DE2151532A1 - Process for the production of carbon fiber tapes - Google Patents

Process for the production of carbon fiber tapes

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DE2151532A1
DE2151532A1 DE19712151532 DE2151532A DE2151532A1 DE 2151532 A1 DE2151532 A1 DE 2151532A1 DE 19712151532 DE19712151532 DE 19712151532 DE 2151532 A DE2151532 A DE 2151532A DE 2151532 A1 DE2151532 A1 DE 2151532A1
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Description

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Dipl. Ing. C. Wallach ?5?25β55β α·η λ t ηι/τDipl. Ing. C. Wallach? 5? 25 β 55 β α · η λ t ηι / τ

Dipl. Ing. G. Koch 1^63 H/Bu 1 5. ORT.Dipl. Ing. G. Koch 1 ^ 63 H / Bu 1 5. LOCATION.

D-. T. haiöach
8 München 2
Kaufingerstr. 8, Tel. 240275
D-. T. haiöach
8 Munich 2
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THS SSCRBTARY OF STATS FOR DBFEMCE, London, GroßbritannienTHS SSCRBTARY OF STATS FOR DBFEMCE, London, UK Verfahren zur Herstellung von Kohlenatoffaser-BändernProcess for the production of carbon fiber ribbons

Kohlen«toffaserη werden für verschiedene Anwendungezwecke als Verstärkung für einen Kunstharz-Matrixkörper verwendet. Soweit diese Fasern in einen Wickelverfahren aufgelegt werden, ist es zweckmäßig, sie in For« eines Bandes aus im wesentlichen longitudinal ausgerichteten Fasern herzustellen* Durch die vorliegende Erfindung soll ein verhältnismäßig billiges und einfaches Verfahren zur Herstellung derartiger Bänder geschaffen werden.Coals «toffaserη are used for various purposes as Reinforcement used for a synthetic resin matrix body. As far as these fibers are laid in a winding process, is it is expedient to essentially consist of them in the form of a volume Manufacture longitudinally aligned fibers * by the present The invention is intended to provide a relatively cheap and simple method of making such tapes will.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellungen Kohlenstofffaser-Bändern sieht vor, daß »an durch Ausbreiten mehrerer Wergstränge aus einem Vormaterial mehrere schmale Bänder bildet, daß man diese Bänder nebeneinander zur Bildung einer Bahn bzw. Folie anordnet, daß man diese Bahn einer Wärmebehandlung zur Erzeugung einer Kohlenstoffaser-Bahn unterwirft, und daß man die so erhaltene Kohlenstoffaser-Bahn an den Grenzlinien zwischen wenigstens mehreren Paaren der anfänglichen schmalen Bänder unterteilt, derart, daß man breite Bänder erhält, deren Breite jeweils einem ganzzahligen Vielfachen der Breite der anfänglichen schmalen Bänder entspricht«The inventive method for making carbon fiber tapes provides that »by spreading out several tow strings from one raw material, several narrow bands are formed, that one arranges these tapes next to one another to form a web or film, that one heat treatment for this web Subjecting the production of a carbon fiber web, and that one the carbon fiber sheet thus obtained at the boundary lines between at least several pairs of the initial narrow ones Ribbons divided in such a way that wide ribbons are obtained, the width of which is an integral multiple of the width of the corresponds to initial narrow bands "

Vorzugsweise wird die Bahn ium Zusammenhalten der sie bildendenPreferably, the web is used to hold the constituent parts together

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Bänder nit einer Kreuzstich-Heftung versehen·Ribbons with a cross-stitch stitching

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Kohlenstoffaser-Bahn vor der Aufspaltung in die endgültigen Bänder durch Kunstharzübertragung von einem beschichteten Trennpapier mit Kunstharz imprägniert wird.According to a preferred embodiment it is provided that the Carbon fiber web before splitting into the final Ribbons by resin transfer from a coated release paper is impregnated with synthetic resin.

Zweokmä&ig kann die Aufspaltung der Bahnen in die endgültigen Bänder so erfolgen» da* die Bänder Jeweils abwechselnd nach oben bzw. unten verlaufen, wodurch Mehr Aufwickelraue gewonnen wird.Two-way can split the orbits into the final Bands like this are done »da * the bands alternately follow each other run up or down, which means that more winding roughness is gained.

