DE2053491A1

DE2053491A1 - Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Fasern aus organischen Fasern als Vorläufer

Info

Publication number: DE2053491A1
Application number: DE19702053491
Authority: DE
Inventors: Toshikatsu Tokio; Teranishi Haruo Machida Tokio; Ishikawa (Japan). P
Original assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Current assignee: Nippon Carbon Co Ltd
Priority date: 1969-11-01
Filing date: 1970-10-30
Publication date: 1971-10-21
Also published as: GB1313953A; DE2053491B2; US3705236A; FR2066796A5

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. Λ AT. K. HOFFMAXN F ATB NTAN WA Ι/Γ Κ D-8000 MÜNCHEN 81 · ARABEUASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087 O Π ζ *3 4 Q A

Nippon Carbon Company Limited, Tokyo/Japan

Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Pasern aus organischen Pasern als Vorläufer

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Pasern aus organischen Pasern als Vorläufer und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Fasern mit einem hohen Young¹sehen Modul.

Die hierin verwendete Bezeichnung "organische Fasern" soll Rayon-Fasern, Polyacrylnitril-Pasern, Vinylon-Fasern, Pech-Fasern und andere synthetische Fasern so-

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wie Naturfasern umfassen. Das bedeutet, daß alle faserartigen organischen Stoffe, welche durch eine Wärmebehandlung carbonlsiert oder graphitislert werden können, als Vorläufer für die Kohlenetoff-Fasern verwendet werden können. Derzeit werden die obengenannten Pasern als Vorläufer praktisch verwendet.

DarUber hinaus soll die Bezeichnung "Kohlenstoff-Pasern", wie sie hierin verwendet wird, kohlenstoffhaltige Pasern und Graphitfasern umfassen.

Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Pasern läuft im allgemeinen folgendermaßen ab:

Die organischen Fasern werden zunächst bei einer relativ niedrigen Temperatur von 150 bis 30O⁰C entweder in einer oxydierenden Atmosphäre , wie Luft, Sauerstoff, Ozon, Chlor und dergl. oder in einer nicht oxydierenden Atmosphäre, wie in Stickstoff und dergl. , wärmebehandelt. Man kann auch diese Fasern zunächst mit einer Verbindung imprägnieren oder damit tiberziehen, die Stickstoff oder Phosphor oder beide Elemente enthält, und die Fasern sodann zur Vorbehandlung den oben beschriebenen Temperaturen aussetzen, wodurch sie allmählich thermisch zersetzt werden. Hierauf werden die so behandelten Fasern bei Temperaturen bis zu 1000⁰C im Vakuum oder in einer inerten Gasatmosphäre (in einer nicht oxydierenden Atmosphäre) wärmebehandelt (carbonislert) und ferner erforderlichenfalls bei Temperaturen von etwa 25OO C bis 5000°C wärmebehandelt (graphitisiert), wodurch die Kristallstruktur des Graphits gebildet wird. Daneben können die

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organischen Pasern auch in Gegenwart eines Wärmeübertragungsmediums, wie Wasserdampf und dergl., vor der beschriebenen Vorbehandlung verstreckt werden.

Die so erhältlichen Kohlenstoff-Fasern können als solche eingesetzt werden. Sie können darüber hinaus als Verstärkungsmaterial für zusammengesetzte Materialien eingesetzt werden, bei welchen ein Kunstharz oder ein Metall als Matrize verwendet wird, um ein verbessertes zusammengesetztes Material herzustellen, welches zwar leicht ist, das aber eine gute mechanische Festigkeit aufweist.

