DE1646769B2 - METHOD OF MANUFACTURING CARBON FIBERS OR FIBERS - Google Patents

METHOD OF MANUFACTURING CARBON FIBERS OR FIBERS

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DE1646769B2
DE1646769B2 DE19651646769 DE1646769A DE1646769B2 DE 1646769 B2 DE1646769 B2 DE 1646769B2 DE 19651646769 DE19651646769 DE 19651646769 DE 1646769 A DE1646769 A DE 1646769A DE 1646769 B2 DE1646769 B2 DE 1646769B2
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Description

dierende^SnxjspJpe^arsebehandelt werden.dende ^ SnxjspJpe ^ are arsenic treated.

selbst beijdea.-toeks VeiJiokten Fasern fw^Jti^i die gleichzöge'EtoWfrfcnng von ψίπηε undi Zag? spannung ak'zw'Scluäiäßig. υ-υ n^even beijdea.-toeks VeiJiokten fibers fw ^ Jti ^ i the parallel 'EtoWfrfcnng of ψίπηε undi Zag? tension ak'zw'Scluäiäßig. υ-υ n ^

A i4erri,y$A--PatentschriftA i4er ri , y $ A - patent specification

von PötyaJaylnitrilfasem 3ύίθίί Aufheizen hn-Luft auf Tee veH-15Q-bis-34Q°C- 3 Su vi 1 t rck Se^lSi?* N3cn dieser Benandlun^'BeF^^'^invon PötyaJaylnitrilfasem 3ύίθίί heating hn-air on tea veH-15Q-bis-34Q ° C- 3 Su vi 1 t rck Se ^ lSi? * N 3 cn this Benandlun ^ 'BeF ^^' ^ in

den zu entnehmen, bei dem das Schrumpfen der kpntinuier^ctieäi Eädsn odef;<2ewebe während jSir'Vl&irimebehandlungdurchjAnwe'ndiwgeinerZugs|Jinnungivon vorzugsweise zumindest ;0?5g/D.enier verrtogertf^ird. Dadurch ,wenden geschwärzte, nicht bren^bärfej'Polyacrylnitrilfasern erhalten. Die·aus dieser Patentschrift zu. entnehmende Aufgabenstellyng der Verbesserung 3^ jferrruschen Eigenschiifteii''*?on 'Pbiyäcr^mffiJ fasern unterscheidet^!cti somft tfeuiffikh 'von 8erjferiigen der vorliegenden Erfindung, da in der genannten USA.-Patentschrift an keiner Stelle erwähnt wird, tlaß der Prozeß für die Herstellung von Kohlenstöftasern Bedeutung haben soli oder dafür gedacht ist.η in which the shrinkage of the kpntinu ^ ctieäi Eädsn odef; <2ewebe during jSir'Vl? treatment by j application of a train | Jinnungi preferably at least; 0 ? 5g / D. will not be delayed. As a result, blackened, non-baked polyacrylonitrile fibers are obtained. The · from this patent to. Tasks taken from the improvement 3 ^ jferruschen Eigenenschiifteii '' *? on 'Pbiyäcr ^ mffiJ fibers distinguishes ^! cti somft tfeuiffikh' from 8erjfieriigen the present invention, since in the said USA. patent is not mentioned at any point, the process for the The production of carbon fibers is important as long as it is intended. η

In Anbetracht der zahlreichen Bemühungen zur Herstellung brauchbarer Kohlenstoffasem und der ebenfalls zahlreichen Untersuchungen dafür mit Polytnerfasern als Ausgangsmatenal bestand keine Veranlassung, gerade die Lehre der USA.-Patentschrift 2 799 915 zur Herstellung von Polyacrylnitrilfasern mit verbesserten thermischen Eigenschaften auf die Herstellung von Kohlenstoffasem nach der britischen Patentschrift 911 542 zu übertragen. Abgesehen davon war nicht abzuleiten, daß auch die Anwendung von Zugspannung bei der Verkokung unter nicht oxydierenden Bedingungen Fasern mit verbesserten mechanischen Eigenschaften ergibt.In view of the numerous efforts made to produce useful carbon fibers and the also numerous investigations for this with polyester fibers as a starting material there was no reason just the teaching of US Pat. No. 2,799,915 for the production of polyacrylonitrile fibers with improved thermal properties on the manufacture of carbon fibers according to the British Transfer patent 911 542. Apart from that, it could not be inferred that the application of Tensile stress during coking under non-oxidizing conditions. Fibers with improved mechanical properties Properties.

Es folgen Beispiele zur Erläuterung der Erfindung, bei denen als Ausgangsmaterial ein Vielfadengarn aus Polyacrylnitril mit fortlaufenden Einzelfäden verwendet wurde.The following are examples to illustrate the invention, in which a multi-filament yarn is used as the starting material made of polyacrylonitrile with continuous single threads was used.

