DE2364367A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING FIBERS AND FABRICS FROM POLYACRYLNITRILE - Google Patents

PROCESS FOR MANUFACTURING FIBERS AND FABRICS FROM POLYACRYLNITRILE

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DE2364367A1 DE19732364367 DE2364367A DE2364367A1 DE 2364367 A1 DE2364367 A1 DE 2364367A1 DE 19732364367 DE19732364367 DE 19732364367 DE 2364367 A DE2364367 A DE 2364367A DE 2364367 A1 DE2364367 A1 DE 2364367A1
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Description

F 73/06 Neumünster, den 19. Dezember 1973F 73/06 Neumünster, December 19, 1973

63 PL/ho63 PL / ho

Neumünstersche Maschinen- und
Apparatebau Gesellschaft mbH., Neumünster
Neumünster machine and
Apparatebau Gesellschaft mbH., Neumünster

Verfahren zum Herstellen von Fasern und Fäden ausMethod of making fibers and filaments from

PolyacrylnitrilPolyacrylonitrile

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Fasern und Fäden hoher Festigkeit aus Polyacrylnitril durch Naßspinnen, wobei das gelöste Polymerisat in ein Koagulatxonsbad versponnen und die Fasern oder Fäden anschließend umgewandelt und verstrickt werden.The invention relates to a method for producing Fibers and threads of high strength from polyacrylonitrile by wet spinning, the dissolved polymer in a Coagulatxonsbad is spun and the fibers or threads are then converted and knitted.

Die Festigkeit von Fasern aus Polyacrylnitril, soweit diese für textile Zwecke verwendet werden, liegt bei den meisten Typen in der Größenordnung zwischen 1,7 und 2,5 g/den. Bei Fäden liegen die üblichen Festigkeitswerte zwischen 2,5 und 5»0 g/den. Die Dehnungen in den beiden erwähnten Fällen liegen bei maximal 35 bzw. 20 $. Diese mechanischen Eigenschaften hat man angestrebt, weil sie für den vorgesehenen Zweck ausreichend und sogar besonders geeignet erschienen. The strength of fibers made of polyacrylonitrile, insofar as they are used for textile purposes, is in the order of magnitude between 1.7 and 2.5 g / den for most types. The usual strength values for threads are between 2.5 and 5 »0 g / den. The elongations in the two cases mentioned are a maximum of $ 35 and $ 20, respectively. The aim was to achieve these mechanical properties because they appeared to be sufficient and even particularly suitable for the intended purpose.

SOS826/0 857SOS826 / 0 857

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Für spezielle Zwecke, z.B. zur Verwendung auf technischem Gebiet, versuchte man höhere Festigkeiten zu erreichen. In. denletzten Jahren, stellte sich z.B. heraus, daß dann, wenn die Fäden als Ausgangsprodukt für Kohle bzw. Graphitfäden dienen sollten, ganz besonders hohe Festigkeiten erforderlich, sind. In diesem Fall sollen jedoch die Dehnungen nur bei 8 bis 12 ^έ. liegen.For special purposes, e.g. for use in the technical field, attempts were made to achieve higher strengths. In. in the last few years, it turned out, for example, that then, if the threads are to be used as the starting product for carbon or graphite threads, particularly high strengths required are. In this case, however, the elongations should only at 8 to 12 ^ έ. lie.

Man hat nun schon auf verschiedene Weise versucht, solche hochfeste Fasern und Fäden herzustellen. So hat man z.B. die Verstreckverhältnisse verändert und erhöht, und zwar dergestalt, daß.bei Unterteilung in eine Heißwasser- und eine Trockenverstreckung das Streckverhältnis bei der Trockenverstreckung wesentlich höher sein sollte als bei der vorangehenden Hexßwasserverstreckung. Man hat ferner eine Heiflwasserverstreckimg und anschließend eine doppelte Trockenverstreckung angewendet. Auf diese Weise wurden Festigkeitswerte bis zu 8 g/den erreicht. Man hat auch versucht, die Heißverstreckung in Glycerin oder einer anderen öligen Flüssigkeit durchzuführen. Dabei ging man von der Annahme aus, daß die Erhitzung des Fadens bedeutend gleichmäßiger erfolgen würde. Man hat auch schon den gesponnenen Faden in noch feuchtem Zustand, d.h. ohne vorherige Trocknung, in heißem Glycerin verstreckt. Auch hierbei wurden wesentlich höhere Festigkeitswerte bis zu 10 g/den ersielt. Ee stellte sich jedoch heraus, daßAttempts have now been made in various ways to produce such high-strength fibers and threads. So you have e.g. the drawing ratios changed and increased, namely such that when subdividing into hot water and dry stretching, the stretching ratio in the Dry stretching should be much higher than at the preceding Hexßwasserverdreckung. One also has a hot water stretch and then a double Dry stretching applied. That way were Strength values of up to 8 g / den are achieved. Attempts have also been made to hot stretching in glycerine or a other oily liquid to perform. It was assumed that the heating of the thread was significant would be done more evenly. You also have the spun thread in a still moist state, i.e. without prior drying, stretched in hot glycerine. Here, too, were significantly higher strength values up to to 10 g / the received. However, it turned out that

