DE1646794B2 - Verfahren zur Herstellung von hochfesten Kohlenstoffasern oder -fäden - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von hochfesten Kohlenstoffasern oder -fädenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von hochfesten Kohiens;toffasern oder
-fäden mit hoher Bruchdehnung durch Wärmebehandlung von Fasern oder Fäden aus Polyacrylnitril zunächst
in einer oxydierenden Atmosphäre bei Temperaturen um rhalb der Verkokungstemperatur und
nachfolgend im Verkokungsbereich in nichtoxydierender oder inerter Atmosphäre.
Ein solches Verfahren wird von A. S h i η d ο (Report of the Gevernment Industrial Research Institute,
Osaka, Japan, Nr. 317 von 1961) beschrieben.
Ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstofffaden ausgehend von Fasern oder Fäden eines organischen
Polymeren durch Verkoken wird auch bereits in der älteren Patentanmeldung P 16 46 769 (vgl.
deutsche Offenlegungsschrift 1 646 769) vorgeschlagen.
Dieses Verfahren besteht in einer kombinierten Anwendung von Wärme und Zugspannung während
der Umwandlung von Fasern oder Fäden aus organischen Polymeren, wie Polyacrylnitril, zu Kohlenstoffasern
oder -fäden. Diese Umwandlung umfaßt das Aufheizen der Polymerfasern oder -fäden auf eine
Verkokungstemperatur in nichtoxydierender Atmosphäre, wie in Wasserstoff, sowie gegebenenfalls eine
vorangehende Oxydationsbehandlung bei relativ niedriger Temperatur, wie beispielsweise ein Aufheizen in
Luft oder vorzugsweise in einer sauerstoffreichen Atmosphäre. Diese Vorbehandlung sollte, sofern sie
angewandt wird, so lange dauern, daß eine vollständige Durchdringung der Einzelfäden bzw. -fasern
durch den Sauerstoff sichergestellt wird, se daß kein weicher Kern verbleibt, der für das Verhalten der am
Ende des Verfahrens erzielten Kohlenstoffasern oder -fäden nachteilig wäre. Das Zusammenwirken von
Wärme und Zugspannung kann während der Hochtemperaturverkokung oder während der Vorbehandlung,
sofern eine solche stattfindet, oder auch während beider vorgesehen werden.
Bei einer speziellen Art und Weise der Durchführung des in der genannten Patentanmeldung beschriebenen
Verfahrens zur Herstellung von Kohlenstofffasern oder -fäden werden zunächst unter Zugspannung
gehaltene Polyacrylnitrilfasern in einer oxydierenden Atmosphäre auf 200 bis 2500C für eine
Zeit aufgeheizt, die ausreicht, die im wesentlichen vollständige Permeation von Sauerstoff durch die
Einzelfasern oder -fäden zu ermöglichen, und nachfolgend werden die so gebildeten Fasern auf eine
Verkokungstemperatur von zumindest 10000C unter nichtoxydierenden Bedingungen aufgeheizt
Die aufgeprägte Zugspannung ist derart, dvß Lä'ngsschrumpfungen,
die normalerweise während dieses vorangehenden Tieftemperatur-Oxydationsvorganges
stattfinden würden, zumindest vermindert sind oder nicht mehr auftreten,oder auch derart, daß eine Längung
der Fasern bewirkt wird. Die vorangehende Ficftemperatur-Oxydationsbehandlung kann durch
Aufheizen der Fäden oder Fasern in einer sauerstoffreichen Atmosphäre vorgenommen werden oder in
handelsüblich reinem Sauerstoff, wobei die Fasern oder Fäden voneinander einen solchen Abstand
haben Jaß ein freier Durchtritt des Sauerstoffs zwischen ihnen möglich ist.
Nach diesem Verfahren können hochfeste Kohlenstoffasern oder -fäden erzielt werden, und es wird
gleichfalls eine weitere Nachbehandlung der Kohlenstoffasern oder -fäden in einer inerten Atmosphäre,
beispielsweise bei 2500° C in Argon, beschrieben, durch die der Young-Modul ohne Erhöhung der
Zugfestigkeit erhöht wird.
Im allgemeinen sollen durch ein solches Verfahren Kohlenstoffasern oder-fäden hergestellt werden, die
sowohl eine hohe Zugfestigkeit als auch einen hohen Wert des Young-Moduls (E) aufweisen.
Für einige Anwendungsbereiche wären jedoch Kohlenstoffasern
bzw. -fäden wünschenswert, die sowohl eine hohe Zugfestigkeit als auch hohe Zugspannungscharakteristiken
zeigen, d. h. Kohlenstoffasern oder -fäden, die eine gewisse Fähigkeit haben, sich zu
dehnen und doch eine brauchbare Zugfestigkeit behalten — also Kohlenstoffäden, die sich vor dem
Brechen merklich dehnen können.