B ei s ρ i e 1 1B ei s ρ i e 1 1

RUiirSwe^lSi? N3cn dieser
O (xSchtampfen dej Fgsffrj^ljycjbtung de
üorrnäber nicht in Fj^er-iängsraebtung au
Änderung der J?ichtSTVÖ»4ifiauf 5,
j Der FiäUBg-Mqdul der^aSän hatte
\ Benaüdiimg von 2,16 · 10« kg/cmP auf ^
RUiirSwe ^ lSi? N 3 cn this
O (xSchtampfen dej Fgsffrj ^ ljycjbtung de
Overhead not shown in the fj ^ er -ierbungsebung
Change of J? IchtSTVÖ »4ifiauf 5,
j The FiäUBg-Mqdul which ^ aSän had
\ Benaüdiimg from 2.16 · 10 «kg / cmP to ^

e, -10" kg/cm * geändert, pie'mittlere e , -10 " kg / cm * changed, p ie ' mean

, , g/ g pg / g p

Zugfestigkeit betrug nach dieser Behandlung bei hoher Temperatur 14^1 · 10?1^cm2. "The tensile strength after this high temperature treatment was 14 ^ 1 · 10 -1 ^ cm 2 . "

Beispiel 2Example 2

OtOt

Material und Wärmebehandlung waren die gleichen wie in Beispiel 1, nur daß bei der Verkohlung der FädeE an Stelle des Vakuums eine Wasserstoffatmo-Sphäre von 50 mM Hg Drück im Ofeil aufrechterhalten wurde. Nach der Behandlung hätten die verkohlten föw. verkokten Fäden folgende Eigenschaften:Material and heat treatment were the same as in Example 1, except that the carbonization of the FädeE instead of the vacuum a hydrogen atmosphere of 50 mM Hg pressure in the furnace is maintained became. After the treatment, they would have charred föw. coked threads have the following properties:

■■ Dichte der verkohlten Fäden.. .1,6 g/cm*
25
■■ Density of the charred threads .. .1.6 g / cm *
25th

Durchmesser der endgültigen
;λ Kohlenstoffäden 11 bis 14 μ
Diameter of the final
; λ carbon threads 11 to 14 μ

Zugfestigkeit ..., 9,5 · ΙΟ3 kg/cm*Tensile strength ..., 9.5 3 kg / cm *

Young-Modul 0,91 · 10e kg/cm2 Young's modulus 0.91 · 10 e kg / cm 2

Ausfallquote 1 %Failure rate 1%

Bei den vorstehend beschriebenen Beispielen wurde ein Schrumpfen der einzelnen Fäden beobachtet, während die ursprüngliche kreisförmige Form des Querschnitts erhalten blieb. Die angegebenen Versuchsdaten zeigen, daß der Durchmesser auf etwa die Hälfte abgenommen hat.In the examples described above, shrinkage of the individual threads was observed, while the original circular shape of the cross-section was retained. The specified experimental data show that the diameter has decreased to about half.

Ein Bündel von rund 500 41/2-Denier-Polyacrylnitrilfasem bzw. -fäden von je etwa 27 μ Durchmesser und etwa 12,8 cm Länge wurde als Ausgangsmaterial in ein vertikales Ofenrohr gehängt mit daran befestigten Gewichten von insgesamt 10 g, so daß die Fasern unter Zug standen. Der Ofenraum wurde evakuiert und der Vakuumpumpvorgang danach während der Wärmebehandlung durchgehend aufrechterhalten. Die Wärmebehandlung bestand in einer Steigerung der Ofentemperatur auf 100O0C mit einer Geschwindigkeit von 15° C pro Stunde. Nach dieser Behandlung hatten die verkohlten bzw. verkokten Fasern folgende Eigenschaften:A bundle of approximately 500 4 1/2 -Denier-Polyacrylnitrilfasem or threads, each about 27 μ in diameter and about 12.8 cm in length was hung as a starting material in a vertical tube furnace with attached weights of a total of 10 g, so that the Fibers were under tension. The furnace chamber was evacuated and the vacuum pumping process was then maintained throughout the heat treatment. The heat treatment consisted of increasing the furnace temperature to 100O 0 C at a rate of 15 ° C per hour. After this treatment, the charred or coked fibers had the following properties:

Dichte nach Verkoken 1,6 g/cm3 Density after coking 1.6 g / cm 3

Durchmesser der erhaltenenDiameter of the obtained

Kohlefäden _.. 11 bis 13 μ ίCarbon threads _ .. 11 to 13 μ ί

rr

Zugfestigkeit der einzelnen
Fasern ;:i. ί 7,72 ·· 10a kg/cm2
Tensile strength of each
Fibers;: i. ί 7.72 ··· 10 a kg / cm 2

Young-Modul ; 1,16 · iO* kg/cm2 ;Young module ; 1.16 x iO * kg / cm 2 ;

In [einer weiteren Behahdlungsstufe. wurdea.die iKohlenstoffase'rnbzwiirfäden bis auf: eine TempetaturIn [a further treatment stage. was.the Carbonase threads except for: one temperature

Beispiel 3Example 3

21/2-Denier-Polyacrylnitrilfasern wurden 24 Stunden lang unter Zugspannung auf 22O0C in Luft aufgeheizt, Um eine vollständige Permeation von Sauerstoff durch die Fasern zu erreichen und anschließend in einer nicht oxydierenden Atmosphäre bis 100O0C verkohlt und bis 2500°C wärmebehandelt; es wurden Fasern mit einer Zugfestigkeit von 17,6 · IO3 kg/cm* erhalten, während bei einer nur 2 Stunden langen anfänglichen Aufheizung auf 220° C Faserfestigkeiten von nur 7,04 · IO3 kg/cm2 erzielt wurden.2 1/2 -Denier-polyacrylonitrile were for 24 hours heated under tension to 22O 0 C in air to achieve complete permeation of oxygen throughout the fiber, and then carbonized in a non-oxidizing atmosphere up to 100O 0 C and up to 2500 ° C heat treated; Fibers were obtained having a tensile strength of 17.6 · IO 3 kg / cm *, while has been made in just a 2 hour long initial heating to 220 ° C fiber strengths of only 7.04 · IO 3 kg / cm 2.

