DE2012284A1 - Verfahren zur Herstellung von Faser-Produkten mit dünnen Kohlenstoffasern - Google Patents

Description

2012284 FARBENFABRIKEN BAYER AG

LEVERKU S EN-Bayeiwerk P.teni-AbteÜung Reu/HM ί 3, ΜθΓΖ

Verfahren zur Herstellung von Paser-Produkten mit dünnen

Kohlenstoffasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Faser-Produkten wie Einzelfäden, Fasern, Garnen, Geweben, Gewirken oder Vliesen mit dünnen Kohlenstoffasern durch Abätzen während des Verkohlungsprozesses, wobei die Abätzung der Fasern gleichmäßig erfolgt, so daß der Querschnitt der Fasern entsprechend verringert wird.

Es ist bekannt, Kohlefasern - ausgehend von Polyacrylnitrilfasern - in zwei Schritten herzustellen, wobei im ersten Schritt die organischen Fasern einer Temperaturbehandlung zwischen etwa 200 und 400⁰C in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre ausgesetzt werden und im zweiten Sehritt in einer strömenden, Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre ver-^ kohlt werden. ·

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Meistens wird in Luft getempert. Im allgemeinen läßt man während der Temperung eine Zugspannung auf die Fasern einwirken» Die Verkohlung wird vorzugsweise in strömendem Wasserstoff, mitunter auch in strömendem Inertgas oder in einem strömenden Gasgemisch, bestehend aus Wasserstoff und Inertgasen durchgeführt. Bei der Verkohlung wird die Temperatur im allgemeinen um weniger als 30Q°C/h erhöht bis in die Gegend¹· von 1000⁰C. In manchen Fällen wird bis auf eine Temperatur, zwischen etwa 1500 und 160O⁰C aufgeheizt. An die Verkohlung

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kann sich in einem dritten Schritt eine Graphitisierung bis zu Temperaturen von etwa 300O⁰G in Inertgasen anschließen. Die beiden Schritte "Temperung" und "Verkohlung" werden in den meisten Fällen in zwei separaten Temperaturstufen bzw. Erhitzungszonen durchgeführt. Bei kontinuierlichen Verfahren ist dies die Regel.

Die feintitrigsten Spinnfasern, die heute in technischem Maßstab aus Acrylnitrilpolymerisaten herstellbar sind, haben einen Titer von etwa 1,5 dtex. Das entspricht bei kreisrunden Pasern einem Durchmesser von etwa 13 /Uei.Es hat sich gezeigt, daß feintitrige Polyaerylnitrilfasern sich besonders gut zur Herstellung von Kohlenstoffasern eignen. Die Gefahr, daß bei der Handhabung solchen Materials Paserbrüche auftreten, ist relativ groß, besonders wenn es um die Handhabung von Bändern geht, die aus mehreren tausend Einzelfäden bestehen. Bekannt ist, daß bei der Temperung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre und bei der Verkohlung eine Schrumpfung der Fasern eintritt, die eine Verringerung des Faserdurchmessers um insgesamt etwa 30 bis 50 $ ausmacht. Kohlenstoffasern können praktisch nicht mehr verstreckt werden. Eine Dehnung von 2 $ führt in fast allen Fällen zum Reißen der Faser. Durch Verstrecken der Kohlenstofffaser kann also praktisch keine Verringerung des Faserdurchmessers erreicht werden. Für mehrere Anwendungen besteht ein großes Interesse an sehr dünnen Kohlenstoffasern, z.B. für die Herstellung kohlenstoffaserverstärkter Kunststoffe,wobei die Wirksamkeit der verstärkenden Fasern mit dem Verhältnis Länge zu Durchmesser zunimmt. Auch für die Herstellung von Fasermaterialien für Hochtemperatur-Isolationen in der Form von Vliesen und Wirrfaserwollen aus Kohlenstoff sind dünne Fasern besonders geeignet.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Le A 12 831 - 2 -

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Verfahren zur Herstellung dünner Kohlenstoffasern durch möglichst gleichmäßige Abätzung dickerer Pasern zu finden.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von Faser-Produkten nit dünnen Kohlenstoff-Fasern gefunden,bei dem von Polyacrylnitril—Fasern ausgegangen wird, die in zwei Schritten zu Kolilefasern umgewandelt werden, wobei im ersten Schritt eine Te'ciperung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre- zwischen 150 und 400⁰C und im zweiten Schritt die Verkohlung bis zu Temperaturen oberhalb 4Ö0°C stattfinden und die Abätzung während der Verkohlung in einer strömenden, Wasserdampf enthaltenden Atmosphäre durchgeführt wird, die 0,5 bis 20 Vo-. lum-flS Wasserdampf enthält.

