DE2305191C3

DE2305191C3 - Verfahren zur Herstellung eines hitzefesten Fadens

Info

Publication number: DE2305191C3
Application number: DE2305191A
Authority: DE
Inventors: Yoichiro Nakanishi; Yoshihiro Sawada; Akio Toyonaka Shindo
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1972-02-03
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1978-08-17
Also published as: US3886263A; GB1416366A; DE2305191A1; DE2305191B2

Description

Die Erfindung oetrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hitzefesten Fadens durch Erhitzen eines Fadens aus einem organischen Material auf eine Temperatur zwischen 180 und 3000⁰C, wobei der organische Faden zum Flammfestmachen in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 180 und 350° C erhitzt und der dabei erhaltene organische Faden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb 350⁰C in einer nichtoxidierenden Atmosphäre unterzogen wird.

Unter »hitzefesten Fäden« sind nicht nur Kohlefäden und Graphitfäden, sondern auch beliebige andere Fäden zu verstehen, die vor einer Karbonisierungs- oder Verkohlungsbehandlung herkömmlicher Art einer Oxidationsbehandlung oder Behandlung zur Flammfestmachung unterzogen worden sind. Unter dem Begriff »Behandlung zum Flammfestmachen« sollen die Verfahrensstufen verstanden werden, die der Verkohlungsbehandlung vorangehen.

Die Umwandlung organischer Fäden in hitzefeste Fäden durch Erhitzen auf einem Temperaturbereich von 170 bis 350⁰C in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre ist bekannt (vergleiche die JA-OS 893/68, die DT-OS 19 25 118 sowie die FR-PS 20 17 523).

Die bei der Durchführung der bisher bekannten Verfahren erhaltenen hitzefesten Fäden besitzen noch nicht die gewünschten hohen Festigkeitsgrade und lassen sich in technischem Maßstäbe nicht mit einem guten Wirkungsgrad herstellen.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Beseitigung der den vorstehend abgehandelten bekannten Verfahren anhaftenden Nachteile.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei .einem Verfahren der eingangs geschilderten Gattung dadurch gelöst, daß man die flammfestmachende Behandlung entweder in einer Atmosphäre, die 25% oder mehr gasförmigen Sauerstoff sowie ein aus einer Brönstedt-Säure oder einer Lewis-Säure bestehendes saures Gas

id enthält, oder zunächst in einer wenigstens 25% gasförmigen Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre und anschließend in der oben bezeichneten, neben Sauerstoff ein saures Gas enthaltenden Atmosphäre durchführt

r, Bei dieser Verfahrensweise werden die Fäden mit einem höheren Wirkungsgrad sowie mit einer größeren Festigkeit als nach den bekannten Verfahren erhalten, wie die weiter unten folgenden Beispiele zeigen. Insbesondere zur Herstellung von Verbundmaierialien

2(i benötigt man hitzefeste Fäden, insbesondere Kohleoder Graphitfäden, als Verstärkungsmaterialien. Diese müssen gute Festigkeitseigenschaften aufweisen sowie sich in wirtschaftlicher Weise herstellen lassen, wozu eine Herabsetzung der Zeitdauer der Hitzebehandlung

r> beiträgt, wie sie erfindungsgemäß nunmehr ermöglicht wird. Erfindungsgemäß beträgt die Zeitdauer, welche für die flammfestmachende Behandlung der organischen Fäden erforderiich ist ein Zehntel oder weniger als im Falle der bisher bekannten Verfahren.

«ι Nachfolgend wird die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert

Die F i g. 1 bis 6 sind Diagramme, weiche die Beziehung zwischen Ausbeute, Zugfestigkeit und Konzentration an gasförmigen Sauerstoff oder Säure-

j-, dampf im Falle von hitzefesten Fäden wiedergeben, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind.

Vorzugsweise beträgt der Sauerstoffgehalt bei der Durchführung der zweiten Variante des erfindungsge-

4(i mäßen Verfahrens mehr als 30%.