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- 3 - 2364387- 3 - 2364387

die Festigkeit der Fasern zwar im Durchschnitt hoch, aber immer sehr ungleichmäi3ig war.the strength of the fibers is high on average, but was always very uneven.

Auf der anderen Seite hatte man schon bald erkannt, daß die Eigenschaften des Polymers ebenfalls von ausschlaggebender Bedeutung für die erzielte Festigkeit der Fäden sind. Je höher der Durchschnittspolymerisationsgrad eingestellt wurde, desto höher kam man auch mit der Festigkeit der "gesponnenen Fäden. Es zeigte sich jedoch, daß Lb'dungen mit hohen Polymerisationsgraden infolge ihrer hohen Viskosität technisch schwer zu handhaben und zu verspinnen sind.On the other hand, it was soon recognized that the properties of the polymer are also crucial Are of importance for the achieved strength of the threads. The higher the average degree of polymerization set became, the higher one also got with the strength of the "spun threads. It turned out, however, that Solutions with high degrees of polymerization as a result of their high viscosity are technically difficult to handle and spin.

Bekanntlich gibt es verschiedene Lösungsmittel,für das Polyacrylnitril. Es ist auch bekannt, daß sich je nach der Art des Lösungsmittels Polymere" mit ganz verschiedenen Spinneigenschaften und damit auch verschiedenen Festigkeiten ergeben. Man hat organische und anorganische Lösungsmittel verwendet. Organische Lösungsmittel sind z.B. Dimethylformamid, DimethyIacetamid, Dimethylsulfoxid und andere mehr. Als anorganische Lösungsmittel haben sich hochkonzentrische. Lösungen verschiedener anorganischer Salze, wie Zinkchlorid, Magnesiumchlorid, Kalziumchlorid sowie verschiedene Thiosulfate und Nitrate bewährt, ferner auch konzentrierte Säuren. Als besonders geeignet hat sich das Komplexsalz NaZnCIo erwiesen, dessenAs is well known, there are various solvents for Polyacrylonitrile. It is also known that, depending on the type of solvent, polymers "with quite different Spinning properties and thus also result in different strengths. You have organic and inorganic Solvent used. Organic solvents are e.g. dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide and others more. Highly concentrated solvents have proven to be inorganic solvents. Solutions of various inorganic Salts such as zinc chloride, magnesium chloride, calcium chloride and various thiosulfates and nitrates proven, also concentrated acids. The complex salt NaZnClo has proven to be particularly suitable, its

