DE2309179A1 - Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus kohlefasern bzw. -faeden - Google Patents

Verfahren zur herstellung von formkoerpern aus kohlefasern bzw. -faeden

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Description

024-20.241Ρ 23- Februar 1973
LION OIL & PAT COMPANY, LTD. Tokio (Japan)
Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Kohlefasern bzw. -fäden
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus "verstärkten" bzw. gebundenen Kohlefasern bzw. -fäden, und zwar insbesondere durch Bildung eines Überzuges aus einem Homo- oder Copolymeren auf der Oberfläche der Kohlefasern und Formen der beschichteten Fasern bzw. Fäden.
Kohle- bzw. Kohlenstoffasern oder -fäden werden als eines der Kohlematerialien weltgehend als Wärmeisolationsmaterialien, Filtermaterialien, Adsorptionsmittel, Heiz« elemente, Raketenköpfe usw. verwendet. Wegen ungenügender
O24-(3Oi2)-NöBk 309839/084 S
Festigkeit sind jedoch ihre Anwendungsbereiche beträchtlich beschränkt. Zur Verbesserung der Festigkeit wurde die Imprägnierung der Pasern mit Harzen vorgeschlagen, jedoch sind die auf diese Weise erhaltenen Produkte in Anbetracht der ungenügenden Haftung der Harze an den Fasern, die zu einer geringen Zwischenschicht-Scherfestigkeit Anlaß gibt, auch nicht voll befriedigend.
Primäres Ziel der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Kohlefasern oder -fäden mit verbesserter Festigkeit. Diese sollen insbesondere auf einfache Weise erhalten werden.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen.
Gemäß der Erfindung können Formkörper aus Kohlefasern oder -fäden mit verbesserten physikalischen Eigenschaften wie Abriebfestigkeit, Schlagfestigkeit und elektrischer Leitfähigkeit dadurch erhalten werden, daß man ein radikalhomo- oder -copolymerisierbares Vinylmonomeres oder solche Monomeren In Kontakt mit den Kohlefasern unter Bildung einer Homo- oder Copolymeraehicht auf den Oberflächen der Kohlefasern polymerisiert und die homo- oder copolymerbeschichteten Kohlefasern unter Wärme und Druck formt.
Als "radlkalhomopolymerlsierbares oder radikalοopolymerislerbaret Vinylmonomeres bzw. Vinylmonomere" werden hier Monomere bezeichnet, die zu einer vlnyllsehen Homopolymer!sation oder vinyl!sehen Copolymerisation in Gegenwart eines Radikal-
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polymerisationsinitiators befähigt sind. Zu solchen Monomeren gehören beispielsweise ungesättigte Fettsäuren, wie Acrylsäure und Methacrylsäure sowie Salze und Ester solcher ungesättigten Fettsäuren; Vinylester von Fettsäuren wie Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinyllaufat und Vinylstearatj Diene wie Butadien, Isopren und Chloropren; halogenierte Olefine wie Vinylchlorid und Vinylidenchlorid; Styrole wie Styrol selbst, m-Chlorstyrol und Pentachlorstyrol, ungesättigte Isocyanate wie Vinylisocyanat; höhere Olefine wie 1-Penten und 1-Hexen; und ungesättigte Ketone wie Methylvinylketon. Diese Monomeren können einzeln oder in Form von Mischungen von zwei oder mehreren Vertretern derselben verwendet werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Kohlefasern und Vinylmonomeres bzw. Vinylmonomere zu einem nicht-polaren Lösungsmittel wie η-Hexan hinzugegeben und gut durchmischt, worauf die Mischung mit einem Polymerisationsinitiator wie Benzoylperoxid«der Azo-bis-isobutyronitril versetzt und die Polymerisation durchgeführt wird. Gemäß einer anderen bevorzugten AusfUhrungsart wird ein Vinylmonomeres in Kohlefasern oi. absorbiert, die dann zur Herbeiführung der Polymerisation in ein einen Polymerisationsinitiator'enthaltendes nichtpolares Lösungsmittel eingeführt werden.
Nach Beendigung der Polymerisation werden die Kohlefasern oder -fäden abfiltriert, gewaschen und getrocknet, wodurch mit einem Homo- oder Copolymeren beschichtete Kohlefasern erhalten werden. Diese resultierenden beschichteten Fasern
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werden dann in eine Metallform gebracht und bei einer Temperatur von 150 - 400°C unter einem Druck von 5 - 250 kg/cm2 geformt. Auf diese Weise wird ein Formkörper mit hoher Festigkeit erhalten.
Die beim erfindungsgemäßen Verfahren anzuwendende Menge Vinylmonomer variiert abhängig von der beabsichtigten Verwendung des resultierenden Formkörpers,im allgemeinen wird jedoch das Vinylmonomere in Mengen von 1 - 100 Gewichtsteilen vorzugsweise 5-50 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Kohlefasern angewandt.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können zum Zeitpunkt der Formgebung unterschiedliche Zusätze» die üblicherweise für die Formung von Kunststoffen verwendet werden, zu den Kohlefasern hinzugegeben werden, um dem resultierenden Formkörper gewünschte Eigenschaften zu verleihen. Man kann auch die homopolymer- oder copolymerbeschichteten Kohlefasern gemäß der Erfindung mit anderen Formmaterialien mischen und diese Mischung dann der Formung unterwerfen.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die Kohlefasern, die an ihren Oberflächen einen überzug aus einem Homo- oder Copolymeren eines Vinylmonomeren haben, als Rohmaterial bzw. zugeschnittenes Rohmaterial für die Formgebung verwendet und ein Formkörper aus Kohlefasern aus diesem Material gebildet. Der resultierende Formkörper wird somit aus Kohlefasern zusammengesetzt, die von einem auf ihren Oberflächen