Vorzugsweise liegt das eingesetzte saure Gas in einer Konzentration von 0,5 bis 50 Volumen-% vor. Die eingesetzte Säure besteht vorzugsweise aus Chlorwasserstoffsäure.

4-, Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Fäden anwendbar einschließlich Fäden aus stickstoffhaltigen Polymerisaten, sauerstoffhaltigen Polymerisaten und organischen Fäden auf Kohlenwasserstoffbasis. Die Fäden aus stickstoffhaltigen Polymerisaten umfassen

-,ο Fäden aus Homo- und Copolymerisaten des

Acrylnitril, Polyimidfäden,
Polyoxathiazolfäden, Polythiadiazolfäden,
Polybenzoxazolfäden, Polyamidfäden
-,-> mit aromatischen Ringen,

Polytetrabenzophenazinfäden, Seide und Wolle.

Beispiele von Fäden aus sauerstoffhaltigen Polymerisaten sind Polyvinylalkoholfäden und Vinylalkohol-Vi-

_W) nylchloridcopolymerisatfäden sowie formalinbehandelte Polyvinylalkoholfäden. Beispiele von Fäden auf Kohlenwasserstoffbasis sind solche, die von Harzen bzw. Teer, dehydratisiertem Polyvinylalkohol und Poly-1,2-butadien abstammen. Jeder der obengenannten

ι,-, Beispiele für Fäden bezieht sich auf Fäden aus Polymerisat, die aus Molekülen mit dem entsprechenden Monomeren als Hauptbestandteil in polymerer Form zusammengeset/.t sind. Die verschiedenen, oben-

genannten Fadenarten können, selbst wenn sie in einem unzureichend oxidierten Zustand vorliegen, als Ausgangsmaterialien für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Die zuvorgenannten, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einzusetzenden Fäden können ihre Faden- bzw. Faserform beibehalten, wenn sie einer Hitzebehandlung in Luft auf 200⁰C bis 250° C für vier bis zehn Stunden unterworfen werden und anschließend in einer Argonatmosphäre bis zu 600° C bei einer gleichmäßigen Temperatur-Anstiegsrate von 100"C/Stunde entsprechend der konventionellen Betriebsweise weiter erhitzt werden. Vorzugsweise besteht der verwendete organische Faden aus einem entwässerten Polyvinylalkohol oder aus einem Acrylnitrilpolymerisat

Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung durchgeführt, während ein Zug an den organischen Faden angelegt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren muß die für die Flammfestbehandlung verwendete Atmosphäre Sauerstoffgas in einer Menge von wenigstens 25% enthalten. Diese Atmosphäre wird erhalten, indem Sauerstoffgas mit einem inerten Gas, wie beispielsweise Stickstoff oder Argon, vermischt wird. Eine vollständig aus gasförmigem Sauerstoff bestehende Atmosphäre kann ebenfalls für die Behandlung eingesetzt werden. Als saures Gas wird, wie bereits erwähnt, vorzugsweise Chlorwasserstoffsäure verwendet, man kann jedoch auch beispielsweise Bromwasserstoff oder Phosphorpentachlorid einsetzen. In zweckmäßiger Weise wird eine Säure ausgewählt, die bei normaler Zimmertemperatur in gasförmigen Zustand vorliegt.

Die flammfestmachende Behandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei Temperaturen im Bereich von 170⁰C bis 350⁰C durchgeführt Im Falle von Acryl-, Polyamid-, Polyvinylalkohol-, dehydratisierten Polyvinylalkohol- oder Poly-1,2-Butadienfäden wird die Hitzebehandlung in der zuvorgenannten Atmosphäre vorteilhafterweise bei Temperaturen unterhalb 230° C begonnen. Der hitzefeste Faden als Endprodukt kann hinsicrulich einer Zugfestigkeit und des Young-Moduls noch verbessert werden, wenn der Faden der Hitzebehandlung unter gleichzeitigem Anlegen von Zug unterworfen wird. Der anzuwendende Zug sollte im allgemeinen nicht 1 g/den überschreiten, obwohl er von einer Fadenart zu anderen unterschiedlich ist. Obwohl die Erhitzungsdauer sich mit der Behandlungstemperatur, der Zusammensetzung der Atmosphäre und der Fadenart verändern kann, hat sich eine Zeitspanne von weniger als einer Stunde als ausreichend herausgestellt. Zufriedenstellende Ergebnisse können sogar mit einer Erhitzungsdauer von weniger als 30 Minuten erreicht werden.

