DE2309179C2

DE2309179C2 - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Kohlefasern

Info

Publication number: DE2309179C2
Application number: DE2309179A
Authority: DE
Inventors: Michio Hirakawa; Hiroshi Narashino Hoshi; Takayuki Sendai Ono; Isao Ichikawa Chiba Watanabe; Tadashi Yamaguchi
Original assignee: Lion Fat and Oil Co Ltd
Current assignee: Lion Fat and Oil Co Ltd
Priority date: 1972-02-24
Filing date: 1973-02-23
Publication date: 1981-12-17
Also published as: DE2309179A1; JPS4888162A; GB1382402A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten ArL

Kohle- bzw. Kohlenstoffasern oder -fäden werden als eines der Kohlematerialien weitgehend als Wärmeisolationsmaterialien, Filtermaterialien, Adsorptionsmittel, Heizelemente, Raketenköpfe usw. verwendet. Wegen ungenügender Festigkeit sind jedoch ihre Anwendungsbereiche beträchtlich beschränkt. Zur Verbesserung der Festigkeit wurde die Imprägnierung der Fasern 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 vollbefriedigend.

So ist aus der DE-OS 18 10 180 ein Verfahren zur Herstellung einer Formmasse bekannt, bei dem man Kohlenstoffäden in eine ein hitzehärtendes Harz und ein Härtungsmittel enthaltende flüssige Mischung einarbeitet, worauf man die Mischung versprüht bzw. fein verteilt, damit das Harz zu einer Härtungszwischenstufe erstarren kann, und man das Produkt unter Bildung von Flocken der Formmasse vermahlt, die einer Druckverformung zur Herstellung eines Formkörpers unterworfen wird.

Weiter ist es aus der DE-OS 20 01 018 bekannt, ein Kohlefasermaterial, vorzugsweise in Endlosform, mit einem lösungsmittelfreien, ein hitzehärtbares Harz im Α-Stadium enthaltenden System zu überziehen und das überzogene Material so lange zu erhitzen, bis sich das Harz im B-Zustand, d.h. im teilweise gehärteten, weichen und klebrigen Zustand befindet, wodurch vorimprägnierte Bänder mit einer Lagerbeständigkeit von bis zu 120 Tagen erhältlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs vorausgesetzten Art so zu verbessern, daß danach Kohlefaser-Formkörper erhöhter Festigkeit auf einfachere Weise als nach den bekannten Verfahren erhalten werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Eine Abwandlung dieses Verfahrens ist im Patentan

spruch 2 gekennzeichnet

Gemäß der Erfindung können Formkörper aus Kohlefasern oder -fäden mit verbesserten physikalischen Eigenschaften, wie Abriebfestigkeit, Schlagfestigkeit und elektrischer Leitfähigkeit, einfacher aJs die bekannten Formkörper mit Imprägnierung aus härtbaren Kunstharzen erhalten werden.

Als »radikalhomopolymerisierbare oder radikalcopolymerisierbare Vinylmonomeren« werden hier Monomeren bezeichnet, die zu einer vinylischen Homopolymerisation oder vinylischen Copolymerisation in Gegenwart eines Radikalpolymerisationsinitiators 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, Vinyllaurat und Vinyistearat; Diene wie Butadien, Isopren und Chloropren; halogen-^rte Olefine wie Vinylchlorid und Vinylidenchlorid; Styrole wie Styrol selbst, m-Chlorstyrol und Pentachlorstyrol, ungesättigte Isocyanate wie Vinylisocyanat; höhere Olefine wie i-Penten und i-Hexen; und ungesättigte Ketone wie Methylvinylketon. Diese Monomeren können einzeln oder in Form von Mischungen von zwei oder mehreren Vertretern derselben verwendet werden.

Gemäß der Abwandlung 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 oder Azo-bis-isobutyronitril versetzt und die Polymerisation durchgeführt wird.
Nach Beendigung der Polymerisation werden die Kohlefasern oder -fäden abfiltert, gewaschen und getrocknet, wodurch mit einem Homo- oder Copolymeren beschichtete Kohlefasern erhalten werden. Diese resultierenden beschichtenten Fasern werden dann in eine Metallform gebracht und bei einer Temperatur von 150-400° C unter einem Druck von 50-2500 N/cm² geformt. Auf diese Weise wird ein Formkörper mit hoher Festigkeit erhalten.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren anzuwendende Vinylmonomermenge 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 erfind jngsgemäßen 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 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 Copolymerer 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.

Beispiel

Eine Mischung von Ig Benzoylperoxid und 100 g monomerem Meii.ylmethacrylat wurde in Kohlefasern mit einem Durchmesser von etv/-. 10 μπι und einer Länge von etwa 100 μπι adsorbiert. Danach wurden die Kohlefasern in 1600 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 Feststoffe durch Filtrieren gesammelt und bei 130° C getrocknet. Der Anteil des organischen Materials im so gewonnenen Feststoff lag bei !9,2%. Als Ergebnis einer mikroskopischen Untersuchung wurde gefunden, daß der Feststoff aus Kohlefasern mit polymerbeschichteter

ίο 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 1200 N/cm² zur Erzielung eines band- oder s-.dbähnlichen Formkörpers von

200 mm · 20 mm · 1 mm Größe geformt 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 300°C unter einem Druck von 50 N/cm² unter Erzielung eines filzähnlichen Formkörpers mit einer Größe von 200 mm ■ 20 mm · 2 mm geformt Dieser Formkörper war als Packungsmaterial bzw. Dichtungsmaterial geeignet

Die obigen polymerbeschichteten Kohlefasern wurden zu einer Platte von 1 mm Dicke geformt und dann in einer bei 300⁰C gehaltenen Scher- oder Schneidform zur Erzielung kleinsr stabähnlicher Formkörper mit einem Querschnitt von 1 mm Seitenlänge behandelt, die für Bürsten für kleine Motoren geeignet waren.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Kohlefasern, bei dem Kohlefasern in eine flüssige, kunststoffhaltige Mischung eingebracht, mit einem Kunststoffüberzug versehen und unter Wärme und Druck zu Formkörpern verarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern zur Bildung eines Homo- oder Copolymerüberzuges mit einem oder mehreren radikalhomo- oder -copolymerisierbaren Vinylmonomeren kontaktiert und die benetzten Fasern in ein einen Polymerisationsinitiator enthaltendes nichtpolares Lösungsmittel eingebracht und die so beschichteten Kohlefasern anschließend unmittelbar unter Wärme und Druck zu Formkörpern verarbeitet werden.

2. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtpolare Lösungsmittel schon in die zur Kontaktierung verwendeten Vinylmonomeren eingebracht wird und der Polymerisationsinitiator nach der Benetzung zugesetzt wird.