DE2204156A1

DE2204156A1 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von fadenförmigem Material. Zusatz zv: 20)29»)

Info

Publication number: DE2204156A1
Application number: DE19722204156
Authority: DE
Inventors: Patrick Arthur Walsgrave Coventry Warwickshire White (Großbritannien). M
Original assignee: Courtaulds PLC
Current assignee: Akzo Nobel UK PLC
Priority date: 1971-01-28
Filing date: 1972-01-28
Publication date: 1972-08-31
Also published as: GB1371621A; FR2123507A2; NL7201159A; BE778660R; IT1044972B; FR2123507B2; CA980717A

Description

PATKNTAN WA LTB .

DR. O. DlTTMANN K. L·. SCHIFF DR. A. ν. FÜNBR DIPL. ING. P. STHBHL 8 MÖNCHEN 90 MARIAHILFPLATZ 2 & 8

Beschreibung DA-4663

zu der Patentanmeldung

der Firma

COURTAULDS LIMITED

18, Hanover Square, London ¥.1 Großbritannien

betreffend

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von fadenförmigem Material

Priorität: 28. Januar 1971, Großbritannien, Nr. 3358/71

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur oxidativen Oberflächenbehandlung von kontinuierlichem fadenförmigem Material und stellt eine Abwandlung und/oder Verbesserung des Verfahrens der deutschen Patentanmeldung P 20 12 981.1 dar. In dieser Patentanmeldung ist ein Verfahren zum Behandeln der Oberfläche von kontinuierlichen Kohlenstoffäden beschrieben, das dadurch charakterisiert ist, daß man einen Elektrolyten in Form einer wässrigen Lösung elektrolysiert, wobei die Kohlenstoffäden bzw. -fasern als Anode so geschaltet sind und sich an der Anode an der Oberfläche der Fäden

209836/1154

bzw. Fasern naszierender Sauerstoff entwickelt. Derartig behandelte Kohlenstoffäden bzw. -fasern lassen sich gut in Matrixmaterialien wie Harzen einbetten.

Nach der vorliegenden Erfindung besteht ein Verfahren zur oxidativen Behandlung der Oberfläche von kontinuierlichen Kohlenstoffäden bzw. -fasern darin, daß man die Fäden bzw. Fasern kontinuierlich durch einen wässrigen Elektrolyten hindurchführt, der an der Anode beim Elektrolysieren naszierenden Sauerstoff entwickelt, wobei man die Kohlenstoffäden bzw. -fasern mit der Anode verbindet, den Elektrolyten elektrolysiert und die Kohlenstoffasern bzw. -fäden wenigstens viermal durch die Oberfläche des Elektrolyten hindurchführt.

Der an den Fäden bzw. Fasern erzeugte naszierende Sauerstoff reagiert mit der Kohlenstoffoberfläche unter Bildung einer Oberfläche, die als "Schlüssel" oder Verzahnung für die Bindung wirkt. Die Oxidationsreaktion konzentriert sich auf den Bereich der Kohlenstoffäden bzw. -fasern, die sich zu einem gegebenen Zeitpunkt am oder unmittelbar unter der Oberfläche des Elektrolyten befinden.*■ Das Verfahren ergibt somit wenigstens vier Bereiche, an denen die oxidative Behandlung konzentriert stattfindet und führt deshalb zu einer intensiveren Behandlung oder einer gleichen Behandlung in kürzerer Zeitdauer, als dies

209836/1154

bisher der Fall war, wenn man die Fäden bzw. Fasern einfach in den Elektrolyten hinein und aus diesem herausführte, d.h. daß sie zweimal die Oberfläche passierten. Die intensivere Behandlung macht es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, daß die Kohlenstoffäden bzw. -fasern bessere Bindungseigenschaften aufweisen.

