DE2054255A1

DE2054255A1 - Verfahren zur Herstellung von Gegenständen aus Kohlenstoff, insbesondere von Kohlenstoff-Fasern

Info

Publication number: DE2054255A1
Application number: DE19702054255
Authority: DE
Inventors: William Neil Mickleover Derby; Johnson Frank Charles Babbington Eastwood Nottingham; Turner (Großbritannien)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1969-11-05
Filing date: 1970-11-04
Publication date: 1971-12-23
Also published as: FR2069071A5; US3767773A; DE2054255C3; GB1329245A; JPS4828373B1; DE2054255B2

Description

HaiemariwHMf ^ ._„ DlpLlng-aWätach ti ...ttJ.

Dr. T. Haibach
8MOnCtMn 2

Rolls-Royce Limited, Derby, England, Großbritannien

Verfahren «ir Herstellung von Gegenständen aus Kohlen·toff, insbesondere von Kohlenstoff-Fasern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sur Herstellung von Ge» genstlnden au» Kohlen·toffmaterial, insbesondere Kohlenstofffasern, durch Pyrolyse von Aoryl-Material, und in besonderen ein Verfahren star Modifikation des Aoryl-Material β derart, daß es sieh besser sur Pyrolyse nach den herkömmlichen Kar« bonisierungsverfahren eignet*

Die lese!ohanutg "Aerylmaterial" uafaJt Im vorliegenden Zusaswenbang Polymerverbindungen alt «ehr als 80 Gew.^ poly* ■erlsierten Acrylnitril. Hieran gehören Verbindungen, die durch Polyaerisatlon von Acrylnitril, entweder allein oder ä in Kosibinatlon mit anderen, mit Acrylnitril !copolymer!sie*» baren Monomeren erhalten werden» Derartige Monomere sind unter anderem die Aorylester und deren Derivate, wie bei« •pieleveiee Methylaorylat, Methylmethacrylat, MethyIchleracrylat und Vinylphlοracetat, SKuren wie beispielsweise Aoryl«, Methacryl-, Benso«eulfoetiare, sowie Halogenide wie beispielsweise Vinylchlorid, Vinylidenchlorid und polymerlslerbare Kohlenwasserstoffe, Alkohole, Xther, Amide, Amine und Ketoneι

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Das erfindungsgeaäee Verfahren eignet sich zur Anwendung für in den verschiedenartigsten Formen vorliegendes Acryl· Material* Ohne hierauf beschränkt sn sein, eignet sich die Erfindung Insbesondere sur Anwendung auf AcrylMaterial in Fern TOJi Filaen, Bändern, Fellen» Stäben, In Sohrfora eder im FresV oder Bxtruderverfehren hergestellte Gegenstände aus Aerylaaterial, die in ein überwiegend aus Kohlenstoff bestehendes Erzeugnis uMgewandelt werden sollen. 01· größte Bedeutung des erflndungsgoMäfien Verfahrens liegt Jedoch in seiner Anwendung **>f Aerylaaterial in Fas er for» ror der Durchführung des Xarbonlaierungsprosessee, durch welchen dae Aerylaaterlal In eine Eehlenstoffaser ungewandelt wird· Da· Fasematerial kann la For» von aus kontinuierlichen Flden bestehenden Strängen» Garnen, Stapeln, Bindern» Matten, Gewirken oder Geweben sowie serfaserten Bändern vorliegen·

Kohlenstofffasern, dl· in bekannter VeIse durch Brhltsen einer Aerylrerblndtmg la inerter Gasatmsphär· auf eine oratar vea über 800 ⁹C erhalten werden, seiehnen sieh dare* ein· Tertellhafte Xosibination oheaischer, physlkali* •eher und Mechanischer Eigenschaften aus. Dl··· Eigen« ••haften Machen sie »or Verwendung für vielerlei teohni-•oh· «ad iadhietri«ll· Anwendungssweck· geeignet. Beispielsweise kSimeni derartige futit lnf«lg· ihrer holMn Vlmw· und elektrischen Leitfähigkeit bei der Herstellung tob Heia» bindern und ««leawnten verwendet w«rd*m infolg· i&OMt* oheMlsohsn Beständigkeit eignen al· sich sur Verwendung bei der Herstellung von FIltonaltteln. Ihr· VärnefestIgk«lt Maoht Xohlsn«t»ffas«rn geeignet für die Herstellung ▼en flaejaf««ten Textil stoffen und sur VSrMeieolation· Dl· groVlt· Bedeutung kosat jedoeh den guten Mechanischen Bigen-

