DE2122236A1 - Carbon fiber reinforced graphite articles and process for their manufacture - Google Patents
Carbon fiber reinforced graphite articles and process for their manufactureInfo
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Description
PATENTANWÄLTE ■ MÜNCHEN SO, MAUKRKIRCHERSTR. 48PATENTANWÄLTE ■ MÜNCHEN SO, MAUKRKIRCHERSTR. 48
20 990 ο»·«. 5.. Mai 1971 20 990 ο »·«. May 5th, 1971
Anwaltsakten-Nr. 20 990 ' Lawyer file no. 20 990 '
United Kingdom Atomic Energy Authority 11,Charles II Street, London SV/ 1 / EnglandUnited Kingdom Atomic Energy Authority 11, Charles II Street, London SV / 1 / England
"Kohlefaser-verstärkte Graphit-Artikel und Verfahren zu ihrer Herstellung""Carbon Fiber Reinforced Graphite Articles and Processes for Their Manufacture"
Die Erfindung betrifft Kohlefaser-verstärkte Kohlenstoffgefüge und erlaubt es, Graphit-Artikel von hohem Modul und hoher Festigkeit zu schaffen, die zusätzlich eine hohe them! sehe Spalt-Resistenz und niedrige Dichte aufweisen.The invention relates to carbon fiber reinforced carbon structure and allows graphite articles of high modulus and high strength, which also has a high them! see gap resistance and low density.
10$t47/m0 -2-10 $ t47 / m0 -2-
Pate 24/9918/10Godfather 24/9918/10
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung bzw. Weiterverarbeitung eines Kohlefaser-verstärkten Graphit-Artikels, welches das Imprägnieren eines Bündels ausgerichteter Kohlefasern mit einer Flüssigkeit,enthaltend ein hitzehärtbares Harz, wobei die Flüssigkeit eine mit Zeit und Temperatur ansteigende Viskosität besitzt, Erhitzen des imprägnierten Bündels zur Umwandlung der darin enthaltenen ψ Flüssigkeit in eine viskose Masse, wodurch die Fasern zusammengehalten werden, Verformen des erhaltenen Faserbündels, Erhitzen des verformten Faserbündels zur Hart-Härtung des Harzes und zur Verfestigung der zwischen den Fasern befindlichen viskosen Masse, Erhitzen des Karz-gehärteten Bündels in einer nichtoxydierenden Atmosphäre zur Carbonisierung (Verkohlung) der verfestigten Masse und anschließendes Erhitzen des carbonisierten und .verformten Bündels in einer nichtoxydierenden Atmosphäre und bei einer höheren Temperatur zur Graphitisierung des carbonisierten Materials, umfaßt. The invention provides a method for producing or further processing a carbon fiber-reinforced graphite article which comprises impregnating a bundle of aligned carbon fibers with a liquid containing a thermosetting resin, the liquid having a viscosity that increases with time and temperature, heating the impregnated bundle to convert the ψ liquid contained therein into a viscous mass, whereby the fibers are held together, deforming the fiber bundle obtained, heating the deformed fiber bundle to hard-harden the resin and to solidify the viscous mass located between the fibers, heating the resin-hardened bundle in a non-oxidizing atmosphere for carbonizing (charring) the solidified mass and then heating the carbonized and .deformed bundle in a non-oxidizing atmosphere and at a higher temperature to graphitize the carbonized material.
