DE1646445B2 - Anordnung zur Herstellung kontinuierlicher Längen von Kohlenstoffasern hoher Festigkeit und hohen Young-Moduls - Google Patents

Description

Längen verfügbar zu haben, wie man sie im Textilienzusammenhang versteht und die z.B. zur Verarbeitung in einer Webmaschine geeignet sind.

Die zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Anoidnung zur Herstellung kontinuierlicher Längen von Kohlenstoffaserwerg oder -garn der eingangs genannten Art ist gekennzeichnet durch einen für die Aufrechterhaltung der Oxydationsbedlngungen eingerichteten Ofen mit innerhalb des Ofens angeordnetea, der Führung und dem Transport des Faserwergs oder Garns durch den Ofen mit bestimmter Geschwindigkeit dienenden, das Werg oder Garn gespannt haltenden und dessen Länge kontrollierenden Halte- und Antriebsrollen, steuerbaren Antriebsmitteln zum Antrieb der Halte- und Antriebsrollen, so daß jede Längeneinheit des Wergs oder Garns bis zur praktisch völligen Durchdringung der Fasern mit Sauerstoff im Ofen gehalten werden kann, einer äußeren gebremsten Spule, von der aus das Werg oder Garn durch den Ofen über die Halte- und Antriebsrollen geführt wird, und eine Aufnahme- oder Speicherspule zur Aufnahme des den Ofen verlassenden oxydierten Wergs oder Garns; einen für die Aufrechterhaltung der Verkokungsbedingungen eingerichteten zweiten Ofen oder eine Gruppe von Öfen mit einer Zuführungsspule des gespeicherten, oxydierten Faserwergs oder Garns, von der aus das zu verkokende Fadenmaterial durch den Ofen geführt wird, und einer angetriebenen Aufnahmespule, wobei der Antrieb der Spule derart erfolgt, dab wanrend der Verkokung eine Schrumpfung stattfinden kann.

Zwar werden nach der französischen Patentschrift 1 3cS2 454 Kohlefaden bei der Graphitierung über Rollen geleitet. Diese dienen jedoch der Stromzuführung zu dem durch Stromdurchgang direkt beheizten Kohlefaden, der im übrigen in herkömmlicher Weise, also im Chargenbetrieb erzeugt wurde.

Ausgegangen wird bei der Fertigung in der erfindungsgemäßen Anordnung von organischen Polymerfasern, wie z. B. Polyacrylnitril, in welchem sich die linearen Moleküle vernetzen lassen, z. B. durch Oxydation bei Erwärmung unter ihren Schmelzpunkt in einer oxydierenden Aimosphäre, oder, wenn die Polymerfasern ohne Schmelzpunkt si*\i, durch Erhitzung in einer oxydierenden Atmosphäre auf eine Temperatur, welche das Fortschreiten der Oxydation in kontrollierter Weise ermöglicht und welche auf nachfolgende Verkohlung in einer nichtoxydierenden Atmosphäre Kohlenstoffasern ergibt, die hochkristallin sind und bei denen die C-Achse der Graphitkristalliten vorzugsweise senkrecht auf der Faserlängsachse steht.

Nach der Verkohlung können die verkohlten Fasern auf eine Spule, beispielsweise die Aufnahmespule, gewickelt weiter erhitzt werden. Es ist auch möglich, daß die verkohlten Fasern kontinuierlich in einem Graphitrohrofen erhitzt werden.

Die. Dauer der Oxydierbehandlung ist eine Funktion des Typs der verwendeten Fasern, ihres Durchmessers, der Natur der oxydierenden Atmosphäre und der Temperatur im Ofen. So wurden IV2 Denier-Polyacrylnitril-Fasern mit kleinen Anteilen anderer Bestandteile, welche einen Durchmesser von 12 Mikrön aufwiesen, bei 220° C drei Stunden oder mehr behandelt, wenn die Atmosphäre Luft war, und 30 bis 60 Minuten im Fall einer Atmosphäre aus handelsüblichem Sauerstoff.