Die Kohlenstoff-Fasern werden oftmals mit Fasern aus Glas, Asbest und dergl., in Vergleich gesetzt, sie sind aber durch ihr geringes Gewicht, ihre ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, ihre gute thermische Leitfähigkeit, ihre ausgezeichneten Schmiereigenschaften und ihren hohen Young¹sehen Modul charakterisiert. Bei der Verwendung von Kohlenstoff-Fasern mit besonders hohem Young'sehen Modul können verbesserte zusammengesetzte Materialien erhalten werden, die den höchsten spezifischen Modul besitzen. Es ist daher sehr wichtig, da* die zur Herstellung solcher zusammengesetzter Materialien verwendeten Kohlenstoff-Fasern eine hohe Festigkeit und einen hohen Young¹sehen Modul besitzen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Erzielung von Kohlenstoff-Fasern mit einem hohen Young¹sehen Modul das oben beschriebene Vorgehen zu verbessern und" die organischen Fasern unter Spannung bei der Vorbehandlungsstufe wärmezubehandeln. Bei diesem verbesserten Verfahren verkürzt sich jedoch beim Aufbringen einer Last

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von 40 mg/d ( die auf 100 Pasern von 2,5 den aufgebrachte Last ist 10 g)die Länge der Pasern um 12 % und die erhaltenen Kohlenstoff-Pasern besitzen einen Young'sehen Modul von nur 27 000 kg/mm . Dagegen vergrößert sich die Länge beim Aufbringen einer Last von l60 m/d (die auf 100 Fasern von 2,5 den aufgebrachte Last ist 40 g) tarnte # und die erhaltenen Kohlenstoff-Pasern zeigen einen Young¹sehen Modul von 40 000 kg/mm². Bei einem solchen Verfahren wird häufig ein Tau mit 10 000 bis 500 000 den als Vorläufer für die Kohlenstoff-Pasern verwendet, so daß zur Erzielung einer Belastung von l60 mg/d dieses Tau einer Last von 1,6 kg bis 80 kg ausgesetzt werden muss. Es ist nun sehr schwierig, eine solche Last gleichförmig auf jede Paser des Taus in der Wärmebehandlungsstufe, insbesondere bei der Carbonisierungs- oder öraphitisierungsstufe, aufzubringen. Ferner ist es beim gleichförmigen und kontinuierlichen Aufbringen einer solchen großen Last auf lange Pasern sehr leicht möglich, daß die Pasern brechen, wodurch dieses Vorgehen nicht zweckmäßig ist.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff -Fasern mit einem gleichförmigen und hohen Young¹sehen Modul unter einer niedrigen Last zur Verfügung zu stellen, phne daß die oben genannten organischen Pasern einer hohen Last ausgesetzt werden müsssen.

Dieses Ziel wird nach der Erfindung dadurch erreicht, dass auf die organischen Pasern in Achsrichtung oder in Schrägrichtung unter Spannung während eines Teils oder während der ganzen Reihe der Wärmebehandlungsstufen eine Vibrationsenergie aufgebracht wird. Nach der Erfindung

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muss die Zugspannung ausgeübt werden, um die Vibrationsenergie den Pasern ausreichend zu übermitteln. Diese Zugspannung beträgt vorzugsweise 20 mg/d bis 120 mg/d. Wenn die ausgeübte Zugspannung weniger als 20 mg/d ist, dann ist die Kombination mit der Vibrationsenergie ungenügend und die Erzielung eines zufriedenstellenden Effekts in jeder Stufe kann nicht erwartet werden. Wenn umgekehrt die ausgeübte Zugspannung auf mehr als 120 mg/d erhöht wird, dann nimmt die damit erzielbare Wirkung nicht im Verhältnis der Zunahme der Spannung zu. Der bevorzugtere Bereich der Zugspannung ist 40 mg/d bis 100 mg/d. Durch das Aufbringen der Vibrationsenergie werden Kunststoff-Pasern mit gleichförmigeren und höheren Young¹sehen Modul bei einer niedrigen Last, beispielsweise von 40 mg/d bis 100 mg/d , erhalten als bei der Anwendung einer hohen Last, wie von 16O rag/d.