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wässerige Lösungen in einer Konzentration zwischer ^h und 60 Gewichtsprozent auch Aery!polymerisate mit hohem Durchschnittspolymerisationsgrad einwandfrei zu lösen imstande sind. Es ist auch bereits bekannt, daß sehr homogene Spinnlösungen auch dann erhalten werden, wenn man die Polymerisation des Acrylnitrils und gegebenenfalls eines Comonomers in dieser Komplexsalzlösung selbst vornimmt. Schließlich wendet man auch schon seit längerem UV-Licht zur Regulierung des Polymerisationsprozesses in Gegenwart von Formaldehyd und Wasserstoffperoxid an (OS 1 669 552).Aqueous solutions in a concentration between ^ h and 60 percent by weight are also able to dissolve aeropolymerizates with a high average degree of polymerization without any problems. It is also already known that very homogeneous spinning solutions are obtained even if the acrylonitrile and optionally a comonomer are polymerized in this complex salt solution itself. Finally, UV light has long been used to regulate the polymerization process in the presence of formaldehyde and hydrogen peroxide (OS 1 669 552).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zügrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Gattung so weiterzubilden, daß Fasern mit bisher nicht erreichten Festigkeitswerten, insbesondere von 12 bis 15 g/den oder höher, erzeugt werden können.The object of the invention is to provide a method of the type specified at the beginning so that fibers with previously unattained strength values, in particular from 12 to 15 g / den or higher.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst, wenn gemäß Anspruch 1 verfahren wird. Diese Anweisung steht zu der bisherigen Auffassung der Fachwelt, derzufolge eine möglichst homogene Struktur über den ganzen Faserquerschnitt angestrebt wurde, in krassem Widerspruch, wie z.B. aus der DT AS 1 1^3 965 hervorgeht. Der Fachmann, der mit einem der vielen verschiedenen Herstellungsverfahren von Polyacrylnitrilasern vertraut ist, wird leicht in derThis object is achieved according to the invention when proceeding according to claim 1. This instruction is due the previous opinion of experts, according to which the most homogeneous structure possible over the entire fiber cross-section was strived for, in stark contradiction, as can be seen, for example, from DT AS 1 1 ^ 3 965. The professional who works with one of the many different manufacturing processes for Polyacrylonitrile is familiar, becomes easy in the

6098 26/085 76098 26/085 7

Lage sein, die aufgabenhafte Lehre des Anspruches 1 durch geringfügige Abwandlung eines der bekannten Verfahren zu verwirklichen.Be able to apply the teaching of claim 1 to realize one of the known processes by slightly modifying one of the known processes.

Die Maßnahmen der Ansprüche 2 und insbesondere 3 tragen wesentlich zur Erzielung einer besonders ausgeprägten Verbesserung der mechanischen Eigenschaften bei.The measures of claims 2 and in particular 3 contribute significantly to achieving a particularly pronounced one Improvement of the mechanical properties.

Ein spezielles Verfahren ist in Anspruch Λ angegeben.A special method is given in claim Λ.

Die Ansprüche 5 und 6 enthalten Angaben über die Zusammensetzung besonders bevorzugter Salzlösungen für die Reaktionslösung.Claims 5 and 6 contain information about the composition particularly preferred salt solutions for the reaction solution.

Besonders gute Ergebnisse wurden mit der in Anspruch 7 angegebenen Kombination von Metallionen als Zusatz zur Reaktionslösung erzielt.Particularly good results were obtained with the one described in claim 7 specified combination of metal ions achieved as an additive to the reaction solution.

Gemäß Anspruch 8 erhält man spinntechnische Eigenschaften, die die höchste Festigkeit ergeben.According to claim 8 one obtains technical spinning properties, which give the highest strength.

Der in Anspruch 9 angegebene Bereich für den Polymerisationsgrad der Spinnlösung ist sowohl verfahrenstechnisch als auch im Hinblick auf die Qualität des Endproduktes optimal.· .The range specified in claim 9 for the degree of polymerization of the spinning solution is both process engineering as well as optimal in terms of the quality of the end product.

5 0 98 2 6/08575 0 98 2 6/0857

Das Merkmal des Anspruches 10 bringt Vorteile beim Naßverstreckungsprozeß.The feature of claim 10 brings advantages in the wet drawing process.

Die Nachbehandlung gemäß Anspruch 11 trägt in besonderem Maße dazu bei, daß die auf der Fadenoberfläche gebildete Haut erhalten bleibt und weiter verfestigt wird.The aftertreatment according to claim 11 is particularly beneficial Measure to the fact that the formed on the thread surface Skin is preserved and further solidified.

Anspruch 12 gibt eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgeinäß hergestellten Fasern bzw. Fäden als Zwischenprodukt zur Herstellung eines Endproduktes mit hervorragenden Festigkeitswerten an.Claim 12 gives a preferred use of the erfindungsgeinäß produced fibers or threads as an intermediate product for the production of an end product with excellent Strength values.