Das Ausbreiten der als Ausgangsmaterial verwendeten Wergstränge kann auf einer Anlege- oder Verteilerstange oder ähnlichen Vorrichtungen erfolgen.The tow strings used as starting material can be spread out on a mooring or distribution bar or similar Devices take place.

Nach einer bevorzugten AusfOhrungsform dient als Vorfaser Polyacrylnitril, wobei vorgesehen sein kann, daft die Wärmebehandlung eine Voroxydation, bei welcher die Fasern bis zu 7 Stunden unter Spannung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf einer Temperatur von ca. 200°C gehalten werden, und eine nachfolgende Pyrolyse umfaßt, bei welcher die Fasern in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 700 bis 15000C erhitzt werden.According to a preferred embodiment, polyacrylonitrile serves as the pre-fiber, it being possible for the heat treatment to include pre-oxidation, in which the fibers are kept under tension for up to 7 hours in an oxygen-containing atmosphere at a temperature of approx. 200 ° C, and subsequent pyrolysis comprises, in which the fibers are heated to a temperature in the range from 700 to 1500 0 C in an inert atmosphere.

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigenIn the following, exemplary embodiments of the invention are described with reference to the drawing; in this show

Fig. 1 ein Fließschema einer Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen VerfahrensFig. 1 is a flow diagram of an apparatus for implementation of the method according to the invention

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Bildung und Kreuzstich-Heftung einer Bahn bzw. Folie aus Faser-VormaterialFig. 2 in a schematic representation of a device for Formation and cross-stitch stitching of a web or film made of fiber primary material

Fig. 3 in schematischer Darstellung eine-Vorrichtung zur Auftrennung der Kohlenstofffaser-Bahn in BänderFig. 3 in a schematic representation of a device for Separation of the carbon fiber web into ribbons

In Fig. 1 ist mit 10 ein Spulenaggregat aus mehreren Spulen bezeichnet, die jeweils Wergstränge von Polyacrylnitrilfasern von 1 1/2 Denier tragen. Die einzelnen Spulen werden jeweils auf der weiter unten anhand von Fig. 2 beschriebenen Vorrichtung zur Bildung und Kreuzstioh-Heftung einer Bahn bewickelt. Die Spulen sind mit Faserbahnen bewickelt, deren jede jeweils ca. 50 nebeneinanderliegende schmale Bänder umfaßt, die ihrerseits jeweils aus einem einzelnen Wergstrang hergestellt sind; die Bänder werden durch einen in der Heftvorrichtung eingeführten Schuß-Heftfaden zusammengehalten. Die acht Bahnen werden in einem gegenseitigen Abstand von etwa 3 Zoll übereinander verlaufend gehalten und einem als Qanzes mit 12 bezeichneten Walzenaggregat zugeführt. Das Antriebswalzenaggregat 12 weist acht getrennte Sätze von je vier Waisen auf; ein Sats ist mit 13 bezeichnet. Diese Walzensätze sind parallel so angeordnet, daß jeweils jedem Walzensatz eine Bahn zugeführt wird, welche dann um vier den betreffenden Satz bildenden angetriebenen Walzen läuft und ausgabeseitig in horizontaler Ausrichtung mit dem Eintritt aus dem Antriebsaggregat austritt.In Fig. 1, 10 denotes a bobbin assembly made up of several bobbins, each of which is made of polyacrylonitrile fibers of 1 1/2 denier. The individual coils are each placed on the device described below with reference to FIG. 2 wound to form and cross stitch a web. the Coils are wound with fiber webs, each of which comprises about 50 adjacent narrow strips, which in turn are each made from a single strand of tow; the tapes are inserted through one in the stapler Weft stitching thread held together. The eight lanes will be spaced about 3 inches apart held and fed to a roller assembly designated as Qanzes with 12. The drive roller assembly 12 has eight separate ones Sets of four orphans each; a Sats is denoted by 13. These sets of rollers are arranged in parallel so that each set of rollers is fed a web, which then by four The relevant set-forming driven rollers runs and on the output side in horizontal alignment with the inlet emerges from the drive unit.