Vor der Harz-Imprägnierung können die Kohlefasern des Bündels Oberflächen-oxydiert werden. Die Fasern können durch Erhitzen in Luft bei einer erhöhten Temperatur, vorzugsweise durch Erhitzen in Luft bei 400 bis 6000C, Oberflächen-oxydiert werden. Wahlweise können die Fasern durch Eintauchen in eine Lösung eines Oxydationsmittels Oberflächen-oxydiert werden. Die Lösung kann eine wässerige Lösung von Salpetersäure oder Before the resin is impregnated, the carbon fibers of the bundle can be surface-oxidized. The fibers may preferably be surface-oxidized by heating in air at 400 to 600 0 C by heating in air at an elevated temperature. Alternatively, the fibers can be surface-oxidized by immersion in a solution of an oxidizing agent. The solution can be an aqueous solution of nitric acid or
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Watriumliypochlorit sein, wobei die letztere bevorzugt wird, i.s viird an^enoirx.en, daß die Bindung an der Faser-Harz-Grenzfläche wesentlich verbessert wird, wenn die Kohlefasern eine vorbereitende Oxydationsbehandlunc erhalten.Be sodium liypochlorite, the latter being preferred, i.s viird an ^ enoirx.en that the bond at the fiber-resin interface is significantly improved if the carbon fibers receive a preparatory oxidation treatment.
Als eine Alternative zur, oder iia Anschluß an die Oberflächen-Oxydation können die Fasern durch Eintauchen in eine Lösung einer Verbindung, enthaltend ein Carbid-bildendes Element, Oberflächen-behandelt werden. Geeignete Carbid-bildende Elemente umfassen Beryllium, Eor, Matriuu und Silicium und geeignete Verbindungen schließen NaCl, Η,ΒΟ , IJa2SiO, und Be(^0,)_ ein. Ls wird angenommen, daß diese letztere Behandlung der Anwendung eines Carbid-bildenden Elementes auf die Faseroberflächen das Element befähigt, sich mit den Kohlenstoffatomen der Fasern und der Grundraasse durch Einlagerung, oder durch Bilden einer Carbid-ßrücke zu vereinigen, wodurch eine verbesserte Bindung zwischen den Fasern und dem carbonisierten oder graphitisieren Material hergestellt wird. Bekanntlich ist auf dem Kohle-Gebiet die Einlagerung ein Vorgang, wodurch Ionen durch Kohle absorbiert werden; hierdurch wird das Kohlenstoffgerüst gedehnt und der als Folge auftretende Anstieg des Oberflächenbereiches führt im Falle der Fasern zu einer besseren Verbindung. Das Faserbündel kann durch Auflegen eines Druckes darauf verforst werden, s.B. durch Formpressen. Es wird bevorzugt,As an alternative to, or in connection with, surface oxidation, the fibers can be surface treated by immersion in a solution of a compound containing a carbide-forming element. Suitable carbide-forming elements include beryllium, Eor, Matriuu and silicon and suitable compounds include NaCl, Η, ΒΟ, IJa 2 SiO, and Be (^ 0,) _. It is believed that this latter treatment of applying a carbide-forming element to the fiber surfaces enables the element to intercalate with the carbon atoms of the fibers and the matrix, or by forming a carbide bridge, thereby providing improved bonding between the fibers Fibers and the carbonized or graphitized material is produced. As is well known in the coal field, intercalation is a process whereby ions are absorbed by carbon; as a result, the carbon structure is stretched and the resulting increase in the surface area leads to a better connection in the case of the fibers. The fiber bundle can be deformed by applying pressure to it , for example by compression molding. It is preferred
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den Formdruck während des Erhitzens für die Hart-Härtung des Harzes und der Verfestigung der viskosen Masse darauf aufre cht zuerhalten.the mold pressure during heating for hard curing of the resin and the solidification of the viscous mass on it.