Eine bevorzugte Durch:'ührungsforiri des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Was'serdampf-Kon.zentration der strömenden Atmosphäre bei der Verkohlung dadurch einge-· stellt wird, daß die Fasern nach der Temperung und vor der Verkohlung durch eine Flüssigkeit transportiert werden, die aus Wasser besteht oder Wasser enthält.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß während der Verkohlung auf sehr einfache Weise eine erstaunlich gleichmäßige Abätzung der Fasernerreicht wird und dünne Kohlefasern mit einem Querschnitt erzeugt werden, der gegenüber dem ohne Abätzung erhaltenen ähnlich verkleinert ist. Auf diese Weise können Kohlefasern mit einem Bruchteil des ohne Abätzung erhaltenen Querschnitts hergestellt werden. Es ist z.B. möglich, den Querschnitt auf ein Fünftel zu reduzieren, Besonders wichtig ist, daß der Grau, der Querschnitts-Reduzierung über den Wasserdampfpartialdruck im Verkohlungsofen und über die Verweilzeit der Fasern im Verkohlungsofen vorgegeben und gesteuert werden kann. Auf besonders einfache und konstante Weise gelingt dies durch Durchleiten der Fasern durch eine Wasser enthaltende

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Flüssigkeit, wobei der Wassergehalt der Flüssigkeit den Wasserdampfpartialdruck im Verkohlungsofen festlegt. Eine Steuerung des Wasserdampfpartialdrucks ist auch über die Temperatur der Flüssigkeit - und damit auch über ihre Viskosität - möglich.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß die Herstellung dünner Kohlenstoffasern durch

Abätzen kontinuierlich durchgeführt werden kann. Hierbei wird mit Vorteil so vorfahren, daß die Fasern nach der Temperung und vor der Verkohlung kontinuierlich durch eine ^ Flüssigkeit, die aus Wasser besteht oder Wasser enthält, " gezogen werden. Hierbei wird die Flüssigkeit dann so angeordnet, daß sie den Eingang für die Fasern in den Verkohlungsofen gasdicht abschließt.

Das Verfahren wird derart durchgeführt, daß beispielsweise ein Band aus Endlosfasen aus Acrylnitrilpolymerisaten durch einen Ofen gezogen wird, in dem eine Temperung in Luft während einiger Stundon bei Temperaturen zwischen etwa 200 und 400 0 unter Zugspannung durchgeführt wird. Aus diesem Ofen werden die getemperten Fasern dann in den Verkohlungsofen, der beispielsweise ein Rohrofen ist, gezogen. In diesem Ofen wird längs der Rohrachse zwischen Eingang und fe Ausgang eine im strengen öinn stetig steigende Temperatur-Verteilung aufrechterhalten, so daß die Fasern bei ihrem Transport durch diesen Ofen eine stetig steigende Temperatur zwischen etwa Raumtemperatur und z.B. 1100⁰C erfahren. Die gesamte Verweilzeit im Verkohlungsofen liegt zwischen etwa 3 und 50 h. Die Verkohlung wird vorzugsweise in strömendem Wasserstoff, dem zur gleichzeitigen Abätzung der Fasern während der Verkohlung etwa 0,5 bis 20 Volumprozent Wasserdampf zugemischt v/erden, durchgeführt. Diese Gasmischung wird mit Vorteil an der gleichen Seite in den Verkohlungsofen eingeblasen, wo die Fasern in den Ofen

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gezogen werden. Der Wasserstoff-Wasserdampf-Mischung können auch noch Inertgase zugemischt werden.