Bei Behandlung in vorstehender Weise, jedoch ohne Anwendung von Zugspannung, schrumpften die Fasern während der anfänglichen Wärmebehandlung auf 220° C in Luft um bis zu 40% und die durch nachfolgende Verkohlung und Wärmebehandlung bis 25000C erhaltenen Kohlenstoffasem weisettzwar eine Zugfestigkeit auf, die unter gewiksen Umständen ausreichend sein kann, jedoch ist der !Young-Modul relativ niedrig. Wenn die Fasern aber während der anfängilichen Wärmebehandlung aufυ,2200C., dujch, ,Zug ,belastet nwerden,,; , ,können sowohl, ,die^Zugfestigkeit Ί als auch;-des Ypung-^lpdul, erhöhtrweric!e
folgende:Tabelle,zeigt:.\ ;,;y! r
For the treatment in the above manner, but without the application of tension, the fibers shrank during the initial heat treatment at 220 ° C in air by up to 40% and the carbon fibers obtained by subsequent carbonization and heat treatment to 2500 0 C weisettzwar a tensile strength under may be sufficient under certain circumstances, but the! Young's modulus is relatively low. If, however, the fibers nwill loaded during the heat treatment to anfängilichen υ, 220 0 C., dujch, train, ,,; ,, can both,, the ^ tensile strength Ί and; -des Ypung- ^ lpdul, increases r weric! e
the following: table, shows :. \ ;, ; y! r

Uliij:iJ Tji*Uliij: iJ Tji *

■Μ".1;.V.■ Μ ".1; .V.

Belastung einesBurden one

Gams von 100 Fäden vonChamois from 100 threads of

2Vs Denier2Vs denier

PolyaciylnitrüfasemPolyaciylnitrfasem

bei 2200C überat 220 0 C above

24 Stunden24 hours

(g)(G)

LängenänderungChange in length

während derduring the

Behandlungtreatment

bei 2200Cat 220 ° C

eigenschaften der Fasernproperties of fibers

nach Verkokungsbehandlungafter coking treatment

bis 10000C ia inerterup to 1000 0 C generally inert

Atmosphärethe atmosphere

Zugfestigkeit (kg/cm8)Tensile strength (kg / cm 8 )

Young-ModulYoung module

axial zur Faseraxial to the fiber

(kg/cm*)(kg / cm *)

Eigenschaften der FasernProperties of the fibers

nach Wärmebehandlungafter heat treatment

bis 25000C in inerterup to 2500 0 C in inert

Atmosphärethe atmosphere

Zugfestigkeit (kg/cm*)tensile strenght (kg / cm *)

Young-ModulYoung module

axial zur Faseraxial to the fiber

(kg/cm*)(kg / cm *)

0 10 20 30 400 10 20th 30th 40

12%12%

15 7o15 7o

7,04 ■ 103 7.04 ■ 10 3

7,04 · 103 7.04 · 10 3

8,44 - 10s 8.44-10 s

14,1 ·103 14.1 · 10 3

14,1 -ΙΟ3 14.1 -ΙΟ 3

Beispiel 4Example 4

Polyacrylnitrilfasem oder -fäden wurden auf einen Kohlenstoff-Form- oder Spulenkörper unter leichtem Zug aufgewickelt und auf 220°C 22 Stunden lang in Luft aufgeheizt. Die Fasern hatten die Form eines Garns aus 100 Fäden von 21/* Denier Polyacrylnitril mit 20 Garnen pro Seite des Form- oder Spulenkörpers, und diese wurden am Spulenkörper in der Weise festgelegt, daß durch die Neigung der festgelegten Faser, bei Anwendung von Wärme zu schrumpfen, eine Zugspannung aufrechterhalten wurde. Nach dieser aniänglichen Wärmebehandlung wurden die Garne auf 12,7 cm Längen geschnitten und durch Am heizen mit 0,92 · 10« 1,13 · 10« 1,41 · 10« 1,48 -10« 1,48 -10« Polyacrylonitrile fibers or threads were wound onto a molded carbon body or spool with gentle tension and heated in air to 220 ° C. for 22 hours. The fibers were in the form of a yarn made of 100 threads of 2 1 / * denier polyacrylonitrile with 20 yarns per side of the former or spool, and these were fixed on the spool in such a way that by the inclination of the fixed fiber, with the application of heat to shrink, tension was maintained. After this initial heat treatment, the yarns were cut to 12.7 cm lengths and heated with 0.92 · 10 «1.13 · 10« 1.41 · 10 «1.48-10 « 1.48-10 »

5,62 7,04 8,44 14,1 14,15.62 7.04 8.44 14.1 14.1

103 103 103 10s 103 10 3 10 3 10 3 10 s 10 3

2,11 · 106 2,67 · 10« 3,3 ·10β 3,73 · 10« 4,22 · 10« 2.11 · 10 6 2.67 · 10 «3.3 · 10 β 3.73 · 10« 4.22 · 10 «

linearer zeitlicher Temperaturzunahme von 200 bis 1000° C in 24 Stunden in einer Wasserstoff atmosphäre von 150 mm Hg Druck verkohlt. Die Eigenschaften einiger Fasern wurden danach linear temperature increase from 200 to 1000 ° C in 24 hours in a hydrogen atmosphere of 150 mm Hg pressure. The properties of some fibers were afterwards

gemessen und die restlichen in einem Kohlerohrofen unter Argon von einer Atmosphäre auf 2500° C aufgeheizt. measured and the remaining heated in a coal tube furnace under argon from one atmosphere to 2500 ° C.