Das hitzehärtungs-fähige Harz kann selbst eine Flüssigkeit sein, die für das Imprägnieren des Faserbündels verwendet werden kann: wahlweise kann die Flüssigkeit eine Lösung oderThe thermosetting resin can itself be a liquid which can be used for impregnating the fiber bundle: optionally the liquid can be a solution or
^ ein Harzpulver in einem flüchtigen Lösungsmittel sein. Als geeignete Harze können ein Phenol-hesol-Harz, ein Epoxyd-Harz, ein Furan-, ein Xylenol-Formaldehyd-Larz, ein Phenol-Novolak-Harz, ein Polyphenylen-Harz, ein Polynaphthalin-Harz, ein Steinkohlenteerpech oder eine Mischung aus zwei oder mehreren dieser Stoffe ausgewählt werden. Geeignete Lösungsmittel für feste Ilarzpulver umfassen Äthylalkohol, Aceton, Toluol und Xylol. Phenol-Resol-Harze und Polyphenylen-Harze liefern Graphit-Artikel, welche die höchsten Modul- und Festigkeitswerte aufweisen und werden dementsprechend be-^ be a resin powder in a volatile solvent. Suitable resins include a phenol-hesol resin, an epoxy resin, a furan, a xylenol-formaldehyde resin, a phenol novolak resin, a polyphenylene resin, a polynaphthalene resin, a coal tar pitch or a mixture of two or more of these substances can be selected. Suitable solvents for solid resin powders include ethyl alcohol, acetone, toluene and xylene. Phenol-resole resins and polyphenylene resins provide graphite articles that have the highest modulus and strength values and are accordingly
P vorzugt.P preferred.
Nach der carbonisierenden Hitze-Behandlung zeigt sich eine Schrumpfung und eine Porosität in der carbonisierten Masse und es wird bevorzugt, die carbonisferte Masse mit weiterer · Flüssigkeit im Vakuum zu imprägnieren und das imprägnierte carbonisierte Bündel einem Druck zu unterwerfen, mit an- schließender Verfestigung und Carbonisierung der so ein-After the carbonizing heat treatment, shrinkage and porosity appear in the carbonized mass and it is preferred to impregnate the carbonized mass with further liquid in a vacuum and to subject the impregnated carbonized bundle to pressure, with subsequent solidification and carbonization the so one
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geführten imprägnierten Flüssigkeit. Die Flüssigkeitsimprägnierung, die Verfestigung und die carbonisierende Wärmebehandlung können nach Dedarf wiederholt werden, um Lunker in dem carbonisierten Material vor der Graphitisierung zu beseitigen.guided impregnated liquid. The liquid impregnation, the solidification and the carbonizing heat treatment can be repeated as necessary in order to eliminate voids in the carbonized material before the graphitization.
Nachdem das Harz hart-gehärtet worden ist, wird eine Nach härtung durch eine Hitzebehandlung der geformten Faserbündel an der Luft bevorzugt, um die Ausbeute an Kohlenstoff zu verbessern und die Dimensionsstabilität während des Carbonisierens zu fördern. Eine geeignete Temperatur für ein Naehhärten ist 0 After the resin has been hard-cured , post-cure by heat-treating the formed fiber bundles in air is preferred in order to improve the yield of carbon and promote dimensional stability during carbonization. A suitable temperature for post-hardening is 0
Um die Biegefestigkeit der Graphit-Artikel, die gemäß der. vorliegenden Erfindung hergestellt werden, zu erhöhen« kann Ruß oder Graphit in dem ungehärteten Harz als Pulver dispergiert werden.In order to increase the flexural strength of the graphite articles, which according to the. present invention can be made to increase « Carbon black or graphite can be dispersed in the uncured resin as a powder.
Die Erfindung schafft ebenso Kohlefaser-verstärkte Graphit* Artikel, die, wie vorstehend erwähnt, weiterverarbeitet werden.The invention also provides carbon fiber-reinforced graphite * articles which, as mentioned above, are processed further will.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung wird eingehender duroh Beispiele unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsformen erläutert.The essence of the present invention will be further developed Examples are explained with reference to the following embodiments.
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Kohlefaser-Bündel, enthaltend 10 000 Fasern pro Bündel-Querschnitt wurden durch Eintauchen in eine wässerige Lösung von Natriunihypochlorxt (die 19 Gew.-% verfügbares Chlor enthielt) Oberflächen-behändeIt. Anstelle der Hypochlorit-Lösung kann eine 60 bis JO Vol.-^ige wässerige Salpetersäure-Lösung angewandt werden, jedocn wird die Verwendung einerCarbon fiber bundle comprising 10,000 fibers per bundle cross-section were prepared by immersion in an aqueous solution of Natriunihypochlorxt (19 wt -.% Available chlorine containing) surface behändeIt. Instead of the hypochlorite solution, a 60 to 50 vol .- ^ aqueous nitric acid solution can be used, but the use of a
Hypochlorit-Lösung bevorzugt.Hypochlorite solution preferred.
