DE2458747A1 - Kohlenstoffaser - Google Patents

Kohlenstoffaser

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DE2458747A1 DE19742458747 DE2458747A DE2458747A1 DE 2458747 A1 DE2458747 A1 DE 2458747A1 DE 19742458747 DE19742458747 DE 19742458747 DE 2458747 A DE2458747 A DE 2458747A DE 2458747 A1 DE2458747 A1 DE 2458747A1
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Description

  • K0HLENST0FFER Diese Erfindung betrifft eine Kohlenstoffaser mit einer verbesserten Bindung zu einem Harzgrundmaterial und mit einem hohen Modul. Die Erfindung richtet sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Xohlenstoffaser und auf einen Verbundkörper, der eine solche Kohlenstoffaser und ein Harz enthält.
  • Die Kohlenstoffaser nach der Erfindung besitzt eine verbesserte Bindung zu einem Harzgrundmaterial und hat einen Young Modul der Faser parallel zur Faserachse von mindestens 8,4 x 105 kg/cm2 und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Faser mit einem im wesentlichen kontinuierlichen Überzug von amorphem Kohlenstoff von 0 einer Dicke von 20 bis 200 A bedeckt ist, wobei der ueberzug durch Abscheidung eines thermisch karbonisierbaren organischen Vorläufers auf der Kohlenstoffaser und thermisches Karbonisieren zu amorpher Form bei Temperaturen von weniger als 12000C erhalten wurde.
  • Die Karbonisierung oder Pyrolyse findet bevorzugt in einer Stickstoffatmosphäre statt, die 900 bis 3200 ppm Sauerstoff enthält.
  • Derartige Kohlenstoffasern besitzen zu einem Harzgrundmaterial, vorzugsweise zu einem Epoxyharz, Vinylesterharz oder Polyesterharz, eine bessere Scherfestigkeit, insbesondere, wenn der Überzug aus amorphem Kohlenstoff sich von derartigen Materialien, wie Polyvinylidenchlorid, Polyacrylnitril oder Polyvinylchlorid ableitet.
  • Es wurde ferner festgestellt, daß der Uberzug aus amorphem Kohlenstoff auf den Kohlenstoffasern eine bemerkenswerte Wirkung als Schlichtemittel hat, d.h., daß ein Kabel aus Kohlenstoffasern mit einem ueberzug aus amorphem Kohlenstoff einen wesentlich geringeren Durchmesser hat, als ein Kabel aus Kohlenstoffasern ohne einen Ueberzug aus amorphem Kohlenstoff. Diese Erscheinung beruht darauf, daß die Fasern zu Beginn durch die Oberflächenspannung der Überzugs lösung eng zusammengezogen werden. Die Fasern werden dann in enger Nachbarschaft durch die spätere Bildung von gelegentlichen Kohlenstoffbrücken und Haftungsbereichen zwischen einzelnen Fasern gehalten.
  • Durch die enge Nachbarschaft der Fasern und die Brücken zwischen ihnen sind Kabel aus Kohlenstoffasern mit Vberzügen aus amorphem Kohlenstoff steifer als Kabel aus nicht beschichtetenFasUrn. Der Grad der Steifheit kann gesteuert werden, da die Steifheit von der Menge des abgeschiedenen Kohlenstoffs abhängt. Außerdem lassen sich mit Kohlenstoff überzogene Fasern besser handhaben und neigen weniger zum Verknäulen als nicht überzogene Fasern.
  • Bei dem amorphen Kohlenstoff der hier beschrieben Überzüge sind die Kristallitgrundflächen des überzuges im wesentlichen wahllos verteilt gegenüber der Oberfläche.
  • Ein amorpher Uberzug zeigt keine Orientierung bei einer Elektronenbeugungsaufnahme unter Verwendung von 50 KV Elektronen bei einer Ablagerung von einer einheitlichen 0 Dicke von 150 A oder mehr. Dünne amorphe vberzüge können -schwer charakterisierbar sein, da Reflektionen von den Teilchen der darunter liegenden Kohlenstoffaser auftreten können. Aus diesem Grund ist bei der Prüfung auf den amorphen Charakter des Kohlenstoffüberzuges ein ausreichend dicker Überzug erforderlich, um Reflektionen des darunter liegenden Materials zu verhindern.
  • Als Kohlenstoffasem können bei der Erfindung beliebige Kohlenstoffasern verwendet werden, die einen Young Modul parallel zu der Faserachse von mindestens 8,4 x 105 kg/cm² haben. Es können z.B. Fasern verwendet werden, die sich von Polyacrylnitril, regenerierter Cellulose, Pech (entweder aus Kohlenwasserstoffen oder aus Holz), Phenolharzen, Epoxyharzen, Vinylidenchloridpolymerisaten und dergleichen, ableiten.