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schäften dieser Fasern zu. Insbesondere infolge ihrer hohen Zugfestigkeit und ihres Elastizitätsmoduls eignen sie sich hervorragend als Verstärkungsmaterial für Verbundwerkstoffe· Durch Einlagerung dieser Fasern in Kunststoffe« Netalle und Keramikwerkstoffe lassen sich Verbundwerkstoffe Bit äußerst verteilhaften Mechanischen Eigenschaften erzielen.

Den Faehnann ist bekannt, daß Kohlenetoffasern mit sehr guten physikalischen und mechanischen Eigenschaften eine Molekularstruktur in Gestalt von Schichten aus festgebundenen Kohlenstoffatomen aufweisen« Diese Schichten besitsen eine stark ausgeprägte bevor saugte Orientierung in Richtung parallel sur Faserachse· Ein Maß für diese Vorzugsorientierung läßt sieh durch Runtgenetrahlbeugungsmethoden erhalten· Um diese stark gerichtete Kehlenstoffaserstruktur aus einer Acrylzusammensetzung zu erhalten, ist es am zweckmäßigsten, eine stark orientierte Acrylfaser in soloher Weise einer Wärmebehandlung au unterwerfen, daß diese bevorzugte Orientierung in allen Stadien des Karbonisierungeprozesses auf*· rechterhalten bleibt· Dies läßt sich am einfachsten dadurch erreichen, daß man auf die Fasern einen geeigneten Zug ausübt oder alternativ dadurch, daß man die Fasern während des Karbonisierungsprozeeses auf eine feste Länge beschränkt· Jegliche Tendenz der Fasern sum Erweichen oder Schmelzen, die eine physikalische Relaxation während kritischer Stadien in -der Pyrolyse zuläßt, kann eine Einbuße an Orientierung hervorrufen, was unvermeidlich zu schlechten physikalischen Eigenschaften des Endprodukte führt. Sin weiterer Kachteil besteht darin, daß die Fasern aneinander haften, was sohlechte Eigenschaften für die Textilverarbeitung zur Folge hat und zu Spannungserhebungspunkten an der Oberfläche führen kann. Es ist daher unbedingt wesentlich, ein

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- k

Srveiehen oder Sohwelsen der Fasern la Yerleuf des Pyro* lraepreaeaaea su Tti«tld«n»

Den «eisten Aeryleubstanseft 1st ffeaeinsa«, dil ei« einen kritiashen feaperaturbereica avlschen 400 *C und 350 ⁹C

, ta ««leb·« «la· stark eftotn*r«lsohe Reaktion

. Si··· «t«Hc «xetli«ni· R««ktlon k&nn ·1η Ml «oh·· Dixr«hf«h«n_f d, h. lufiftr-Kontr«! l«-0»r»t«n la Verlauf amr Pjrroljmm mnr Feie· haben, «*· vi»d«ruei ein Ver- »ohaeleen der Faeerprobe und einen Terluet an Auerlohtun« ■ur ToXfm hat. Ia «ohveren Fällen wird die Geaaat-Korpho-, !ogle der Fa«er Volletltadiff eeratttrt, vai ma eine« koka-

Frodekt ftthrt.

Darau· tat klar «ralobtlloh, da0 eine atrikte Kontrolle der i« «raten Teil der Väraebehandlun« freigeaetaten exothenaiaehen Xaergie für die Braleluna; eine· Kraeugalaaea «it guten «eohaniaohen Iit*eaaohaf ten von aohl ach thin ent* •eheidaodor Bedeatuac ist· Für die «aiatea Acrylverbindie beaoadera aeharf auaseprftcte exotheralaohe Ab«

aohaitta der fteaktlenakmrren beaitaen, ließe eich eine Bufrledeaateilende Xontrolle aur duroh Blnhaltun»* von prohibltiv langaa«an Teaperaturanatlefaa^aohvindifkeiten bei den herktanliehen Baretelltaacwerfahren eralelen.