Die nach der zuvor beschriebenen Hitzefestbehandlung erhaltenen hitzefesten Fäden sind technisch sehr brauchbar. So können solche Fäden sehr vorteilhaft zur Herstellung von Packungsmaterialien für mechanische Dichtungen verwendet werden, bei welchen die Beständigkeit der Fäden gegenüber Reibung, Hitze und Chemikalien wirksam sein soll. Ein hitzefester Faden (Kohlefaden oder Graphitfaden) mit ausgezeichneter Flexibilität, Zugfestigkeit und Youngschem Modul kann in hoher Ausbeute erhalten werden, indem der hitzefeste Faden in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder im Vakuum erhitzt wird. Hieraus ergibt sich deutlich, daß die Flammfestbehandlung gemäß der Erfindung eine ausgezeichnete und sehr vorteilhafte Methode ist, um organischen Fäden Hitzefesteigenschaften zu erteilen. So können die flammhernmenden Fäden gemäß der Erfindung in noch hitzefestere Fäden nämlich Kohle- oder Graphitfäden umgewandelt werden, welche eine verbesserte Zugfestigkeit und einen besseren Youngschen Modul besitzen, wenn diese Fäden auf höhere Temperaturen als 350° C wie beispielsweise 500° C, 800⁰C, 1500° C oder 3000° C oder auf eine Zwischentemperatur zwischen diesen Werten in einer nichtoxidierenden Atmosphäre oder im in Vakuum erhitzt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert In diesen Beispielen sind alle Gaskonzentrationen in Volumen-% und die Ausbeuten in Gewichtsprozent angegeben.

Beispiel 1

Aus Polyacrylnitrilfäden mit einem Titer von 2 den bestehende Garne wurden in einer Strömung von Mischgas, das aus Sauerstoff und Argon bestand, 30

2ü Minuten auf 220⁰C erhitzt, wobei die Konzentration an Sauerstoffgas von einem Versuch zurr, /achsten variiert wurde. Es wurden geschwärzte, hitzefeste fäden bei den Versuchen erhalten, in denen die Konzentrationen an Sauerstoffgas in den Gasströmungen höher als etwa

2) 25% waren. Es wurde gefunden, daß diese Fäden eine für korr/nerzielle Zwecke brauchbare Flexibilität aufwiesen. Die Ausbeuten überstiegen unverändert 96%. Diese Fäden wurden auf 1000⁰C in einem Argonstrom erhitzt. Die Beziehung der Ausbeute und

«ι der Zugfestigkeit der erhaltenen Kohlefaden gegenüber der Konzentration an Sauerstoffgas in der für die Flamtnfestbehandlung verwendeten Atmosphäre ist in der F i g. 1 der Zeichnung dargestellt.

In der F i g. 1 ist auf der Abszisse die Konzentration

j3 des Sauerstoffgases in der Atmosphäre für die Flammfestbehandlung aufgetragen, auf der linksseitigen Ordinate ist die Ausbeute an Faden und auf der rechtsseitigen Ordinate die Zugfestigkeit angegeben. Die ausgezogene Linie ist die Beziehung zwischen Sauerstoffgaskonzentration und Ausbeute und die gestrichelte Linie die Beziehung zwischen Sauerstoffgaskonzentration und Zugfestigkeit

Aus dieser Figur ist deutlich ersichtlich, daß der Kohlefaden beträchtlich verbesserte Werte bezüglich

A-, Ausbeute und Zugfestigkeit aufweist, der aus einem Garn erhalten wurde, das in einer Sauerstoffgas immer in höherer Konzentration als Luft enthaltenen Atmosphäre behandelt wurde. Ferner ist hieraus ersichtlich, daß eine ganz überraschende und hervorragende

-,» Ausbeuteverbesserung für den Kohlefaden erhalten wird, der aus Garn stammte, das in einer Sauerstoffgas in höherer Konzentration als 80% enthaltenden Atmosphäre behandelt wurde.

