DE2045680C3 - Verfahren zur Herstellung oxidierter synthetischer Filamente - Google Patents
Verfahren zur Herstellung oxidierter synthetischer FilamenteInfo
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- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
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- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
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- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung oxidierter synthetischer Filamente, gemäß
dem Oberbegriff des Patentanspruches.
Ein solches Verfahren ist aus der BE-PS 7 17 817 bekannt Dieses eignet sich jedoch nicht zur Bearbeitung
von normalen gekräuselten Textilfasergarnen beim Umwandlungsprozeß, ohne Vorsehen eines separaten
Entkräuselungsofens. Die in der GB-PS 1110 791
beschriebene Vorbehandlung unter Zugspannung in einer oxidierenden Atmosphäre hat zur Erzeugung von
Kohlenstoffasern mit außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften geführt. Die dort beschriebenen
besonderen Verfahren und Vorrichtungen sind jedoch kaum für mehr geeignet als für Bündel oder Büschel von
relativ kurzen Fasern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die
Oxidation auch die Verwendung von Ausgangsfilamenten zu ermöglichen, die auf dem allgemeineren
kommerziellen Textilmarkt zur Verfügung stehen. Insbesondere sollen oxidierte, feine Filamente von etwa
1,5 Denier für die Karbonisierung bereitgestellt werden, ohne daß eine spezieile Behandlung zur Verringerung
des Durchmessers der Filamente vor der Oxidationsbehandlung erforderlich ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Kennzeichnungsmerkmale a) bis c) des
Patentanspruchs gelöst
Während einer solchen Oxidationsbehandlung erreicht das Filament seine höchste Temperatur im Ofen
relativ schnell und beginnt sehr bald nach Eintritt in die Behandlungszone des Ofens zu oxidieren. Das Filament
hat die Tendenz, nahezu sofort, nachdem der Oxidationsprozeß
beginnt, zu schrumpfen, doch die Schrutfipftendenz
erhöht sich in dem Maße, wie die Oxidation
ίο fortschreitet Sobald ein Acrylfilament eine Temperatur
von etwa 1400C annimmt kann es jedoch leicht
verstreckt werden. Wenn folglich keine Vorkehrungen getroffen werden, so werden Zugkräfte in jenen
Teihtücken des Filaments, wo die Tendenz zum Schrumpfen am größten ist, auf Teilstücke des
Filaments am Eintritt übertragen, und die letzteren werden sich strecken, wodurch auf diese Weise den
Teilstücken mit starker Schrumpfung die Möglichkeit zum Schrumpfen gegeben und dadurch der Durchmesscr
vergrößert wird, mit der Folge, daß der Durchmesser des Filaments zunächst abnimmt aber später das
Bestreben hat auf den Durchmesser des Filaments vor der Oxidationsbehandlung zurückzukehren. Dem wird
durch die Anordnung der erfindungsgemäßen, schlupffreien Zwischenfördereinrichtung entgegengewirkt
Ein weiterer Vorteil u'es erfindungsgemäßen Verfahrens
ist darin zu sehen, daß Hersteller von Kohlenstoffasern gekräuselte Standardstränge von Textilfilamenten
beim Umwandlungsprozeß verwenden können, ohne
jo daß ein separater »Entkräuselungsoferr« erforderlich ist
Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Reduzierung des Titers der oxidierten Filamente,
weil in dem Oxidationsofen die Verstreckung und damit eine Titerverringerung stattfindet Doch führt dies
)5 keineswegs zu einem Verlust an Behandlungszeit da alle
Funktionen im gleichen Ofen stattfinden.
Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Durchmesser des Filaments automatisch
während des Oxidationsprozesses reduziert. Wenn also ein im Handel erhältliches 3-den-Fi!ament verwendet
wird, dann wird dadurch, daß das oxidierte Filament mit etwa der doppelten Geschwindigkeit mit welcher es
dem Oxidationsofen zugeführt wird, abgezogen wird, das Oxidationsprodukt etwa 13 den betragen. Auch
ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung von genormten gekräuselten Filamenten. Es
hat sich in der Tat herausgestellt, daß sich gekräuselte Filamente besser handhaben lassen, und zwar insofern,
als sie leichter in ein flaches Band o. dgl. ohne Verheddern geformt werden können, was sonst bei
nich'gekräuselten Kabeln oder Strängen vorkommt. Es ist offensichtlich, daß die Kräuselung in den Filamenten
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch beseitigt wird.