Sine aveite Sohwierifk*it «it dieaea fflelohen Aorrlaub«> •tanaen beateht darin, daß der exotheralaohe Reaktlona« verlattf bei Teaperaturen oberhalb 100 ⁹O einaetat. Oa ver dieser Temperatur aur eine gana ferlaffttelge ohe«iaohe Xa* derune stattfindet, folgt daraus» da* dl· uraprüncllohe Polymers truktür einer Teaperatur weit oberhalb ihrer 0·,·· ttber_e*an#ateaperatttr von etwa 100 °C ausgesetst wird·. Bs

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besteht dab·!· ·1β· hohe Wahrscheinlichkeit dafttr, daß trots •ehr langsaavtr Iflüneobehandlung dl· fasern Infolge ve« Br· veiohtmg »noinandarhlahen, und w*mr bar «it· vor d«ai Blns«t·» son do« «xetheraleohen Reaktionaabaehnitte«.

Vail· daher dtiroh «in· besondere Balumdltm« dor Acrylver- Soaktion*T«rlauf Modifi*i«rt

dask kennt« _t derart _t daß «r «ieh iibar ·1η·η großen T«oip«ra* turb«r«iob. «r«tr«okt und «ach ··!»· Anfangst«ap«ratür w·- ••ntlioh h«rabg«>«tst w«rd«n kHaat*t eo «Ord· dadurch dl· Mttglleokolt e««cna>JTf«n_t duroh h«rkW—ιlloh« Bahandlung «Iner br«lt»n Yl«1 fait Υ·η Aerylv«rblndun4T«n Iool«natoffas«rn «It

h«rsuat«ll«n.

dl« Brflndung «oll daher allf«««ln ·1η B«handluns«v«r fahr«n f}«aehaff«n werden, daa eine chealaohe Modifikation bewirkt t weloh· dkm -roretehend genannten Kriterien genügt «lad naoh MHgliehkeit bei jeder beliebigen Acrylfaser an- «•ndbay 1st· Bierdarch wird ee Mllglieh, derartige Acrylfrneem al· ToMamterial atur Heretelluag tob Kehlen« t of fasern Mit hooav«rtigen phyeikalisohen ^igenachaften su verwenden. Ia einse^aea «eilen duroh die «r^flndeagegeaUUle Behandlung folgend«) Kriterien erfüllt b«w. Vorteile evsielt werden·

1. Di· b#i der Fyroly·« beliebige Aorylverbindungen la Be«· reich swi«ch«n 200 ⁰C bis 350 °0 stattfindende eprunghmfte Bnergieffeieetaung soll «ow«it kontrollierbar gemacht werden, daJlj «ich ao«g«hend von der ervUmten Aoryl verbindung Kohlen«tefflaat«rlal avlt hochwertigen Bigen«obäft«n eraie·» lon

a. IMo vorfugberen Aerylfaaenaaterlalion «ollon su dieaea

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2we«k «odifiaiert werden, ohne daß die« »in nachteilige· Schwellen oder ·1ηβ physikalische Beeinträchti«uiig der 4«ruletour «wit folf· hat·

soll die ttberftllunm«' το» AorylTerbindttiifen dureh Wir«tb»hw«nnm l^lentVr mid

k. 1· e«H 4$· ν·η«ήΛ»ηβ «in·· w*it*n Bereich· von Acryl-▼•rblniJNin«·!! «le Yomaterial für dl· K«r»t»llnne !•»•tof¥»««rn entllcliolit werden.

