatment takes place at least temporarily, such as permanently, under a tensile load for at least one hour, such as at least 5 hours, in particular at least 8 hours.

A process for producing a carbon fiber according to any one of claims 7 to 12, wherein the step of the second temperature treatment under a protective gas, vacuum or reducing atmosphere in a temperature range of 600 ° C to 1300 ° C, such as 800 ° C to 1200 ° C, in particular 900 ° C is carried out to 1150 ° C.

A method for producing a carbon fiber according to any one of claims 7 to 13, characterized in that the third temperature treatment at a temperature of at least 1300 ° C to 3000 ° C, such as 1300 ° C to 2000 ° C, in particular 1400 ° C to 1800 ° C is carried out under protective gas, reducing atmosphere or vacuum.

Carbon fiber having an electrical conductivity of at least 1 × 10 ⁶ S / m, such as at least 1 × 10 ⁷ S / m, obtainable by a process according to one of Claims 7 to 14.

An electrical conductor comprising a carbon fiber according to any one of claims 1 to 6 or 15.

Capacitors containing a carbon fiber according to one of claims 1 to 6 or 15.

Sensors comprising a carbon fiber according to one of claims 1 to 6 or 15.