Nach dem Austritt aus dem Antriebsaggregat 12 werden die acht Bahnen bei 14 näher aneinander herangeführt und treten bei 15 durch engsitzende Öffnungen in einen Voroxydationsofen 16 ein.In demAfter exiting the drive unit 12, the eight tracks are brought closer to one another at 14 and enter at 15 through tightly fitting openings in a pre-oxidation oven 16

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Ofen wird mittels eines Gebläsesystems und (nicht dargestellter) Heizaggregate eine auf eine Temperatur von etwa 22O0C erhitzte Luftatmosphäre aufrechterhalten. Bei 17 ist ein Qebläsesystem angedeutet, das einen regelbaren Luftstrom in dem Ofen erzeugt.Furnace is maintained a heated to a temperature of about 22O 0 C air atmosphere by a blower system and (not shown) heaters. At 17 a Qebläsesystem is indicated which generates a controllable air flow in the oven.

Zn dem Ofen 16 sind mehrere Walzensätze 18 angeordnet. Die acht Bahnen laufen Ober diese Walzen und werden dabei in dem Ofen lings eines mäanderfOrmigen Wegs geführt, derart, daß sie innerhalb eines verhältnismäßig kompakten Ofens eine große Weglänge (40 FuA) zurücklegeni die Anordnung ist so getroffen, daß die Bahnen für den Durchlauf durch den Ofen ca. 7 Stunden benötigen.Several sets of rollers 18 are arranged in the furnace 16. The eight tracks run over these rollers and are thereby in the oven along a meandering path, in such a way that they are within a relatively compact furnace cover a long path (40 FuA) i the arrangement is such that the Lanes need about 7 hours to pass through the oven.

Während ihres Aufenthalts in dem Ofen 16 werden die Fasern daher voroxydiert, d.h. es findet eine gewisse Modifikation zwischen den einzelnen Molekülen zur Stabilisierung ihrer Struktur und ihres Oefüges statt.During their stay in the furnace 16, the fibers are therefore pre-oxidized, ie a certain modification takes place between the individual molecules in order to stabilize their structure and their structure.

Beim Austritt aus dem Ofen durch engpassende öffnungen 19 gelangen die noch in Bahnform befindlichen Fasern in ein zweites Antriebsrollenaggregat 20 von gleicher Art wie das Aggregat Durch die Anordnung von Antriebsaggregaten 12 und 20 an beiden Enden des Ofens 16 kann das Fasermaterial während seiner Voroxydation unter Spannung gehalten werden. Hierdurch wird eine Schrumpfung vermieden, die andernfalls während dieses Verfahrens-Stadiums stattfinden würde.When exiting the furnace, pass through narrow-fitting openings 19 the fibers still in web form in a second drive roller unit 20 of the same type as the unit By arranging drive units 12 and 20 on both At the ends of the furnace 16, the fiber material can be kept under tension during its pre-oxidation. This creates a Avoid shrinkage that would otherwise occur during this procedural stage would take place.

Beim Austritt aus dem Antriebsaggregat 20 werden die Bahnen zur Bildung eines einzigen Bündels zusammengefaßt und über ein Diohtungswalzenaggregat 22 in einen Karbonisierungs-Ofen 21 eingeführt. Das Dichtungeaggregat kann aus einem Dichtungswalzenpaar der in Patent (PatentanmeldungWhen exiting the drive unit 20, the webs are combined to form a single bundle and over a Dying roller assembly 22 in a carbonation furnace 21 introduced. The sealing unit can consist of a pair of sealing rollers in the patent (patent application

P 18 05 901.3) beschriebenen Art bestehen und verhindert eineP 18 05 901.3) exist and prevent a

nennenswerte Leckage aus dem Ofen 21 bzw. in ihn hinein.significant leakage from the furnace 21 or into it.

Die Faserbahnen werden in diesem Verfahrensstadium zusammengefaßt»The fiber webs are combined at this stage of the process »

um die erforderliche Leistung zu verringern und das System zu vereinfachen; in diesem Verfahrensstadium braucht nicht wie in den vorhergehenden Stadien ein Abstand zwischen den Bahnento reduce the required power and simplify the system; at this stage of the procedure need not how in the previous stages, a distance between the tracks

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zur Abfuhr von Reaktionsprodukten und Wärmeabfuhr aufrechterhalten KU werden.for the removal of reaction products and heat dissipation maintained Become KU.