Wie bereits zum Ausdruck gebracht, werden Kohlenstoff-Pasern mit einem hohen Young¹sehen Modul nur erhalten, wenn man eine so hohe Last, wie 160 mg/d, aufbringt. Der Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt darin, dass durch Anwendung der Vibrationsenergie Kohlenstoff-Pasern mit einem höheren und gleichförmigeren Young¹sehen Modul erhalten werden können.

Insbesondere können nach dem Verfahren der Erfindung Kohlenstoff-Pasern mit einem höhen Young¹sehen Modul von mehr als 60 000 kg/mm ohne weiteres"bei einer relativ niedrigen Last (z.B. 40 mg/d) erhalten werden, wenn man die Pasern bei der Anwendung der Vibrationsenergie einer Wärmebehandlung unterwirft. Es wurde beispielsweise festgestellt, dass Young¹sehe Modul erhalten werden können, die zwei bis drei Mal'größer sind als diejenigen der bekannten Kohlenstoff-Pasern, die unter

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einer hohen Last hergestellt werden.

Bel dem Verfahren der Erfindung wird die Vibrationsenergie bei der Stufe der Wärmebehandlung mit einer relativ niedrigen Temperatur von I50 bis 30O⁰C (der Vorbehandlungsstufe), der Wärmebehandlungsstufe mit ■ einer Temperatur von etwa 100O⁰C (Carbonisierungsstufe) und der Wärmebehandlungsstufe mit Temperaturen von 2 500 bis 3000°C (Graphitlsierungsstufe) angewandt. Ferner wird die Vibrationsenergie bei der Stufe eingesetzt, bei welcher organische Pasern, die durch ein Nass- oder Trockenspinnverfahren hergestellt worden sind, in kochendem Wasser oder in Wasserdampf von 100 bis 14O°C oder in einem Lösungsmittel, wie Polyäthylenglykol, Glyzerin und dergl., das auf 100 bis l30°C erhitzt worden ist, um den Orientierungsgrad zu verbessern. Auf diese Weise werden organische Pasern erhalten, die zur Herstellung von Kohlenstoff-Pasern geeignet sind. Die Verfahrensmaßnahmen, die zur Herstellung der Kohlenstoff-Pasern gemäß der Erfindung vorgesehen sind, können in folgende vier Stufen aufgeteilt werden:

1) die VerStreckungsstufe (die Stufe zum Erhalt eines Vorläufers, der zur Herstellung der Kohlenstoff-Pasern geeignet ist);

2) die Vorbehandlungsstufe (die Stufe zur Erleichterung der Carbonisierung von Polyacrylnitril-, Pech- und ähnlichen Pasern);

3) die Carbonisierungsstufe (die Stufe zur Carbonisierung

des Vorläufers)

4) die Graphitisierungsstufe (die endgültige Stufe zur Graphitisierung der carbonisierten Pasern zur Verbesserung des Young¹sehen Moduls).

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Nach der Erfindung kann die Vibrationsenergie während den Gesamtstufen oder während einer der obengenannten vier Stufen zur Anwendung gebracht werden. Die Vibrationsenergie kann ferner bei beliebigen zwei oder drei Stufen des oben beschriebenen Verfahrens ausgeübt werden. Es ist zweckmäßig, die Vibration während der Gesamtstufen anzuwenden, doch kann die Anwendungszeit der Vibrationsenergie je nach Art und Eigenschaften 'der verwendeten organischen Pasern im Einzelfall optimal ausgewählt werden.

Die durch die Vibrationsenergie erzielten Auswirkungen bei jeder Stufe zur Herstellung der Kohlenstoff-Pasern sind folgende:

1) durch Anwendung der Vibrationsenergie in der Verstreckungsstufe können Pasern mit einem hohen prozentualen Dehnungsgrad, einem erhöhten Orientierungsgrad und einem geringeren Durchmesser erhalten werden. Diese Eigenschaften sind zur Herstellung von Kohlenstoff-Pasern günstig.