Die Kohlenstoffäden bzw. -fasern können als Anode der Elektrolytzelle geschaltet werden, indem man sie über eine oder mehrere elektrisch leitende Walzen führt. Vorzugsweise sind derartige Walzen oberhalb des Elektrolyten angebracht, um jeden Hindurchgang der Fäden bzw. Fasern aus dem Elektrolyten und zurück in ihn zu erleichtern, wobei zusätzlich elektrisch leitende Walzen bei der ersten Eintrittstelle und/oder bei der letzten Austrittstelle der Fäden aus dem Elektrolyten vorgesehen sind.

Ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter Elektrolyt ist eine wässrige Lösung, die Hydroxylionen enthält und eine solche Zusammensetzung aufweist, daß die Hydroxylionen an der Anode während der Elektrolyse unter Bildung von naszierendem Sauerstoff entladen werden. Vorzugsweise ist der Elektrolyt eine wässrige Lösung eines Alkalihydroxyds, wovon Natriumhydroxyd besonders bevorzugt wird. Die Konzentration des Alkalihydroxyds

209836/1154

kann schwanken, doch ist es vom Standpunkt der Reaktionsgeschwindigkeit vorzuziehen, eine Lösung mit 10 bis 20 Gewichts-% Hydroxyd zu verwenden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf Kohlenstoffasern, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden sind, und auf ein Verbundmaterial, dessen darin enthaltene Kohlenstoffasern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt worden sind, wobei man eine Verstärkung in einem festen Matrixmaterial, vorzugsweise einem Harz, erhält. Das vorzugsweise synthetische Harz kann z.B\ ein Polyesterharz, ein Epoxyharz, ein Friedel-Krafft-Harz oder dergleichen sein.

Die Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur ist eine schematische Seitenansicht einer Elektrolysezelle, in der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

Wie aus der Figur ersichtlich, werden drei drehbare zylindrische Graphitwalzen 1, 2 und 3 oberhalb eines rechteckigen Elektrolytbads 4 befestigt. Die Walzen 1, 2 und 3, deren Drehachsen in einer gemeinsamen Ebene liegen, können mit dem positiven Pol einer nicht gezeigten Stromquelle verbunden werden. In dem Bad 4 befinden sich Graphitkathoden, die aus einer Anzahl von starren Graphitstäben 5 bestehen, die mit dem negativen Pol einer Stromquelle verbunden werden können. Ferner ·

209836/1154

befinden sich in dem Bad 4 drei nicht angetriebene, nicht leitende Walzenpaare 6, 7 und 8, deren Drehachsen in einer gemeinsamen Ebene liegen. Am Einströmbereich 9 des Bads 4 ist eine drehbare Eingangswalze 10 befestigt und am Abströmbereich 11 des Bads 4 ist eine drehbare Austrittswalze

12 befestigt.

Für den Betrieb enthält das Bad eine Natriumhydroxydlösung 12^ und die Graphitwalzen 1, 2 und 3 werden mit dem positiven Pol einer Stromquelle verbunden. Kontinuierliche Kabel 14 von Kohlenstoffäden (von denen nur einer gezeigt ist), werden durch die Natriumhydroxydlösung 13 in der durch die Pfeile a angedeuteten Richtung hindurchgeführt. Somit laufen die Kabel 14 über die Eingangswalze 10, über die Graphitwalze 1 und in die Lösung 13, wo sie von den Walzen 6 geführt werden. Die Kabel 14 gelangen dann aus der Lösung 13 heraus über die Graphitwalzen 2 und zurück in die Lösung 13, wo sie von den Walzen 7 geführt werden. Dann treten die Kabel 14 erneut aus der Lösung

13 heraus, laufen über die Graphitwalze 3 und von dort zurück in die· Lösung 13, wo sie von den Walzen 8 geführt werden. Schließlich treten die Kabel 14 aus der Lösung 13 ein letztes Mal heraus und gelangen über die Ausgangswalze 12, werden dann gewaschen und getrocknet. Die Kabel 14 treten somit dreimal in die Lösung 13 ein und aus ihr heraus, wobei sie die Anode bei der Elektrolyse bilden. Naszierender Sauerstoff wird an den

209836/1154

Oberflächen der Kabel 14 in Freiheit gesetzt, wo er sie angreift .und dadurch die Oberfläche der Kabel 14 behandelt.