Die Bündel werden anschließend mit einem Phenol-Resol-Harz, z.B. Resin RIO993, geliefert von der BXL Ltd., imprägniert. Die Faserbündel werden unter Spannung durch ein Bad des flüssigen Harzes geführt. Die Viskosität des flüssigen Harzes kann passend durch Verwendung eines geeigneten LösungsmitteIe z.B. Aceton, eingestellt werden; Wasser oder Äthylalkohol kann ebenso zusammen mit Phenol-Harzen verwendet werden. Die Viskosität de· Harzes, z.B. ein Regel-Wert von 50 centipoises bei ca. 200C bestimmt die Menge der Harz-Auf* nähme in den Fasern wobei das Ziel darin besteht« einen geregelten Harzgehalt in der Faser-Harz-Mischung zu erzielen. Faser-Harz-Mischungen, die einen Gehalt von 30 bis 70 Gew.-* an Fasern aufwiesen, wurden hergestellt. Der Einfluß des Faser-Gehaltes wird weiter unten diskutiert.The bundles are then reacted with a phenolic resole resin such as Resin RIO993 supplied by BXL Ltd., impregnated. The fiber bundles are passed through a bath of the liquid resin under tension. The viscosity of the liquid resin can be adjusted appropriately by using a suitable solvent, for example acetone; Water or ethyl alcohol can also be used with phenolic resins. The viscosity de · resin, for example, a control value of 50 centipoises at about 20 0 C determines the amount of resin on * would take in the fibers wherein the objective is "a controlled resin content in the to obtain fiber-blend resin . Fiber-resin mixtures containing from 30 to 70 % by weight of fibers were produced. The influence of the fiber content is discussed further below.
Die mit Harz imprägnierten Bündel wurden dann bei einer Temperatur im Bereich von 100 bis 20O°C zur partiellenThe resin impregnated bundles then became partial at a temperature in the range of 100 to 20O ° C
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Härtung des Harzes erhitzt und hierdurch eine viskose Masse von zwischen den Kohlefasern befindlichem B-Stadium-Harz gebildet und diese viskose Masse hält die Fasern zusammen.Hardening of the resin is heated and as a result a viscous mass of B-stage resin located between the carbon fibers is formed and this viscous mass holds the fibers together.
Die Faserbündel werden dann durch Formpressen verformt. Geschnittene Bündellängen werden in eine Forrnvertiefung gelegt, wobei die riehtungsabhängigen Eigenschaften.des endgültigen Artikels durch die gewählte(n) Orientierung(en) der Fasern in der Form bestimmt werden: die Form wird dann geschlossen und Druck darauf gestellt, um die Fasern in die gewünschte Gestalt zu verformen.The fiber bundles are then deformed by compression molding. Cut Bundle lengths are placed in a mold recess, with the direction-dependent properties of the final Article can be determined by the chosen orientation (s) of the fibers in the shape: the shape is then closed and pressure applied to deform the fibers into the desired shape.
Zugleich mit dem angewandten Preßdruck werden die Faserbündel-Preßteile zur Härtung des viskosen Harzes und zur Ausbildung eines hart-gehärteten Harzes zwischen den Fasern erhitzt. Es wurde gefunden, daß ein geeigneter Preßdruck im Bereich von 0,5 bis 1,0 tons/eq inch (0,771I-IfS1IB kp/mm2) liegt. Die Härtungetemperatur betrug 1500C. An die härtende Hitrebehandlung schloß sich ein Nachhärten in Luft bei 200°C während 1 Stunde an.Simultaneously with the applied pressure, the fiber bundle pressed parts are heated to harden the viscous resin and to form a hard-hardened resin between the fibers. A suitable compression pressure has been found to be in the range of 0.5 to 1.0 tons / eq inch (0.77 1 I-IfS 1 IB kp / mm 2 ). The Härtungetemperatur was 150 0 C. To the curing Hitrebehandlung post curing was joined in air at 200 ° C for 1 hour.