Eine weitere Auswahl der erhaltenen Fasern wurde geprüft und der Rest unter den gleichen BedingungenAnother selection of the fibers obtained was tested and the remainder under the same conditions

von einer Atmosphäre Argon auf 29000C aufgeheizt. Die Eigenschaften der durch diese abschließende Behandlung erhaltenen Fasern wurden bestimmt. In der nachfolgenden Tabelle sind die Ergebnisse zusammengefaßt: heated to 2900 0 C by one atmosphere of argon. The properties of the fibers obtained by this final treatment were determined. The results are summarized in the following table:

Behandlungtreatment

Eigenschaften der resultierenden FasernProperties of the resulting fibers

Zugfestigkeit
(kg/cm2)
tensile strenght
(kg / cm 2 )

Young-Modul (kg/cm2)Young modulus (kg / cm 2 )

1. Fasern 22 Stunden in Luft auf 22O0C unter Zug auf dem Spulenkörper aufgeheizt 1. fibers heated 22 hours in air at 22O 0 C under train on the bobbin

2. Aufheizen der Fasern nach 1, von 200° C auf 1000° C über 24 Stunden in Wasserstoff-Atmosphäre von 150 mm Hg 2. Heating the fibers according to 1, from 200 ° C to 1000 ° C for 24 hours in a hydrogen atmosphere of 150 mm Hg

3. Aufheizen der Fasern nach 2. auf 2500"C für 2 Stunden in Argon bei 1 at Druck 3. Heating of the fibers after 2. to 2500 "C for 2 hours in argon at 1 atm pressure

4. Aufheizen der Fasern nach 3. auf 2900cC unter Argon bei 1 at Druck für V4 Stunde 4. Heating of the fibers after 3. to 2900 c C under argon at 1 atm pressure for V 4 hours

18,3 · 103
18,3 · 103
18,3 · 103
18.3 · 10 3
18.3 · 10 3
18.3 · 10 3

1,41 · 106 3,52 · 10" 4,22 ■ 106 1.41 · 10 6 3.52 · 10 "4.22 ■ 10 6

Beispiel 5Example 5

IVa-Denier-Polyacrylnitrilfasern wurden ohne Anwendung von Zugspannung 5 Stunden lang in einem luftdurchströmten Ofen auf 22O0C erwärmt. Die so behandelten Fasern wurden dann in einem Vakuumofen unter Anwendung von Zugspannung unterschiedlicher Belastung bis 10000C verkokt. Die sich dabei ergebenden Längenänderungen wurden gemessen. Anschließend wurden die Fasern ohne Zugspannung bis 2500° C wärmebehandelt. Die mechanischen Eigenschaften der so erhaltenen Kohlenstoffasern sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt:IVa denier polyacrylonitrile fibers were heated for 5 hours in an air-flow oven at 22O 0 C without application of tensile stress. The treated fibers were then carbonized in a vacuum oven under application of tensile stress different loads to 1000 0 C. The resulting changes in length were measured. The fibers were then heat-treated up to 2500 ° C. without tensile stress. The mechanical properties of the carbon fibers thus obtained are summarized in the following table:

Schrumpfungshrinkage

während derduring the

Oxydationoxidation

Zugbelas:ungTensile load: approx

während derduring the

VerkokungCoking

(kg/cm2; bezogen(kg / cm 2 ; based

auf den Faserquerschnitt)on the fiber cross-section)

LängenänderungChange in length

während derduring the

VerkokungCoking

(0Zo) ::asereigenschaften nach Wärmebehandlung bis 250O0C (0 Zo): asereigenschaften after heat treatment to 250o C 0

mittlere Zugfestigkeit
(kg/cm2)
medium tensile strength
(kg / cm 2 )

Young-Modul (kg/cm2)Young modulus (kg / cm 2 )

-30 -30 -30-30 -30 -30

43
63
43
63

-9,0 -7,4 -2,0 6,9-9.0 -7.4 -2.0 6.9

9,39.3

10,110.1

103
103
103
10 3
10 3
10 3

2,96 · 10» 3,45 · 106 3,38 · 106 2.96 · 10 »3.45 · 10 6 3.38 · 10 6

Wie aus der vorstehenden Tabelle hervorgeht, wird 65 Unter den zu diesem Beispiel analogen BedingungenAs can be seen from the table above, 65 becomes under the conditions analogous to this example

durch Anwendung von Zugspannung mit zunehmender des Beispiels 3, aber ohne Anwendung irgendeinerby applying tension as the example 3 increases, but without applying any