Zn dem Ofen 21 wird eine Stickstoffatmosphäre aufrechterhalten; eine Leitung 23 dient zur Stickstoffeufuhr, eine Leitung 24 sun Austritt des Stickstoffs sowie Abgasen. Die Anordnung ist so getroffen, daß in dem Ofen die Temperatur stetig von Zimmertemperatur im Bereich des Dichtungsaggregats 22 auf ca. 10000C im Funkt 25 ansteigt. Die Ofenabraessungen sind so gewählt, daß im Punkt 25 der Hauptteil der Pyrolyse der Fasern stattgefunden hat; daher braucht keinerlei weitere Abfuhr von Reaktionsprodukten in der nachfolgenden Behandlung vorgesehen su werden. A nitrogen atmosphere is maintained in the furnace 21; a line 23 is used to supply nitrogen, a line 24 is used to exit the nitrogen and exhaust gases. The arrangement is such that in the furnace, the temperature rises continuously from room temperature in the region of the sealing unit 22 to about 1000 0 C in the funct 25th The furnace dimensions are chosen so that the main part of the pyrolysis of the fibers has taken place at point 25; therefore no further discharge of reaction products need be provided in the subsequent treatment.

Sodann gelangen die zusammengebündelten Fasern durch einen auf einer höheren Temperatur liegenden Teil 26 des Ofens. Es sei betont, daß in diesem Teil der Ofenquerschnitt durch Wandungsvorrichtungen 27» welche Heiζ vorrichtungen enthalten, verringert ist; durch diese Querschnitteverringerung wird die für die Aufheisung auf eine höhere Temperatur erforderliche Leistung verringert. In diesem Abschnitt 26 werdun die Fasarn weiter auf eine Temperatur im Bereich von l600°C erhitzt.Then the bundled fibers open through one a higher temperature lying part 26 of the furnace. It should be emphasized that in this part the furnace cross-section is reduced by wall devices 27 which contain heating devices is; This reduction in cross-section reduces the power required for heating to a higher temperature. In this section 26 the fiber is further heated to a temperature in the range of 1600 ° C.

Die gebündelten Fasern treten schließlich aus dem Ofen 21 über ein zweites, wiederum aus einer Walzendichtung bestehendes Dichtungsaggregat 28 aus.The bundled fibers eventually pass out of the oven 21 a second sealing unit 28, again consisting of a roller seal.

Nach dem Austritt aus dem Dichtungsaggregat 28 gelangen die Fasern in einen weiteren Ofen 29. In der Zeichnung ist dieser Ofen einfaohheitshalber als von dem Ofen 21 getrennt dargestellt; in Wirklichkeit ist er jedoch direkt mit der Dichtung 28 verbunden und die gesamte Vorrichtung bildet eine Linear-Anordnung. Die Dichtung 28 trennt somit in Wirklichkeit die Atmosphäre innerhalb des Ofens 21 von der Atmosphäre in dem Ofen 29· In dem Ofen 29 wird eine Argon-Atmosphäre aufrechterhaltenj eine Eintritt·leitung 30 dient der Argon-Zufuhr, an einer Austrittsleitung 31 können Argon und evtl. Reaktionsprodukte austreten. After emerging from the sealing unit 28, the Fibers in a further furnace 29. In the drawing, this furnace is shown, for the sake of simplicity, as being separated from the furnace 21; in reality, however, it is directly connected to the seal 28 and the entire device forms a linear arrangement. The seal 28 thus actually separates the atmosphere inside the furnace 21 from the atmosphere in the furnace 29 · An argon atmosphere is maintained in the furnace 29 Inlet line 30 serves to supply argon, while argon and any reaction products can exit at an outlet line 31.