Die nachgehärteten Preßteile wurden anschließend in einer inerten Atmosphäre von Argon zur Carbonisierung des gehärteten Harsee. erhitzt. Dies wurde mit einem Teaperaturanetieg von 10°C/3td. und einem 1-stündigen Verweilen bei 980 bit 10200C bewirkt. The post-hardened pressed parts were then placed in an inert atmosphere of argon to carbonize the hardened Harsee. heated. This was achieved with a tea temperature increase of 10 ° C / 3td. causes and a 1 hour dwell at 980 bit 1020 0 C.
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• · τ * • · τ *
Zur Kompensierung der Schrumpfung und der Porosität, die durch die carbonisierende Hitzebehandlung bewirkt wird, wurde weiteres Phenol-Harz eingeführt.To compensate for the shrinkage and porosity caused by the carbonized heat treatment, further phenolic resin was introduced.
Jedes carbonisferte Preßteil wurde in eine Vakuum-Kammer placiert, der Druck reduziert und das Preßteil bei <1 mm Hg in 1 bis 3 Stunden verfestigt. Das Preßteil wurde anschlies- W send in einer weiteren Menjse des flüssigen Harzes vollständig beim gleichen Druck untergetaucht und in der Kammer gelagert. Danach wurde der Überdruck entspannt und 100 psi (7,0 kg/cm ) auf das Vakuum-imprägnierte Preßteil aufgeleg um das Gefüge in 1 bis 3 Stunden zu verfestigen.Each carbonized pressed part was placed in a vacuum chamber, the pressure reduced and the pressed part solidified at <1 mm Hg in 1 to 3 hours. The pressing was anschlies- W send completely submerged in a further Menjse of the liquid resin at the same pressure and stored in the chamber. The excess pressure was then released and 100 psi (7.0 kg / cm) applied to the vacuum-impregnated pressed part in order to solidify the structure in 1 to 3 hours.
Nach jeder Imprägnierung wurde das Preßteil zunächst zur Härtung in Luft und anschließend zur Carbonisierung des frisch eingeführten Harzes in Argon wiedererhitzt. Zum Schluß wurden die Preßteile einer Hochtemperatur-Wärae- behandlung in Argon zur Qraphitisierung des carbonieierten Materials unterworfen; Eine geeignete Qraphitisierungar Temperatur ist 260O0C, und die Preßteile wurden bei dieser Tenperatur 1 bis 4 Stunden, im allgemeinen 2 Stunden gehalten. After each impregnation, the pressed part was first reheated in air to harden it and then in argon to carbonize the freshly introduced resin . Finally, the pressed parts were subjected to a high-temperature heat treatment in argon in order to graphitize the carbonized material; A suitable graphitization temperature is 260O 0 C, and the pressed parts were kept at this temperature for 1 to 4 hours, generally 2 hours.
Die Biegefestigkeit der wie vorstehend geschildert herg·- •teilten earbooisierten Preßteile mit beispielsweise «Sum. The flexural strength of the earbooised pressed parts produced as described above with, for example, “Sum.
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P 2P 2
1^ 2*10 MN/m (foega Newtons/m ): Es wurde unerwarteterweise gefunden, daß die Graphitisierung die Biegefestigkeit um einen Faktor von zumindest *2 erhöht, d.h., bis auf einen 1 ^ 2 * 10 MN / m (foega Newtons / m): It was unexpectedly found that the graphitization increases the flexural strength by a factor of at least * 2, ie, up to one
2
Wert von 500 i-S-J/m .2
Value of 500 iSJ / m.