>"' Beispiel 2

Ein Garn, welches aus Polyacrylnitrileinzelfäden mit einem Titer von 1,5 den bestand, wurde in einem Strom aus 100%igem Sarierstoff vier Minuten bei 220⁰C und

bo anschließend bei einer auf 25O⁰C erhöhten Temperatur während einwr Zeitspanne von acht Minuten hitzebehandelt. Hierdurch wurde ein geschwärzter, flarnn.hemmender Faden erhalten, der flexibel war. Bei der weiteren Behandlung dieses Fadens bis zu 500⁰C und

6-, dann bis zu 1200⁰C in einem Argonstrom wurde er in einen flexiblen Kohlefaden umgewandelt. Dieser Kohlefaden besaß eine Zugfestigkeit von 210 kg/mm². Ein Graphitfaden mit einer Zugfestigkeit von le

wurde durch Erhitzen des Kohlefadens auf 2850° C ;n einem Argonstrom erhalten.

Beispiel 3

Garne, die aus Einzelfäden aus Kohlenwasserstoffmaterial mit einem Titer von 2,5 den (dehydratisierter Polyvinylalkohol, schwärzlich-braun) bestanden, wurden 125 Minuten auf 180⁰C, in 15 Minuten auf 240⁰C und 10 Minuten auf 240°C in Strömungen von Gasen mit hohem Sauerstoffgehalt erhitzt. Hierbei wurden flexible Fäden erhalten. Diese Fäden wurden weiter in einer Argonströmung auf 1000°C erhitzt. Die Beziehung zwischen Ausbeute (ausgezogene Linie) und Zugfestigkeit (gestrichelte Linie) der erhaltenen Kohlefaden, aufgetragen gegen die Konzentration des in der Flammfestbehandlungs- Atmosphäre enthaltenen

Sauerstoffgases, ist in der F"ig. 2 gezeigt. Die Abszisse und die Ordinaten dieser Figur geben dieselben Werte wie in Fi g. 1 an.

Aus dieser Figur ist deutlich ersichtlich, daß aus Garnen erhaltene Kohlefäden, wobei die Garne eine Flammfestbehandlung in Strömungen aus Gasen erfahren hatten, die Sauerstoffgas in höheren Konzentrationen und insbesondere über 25% enthielten, höhere Werte für Ausheute und Zugfestigkeit zeigten.

Beispiel 4

Drei Fadenproben eines Garnes, das aus Einzelfäden aus Polyvinylalkohol mit einem Titer von 4,0 den bestand, wurden 6 Minuten auf 200°C erhitzt, dann in 12 Minuten auf 240°C weiter erhitzt und 6 Minuten auf 240°C gehalten, und zwar jeweils in einem Argonstrom, der Sauerstoffgas in einer Konzentration von 30% oder

Tabelle 1

80% enthielt bzw. in einem Luftstrom. Hierbei wurden schwärzlich-braune flammfeste Fäden erhalten, die flexibel waren. Bei der weiteren Erhitzung dieser Fäden auf 1000⁰C in einem Argonstrom wurden Kohlefaden erhalten, die Zugfestigkeiten von 43,52 bzw. 18 kg/mm² aufwiesen. Die Ausbeuten an diesen Fäden, bezogen auf Ausgangsgarn, betrugen 28, 30 bzw. 21%. Hieraus ist ersichtlich, daß sowohl die Zugfestigkeit als auch die Ausbeute durch die Flammfestbehandlung in Strömen aus Gas, die Sauerstoffgas in höherer Konzentration als Luft enthalten, verbessert werden kann.