  • Die karbonisierbaren organischen Vorläufermaterialien, die bei der Erfindung verwendet werden können, schließen beliebige Materialien ein, die in der Lage sind, Lösungen in einem flüchtigen Lösungsmittel zu bilden, und die einen amorphen Kohlenstoffüberzug auf den Kohlenstoffasern ergeben, wenn sie bei Temperaturen unterhalb 12000C pyrolysiert werden. Beispiele von bevorzugten karbonisierbaren Materialien sind Polyvinylidenchlorid, Polyacrylnitril und Polyvinylchlorid, Asphalt, gehärtete Epoxyharze, Rohölpech,, Phenolharze, Polyimidharze und Polybenzimidazolharze. Bevorzugte flüchtige Lösungsmittel sind Hexamethylphosphoramid (bei Verwendung von Polyvinylidenchlorid als karbonisierbaren organischen Vorläufer), Dimethylformamid (bei Verwendung von Polyacrylnitril als karbonisierbaren organischen Vorläufer), und Methyläthylketon (bei Verwendung von Polyvinylchlorid als karbonisierbaren organischen Vorläufer).
  • Das Molekulargewicht des Vorläufers und seine Xonzentration in dem Lösungsmittel sind wichtige Variablen, da sie die Menge des von dem Strang der Kohlenstoffasern aufgenommenen Materials beeinflussen. Daraus ergibt sich ein Einfluß auf die Steifigkeit und die Verarbeitungseigenschaften des Stranges. Befriedigende Ergebnisse wurden erhalten durch Imprägnierung eines Kabels von Kohlenstoffasern mit einer Lösung, die 1,25 g/liter Polyvinylidenchlorid in Hexamethylphosphoramid enthielt.
  • Auch Konzentrationen des Vorläufers bis zu 0,5 g/liter ergeben noch überzogene Taue mit befriedigenden Eigenschaften. Im allgemeinen kann die Konzentration des Vorläufers in der Imprägnierlösung bei 0,5 bis 50 g/liter schwanken. Man erhält damit Überzüge an amorphem Kohlenstoff auf den Eghlenstoffasern von einer Dicke von einigen A bis 300 A oder höher. Man kann das Verfahren aber auch so abändern, daß Überzüge bis zu 10.000 2 oder noch dicker erhalten werden. Bevorzugte Konzentrationen des Vorläufers liegen bei 1 bis 10 g/liter, die zu Überzügen an amorphem Kohlenstoff von Dicken von 20 bis 200 führen.
  • Der bevorzugte Bereich der Vorläuferkonzentration hängt auch von dem speziell verwendeten Vorläufer-Lösungsmittelsystem ab. Die optimale Vorläuferkonzentration läßt sich ohne Schwierigkeiten durch einige Versuche ermitteln.
  • Es wurde auch festgestellt, daß bessere Ergebnisse dadurch erhalten werden, daß die Pyrolyse des karbonisierbaren organischen Vorläufers in einer Stickstoffatmosphäre oder in einer anderen inerten Atmosphäre, die nur kleine Mengen an Sauerstoff enthält, durchgeführt wird.
  • Zur Herstellung von aktivierten Fasern, die optimale Schereigenschaften haben, ist eine Sauerstoffkonzentration von etwa 900 ppm in der Stickstoffatmosphäre erforderlich.
  • Auch bei Sauerstoffkonzentrationen bis zu 3200 ppm werden noch Fasern mit sehr guten Eigenschaften erhalten, doch tritt ein gewisser Rückgang in ihren Reißfestigkeiten auf.
  • Deshalb sollte bevorzugt mit einer Sauerstoffkonzentration von etwa 1000 ppm gearbeitet werden.
  • Man kann dabei so vorgehen, daß man einen Stickstoffstrom in einem heißen Rohr, durch das die Kohlenstoffasern zur Oberflächenaktivierung gezogen werden, aufrecht erhält.
  • Da ein derartiges Rohr an beiden Enden offen ist, muß der Stickstoffstrom ausreichend schnell sein, um eine Rückwärtsdiffusion von Luft in das Rohr zu verhindern. Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 2000 ml/min sind im allgemeinen ausreichend. Dieses entspricht einem Rohrvolumen-Umsatz von 7,5 mal pro Minute.
  • Für die Pyrolyse des karbonisierbaren organischen Vor-1äufers'kommen Temperaturen unter 1200PC, bevorzugt zwischen etwa 900 und 11000C in betracht.
  • Die Verweilzeit der Faser bei der Maximaltemperatur wird üblicherweise auf etwa 15 Minuten eingestellt. Durch längere Verweilzeiten bis zu 30 Minuten werden die Schereigenschaften der Faser nicht wesentlich geändert. Die kürzest möglichen Verweilzeiten hängen von den vorausgehenden Erwärmungstemperaturen ab.
  • Die hier spezifisch erläuterten Versuche wurden bei maximalen Karbonisiertemperaturen von 915 bis 950°C durchgeführt. Die maximale Karbonisiertemperatur ist die Temperatur des letzten Erwärmers in dem Heizsystem.