5. Dureh die Irfindun« »oll dl· !»«llclikeit der VHr»ebe~ himdlua« ▼©» AcrylverbindMwyMi «Im· Aufter-Kontrolle-OerÄ-ten emeeli*bt v«rden·

6. Dl· VlUraMbebJUKllttttg von AcrylT*rblndiuieen obnm Slnbuße an der Merphologlachen Faeer·traktor ··!! «ralfellolit w*r-

7. Dl· Ckifakr «ln*r Bnraielmae; der Fasern In den Prtthetadlen d·» Fyrolyee «ell Terrln^Mrt we,

8* Bntepreeaend «ollen dl· aayelkali«enen Xl§*eneebaften der ladprodakte bei Terwendan«· Ten Aerylfaaern «1« Am·- e«n4*«»at«rlal Ter««««ert werden.

Dl· Xrflndune betrifft «aalt ein Verfahren wir Heretel* lane τοπ Kehlen«teffeee^n«tlnden dnraa Pyroly·« vom «ü« Aerylnaterlal beetehenden Oafenatlndan·

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Bur Ysrasidung der eingang· erwähnten Schwierigkeiten und Lesung der eben angegebenen Aufgab· ist geaMB der Erfindung rorgesehen, daO aan den aus Acrylaatsrial bestehenden Gegenstand vor der Pyrolyse alt einer freies Hydroxylamin enthaltenden LSsung behandelt.

!fach einer sweckattBigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Torbehandlung des Acrylaateriale vorsugsweise in der for«, daB der su behandelnde Gegenstand in die Lösung ein» getaucht wird, die Torsugsweiee eine LSsung eines sauren Hydroxylaminsalze· ist, welche «it einer geeigneten alkali· ä •c hen Substans auf einen pH-Vert la Bereich Yen 7»5 bis 9,0 gepuffert 1st·

Der se -vorbehandelte Gegenstand kann anschließend pyrolysiert werden« indea aan ihn in einer inerten Gasataosphäre alt einer Teaperaturanstlegsgeschwindlgksit la Bereich «wischen 6 und 12 ⁰C pro Minute auf 1000 °C erhitzt, roraugswelse naeh eiser Yoroxydationsbehandlung.

Die Brfindung uafaJlt auch den nach dea erfindungsgeaäJäen Terfahren hergestellten Kohlenstoffgegenstand, insbesondere danach hergestelltes Kohlenstoffaseraaterial.

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Dae erfindungsgemäße Verfahren eieht das Eintauchen einer Acrylfaser in eine freie« Hydroxylamin enthaltende Lösung, vor. Diese Lösung kann in einfacher Weise aus einer Lösung eines sauren Hydroxylaminsalzeβ erhalten werden, die mit einer alkalischen Substanz wie beispielsweise Natriumkarbonat, einem Alkalikarbonat oder Alkalihydroxyd auf einen pH-Wert im Bereich von 7,5 bis 9,0 gepuffert ist. Auch organische Basen wie beispielsweise Amine oder Aminderivate kennen al« Puffer verwendet werden. Alternativ kann jede Lösung verwendet werden, aus welcher freies Hydroxylamin durch Erwärmen oder durch chemische Umsetzung gewonnen werden kannι so kann man beispielsweise eine Hydrazinlösung erwärmen, um so freies Hydroxylamin herzustellen.

Die Temperatur dieser Lösung kann einen Wert im Bereich von Umgebungstemperatur bis 100 C besitzen! die Eintauchdauer in der Lösung kann beliebig sein, je nachdem, wie die« für die erforderliche chemische Modifikation erforderlich ist. Bine obere !Zeitgrenze besteht nur insofern, alf fUr diese Zeitdauer kein Wert Überschritten werden soll, jenseits dessen ein unerwünschtes Schwellen oder eine anderweitige Beeinträchtigung der Faser auftreten könnte.