Beispiel 5

Verschiedene Fadenproben eines Garnes, das aus Polyacrylnitrileinzelfäden mit einem Titer von 1,5 den bestand, wurden 30 Minuten auf 220⁰C in Mischgasströmen erhitzt, welche 50% Sauerstoffgas sowie Argon- und Chlorwasserstoffgas in unterschiedlichen Anteilen enthielten. Hierbei wurden geschwärzte Fäden erhalten, die flexibel waren. Ein Teil eines jeden geschwärzten Fadens wurde auf 700⁰C und ein weilerer Teil auf 1000⁰C in einem Argonstrom erhitzt. Die Beziehung zwischen Ausbeute, bezogen auf den entsprechenden Ausgangsfaden, und der Durchschnittszugfestigkeit pro Einzelfaden für die erhaltenen Kohlefäden, aufgetragen gegen die Konzentration an Chlorwasserstoffgas zum Zeitpunkt der Flammfestbehandlung, ist in der Tabelle I und der F i g. 3 angegeben.

In der F i g. 3 zeigen die Kurven »Α«, »β« und »C«d\c Ausbeuteänderung für den bei 1000°C endbehandelten Faden mit der Konzentration aus Chlorwasserstoffdampf, die Zugfestigkeit für die bei 1000"C endbchandelten Fäden bzw. die Ausbeute der bei 700° C endbehandelten Fäden.

Sauersloffgas-	Chlorwasserstoff	Argongas-	Ausbeute des	Ausbeute des	/ugfestigkeii des
gehalt	gasgehalt	gchalt	700"C-Padens	KXXTC-Fadcns	1000°C-Fadens
(%)	(%)	(%)	(%)	(%)	(g/Einzelfaden)
50	0	50,0	60,0	46,1	4.3
50	3.3	46,7	74,0	58,0	10.2
50	6.6	43.4	—	59,2	12,0
50	13,3	36.7	76,5	60,6	—
50	25.0	25.0	76,0	60,1	11,5
50	50,0	0	76.8	61.3	12,7

Diese Figur und die Tabelle I beweisen eindeutig, daß die Verwendung der dehydrierenden Atmosphäre bei der Flammfestbehandlung merkliche Verbesserungen bei der Ausbeute des Kohlefadens und bei der Zugfestigkeit bewirkt

Wenn dasselbe Garn aus Polyacryleinzelfäden einer Hitzebehandlung unter denselben Temperaturbedingungen in einer Strömung aus Luft ausgesetzt und dann auf 1000⁰C in einem Argonstrom erhitzt wurde, ergab sich, daß der entstandene Kohlefaden nur einen sehr geringen Flexibilitätswert aufwies.

Beispiel 6

Mehrere Proben eines Games, das aus Polyacrylnitrileinzelfäden mit einem Titer von 1,5 den bestand, wurden 30 Minuten auf 220° C in jeweiligen Strömen aus Mischgasen erhitzt, welche Sauerstoffgas und Chlorwasserstoffgas in verschiedenen Anteilen enthielten. Hierbei wurden geschwärzte flammfeste Fäden mit hoher Flexibilität erhalten. Diese dehydrierten Fäden wurden weiter auf 1000⁰C in einem Argonstrom zur Herstellung von Kohlefaden erhitzt Die Ausbeute der so erhaltenen Kohlefaden ist als Funktion der Konzentration von Chlorwasserstoffgas oder Sauerstoffgas in der Flammfestbehandlungs-Atmosphäre in der Tabelle II und in der Fig.4 wiedergegeben. Die

μ Ordinaten und die Abszissen in F i g. 4 haben dieselbe Bedeutung wie diejenigen in Fig. 1. Getrennt hiervon wurden dehydrierte Fadenproben auf 1000⁰C unter denselben Bedingungen wie zuvor erhitzt, jedoch mit der Ausnahme, daß ein Zug von 0,08 g/den auf diese

hi Fäden während des Erhitzungsvorganges angelegt wurde. Die Durchschnittszugfestigkeit der so erhaltenen Kohlefäden ist in der Tabelle II ebenfalls aufgeführt und in der Fig.4 als gestrichelte Linie eingezeichnet

Beim Vorliegen von Sauerstoffgas zusammen mil Chlorwasserstoffgas in der Flammfestbehandlungs-Almosphäre wurde die Ausbeute des bei 1000'C erhaltenen Fadens um 30% und die Zugfestigkeit um

Tabelle II

Chlc.-.fasserstoffgasgehall

Sauersloffgasgehalt

50% gesteigert, verglichen mit den Werten für den bei 1000⁰C endbehandelten Faden aus einem flammfesten Faden, der in einem Strom von säurefreiem Gas erhalten worden war.