Entsprechend der erfiadungsgemäßen Anordnung werden zur kontinuierlichen Oxydation der genannten Fasern diese unter sehr genau überwachter Spannung auf zwei Rollen oder Trommeln großen Durchmessers aufgebracht, die eine über der anderen angeordnet sind, wobei ihre Achsen etwas gegenseitig verkantet sind, wie es dem wohlbekannten Textilfaden-Vortriebsprinzip entspricht.
Beide Trommeln werden von einer gut isolierten Kammer umschlossen, welche sich auf 220° C halten läßt und durch welche man auf 220° C vorerhitzte Luft zirkulieren lassen kann.

Die Oberflächen irgendwelcher solcher Trägertrommeln oder -rollen sollten ausreichend glatt sein, um eine Beschädigung der Fasern zu vermeiden, und werden vorzugsweise aus poliertem Kohlenstoff oder Graphit hergestellt.

Die untere Trommel wird von außerhalb der Kamrner drehend mit einer Geschwindigkeit angetrieben, welche sicherstellt, daß jede Längeneinheit der Fasern 3¹ 2 Stunden in der geheizten Kammer verweilt, wonach sie auf eine normale Aufnahmeeinheit aufgespult wird, die über eine magnetische Kupplung angetrieben wird, wodurch ermöglicht wird, daß die Fasern unter ausreichender Spannung gehalten werden, um einen Schlupf an den Haupttrommeln zu vermeiden.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Zuführung der Fasern unter sehr genau kontrollierter Spannung zu den Trommeln in dem Oxydierofen gemäß der Erfindung ein Paar Rollen gleichen Durchmessers auf, die zwecks Drehung mit ihren Rotationsachsen in parallelen Ebenen neben dem Oxydierofen gelagert sind. Vorzugsweise haben die Rollen den gleichen Durchmesser wie die Trommeln im Ofen, und wenigstens eine Rolle und die innerhalb des Oxydierofens angetriebenen Trommeln werden durch eine gemeinsame Welle mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben. Die Rollen sind vorzugsweise in ihren parallelen Ebenen gegeneinander verkantet. Die Fasern werden von einer Zuführungsspule zu den Rollen und anschließend zwischen diesen Rollen mehrmals hin und hergeführt in einer Anzahl von Schleifen, bevor sie in den Oxydierofen eingeführt werden. Die Zuführungsspule wird über eine variable Torsionskupplung gebremst, um die Fasern zwischen der Zuführungsspule und den Rollen so zu spannen, daß ein Schlupf der Fasern auf den Trommeln verhindert wird.

Der Aufnahmeantrieb entfernt am Anfang jede Lockerung in den Fasern, und nachdem dies stattgefunden hat, wird die Länge von Fasern, die sich zwischen den Rollen und der ersten angetriebener Trommel innerhalb des Ofens erstreckt, unter genai kontrollierter Spannung gehalten, wobei sich in diesem besonderen Beispiel eine Vermeidung von Strek· kung oder Schrumpfung ergibt, weil die Trommelr und Rollen gleichen Durchmesser aufweisen und mii gleicher Geschwindigkeit angetrieben werden, so da£ ein Schlupf auf den Trommeln und Rollen vertundert wird.

Durch Antrieb der Rollen mit einer gegenüber der Trommeln verschiedenen Geschwindigkeiten, ζ. Β mittels eines Getriebes und/oder durch Wahl ver schiedener Durchmesser, können die Fasern, die siel

zwischen ihnen erstrecken, je nach Bedarf gestreck werden oder schrumpfen gelassen werden.