Bei Verfahren, die zu festen Kohlenstoffäden führen,
ist es möglich, den Young-Modul bei verschiedenen Zugspannungswerten zu erhöhen, unter entsprechender
Erniedrigung der Bruchdehnung. Wenn man jedoch die Fäden oder Fasern einer fortgesetzten
bzw. Weiterbehandlung unterwirft bis zu sehr hohen Zugfestigkeitswerten, ist es möglich, einen Punkt zu
erreichen, bei dem die Dehnung einen Maximalwert annimmt; die Zugfestigkeit nimmt dabei auch zu,
aber jenseits dieses Punktes kann die Zugfestigkeit in der Tat abnehmen. D'as erfindungsgemäße Verfahren
besteht demnach darin, daß man bei der Herstellung von Kohlenstofiasern oder -faden durch
Umwandlung von Fasern oder Fäden aus Polyacrylnitril die Verkokung fortsetzt und in der Nähe
eines solchen Maximalwertes der Bruchdehnung zu Ende führt bzw. abbricht, daß hohe Werte sowohl
der Bruchdehnung als auch der Zugfestigkeit erreicht weiden.
koi
Zu
Zu
Eine Weiter- oder Nachbehandlung der Kohlefaden bei einer Temperatur oberhalb der Verkokungsiemperatur
in inerter Atmosphäre, wie in Ληωη,
wird den Young-Modul stetig erhöhen und die Zugfestigkeit ansteigen lassen, bis zu einem Punkt, jenseil*
dessen die Zugfestigkeit tatsächlich abnehmen kann; an diesen Punkt hat die Bruehdehnung einen
Maximalwert. Eine solche Nachbehandlung bis in die Nachbarschaft dieses Punktes ist daher ein wesentliches
Merkmal der Erfindung.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren der einganes genannten Art ist mithin dadurch gekennzeichnet,
dall die Fasern oder Fäden in der oxydierenden Atmosphäre bis zur vollständigen Durchdringung
der Fasern oder Fäden durch Sauerstoff wärmebehandelt und danach in der nichtoxydierenden oder
inerten Atmosphäre bei Verkokungstemperaturen bis 10(30 C verkokt werden, wobei die Fasern oder
Fiiikn zumindest während einer dieser Stufen der
Mnierten Einwirkung von Wärme und einer .spannung ausgesetzt werden, die zumindest ausr;.
die normale Schrumpfung der Fasern oder ■en zu vermindern, und daß die verkokten Fasern
r Fäden dann noch in inerter Atmosphäre bei einer i.jicich vor, 1220bis 1700°Cliegenden Temperatur
v.,, mebehandelt werden, die in Nähe des Temperaturwertes
liegt, der zu Kohlensto/Tasern oder -fäden i'iiiir!. die einen Maximalwert an Bruehdehnung bei
hoher Zugfestigkeit aufweisen.
Die Nachbehandlung zur Erzielung maximaler Festigkeit und maximaler Bruehdehnung besteht
also in einem Aufheizen der durch Umwandlung von Polyacrylnitrilfasem oder -faden erhaltenen Kohlenstoffasern
oder -fäden in einer : lerten Atmosphäre,
wie Argon, für zumindest 1 Stunde auf Temperaturen zwischen 1200 und 17000C.
Vor dem oben beschriebenen Umwandlungsverfahren können die Fasern oder Fäden gedehnt bzw.
gereckt werden, und zwar stärker als bei der Herstellung von Pciyacrylnitrilfasern für Textilzwecke
üblich.
Bei einem Beispiel für das erfindungsgemäße Veifahren
wurden Polyacrylnitrilfasem oder -fäden von 20 μ Durchmesser in Luft 44 Stunden lang auf 220°C
aufgeheizt und dabei unter Zugspannung gehalten. Die Fasern oder Fäden wurden danach durch Aufheizen
auf eine Temperatur von 1000° C in einer Wasserstoffatmosphäre verkokt. Die resultierenden
Fasern oder Fäden wurden dann gemäß den Angaben der folgenden Tabelle einer Wärmebehandlung unterzogen,
und es wurden die nachstehend zusammengefaßten Ergebnisse erzielt.