Die einfachste Messung der Wirksamkeit einer Behandlung mit Hydroxylamin besteht in einer differentiellen thermischen Analyse· Hierbei wird die Art und Veise der Energiefreisetzung oder -absorption als Funktion der Umgebungstemperatur beobachtet. Ss wurde bereite erwähnt, daß Acryl-Substanzen bei Erhitzung in inerter Atmosphäre oder an Luft, über den Temperaturbereich von 200 °C bis 350 ⁰C sich stark exotherm verhalten. Xm Falle von Polyacrylnitril wie auch bei bestimmten Acryl-Kopolynier systemen tritt das exotherme

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Verhalten innerhalb eines sehr schmalen Temperaturbereichs auf und wird daher unter normalen Karbonisierungebedingungen fast explosiv. Mit dem oben erwähnten Verfahren der thermischen Differentialanalyse läßt sich zeigen, daß die durch Hydroxylamin bewirkte Modifikation derartiger Systeme eine erhebliche Ausdehnung des exotherm!sehen Bereiche bewirkt, und «war durch Verlagerung des Anfangs dieses Bereiche* β bis herab zu einer Temperatur von 150 ⁰C ι hierdurch wird eine Mäßigung der Geschwindigkeit der Energiefreisetzung erreichte

Die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung verwendete Apparatur für die Durchführung der thermischen Differentialanalyse beruht auf dem Aufbau von Lodding und Hammel, "Theraoanalytlcal methods of investigation" in Paul Do Garn, Kap. 7 Abschn* 10} hierbei wird während der gesamten Analyse eine bestimmte Gasatmosphäre durch eine Probe geleitet· Zwei gleichartige Zellen sind symmetrisch in einer Umgebung eingeschlossen, die nach einem linearen Temperaturprogramai erwärmt werden kann. Jede dieser Zellen besitzt eine poröse Grundfläche, durch welche ein bestimmtes vorerwärmtes Reinigungs- bzw. Spülgas während der gesamten Versuchsdurchführung mit einer konstanten Geschwindigkeit hindurchgeleitet wird, das eine wirksame Abfuhr der in der Probenzelle während des Srhitzungsprozssses gebildeten Reaktionsprodukte gewährleistet. Ie Zentrum innerhalb jeder Zelle ist ein Thermoelement Platin/Platin plus 13 $> Rhodium angeordnet.

Die im Wege der differentiellen thermischen Analyse zu untersuchende Faeerprobe wird fein geschnitten und mit reinem kalziniertem Aluminiumoxyd zu einem Gemisch verarbei-

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tet, das 10 Gew.# Faser enthält* Eine Menge von 0,45 β diesee (Semisehe wird in gleichförmiger Packung in eine der beiden Zellen eingebracht, eine entsprechende Gewichtemenge Aluminiumoxyd wird, als inertes Bezugsmaterial, in die ander· Zelle eingebracht· Im Verlauf der Untersuchung treten Temperaturunterschiede zwischen der Proben- und der Bezugs-Beile auf, und zwar als Folge von chemischen oder physikalischen Änderungen und Umsetzungen innerhalb der Probe. Diese Temperaturdifferenz wird kontinuierlich verstärkt und registriert und dient als empfindliche Meßgröße für den jeweiligen exotherm!sehen oder endothermischen Charak- W ter der Faserprobe· Die Form der sich hierbei ergebenden Spitze veranschaulicht die Reaktionsgeschwindigkeit als Funktion der Temperatur»

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert·

Nach der erfindungsgemäßen Behandlung wurden sämtliohe Proben dem folgenden Karbonisierungeprogramm unterzogen:

a) In einer ersten Behandlungsperiode wurden die Proben sieben bis sechzehn Stunden lang kontrolliert im Luftstrom

■t auf Temperaturen zwischen 220 °C und 250 ⁰C erhitzt.

b) In einer anschließenden Periode wuraen die teilweise pyrolyeierten Proben in einem Strom von gereinigten Argon mit einer Geschwindigkeit von 6 - 12 °C/min. auf 1000 ⁰C erhitzt·

Beispiel 1 Bine Prob· von hoch-serreißfestern Courtelle (Polyacryl-

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nitryl-Faeenaaterial)»das aus einem Strang von 10.000 Fäden von 1,5 Denier j© Faden besteht und von der Firma Courtaulds Limited in Coventry, England, in den Handel gebracht wird, wurde in zwei Chargen unterteilt· Sine dieser Chargen diente als Kontroll-Charge, während die andere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde. Diese zweite Charge wurde in eine siedende wäßrige Lösung von 0,2 Gew.# Hydroxylaminhydrochlorid und 0,15 Gew.# wasserfreiem Natriumkarbonat mit einem pH»Wert von 7»5 eingetauchte Das Fasermaterial wurde 30 Minuten lang in der Lösung belassen und sodann gewaschen und bei 105 °C getrocknet«

