DE2016594A1

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Info

Publication number: DE2016594A1
Application number: DE19702016594
Authority: DE
Priority date: 1969-04-11
Filing date: 1970-04-07
Publication date: 1970-12-23
Also published as: BE748806A; FR2043229A5; NL7005173A

Description

DA-3826

Beschreibung zu der Patentanmeldung der Firma

COURTAÜLDS IIMITED, 18, Hanover Square, London W. 1., England

betreifend
Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffäden

Priorität: 11. April 1969; No. 18724/69; GroB-Britannien

Die Erfindung bezieht sioh auf die Herstellung von fasarförmigem Kohlenstoff und betrifft insbesondere die Herstellung von Kohlenstoffäden- bzw. fasern duroh Karbonieieren von Polyacrylnitril.

Bas Karbonisieren von Polyacrylnitril erfolgt, indem man Fäden aus Polyacrylnitril verschiedenen Bedingungen hin« siehtlioh Temperatur, Heuer, Spannung und ümgebuogeatmosphäre aussetzt. So können in einer ersten Stufe die Fäden, vorzugsweise in einer oxydierenden Atmosphäre, auf eine Temperatur von etwa 200 bis 300⁰C erhitzt und die so erzeugten Fäden dann karbonisiert werden, indem sie auf eine Temperatur nioht niedriger als 1000⁰C in einer inerten Atmosphäre erhitzt werden. Wenn man dit Fäden graphitisieren will, können sie anschließend auf höhere Temperaturen, z.B. auf 2000 bis 300O⁹C erhitzt werden, während für die

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BAD OFlBQlNAL :*V

HerforrufuDg τοη bestimmten Eigenschaften Io den Fäden das'abschließende Erhitztη bei finer Temperatur Io der Gegend von 150O⁰O erfolgen kann. Bin devartigee ab-•ohlieSendee Erhitzen wird in einer inexten Atmosphäre vorgenommen.

BrfindungsgemaS besteht ein Verfahren sux Hexatellung von Kohlenstoffäden, bei dem Polyaorylnitxilfäden, wie sie im folgenden näher definiert werden, während einex ersten Srhitsuegeatafe auf 200 bia 300⁰O In einer Atmosphäre aua luft, mit Sauerstoff angereicherter Luft, einem andexen oxydierenden aas oder in einex inexten Atmosphäre erhitit werden, während die Fäden unter Spannung genalten werden» darin« daβ man die Temperatur der fäden auf nicht weniger ala 1000⁰O in einer inerten Atmosphäre steigert, wobei die Geschwindigkeit des Temperaturanstiegs eine Erhitsungeperiode bei konstanter Temperatur im Bereich von 450 bis 625⁰G eineohließt, worauf die Fäden absohlieBend bei einer Temperatur, nioht nledrigex als 1000⁰C,Karbonisiert werden«

Falls erwünscht, können die Fäden aneohliefiend auf eine höhere Temperatur, s.B. von 1200 bis 1700⁰O in einer inerten Atmosphäre unter Bildung von Fäden mit verbesserten Zug- und Festiglceitseigensohaften er hit et werden oder man kann sie auf eine Temperatur von 2000

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BAD ORIÖIN^O «*■·■?'

bis 3OOO°C βrhiteeο, um tin· βtarter graphitierte Struktur hervorzurufen. Bald· anschließend· Brhiteungsstufen werden in slnsx inerten Atmosphäre düxöltgeiUhxt·

Das Polyacrylnitrilmaterial, aas dem die ursprUngliohen Fäden zusammengesetzt sind, kann ein Homopolymer von Acrylnitril oder ein Polymer sein, das nioht wenigex al· 80 Gtwiohteproeent Acrylnitril«inheiten enthält.

Bei dem erfindungegemäöen Verfahren kann die erete Erb itzunge·tufe fUr eine Zeitdauer von etwa i Stunde bie 6 Stunden durchgeführt werden, während die aneohließenden Erhit*ungsirtttfta besonder· eweotanMBig bei einer Sauex von bis «α 9 Stünden vorgenommen werden. Wahrend die Temperatur der Päden, die das Produkt der Inerten Bxhitzunge·tufe sind, bis aur JEaxboni-βierungetemperatur ehOht wird , kann ihre Temperatur mit einer βοloheη Geschwindigkeit erhöbt werden, die Über einen betrftoatliohen Bereioh, b.B. von etwa 150⁰O pro Stunde bit lu etwa 1000⁰O pxo Stunde oder BMhs, reichen kann. Is besteht sin Eniok In dei Temperaturerhöhung etwa im Temperaturbereich von 490 bis 625⁰C, bei dem dl· Päden fUr eine Zeitdauer gehalten werden, dl· beispielsweise In der Gegend von 1/2 Stunde liegen kann· Mit dem «rfindungegemägen Terfehren-vird die Zugfestigkeit der Täden erhöht lsi Yexgltioh mu der von vergleichbaren Fäden, dl· ohne