Die folgende Tabelle I bringt den Kohlefaser-Gehalt der Faser-Harz-Mischungen mit der Biegefestigkeit, der interlaminaren Scherfestigkeit und dem Biegemodul des später carbonisierten Materials in Beziehung. The following Table I relates the carbon fiber content of the fiber-resin mixtures to the flexural strength, the interlaminar shear strength and the flexural modulus of the later carbonized material.
festigkeitstrength
■ MN/m2x■ MN / m 2 x
Scherfestigkeit
NM/m2«Interlaminar
Shear strength
NM / m 2 «
Modul
GN /m2**Bending
module
GN / m 2 **
Gew.-X vor
der CarbonisierungCarbon fiber content
Weight X before
of carbonization
* Mega Newton/m OH/»2 * Giga Newton/m2 * Mega Newton / m OH / » 2 * Giga Newton / m 2
Ee wurtl· beobachtet, daß bevorzugte Paser-Gehalte für carbonieiertes Material im Bereich von 50 bis 60 flew.-ίIt was observed that preferred Paser levels for carbonized material in the range of 50 to 60 flew.-ί
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BAD ORIG5NALBAD ORIG5NAL
Die nachstehende Tabelle II zeigt Werte der Biegefestigkeit und des Biegemoduls für einen Bereich von Faser-Gehalten für carbonisiertea Material (R10993-Harz), das einer 26OO°C graphitisierenden Wärmebehandlung unterworfen worden war.Table II below shows flexural strength values and flexural modulus for a range of fiber contents for carbonized material (R10993 resin) that is 26OO ° C had been subjected to graphitizing heat treatment.
Kohlefaser-Gehalt Biegefestigkeit Biegemodul Carbon fiber content flexural strength flexural modulus
Λ G*"·-* Υ0? MN/m2« GN/rn2** Λ G * "· - * Υ 0 ? MN / m 2 « GN / rn 2 **
der Carbonisierung - u 'of carbonization - u '
g ** OH/»2 s Olga Newton/»2 g ** OH / » 2 s Olga Newton /» 2
Es ist offensichtlich, daß das Graphitisieren tu einem beträchtlichen Anstieg der Biegefestigkeit führt; der Biege-Dodul zeigt jedoch lediglich einen mäßigen Anstieg. Di« Graphitisierung zeigte susätzlich einen weiteren geringen Gewichtsverlust, begleitet von einer Querachnitts-Schruepfung und einer Abnahme der Porosität der Grundmasse, was zu eine»It is evident that graphitization leads to a considerable increase in flexural strength; however, the flexural modulus shows only a moderate increase. Tue « Graphitization also showed a further slight one Weight loss, accompanied by a cross-section scraping and a decrease in the porosity of the matrix, resulting in a »
1098*7/H*0 eADoraG(NAL -"■1098 * 7 / H * 0 eADo raG (NAL - "■
. u. 2122238. u . 2122238
zugte Faser-Gehalte für graphitieiertes Material la BereiAadded fiber content for graphitized material la BereiA von 60 bis 70 Gew.-JC liegen.from 60 to 70 wt. JC.
Eine weitere Verbesserung in der Biegefestigkeit wurde beobachtet, wenn man Graphit in Form einer Pulver-Dispersion zu dem ungehärteten Harz hinzugibt: beispielsweise 20 Gew.-Jl Graphit, zugegeben zu Phenol-Harz, erhöht die Biegefestigkeit eines 60 Gew.-Ji-Faser-Preß-Materials von 500 MN/m auf 828 MN/m2.A further improvement in the flexural strength was observed when graphite is added to the uncured resin in the form of a powder dispersion: for example 20 wt. Jl graphite, added to phenolic resin, increases the flexural strength of a 60 wt. Ji fiber Press material from 500 MN / m to 828 MN / m 2 .