Belastung eine Verbesserung der mechanischen Eigen- Spannung (vgl. erste Zeile der Tabelle in Beispiel 3),Load an improvement in the mechanical inherent stress (see first line of the table in example 3),

schäften der endgültigen Kohlenstoffasern erreicht. wird eine Zugfestigkeit von 5,62 · 103 kg/cm2 und einshafts of the final carbon fibers are achieved. becomes a tensile strength of 5.62 · 10 3 kg / cm 2 and a

7 87 8

Young-Modul von 2,11 ■ 10* kg/cm2 der endgültigen in folgenden Anteilen: 100 Teile Harz auf drei GeFasern nach Wärmebehandlung bis 25000C erreicht. wichtsteile von jedem der beiden anderen Bestandteile. Diese Werte sind deutlich schlechter als die dieses Die Fasern wurden gleichmäßig mit der Harzmischung Beispiels mit Zugspannung während der Verkokung. getränkt und bildeten eine Längsverstärkung in demYoung's modulus of 2.11 · 10 * kg / cm 2 of the final in the following proportions: 100 parts of resin on three Ge fibers reached up to 2500 0 C after heat treatment. parts of each of the other two ingredients. These values are significantly worse than those of this. The fibers were uniformly with the resin mixture Example with tension during coking. soaked and formed a longitudinal reinforcement in the

Daraus folgt, daß zwar besonders günstige Festig- 5 durch Härten und Erstarren des Harzes bei Zimmerkeitswerte erreicht werden, wenn während der oxy- temperatur gebildeten steifen Verbundmaterial Harz/ dativen Vorbehandlung eine Zugspannung aufgeprägt Faser von hoher Festigkeit.From this it follows that especially favorable strength through hardening and solidification of the resin with roominess values can be achieved if the rigid composite material formed during the oxy temperature is resin / dative pretreatment a tensile stress imposed on fiber of high strength.

wird, daß jedoch auch die während der Verkokung der c) Die Arbeitsweise nach Beispiel 6b wurde unteris that, however, also during the coking of the c) The procedure according to Example 6b was under

Polyacrylnitrilfasern angewandte Zugspannung eine Anwendung einer Epoxyharzmischung aus 60 Gepositive Auswirkung auf die Festigkeitseigenschaften io wichtsteilen Epoxyharz und 40 Gewichtsteilen PoIyder Kohlefaserprodukte hat. amid-Härter wiederholt. Als Epoxyharz wurde einPolyacrylonitrile fibers applied tension an application of an epoxy resin mixture of 60 positives Effect on the strength properties of 40 parts by weight of epoxy resin and 40 parts by weight of polyester Has carbon fiber products. amid hardener repeatedly. The epoxy resin used was a

Harz auf der Basis von Bisphenol A mit einem Epoxy-Resin based on bisphenol A with an epoxy

Beispiel 6 äquivalent von 180 bis 200, einer Epoxyzahl von 0,5Example 6 equivalent from 180 to 200, an epoxy number of 0.5

bis 0,55, einer Viskosität von 7 bis 11 Poise mit Butyl-to 0.55, a viscosity of 7 to 11 poise with butyl

In diesem Beispiel wird die Verwendung der nach 15 glycidyläther als reaktivem Verdünner verwendet und Beispiel 1 und 2 hergestellten Kohlcnstoffasern als als Härter diente ein Polyamidamin der Formel
Verstärkung in Verbundmaterialien beschrieben.
In this example, the use of the glycidyl ether as a reactive diluent is used and the carbon fibers produced in Examples 1 and 2 are used as the hardener. A polyamidoamine of the formula is used
Reinforcement described in composite materials.

a) Folgende Bestandteile wurden in einem Gummi- NH2(RNH)1 — [RNHOC-R' — CONH — (RNH)x] Knetwerk bzw. -Walzwerk (Kalander) zusammen- „RNH2 a) The following constituents were combined in a rubber - NH 2 (RNH) 1 - [RNHOC-R '- CONH - (RNH) x ] kneading or rolling mill (calender) - "RNH 2

gebracht: aobrought: ao

Fluorelastomer-Copolymer aus Vinyliden- ™ι einer Aminzahl von 210 bis 230, einer SäurezahlFluoroelastomer copolymer made from Vinyliden- ™ ι an amine number from 210 to 230, an acid number

fluorid und Hexafluorpropylen 100 g vo° ? u"d emer Viskosität von 400 bis 1000 Poise.fluoride and hexafluoropropylene 100 g vo ° ? u " the viscosity from 400 to 1000 poise.

Magnesiumoxyd 15 g ._£>« Härtebehandlung bei ZimmertemperaturMagnesium oxide 15 g. _> «Hardening treatment at room temperature

Dicinnamyhden-hexamethylendiamin fuhrte der Bildung eines Produktes mit ähnlichenDicinnamic acid hexamethylenediamine led the formation of a product with similar

(Härter) 3 e *5 Eigenschaften, wie bei Beispiel 6 b.(Hardener) 3 e * 5 properties as in example 6 b.