! Stunde Wärme behandlung bei Temperatur |
Ζιιμ- Ccsligkeii (TSi |
Young- MndullE) parallel zur Faser |
Bruch dehnung (%) rs |
I C) | (kg/cm2) | (kg/cnri | Kl moil I |
1000 Ϊ500 2000 2500 2800 |
14,8 · 10J 22,5 · IO3 19,0 · 103 17,93 · 103 17,86· 103 |
1,65 · 106 2,46 · 10b 3,23 · 106 3,87 · 10b 4,22 ■ 106 |
0,89 0,91 0,59 0,46 0.42 |
Bei einem weiteren Beispiel wurden Kohlenstofffasern oder -faden mit einem mittleren Durchmesser
von 7 μ aus 12 μ Polyacrylnitrilfasem oder -fäden
hergestellt, und zwar durch 5 Stunden langes Aufheizen in Luft auf 2200C, wobei ein Schrumpfen
dadurch verhindert wurde, daß die Fäden z. B. auf eine Spule bzw. einen Formkörper aufgewickelt
waren. Die »oxydierten« Fäden wurden dann durch Aufheizen bis 10000C verkokt und einer weiteren
Wärmebehandlung unterworfen, deren Daten der nachfolgenden Tabelle zu entnehmen sind:
I Stunde Wärmc- hchandluni: bei Temperatur |
Zug festigkeit [TS) |
Young- Modul (E) parallel zur Faser |
106 | Bruch dehnung 1%) " TS |
I Cl | (kg/cm2) | (kg/cnr) | 106 | ~ EImod) |
1000 | 18,3 · ΙΟ1 | 1,85 | 106 | 0,99 |
1200 | 21,2 ■ 103 | 2,03 | 106 | 1,04 |
1300 | 20,6 · 103 | 2,21 | 10" | 0,93 |
1400 | 28,8 ■ 103 | 2.S3 | 106 | 1,24 |
1500 | 31,2 · 103 | 2,37 | 106 | 1,32 |
1600 | 32,7 · 103 | 2,55 | 1,28 | |
1700 | 26,6 ■ 103 | 2,67 | 0,99 |
Aus der vorstehenden Tabelle folgt, daß sowohl die Zugfestigkeit als auch die Bruehdehnung innerhalb
des Temperaturbereichs von 1200 bis 17000C für die Wärmebehandlung maximale Werte erreichen.
Gemäß der Erfindung können also Kohlenstofffasern oder -fäden mit den gewünschten Eigenschaften
einer hohen Zugfestigkeit und gleichzeitig hoher Bruehdehnung hergestellt werden.
Claims (1)
- I 646Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung von hochfesten Kohlenstoffasern oder -faden mit hoher Bruchdehnung durch Wärmebehandlung von Fasern oder Fäden aus Polyacrylnitril zunächst in einer oxydierenden Atmosphäre bei Temperaturen unterhalb der Verkokungstemperatur und nachfolgend im Verkokungsbereich in nichtoxydierender oder so inerter Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern oder Fäden in der oxydierenden Atmosphäre bis zur vollständigen Durchdringung der Fasern oder Fäden durch Sauerstoff wärmebehandelt und danach in der nichtoxydierenden oder inerten Atmosphäre bei Verkokungstemperaturen bis KKX)0C verkokt werden, wobei die Fasern oder Fäden zumindest während einer dieser Stufen der kombinierten Finwirkung von Wärme und einer Zugspannung ausgesetzt werden, die zumindest ausreicht, die normale Schrumpfung der Fasern oder Fäden zu vermindern, und daß die verkokten Fasern oder Fäden dann noch in inerter Atmosphäre bei einer im Bereich von 1200 bis 17000C liegenden Temperatur wärmebehandelt werden, die in Nähe des Temperaturwertes liegt, der zu Kohlensiüffasern oder -fäden führt, die einen Maximalwert an Bruchdehnung bei hoher Zugfestigkeit aufweisen.30
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US3989802A (en) * | 1970-02-11 | 1976-11-02 | Great Lakes Carbon Corporation | Treatment of carbon fibers |
US3841079A (en) * | 1970-04-14 | 1974-10-15 | Celanese Corp | Carbon filaments capable of substantial crack diversion during fracture |
US3764662A (en) * | 1971-04-21 | 1973-10-09 | Gen Electric | Process for making carbon fiber |
US3914394A (en) * | 1973-02-15 | 1975-10-21 | Japan Exlan Co Ltd | Process for producing carbon fibers |
JPS5124604B2 (de) * | 1973-04-25 | 1976-07-26 | ||
GB1600640A (en) * | 1977-05-26 | 1981-10-21 | Hitco | Method of removing alkali and alkaline earth impurities from carbonizable polyacrylonitrile material |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US2799915A (en) * | 1953-03-30 | 1957-07-23 | Johns Manville | Thermal modification of acrylonitrile polymers |
US2913802A (en) * | 1953-07-16 | 1959-11-24 | Johns Manville | Thermal modification of acrylonitrile yarns |
GB911542A (en) * | 1960-08-25 | 1962-11-28 | Tokai Denkyoku Seizo Kabushiki | Improvements in or relating to the manufacture of heat resistant and corrosion resistant polyacrylonitrile fibres |
US3313597A (en) * | 1963-01-24 | 1967-04-11 | Union Carbide Corp | Method for continuous graphitization of carbonaceous thread |
GB1110791A (en) * | 1964-04-24 | 1968-04-24 | Nat Res Dev | The production of carbon fibres |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 |