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ΒΑ0

die Ärhitaungsstufe bti tlntx konstanten Temperatur innerhalb dee vorgeschriebenen Bereiohe hergestellt worden find·

Das erfindungsgemäde Texfabren wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1:

Sine Probe von Polyaorjrlnitxilft&en, die in Luft bei ?8ü°C drei Stunden lang unter solcher Spannung oxydiert worden sind, daß die Fäden nicht schrumpfen, wurde unter einer Stickstoffetaosphäxe mit einer Geschwindigkeit von 1OOO°C pro Stunde βrhitut, bis ihre Temperatux 55O°C erreicht hatte. Die Probe wurde bei dieser Temperatur 30 Minuten gehalten, worauf sie auf 1000⁰O mit dineχ Geschwindigkeit von 150⁰C pro Stunde erhitzt wurde. Nach einer enschlieflenden Wärmebehandlang bei 1500⁰C, bei der die Temperatur der Probe mit einer Geschwindigkeit von 700⁰C pro Stunde erhöht wurde, betrug die schließlich erreichte Zugfestigkeit der Fäden 25 700 kg/cm².

Eine ähnliche Probe von oxydierten Fäden wurde in einer Stickstoffatmosphäre bei einer konstanten Brhitzungsgesohwindigkeit von 200⁰O pro Stunde auf 1000⁰C erhitst, ohne die ßrhitzungsstufe bei einer konstanten Zwisohen·» temperatur. Im Übrigen wurde die Probe in gleicher Weise wie bei dem ersten Versuch behandelt. Die abschließende Zugfestigkeit der Fäden war nur 18 500 kg/cm .

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Beispiel 2t

Bine Probe von Polyacrylnitrilfäden wurde in kontinuierlicher tfsiae in Luft bei 230⁰O oxydiert und dann alt einer Geschwindigkeit von 1000⁰O pro Stande auf 600⁰O βrhitet, und bei dieser Temperatur swel Standen gehalten. Die ansohlieSende Behandlung war Identisoh mit der des Beispiels Die eohlieBlich erhaltene Zugfeatigktit der Fäden war 24 200 kg/cm².

Sin Vergleiohaversuoh der gleichen Fäden, behandelt In der gleichen Weise wie die Vergleichsprobe des Beispiels 1, ergab Fäden mit einer absohlleSenden Zugfestigkeit von 20 700 kg/om²-

Zum Vergleich mit den obigen Beispielen wurde eins Probe von PolyoryInItrilfäden, wie sie für Beispiel 1 verwendet wurden, in gleicher leise wie die Fäden dieses Beispiels behandelt, mit der Abweichung, daθ die Fäden 30 Hinuten lang auf 75O⁰C erhitzt wurden. Die aohlleBlich erhaltene Zugfestigkeit der Fäden war 12 400 kg/om.

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Claims

Pa t e ο ta η 8 pr lieh» q

1. Verfahre Q zur Hera ta llung von Kohlenstoffäden b«w·- fasarn, wobei die aua einem Polyacryloitrilpolymer bestehenden Fäden in einer ersten Stufe bei einer Temperatur von 200°' bia 30O⁰O in einer Atmoephäre von Luft, alt Sauerstoff angereicherter Luft» einea anderen oxydierenden Gases oder in einer inerten Atmosphäre erhitzt werden, solange die fäden unter Spannung gehalten und dann bei einer erhöhten Temperatur von nioat weniger als 1000^QC karbonisiert werden, dadurch gekennzeichnet , daft dl* fäden, die das Produkt dar ersten Brhltsuagsstufe sind, auf diese erhöhte Temperatur in einer inerten Atmosphäre erhitzt werden, wobei die Temperatürsunahme ao erfolgt, dad eine Schitzungsatufa bei einer konstanten Temperatur im Bereioh von 450 bis 625⁰O eingeschlossen 1st·

2· Yerfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daS bei dar konstanten Temperatur im Bereioh von 450 bit 625⁰O etwa eine halbe Stands lang βrhitat wird.

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3. Verfahre η naefe Anapruoh 1 oder 2, dadu&eli sekt a α ζ · 1 oboe t, 4a β die Sesperatur des Videa_v die das Produtt des ersten Srhitsungaatuxe sind ,mit einer ueeonvindiajkeIt «es ettw 150⁰O pro Stunde ble so etv· 100O⁰O pro Stande erliSht »ird*

4. Verfahren naob Anepruch 1 Die 3, dadarob gikenn Belohnet, d«Ö die «oeoblie Senden Erhltsungaatufen jew«ila fttr eine Sauer von bla au 5 Stunden durofegeftOirt «erden.

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