Kohlefäden,' hergestelli nach Beispiel Ϊ'.'.'. 20 g v d> Ein Bündel νο° Seinäß. Bei T s?iel l hergestelltenCarbon threads, 'manufactured according to the example Ϊ'. '.'. 20 g v d > A bundle νο ° S in . At T s ? iel l manufactured

Kohlenstoffasern wurde mit einer Losung eines HarzesCarbon fiber was made with a solution of a resin

Die Fasern oder Fäden wurden zu dem eingesetzten vom Friedel-Craftstyp, insbesondere eines Harzes auf Material beim Einlaufzwickel der Walzen zugegeben, Diphenyloxydbasis, das durch Reaktion der Bestandwo sie auf kurze Längen von etwa 3,2 mm Länge ge- 30 teile in folgenden Anteilen erhalten worden war:
brachen und anschließend durch Vermischen einheitlich über das Material verteilt wurden. Das Material 1 Mol Dipheayloxyd,
wurde dann durch einen Formvorgang geformt und in 1,2 Mol p-Xylylenchlorid
der Form durch Aufheizen auf 1600C über 1 Stunde
The fibers or threads were added to the Friedel-Craft type used, in particular a resin on material at the inlet gusset of the rollers, diphenyloxide-based, obtained by reacting the constituents where they were obtained in the following proportions over short lengths of about 3.2 mm had been:
broke and were then uniformly distributed over the material by mixing. The material 1 mole of dipheayloxide,
was then molded by a molding process and dissolved in 1.2 moles of p-xylylene chloride
the mold by heating it to 160 ° C. for 1 hour

und weitere Wärmebehandlung bei 25O0C über 35 in einer Dichloräthanlösung mit 40% Feststoff gehalt 24 Stunden gehärtet Das Endprodukt ist ein dichter imprägniert. Nach Verdampfen des Dichloräthans zusammengesetzter Gummi großer Zähigkeit, der bei wurde die imprägnierte Fasermasse geformt und bei erhöhten Temperaturen gute Festigkeitseigenschaften 1800C 2 Stunden lang unter einem Druck von beibehält 35,2 kg/cm* wärmegehärtet unter Bildung eines mitand further heat treatment at 25O 0 C for 35 in a dichloroethane solution with 40% solids 24 hours hardened The final product is more densely impregnated a. After evaporation of the dichloroethane composite rubber of great toughness, which at the impregnated fiber mass was shaped and at elevated temperatures maintains good strength properties 180 0 C for 2 hours under a pressure of 35.2 kg / cm * thermoset to form a with

b) Ein Bündel von ungebrochenen, gemäß Beispiel 2 40 Fasern hoher Festigkeit verstärkten, harten und steifen hergestellten Kohlenstoffasern von etwa 10 cm Lange Gegenstandes.b) A bundle of unbroken, hard and stiff fibers reinforced according to Example 2 40 with high strength manufactured carbon fibers of about 10 cm long object.

wurde in ein Reagenzglas von 9,5 mm Innendurch- Unter den durch das erfindungsgemäße Verfahrenwas placed in a test tube with an inner diameter of 9.5 mm by the method according to the invention

messer dicht gepackt, und ein katalytisch kalthärtendes gegebenen Vorteilen sind die hohe Festigkeit und bePolyesterharz wurde darübergeschüttet Das Harz be- sonders glatte Oberfläche der verkohlten Fasern und stand aus einem Polyesterharz gemischt mit Methyl- 45 Fäden zu nennen, die sie als Verstärkung in Verbundäthylketonperoxyd und einer 6°/oigen Lösung von materialien besser geeignet macht als C-Fasern, die Kobaltnaphthenat in Terpentinöl-Ersatz (white spirit) aus regenerierter Cellulose erhalten werden.knives tightly packed, and a given advantages catalytically cold-curing are the high strength and bePolyester resin was poured over the resin particularly smooth surface of the charred fibers and was made of a polyester resin mixed with methyl 45 threads, which they use as reinforcement in composite ethyl ketone peroxide and a 6% solution of materials makes it more suitable than C-fibers, which Cobalt naphthenate in turpentine oil substitute (white spirit) can be obtained from regenerated cellulose.

309517/45309517/45

Claims (6)