In Anlehnung an eines der bekannten Herstellungsverfahren wird gemäß der Erfindung beispielsweise folgendermaßen vorgegangen:Based on one of the known manufacturing processes becomes according to the invention, for example, as follows proceeded:

Es wird eine konzentrierte wässerige Lösung hergestellt, die 34 bis kk % ZnCl2 und 15 bis 25 # NaCl enthält mit der Maßgabe, daß der Salzgehalt insgesamt größer als- 58 $ ist. Ein Salzgehalt über 60 ^ würde zwar die Festigkeit der Faser nicht wesentlich beeinflussen, ist jedoch unerwünscht, um Kristallisationen in den Rohrleitungen zu vermeiden. Die Zusammensetzung entspricht zweckmäßig etwa der stöchiometrischen Zusammensetzung des Komplexes NaZnCl^,A concentrated aqueous solution is prepared which contains 34 to kk% ZnCl 2 and 15 to 25 # NaCl with the proviso that the total salt content is greater than 58 $. A salt content above 60 ^ would not significantly affect the strength of the fiber, but is undesirable in order to avoid crystallization in the pipelines. The composition expediently corresponds approximately to the stoichiometric composition of the complex NaZnCl ^,

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In dieser Salzlösung werdei- insgesamt etwa 8 bis 9 Gewichtsprozent Acrylnitril und Acrylsäuremethylester aufgelöst, wobei die zugegebene Menge aus 90 bis 99 $ Acrylnitril und 10 bis 1 $ Acrylsäuremethylester besteht. Anstelle von Acrylsäuremethylester können auch andere Comonomere zugesetzt werden, z.B. Methylacrylsäuremethylester oder Vinylacetat. Mit Salzsäure wird ein pH-Wert von etwa eingestellt. Nach Zugabe d«r erforderlichen Sensibilisatoren Formaldehyd und Wasserstoffperoxid wird unter UV-Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 2000 bis 5000 Ängström der Polymerisationsprozeß eingeleitet und durchgeführt. Durch Hinzufügen geringer Mengen von Metallionen, z.B. 0,1 bis 0,3 mg/l Cu-Ionen, 2 -10 mg/l Fe-Ionen oder bis zu 80 mg/l. Mn-Jonen, wird der gewünschte hohe Polymerisationsgrad in der Spinnlösung erreicht, der bei genügend hoher Polymerkonzentration eine spinntechnisch günstige Viskosität und damit eine ausgezeichnete Spinnbarkeit der Spinnlösung und Verstreckbarkeit des entstehenden Fadens gewährleistet. Die am besten geeignete Spinnlösung wird dann erhalten, wenn man die Polymerisation so leitet, daß ein Durchschnittspolymerisationsgrad von 3000 bis 4200 entsteht. Die Bestimmung des Polymerisationsgrades soll wie folgt vorgenommen und dadurch definiert sein: A total of about 8 to 9 percent by weight of acrylonitrile and methyl acrylate are dissolved in this salt solution, the added amount consisting of 90 to 99 $ acrylonitrile and 10 to 1 $ methyl acrylate. Instead of methyl acrylate, it is also possible to add other comonomers, for example methyl methyl acrylate or vinyl acetate. A pH of about is set with hydrochloric acid. After addition, "r required sensitizers formaldehyde and hydrogen peroxide d is introduced under UV irradiation with a wavelength of 2000 to 5000 angstroms and the polymerization performed. By adding small amounts of metal ions, e.g. 0.1 to 0.3 mg / l Cu ions, 2 -10 mg / l Fe ions or up to 80 mg / l. Mn ions, the desired high degree of polymerisation is achieved in the spinning solution, which, if the polymer concentration is sufficiently high, ensures a favorable viscosity in terms of spinning technology and thus excellent spinnability of the spinning solution and the stretchability of the resulting thread. The most suitable spinning solution is obtained if the polymerization is conducted in such a way that an average degree of polymerization of 3000 to 4200 is produced. The degree of polymerization should be determined and defined as follows:

Aus der zu untersuchenden Spinnlösung stellt man in bekannter Weise Filme her, die vollkommen salzfrei gewaschen und dann getrocknet werden müssen. Von diesenFrom the spinning solution to be examined, films are produced in a known manner, which are washed completely free of salt and then need to be dried. Of these

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löst man etiva 125 mg in 25 ml Dimethylformamid auf. Es wird nun die Viskosität des reinen Lösungsmittels unddissolve about 125 mg in 25 ml of dimethylformamide. It is now the viscosity of the pure solvent and

die Viskosität der Lösung mittels Kapillarviskosimeter bestimmt. Dann ist das Durchschnittsmolekulargewicht:the viscosity of the solution using a capillary viscometer certainly. Then the average molecular weight is:

DMG =DMG =

C . K
C = Konzentration der Lösung in g/l
C. K
C = concentration of the solution in g / l