2) Bei der Vorbehandlungsstufe werden die organischen polymeren Fasern, z.B. aus Polyacrylnitril, Pech und dergl. , bei Temperaturen von etwa 200 bis 300°C, erweicht, so daß beim Aussetzen der Vibrationsenergie während dieser Stufe sich das Verstreckungsverhältnis erhöht, der Durchmesser der Pasern kleiner wird und zur gleichen Zeit innere Mingelder Fasern, z.B. Leerstellen, Blasen und dergl. entfernt werden, wodurch der Verstreckungseffekt besser zum Ausdruck kommt.

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5) Die Anwendung der Vibrationsenergie in der Carbonisierungsstufe ist gleichfalls wirksam. Im allgemeinen besitzen die Kohlenstoff-Pasern in der Carbonisierungsstufe eine vernetzte Struktur, so daß sich das Verstrecken sehr schwierig gestaltet. Wenn jedoch gemäß der Erfindung eine Vibrationsenergie ausgeübt wird, dann ist es möglich, die Pasern zu verstrecken und die Festigkeit und der Young'sehe Modul können verbessert werden.

' 4) Die Kohlenstoff-Pasern werden bei der Graphitisierungsstufe verformt, wie es bei Kunststoffen bei erhöhten Temperaturen von mehr als 2500°C der Fall ist. Bei der Anwendung der Vibrationsenergie erfolgt die Verstreckung gleichförmig und glatt, so daß demgemäß die Vibrationsenergie einen erheblichen Einfluss auf die Verbesserung der Festigkeit und des Young'sehen Moduls des erhaltenen Produkts ausübt.

Die Frequenz der erfindungsgemäß eingesetzten Vibrationsenergie beträgt 10 Cyklen/sek., vorzugsweise 30 Cyklen/sek. fe bis 1 000 000 Cyklen/sek. Im Falle von weniger als Cyklen/sek. oder mehr als 1 000 000 Cyklen/sek. wird keine nennenswerte Auswirkung auf die Verbesserung des Young*sehen Moduls und die Gleichförmigkeit erzielt.

Die Vibrationsenergie kann mechanisch, elektrisch, elektromagnetisch, durch Schall und dergl. erzeugt werden.

Darüber hinaus gibt es noch die nachstehenden Möglichkeiten, die Vibrationsenergie zu übermitteln:

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1) An das eine Ende der Pasern wird eine Last angehängt. Das andere Ende der Pasern wird mit einem Vibrator verbunden. Sodann wird die Paser während der Erwärmungsstufe einer axialen Vibration unterworfen.

2) Auf das eine Ende der Pasern wird eine Last angebracht. Das andere Ende der Pasern wird befestigt und mit einem Zwischenteil der Pasern , die wärmebehandelt werden sollen, wird ein Vibrator in Kontakt gebracht.Auf diese Weise werden die Pasern einer Vibration unterworfen.

5) Bei einem kontinuierlichen Verfahren, bei welchem die Pasern zwischen Walzen gedehnt und im Zwischenteil wärmebehandelt werden,werden eine oder beide Walzen einer Vibration unterworfen, welche durch die Walzen auf die Pasern übertragen wird.

Diese Methoden können im Einzelfall zweckmäßigerweise angepasst werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt die Dauer der Anwendung der Vibrationsenergie vorzugsweise 5 Minuten bis 10 Stunden bei jeder der obengenannten Stufen. Selbst im Falle von weniger als 5 Minuten können gewisse Wirkungen erzielt werden, doch ist die Verbesserung der Gleichförmigkeit und der Eigenschaften der zu behandelnden Pasern nicht zufriedenstellend. Darüber hinaus liegt im Falle von mehr als 10 Stunden kein Vorteil hinsichtlich der Effekte vor. Im Gegenteil, wenn die Vibration über zu lange Zeiträume ausgeübt wird, dann kann häufig eirfcarn-

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bruch der sogenannten Pasern auftreten. Dafter ist ein derartiges Vorgehen nicht zweckmäßig.