Auch werden die Fasern von einer Zuführungs spule zugeführt, welche gebremst wird, z. B. mittel:

pf, der sich in dem Werg

Rollen 13. 13 enthält. Die letzteren sind parallel zu- wird abgebaut, bis die maische SnW S auseinander, jedoch bezüglich der parallelen Achsen der 6₅ gerückt wird. Dann widderoÄsen und ll d ^f SE

g die maische SnW S

einander, jedoch bezüglich der parallelen Achsen der 6₅ gerückt wird. Dann widderoÄsen
oberen Rollen 12, 12 verkantet. Diese Anordnung ist man läßt Luft durch die Emlaßöffnu^fs und 19 SE gut bekannt als eine Faden- oder Faserfortbewegungs- strömen. Der Ofen wird nun auf e"n?Temperatur von einrichtung der Textiltechnik. Die oberen Rollen 12, 220* C gebracht Die TrZS 12 12 13 13 Jer-

einer Magnetkupplung, so daß die Spannung bei der 12 werden drehbar von Wellen 14. 14 gehalten, ^:i|||

Zuführung zu den inneren Trommeln kontrolliert welche in (nicht dargestellte;) Lager in den Seitenwän-

wird und ein Schlupf der Fasern auf den Trommeln den des Ofens 11 eingreifen. Die unteren Rollen 13,

verhindert wird. 13 werden ähnlich von Wellen 15, 15 gehalten,

Das Verfahren und die Vorrichtung für den Ver- ^5 welche an ihren einen Finden in (nicht dargestellten) kohlungsvorgang werden durch die Schrumpfung der Lagern in der Seitenwand des Ofens geführt werden, Fasern, ihre wechselnden mechanischen Eigenschaf- aber an ihren anderen Enden über Universalgelenke ten und die Gasentwicklung des Polymers während mit Antriebswellen 16, l(i verbunden sind, welche des Fortschreitens der Verkohlung bestimmt. Im sich durch gasdichte Lager 16a, 16a und Kegelzahn-Falle des IV₂ Denier-Materials, welches dem Oxyda- io räder 17, 17 erstrecken. Lufteinlaßöfrimngen sind bei tionsvorgang unterworfen wurde, werden die oxydier- 18, 19 und eine Gasauslaßöffnung ist bei 20 vorgeten Fasern auf 1000° C erhitzt, um sie im weccnt- sehen. Die Kegelzahnräder 17, 17 haben gleichen liehen in Kohlenstoff umzuwandeln, und dabei tritt Durchmesser und greifen in entsprechende Kegeleine etwa 5O^o'oige Gewichtsverminderung t'nrch Ab- Zahnräder 21, 21 auf einer gemeinsamen Antriebsgabe flüchtiger Bestandteile auf. Die Gasentwicklung 15 welle 22 ein, welche über einen Riemen 24 und RoI-tritt hauptsächlich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit len 25, 26 von einem Motor 23 angetrieben wird. Eine innerhalb des Temperaturbereichs von 300 bis 750° C Führungsrolle 27 ist neben der Lufteinlaßöffnung 19 auf. Auch erleiden die Fasern im Temperaturbereich außerhalb des Ofens 11 und parallel zu einer Aufvon 350 bis 500° C eine größere strukturelle Ände- nahmerolle 28 angebracht. Die Aufnahmerolle 28 rung, und die mechanischen Eigenschaften dieser sich 20 wird über eine Magnetkupplung durch einen (nicht ändernden Fasern sind schlecht. Während des Ver- dargestellten) Aufnahmemotor, wie sr/äter beschriekohlungsvoiganges tritt eine 10 bis 12°/oige Längs- ben wird, angetrieben. Eine Zuführungsspule 29 ist schrumpfung der Fasern auf, welche beim Oxyda- drehbar etwa 1 m von der Einlaßöffnung 18 angetionsvorgang völlig oxydiert wurden. bracht und wird über eine Magnetkupplung 30 ge-

Um die erforderliche Schrumpfung während des 25 steucii.

