DE1816170B - Verfahren zur Herstellung von Kohle oder Graphitfasern - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren 300^c C erreicht wird. Das Material mit einem Ge-

zur Herstellung von Kohle- oder Graphitfasern durch samttiter von 2400 den wird während dieser Tempe-

Verkokung und gegebenenfalls Graphitierung von raturbehandlung einer Zugspannung ausgesetzt, die

Fasern aus polymeren Kunststoffen, bei dem die Fa- eine Faserschrumpfung von nur 18«/o zuläßt. Der

sem zunächst im Rahmen einer Vorbehandlung in 5 Ofen wird mit 100 Liter Luft je Stunde gespült.

Anwesenheit eines Dehydrierungsmittels auf eine Man erhält ein schwarzes flexibles Produkt mit

Temperatur im Bereich von 175 bis 300° C erwärmt einem Elastizitätsmodul von 7,9 · 10* kp/cm² und

und gleichzeitig einer Zugspannung ausgesetzt wer- einer Reißfestigkeit von 0,9 · 10³ kp/cm².

den. Ein Verfahren dieser Art ist bereits aus der bri- Hierauf wird das Fadenmaterial kontinuierlich

tischen Patentschrift 1110791 bekannt. Bei diesem io durch einen Ofen gezogen, dessen Temperaturprofil

Verfahren werden polymere Kunststoffasern in Luft- so beschaffen ist, daß im Temperaturbereich von 300

atmosphäre auf etwa 200 bis 300⁰C, insbesondere bis 550¹C eine Temperatursteigerung von 110° C/

auf 200 bis 250⁰C, erwärmt und gleichzeitig einer Stunde und im Temperaturbereich von 550 bis

Zugspannung unterworfen. Die Dauer der Vor- 1200° C eine Temperatursteigerung von 1200³C/

behandlung hängt neben der Temperatur vom Durch- 15 Stunde erreicht wird. Das Material wird gleichzeitig

messer der Fasern ab und beträgt z. B. für Polyacryl- weiter um 6 °/o geschrumpft. Die Verkokung wird im

nitrilfasern von 2,5 den 24 Stunden und von 4,5 den Inertgas (40 Liter Stickstoff je Stunde) ausgeführt.

50 Stunden. Durch die Vorbehandlung kann vor Man erhält nach der Verkokung ein schwarzes

allem der Elastizitätsmodul der unter Anwendung flexibles Kohlegarn mit den Festigkeitsdaten:

dieser Vorbehandlung hergestellten Kohle- und Gra- 20 E= 12-10« Ic/ 2

phitfasern wesentlich erhöht werden. _ _t'- \ _n4, *y ^m.>

Nach der belgischen Patentschrift 717 817 ist es ° ' ' ^K&^cm-

bekannt, Polyacrylnitrilfasera zur Carbonisierung Im Anschluß an die Verkokung wird eine konti-

und Graphitierung kontinuierlich durch zwei hinter- nuierliche Graphitierung in einem kleinen Graphitie-

einandergeschaltete öfen zu führen, deren Tempera- »5 rungsofen unter Argon durchgeführt. Die Geschwin-

turen etwa 200 bis 300° C bzw. 2000 bis 3000° C digkeit wird so gewählt, daß die Verweilzeit in der

betragen. Die Vorschubgeschwindigkeit im Vor- heißen Zone etwa 1 Minute beträgt. Es wird ein Zug

behandlungsofen beträgt dabei etwa 20 cm/Stunde. von 40 g oder mehr an die Fasern angelegt. Nach

Da im Ofen die Temperatur linear von Raumtempe- einer Temperaturbehandlung bei 3000° C erhält man

ratur auf 265° C auf einer Länge von 50 cm ansteigt, 30 folgende Festigkeitswerte:
beträgt der Temperaturanstieg etwa 100° C/Stunde.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- ^E ~ 2,1 · 10 «S/c™;

gründe, die Dauer der Vorbehandlung abzukürzen, ° ¹^' ^{1U k}P/^cm"

ohne daß hierdurch der Erfolg derselben vermindert . 19

wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch 35 B e 1 s ρ 1 e 1 2

gelöst, daß ausgehend von einem Verfahren der ein- Die Voroxydation wird wie im Falle des Beispiels 1

gangs genannten Art während dieser Vorbehandlung durchgeführt. Es wird jedoch eine Streckung um 5%

die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 3 bis durchgeführt. Man erhält ein Produkt mit den folgen-

35° C/Stunde von 175 auf 300° C erhöht wird. den Festigkeitsdaten:

Während der Vorbehandlung wird vorteilhafter- 40 E = 10 6 · 10⁴kp/cm²

weise als Dehydrierungsmittel Luft verwendet. Durch _Q _ j'g. ^q₈ w_cm2
den Sauerstoffgehalt der Luft können die erzielten

Festigkeitsdaten in erwüuscbter Weise beeinflußt Die Verkokung wird wie im Falle des Beispiels 1

werden. Es kann daher vorteilhaft sein, in Abhängig- durchgeführt, jedoch wird zwischen 300 und 550° C

keit von den gewünschten Ergebnissen Luft mit er- 45 eine Temperatursteigerung von 440° C/Stunde, zwi-

höhtem Sauerstoffanteil, vorzugsweise mit einem An- sehen 550 und 1200° C eine solche von 4800° C/

teil bis zu 40% Sauerstoff oder Luft mit verminder- Stunde eingehalten. Man erhält ein Produkt mit den

tem Sauerstoffgehalt, vorzugsweise mit einem Gehalt folgenden Festigkeitsdaten:

unter 10⁰/o Sauerstoff, zu verwenden. Weiterhin als _E _ 1/78.10⁶ kp/cm²

Dehydrierungsmittel geeignet ist Chlor oder flüssiger 50 _ j'g , ^q₄ w_cm2

Schwefel. '

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Die Graphitierung wird wie im Falle des Beispiels 1 Vorbehandlung unter einem Gasdruck, der höher als durchgeführt. Man erhält bei Anwendung einer Grader Atmosphärendruck ist, durchzuführen. phitierungstemperatur von 3000° C und einem Zug

Dem während der Vorbehandlung verwendeten 55 von 40 g folgende Festigkeiten:

Dehydrierungsmittel können weitere Substanzen, ins- .~ _ ^ 3 . jo« ko/cm²

besondere Dehydrierungsmittel, wie Ammonsulfat _ j'g, ^q₄ J₅J,/q^

oder Ammonphosphat, Radikalbildner, wie Ortho- '

nitrophenol oder Parathiokresol, oder Radikalfänger, Zur Ermöglichung eines Vergleichs wurde eine

wie Hydroxylamin oder Harnstoff, zugesetzt werden. 60 weitere Verkokung von Polyacrylnitrilfascrn unter

Tm folgenden werden Ausführungsbeispiele des er- Vorbehandlung bei konstanter Temperatur von

findungsgemäßen Verfahrens beschrieben. 220° C während der Voroxydation durchgeführt, bei

der sonst überall die gleichen Verfahrensbedingungen

Beispiel 1 gewählt wurden wie im Falle des Ausführungsbei-

Fasern aus Polyacrylnitril werden kontinuierlich 65 spiels 1. Die hierbei erzielten Festigkeitswerte entdurch den Ofen gezogen, dessen Tcmperamrprofil so sprachen den für das Ausführungsbeispiel 1 angegebeschaffen ist, daß eine lineare Temperaturerhöhung benen. Während jedoch für die Voroxydationsvon 35° C/Stunde im Temperaturbereich 175 bis behandlung gemäß Ausführungsbeispiel 1 nur eine

Zeit von etwa 4 Stunden erforderlich war, mußte bei Wahl einer konstanten Voroxydationstemperatur die Voroxydation über eine Zeit von etwa 20 Stunden ausgedehnt werden. '

Durch die erfindungsgemäße Temperaturführung während der Vorbehandlung wird also eine erhebliche Abkürzung der Prozeßdauer erreicht. Durch die kontinuierliche Prozeßführung sowie die konstante Streckung im Vorbehandlungsschritt wird zusätzlich eine hohe Gleichmäßigkeit des Produktes erreicht.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kohle- oder Graphitfasern durch Verkokung und gegebenenfalls Graphitierung von Fasern aus polymeren Kunststoffen, bei dem die Fasern zunächst einer Vorbehandlung in Anwesenheit eines Dehydrierungsmittels ausgesetzt werden, indem sie auf eine Temperatur im Bereich von 175 bis 300" C erwärmt und gleichzeitig einer Zugspannung ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß während dieser Vorbehandlung die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 35° C/Stunde von 175 auf 300° C erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dehydrierungsmittel Chlor verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren kontinuierlich durchgeführt wird, indem endloses Fasermaterial wahrend der Vorbehandlung unter gleichzeitiger Verwendung einer Streckvorrichtung kontinuierlich durch eine Zone mit einer von 175 auf 300⁰C ansteigenden Temperatur geführt wird, wobei die Temperatursteigerung zwischen 3 und 35° C/Stunde beträgt.