  • Die Verweilzeit der Faser bei diesen Temperaturen lag bei 13 bis 21 Minuten. Diese Zeiten sind für die verwendeten Karbonisiertemperaturen wahrscheinlich länger als erforderlich. Die kürzest mögliche Zeit hängt von dem Verfahren ab, d.h. von den Temperaturen, mit denen die vorhergehenden Erhitzer in der Karbonisieranlage betrieben werden. Es wird angenommen, daß die optimale Verweilzeit bei einer Maximaltemperatur von 915 bis 950°C so niedrig wie 1 bis 5 Minuten sein kann.
  • Bei Verwendung von Polyvinylidenchlorid als Vorläufer kann die maximale Karbonisiertemperatur bis auf etwa 500ob erniedrigt werden (vergleiche Beispiel I).
  • Die Karbonisierung von Polyacrylnitril in Gegenwart von Sauerstoff ist bei etwa 700°C nahezu vollständig, vorausgesetzt, daß das Polymerisat in einer oxidierten Atmosphäre erwärmt wird. Die optimalen Verweilzeiten der Faser sind bei niedrigen Karbonisiertemperaturen länger. Die optimale Verweilzeit kann leicht durch einige Vorversuche festgestellt werden.
  • Die Kohlenstoffasern mit einem ueberzug aus amorphem Kohlenstoff können mit Vorteil zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Harzen, wie Epoxyharzen, Vinylesterharzen und Polyesterharzen, verwendet werden.
  • Der Überzug an amorphem Kohlenstoff verbessert die Handhabbarkeit der Fasern und schützt sie gegen Verknäulungen.
  • In den folgenden Beispielen ist die Erfindung noch näher erläutert.
  • Es wurden folgende' Materialien verwendet: Sohlenstofffasern, Polyvinylidenchlorid, Hexamethylphosphoramid, Polyacrylnitril, Dimethylformamid, Polyvinylchlorid, Methyläthylketon und Stickstoff; gehärtete Epoxyharze, Vinylesterharze, Polyesterharze und Asphalt. Wenn Polyvinylidenchlorid als Kohlenstoffvorläufer verwendet wird, dient Hexamethylphosphoramid als Lösungsmittel. Mit Polyacrylnitril als Vorläufer wird Dimethylformamid als Lösungsmittel verwendet. Methyläthylketon ist das Lösungsmittel für Polyvinylchlorid.
  • Die Kohlenstoffasern hatten die folgenden Eigenschaften: Faden Mittlere Zug- Elastizitäts-Faser Durchmesser Dichte festigkeit Modul2 Typ Mikron g/ccm kg/cmt kg/cm HM 8.3+.35 0,0012 17,5-24,5x10-3 3,5-4,2x10-6 HT 8.6+-.45 0,0011 21-28x10-3 2,24-2,8xlO 6 Diese Fasern wurden aus Polyacrylnitril als Ausgangsmaterial hergestellt. Die Fasern vom HM Typ wurden bei 23000C graphitiert. Die Fasern vom HT Typ wurden bei einer Maximaltemperatur von 15000C hergestellt.
  • Das für Polyvinylidenchlorid als Lösungsmittel verwendete Hexamethylphosphoramid war ein Handelsprodukt.
  • Das Polyacrylnitril hatte ein Molekulargewicht von 312 000, bestimmt durch Viskositätsmessungen. Als Lösungsmittel wurde für Polyacrylnitril analytisch reines Dimethylformamid verwendet.
  • Der benutzte Stickstoff war vorgereinigt und der Hersteller garantierte dafür, daß er weniger als 5 ppm 02 und 99,99 Prozent N2 enthielt.
  • Das Epoxyharzsystem bestand aus dem Epoxyharz ERL 2256 und dem Härter ZZL 0820. Das Verhältnis vom Harz zum Härter lag bei 100/37 Gewichtsteilen. Die Epoxyharzmischungen wurden bei Raumtemperatur über Nacht stehengelassen. Dann wurden sie 2 Stunden bei 820C und 2 Stunden bei 14800 gehärtet.
  • ERL 2256 ist eine Mischung, die 62,5 Prozent Diglycidyl-Äther von Bisphenol A und 37,5 Prozent Bis(2,3-epoxycyclo pentyl)Ether enthält. ZZL 0820 ist eine eutektische Mischung von m-Phenylendiamin und Methylendianilin.
  • Beispiel I 22,86 cm lange Taue ausgraphitierten Kohlenstoffasern wurden an ihren Enden an einem Graphithalter befestigt.