Da es einerseits zweckmäßig ist, mit einer nicht sehr engen Eingangsöffnung für die Pasern in den Verkokungsofen zu arbeiten, und man andererseits aber mit möglichst sparsamem Gasverbrauch auskommen möchte, ohne Gefahr zu laufen, daß Luft in den Ofen eindringt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Wasserdampfgehalt der strömenden Atmosphäre im Verkohlungsofen dadurch vorzugeben und zu steuern, daß die Pasern nach der Temperung und vor dem Eingang in den Verkohlungsofen durch eine Wanne gezogen werden, die mit Was- · ser oder einer Wasser enthaltenden Flüssigkeit gefüllt ist, wobei die Flüssigkeit gleichzeitig als gasdichter "Verschluß der Eingangsöffnung für die Pasern in den Verkohlungsofen dient,

Die Flüssigkeit, befindet sich in einer Wanne, die gasdicht mit einem Deckel abgeschlossen ist. Der Deckel besitzt eine Öffnung, durch die die Pasern in die Flüssigkeit geführt werden. Die Öffnung wird dem Faser-Produkt-Einzelfaser oder Faden, Faser-Band bestehend aus vielen tausend Einzelfasern, Garn, Gewebe, Gewirke oder Vlies - angepaßt. Sie soll nicht unnötig groß sein, damit die Verdampfung der Flüssigkeit niedrig bleibt. In die Flüssigkeit ragt von oben her ein Rohrstutzen, der gasdicht am Eingang in den Verkohlungsofen angesetzt ist. Das Faser-Material wird über Umlenk- bzw. Führungsrollen, durch die Flüssigkeit in den Rohrstutzen und in den Verkohlungsofen geleitet. Die Anordnung der Wanne und des Rohrstutzens werden so gewählt, daß die Flüssigkeit nicht aus der Wanne in den Ofen laufen kann.

Bei der Verkohlung von Fäden, Fasern, Faser-Bändern, Garnen werden vorzugsweise kreiszylindrische Trichter für die Ein-

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führung dieses Faser-P-aterials durch den Deckel der Wanne in die Flüssigkeit und kreiszylindrische Rohrstutzen für lie Einführung des Materials in den Verkohlungsofen verwendet. Bei ebenen Gebilden wie Geweben, Vliesen etc. werden rechteckige Schlitzöffnungen benutzt.

Als Flüssigkeiten kommen in Frage Wasser und alle Wasser enthaltenden, flüssigen Substanzen, die bei Raumtemperatur oder bei den zur Verkohlung angewandten Temperaturen Wasserdampf abgeben. Im allgemeinen wird man die Herstellung dünner Kohlenstoffasern durch Abätzung nicht mit einer gleichzeitigen Dotierung der Fasern mit Elementen, die im Paser-Ausgangsmaterial nicht enthalten sind, kombinieren. Für das erfindungsgemäße Verfahren sind als Wasser enthaltende Flüssigkeiten besonders solche geeignet, die nur Elemente aus der Klasse H, C, N, 0 enthalten, z.B. Säuren, Laugen, Alkohole, Aldehyde, Ketone oder Hydrazin bzw. Hydrazinverbindungen. Sehr gut ist Hydrazinhydrat mit Hydrazin-Konzentrationen zwischen etwa 15 und 64 °!-> NpH, geeignet. Im allgemeinen wird man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Flüssigkeit unter Normaldruck arbeiten. Die Temperatur der Flüssigkeit liegt unter 100⁰G, vorzugsweise zwischen etwa 0 und etwa 50 C. Es ist zweckmäßig, eine transparente Wanne (z.B. aus dickwandigem Glas oder Kunststoff) und transparente Flüssigkeiten zu verwenden, damit das Faser-Material jederzeit auf seinem Transport durch die V/anne beobachtet werden kann.

Die Flüssigkeitsmenge, die in den Verkohlungsofen gelangt, hängt von folgenden Größen ab:

Was als Dampf in den Ofen gelangt, hängt nur vom Dampfdruck der Flüssigkeit bei der vorgegebenen Flüssigkeitstemperatur und dem lichten Querschnitt des in die Flüssigkeit eintauchenden Rohrstutzens ab.

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Was als Flüssigkeit in den Ofen gelangt, hängt vor allen Dingen von der Benetzung der getemperten Fasern durch die Flüssigkeit ab. Bei guter Benetzung hängt die mitgeschleppte Menge von der Viskosität der Flüssigkeit und der spezifischen Oberfläche der getemperten Fasern ab. Je höher die Viskosität ist und je grosser die Faser-Oberflache ist, umso mehr Flüssigkeit' wird mit in den Ofen geschleppt. Die Oberfläche der Fasern hängt vom Ausgangsmaterial und seiner Geometrie sowie von der Temperung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre ab und liegt bei der BET-Bestimffiun.-r im allgemeinen in der Größenordnung 100 ro /g. ■

Bei wasserhaltigen Flüssigkeiten, bei denen durch unterschiedliche Dampfdrücke der einzelnen Komponenten und/oder selektive Benetzung der einzelnen KoHponenten an den getemperten Fasern eine Veränderung der Zusammensetzung der Flüssigkeit im Laufe der Zeit eintritt, muß fiir eine Kachlieferung der Komponenten gesorgt werden, an denen die Flüssigkeit sonst verarmen würde. Dies kann z.B. durch Zutropfenlassen der betreffenden Komponenten in die Flüssigkeit geschehen.