Verkohlungsvorganges zuzulassen, kann die Drehung In der Praxis wird eine Länge von Fai.erwerg 31,

einer Zuführung'spule für den Verkohlungsvorgang in diesen-. Fall aus Polyacrylnitril auf die Trommeln

über eine Magnetkupplung leicht gesteuert werden, 12, 12 und 13, 13 nach herkömmlicher Wickeltech-

ur>d die Aufnahmespule wird mit einer Geschwindig- nik gewickelt, wobei die Trommeln von einem Ab-

keit angetrieben, welche von i'er Gesr.mtdauer des 30 Standsrahmen (nicht dargestellt) getragen werden,

Durchganges irgendeiner Fasermenge durch den und die Enden des Wergs werden so befestigt, daß

Ofen abhängt. in dem Werg möglichst wenig Schlupf auftritt Der

Unter Beri^;"^l:sicmigung der Gabcntwicklun^ und i<aserwerg wird so gewickelt, daß er auf die un'''rr

dv· Z..setzungseigensL.mften der Fasern während des linke Trommel 13 Tauft, dann hinauf und über die

Verkohiungvorganges wird die Erhitzung so gesteu- 35 obere linke Trommel 12 und hinunter und unter ilic

ert, daß die Temperatur in einer möglichst kurzen untere ^Tinke Trommel 13. Fr wird dann kontir-ü.-r-

Zeit auf 1000 C gesteigert wird, die verträglich ist lieh um beide linken Trommeln 13, 12 in einer

mit dem Ziel, die erforderliche hohe Festigkeit und Gruppe von erweiterten Schlinger,, die unterem mricr

den hohen Young-Modul der Fasern zu erhalten. jeweils einen Abstand aufweisen, gewickelt. Praia! ch

Ein Ausführungsbeispiel der Verrichtung zur kon- 40 werden dreißig solche Windungen hergestellt. Kv>r tinuierlichen Herstellung von KoLicnstoffasern hoher der Werg die En^cn der linken Trommeln 13. J 2 erFestigkeit und hohen Young-Moduls gemäß der Er- reicht, die sich neben den Kegelzahnrädern 17. 17 befindung ist in den Zeichnungen veranschaulicht. Es finden. Der Werg läuft dann von der unteren '^; i' -n zeigt _. , Trommel 13 zu der oberen rechten Trommel 12. ic

Fig. 1 einen Schnitt nach der Linie I-I von hig. 2. 45 bei 31a gezeigt ist. und es werden ähnliche n·. ^-

Fig. 2 einen Seitenschnitt nach der Linie TI-II anderfolgende Schlingen über die rechte oben· -1

nach Fig. 1. einer Ofenkonstruktion zur Erhitzung die rechte untere Trommel Ϊ2 bzw. 13 rewick.". H«.

der Fasern in oxydierender Atmosphäre. der Werg die Enden der rechten Trommeln 1.' id

Fig. 3 eine allgemeine Seitenansicht einer Ofen- 13 erreicht, die von den Keeelzahnrädern 17 1" ■rekonstruktion 7iir Verkohlung und weiteren Wärme- 50 fernt liegen. Dann wird der Rahmen der di ■ •'Ölbehandlung der Fasern, wickelten Trommeln trägt, in den Ofen einec^f:\hrt,

Fi g. 4 einen Seitenschnitt durch eine Vorrichtung und die erforderlichen Verbindungen zu den" K^eI-

zur Zuführung der Fasern unter sehr genau kontrol- zahnrädern 17, 17 werden hergestellt Dann wvden

lierter Spannung in dem Oxydierofen _ die Enden des Wergs gelöst, und das eine Ende wird

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 ist fest- 55 durch die Lufteinlaßöffnun« 19 über die Führungszustellen, daß der Ofen eine gut wärmeisolierte Hohl- rolle 27 geführt und mit der Aufnahmespule 28 verkastenstrukrur 11 aufweist. Zwei Paare von oberen bunden. Das andere Ende des Wergs wird durch die und unteren Fasermitnahmerollen 12 12 und 13, I^ Lufteinlaßöffnung 18 geführt. Es wird dann am gleichen Durchmessers sind innerhalb des Ofens 11 freien Ende einer Faserwerglänge 31 b verbunden drehbar angeordnet. Die oberen Rollen 12, 12 stehen 60 welche von der Zuführungsspule ?9 herkommt Der parallel zueinander und werden mit ihren Rotations- Antriebsmotor, welcher die Spule* 28 antreibt und achsen in einer Ebene gehalten, die parallel zu der ist, der Motor 23 werden nun eingeschaltet und irgendwelche die parallelen Rotationsachsen der unteren ein Schlupf, der sich in dem Were entwickeln tonnte Rollen 13. 13 enthält. Die letzteren sind parallel zu- Wrf cW™,.* ^. .,- ^{uem wer}S entwickln konnte,