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In dem Ofen 29 wird das Fasermaterial nech in seiner gebündelten Form auf eine Temperatur erhitzt, die iaa beschriebenen Beispielsfall 250O0C beträgt, Jedoch einen Wert im Bereich von oberhalb 15000C besitzen kann. In diesem Verf&hrsnsstsidium erhält die Kohlenstoff·*Faser eine mehr pseudographitisehe Struktur. Dieses Verfahrensstadium kann gegebenenfalls vollständig entfallen und man kann brauchbare Kohlenst©ff-Fa6j©rä mit einem Karbonisierungsofen erhalten, in welchem das Fa3@s?saa$;@rial nur auf eine Temperatur von IQOO0C bis 12000C ©rhitst wird.In the oven 29, the fiber material is heated in its bundled nech mold to a temperature which iaa exemplary case described is 0 250o C, but may have a value in the range of above 1500 0 C. In this process the carbon fiber takes on a more pseudographic structure. This stage of the process may optionally be omitted completely and you can useful carbon f © ff-Fa 6 j © ra obtained with a carbonization in which the Fa3 s @ saa $;? @ Rial only to a temperature of IQOO 0 C to 1200 0 C © rhitst will.

Nach einer Aufenthaltsdauer von etwa ein@r halben Stunde in dem ) Ofen 29 tritt das Fasermaterial über ein® Dichtungsvorrichtung 32 aus, die wiederum ähnlieh wie die Diehtungsvorrichtung 28 ausgebildet sein kann und ein stärkeres Entweichen von Oasen aus dem Ofen 29 verhindert. Unmittelbar nach dem Austritt aus der Dichtungsvorrichtung 32 verlaufen di© gebündelten Fasern zwischen swei Antriebswaisen 33; nach dem Durchtritt durch diese Waisen werden die gebündelten Fasern wieder in ihre 8 diskreten Bahnen aufgetrennt und in eine als Ganges mit 34 bezeichnete Harsimprägnierungsvorriehtung eingeführt. Die Harzimprägnierungsvorrichtung 34 kann von der in Patent (Patentanmeldung P 20 00 126.6) beschriebenen Art sein; sie beruht auf der Verwendung von beschichtetem Papier als übertragungsmittel ι für ein Epoxy-Novolac -Kunstharz. Der Einfachheit halber wird im folgenden der weitere Verlauf einer einzigen Bahn beschrieben; die übrigen Bahnen folgen einem genau gleichen Verlauf.After a stay of about half an hour in the ) Oven 29, the fiber material enters via a® sealing device 32, which in turn is similar to the turning device 28 can be formed and a greater escape of oases from the oven 29 prevented. Immediately after leaving of the sealing device 32 run the bundled fibers between two drive orphans 33; after passing through these orphans, the bundled fibers are back into their 8 discrete ones Lanes separated and designated as a Ganges with 34 Harness impregnation device introduced. The resin impregnation device 34 can be of the type described in patent (patent application P 20 00 126.6); it is based on the use of coated paper as a transfer medium for an epoxy novolac synthetic resin. For the sake of simplicity, will the following describes the further course of a single path; the other tracks follow exactly the same course.

Betrachtet man zunächst die obere Bahn, so gelangt diese nach dem Eintritt in die Vorrichtung 34 zwischen sswei Spulen 35 und 36 mit kunstharzgetränktem Trennpapier. Das Trennpapier ist seinerseits ait einem Trennmittel imprägniert, um eine permanente Haftung des Kunstharzes an dem Papier zu verhindern. Zur einfacheren Handhabung des beschichteten Papiers sind die Spulen 35 und 36 in einer gekühlten Kammer 37 angeordnet, derart daß dasIf you first look at the upper track, it comes after the entry into the device 34 between two coils 35 and 36 with synthetic resin soaked release paper. The release paper is in turn impregnated with a release agent in order to prevent permanent adhesion of the synthetic resin to the paper. To the simpler Handling of the coated paper, the coils 35 and 36 are arranged in a cooled chamber 37, so that the

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Kunstharz nicht-klebrig gehalten wird.Resin is kept non-sticky.