Graphit kann in Mengen von bis zu 1JO Gew.-Jt des Harzes zugegeben werden, 20 Gew.-2 sind eine bevorzugte Menge. Wie oben bereits festgestellt, steifem Zusätze von Ruß anstelle von Graphit ebenfalls die Biegefestigkeit und es können ähnliche Mengen angewandt werden.Graphite can be added in amounts up to 1 % by weight of the resin, 20% by weight is a preferred amount. As stated above, stiff additions of carbon black instead of graphite also reduce flexural strength and similar amounts can be used.
Anstelle von oder zusätzlich zu einer Behandlung der Kohl·- fasern durch Eintauchen in eine Lösung eines Oxydationsmittels, wie dies in den vorstehenden Ausführungeformen de· erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben ist, können dl· Fasern in einer Lösung, enthaltend ein Carbid-blldende· EIe-■ent, eingetaucht werden. Die nachstehende Tabelle III gibt die interlaiiinaren Scherfestigkeiten des carbonisieren Material· wieder, dessen Fasern anfänglieh Oberflftchen-Instead of or in addition to a treatment of the cabbage - fibers by immersion in a solution of an oxidizing agent, as described in the preceding embodiments de Method according to the invention is described, the fibers can be immersed in a solution containing a carbide binding element. Table III below gives the interlaiiinar shear strengths of the carbonize Material again, the fibers of which initially
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oxydiert worden waren, und worin die einzige Variable die Lösungsbehandlung ist (Carbonisierungs-Temperatur 10O0°C). Die Scherfestigkeit eines aus unbehandelten Pasern gebildeten carbonisierten Materials ist zum Vergleich mitangegeben. Die Zahlen beziehen sich auf Preßteile mit 60 Gew.-Jf Paser-Anteil. had been oxidized, and where the only variable is the solution treatment (carbonization temperature 100 ° C). The shear strength of a carbonized material formed from untreated fibers is also given for comparison. The numbers refer to molded parts with 60% by weight of Paser.
IIIIII
auf der Faser
<*)Salt weight
on the fiber
<*)
MMm2- lbf/in2 (kp/cm2)Shear strength
MMm 2 - lbf / in 2 (kp / cm 2 )
* MN/m s Mega Newton/m* MN / m s Mega Newton / m
Wie angegeben, können Fasern durch Erhitzen in Luft anstelle durch Eintauchen in eine Lösung eines Oxydationsmittels Oberflächen-oxydiert werden. Für eine Erhitzung an der Luft ist eine Temperatur im Bereich von 400 bis 600°C geeignet. "As indicated, fibers can be surface-oxidized by heating in air rather than by immersion in a solution of an oxidizing agent. A temperature in the range from 400 to 600 ° C is suitable for heating in air. "
Graphit-ArtikeJL gemäß Erfindung sind u.a. für einen Betrieb Graphite articles according to the invention are, among other things, for an operation
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bei hohen Temperaturen, z.B. in Verbrennung3~"Heißzonenn ge eignet, wobei eine Anwendungsmöglichkeit dafür in RaketenausschubTSystemen gegeben ist. Das Graphit-Material i3t gegenüber heißen, korrosiven Gasen als auch einer Hitzespaltung gegenüber resistent.at high temperatures, for example in Verbrennung3 ~ "hot zones ge n is, wherein an application possibility is given for ausschubTSystemen in missiles. The graphite material I3T to hot, corrosive gas and a heat cleavage against resistant.
Kohlefasern für eine Verwendung gemäß Erfindung können entweder Kohlefasern ir.it niederem Modul (carbonisiert) oder Kohlefasern mit hohem Modul (graphitiaiert) sein. Derartige Pasern können beispielsweise aus Polyacrylnitril erhalten werden, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Die Biegefestigkeits-Werte, wie sie oben angegeben wurden, wurden mit einer Hochmodul-Faser erhalten.Carbon fibers for use according to the invention can be either carbon fibers with a low modulus (carbonized) or carbon fibers with a high modulus (graphitized) . Such fibers can be obtained, for example, from polyacrylonitrile , as is known to the person skilled in the art. The flexural strength values as given above were obtained with a high modulus fiber.