  • Eine Lösung, die 10 g/liter Polyvinylidenchlorid (PVDC) in Hexamethylphosphoramid (HMPA) enthielt, wurde entlang der Länge des Kabels mit einer medizinischen Tropfvorrichtung aufgebracht. oberschüssige Lösung wurde mit Saugpapier aufgenommen. Das Kabel wurde nach dem folgenden Schema erwärmt: Temperatur oC Zeit, Minuten Atmosphäre 139 70 Luft 179-200 60 h 430-450 61 2 530-550 78 N2 Es wurden 6 Teststreifen hergestellt, von denen jeder eine einzige Länge des behandelten Kabels, eingekapselt in einen tberschuß an Epoxyharz, enthielt. Die Dimensionen der Teststreifen waren 0,38 x 12,7 x 127 mm. Sie wurden unter Verwendung von 2 Platten aus Polyäthylenterephthalat und geeigneten Abstandshaltern zur Kontrolle der Breite und der Dicke hergestellt. Die ausgehärteten Streifen wurden unter Spannung in einer Instron Test in Maschine bei einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 5 mm/Min. gebrochen.
  • Die an dem gebrochenen Ende herausragenden Fasern wurden in das Beobachtungsfeld eines optischen Mikroskops mit 400-facher Vergrößerung gebracht. Die hervorragende Länge der 130-160 Fasern von zehn gebrochenen Enden wurde mit Hilfe einer kalibrierten Skala des Mikroskops gemessen.
  • Es wurden insgesamt 1426 Messungen durchgeführt. Die mittlere herausragende Länge aus diesen Messungen lag bei 482,6 x 10 4 mm. Die Grenzflächenscherfestigkeit wurde nach der Gleichung berechnet: d d 41 r= Scherfestigkeit; d n Faserdurchmesser; = Reißfestigkeit der Faser; 1 I mittlere "herausragende" Länge.
  • Es ergibt sich daraus eine Grenzflächenscherfestigkeit von 809 kg/cm2. Bei unbehandelten Kohlenstoffasern erhält man unter gleichen Bedingungen eine Grenzflächenscherfestigkeit von 530,6 kg/cm².
  • Beispiel II Es wurden graphitierte Kohlenstoffasern vom HM Typ mit einem oberzug an amorphem Kohlenstoff versehen. Dazu wurden die Kohlenstoffasern nacheinander von einer Zuführungswalze (A) über eine Faserführeinrichtung (B) in ein Imprägnierbad (C), dann zwischen einem Paar von infraroten Lampen (D), zwischen zylindrischen Heizeinheiten (1), über Führungswalzen (F), zwischen einem zweiten Paar von zylindrischen Heizeinheiten (2), über Führungswalzen (G), (H) und (I), zwischen anderen zylindrischen Heizeinheiten (3), (4) und (5), die in Reihe angeordnet waren, unter ein Stickstoffeinlaßrohr (J) und auf eine Aufnahmewalze (E) geführt. Bei diesem Verfahren wird die Kohlenstoffaser durch eine Lösung eines karbonisierbaren organischen Vorläufers bei (C) gefuhrt. Das Lösungsmittel wird in die Luft verdampft beim Durchgang der Faser zwischen den infraroten Lampen (D) und den Heizeinheiten(l)und(2). Die Faser passiert dann die Heizeinheiten (3), (4) und (5), wo eine Karbonisierung des organischen Vorläufers eintritt.
  • Es wurden drei Versuche durchgeführt, bei denen die Konzentration des -Polyvinylidenchlorids in Hexamethylphosphoramid bei (C) jeweils bei 1,25 gpl, 5 gpl und 10 gpl läg.
  • Die Wandergeschwindigkeit der Faser lag zwischen 2,3 und 2,9 meter/Stunde. Tn das System wurde vorgereinigter Stickstoff eingeleitet. Die Temperaturen der Öfen waren wie folgt: 1. 7-720C; 2. 145l5400; 3. 1800C; 4. 40000 5. 93594000.
  • Das erhaltene Kabel hatte in allen Fällen einen geringeren Durchmesser und war steifer als das unbehandelte Kabel.
  • Durch einfachen Vergleich kann man feststellen, daß die Steifigkeit und die Abnahme des Durchmessers des Taues mit zunehmender Konzentration des Polyvinylidenchlorids in der Imprägnierlösung zunehmen. Das erhaltene Kabel war in allen Fällen gut handhabbar und neigte weniger zum Verknäulen als das unbehandelte Kabel.
  • Es wurden Verbundkörper mit Epoxyharz von behandelten Fasern aus jedem Versuch und von unbehandelten Fasern hergestellt. An diesen Verbundkörpern wurde die interlaminare Scherfestigkeit nach der sogenannten short beam-Methode gemessen. Die Ergebnisse dieser Messung bei 60 Vol.O graphitierter Fasern und die Zerreißfestigkeiten der Fasern sind in der folgenden Tabelle angegeben: Tabelle I PVDC Konz. I.L.S y.(1) Zerreißfesti keit (2) gpl. kg/cm kg/cm2 x 10-§ 0 438 18,8 1,25 512 21,5 5,0 532 22,7 10,0 489 21,8 (1) Interlaminare Scherfestigkeit (I.L.S.F.) Es wurde ein Teststab hergestellt, indem ein mit Harz imprägniertes Kabel in eine rechteckige, an den Enden offene Form eingebracht wurde. uberschüssiges Harz wurde durch die offenen Enden durch Anwendung von Druck durch einen in die Form eingeführten Stab mit einem rechteckigen Kolben entfernt. Die Dicke des Teststabes wird durch die Schultern des Druckstabes bestimmt. Die Dimensionen des Teststabes waren 3,3 x 6,35 x 177,8 mm. Der Stab wurde für die Messung der interlaminaren Scherfestigkeit in Teststücke von einer Länge von 16,13 mm geschnitten. Der Test wurde nach ASTM-D 2344-67 durchgeführt. Das Verhältnis von Weite zu Tiefe war geringfügig kleiner als 4:1.