Das von den Spulen 35 und 36 ablaufende Papier wird von beiden Seiten auf die Paserbahn zugeführt, und zwar so, daß die beschichtete Seite des Papiers gegen die Faserbahn zu liegen kommt. Die so gebildete "Sandwich-Schichtung" verläuft aus der Kammer 37 in eine streite Kammer 38 zwischen swei Heiswalien 39· Bein Durchtritt wischen diesen W&lien wird dureh die kombinierte Wirkung von Wflrae und Druck das Kunstharz von dem Trennpapier auf die Paserbahn Obertragen und so die Faserbahn mit dem Kunstharz imprägniert.The paper coming off the spools 35 and 36 is fed by both Pages fed to the fiber web, in such a way that the coated side of the paper comes to lie against the fiber web. The "sandwich layer" formed in this way runs out of the chamber 37 in a quarreling chamber 38 between two Heiswalien 39 · leg The passage wipe these w & lien is thru the combined Effect of Wflrae and pressure the resin from the release paper onto the paserbane and so on the fibrous sheet with the synthetic resin impregnated.

Die einzelnen Faserbahnen verlaufen sodann durch eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Bandes; die Banderzeugungsvorrichtungen für die einseinen Bahnen sind gleichartig und es wird nur die Banderzeugungsvorrichtung für die Paserbahn 40 beschrieben.The individual fiber webs then run through a device to produce a band; the banding devices for the single tracks are alike and it only becomes the banding device for the Paserbahn 40 described.

An Eingang der Banderseugungsvorrichtung sind zwei Aufwickelwalsen 41 zur Abnahme des Trennpapiers von des? mit d@m Kunsthart imprägnierten Faserbahn vorgesehen. Pie freigelegte Faserbahn läuft dann durch ein weiteres Walzenpaar 42 und wird hierbei in mehrere Bänder unterteilt, die abwechselnd nach oben bzw. unten auf Aufwickelspulen 43 und 44 laufen. Von einer Vorratsrolle 45 wird Zwisehenlagepapier in der gezeigtem Weis® der Aufwickelspule sugeführt.At the entrance of the tape suction device are two wind-up whales 41 to remove the release paper from the? impregnated with d @ m Kunsthart Fiber web provided. Pie exposed fiber web then runs through a further pair of rollers 42 and is here in several Divided ribbons that alternate up and down on take-up spools 43 and 44 are running. From a supply roll 45 is Interleaving paper in the manner shown on the take-up reel suggests.

In Fig. 3 ist eine vereinfachte Ausführung d@L* Banderzeugungsvorrichtung dargestellt, wobei angekommen wird, daß die Faserbahn in zwei Bänder unterteilt wird; wie ersichtlich verläuft das auf die Spule 43 auflaufende Band von den Walzen 42 nach unten, während das auf die Spule 44 laufende Band von den Walzen aus nach oben verläuft. Auf diese Weise erhält man mehr Raum zwischen den Aufwickelspulen. Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführung sind die Vorratsrollen mit dem Zwisehenlagepapier unterhalb der zugehörigen Aufwi@kelspul@n liegend dargestellt. Die Vorratsrollen mit den Zwisehenlagepapier könnten auch jeweilsIn Fig. 3 is a simplified embodiment of the d @ L * banding device shown, it being arrived at that the fiber web is divided into two bands; As can be seen, the tape running onto the reel 43 runs after the rollers 42 down, while the tape running on the reel 44 runs upwards from the rollers. That way you get more space between the take-up spools. In the embodiment shown in Fig. 3, the supply rolls with the interleaving paper are below of the associated take-up reels shown horizontally. the Supply rolls with the interleaving paper could also each

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«wischen benachbarten Aufwickelspulen angeordnet sein. In diesem Falle wurden sie abwechselnd über bzw. unter ihren zugehörigen Aufwiokelspulen liegen und sämtliche Spulen könnten auf zwei Achsen angeordnet werden.«Be arranged between adjacent take-up reels. In this case they were alternately above and below their associated Aufwiokelspulen lie and all the coils could be arranged on two axes.