Bei der Verarbeitung von Artikeln gemäß Erfindung werden gewöhnlich Bündel von Kohlefasern mit langen Längen Seite an Seite in einer gemeinsamen Richtung ausgerichtet, mit Harz imprägniert und zur partiellen Härtung des Harzes, wie oben beschrieben, erhitzt. Die partiell gehärtete Faser-Harz-Mischung in Form einer dünnen Folie oder eines Bandes kann auf geeignete Längen geschnitten werden und die geschnittenen Längen können in eine Form gebracht.werden, worin die Fasern in einer gemeinsamen Richtung ausgerichtet sind oder, wie es meistens erfolgt, ausgerichtet gemäß einem vorherbestimmten lauster von "gekreuzten Lagen" 3ind, worinIn processing articles according to the invention , bundles of carbon fibers of long lengths are usually aligned side by side in a common direction, impregnated with resin and heated to partially cure the resin as described above. The partially cured fiber- resin mixture in the form of a thin film or a tape can be cut to suitable lengths and the cut lengths can be shaped. are wherein the fibers are aligned in a common direction, or, as it usually takes place, aligned according to a predetermined 3ind Lauster of "crossed layers", wherein
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BADBATH
die Fasern von übereinanderliegenden geschnittenen Llngen ungleiche Richtungen aufweisen« Artikel, welch· ein Muster von "gekreuzten-Lagen" enthalten, zeigen vielseitig gerichtete Festigkeitseigenschaften gemäß dem ausgewählten Muster.the fibers of superimposed cut lengths have unequal directions. Articles which contain a pattern of "crossed plies" exhibit multifaceted strength properties according to the selected pattern.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung Kohlefaserverstärkte Graphit-Artikel, die durch Imprägnieren von Kohlefaaer-Bündeln mit einer Flüssigkeit, enthaltend ein hitzehärtbares Harz, Erhitzen der imprägnierten Bündel zur Umwandlung der Flüssigkeit zu einer viskosen Masse ("B"-Stadium), Formpressen des partiell-gehärteten Karzes/Faserbündel zur Formgebung, Erhitzen zur überführung des viskosen Harzes zu einem hart-gehärteten Harz, gefolgt von einer Nachhärtungs-Hitzebehandlung in Luft (bei 2000C), weiteres Erhitzen bei « 10000C in einem inerten Gas zur Carbonisierung des gehärteten Harz-Faserpreßteiles, gefolgt von einer Vakuum- und Druck-Imprägnierung durch weitere Flüssigkeit, HärtenIn summary, the present invention relates to carbon fiber-reinforced graphite articles which are produced by impregnating carbon fiber bundles with a liquid containing a thermosetting resin, heating the impregnated bundles to convert the liquid to a viscous mass ("B" stage), compression molding of the partial hardened resin / fiber bundle for shaping, heating to convert the viscous resin to a hard-hardened resin, followed by a post-hardening heat treatment in air (at 200 ° C.), further heating at 1000 ° C. in an inert gas to carbonize the hardened one Resin fiber molded part, followed by vacuum and pressure impregnation with further liquid, hardening
und Carbonisieren des so eingeführten Harzes - wiederholt falls nötig - zur Beseitigung von Schrumpfung und Porosität in dem carbonisierten Material, und eine abschließende Hitze- · Behandlung bei * 260O0C in einem inerten Gas zur Graphitisierung des carbonisierten Materials, hergestellt werden. Bevorzugte Harze sind Phenol-Resol-Harze oder Polyphenylen-Harze. and carbonizing the resin thus introduced - repeated if necessary - · to eliminate shrinkage and porosity in the carbonized material, and a final heat treatment at 260o 0 * C, in an inert gas for graphitization of the carbonized material. Preferred resins are phenolic resole resins or polyphenylene resins.
109847/1840 BAD 109847/1840 BAD
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