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gebildeten Homo- oder Copolymeren eng umschlossen werden und er hat damit veränderte physikalische Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, Schlagfestigkeit und elektrische Leitfähigkeit.
Diese Eigenschaften können durch angemessene Veränderung des Gewichtsverhältnisses von Homo- oder Copolymer zu dem Kohlefasersubstrat frei kontrolliert oder eingestellt werden. Ferner kann die elektrische Leitfähigkeit auch durch Änderung der Zahl der Kohle-Kohlekontaktpunkte beim Formen kontrolliert werden.
Obgleich herkömmliche Kohlefasern lediglich in begrenzten Anwendungsbereichen wie beispielsweise als Wärmeisolationsmaterialien, Filtermaterialien, Adsorptionsmittel, Heizelemente, elektrische Wellen absorbierende Materialien, Packungsmaterialien, Raketen- bzw. Raumfahrzeugteile und dergleichen angewandt werden, kann gemäß der Erfindung eine Veränderung der Eigenschaften der Formkörper relativ leicht erreicht werden, die eine Erweiterung der Anwendungsbereiche von Formkörpern aus Kohlefasern zuläßt. So ist es beispielsweise möglich, ein Kohlefaserprodukt zu erhalten, das einem nicht gewebten Stoff ähnelt, wenn die Formung unter einem relativ niedrigen Druck erfolgt. Ferner kann ein Bremsklotz oder -belag, ein Tieftemperaturheizelement oder dergleichen aus dem Formkörper gemäß der Erfindung hergestellt werden.
Es folgt ein Beispiel zur Erläuterung der Erfindung.
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Beispiel
Eine Mischung von 1 g Benzoylperoxid und 100 g wonomerent Methylmethacrylat wurde in Kohlefasern mit einem Durchmesser von etwa 10 /u und einer Länge von etwa 100 /u adsorbiert. Danach wurden die Kohlefasern in l600 g η-Hexan suspendiert und die Temperatur unter Rühren auf 700C erhöht. Bei dieser Temperatur erfolgte die Reaktion über eine Zeitdauer von 5 Stunden. Nach Beendigung der Reaktion wurden die Peststoffe durch Filtrieren gesammelt und bei 1300C getrocknet. Der Anteil des organischen Materials im so gewonnenen Feststoff lag bei 19*2 %. Als Ergebnis einer mikroskopischen Untersuchung wurde gefunden, daß der Feststoff aus Kohlefasern mit polymerbeschichteter Oberfläche besteht.
Die resultierenden mit Polymethylmethacrylat beschichteten Kohlefasern wurden in eine Metallform von 200 mm . 20 mm 10 mm Größe gebracht und 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 300°C unter einem Druck von 120 kg/cm geformt zur Erzielung eines band- oder stabähnlichen Formkörpers von 200 mm . 20 mm . 1 mm Größe. Dieser Formkörper ergab sehr gute Ergebnisse bei Verwendung als Tieftemperaturheizelement.
Die obigen polymerbeschichteten Kohlefasern wurden in die gleiche Form wie oben gebracht und 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 3000C unter einem Druck von 5 kg/cm geformt unter Erzielung eines filzähnlichen Formkörpers mit einer Oröße von 200 ram . 20 mm . 2 mm. Dieser Formkörper war als Packungsmaterial bzw. Dichtungsmaterial geeignet,
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Die obigen polymerbeschichteten Kohlefasern wurden zu einer Platte von 1 mm Dicke geformt und dann in einer bei 30O0C gehaltenen Scher- oder Schneidform behandelt zur Erzielung kleiner stabähnlicher Formkörper mit einem Querschnitt von 1 mm Seitenlänge, die für BUrsten für kleine Motoren geeignet waren.
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Claims (3)

_8_ 7309179 Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Kohlefasern, dadurch gekennzeichnet, daß man ein radikalhomo- oder -copolymerisierbares Vinylmonomeres oder solche Monomeren in Kontakt mit den Kohlefasern unter Bildung einer Homo- oder Copolymerschicht auf den Oberflächen der Kohlefasern polymerisiert, die dann unter Wärme und Druck geformt werden.
2. Verfahren nach Anspruch ], dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern mit homo- oder copolymerbeschichteten Oberflächen durch Polymerisation von Vinylmonomeren in Kontakt mit den Kohlefasern in einem nicht-polaren Lösungsmittel unter Verwendung eines Polymerisationsinitiators hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern mit homo- oder copolymerbeschichteten Oberflächen durch Einbringen der Kohlefasern mit adsorbierten Vinylmonomeren in ein nicht-polares Lösungsmittel mit darin enthaltenem Polymerisationsinitiator zur Herbeiführung der Polymerisation hergestellt werden.
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DE2309179A 1972-02-24 1973-02-23 Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Kohlefasern Expired DE2309179C2 (de)

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