DE1469498A1

DE1469498A1 - Faeden,Garne und Gewebe aus Kohle und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1469498A1
Application number: DE19651469498
Authority: DE
Inventors: Stroup Robert Ch; Higgs Philip H
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1964-08-31
Filing date: 1965-08-28
Publication date: 1969-04-30
Also published as: GB1122645A

Description

26« August 1965 Gzy/goe

UNION CARBIDE CORPORATIOW

Fäden1 Garne und Gewebe aus Kohle und Verfahren zu Ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft Fäden, Garne und Gewebe aus Kohle von verbesserter Festigkeit und Verfahren asu ihrer Herstellung.

Ss sind schon biegsasie Fäden« Garne und Gewebe aus Kohle bekannt« welche die Eigenschaften von üblichen Txtilien besitzen» zusammen nit den physikalischen und chemischen Eigenschaften von kohlen= stoffhaltigen Material· Die Herstellung solcher Fäden und Garne aus !cellulosehaltigen Stoffen 1st beispielsweise in den US-Patentschriften No· 3 011 991 und No· 3 107 152 beschrieben*

Die einzelnen nach diesen Verfahren hergestellten Fäden und die daraus gewonnenen Textilien haben eine genügende Festigkeit* so daß Sie für sehr zahlreiche Zwecke verwendet werden kennen· Bs ist aber natürlich erwünscht, Fäden oder Garne aus Kohle ■it besserer Festigkeit und einer höheren Biegsamkeit zu er» halten·

Es wurde nun gefunden, daß Fäden oder Garne aus Kohle diese eigenschaften besitzen, wenn die einzelnen Fäden oder die Garne an ihrer Oberfläche mit pyrolytisch niedergeschlagenem Kohlen« stoff übersogen sind·

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Bei derartigen garnen aua Kohl· oder Graphit ist der Überzug aua pyrolytisch niedergeschlagene« Kohlenstoff auf der Oberfläche jede« einseinen Fadens, der das Garn bildet, niedergeschlagen« und nicht lediglich auf der äußeren Oberfläche des Garnes selbst« Nachstehend wird beispielsweise die Behandlung von Garnen beschrieben« Bs versteht sich aber, daß dasselbe Verfahren auch bei Fäden anwendbar istο

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet₍ daß man das Garn in erhitzte« Zustande in Berührung bringt mit eine« Gasstrom, welcher einen Kohlenwasserstoff enthalte Dieser Kohlenwasserstoff hat hierbei eine crack-Temperatur unterhalb der Tenperatur des Garnes; hierbei wird pyrolytisch Kohlenstoff auf und in den Garn niedergeschlagene

Die Zeichnung erläutert beispielsweise das Verfahren und eine für seine Durchführung geeignete Vorrichtung« , '*■

Diese Vorrichtung besitzt zwei Sollen 10 und 12 »um Abwickeln und Aufwickeln des Garnes. Zwischen diesen Rollen läuft das Garn aus Kohlenstoff l4. Das Garn läuft von der Abwickelrolle 10 über mehrere Spannrollen l6 und dann über ein Paar voneinander entfernten elektrisch leitenden Hader l8, die zweckmäöigerweise aus Graphit bestehen· Hierbei durchläuft das Garn die Kammer 20» Wenn das Garn Ik in dieser Weise gespannt ist, kann das Verfahren beginnen«

Das Garn 1% wird über zwei voneinander entfernte elektrisch leitende Räder l8 geführt« an welchen mittels der Kupferwellen 23 und der Stromquelle 22 eine Spannung angelegt 1st ο Da daa Garn Ik elektrisch leitend ist und in Berührung mit den Rädern l8 steht, wird es durch den Widerstand de* hindurchlaufenden Stroms geheist. Die Temperatur des Garnes tk zwischen den Rädern wird