  • Die Teststäbe wurden so hergestellt, daß sie 60 Vol.% parallele Fasern enthielten. Der tatsächliche Fasergehalt wurde analytisch durch Digerieren eines Teils des Stabes mit Salpetersäure ermittelt. Die Dichte wurde aus den Dimensionen von jedem Teststab und seiner Masse in Luft berechnet.
  • (2) Messung der Zerreißfestigkeit der Faser.
  • Bei der verwendeten Methode wird eine Einzelfaser untersucht. Die Methode ist in folgendem "Air Force Report" beschrieben: Evaluation Technique for Fibers and Yarns.
  • -Used by Fibrous Materials Branch, Non-metallic Materials Branch, Air Force Materials Laboratory. AFML-TR-67-159, Fibrous Materials Branch, September, 1967.
  • Die ermittelten Werte zeigen, daß Epoxyharzverbundkörper mit graphitischen Fasern, die einen amorphen Eohlenstoffüberzug besitzen, eine bessere interlaminare Scherfestigkeit gegenüber Verbundkörpern mit dicht überzogenen Fasern besitzen. Diese Verbesserung wird bei Fasern beobachtet, die mit allen angqfuhrten Konzentrationen von Polyvinylidenchlorid in der Imprägnierlösung, überzogen wurden. Ein Optimum in den Eigenschaften ist bei einer Konzentration des Polyvinylidenchlorids bei etwa 5 gpl zu beobachten.
  • Die mittlere Zerreißfestigkeit-der mit Kohlenstoff über zogenen Fasern dieses Beispiels lag bei 21 980 kg/cm2.
  • Vor dem überziehen lag die mittlere Zerreißfestigkeit der 2 gleichen-Fasern bei 18 830 kg/cm Beispiel III Es wurden graphitierte Kohlenstoffasern vom HM Typ zur Herstellung von Verbundkörpern mit Expoxyharz verwendet, wobei die Verbundkörper etwa60 bis 71 Vol.% Kohlenstofffasern enthielten. Es wurde dann die interlaminare Scherfestigkeit dieser Verbundkörper nach der gleichen Methode wie in Beispiel II bestimmt.
  • Die Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle II angeführt: Tabelle II I.L.S.F.
  • Kohlenstoffasern I.L.SiF.
  • Vol. kg/cm 59,5 513 67,6 599 69,4 510 71,2 398 Es wurden die gleichen Fasern und die gleiche Vorrichtung wie in Beispiel II verwendet Die Fasern wurden mit einer Lösung imprägniert, die 10 gpl in Dimethylformamid gelöstes Polyacrylnitril enthielt. Gereinigter Stickstoff wurde in das System mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 2120 ml/Min. eingeleitet. Die Temperaturen der Öfen war wie folgt: 1. 24000; 2. 207°C; 3. 2200C; 4. 4-650C; 5. 94000. Das bei dieser Behandlung erhaltene Tau glich demjenigen von Beispiel II.
  • Die mit Kohlenstoff überzogenen Fasern wurden zur Herstellung von Verbundkörpern mit Epoxyharz verwendet. Die Verbundkörper enthielten 62 bis 72 Vol.% Fasern. Die interlaminarenScherfestigkeiten dieser Verbundkörper sind in der folgenden Tabelle III angeführt: Tabelle III Kohlenstoffasern I.L.S.F.
  • Vol.% Xg/cm2 62,4 595 67,6 722 71,7 656 Aus diesen Werten geht hervor, daß die mit amorphem Kohlenstoff überzogenen Fasern mit Epoxyharzen Verbundkörper mit einer besseren interlaminaren Scherfestigkeit ergeben als ähnliche Verbundkörper mit entsprechenden nicht überzogenen Fasern. Die interlaminare Scherfestigkeit von Eohlenstofffaser-Epoxyharz-Verbundkörpern wird deshalb bei hohen Faserkonzentrationen bei Verwendung von mit Kohlenstoff äberzogenen Kohlenstoffasern wirksamer erhalten als mit nicht überzogenen Fasern.
  • Die mittlere Festigkeit der mit Kohlenstoff überzogenen Fasern lag bei 17 570 kg/cm2, wogegen die mittlere Festigkeit der gleichen Fasern vor dem tiberziehen nur bei 16 170 kg/cm2>lag Beispiel IV Graphitierte Kohlenstoffasern vom HM Typ wurden mit einer Lösung von Polyvinylchlorid in Methyläthylketon imprägniert und mit einer modifizierten Ausrüstung gegenüber Beispiel II behandelt.