4*69

Sen alle durch den Motor 23 mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben, und während die Oxydierung der •Fasern vor sich geht, wird ein Schrumpfen des Faserwefgs durch die Art seiher Anbringung ah den Trommeln 12,12 und 13,13 verhindert. Zu der Zeit, wenn der Faserwerg durch die Lufteinlaßöffnung 19 gezogen wird, ist die Oxydation vollständig, und ein Bestreben zu weiterem Schrumpfen der Fasern ist nicht mehr vorhanden. Infolgedessen ist die beim Aufnahmemotor zum Antrieb der Spule 28 erforderliche Kraft lediglich die, um den Werg aufzuwickeln und die Faser unter Spannung zu halten. Bei dieser Anordnung wird das gewünschte Spannen der Fasern während der Oxydation durch Vermeidung der sonst eintretenden Schrumpfung erreicht.

F i g. 3 zeigt vier getrennt gesteuerte Öfen 41, durch welche sich ein graphitausgekleidetes, aluminiumoxydhaltiges Porzellanrohr 42 erstreckt. Die beiden Enden des Rohres 42 führen in Gaszuführkammern 43, 43 mit Einlaßöffnungen 44, 44 für Stickstoff. Quecksilberdichtungen 45, 46 führen von den Gaszuführkammern 43, 43. Hin Gasrohr 47 führt aus der mittleren Zone des Rohres 42. Ein Faserwerg 48. welches unter Spannung in der oben beschriebenen Vorrichtung oxydiert wurde, wird von einer Zuführungsspule 49 (welche aus der Aufnahmespule 28 nach F i g. 2 bestehen kann) über die Dichtung 45, die linke Gaskammer 43, das Rohr 42, die rechte Gaskammer 43 und die Dichtung 46 zu einer angc triebenen Aufnahmespule 50 geleitet. Während des Betriebs wird Stickstoff durch die Einlaßöffnungen 44 zugeführt, und der Temperaturgradient im Rohr 42 wird durch Einstellungen der öfen 41 gesteuert und auf eine Verkohlungslemperatur von etwa 1000 C gesteigert, die sich so nahe an der Eingangsseite des Rohres befindet, wie praktisch zuträglich ist, um die erforderliche hohe Festigkeit und den hohen Young-Modul bei den Fasern zu erzielen. Viele öfen und eine große Ofenrohrlänge sind vorzuziehen. Ja dies die Geschwindigkeit erhöht, mit der Kohlenstofffasern hergestellt werden können. Um ein Schrumpfen der oxydierten Fasern während des Verkohlungsvorganges zuzulassen, läßt man die Zuführungsspule 49 frei rotieren oder steuert sie leicht über eine Magnetkupplung, um ein? Streckung zu erlauben, und die Aufnahmespule 50 wird mit einer Geschwindigkeit angetrieben, welche sich nach der Gesamtdauer des Durchwandcrns einer Fasermenge durch den Ofen richtet.

Eine weitere Wärmebehandlung der verkohlten Fasern kann in der gezeigten Ofenanordnung vorgenommen werden, indem man die Temperatur in Richtung auf das Ausgangsende des Rohres 42 über die Verkohlungstemperatur steigert, in einigen Fällen bis zu 1500° C. Eine weitere Wärmebehandlung bis zu 3000^: C kann durch Zufügung eines oder mehrerer Graphitofen durchgeführt werden.