Ausbeute des IOOO"C-I-'adcns

Zugfestigkcii des 1000"C

Fadens

(kg/mm²)

100
96,7
86,7
50,0
30,0

47.1
59,0
61,1
61,3
60,2

193
265
277
289

Beispiel 7

Mehrere Fadenproben eines Garnes, das aus Kohlewasserstoff-Einzelfäden mit einem Titer von 2,0 den (dchydratisierter Polyvinylalkohol) bestand, wurden fünf Minuten auf 180°C, dann von 180⁰C auf 320⁰C in 20 Minuten erhitzt und anschließend 5 Minuten auf 320⁰C gehalten, und zwar in Strömen aus Mischgasen, die 50% Sauerstoffgas und unterschiedliche Anteile von Chlorwasserstoffsäuregas und Argon enthielten. Hierbei wurden geschwärzte Fäden erhalten, welche technisch vorteilhafte Flexibilitätswerte aufwiesen. Dann wurden diese laden in einem Argonstrom auf 1000⁰C in 1,5 Stunden erhitzt. Hierbei wurden flexible Fäden erzeugt. Die Ausbeute, bezogen auf Ausgangsgarn, und die Zugfestigkeit für diese bei 1000⁰C endbehandelten Fäden sind als Funktion der Konzentration an Chlorwasserstoffsäure in der Flammfestbehandlungs-Atmosphäre in der Tabelle III und in der F i g. 5 wiedergegeben. In der F i g. 5 bezieht sich die ausgezogene Linie auf die Ausbeute und die gestrichelte Linie auf die Zugfestigkeit.

Tabelle III	Ausbeule des I000°C-Fadens (%)	Zugfestigkeil des 1000" C-Fadens (kg/mm²)
Chlorwasserstoff säuregasgehalt (%)	58,1 61,9 63,7 65,1 Beispiel 8	82 115,6 163 17,1
0 3,3 133 50,0

Mehrere Fadenproben eines Garnes, das aus Polyvinylalkohol-Einzelfäden mit einem Titer von 2.5 den bestand, wurden 5 Minuten auf 180⁰C erhitzt, dann von 180" C auf 325° C in einer Zeitspanne von 20 Minuten weiter erhitzt und 5 Minuten auf 325° C gehalten, und zwar jeweils in Strömen aus Mischgasen, welche Sauerstoffgas und Chlorwasserstoffgas in unterschiedlichen Anteilen enthielten. Hierbei wurden geschwärzte Fäden erhalten, die flexibel waren. Diese dehydrierten Fäden wurden weiter in einem Argonstrom auf 1000° C erhitzt Die Ausbeute, bezogen auf Ausgangsgarn, für die bei 1000° C erhaltenen Fäden sind als Funktion der Konzentrationen von Chlorwasser stoffsäuregas und Sauerstoffgas in der Flammfestbehandlungs-Atmosphäre in der Tabelle IV und als 4-, ausgezogene Linie in der Fig.6 wiedergegeben. Andere Fadenproben desselben Garnes aus Kohlenwasserstoff-Fäden wurden bis 1000°C unter denselben Bedingungen wie zuvor hitzebehandelt, jedoch mit der Ausnahme, daß ein Zug von 0,05 g/den auf die Fäden in i» der Karbonisierungsstufe angelegt wurde. Die von den Kohlefäden gezeigte Zugfestigkeit ist ebenfalls in der Tabelle IV wiedergegeben und als gestrichelte Linie in F i g. 6 aufgezeichnet Aus der Tabelle IV und der F i g. 6 wird deutlich, daß hitzefeste Fäden durch Hitzebehandlung dieser organischen Fäden in dem Strom des dehydrierenden Gases in einfacher und vorteilhafter Weise erhalten werden können.