Zum besseren Verständnis der Erfindung soll diese nunmehr mit Bezug auf eine Anlage beschrieben
werden, die dazu geeignet ist, einen Filamentstrang aus 160 000 gekräuselten 3-den-Acrylfilamenten zu behandeln.
Diese Stränge sind im Handel mit einer Länge von
ho 2000 bis 3500 m erhältlich. Die Zeichnung zeigt
eine schematische Darstellung einer für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Oxidationsvorrichtung.
Wie aus der Figur hervorgeht, wird ein Strang aus
Wie aus der Figur hervorgeht, wird ein Strang aus
h'i Acrylfilamenten in einen Behälter I eingegeben. Der
Strang ist in flacher Form gekräuselt. Der Strang wird vertikal aufwärts etwa 5 m hochgezogen und läuft dann
über eine Reihe von konvex gekrümmten Stangen 2 und
3, wo er in ein Band von einer Breite von etwa 30,5 cm ausgebreitet wird. Diese Stangen sind aus einem
25,4 mm dicken Werkstoff hergestellt, der plattiert ist,
damit sich eine glatte Oberfläche ergibt, und sind mindestens 45,7 cm breit, wobei sie einen Krümmungsradius
von 1,06 m haben. Von den Stangen 3 läuft der Strang abwärts nach einem weiteren Satz von Stangen
4, welche den Stauen 2 und 3 ähnlich sind, aber konkav
ausgebildet sind, um den Strang zu einem Band von einer Breite von etwa 10 cm zusammenzuziehen. Der
Strang wild dann von federnd nachgiebigen Klemmrollen 5 ergriffen, welche einen Durchmesser von 51 mm
und eine Breite von 152,4 mm haben, wobei diese Rollen 5 dazu dienen, den Strang aus dem Behälter 1
herauszuziehen und ihn über die vorgenannten Spreiz- und Zusammenzieh-Stangen 2 bis 4 zu ziehen.
Außerdem hindern die Klemmrollen 5 den Strang daran, schneller als erwünscht durch die Zugspannung auf der
weiteren Strecke des Stranges gezogen zu werden. Um diese letztere Funktion der Rollen 5 zu unterstützen,
läuft der Strang über eine Reihe von gestaffelten Pollen 6.
Der Strang tritt dann in einen Ofen 7 durch einen Eintrittsschlitz 8 ein. Der Ofen 7 ist 91 cm lang, 30 cm
breit und 23 cm tief. Dieser Ofen wird durch elektrische Beheizung 9 auf einer Temperatur im Bereich von etwa
200° C bis etwa 2750C gehalten, und ein Gebläse 10 ist
vorgesehen, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung sicherzustellen. Der Ofen weist außerdem eine
Ausblasöffnung 11 auf, durch welche Gase ausgeblasen werden, wobei die für die Reaktion notwendige Luft am
Eintrittsschlitz 8 eintritt. Ferner ist ein Austrittsschlitz 12 für den oxidierten Strang vorgesehen.
Im Ofen sind drei Rollen vorgesehen, nämlich 13,14 und 15, und diese werden alle mit der gleichen
Umfangsgeschwindigkeit wie die Fördereinrichtung 16 außerhalb des Austrittsendes des Ofens angetrieben. In
der ersten Passage entlang dem Ofen, d. h. zwischen dem Eintrittssciilitz 8 und der Rolle 13, erreichen die
Filamente schnell eine Temperatur über 1400C, bei der
sie leicht verstreckt werden können. Diese Streckung wird durch die Differenz der Umfangsgeschwindigkeit
zwischen der Rolle 13 und den Klemmrollen 5 bewirkt. Dadurch, daß die Umfangs-Zuführgeschwindigkeit der
Rolle 13 (und daher der Rollen 14, 15 und 16) etwa doppelt so groß ist wie diejenige der Rollen 5, wird die
Kräuselung entfernt, und zusätzlich dazu werden die Filamente auf 1,5 Denier gestreckt. Wenn einmal die
Filamente die Rolle 13 passiert haben, sind sie nicht mehr in der Lage, sich zu strecken, da diese Rolle und
die übrigen Rollen 14, 15 und 16 alle mit der gleichen Umfangsgeschwindigkeit arbeiten und die Filamente an
den dünnen Rollen 13,14 und 15 mittels Reibungskräften infolge des Temperaturanstiegs der Faser haften.