In F i g. 4 ist ein Teil der Wand eines Oxydierofens, wie er oben beschrieben wurde, bei 51 dargestellt, ur.d innerhalb des Ofens befinden sich die erste Halterungs- und Antriebsrolle 52. Bei 53 kt eine Lufteinlaßöffnung am Ofen vorgesehen. Ein Paar Rollen 54, 55 gleichen Durchmessers wie die Rolle 52 sind auf der Welle 56. 57 drehbar gelagert und befinden sich in einem allgemein bei 58 dargestellten Rahmen mit ihren Rotationsachsen in parallelen Ebenen, jedoch verkantet, wie dargestellt ist. Die Welle 57 trägt ein Kegelgetrieberad 59 zum Eingriff mit einem entsprechenden (nicht * dargestellten) Kegelzahnrad, welches durch eine gemeinsame Antriebswelle (nicht dargestellt)¹ angetrieben' wird, die auch die Rolle 52 antreibt] iEiniiZuführurigsspule ist dreh-

■■ 5 bar auf einer Welle 61 gehalten und wird über eine variable Torsionskupplunj; 62, wie später beschrieben wird, gesteuert.

Im Betrieb wird ein Faserwerg auf die Rollen innerhalb des Oxydierofens, wie oben beschrieben

ίο wurde, gewickelt und durch die Einlaßöffnung 53 durchgeführt. Er wird dann fünfmal über beide Rollen 54, 55 gewickelt und mit dem Zuführungsmaterial von Faserwerg auf der Zuführungsspule 60 verbunden. Der Betrieb wird dann, wie oben beschrieben, begonnen, und jeder Schlupf wird aus dem Faserwerg, welcher sich über die Rollen 54, 55 und die innerhalb des Oxydierofens erstreckt, entfernt Die Kupplung 62 übt eine ausreichende Bremswirkung aus, um einen Schlupf des Faserwergs auf den Trommein 54, 55 zu verhindern, und der Antrieb der Aufnahmespule (28 in Fig. 2) verhindert einen Schlupf des Wergs auf den Rollen im Oxydierofen.

Es ergibt sich, daß. wenn die Rollen 54, 55 von gleichem Durchmesser wie die Rolle 52 sind und mit der gleichen Geschwindigkeit angetrieben werden, die Länge des Faserwergs, die sich von 55 nach 52 erstreckt, konstant gehalten wird und sich weder dehnen noch schrumpfen kann.

Die Schrägstellung der Rollen 54, 55 bewegt den Faserwerg über diese fort und schafft einer Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Schleifen auf den Rollen.

Wenn eine bestimmte Streckung oder Schrumpfung der Länge des Faserwergs, der sich zwischen den Rollen 55 und 52 erstreckt, erforderlich ist. kann man dies durch Antrieb der Rollen 54, 55 mit verschiedener Geschwindigkeit gegenüber der der Rollen 52. z. B. über ein Getriebe und oder durch Schaffung von Rollen 54 und 55 verschiedenen Durchmessers gegenüber dem der Rolle 52, erreichen.

In einem praktischen Beispiel mit Werg von I¹ 2 Denier-Fasern von Polyacrylnitrilmaterial wurde ein Faserwerg durch einen Oxydierofen, wie er in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist. gezogen. Man verhinderte eine Schrumpfung des Faserwergs und oxydierte in Luft bei einer Temperatur von 220^c C.

Der oxydierte Faserwerg wurde dann in den Ofen zur Verkohlung und weiteren Hitzebehandlung nach Fig. 3 gebracht. Zunächst wurde der Werg durch Hindurchleiten durch die Ofenteile mit einem Temperaturgradienten von 300^r C bis 1000° C in 45 Minuten in einer Atmosphäre von sauerstofffreiem Stickstoff verkohlt und dann durch die Ofenteiie mit einem Temperaturgradienten von 1000° C bis 1480° C während 25 Minuten geleitet.

Drei getrennte Werge von ähnlichen Polyacrylnitrilfasern wurden in dieser Weise behandelt und folgende Ergebnisse erzielt:

Durchschnittliche Zugfestigkeit 225 kg/mm²
Durchschnitts-Young-Modul parallel zu den Faserlängsachsen 21515 kg/mm².