In Fig. 2 ist schematisch die Bildung der Bahn aus den Wergsträngen dargestellt. Die Wergstränge werden von mehreren Spulen 46 zugeführt und über eine Verteilerstange 47 geführt. Der Abstand zwischen den Wergsträngen ist so gewählt, daß die einzelnen Wergstränge bei voller Ausbreitung sur Anlage gegen den benachbarten Wergstrang gelangen» huf diese Weise werden mehrere schmale Bänder erzeugt, die zusammen eins Bahn bzw. Folie 48 bilden. Da die von benachbarten Wergsträngen gebildeten Bänder sich nicht überlappen, besteht eine deutliche Abgrenzung zwischen den Bändern; dies ist durch die gestrichelten Linien auf der Bahn 48 angedeutet.In Fig. 2, the formation of the web from the tow strands is shown schematically. The tow strands are fed from a plurality of reels 46 and guided over a distributor rod 47. The distance between the tow strands is chosen so that the individual tow strands come against the neighboring tow strand when they are fully extended . Since the bands formed by neighboring tow strands do not overlap, there is a clear demarcation between the bands; this is indicated by the dashed lines on track 48.

Zum Zusammenhalten der Bahn während ihrer Wärmebehandlung wird eine Kreuzstich-Heftung vorgenommen. Dies erfolgt mittels derCross-stitch stitching is used to hold the web together during its heat treatment. This is done using the

bei 49 angedeuteten Vorrichtung, die von der in Patent device indicated at 49, which is derived from that in patent

(Patentanmeldung P 18 05 901.3) beschriebenen Art sein kann. Die Heftung wird vorzugsweise mit einem Material ausgeführt, das durch die Wärmebehandlung wesentlich geschwächt wird, derart daß es die nachfolgende Aufspaltung der Bahn in die einzelnen Bänder nicht behindert. Die so erhaltene mit der Kreuzstich- w Heftung zusammengehaltene Bahn wird sodann auf eine Spule gewickelt, die ihrerseits sodann in der Vorrichtung aus Fig. 1 verwendet werden kann.(Patent application P 18 05 901.3) described type can be. The stitching is preferably carried out with a material which is substantially weakened by the heat treatment so that it does not hinder the subsequent splitting of the web into the individual bands. The thus obtained held together by cross-stitch stapling w web is then wound on a spool, which in turn can be then used in the apparatus in FIG. 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Reihe von alternativen Ausgestaltungen. Während im beschriebenen Ausführungsbeispiel Polyacrylnitril als Faser-VormateriaX verwendet wird, eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren offensichtlich zur Anwendung mit einer Vielzahl verschiedener Ausgangsstoffe, darunter Polyamid-und Zellulose-Fasern.The method according to the invention allows a number of alternatives Refinements. While in the described embodiment Polyacrylonitrile is used as the fiber VormateriaX, the inventive method is obviously suitable for Used with a wide variety of raw materials, including polyamide and cellulose fibers.

Das Verfahren selbst kann ebenfalls, in Einzelheiten modifiziertThe procedure itself can also be modified in detail

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BAD ORIGINALBATH ORIGINAL

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werden. So braucht das Trennpapier nicht notwendigerweise vor der Aufspaltung der Bahnen in die einseinen Bänder von den Bahnen abgenommen su werden9 vorausgesetzt daß die Spaltvorrichtungen die Trennpapierbahnen zerteilen können; selbstverständlich können auch andere Verfahren der Harzimprägnierung in Erwägung gezogen werden.will. Thus, the release paper may not necessarily before the separation of the sheets in the one a ligament removed from the webs are provided below 9 that the gap devices may divide the release paper webs; of course, other methods of resin impregnation can also be considered.

Normalerweise wird man bei der erfindungggeiaäßen Vorriehtung die Wergstränge zu Anfang trennen, indem man die Enden der Wergstränge vor der Einführung in die Apparatur verknotet; dann können die einzelnen schmalen Bänder bei ihrem Austritt aus dem Ofen leicht getrennt und in die erforderliehe Bandbreite unterteilt werden. Wie ersichtlich gibt die Erfindung ein einfaches Verfahren zur Herstellung von Bändern anhand, deren Breite ein Vielfaches der anfänglichen sshmalan Bandbreite ist; die Breite dieser anfänglichen Bänder hängt von d@r Anzahl der Fasern in dem Vormaterial-Strang ab, sowie von dem Orad der Ausbreitung.Normally, with the arrangement according to the invention, the tow strands will be separated at the beginning by knotting the ends of the tow strands before they are introduced into the apparatus; then the individual narrow strips can be easily separated as they exit the furnace and divided into the required strip width. As can be seen, the invention provides a simple method of producing ribbons whose width is a multiple of the initial sshmalan bandwidth; the width of these initial bands depends on the number of fibers in the pre-material strand, as well as on the direction of expansion.