Tabelle IV

Chlorwasserstoffsäuregasgehalt

Sauerstoff gasgehalt

100 96,7 863 223

Ausbeute des lOWC-Fadens

55,4 60,5 61,0 61,2

Zugfestigkeit des 1000°C-Fadens

(kg/mm2)

110 194 207 211

Beispiel 9

Ein Tau aus Teerfäden, die durch thermische Zersetzung von Polyvinylchlorid und Verspinnen der erhaltenen teerigen Schmelze erhalten worden sind und eine Stärke von 21 bis 34 μΐη besitzen, wurde 7 Minuten auf 220⁰C und dann in einer Zeitspanne von 20 Minuten auf 300⁰C in einen: Strom aus Mischgas erhitzt, der aus 85% Sauerstoffgas und 15% Phosphorpentachlorid bestand. Der erhaltene Faden wurde anschließend auf 1400⁰C in einem Argonstrom weiter erhitzt. Es wurde ein flexibler Kohlefaden mit einer Durchschnittszugfestigkeit von 104 kg/mm² in einer Ausbeute von 69% erhalten. Eine andere Probe desselben Taus, das zuvor beschrieben wurde, wurde der Hitzebehandlung unter denselben Bedingungen wie zuvor jedoch mit der Ausnahme unterworfen, daß der Gasstrom überhaupt kein Chlorwasserstoffsäuregas enthielt. Es wurde ein Kohlefaden mit einer Zugfestigkeit von 67 kg/mm² in einer Ausbeute von 55% erhalten. Bei der Durchführung der Vorbehandlung unter denselben Temperaturbedingungen in einem Strom, der zu 100% aus Luft bestand, konnte kein Kohlefaden erhalten werden.

Beispiel 10

Ein aus Polyacrylnitrileinzelfäden bestehendes Garn mit einem Gesamttiter von 3000 den und einem Einzelfaden-Titer von 1,0 den wurde 20 Minuten auf 220⁰C in einem Luftstrom bzw. in einem aus 100% Sauerstoffgas bestehenden Strom als fortlaufender Strang, wobei das Fadengarn unter Spannung gehalten wurde, erhitzt. Dasselbe zuvorgenannte Garn wurde ferner 10 Minuten auf 220⁰C in einem Strom aus 100% Sauerstoffgas und anschließend 10 Minuten in einem Strom aus Mischgas, das aus 93% Sauerstoffgas und 7% Chlorwasserstoffgas bestand, erhitzt, wobei es fortlaufend durch eine Erhitzungszone geführt wurde. Die in dem Luftstrom erhitzten Garne wurden gelb, während die in dem Strom aus 100% Sauerstoffgas und die in dem Stromgemisch von Sauerstoffgas-Säuredampf behandelten Garne schwärzlich-braun wurden. Diese Fäden wurden allmählich auf 1300⁰C erhitzt, indem sie durch eine Argonatmosphäre-Erhitzungszone geführt wurden, die auf fortschreitend höheren Temperaturen gehalten war. Die bei 1300⁰C erhaltenen Fäden aus "den Fäden, die in der Atmosphäre aus 100% Sauerstoffgas und in der aus Sauerstoffgas und Säuredampf bestehenden Atmosphäre hitzebehandelt worden waren, zeigten Zugfestigkeiten von 186 bzw. 230 kg/mm². Die Fäden, die die Flammfestbehandlung in dem Luftstrom erfahren hatten, wurden im Verlauf der Karbonisierungsbehandlung zerbrochen.