Die Faserfortbcwegungsrollen 12, 12 und 13, 13

können im Ganzen oder an ihrer Oberfläche aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen, und es ist auch vorteilhaft, die Innenwände des Verkohlungsofenrohrs mit Kohle oder Graphit auszukleiden.

Ein gemeinsamer Antrieb für die äußeren Rollen

409 521/349

/!ORQ

und die inneren Rollen ist in Fig. 1 gestrichelt dar-■gestellt.

' »!Wenn in diesen Unterlagen der Begriff Polyacrylnitrilfasern benutzt wird} so sollen darunter auch Copolymere oder Ter-Polymere von Acrylnitril mit

10

anderen Monomeren, z. B. Methylmethacrylat oder Vinylacetat, entweder allein oder solche, denen noch verträgliche Polymere zugesetzt worden sind, z.B. Phenolharze oder Friedel-Graft-Rondensate, verstanden werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung

Patentansprüche: zur Herstellung kontinuierlicher Längea (wie es im

Texülzusammenhang verstanden wird) von Konlen-

¹T 1. Anordnung zur Herstellung kontinuierlicher stoffaserwerg oder Garn mit hoher Festigkeit und

Längen (wie es im Textilzusammenhang verstan- 5 hohem Young-Modul ausgehend von organischen

den wird) von Kohlenstoffaserwerg oder Garn Polymerfasern durch Oxidationsbehandlung unter-

mit hoher Festigkeit und hohem Young-Modul halb ihres Schmelzpunktes in sauerstorfhaltiger Atmo-

r ausgehend von organischen Polymerfasern durch sphäre bis zur praktisch völligen Durchdringung des

_f Oxydationsbehandlung unterhalb ihres Schmelz- Fasermaterials mit Sauerstoff unter einer Spannung,

punktes in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bis zur io die ausreicht, um eine Schrumpfung zu verringern

' praktisch völligen Durchdringung des Fasermate- oder zu verhindern oder sie zu verlangern, vnO. nacn-

rials mit Sauerstoff unter einer Spannung, die folgendes Verkoken bei etwa 1000 C in einer inerten

ι ausreicht, um eine Schrumpfung zu verringern Atmosphäre.

oder zu verhindern oder sie zu verlängern, nnd Die chargenweise Herstellung von Konlenstorrnachfolgendes Verkoken bei etwa 1000⁰C in 15 fasern aus Polymermaterialien durch eine der Eremer inerten Atmosphäre, gekennzeichnet zielung hoher Kohlenstoff ausbeuten dienende Vordurch einen für die Aufrechterhaltung der Oxy- Oxydation bei erhöhter Temperatur und anschließen-Γ dationsbedingungen eingerichteten Ofen (11) mit des Verkoken ist z. B. aus der USA.-Fatentscnrift

innerhaib ues Ofens angeordneten, der Führung 2 697 028 oder den Berichten der deutschen kerami- und dem Transport des Faserwergs oder Garns «o sehen Gesellschaft, 43,1966, S. 199 bis 208, bekannt, durch den Ofen mit bestimmter Geschwindigkeit In dem zuletzt genannten Aufsatz wird auch die Herdienenden, das Werg oder Garn gespannt halten- Stellung von Kohlenstoffasergewebe erwähnt was die den und dessen Länge kontrollierenden Halte- Vermutung nahelegt, daß kontinuierliche Kohlefasers und Antriebsrollen (12, 13), steuerbaren An- längen bereits erzeugt worden smd, jedoch fehlen

triebsmitteln zum Antrieb der Halte- und Ali- 25 darüber alle näheren Angaben.

triebsrollen, so daß jede Längeneinheit des Wergs Kohlefasermaterialien aus organischem Folymer-

oder Garns bis zur praktisch völligen Durchdrin- material werden auch nach der franzosischen Fatentgung der Fasern mit Sauerstoff im Ofen gehalten schrift 1 430 803 durch Vorbehandlung in oxydierenwerden kann, einer äußeren gebremsten Spule der Atmosphäre unter Spannung bei Temperaturen (29, 30), von der aus das Werg oder Garn Jurch 30 bis zu 250° C und anschließende Verkokung in mchtden Ofen über die Halte- und Antriebsrollen ge- oxydierender Atmosphäre bei etwa 1000 C erzeugt, führt wird, und einer Aufnahme- oder Speicher- Auch bei diesem Verfahren wird chargenweise gespule (28) zur Aufnahme des den Ofen verlassen- arbeitet.