Sine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeigt die Figur. Das Faser-Produkt aus einem Acrylnitrilpolymerisat, beispielsweise ein Faserband, wird von der Vorratsrolle (I)- mit der Bremstrommel (2) über die Rollen (4) mit Hilfe des ersten Spannwalzen-Paares (3) und des zweiten Spannwalzenpaares (5) durch den Rohrofen ('6) mit dem Quarzrohr (7) und den Trichtern (8) gezogen. Über den Regler (8a) wird eine bestimmte Menge Luft in das Rohr (7) eingeleitet. An der unteren Walze des zweiten Spannwalzenpaares (5) befindet sich ein Messer (11). Über die Umlenkrolle (10) wird das Faserband durch den Trichter (18) in die Wanne (15) mit Deckel (16) eingeführt und durch die Flüssigkeit (i7) über die Umlenkrollen (19), das Eintauch-Rohr (20) und den Umlenkstab (21) in den Rohrofen (12) mit Quarzrohr (13) eingeleitet. In' das Quarzrohr (13), in dem die Verkohlung stattfindet, wird über den Regler (12a) ein sauerstoff reies Gas eingeleitet. Das Kohlefaser-Band wird auf der Rolle (1.4) aufgewickelt.

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In den folgenden Beispielen wird die Erfindung noch weiter erläutert:

Beispiel 1;

Ein Endlosfaser-Band bestehend aus 6000 Einzelfasern aus Aerylnitril-Homopolymerisat von je 1,8 - 1,9 dtex befindet sich auf einer Vorratsrolle (1), deren Achse drehbar horizontal gelagert ist. Auf der Achse sitzt eine Bremstrommel (2) mit variabel einstellbarer Bremswirkung. Das Paser-Band wird zwischen zwei vertikalen Führungsstangen mittels eines ersten Spannwalzen-Paars (3), dessen eine Walze von einem Synchronmotor angetrieben wird, kontinuierlich von der ^ Vorratsrolle abgezogen. Die beiden Walzen sind zylindrisch; ihre Achsen sind parallel zueinander in einer Vertikalebene angeordnet. Die angetriebene, untere Walze besteht aus spiegelnd poliertem Edelstahl. Die obere Walze ist mit Gummi ummantelt, ist um ihre Achse drehbar gelagert und wird einstellbar fest gegen die Antriebswalze gepreßt, wobei die Achsen beider Walzen parallel bleiben. Zwischen Vorratsrolle und erstem Spanriwalzen-Paar befinden sich vier alternierend, in zwei verschiedenen Horizontalebenen gelagerte Rollen (4), die beim Abziehen des Bandes von der gebremsten Vorratsrolle den nahezu runden Bandquerschnitt in einen rechteckigen Querschnitt von großer Breite und kleiner Höhe umwandeln.

Ein zweites Spanriwalzen-Paar (5) von genau gleichem Aufbau und gleicher Beschaffenheit, wobei die untere Antriebswalze von einem Synchronmotor, der mit gleicher Umdrehungszahl wie der Synchronmotor des ersten Spannwalzen-Paars läuft, angetrieben wird, zieht das Paser-Band durch einen elektrisch beheizten Rohrofen (6) von 130 cm Länge. Die Heizwicklung des Ofens ist so angeordnet, daß über 80 cm Rohrlänge eine konstante Temperatur von 23O⁰C herrscht und an der

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Ofen-Eingangsseite ein allmählicher Temperaturanstieg von 4 - 5° C/cm vorliegt. Im Ofen liegt ein Quarzgutrohr (7) von 5 cm Innendurchmesser. In das Rohr sind an beiden Enden Glastrichter (8) gekittet, durch die eine axiale Führung des Bandes durch den Ofen gewährleistet wird. An der Ofen-Eingangsseite werden 50 Nl Luft/h über den Regler (8a) eingeblasen, die zusammen mit Reaktionsdämpfen den Ofen am anderen Ende durch die Trichteröffnung verlassen. Das Band läuft mit einer Geschwindigkeit von 17 cm/h durch den Temperofen. Durch die beiden Spannwalzen-Paare am Eingang und am Ausgang des Ofens wird die Länge des Bandes während des Transports durch den Temperofen konstant gehalten.