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vor&ugsweise bei l800 bis 2300 °C gehalten» Die Temperatur wird durch die Stärke des hindurchlaufenden Stromes geregelt. 0*s Garn Ik läuft durch die Kummer 20 hindurch« die zweckmäßiger« weise durch Wasser gekühlt ist* Man kann die Temperatur des Garnes Mittels eines Pyrometers durch ein Schauloch 21 in der Kanuner 20 beobachten· Xn die Kammer wird durch einen Einlaß und mehrere Verteilungelöcher 24 ein Gasgemisch eingelassen, dessen crack-Teraperatur unterhalb der Temperatur des Garnea Ik liegt α Bei Berührung mit dem heißen Garn wird der gasförmige Kohlenwasserstoff gecrackt« Hierbei entsteht eine dünn® Schicht von pyrolytisch niedergeschlagenem Kohlenstoff auf dem Garn und auf seinen einseinen Fäden» Die Kammer 20 und die elektrisch leitenden Räder i8 sind in einer nicht abgebildeten isolieren« den Umhüllung angeordnet· Diese Umhüllung wird kontinuierlich mit Argon oder mit einem anderen Inertgas gespült, um eine Oxydation des Garnes ik zu verhindern· Man kann aber auch das Verfahren in einer evakuierten Kammer durchführen, wobei ebenfalls die Oxydation des Garnes verhindert wird·

Anstelle der beschriebenen Vorrichtung können natürlich auch ander« Vorrichtungen verwendet werden« die den denselben Zweck erfüllen· Man kann κ·Β« das Garn in der Kammer durch Strahlung oder Induktion bis auf die gewünschte Temperatur aufheizen» Man kann ferner eine in ύ·τ Textilindustrie bekannte Vorrichtung verwenden« um das Garn beim Durchlaufen durch die Kammer 20 entgegen seinem Drall au öffnen, so daß die einseinen Fäden des Garn·· leichter mit dem Kohlenwasserstoff in Berührung kommen} nachher kann das Garn wieder auf gedrillt werden ο

Bei der Durchführung des Verfahrens müssen verschiedene veränderlich· Funkte berücksichtigt werdenο Zu diesen gehören«

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a) Die Temperatur 4·« Garnes, die natürlich gleichseitig die Temperatur ist, bei «reicher der Kohlenstoff niedergeschlagen wird· Vorzugsweise «oll diese Temperatur wenige Grade bis zu einigen hundert Graden Celsius über der crack-Temperatür des Kohlenwasserstoffs liegen. Für Methan liegt die geeignete Temperatur «irischen ΐβΟΟ und 2300 ⁹C, wobei innerhalb dieses Xemperaturintervalles Temperaturänderungen auch die eigenschaften des Sndproduktes ändern« Venn das au behandelnde Garn au» Sohle nicht schon früher während seiner Herstellung auf Temperaturen erhitst worden ist, die so hoch sind wie die hier verwendeten Temperaturen, so sollte es bei solchen Temperaturen vorbehandelt werden, um etwa vorhandene flüchtige Bestandteile zu entfernen, die das überziehen sturen können«

b) Vlehtlg ist auch die Zusammensetzung des Gasgemisches, Verschiedene gasförmige Kohlenwasserstoffe wie Methan, Propan« Athen, für sich oder im Gemisch miteinander, auch zusammen mit inerten Gasen, wie Argen, Wasserstoff oder Helium, sind geeignet. Besonders vorzuziehen ist ein Gemisch aus Methan und Argon· Diese letzteren Gasgemische enthalten vorzugsweise auf 100 Volumteile Argon 20 bis 120 Volumteile Methan· Allgemein kann gesagt werden, daß die Festigkeit des Garnes erhöht wird bei Steigerung der Methan-Konzentration und bei Steigerung der Abscheldungstemperav tür. Bs sei bemerkt» daß bei der Durchführung des Verfahrene unter einem verminderten Druck der Gehalt an Methan höher liegen kann als oben erwähnt ist·

C) Wichtig sind ferner die Menge des Gase», das durch die Vorrichtung strömt, und _

d) die Ftfrdergeschwindigkeit des Garne« durch die Kammer 20 hindurch· ..""·■'■'

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Per Punkt ο) ist wichtig, weil es notwendig ist, daß das Gas in genügender Meng·,vorhanden ist und Mit einer solchen Geschwindigkeit geführt wird) daß es in das Innere des Garnes eindringt und in Berührung gelangt mit den einzelnen Fäden. Der Punkt d) ist wichtig« weil man das erhitzte Garn genügend lange in der Kammes» belassen muß, um eine thermische Zersetzung des Kohlenwasserstoffs und ein Überziehen der einsseien Fäden zu erreichen·