den oxydierten Wergs oder Garns; einen für die In den älteren Anmeldungen P 16 46 769.9 und

Aufrechterhaltung der Verkokungsbedingungen 35 P 16 46 794.0 sind verschiedene Verfahren zur Umeingerichteten zweiten Ofen oder eine Gruppe Wandlung von Fasern aus einem organischen PoIyvon öfen (41, 42) mit einer Zuführungsspule (49) meren in Kohlenstoffasern hoher Festigkeit und des gespeicherten, oxydierten Faserwergs oder hohen Young-Moduls vorgeschlagen worden, und als Garns, von der aus das zu verkokende Faden- Ergebnis dieser Verfahren wur^c" Kohlenstoffasern maierial durch den Ofen geführt wird, und einer 40 mit diesen gewünschten Eigenschaften hergestellt, angetriebenen Aufnahmespule (50), wobei der Gemäß den deutschen Offenlegungsschriften Antrieb ^er Spule derart erfolgt, daß während ¹ 646 769 und 1 646 794 werden bei diesen alteren der Verkokung eine Schrumpfung stattfinden Verfahren die Fasern in einem Stadium des Verkann, fahrens (während der Vorbehandlung, Verkokungen

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- 45 oder Nachbehandlung) unter einer Spannung gehalkennzeichnet, daß die Rollen (12,13) gegenein- ten, die dem Bestreben längszuschrumpfen entgegenander verkantet sind. wirkt; die Spannung kann ausreichen, um die Längs-

3. Anordnung nach einem der vorangehenden schrumpfung zu vermindern oder auszuschalten oder Ansprüche, gekennzeichnet durch zusätzliche um die Fasern zu dehnen. Vorzugsweise werden da-Ofeneinheiten mit Einrichtungen zur Aufrecht- 50 bei die Fasern eines organischen Polymeren, aus erhaltung einer nichtoxydierenden Atmosphäre welchem sich Kohlenstoffasern herstellen lassen, und einer Temperatur bis zu einem Bereich ober- unter Spannung oxydiert und anschließend in einer halb der Verkohlungstemperatur bis zu 3000° C nichtoxydierenden Atmosphäre bei einer Temperatur zwecks Wärmebehandlung der im Verkohlungs- von mindestens 1000" C mit oder ohne Spannung ofen (41, 42) hergestellten Kohlenstoffasern bei 55 verkohlt; während der Oxydationsbehandlung ist die einer Temperatur oberhalb der Verkohlungs- an die Fasern angelegte Spannung vorzugsweise temperatur. wenigstens ausreichend, um eine Längsschrumpfung

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- der Fasern zu verhindern, und die Dauer der Oxykennzeichnet, daß die Oberflächenzone der Hai- dation ist vorzugsweise ausreichend, um ein vollstänterungs- und Antriebsrollen (12,13) im Oxydier- 60 diges Durchdringen des Sauerstoffs durch die Faserofen aus Kohlenstorf oder Graphit bestehen. Struktur zu ermöglichen. Besonders zweckmäßig ist

5. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeich- eine Nachbehandlung der verkokten Fasern in nichtnet durch ein Paar Rollen (54, 55) zwischen der oxydierender Atmosphäre bis zu einer Temperatur Zuführungsspule (29 bzw. 60) und dem Oxida- über der Verkokungstemperatur.

tionsofen (11 bzw. 51) für eine zusätzliche Straf- 65 Um den größtmöglichen Vorteil aus der Festigkeit fung des Fadenmaterials. und dem hohen Young-Modul der nach den genannten Verfahren hergestellten Fasern zu ziehen, ist es erwünscht, solche Fasern in kontinuierlichen