Das den Temperofen verlassende Band hat wiederum nahezu runden Querschnitt, der durch zwei in verschiedenen Horizontalebenen gelagerte Rollen (9) in einen Rechteck-Querschnitt von großer Breite und geringer Höhe umgewandelt wird, bevor das Band zwischen die beiden Spannwalzen des zweiten Paares gelangt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Spannung des Bandes bewirkt.

Hinter dem zweiten Spannwalzen-Paar wird das Band über eine Umlenkrolle (10) senkrecht nach unten gezogen, um in einer tieferen Horizontalebene in umgekehrter Richtung (bezogen auf die Richtung im Temperofen) den Verkohlungsofen zu durchlaufen..

Zur Vermeidung von Schwierigkeiten, die durch gebrochene Pasern hervorgerufen werden, befindet sich ein Messer (11.) - um etwa 45° zur Horizontalebene geneigt - mit der Schneidkante dicht an der unteren Walze oberhalb Achsenhöhe. Das Band gleitet über die geneigte Messer-Ebene..

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Die Verkohlung findet in einem 300 cm langen Rohrofen (12) statt, der zehn separate, nebeneinander liegende Heizwicklungen von jeweils 30 cm Länge (in Rohraehsenrichtung) besitzt. An den Enden ist jede der zehn Wicklungen dichter gewickelt, um Nebenminima im Temperaturprofil zu vermeiden. Jede Wicklung wird über einen eigenen Stelltransformator geheizt, und zwar so, daß sich eine im strengen Sinne monoton steigende Temperatürkurve über der Rohrachse zwischen Eingang und Ausgang des Ofens ergibt. Der Ofeneingang liegt bei 150⁰C. Die Maximaltemperatur, die kurz vor dem Ofenausgang erreicht wird, liegt bei 1050⁰C. In Ofen liegt ein Quarzgutrohr (13) von 5 cm Innendurchmesser und glatter, glasierter Innenwand. Das Band wird mittels einer Wickelmaschine (14) mit Ghangierung und Rutschkupplung durch dieses Rohr gezogen.

Die Verkohlung findet in strömendem Wasserstoff (100 Hl Hg/h) statt. Der Wasserstoff wird über den Regler (12a) an dem gleichen Ofenende eingeleitet wie das Band, jedoch durch eine separate öffnung. Überschüssiger Wasserstoff und Reaktionsdämpfe verlassen zusammen mit dem verkohlten Band den Ofen am anderen Eide.

In einer Glaswanne (15) mit Deckel (16) befinden sich 2,5 1 Wasser als Flüssigkeix (17). Hier wird destilliertes Wasser von Raumtemperatur verwendet. Durch einen in den Deckel (16) eingesetzten Glastrichter (18) wird das Band in das Wasser geführt und über zwei Umlenkrollen (19) aus poliertem Edelstahl durch ein in das Wasser eintauchendes Glasrohr (20) von 8 mm Innendurchmesser und abgerundeten Kanten und über einen horizontal in Höhe der Rohrofenaehse senkrecht zur Achse angeordneten Glasstab (21) axial durch den Verkohlungsofen gezogen. Der Glastrichter (18) sowie das Glasrohr (20) sind gasdicht in den Deckel (16) eingesetzt; dieser ist gasdicht mit der Wanne (15) verbunden. Der Wasserverbrauch beträgt 2,4 ml/h.

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Bas auf diese Weise hergestellte Kohlefaser-Band hat ein vollkommen glattes, glänzendes Aussehen, ist sehr flexibel und auch für textile Anwendungen geeignet. Es hat einen C-Gehalt von 97 f». Der mittlere Querschnitt der verkohlten

—8 2'

Einzelfaser "beträgt 20 -, 10 cm ϊ der spezifische Widerstand hat den Wert 17 » 10 £, cm» Die .Zugfestigkeit wurde

zu 1,5 . 10 kp/cm und der Elastizitätsmodul zu 2,4 · 10 kp/ 2" ' ......