Die Konstante K ist empirisch festgelegt:The constant K is determined empirically:

~6 ~ 6

K = 1,3^6 . 10K = 1.3 ^ 6. 10

Der Durchschnittspolymerisationsgrad istThe average degree of polymerization is

DMGDMG

DP =DP =

Molekulargewicht der MonomerenMolecular weight of the monomers

Im vorliegenden Fall wird, bei einem Durchschnittspolymerisationsgrad von 3000 bis 4200 ein Durchschnittsmolekulargewicht von 160 000 bis 220 000 erreicht. Vergleichweise haben die handelsüblichen Fasern und Fäden Durchschnittsmolekulargewichte von 40 000 bis 80 000. entsprechend Polymerisationsgraden zwischen 750 und 15ΟΟ.In the present case, with an average degree of polymerization from 3000 to 4200 an average molecular weight from 160,000 to 220,000. By comparison, the commercially available fibers and threads have average molecular weights of 40,000 to 80,000, corresponding to degrees of polymerization between 750 and 15ΟΟ.

Nach Filtration und Entlüftung wird die Lösung in üblicher Weise durch eine Spinndüse in das Fällbad gedrückt. Das Fällbad soll nicht mehr als 5 $ Lösesalze enthalten, wobei das Mengenverhältnis der Lösesalze der Polymerisationslösung entspricht. Die Temperatur des Fällbades liegt zwischen etwa 10 und 18° C. Die hierbei entstehenden Fäden werden mit einer wesentlich größeren GeschwindigkeitAfter filtration and deaeration, the solution becomes more customary Way through a spinneret into the precipitation bath. The precipitation bath should not contain more than $ 5 dissolving salts, whereby the quantitative ratio of the dissolving salts corresponds to the polymerization solution. The temperature of the felling bath is between about 10 and 18 ° C. The resulting threads are going at a much greater rate

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aus dem Fällbad abgezogen als es der theoretischen Austrittsgeschwindigkeit aus der Spinndüse entspricht. Diese wird unter der Annahme definiert, daß der Durchmesser der einzelnen Fäden dem Durchmesser der Bohrungen in der Spinndüse gleich angenommen wird, d.h. die theoretische Austrittsgeschwindigkeit beträgtwithdrawn from the precipitation bath than the theoretical exit velocity from the spinneret. This is defined on the assumption that the diameter of the individual threads is assumed to be equal to the diameter of the bores in the spinneret, i.e. the theoretical Exit speed is

_ pro Zeiteinheit austretendes Volumen ~ Summe der Bohrungsquerschnitte._ Volume escaping per unit of time ~ Sum of the bore cross-sections.

Der Verzug, d.h. das Verhältnis zwischen theoretischer Austrittsgeschwindigkeit und Abzugsgeschwindigkeit, soll etwa in dem Bereich 1 : 3 bis 1 : h liegen. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die theoretische Austrittsgeschwindigkeit nicht mit der bei spannungslosefl} Austritt pro Zeiteinheit austretenden Fadenlänge identisch ist. Diese ist nämlich infolge der Schrumpfung wesentlich kleiner. Auf diese bezogen, würde der optimale Verzug in der Umgebung von 1 : 7 liegen. The delay, ie the ratio between the theoretical exit speed and the take-off speed, should be in the range from 1: 3 to 1: h. It should be pointed out at this point that the theoretical exit speed is not identical to the thread length exiting per unit of time in the event of a tension-free exit. This is namely much smaller due to the shrinkage. In relation to this, the optimal distortion would be in the vicinity of 1: 7.

Bei dieser Arbeitsweise zeigte sich überraschender Weise, daß Fäden bzw. Fasern entstehen, die eine ganz bestimmte neuartige orientierte Struktur besitzen, welche ihnen die erwünschten hervorragenden Festigkeiten und sonstigen guten Eigenschaften für die Weiterverarbeitung verleiht. Wie rasterelektronemnikroskopische Aufnahmen.zeigen, hat die Faser eine feste und strukturierte' Haut. Ein solcherIn this method of operation it was surprisingly found that threads or fibers are formed which have a very specific have novel oriented structure, which gives them the desired excellent strengths and other gives good properties for further processing. As is shown by scanning electron microscope images the fiber a firm and structured 'skin. Such a

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Faden kann bei geeigneter Weiterführung des Spinnprozesses Festigkeiten bis zu 16 g/den erreichen.If the spinning process is continued appropriately, thread can achieve strengths of up to 16 g / den.