10

Beispiel 11

Ein Einzelfadengarn mit einem Gesamttiter von 4000 den und einem Einzelfadentiter von 2,0 den aus einem Kohlenwasserstoffmaterial (dehydratisierter Polyvinylalkohol) wurde auf 180⁰C auf 220⁰C erhitzt und dann 30 Minuten auf 220°C gehalten, und zwar in einem Luftstrom (1) oder in einem Strom aus 100% Sauerstoffgas (2), wobei ein fortlaufender Strang eingesetzt wurde. Ein weiterer Teil desselben Garnes aus Kohlenwasserstoffmaterial, wie es zuvor beschrieben wurde, wurde einer Hitzebehandlung von 15 Minuten bei 220°C in einer Atmosphäre aus 100% Sauerstoffgas und für die nächsten 15 Minuten in einer dehydrierenden Atmosphäre unterzogen, die aus 88% Sauerstoffgas und 12% Chlorwasserstoffsäuregas bestand, indem das Garn fortlaufend durch die Erhitzungszonen mit den zwei Atmosphären geführt wurde (3). In allen Fällen wurden flexible Fäden erhalten. Diese Fäden wurden allmählich auf 1200⁰C erhitzt, indem sie durch eine Argonatmosphäre-Erhitzumgszone geführt wurden, die auf aufeinanderfolgend höheren Temperaturen gehalten war. Die aus den Flammfestfäden (2) und (3) erhaltenen Kohlefäden zeigten Zugfestigkeiten von 140 bzw. 176 kg/mm². Im Gegensatz dazu wurden die Kohlefaden, die aus in Luft erhitzten Fäden erhalten wurden, im Verlauf der Karbonisierungsbehandlung zerbrochen.

Beispiel 12

Eine Fadenprobe derselben Taue aus Teerfäden, wie sie in Beispiel 9 verwendet wurden, wurde von 200⁰C auf 320⁰C in einer Zeitspanne von 15 Minuten erhitzt und dann auf 320°C während 15 Minuten gehalten, und zwar in einem Strom aus Luft oder in einem Strom aus 100% Sauerstoff gas. Eine weitere Fadenprobe desselben Taus wurde getrennt von 200⁰C auf 320⁰C in einer Zeitspanne von 15 Minuten erhitzt und dann auf dieser Temperatur 5 Minuten gehalten, und zwar in einem Strom aus 100% Sauerstoffgas, und danach wurde sie bei derselben Temperatur während 10 Minuten in einem Strom eines Gases gehalten, das aus 20% Bromwasserstoff und 80% Sauerstoffgas bestand. Alle diese Fäden wurden auf 1400⁰C in einer Argonatmosphäre erhitzt. Der Faden, der in der Atmosphäre aus 100% Sauerstoffgas erhitzt worden war, und der Faden, der in der auf Sauerstoffgas und Säuregas bestehenden Atmosphäre erhitzt worden war, zeigten Zugfestigkeiten von 72 bzw. 130 kg/mm². Im Gegensatz dazu waren Kohlefäden, die aus dem in Luft erhitzten Tau erhalten wurden, so schwach, daß die Messung der Zugfestigkeit praktisch nicht durchgeführt werden konnte.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines hitzefesten Fadens durch Erhitzen eines Fadens aus einem organischen Material auf eine Temperatur zwischen 180 und 3000" C, wobei der organische Faden zum Flammfestmachen in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 180 und 350⁰C erhitzt und der dabei erhaltene organische Faden einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb 350⁰C in einer nichtoxidierenden Atmosphäre unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die flammfestmachende Behandlung entweder in einer Atmosphäre, die 25% oder mehr gasförmigen Sauerstoff sowie ein aus einer Brönstedt-Säure oder einer Lewis-Säure bestellendes saures Gas enthält, oder zunächst in einer wenigstens 25% gasförmigen Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre und anschließend in der oben bezeichneten, neben Sauerstoff ein saures Gas enthaltenden Atmosphäre durchführt,

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingesetzte saure Gas in einer Konzentration von 03 bis 50 Volumen-% vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendete Säure aus Chlorwasserstoffsäure besteht

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete organische Faden aus einem entwässerten Polyvinylalkohol oder aus einem Acrylnitrilpolymerisat besteht

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärnvubehanumngen durchgeführt werden, während ein Zug an den organischen Faden angelegt wird.