Sodann wurden kleine Mengen der beiden Faserchargen zur Bestimmung ihrer thermischen Eigenschaften im Wege der differentiellen thermischen Analyse untersucht. Die Untersuchungen wurden in Luft und Argon durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den Figuren 1 und 2 wiedergegeben, wobei Figur 1 einen Vergleich der Ergebnisse in Argon und Figur 2 einen Vergleich der Ergebnisse in Luft zeigt. Auf der Ordinate sind dabei jeweils die Temperaturdifferenzen zwischen der Proben- und der inerten Bezugszelle aufgetragen, während die Abszisse die Umgebungstemperatur wiedergibt.

Der Übrige Teil der beiden Faserchargen (d> h. sowohl der Kontroll- wie auch der erfindungsgemäß behandelten Fasercharge) wurde in gleicher Art nach dem vorstehend angegebenen Programm wärmebehandelt. Aus den beiden karbonisierten Chargen wurden wahllos 10-12 Fasern zur Messung der Zugfestigkeit und des Elastizitätsmoduls bei Zimmertemperatur ausgesondert. Die Vergleichsergebnisse sind in der Tabelle 1 wiedergegeben.

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Beispiel 2

Eine Probe von Dralon Normal, bestehend aus einen Strang von 17O.OOO Fäden von 1,5 Denier je Faden, das von der Firma Bayer Fibre· Limited, Richmond, England, ale 3-Denier-Je-Faden-Fasermaterial kommerziell vertrieben wird, wurde in zwei Chargen unterteilt· Die eine Charge diente wiederum als KontrölIcharge, während die andere Charge nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde· Die Hydroxylamin-Behandlung war von gleicher Art wie in Beispiel 1· Die thermische DIfferentialanalyse wurde an beiden Chargen durchgeführt 1 die durch die erfindungsgemäße Behandlung erzielte Einwirkung auf die exothermische Reaktion ist in den Figuren 3 und k wiedergegeben, von welchen Figur 3 einen Vergleich der in einer Argonatmosphäre beobachteten Exothermen und Figur k einen Vergleich der in Luft beobachteten Exothermen zeigen· Der übrige Teil der beiden Chargen wurde in gleicher Art nach dem oben angegebenen Karbonisierungeverfahren wärmebehandelt 1 Fasern aus den beiden Karbonisierten Proben wurden physikalisch naoh dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 beschrieben untersucht· Die Vergleichsergebnisse sind in Tabelle 1 wiedergegeben. In Tabelle 1 sind auch die mechanischen Eigenschaften für drei weitere ähnliche Experimente mit Dralon wiedergegeben, wobei in jedem Falle eine Kontrollprob· mit einer anderen mit Hydroxylaminlösung behandelten Probe verglichen wurde·

Beispiel 3

Hierfür wurde eine Probe von Dralon T in Fora eines Garne von 396 Fäden von 2,1 Denier je Faden verwendet, wie es

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von der Firma Bayer Fibres Limited, Richmond, England, kommerziell vertrieben wird. Diese« Acrylmaterial stellt einen Vorn&tQrlal d&q das kein Kopolymer enthält und als eine fast reine Polyacrylnitrylfaser angesehen werden kann. Diese Fasernaterialprobe wurde geteilt in eine Kontrolloharge und eine «weite Charge, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt wurde· Die Hydroxylaminbehandlung war von gleicher Art wie in Beispiel 1*

Beide Chargen wurden in gleicher Art nach dem oben angegebenen Karbonisierungsprogramm karbonisiert und die so erhaltenen Fasern mechanisch nach dem in den Beispielen 1 und 2 angegebenen Verfahren mechanisch getestet. Die Vergleichs· ergebnisse sind in der Tabelle 1 aufgeführt·