Die Weiterverarbeitung beginnt damit, daß der Faden im Anschluß an den Koagulationsprozeß so gewaschen wird, daß er vollkommen frei vom Lösungsmittel ist. Nach der Wäsche wird der Faden in an sich bekannter Weise in heißem Wasser verstreckt. Das Verstreckverhältnis beträgt 1 : 2,5 oder höher bis nahe an die Zerreißgrenze. Im Anschluß an die Wasserverstreckung wird der Faden getrocknet und in bekannter Weise umgewandelt. Die Umwandlung muß vollständig sein. Die Umwandlung erfolgt, indem man den Faden nahezu spannungslos z.B. über beheizte Walzen leitet.Further processing begins with the thread in the After the coagulation process is washed in such a way that that it is completely free of the solvent. After washing, the thread is in a known manner in stretched with hot water. The stretching ratio is 1: 2.5 or higher up to near the breaking point. Following the water drawing, the thread is dried and converted in a known manner. The conversion must be complete. The conversion is done by the thread is passed almost without tension, e.g. over heated rollers.

Der umgewandelte Faden wird nunmehr in heißem Glycerin oder einem anderen geeigneten ölartigen Medium abermals verstreckt. Das Verstreckverhältnxs kann hier 1:5 oder darüber betragen. Nach der Heißverstreckung wird der Faden vom Verstreckmittel befreit. Ist das Verstreckmittel z.B. Glycerin, so wird er in kaltem Wasser nochmals gewaschen. Er wird je nach der in Aussicht genommenen Weiterverarbeitung naß oder trocken in bekannter Weise aufgespult.The converted thread is now in hot glycerin or another suitable oil-like medium stretched again. The stretching ratio here can be 1: 5 or be above. After the hot stretching, the The thread is freed from the stretching agent. Is the extender e.g. glycerine, it is washed again in cold water. It will depend on the prospect Further processing wet or dry in a known manner wound up.

Beispiel:Example:

In 1000 ml einer konzentrierten Salzlösung, die 39 Gewichtsprozent Zinkchlorid und 19,5 Gewichtsprozent Natrium-In 1000 ml of a concentrated saline solution that is 39 percent by weight Zinc chloride and 19.5 percent by weight sodium

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509826/0857·509826/0857

chlorid in k1,5 Gewichtsprozent Wasser enthält, werden 179 ml Acrylnitril und 9>5 '»1 Acrylsäuremethylester aufgelöst. Dieser Lösung werden 10 ml konzentrierte Salzsäure, 3»5 ml einer' 10 ^d. gen Formaldehydlösung und 2,7 ml stoffperoxid (35 %ig) zugegeben. Dazu kommen schließlich noch 50 mg/l Manganionen und 5 mg/1 Eisenionen.chloride in k contains 1.5 percent by weight of water, 179 ml of acrylonitrile and 9> 5 '»1 methyl acrylate are dissolved. 10 ml of concentrated hydrochloric acid, 3 »5 ml of a '10 ^ d. gen formaldehyde solution and 2.7 ml peroxide (35 %) are added. Finally, there are also 50 mg / l manganese ions and 5 mg / l iron ions.

Nachdem die Monomeren vollkommen aufgelöst sind, wird die Reaktionslösung mit UV-Licht von 36OO Angström bestrahlt. Nach Einsetzen der Reaktion wird die Temperatur während einer Reaktionsdauer von etwa 75 min auf 60° gehalten. Unter diesen Bedingungen hat das Polymerisat ein Durchschnittsmolekulargewicht von I85 000 bei einer Kugelfallviskosität von 180 sec/150 mm. Die Spinnlösung wird in üblicher Weise filtriert und entlüftet und kann im Anschluß daran sofort oder auch später versponnen werden. Die Verspinnung erfolgt mit einem Verzug von 38/1^6 cm/min in einem Fällbad, das nicht mehr als h ·* 5 $ der Lösesalze enthält und auf einer Temperatur von 12° gehalten wird. In der anschließenden Wäsche mit klarem Wasser werden die Lösesalze vollständig entfernt, wobei der Faden fast ganz spannungsfrei läuft. Nunmehr wird in Wasser von 92° C im Verhältnis 1:3 verstreckt. Danach wird der Faden bei 110 bis 115° Oberflächentemperatur über beheizte Walzen geleitet und getrocknet und schließlichAfter the monomers have completely dissolved, the reaction solution is irradiated with UV light of 3600 Angstroms. After the start of the reaction, the temperature is maintained at 60 ° for a reaction time of about 75 minutes. Under these conditions the polymer has an average molecular weight of 185,000 with a falling ball viscosity of 180 sec / 150 mm. The spinning solution is filtered and vented in the usual way and can then be spun immediately or later. The spinning takes place with a delay of 38/1 ^ 6 cm / min in a precipitation bath which contains no more than h · * 5% of the dissolving salts and is kept at a temperature of 12 °. In the subsequent wash with clear water, the dissolving salts are completely removed, with the thread running almost completely free of tension. It is now stretched in water at 92 ° C. in a ratio of 1: 3. The thread is then passed over heated rollers at a surface temperature of 110 to 115 °, and finally dried