  • Es wurden zwei Versuche durchgeführt. Bei einem Versuch lag die Konzentration von Polyvinylchlorid in der Impragnierlösung bei 3,5 gpl und beim zweiten bei 10 gpl. In das System wurde Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 2000 ml/Min. eingeleitet. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Faser betrug 2,47 miStunde. Die Temperaturen in den Erwärmungseinheiten waren wie folgt: 3. 2200C; 4. 460°C; 5. 935° - 490°C. Das durch diese Behandlung erhaltene Kabel glich demjenigen von Beispiel II.
  • Es wurden. Verbundkörper aus Epoxyharzen und Fasern von jedem dieser Versuche und ebenso mit den unbehandelten Fasern hergestellt. Die interlaminare Scherfestigkeit und die Zerreißfestigkeit der Fasern sind in Tabelle IV zusammengestellt. Die Ergebnisse für die interlaminare ScherSestigkeit sind auf einen Gehalt von 60 Vol.% graphitierter Fasern normalisiert.
  • Tabelle IV PVC Konz. I.L.S.F. Zerreißfestigkeit der Faser gpl kg/cm2 kg/cm2 x 10-) 0 791 16,5 3,5 868 19,1 10,0 882 19,3 Diese Ergebnisse zeigen eine Verbesserung der interlaminaren Scherfestigkeit und der Zerreißfestigkeit der Faser nach dem flberziehen mit sich aus Polyvinylchlorid ableitendem Kohlenstoff.
  • Beispiel V Graphitierte Kohlenstoffasern vom HM Typ wurden kontinuierlich durch die Einrichtung von Beispiel II geführt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Faser durch die Einrichtung wurde zwischen 1,5 bis 2,7 m/Stllnde variiert. Die Fasern durchlief en eine Lösung von Polyvinylidenchlorid in Hexamethylphosphoramid. Das Lösungsmittel wurde durch infrarot Lampen in Luft verdampft. Die Fasern wanderten dann durch ein kontinuierliches Rohr aus Borsilikatglas, das durch die Hochtemperaturöfen 3, 4 und 5 erwärmt wurde.
  • Sie wurden dann auf einer von einem Motor angetriebenen Rolle aufgewickelt. Die Temperaturen für die Heizeinheiten sind in der folgenden Tabelle angegeben: Tabelle V Keizeinheit 1 2 3 4 5 Temperaturbereich, OG 60-75 145-200 210-225 580-390 800-1150 In das Rohr aus Borsilikatgias wurde Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 2000 ml/Min. eingeleitet. Gleichzeitig wurde Sauerstoff in den Stickstoffstrom mit einer bestimmten Geschwindigkeit eingeführt. Die Analyse des aus dem Rohr austretenden Stickstoffs zeigte einen Sauerst gehalt von 1000 ppm auf Volumenbasis.
  • Es wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt, bei denen die Temperatur in den Heizeinheiten 1 bis 4 in allen Fällen innerhalb des in Tabelle V angegebenen Bereichs lag. Bei jedem Versuch wurde die Temperatur in der Heizeinheit 5 bei einer bestimmten Temperatur innerhalb des in Tabelle V angegebenen Bereichs gehalten. Bei dieser Versuchsreihe war die Konzentration von Polyvinylidenchiorid in Hexamethylphosphoramid 10 gpl.
  • Aus den so hergestellten Fasern und aus unbehandelten Fasern wurden mit Epoxyharzen Verbundkörper hergestellt.
  • Die interlaminare Scherfestigkeit bei 60 Vol.% graphitierten Fasern und die Zerreißfestigkeit der Fasern sind in der folgenden Tabelle VI angegeben: Tabelle VI Temperatur oc Zerreißfestigkeit Interlaminare der Faser Schere stigkeit kg/cm2 kg/cmt kg/cm Unbeh-. Fasern 20 230 206,5 825 24 850 319,2 880 25 970 470,4 950 22 610 908,6 960 20 790 996,1 1 010 18 270 931 1 110 18 200 684,6 L 125 27 370 653,8 Diese Werte zeigen, daß die mit Kohlenstoff überzogenen Fasern eine verbesserte Zerreißfestigkeit und eine wesentlich verbesserte Bindung an Epoxyharze haben.
  • Beispiel VI Es wurden einige Versuche durchgeführt, bei denen Kohlenstoffasern vom HT Typ durch eine Einrichtung wie bei Beispiel II geführt wurden. Bei diesen Versuchen wurde die Sauerstoffkonzentration in der Stickstoffatmosphäre zwischen 296 und 3140 ppm auf Volumenbasis geändert.
  • Bei allen Versuchen betrug die Konzentration von Polyvinylidenchlorid in Hexamethylphosphoramid 10 gpl. Die Temperatur der Heizeinheit 5 wurde bei 920°C gehalten.