Zwischen den Rollen 13 und 14 erreicht der Oxidationsprozeß noch nicht eine Stufe, in der eine bemerkenswerte
Tendenz zum Schrumpfen vorhanden ist; die
ίο Maximaltendenz zum Schrumpfen tritt erst zwischen
den Rollen 14 und 15 auf, wobei durch diese Rollen ein Schrumpfen verhindert wird, mit der Folge, daß eine
Zugkraft auf die Teilstücke der Filamente zwischen den Rollen 14 und 15 zur Einwirkung gebracht wird. Nach
dem Passieren der Rolle 15 gelangt das Band aus oxidierten Filamenten aus dem Ofen durch den
Austrittsschlitz 12 heraus, läuft über eine Reihe von gestaffelten Rollen 17, ähnlich den Rollen 6, und von
dort zu Klemmrollen 16. Nach dem Verlassen der Klemrnroüen 16 läuft das Band über eins Stange 18 zu
einer Trommel 19. Auf dieser Trommel wird von einer Zuführung 20 her Papier zwischen die Wickellage
gelegt, und die Trommel selbst wird durch eüv.en
Elektromo»or 21 über einen Riemenantrieb 22 in
_>-> Drehung versetzt, um sicherzustellen, daß eine leichte
Zugspannung während des Aufwickelvorganges aufrechterhalten wird.
Die Anordnung ist so getroffen, daß die Drehgeschwindigkeit der Klemmrollen 5 so ist, daß der Strang
ίο durch sie hindurch mit einer linearen Geschwindigkeit
von 3,5 mm pro Minute gefördert wird, und die Geschwindigkeit der Klemmrollen 16 ist derart, daß der
oxidierte Strang mit einer Geschwindigkeit von 7,1 mm pro Minute bewegt wird. Diese Lineargeschwindigkeit
ist relativ gering, sie kann aber durch Änderung der Dimensionen des Ofens erhöht werden.
Da bei dieser besonderen Ausführungsform die Lineargeschwindigkeit des Stranges in der Oxidationsstufe gering ist, ist es zweckmäßig, den Strang auf die
4» Trommel 19 aufzuwickeln, anstatt ihn direkt einer
nachgeschalteten Karbonisierungsstafe zuzuführen Durch entsprechende Anordnung der Zuführeinrichtungen
kann jedoch der Strang auch direkt einem Karbonisierungsofen zugeführt werden. Nach der
■t) Karbonisierung kann eventuell noch eine Graphitierungsstufe
in einem geeigneten Graphitierungsofen vorgesehen sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung oxidierter synthetischer Filamente, bei dem die Filamente durch einen Ofen, in welchem eine oxidierende Atmosphäre bei einer Temperatur von 200 bis 275° C herrscht, mittels sowohl am Eingang als auch am Ausgang des Ofens angeordneter Fördereinrichtungen so hindurchgeführt werden, daß sie unter Spannung stehen und am Schrumpfen gehindert werden, dadurch gekennzeichnet, daßa) eine Zwischenfördereinrichtung innerhalb des Ofens die Filamente im wesentlichen ohne Schlupf erfaßt und relativ zur Eingangsfördereinrichtung so angeordnet ist, daß sie die Filamente ergreift, nachdem diese auf eine Temperatur erhitzt sind, die über der Temperatur liegt, jei welcher die Filamente leicht verstreckt werden können, die aber noch unter der Temperatur liegt, bei der die Oxidationsbehandlung der Filamente bis zu einem Stadium fortgeschritten ist, in welchem die behandelten Filamente eine merkliche Tendenz zum Schrumpfen haben,b) die Zwischenfördereinrichtung die Filamente mit einer größeren Geschwindigkeit als derjenigen fördert, mit welcher die Filamente durch die Eingangs-Fördereinrichtung in dem Ofen gefördert werde' wodurch die Filamente bis zu dem Zeitpunkt verstreckt werden, an dem sie die Zwischenfördereinrichtung erreichen, undc) die Fördereinrichtung am Ausgang des Ofens die Filamente aus dem Ofen ii.it einer solchen Geschwindigkeit relativ zu der Geschwindigkeit der von der Zwischenfördereinrichtung her geförderten verstreckten Filamente herausgezogen werden, daß die Filamente am Schrumpfen gehindert werden.
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