bei 135 bis 1Ί50 dem für Acrylfasern bekannten Umwandlungsprozeß at 135 to 1Ί5 0 the conversion process known for acrylic fibers

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unterworfen» Hierbei soll die Spannung so gering -ein, daß das Verstreckverhältnis höchstens 1 ; 1,1 bet.ägt. Nach der Umwandlung wird der Faden in einem Glycerinbadvon I650 in einem Verhältnis von 1:5 verstreckt, Nach der Verstreckung wird er in üblicher Weise gewaschen, evtl. getrocknet und »schließlich aufgespult.subject »Here the tension should be so low that the draw ratio is at most 1; 1.1 sawn. After the conversion, the thread is in a Glycerinbadvon I65 0 in a ratio of 1: 5 stretched, after stretching it is washed in the usual way, possibly dried and 'finally wound up.

Der so erhaltene Faden hat eine Festigkeit von 16 g/den. Die maximale Dehnung beträgt 10 0^. The thread obtained in this way has a strength of 16 g / den. The maximum stretch is 10 0 ^.

Ein aus einem solchen Faden hergestellter Kohlefaden erreicht eine Festigkeit von 36O kp/mm^. Der Elastizitätsmodul beträgt 35 000 kp/mm2.A carbon thread made from such a thread achieves a strength of 360 kgf / mm ^. The modulus of elasticity is 35,000 kg / mm 2 .

Ein aus einem solchen Fnden hergestellter Graphitfaden erreicht unter Umständen eine noch höhere Festigkeit,A graphite thread made from such a find possibly achieves an even higher strength,

Patentansprüche:Patent claims:

BAD ORlGiNAL BAD ORlG i NAL

50 98 26/085750 98 26/0857

Claims (1)