Ss lassen sich natürlich nicht optimale Bedingungen für jeden dieser einzelnen Punkte festlegen« Sie sind voneinander abhängig und hängen auch von dem Ua£ang des zu behandelnden Garne« und von den Abmessungen der Kammer ab. Man kann aber sagen, daß bei einer gegebenen Temperatur, einer gegebenen Konzentration des Kohlenwasserstoffs und einer gegebenen Geschwindigkeit die Verweilzeit genügen, muß, um die Mehrzahl der einzelnen Fäden mit Kohlenstoff asu überziehen; die Verweilzelt darf aber nicht so lang sein« daß der Überzug zu dick und das Garn damit spröde wird· Im Einzelfall kann ein Fachmann das Verfahren leicht so einstellen, wie es gewünscht wird·

Beispiel I

Bin Garn aus Kohle, das vorher auf 2200 ⁰C erhitzt war, wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 270 na/ph durch die Kammer geführt· Das Gasgemisch, das auf loo Volumteile Argon 29 Voluaiteil· Methan enthielt, wurde mit einer Strömungsgeschwindi^öit von etwa I₁I «³/ph durch die Kammer geführt. Die Te»p«re*tü/ d«a Garne· in der Kammer betrug 2200 °C· Man erhielt ein Garn aus iO Strängen aus einem Material von 5800 Denier mit ^fcl*tWÄ einem Drall je Zentimeter. ^b£tSf

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Bei der Behandlung wurden die meisten Einzelfäden de« Garnes mit einein dünnen überzug von pyrolytisch niedergeschlagener Kohle versehen« Die Festigkeit des so behandelten Garnes lag 36O % höher, als die Festigkeit des ursprünglichen nicht mit Kohlenstoff überzogenen Garnes aus Graphit«

Man sieht _f daß die Festigkeit von biegsamen Garnen aus Kohle durch das beschriebene kontinuierliche Verfahren wesentlich erhöht worden ist. Derartig behandelte Garne können beispielsweise als Verntärkungsmaterial verwendet werden.

Für den erzielten Erfolg sind möglicherweise die nachstehenden Umstände maßgebend:

1. Die Festigkeit Jedes einzelnen Fadens wird erhöht durch d£e feste Schicht von pyrolytisch niedergeschlagenem Kohlenstoff.

2ο Die Reibungskräfte zwischen den einzelnen Fäden werden erhöht, so daß das Garn eine stärkere Beanspruchung aushalten kann₀

3. Werden die einzelnen Fäden mittels des niedergeschlagenen

Kohlenstoffs miteinander verbunden«

Im allgemeinen kann festgestellt werden, daß erfindungsgemäß behandelte Garne aus Kehlenstoff eine etwa dreimal so hohe Zugfestigkeit haben als unbehandftlte Garne, einen um etwa das dreifache verringerten elektrischen Widerstand und eine um da* etwa Dreifache erhöhte thermische Leitfähigkeit bei Raumtemperatur} gleichseitig behalten die Garne die erwünschte Biegsamkeit·

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Da· Verfahren der Erfindung kann beispielsweise auch dadurch abgeändert Werden, daß «an zusätzliche gasförmige Stoffe,
s.8· d#n Panpf von Silizium oder Bor, in da* Gasgemisch ein·· führt, wobei die silikonisierte oder Bor enthaltende pyroly* tische überzüge erhalten werden« ■ .

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Claims

26ο August 1965 ßsy/goe

Patentansprüche

Biegsames aus Fäden aus Kohle bestehendes Garn mit verbesserten Pestigkeitseigensekaften, d a d.w r c h gekennzeichnete daß <äi® Mehrsaiil der Fäden das Garne® und das Garn selbst mit einem Üüeraug aus pyrolytisch niedergeschlagenem Kohlenstoff versehen sind»

2« Verfahren zur Herstellung eines Garnes nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet, daß man das Garn bei erhöhter Temperatur mit eines: gasförmige Kohlenwasserstoffe enthaltenden Gasstrom in Berührung bringt« wobei die Tempera» tür des Garnes üher der Cracisteraperatur des Kohlenwasserstoffs liegt:*,.

3» Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge&ennseie h» net« daß das.verwendete Garn aus Kohle besteht»

β Verfahren nach Anspruch 2 oder 3_sd&durch gekennzeichnet« daß man ein Gasgemisch verwendet, welches Methan, Propan« Äthan oder Gemische dieser Kohlenwasserstoffe enthält ο

5ο Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis k_t dadurch gekennzeichnet« daß das Garn ©ine Temperatur von l800 bis 2000 ⁰C hat« die vorsugsweise durch Hindurehielten eines elektrischen Stromes e.rseugt wird ο

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