Γ - Stärkung für Verisil^jySaterialien, deren Matrixma-Patentansprüche-"* ifeM-atibn 6ä iHRpiCta^HHUiaArobci ins- ' ' besondere FädeiOpjaöglichst hohen Werten für ri1 ' '· · - · ; -· '■"''-■' "■·· - Festigkeit und YÖtiii§»Modul von Interesse si@.Γ - Strengthening for Verisil ^ jySaterialien, whose Matrixma patent claims - "* ifeM-atibn 6ä iHRpiCta ^ HHUiaArobci especially- '' special FädeiOpja the highest possible values for ri1 '' · · - ·; - · '■"' '- ■' " ■ ·· - strength and YÖtiii§ »module of interest si @. 1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- 5 Die spezifische Festigkeit solcher Fasern oder Fäden fasern oder -fäden durch Verkoken von Polyacryl- ist üblicherweise um so höher, je kleiner ihr Durchnitrilfasern bei etwa 10000C oder mehr unter nicht messer ist, allerdings wird die Herstellung solcher oxydierenden Bedingungen gegebenenfalls mit vor- Fasern oder Fäden von sehr geringem Durchmesser angehender Oxydationsbehandlung durch Wärme- und sehr hoher Festigkeit problematisch,
behandlung der Polyacrylnitrilfasern in einer oxy- ίο Kohlenstoffasern oder -fäden wurden bisher vordierenden.AtBjdsphä^e bti. niedrigeren Tempera- ^nehmlich pdurch V^erkoken von Cellulosematgrialien türen, d ä du^r c hlg Idöehi ri.z e i c hjräelt^l cEtßlj c^*^1®^igjdjrfierejiden Bedingungen gewoni^n. Als die Fasern joder Fäden während der Oxydations- Auigangsmaterialien sind aber auch andere Polymere behandlung und/oder zumindest eines IeBs der synthetischen Ursprungs brauchbar. Als besonders Verkokungsbehandlung einer Zugspannung, aus- 15 geeignet werden von A. S h ϊ η d ο im J. Ceram^ Assoc. gesetzt werden, die ausreicht, um tme'-iätigsr Japan, 69 (1961) C 195, und Rep. Gov. Industr. Res. schrumpfung der Faser zumindest teilweise zu ver- Inst., Osaka, 1961, N. 317 (referiert in Berichte der hindern oder eine Streckung der Faser zu bewirken. Deutschen Keramischen Gesellschaft e. V., 43 [1966],
1. Process for the production of carbon 5 The specific strength of such fibers or filaments fibers or filaments by coking of polyacrylic is usually higher, the smaller their nitrile fibers at about 1000 0 C or more under not knife, however, the The production of such oxidizing conditions, if necessary with pre-fibers or threads of very small diameter, is a problematic oxidation treatment due to heat and very high strength,
Treatment of the polyacrylonitrile fibers in an oxy- ίο carbon fibers or threads were previously predating.AtBjdsphä ^ e bti. Lower temperature ^ considerably by v ^ coking of cellulose material doors, d ä du ^ rc hlg Idöehi ri.zeic hjräelt ^ l cEtßlj c ^ * ^ 1 ® ^ igjdjrfierejiden conditions won. Other polymer treatment and / or at least one IeB of synthetic origin can also be used as the fibers or threads during the oxidation starting materials. A particularly suitable coking treatment for tensile stress is that of A. S h ϊ η d ο in J. Ceram ^ Assoc. sufficient to tme'-iätigsr Japan, 69 (1961) C 195, and Rep. Gov. Industr. Res. Shrinkage of the fiber at least partially to reduce Inst., Osaka, 1961, N. 317 (reported in reports of preventing or causing a stretching of the fiber. Deutsche Keramische Gesellschaft e.V., 43 [1966],
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- S. 203), Polyacrylnitrilfasern bezeichnet, die besonders zeichnet, daß die Voroxydation durch Wärmebe- 20 nach Voroxydationsbehandlungen zu ausgezeichneten handlung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei Faserproduklen führen sollen. In der britischen Patent-Temperaturen von 200 bis 2500C ausgeführt wird. schrift 911 542 wird ein solches Verfahren zur Her-2. The method according to claim 1, characterized in p. 203), denotes polyacrylonitrile fibers, which are particularly characterized by the fact that the pre-oxidation by heat treatment should lead to excellent treatment in an oxygen-containing atmosphere in fiber products after pre-oxidation treatments. In the British patent temperatures from 200 to 250 0 C is executed. 911 542, such a process for the 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch stellung von Kohlenstoffasern beschrieben, wobei Polygekennzeichnet, daß die Dauer der Wärmebehand- acrylnitrilfasern bei 180 bis 5500C in sauerstoffhaltiger lung in oxydierender bzw. sauerstoffhaltiger Atmo- 25 Atmosphäre vorbehandelt und anschließend in Inertsphäre für die vollständige Permeation von Sauer- gasatmosphäre bei 700 bis 3000° C verkokt werden,
stoff durch die einzelnen Fasern ausreicht. Es wurde nun festgestellt, daß Kohlenstoffasern
3. The method according to claim 1 or 2, characterized in the position of carbon fibers, wherein poly is characterized in that the duration of the heat treatment acrylonitrile fibers pretreated at 180 to 550 0 C in oxygen-containing lung in an oxidizing or oxygen-containing atmosphere and then in the inert sphere for the complete permeation of the sour gas atmosphere at 700 to 3000 ° C are coked,
material through the individual fibers is sufficient. It has now been found that carbon fibers