cm gemessen. - -

Wird das gleiche ·-i: auf die gleiche Weise wie vorhin beschrieben in der in Figur 1 skizzierten Anlage getempert und verkohlt mit dem Unterschied, daß die Positionen 15 bis 19 (Wanne, Deckel, Wasser, Umlenkrollen) und Position 21 (Glasstab) fehlen und der Rohrstutzen 20 jetzt 2,5 um Innendurchmesser hat und koaxial zur Achse des Rohrofens (12) angeordnet ist, dann erhält man ein Kohlefaser^ Band von ähnlichem Aussehen wie bei der Verkohlung unter Wasserdampf. Der C-Gehalt beträgt 97 7». Jedoch beträgt der mittlere Querschnitt der verkohlten Einzelfaser 60 . 10" cm , der spezifische elektrische Widerstand hat den Wert 18 . 10 du. cm. Die Zugfestigkeit wurde zu 1,4 . 10 kp/cm und der Elastizitätsmodul zu 2,3 . 10 kp/cm gemessen.

Durch die Verkohlung in einer Wasserdampf enthaltenden Atmosphäre konnten also Kohlefasern von ein Drittel des Querschnitts, den man ohne Wasserdampf erhält, hergestellt werden. Mittels elektronenrasteTmikroskopischer Aufnahmen konnte gezeigt werden. daB die Querschnittsform der mit und ohne Wasserdampf hergestellten Kolefasern gleich ist. D.h. durch Abätzung bei der Verkohlung wird der Faserquerschnitt ähnlich verkleinertϊ die Abätzung erfolgt gleichmäßig.

Beispiel 2;

Ein Endlosfaser-Band, bestellend aus 3000 Einzelfasern

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aus Acrylnitril Homopolymerisat von je 2,4 dtex wird in der in Figur 1 skizzierten Anlage getempert und verkohlt. Gegenüber der in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise bestehen hier folgende Abweichungen: An die Stelle der drei Synchronmotor, die die beiden Spannwalzen-Paare (3) und (5) und die Wickelmaschine (14) antreiben, wurden drei Synchronmotore gesetzt, die gegenüber Beispiel 1 mit jeweils doppelter Geschwindigkeit laufen. Im Temperoferi (6) wurde die Maximaltemperatur auf 250 C erhöht; diese Temperatur Herrscht auf einer Rohrlänge von 77 cm konstant (in Beispiel 1 23O⁰C auf 80 cm Rohrlänge konstant). Die Flüssigkeit (17) besteht hier aus einer 80?S-igen wässrigen Lösung von Hydrazinhydrat von Raumtemperatur. Die Temperzeit und die Verkohlungszeit φ sind gegenüber Beispiel 1 auf die Hälfte verringert. Der Verbrauch an Flüssigkeit (17) beträgt hier 1,9 ml/h. Alle übrigen Bedingungen sind genau so wie in Beispiel 1 beschrieben wurde.

Das auf diese Weise hergestellte Kohlefaser-Band hat einen C-Gehalt von 96,5 ΙΌ. Der mittlere Querschnitt der Einzel-

-8 2
faser beträgt 45 . 10 cm , der spezifische elektrische Widerstand beträgt 20 . 10" Sb, cm. Die Zugfestigkeit hat

A O

den Wert 1,3 . 10 kp/cm und der Elastizitätsmodul ergab sich zu 2,7 . 10⁶ kp/cm².

Wird das gleiche Faserband auf die beschriebene Weise ge-P tempert und verkohlt, jedoch mit dem Unterschied, daß die Positionen (15) bis (19) und Position (21) fehlen, der Rohrstutzen (20) jetzt 2,0 mm Innendurchmesser hat und in Richtung der Achse des Rohrofens (12) angeordnet ist, dann erhält man ein Kohlefaser-Band mit folgenden Eigenschaften:

C-Gehalt : 96 ^c/o

—8 2 mittlerer Querschnitt der Einzelfaser: 80 . 10" cm spezifischer elektrischer Widerstand : 19 . 10" Jb. cm

A ¹D

Zugfestigkeit : 1,4 . 10⁴ kp/cm

Elastizitätsmodul : 2,4 . 1O⁶ kp/cm²

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Beispiel 3:

Ein Endlosfaser-Band, bestehend aus 5000 unverdrillten Einzelfasern aus Acrylnitril Homopolymerisat von je 1,5 bis '1,6 dtex wird genau wie in Beispiel 2 beschrieben getempert und verkohlt mit dem'einzigen Unterschied, daß die Flüssigkeit (17) aus einer Mischung von Essigsäure und Wasser im molekularen Verhältnis 1 : T bei Raumtemperatur besteht. Der Verbrauch an Flüssigkeit beträgt 3,3 ml/h..