Im allgemeinen erreichen Kohlenstoff-Pasern eine höhere Festigkeit, wenn ihr Durchmesser abnimmt. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß der Durchmesser der Pasern durch das Verstrecken und durch ähnliche Maßnahmen verringert wird, wodurch naturgemäß Mangel, wie Luftlöcher und dergl.abnehmen und zur gleichen Zeit die die Fasern bildenden Moleküle zusammenrücken, wodurch der Orientierungsgrad verbessert wird. Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt daher eine erhebliche Auswirkung, indem es den Durchmesser der Fasern erheblich verringert. Dadurch rücken die einzelnen Moleküle näher zusammen und es wird eine Verbesserung des Orientlerungs· grads erzielt, wodurch Kohlenstoff-Fasern mit einer höheren Festigkeit und einem höheren Young*sehen Modul erhältlich sind.

Die Erfindung wird mit den nachfolgenden Beispielen erläutert:

Beispiel 1:

Ein Bündel aus 100 Polyacrylnitrilfasern, jeweils mit einer Garnzahl von 2 den, wurde in einem vertikalen elektrischen Ofen aufgehängt. Das untere Ende des Bündels wurde mit einer Last von 16 g (80 mg/den) belastet. Sodann wurde das Bündel durch einen elektromagnetischen Vibrator in Luft einer Vibration von 50 Cyklen/sek. ausgesetzt, wobei die Temperatur auf 200°C gehalten wurde. Die Tabellen 1 und 2 zeigen die Variierung der einzelnen Eigenschaften der Fasern.

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Tabelle 1 Dehnung der Fasern aufgrund der Vibrationsenergie

Polyacrylnitrilfasern Dehnung ( % )

Behandlungszeit/h keine Vibration Vibration mit

50 Cyklen/sek.

0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 5.0

25.0	27.5
26.5	42.5
28.8	48.6
50.6	55.O
52.5	55.0
54.O	55.2

10.0 54.0 55.2

Tabelle 2 Eigenschaften der 8 Stunden bei 200°C behandelten Fasern

keine Vibration Vibration mit

50 Cyklen/sek.

Durchmesser der Fasern

nach der Behandlung 17-2// 12-5 JU

Verkürzungsverhältnis,
bezogen auf die ursprüngliche Länge der Fasern 14.4 % 57-8 %

Zugfestigkeit 15 kg/mm² 22 kg/mm²

Young¹scher Modul 650 kg/mm 88Ο kg/mm

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-•JLe—

Die Tabelle 1 zeigt, dass die Dehnung der vibrations* behandelten Pasern 1.6 bis 1*7 mal höher ist als diejenige der Fasern, die ohne Vibration behandelt werden. Die Tabelle 2 zeigt darüber hinaus, dass der Durchmesser dec ohne Vibration behandelten Fasern 17,2 /IA, ist, was nur einer Verkürzung von etwa 14 % entspricht, während dagegen der Durchmesser der vibrationsbehandelten Fasern 12,5 μ. ist, was einer Verringerung von etwa 40 % entspricht. Das vibrationsbehandelte Produkt besitzt eine bessere ZUgfißtigkeit und einen besseren Young'sehen Modul ale das ohne Vibration behandelte Produkt.

Hierauf wurden die Fasern in einer inerten Oasatmosphäre graphitisiert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 3 zusammengestellt. Die vibrationsbehandelten Fasern hatten einen ausgezeichneten Young'sehen Modul und Insbesondere eine ausgezeichnete Zugfestigkeit.