4. Verfahren nach einem der vorangehenden oder -fäden mit verbesserten mechanischen Eigen-Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die schäften erhalten werden können, wenn zumindest Fasern nach dem Verkoken gegebenenfalls unter 30 während eines Teils des Herstellungsprozesses pa-Zugspanmmg auf eine Temperatur bis oberhalb rallel zur Wärmeeinwirkung für eine an den Fasern 20000C erhitzt werden. oder Fäden angreifende Zugspannung gesorgt wird.4. The method according to any one of the preceding or threads with improved mechanical inherent claims, characterized in that the shafts can be obtained if at least fibers after coking, possibly below 30 during part of the manufacturing process pa-Zugspanmmg to a temperature up to above rallel to the effect of heat for one on the fibers 2000 0 C are heated. or tension acting on threads is provided. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden An- Das erfindungsgemäße Verfahren der eingangs gesprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver- nannten Art ist somit dadurch gekennzeichnet, daß die koken in Wasserstoffatmosphäre oder im Vakuum 35 Fasern oder Fäden während der Oxydationsbehanddurchgeführt wird. lung und/oder zumindest eines Teils der Verkokungs-5. The method according to one of the preceding claims. characterized in that the named type is thus characterized in that the coking carried out in a hydrogen atmosphere or in a vacuum 35 fibers or threads during the oxidation treatment will. development and / or at least part of the coking 6. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 behandlung einer Zugspannung ausgesetzt werden, die bis 5 erhaltenen Kohlenstofffasern zur Herstellung ausreicht, um eine Längsschrumpfung der Faser zuvon faserverstärkten Verbundmaterialien, insbe- mindest teilweise zu verhindern oder eine Streckung sondere Kunststoffen, wie synthetischen gehärteten 40 der Faser zu bewirken.6. Use of the treatment according to one of claims 1 to be subjected to tensile stress, the to 5 obtained carbon fibers for production is sufficient to cause longitudinal shrinkage of the fiber fiber-reinforced composite materials, in particular at least partially to prevent or stretching special plastics such as synthetic hardened 40 to effect the fiber. Fluorelastomeren, Polyesterharz, Epoxyharz oder Die Voroxydation durch Wärmebehandlung inFluoroelastomers, polyester resin, epoxy resin or pre-oxidation by heat treatment in einem Harz vom Friedel-Crafts-Typ. sauerstoffhaltiger oder oxydierender Atmosphäre era Friedel-Crafts type resin. oxygen-containing or oxidizing atmosphere folgt vorzugsweise bei 200 bis 25O0C (beispielsweise durch Aufheizen in Luft), wobei insbesondere für eine 45 für die vollständige Permeation von Sauerstoff durch die einzelnen Fasern ausreichende Dauer der Wärme-follows preferably at 200 to 25O 0 C (for example by heating in air), in particular for a duration of heat that is sufficient for complete permeation of oxygen through the individual fibers behandlung gesorgt wird. Wenn nämlich der vorangehende Oxydationsvorgang, der gegebenenfalls einen Teil des Verfahrens bildet, von zu kurzer Dauer ist, 50 behalten die Fasern einen weichen Kern, und bei der nachfolgenden Wärmebehandlung bei hoher Tempera-treatment is taken care of. If namely the preceding oxidation process, possibly one Part of the process is too short in duration, the fibers retain a soft core, and when the subsequent heat treatment at high temperature Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur tür werden in der sich dabei ergebender Faser Löcher Herstellung von Kohlenstoffasern oder -fäden durch oder Hohlräume gebildet.The invention relates to a method for making holes in the resulting fiber Manufacture of carbon fibers or filaments formed by or cavities. Verkoken von Polyacrylnitrilfasern bei etwa 10000C Die erforderliche Dauer hängt dabei in starkemCoking of polyacrylonitrile fibers at about 1000 0 C The required duration depends on it cder mehr unter nicht oxydierenden Bedingungen 55 Maße vom Durchmesser der jeweiligen Fasern oder gegebenenfalls mit vorangehender Oxydationsbehand- Fäden ab; bei einer Temperatur von 220° C wird jedoch lung durch Wärmebehandlung der Polyacrylnitril- eine vollständige Durchdringung der Fasern mit Sauerfasern in einer oxydierenden Atmosphäre bei niedri- stoff nach einem etwa 24 Stunden langen Aufheizen bei geren Temperatüren. 2V2-Denier-Fasern und nach einem etwa 50 Stundenor more under non-oxidizing conditions 55 dimensions depend on the diameter of the respective fibers or, if necessary, with previous oxidation treatment threads; At a temperature of 220 ° C, however, heat treatment of the polyacrylonitrile results in a complete penetration of the fibers with acid fibers in an oxidizing atmosphere at low temperatures after about 24 hours of heating at low temperatures. 2V 2 denier fibers and after about 50 hours Als Polyacrylnitrilfasern sollen dabei gemäß allge- 60 langen Aufheizen bei 4V2-Denier-Fasern erreicht,
meinem Sprachgebrauch auch Copolymere oder Ter- Die Verkohlung oder Verkokung der Fasern oder
The polyacrylonitrile fibers are supposed to achieve, according to a general length of heating with 4V 2 denier fibers,
my parlance also copolymers or ter- The charring or coking of the fibers or
polymere von Acrylnitril mit anderen Monomeren, Fäden erfolgt vorzugsweise in Wasserstoff oder im wie z. B. MethylmetHacrylat oder Vinylacetat, ver- Vakuum.polymers of acrylonitrile with other monomers, filaments are preferably made in hydrogen or im such as B. methyl methacrylate or vinyl acetate, vacuum. standen werden, die entweder allein angewendet werden Weitere Verbesserungen der Eigenschaften der er-which are either used alone Further improvements in the properties of the oder denen mit diesen verträgliche Polymere, wie bei- 65 zeugten Fasern werden erreicht, wenn die Fasern anspielsweise Phenolharze oder Friedel-Crafts-Konden- schließend an die Verkohlung bei etwa 10000C weiter sate, zugegeben werden. bis zu Temperaturen oberhalb von 20000C, gegeben-or those compatible with these polymers, as examples 65 witnessed fibers are achieved when the fibers anspiel, phenolic resins or Friedel-Crafts condensation continues closing sate to the carbonization at about 1000 0 C, are added. up to temperatures above 2000 0 C, given- Kohlenstoffasern oder -fäden werden z. B. als Ver- nenfalls auch unter Zugspannung, in einer nicht oxy-Carbon fibers or threads are z. B. as a failure also under tensile stress, in a non-oxy-
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