  • In der Tabelle VII sind die Zerreißfestigkeiten der behandelten Fasern und ihre interlaminare Scherfestigkeit in Verbundkörpern mit Epoxyharzen und außerdem die während der Behandlung aufrechterhaltene Sauerstoffkonzentration angegeben.
  • Tabelle VII 02-Eonz. Zerreißfestigkeit Interlaminare Vol. -ppm der tfiser Scherfestigkeit kg/cm² kg/cm² Unbehandelt 19 250 333,2 296 18 690 414,4 518 25 620 738,5 1 065 19 740 968,1 1 485 16 520 987 1 770 18 620 938,7 2 090 17 220 937,3 2 410 19 950 960,4 2 900 17 080 910 3 140 15 890 983,5 Aus diesen Werten geht hervor, daß relativ kleine Änderungen in der Zerreißfestigkeit bei Erhöhung der Sauerstoffkonzentration bei der Behandlung der Fasern auftreten. Außerdem ist aus der Tabelle die Verbesserung der interlaminaren Scherfestigkeit bei verschiedenen Sauerstoffkonzentrationen zu ersehen.
  • Beispiel VII Kohlenstoffasern vom HT Typ wurden mit einer Lösung imprägniert, die 5 gpl Polyacrylnitril in Dimethylformamid enthielt. Die imprägnierten Fasern wurden mit einer modifizierten Einrichtung nach Beispiel II behandelt. Bei der modifizierten Einrichtung wurde die Imprägnierlösung von Punkt (C) in eine Stellung in der Nähe des Punktes (I) verschoben. Die Rolle zur Aufnahme der Faser wurde von Punkt (A) zu Punkt (H) verschoben. Heizeinheiten 1 und 2 wurdenflnicht verwendet. Es wurde Stickstoff, der 1080 ppm Sauerstoff enthielt, in das System mit einer Geschwindigkeit von 2000 ml/Min. eingeleitet. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Faser in dem System betrug 2,65 m/Stunde. Die Temperaturen der Heizeinheiten betrugen: 3. 222°C; 4. 46000; 5. 94-50c.
  • Aus den so behandelten Fasern und aus unbehandelten Fasern wurden Verbundkörper mit einem Epoxyharz hergestellt. Die interlaminare Scherfestigkeit der Verbundkörper mit 60 Vol.% Fasern lag bei den behandelten Fasern bei 927,5 kg/cm2 und bei den unbehandelten Fasern bei 238,7 kg/cm2.
  • Beispiel VIII Kohlenstoffasern vom HT Typ wurden mit einer Lösung von Asphalt in p-Xylol imprägniert und durch eine modifizierte Einrichtung gemäß Beispiel II geführt.
  • Der verwendete Asphalttyp war ein handelsüblicher Typ mit einem Erweichungspunkt im Bereich von 85 bis 9300. Die Asphaltkonzentration in der p-Xylol-Imprägnierlösung betrug 20 gpl. In das System wurde Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 2000 ml/Min. eingeführt. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Faser betrug 3,05 m/Std. Die Temperaturen der Heizeinheiten waren wie folgt: 3. 158°C; 4. 45800; 5. 94000. Das erhaltene Kabel war demjenigen von Beispiel II ähnlich.
  • Aus den so behandelten Fasern und ebenso aus unbehandelten Fasern wurden mit Epoxyharz Verbundkörper hergestellt.
  • Die interlaminare Scherfestigkeit der Verbundkörper, die 60 Vol.% unbehandelte Faser enthielten, lag bei 238,7 kg/cm2, wogegen diejenige der entsprechenden Verbundkörper mit überzogenen Fasern 358,4 kg/cm2 betrug. Die Zerreißfestigkeit der unbehandelten Kohlenstoffasern betrug 18,550 kg/cm2 gegenüber 238520 kg/cm2 für die behandelten Fasern.
  • Beispiel IX Es wurden Kohlenstoffasern vom HM Typ mit einer Lösung von Asphalt in p-Xylol imprägniert und in einer modifizierten Einrichtung gemäß Beispiel II behandelt.
  • Der verwendete handelsübliche Asphalt hatte einen Erweichungsbereich.von85 bis 9300. Die Konzentration des Asphalts in der p-Xylol Imprägnierlösung lag bei 2,5 gpl.
  • In das System wurde Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 2000 ml/Min. eingeleitet. Die Faser hatte eine Bewegungsgeschwindigkeit von 2,71 m/Std. Die Temperaturen in den Heizeinheiten waren wie folgt: 3. 16700; 4. 44700; 5. 94000. Es wurde ein ähnliches Kabel erhalten wie bei Beispiel II.
  • Aus den so behandelten Fasern und ebenso aus unbehandelten Fasern wurden Verbundkörper mit Epoxyharz hergestellt. Die interlaminare Scherfestigkeit der Verbundkörper, die 60 Vol.% unbehandelte Fasern enthielten, betrug 724,5 kg/cm2, wogegen die bei den Verbundkörpern mit behandelten Fasern bei 795,2 kg/cm2 lag. Die Zerreißfestigkeit der unbehandelten Fasern lag bei 20 090 kg/cm2 gegenüber 19 600 kg/cm2 bei den behandelten Fasern.