Man erhält ein Kohlefaser-Band mit folgenden Eigenschaften:

C-Gehalt : 98 <f<>

—8 2

mittlerer Querschnitt der Einzelfaser: 28 . 10" cm spezifischer elektrischer Widerstand : 14 . 10" JZi. cm

λ O

Zugfestigkeit : 1,9 . 10 kp/cm

6 2 Elastizitätsmodul : 2,9 . 10 kp/cm

Wird das Kohlefaser-Band nicht durch die Flüssigkeit (17) geleitet, also nicht bei der Verkohlung abgeätzt, erhält man ein Kohlefaser-Band mit folgenden Eigenschaften:

C-Gehalt ' . - : 97 ^c/o

—8 2 mittlerer Querschnitt der Einzelfaser: 46 ..,10*" cm spezifischer elektrischer Widerstand : Ί6 . 10" JIj . cm

Zugfestigkeit . : 1,9 . 10^ kp/cm

6 2 Elastizitätsmodul : 2,7 . 10 kp/cm

Beispiel 4t ""■:'- " ·

Ein Endlosfasie'r-Band, bestehend aus 8000 unverdrillten Einzelfasern aus Acrylnitril Homopolymerisat von je 2,0 dtex wird - wie In Beispiel 2 beschrieben- getempert und verkohlt, wobei jedoch folgende Abänderungen vorgenommen wurden: Die Positionen (15) bis (19) und Position (21) fehlen. Der Rohrstutzen (20) hat hier 2,5 mm Innendurch-,

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messer und ist koaxial zur Achse des Rohrofens ^12) angeordnet. Durch den senkrecht zur Rohrachse des Ofens (12) skizzierten Stutzen wird hier eine Mischung aus Wasserstoff und Wasserdampf eingeblasen, und zwar 100 Nl Ho/h und 10 Nl HpO-Dampf/h. Zum Vergleich wurde auch ohne Wasserdampf bei der Verkohlung gearbeitet.

Man erhält Kohlefaser-Bänder mit folgenden Eigenschaften:

C-Gehalt in %

mittlerer Einzelfaser-Querschnitt spezifischer elektrischer Widerstand Zugfestigkeit

Elastizitätsmodul

mit

■%.

ohne

H₂0-Dampf
97

15.10~⁸cm²

13.10~⁴«2. om

2,0.10⁴kp/W^:

3,1.10⁶kp/cm²

66.10~⁸cm² 17.10~⁴,£. cm 1,6.10~⁴kp/cm 2,5.10⁶kß/cm²

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Claims (6)

Patentansprüche;.._ ; v3

1. Verfahren zur Herstellung von Paser-Produkten mit dünnen Kohlenstoffasern durch Verkohlung von Faser-Produkten aus Acrylnitrilpolymerisaten, wobei in der ersten Stufe eine Temperung in sauerstoffhaltiger Atmosphäre und in der zweiten Stufe die Verkohlung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Verkohlung in einer strömenden, ■Wasserdampf enthaltenden Atmosphäre durchgeführt wird, die 0,5 bis 20 Volum-5^ Wasserdampf enthält*

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser-Produkte nach der Temperung und vor der Verkohlung kontinuierlich durch Wasser oder eine Wasser enthaltende Flüssigkeit geleitet werden.

3» Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser oder die Wasser, enthaltende Flüssigkeit eine Temperatur :;wisch<
unter Normaldruck befandet.

teeit eine Temperatur zwischen 0 und etwa 5O⁰C hat und sich

4» Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Wasser enthaltende Flüssigkeit Hydrazin-' hydrat nit Hydrazin-Konzentrationen zwischen etwa 15 und 64 io NpH. verwendet wird. ,

5- Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus Vorratsrolle (1), den Spannwalzenpaaren (3) und (5), dem Rohrofen (6), der Wanne (15) mit Deckel (16) und Flüssigkeit (17) und dem mit der Wanne (16) durch das Eintauchrohr (20) verbundenen Rohrofen (12), an den die Aufwickelrolle (14) angeschlossen ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der unteren Walze des zweiten Spannwalzenpaares (5)

ein Messer (11) angebracht ist.

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