Patentansprüche;Claims;

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Claims (6)

P a tentansprüchePatent claims 1. Verfahren Eur Herstellung von Kohlenstoffaser-Bändern, dadurch gekennzeichnet s daß man durch Ausbreiten mehrerer Wergstränge aus einem Vormaterial mehrere schmale Bänder bildet, daß man diese Bänder nebeneinander zur Bildung einer Bahn bzw.. Folie (48, Fig. 2} anordnet, daß man diese Bahn einer Wärmebehandlung zur Erzeugung einer Kohlenstoffaser-Bahn unterwirft, und daß man die so erhaltene Kohlenstoffaser-Bahn an den Grenzlinien zwischen wenigstena mehreren Paaren der anfänglichen schmalen Bänder unterteilt, derart daß man breite Bänder erhält, deren Breite jeweils einem ganzzahligen Vielfachen der Breite der anfänglichen schmalen Bänder entspricht.1. A process Eur production of carbon fiber strips, characterized s that forms a plurality of tows from one material by spreading a plurality of narrow bands, that these ribbons side by side to form a sheet or film .. (48, Fig. 2} arranges that this web is subjected to a heat treatment to produce a carbon fiber web, and the carbon fiber web thus obtained is subdivided at the boundary lines between at least several pairs of the initial narrow ribbons so that wide ribbons are obtained, the width of which is an integral multiple of the width corresponds to the initial narrow bands. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den anfänglichen Bändern gebildete Bahn (48, Fig. 2) vor der Wärmebehandlung mit einer Kreuzstich-Heftung zum Zusammenhalt versehen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the web (48, Fig. 2) formed from the initial ribbons is cross-stitched prior to heat treatment is provided for cohesion. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kohlenstoffaser-Bahn vor der Aufspaltung in die endgültigen Bänder durch Kunstharzübertragung von einem beschichteten Trennpapier mit Kunstharzimprägniert wird. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the carbon fiber web before Splitting into the final ribbons by resin transfer from a coated release paper impregnated with resin. 4. Verfahren nach einem oder mehreren das.» vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Auftrennung der Bahn in die endgültigen Bänder so erfolgt, daß die einzelnen Bänder abwechselnd nach oben bzw. unten verlaufen.4. Procedure according to one or more of that. " preceding claims, characterized in that the separation of the web into the final ribbons takes place in such a way that the individual ribbons alternate upwards or run down. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die als Ausgangsmaterial verwendeten Vormaterial-Wergstränge auf einer Verteilerstange (47, Fig. 2) ausgebreitet werden.5. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the raw material tow strands used as the starting material be spread on a distribution rod (47, Fig. 2). 209830/0511209830/0511 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß als Voraaterial Polyacrylnitril verwendet wird.6. The method according to one or more of the preceding claims, characterized in that polyacrylonitrile is used as a preliminary material. 7« Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung eine Voroxydation, bei welcher die Fasern bis zu 7 Stunden unter Spannung in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre auf einer Temperatur von ca. 2000C gehalten werden, und eine nachfolgende Pyrolyse umfaßt, bei welcher die Fasern in einer inerten Atmosphäre auf eine Temperatur im Bereich von 700 bis 15000C erhitzt werden.7 «A method according to claim 6, characterized in that the heat treatment a pre-oxidation, wherein the fibers are maintained at a temperature of about 200 0 C for up to 7 hours under stress in an atmosphere containing oxygen and a subsequent pyrolysis comprising, wherein the fibers are heated to a temperature in the range from 700 to 1500 ° C. in an inert atmosphere. 209830/051 1209830/051 1
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013218639A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Process for producing a semi-finished fiber composite and fiber composite semi-finished products

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DE102013218639A1 (en) * 2013-09-17 2015-03-19 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Process for producing a semi-finished fiber composite and fiber composite semi-finished products

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