	Tabelle 1	246 363	Mittlerer tätsmodul 10 brit. dratzoll	Elastiai- Pfd./Qua-
Precursor Faser	Mittlere Bruch festigkeit to³ brit. Pfd./ Quadratzoll	213 266	C H	25,9 29,5
Courtelle (Beispiel i)	C H	215 297	C H	20,4 23,4
Dralon (Normal) (Beispiel 2)	C H	257 329	C H	28,9 26,6
	C H	315 370	C H	24,4 25,1
	C H	233 282	C H	29,7 31,5
	C H		C H	31,5 3k,*
Dralon t (Beispiel 3)	C H

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Legend· «C» Kontrollprobe H ■ mit Hydroxylamin behandelte Faser

Die in Tabelle 1 zusammengestellten Ergebnisse zeigen eine durchgehend· wesentliche Verbesserung der Festigkeit der Kohlenstofffasern, wie man sie nach einer geeigneten erfindungsgemäßen Hydroxylamlnbehandlung erhält, sowie eine kleinere» jedoch durchaus signifikante Verbesserung des Elastizitätsmoduls·

Außerdem ergab sich, daß bei Acryl-Substanzen, die eine scharfe Exotherme im ersten Behandlungestadium zeigen, wie beispielsweise Dralon Normal oder Dralon T, die Handhabung der Faaer duroh die Einschaltung der erfindungsgemäßen Behandlung ganz erheblich verbessert wird. Fasern, die ohne vorherige Modifikation karbonisiert wurden, neigten zum Zusammenkleben oder -schmelzen, während Fasern, die nach einer erfindungsgemäßen Hydroxylamin-Behandlung karbonisiert wurden, ihre Fasermorphologie vollständig behielten·

Die Erfindung wurde vorstehend anhand von Beispielen beschrieben, welche die Herstellung von Kohlenstoffasern aus Acrylfasern betrafen« selbstverständlich ist die Erfindung J.edooh auf eine ganze Reihe weiterer Kohlenstofferzeugnisse wie beispielsweise Folien, Filme und dergleichen anwendbar. Auoh anderweitige Gegenstände über die vorstehend genannten hinaus können nach dem erfindungsgemftßen Verfahren behandelt werden, Jedooh können insoweit praktische Beschränkungen bestehen, als bei zunehmender Dioke der Gegenstände die Dauer der Behandlung erhöht werden nuß und es notwendig werden kann, die Pyrolyse sehr langsam durohsuftthren, eine Beeinträchtigung der Struktur zu vermeiden·

Patentansprücheι

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Claims

Patentansprüche

1, Verfahren zur Herstellung von Kohlenetoffgegenständen durch Pyrolyse von aus Acrylmaterial bestehenden Gegen ständen« dadurch gekennzeichnet , daß man den aus Acrylmaterial bestehenden Gegenstand vor der Pyrolyse mit einer freies Hydroxylamin enthaltenden Lösung behandeltg
2. Verfahren nach Anspruch 1_t dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand zur Behandlung in die Lösung eingetaucht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einen Bestandteil enthält, aus welchem Hydroxylamin durch Erhitzen oder chemische Umsetzung freigesetzt werden kann.
k, Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Behandlungslösung eine Lösung eines sauren Hydroxylaminsalzeβ verwendet wird, die mit einem alkalischen Material auf einen pH-Wert im Bereich von 7,5 - 9»O gepuffert ist·
5* Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Lösung im Bereich von 20 ⁰C bis 100 °C liegt.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand

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etwa 30 Minuten lang in eine siedende Hydroxylamin··Lösung eingetaucht wird.
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand nach dem Eintauchen im Luftstrom «wischen 7 und 16 Stunden auf eine Temperatur im Bereich ■wischen 220 ⁰C und 250 ⁰C erhitzt wird.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche und insbesondere nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand anschließend zur. Pyrolyse in einer inerten Atmosphäre mit einer Geschwindigkeit zwischen 6 ⁰C und 12 ⁰C pro Minute auf 1000 ⁰C erhitzt wird.

9· Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand •in Pasermaterial ist.

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