Eigenschaften der b#i 270Q⁰O warttebehan4eiten Fasern

»keine Vibration Vibration mit 50 Cvklen/sek

Durchmesser der fasern (μ) 10.8 7.2 Zugfestigkeit (kg/iüii^g5 120 195 Young¹scher Model
(kg/tott2 )

her Model

) 89-000 58*000

B e 1 1 *? i e X ,Λ-Λ ' '

Die Polyacrylnitrilfasem mit einer Reinheit von 94 % (Qamzahl ι 2 den, ein Bündel» JOOO Faeern), welch· duroh Sxtfudiei-en duföh die Oüitn und Koagulieren m Fäden, Trocknen und Verstrecken auf die seohsfÄöhe ureprüngliche Utoge in mi&m Walser erhalten werden waren,

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wurden unter einer Druckbelastung von 100 mg/d in Wasserdampf von 110⁰C verstreckt. Dabei wurde eine Vibration von 10 000 Gyklen/sek. angewendet. In diesem Fall betrug das maximale Verstreckungsverhältnis J5, wodurch die Pasern auf das Achtzehnfache ihrer ursprünglichen Länge verstreckt wurden. Im Vergleich dazu betrug bei der Durchführung des VerStreckens ohne Vibration und bei den gleichen Bedingungen das maximale Verstreckungsverhältnis nur 2 und das Verstreckungsverhältnis, beaogen auf die ursprünglichen Pasern, war 12. Im Falle von Verstreckungsverhältnissen von mehr als 2 war das Verstrecken aufgrund von Oarnbrüchen unmöglich.

Diese Pasern wurden unter einer Zugbelastung von 40 mg/d bei Temperaturen bis 250⁰G und sodann bis 1000°C bei einer Geschwindigkeit von 50°C/h und schließlich bis auf 2800°C in etwa zwei Stunden wärmebehandelt. Auf diese Weise wurden Kohlenstoff-Pasern erhalten, deren Eigenschaften in der Tabelle 4 zusammengestellt sind.

Tabelle 4 Eigenschaften der bei 2800°C wärmebehandelten Pasern

Gemäß der Kontrollversuch Erfindung (keine Vibration)

Zugfestigkeit (kg/mm²) 200 120

Young'scher Modul 42000 26000

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Beispiel 3:

Polyacrylnitrilfasern mit 1000 den wurden in einem elektrischen Ofen bei 230⁰C und einer Zugbelastung von 40 mg/d wärmebeharidelt, wobei eine Vibrationsenergie von 50 Cyklen/sek. ausgeübt wurde. Die Eigenschaften der Pasern nach der Carbonisierung bei1200⁰C und der Graphitisierung bei 2700⁰C, unter 0,5, 1 oder 2ständiger Anwendung der Vibrationsenergie sind in der Tabelle 5 zusammengesfeellt.

Tabelle 5
Einfluss der Vibrationsaeit

0,5stün- l,0sttin- 2-stün- Keine dige ?i- dige Vi- dige Vi- Vibrabration bration bration tion

Durchmesser bei 230°C behandelt

bei 12O0°C carbonisiert

bei 2700⁰C graphit!- eiert

ο Zugfestigkeit kg/mm bei 1200⁰C carbonisiert bei 2700⁰C graphitisiert

Young¹scher Modul bei 1200⁰C carbon!- siert bei 2700⁰C graphit!- siert

12.2/Λ 11.4^ 10.1 μ- 14.0 7.1 6.5 6.3 8.6

6.3

186

174

21000

57ΟΟΟ

5.8

I92

182

22000

62000

5.3

I78

I72

7-4

164

150

22000 12000

60000 3OOOO

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Aus der obigen Tabelle wird ersichtlich, dass in jedem Fall die Anwendung der Vibrationsenergie den Durchmesser der Fasern erheblich verringert und den Young'sehen Modul erheblich verbessert.