F 73/06 Neumünster, den 19.1Π.1973F 73/06 Neumünster, January 19-1973 Neumünstersche Maschinen"- und
Apparatebau Gesellschaft mbH. , Neuinünster
Neumünster machines "- and
Apparatebau Gesellschaft mbH. , Neuinünster
PatentansprücheClaims ,1.) Verfahren zum Herstellen von Fasern und Fäden hoher Festigkeit aub Polyacrylnitril durch Naßspinnen, wobei das gelöste Polymerisat in ein Koagulationsbad versponnen und die Fasern oder Fäden anschließend umgewandelt und verstreckt werden, dadurch gekennzeichnet, daß beim Koagulationsprozeß auf der Faseroberfläche eine feste Haut gebildet wird, die bei den anschließenden Verfahrensschritten erhalten bleibt und weiter verstärkt-wird., 1.) Method of making fibers and threads high Strength of polyacrylonitrile by wet spinning, whereby the dissolved polymer is spun in a coagulation bath and the fibers or threads are then converted and stretched, characterized in that, that during the coagulation process on the fiber surface a firm skin is formed, which is retained in the subsequent process steps and is further strengthened. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verzug beim Koagulieren eine bereits orientierte Struktur der Haut erzeugt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that by delay in coagulation an already oriented Structure of the skin is created. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzug, definiert durch das Verhältnis der theoretischen Austrittsgeschwindigkeit zur Abzugsgeschwindigkeit, 1 : 3 bis 1 : k beträgt. -3. The method according to claim 2, characterized in that the delay, defined by the ratio of the theoretical exit speed to the withdrawal speed, is 1: 3 to 1: k . - - 14 -- 14 - 5 0 9826/08575 0 9826/0857 h. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3> wobei in einer hochkonzentrierten wässerigen Salzlösung- aus Zinkchlorid und Natriumchlorid Acrylnitril zusammen mit einem Gomonomer gelöst und anschließend in Gegenwart von Formaldehyd und Wasserstoffperoxid unter Einwirkung· von UV-Lichfc polymerisiert wird, wobei dann die so erhaltene Lösung in ein Koagulierbad versponnen wird, das die gleichen Salze in verminderter Konzentration enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Salzlösung eine geringe Menge von Ionen der Metalle Kupfer, Eisen und Mangan einzeln oder in Kombination enthält und daß das Koagulationsbad nicht mehr als 5 rß> Lösesalze enthält. H. Process according to one of Claims 1 to 3, where in a highly concentrated aqueous salt solution of zinc chloride and sodium chloride, acrylonitrile is dissolved together with a gomonomer and then polymerized in the presence of formaldehyde and hydrogen peroxide under the action of UV light, the resulting solution then being polymerized is spun in a coagulating bath containing the same salts at a reduced concentration, characterized in that the salt solution, a small amount of ions of the metals copper, iron and manganese individually or in combination, and in that the coagulation bath is not more than 5 r ß> solvent salts contains. 5. Verfahren nach Anspruch h, diidurch gekennzeichnet, daß das Gewlchtsverhä 1 trii.s der Lösesalze zueinander annähernd dem stöchiumeirischen Verhältnis des Komplexes NaZnCl3 entspricht.5. The method according to claim h, characterized in that the weight ratio 1 trii.s of the dissolving salts to one another approximately corresponds to the stoichiometric ratio of the complex NaZnCl3. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die wässerige Salzlösung 38 bis 40 $ Zinkchlorid und 18 bis 20 "jL Natriumchlorid enthält.6. The method according to claim 5, characterized in that the aqueous salt solution contains 38 to 40 $ zinc chloride and 18 to 20 "jL sodium chloride. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch, gekennzeichnet, daß die wässerige Salzlösung insgesamt 4O bis 6o mg/l Manganiouen und ^4 bis 6 mg/l Eisenionen enthält.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that characterized in that the aqueous saline solution as a whole 40 to 60 mg / l Manganiouen and ^ 4 to 6 mg / l iron ions contains. - I-=5 -- I- = 5 - 509826/0857509826/0857 8. Verfahren nach einem der Ansprüche h bis 75 dadurch gekennzeichnet, daß als Comonomer"Aciylsäuremethylester verwendet ,wird.8. The method according to any one of claims h to 7 5, characterized in that the comonomer used is "methyl acylate. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche k bis S9 dadurch9. The method according to any one of claims k to S 9 thereby .'■ -■■ . '■ - ■■ gekennzeichnet, daß der Polyraerxsatxonsgrad der Spinnlösung auf 3000 bis ^200 eingestellt wird.characterized in that the Polyraerxsatxonsgrad of the spinning solution is set to 3000 to ^ 200. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche h bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die i'asern nach dem Koagulieren gewaschen werden.10. The method according to any one of claims h to 9 »characterized in that the fibers are washed after coagulation. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstreckung zweistufig erfolgt, wobei die Faser zunächst in heißem Wasser mit einem Verstreckverhältnis von 1 : 2,5 bis 1 : 3 verstreckt, anschließend einer Zwischentrocknung und einer Umwandlung bei geringer Spannung unterworfen, danach in heißem Glycerin oder einer ähnlichen ölartigen Flüssigkeit in einem Verhältnis von 1 : k bis 1 s 5 verstreckt und schließlich in üblicher Weise gewaschen und gegebenenfalls getrocknet wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the drawing takes place in two stages, the fiber first drawn in hot water with a draw ratio of 1: 2.5 to 1: 3, then an intermediate drying and a conversion at low Subjected to tension, then stretched in hot glycerol or a similar oily liquid in a ratio of 1: k to 1 s 5 and finally washed in the usual way and optionally dried. 12. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Fasern als Zwischenprodukt zur Herstellung von Kohle >der Graphitfäden.12. Use of the fibers produced by the process according to one of claims 1 to 11 as an intermediate product for the production of carbon> the graphite threads. 60 98 2 6 /OBB 7 ' °R'GiNAL ^pecth,60 98 2 6 / OBB 7 '° R ' GiNAL ^ pecth,
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