In einem speziellen Beispiel wurde ein Kabel aus 48 kontinuierlichen Kohlenstoffäden durch das Bad gemäß der Figur in der angegebenen Weise hindurchgeführt. Jedes Kabel enthielt 10.000 Fäden, von denen jedes einen Durchmesser von 8 bis 10 Mikron aufwies. Die Natriumhydroxydlösung hatte eine Festigkeit von 10 Gewichtsprozent, wobei eine Stromstärke von 1 Ä je Faden und eine Potentialdifferenz von 6 Volt angewendet wurde. Das Kabel wurde mit einer Geschwindigkeit von 30,48 m/St. (100 ft/Std.) hindurchgeführt. Die behandelten Kabel wurden gewaschen und getrocknet.

Es wurden Verbundkörper mit einer Vorzugsrichtung aus dem so behandelten Kabel hergestellt, wobei 60 Volumen-% Füllung mit einem Epoxyharz angewendet wurde, bei dem es sich um Epicote 828 (Shell Co., Ltd.; 100 Gewichtsteile), Epicure NMA (Shell Co., Ltd.; 90 Gewichtsteile) und Benzyldimethylamin (1 Gewichtsteil) handelte. Das Harz wurde 2 Stunden bei 100⁰C und dann Stunden bei 150⁰C gehärtet. Die interlaminare Scherfestigkeit dieser Verbundkörper, die ein Maß für die Bindung zwischen Harz und Fäden darstellt, wurde nach ASTM D 234465T bestimmt, und zwar zu 633 kg/cm (9.000 psi).

209836/1 154

In gleicher Weise hergestellte Verbundkörper, jedoch unter Verwendung von unbehandelten Kabeln, wiesen eine interlaminare Scherfestigkeit von 190 kg/cm (2.700 psi) auf. Andere in ähnlicher Weise hergestellte Verbundkörper aus Kabeln, die nur einmal in den Elektrolyten hinein und aus ihm heraus geführt wurden, hatten eine interlaminare Scherfestigkeit · von 570 kg/cm² (8.100 psi).

Diese Werte zeigen, daß die erfindungsgemäßen Kohlenstofffäden eine überragende Bindung zwischen Harz und Fäden aufweisen, im Vergleich zu denen, die mit unbehandelten Fäden oder mit Fäden bzw. Fasern hergestellt worden sind, die nur einmal in den Elektrolyten und aus ihm heraus geführt worden sind.

Patentansprüche

209836/ 1 1

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur oxidativen Behandlung der Oberfläche von kontinuierlichen Kohlenstoffäden bzw. -fasern, wobei man diese Fäden bzw. Fasern kontinuierlich durch einen wässrigen Elektrolyten hindurchführt, der an der Anode naszierenden Sauerstoff erzeugt, und die Fäden bzw. Fasern, die als Anode geschaltet sind, elektrolysiert, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man die Kohlenstoffäden bzw. Fasern durch die Oberfläche des Elektrolyten wenigstens viermal hindurchführt .

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Elektrolyten eine wässrige Lösung von Alkalihydroxyd verwendet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Elektrolyten verwendet, der eine wässrige Lösung von Natriumhydroxyd enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß man eine wässrige Natriumhydroxydlösung in einer Konzentration von 10 bis 20 Gewichts-% verwendet.

209836/1 154

220A156

5. Verwendung von nach Anspruch 1 bis 4 behandelten Kohlenstoffäden zur Herstellung eines Verbundkörpers, dessen feste Matrix aus einem Harz besteht.

2 0 9 8 3 f; / 1 1 F> A

Leerseite