Bei diesem Beispiel wurde nach Anwendung der Vibration die in der Tabelle 5 angegebenen Zeiträume der Wärmebehandlung ohne Vibration fortgesetzte Bei der Anwendung der Vibration erhöhte sich die Länge der Fasern, doch schrumpften die Fasern, wenn keine Vibration angewendet wurde. Nach dem Erhitzen auf 25O⁰C wurde eine Dehnung von etwa 10# bestimmt. Selbst die resultierenden Kohlenstoff-Fasern, bei deren Herstellung nur bei der Wärmebehandlung von 250⁰C vibriert wurde, zeigten einen Young¹sehen Modul von 60 000 kg/mm .

Dieses Beispiel zeigt, dass die Vlbration bereits dann Auswirkungen zeigt, wenn die Vibration nicht bei allen Stufen der thermischen Zersetzung der organischen Fasern angewandt wird.

Beispiel 4 *

Ein Bündel aus 900 Viscose-Rayon-Fäden mit l400 den, wobei die Viscose einen Polymerizationsgrad von hatte, wurde von 15Ö°C bis 500⁰C bei einer Geschwindigkeit von 10°C/h in einer Stickstoffatmosphäre wärmebehandelt und sodann bis 1000°C bei einer Geschwindigkeit von 100⁰C/b unter einer Zugbelastung von 50 rag/d wärme- behandelt, wobei eine Vibration von 15OOO Cyklen/sek. angewendet wurde. Dann wurde auf 2800°C weiter erhitzt.

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Tabelle 6 zeigt die Eigenschaften der erhaltenen Kohlenstoff-Fasern.

Tabelle 6

Dehnung Zugfestig-_Q Young'scher {%) keit{kg/mnT) Modul(kg/mm )

gemäß der Erfindung

150

52OOO

Kontrollversuch

(bei den gleichen Bedingungen, jedoch ohne Vibration)

0,5

80

24000

Beispiel 5 ;

Ein Bündel aus 900 Viscose -Rayon-Fäden mit I²K)O den, wobei die Viscose einen Polymerisationsgrad von 45O°C hatte, wurde mit einer Geschwindigkeit von lQ°C/h von 150°C bis ^00⁰C wärmebehandeit und weiterhin mit einer Geschwindigkeit von l00^öc/h in einer Stickstoffatmosphäre von 30O⁰C bis i000°C wärmebehandeit. Es wurde sodann in einem Graphitisierungsofen bei 290O⁰C unter einer ^ugspanne von 90 g (65 mg/d) wärmebehandelt, wobei eine Vibration von 500 Cyklen/sek. angewendet wurde.

Tabelle 7 zeigt die Eigenschaften der erhaltenen Kohlenstoff-Fasern. 'J- -

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Tabelle 7

Dehnung Zugfestig- _P Young'scher _P {%) keit (kg/mni ) Modul-(kg/nurT)

gemäß der Erfindung 28 186 45000

Kontrollversuch

(bei den gleichen Bedingungen, jedoch
ohne Vibration) 10 1Ö5 22000

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Claims

Patentansprüche ;

1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff-Pasern mit einem Young'sehen Modul von mehr als 32 000 kg/mm² und einer Zugfestigkeit von mehr als 150 kg/mm² aus organischen Pasern als Vorläufer, dadurch gekennzeichnet, daß man die Pasern während mindestens einer der Stufen, nämlich des Verstreckens der organischen Pasern, um einen zur Herstellung der Kohlenstoff-Pasern geeigneten Vorläufer zu erhalten, des Vorbehandelns, um die Carbonisierung des Vorläufers zu erleichtern, des Carbonisierens und des Oraphitislerens unter einer Zugspannung einer Vibrationsbehandlung unterwirft, um den Young¹ sehen Modul zu verbessern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Vibratib nsbehandlung mit einer Vibrationsenergie mit 10 Cyklen/Sek. bis 1 000 000 Cyklen/Sek. vornimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass man die Vibrationsbehandlung 5 Minuten bis 10 Stunden lang vornimmtτ

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugspannung 20 mg/d bis 120 mg/d beträgt.

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