  • Beispiel X Kohlenstoffasern vom HT Typ wurden mit einer Methyläthylketonlösung, die eine Mischung von Epoxyharzen und einem Aminhärter enthielt, imprägniert. Die Epoxyharzmischung enthielt 62,5 % Diglycidyläther von Bisphenol A und 37,5 % Bis(2,3-epoxycyclopentyl)äther. Der Aminhärter war eine eutektische Mischung von m-Phenylendiamin und Methylendianilin. Vor dem Auflösen in Methyläthylketon wurden das Epoxyharz und der Härter im Gewichtsverhältnis 100/37 gemischt. Die Konzentration der Harz-Härtemischung lag bei 20 gpl. Die imprägnierten Fasern wurden durch die Einrichtung von Beispiel II gefuhrt.
  • In das System wurde Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 2000 ml/Min. eingeleitet. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Faser lag bei 3,78 m/Std. Die Temperaturen der Heizeinheiten waren wie folgt: 1. 97°C; 2. 920C; 3. 22200; 4. 4600C; 5. 94000. Es wurde ein ähnliches Kabel wie bei Beispiel II erhalten.
  • Aus den so behandelten1 mit Kohlenstoff überzogenen Fasern und aus unbehandelten Fasern wurden mit Epoxyharz Verbundkörper hergestellt. Die interlaminare Scherfestigkeit der Verbundkörper, die 60 Vol.% der behandelten oder unbehandelten Fasern enthielten, lag bei 238,7 kg/cm2 bzw. 351,4 kg/cm2.
  • Die Zerreißfestigkeiten der unbehandelten und der mit Kohlenstoff uberzogenen Fasern betrug 18 550 kg/cm² bzw.
  • 22 120 kg/cm2 Beispiel XI Es wurden graphitierte Kohlenstoffasern vom HM Typ mit einer Lösung von Polyvisylchlorid in Methyläthylketon imprägniert und wie in Beispiel IV behandelt. Die Konzentration des Polyvinylchlorids in der Imprägnierlösung lag bei 5 gpl. Durch das System wurde Stickstoff mit einer Geschwindigkeit von 2000 ml/Min. geleitet. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Faser lag bei 2,59 m/Std. Die Temperaturen der Heizeinheiten waren wie bei Beispiel IV.
  • Nach der Behandlung wurde ein ähnliches Kabel wie bei Beispiel II erhalten.
  • Es wurde ein Verbundkörper aus einem Vinylesterharz und einem Teil des so hergestellten Kabels angefertigt. Das Vinylesterharz war das Reaktionsprodukt von etwa äquivalenten Mengen an Methacrylsäure und einem mit Maleinsäureanhydrid nachreagierten Polyepoxid, im wesentlichen gemäß Beispiel 4 der US-PS 3 564 074. Für Vergleichszwecke wurde ein ähnlicher Verbundkörper aus den ursprünglich unbehandelten Fasern hergestellt. Die Konzentration der Kohlenstoffasern wurde in jedem Verbundkörper durch Messung der Dichte des Verbundkörpers, der Dichte der Kohlenstoffaser und der Dichte des Vinylesterharzes errechnet. Der Verbundkörper aus mit Kohlenstoff überzogenen Kohlenstofffasern enthielt 51,1 Vol.% Kohlenstoffasern und hatte eine interlaminare Scherfestigkeit von 515,9 kg/cm2.
  • Normalisiert auf einen Gehalt von 50 Vol.% Kohlenstofffasern ergibt sich daraus eine interlaminare Scherfestigkeit von 504,7 kg/cm². Der Verbundkörper aus den nicht uberzogenen Kohlenstoffasern enthielt 48,2 Vol.% Kohlenstofasern und hatte eine interlaminare Scherfestigkeit von 410,2 kg/cm2. Umgerechnet auf einen Gehalt an 50 Vol.% Fasern errechnet sich daraus eine interlaminare Scherfestigkeit von 425,6 kg/cm2. Aus diesen Ergebnissen geht eine ganz beachtliche Erhöhung der interlaminaren Scherfestigkeit durch Verwendung von mit Kohlenstoff überzogenen Kohlenstoffasern bei Verbundkörpern mit Vinylesterharz hervor.
  • Beispiel XII Es wurden graphitierte Kohlenstoffasern, die mit Kohlenstoff aus Polyvinylchlorid gemäß Beispiel XI überzogen werden, zur Herstellung von einem Verbundkörper mit einem Polyesterharz verwendet. Dieses handelsübliche Polyesterharz enthielt das Reaktionsprodukt von Terephthalsäure, Äthylenglycol und Maleinsäureanhydrid und 50 Gew.% monomeres Styrol. Zum Vergleich wurde ein Verbundkörper auch aus unbehandelten Kohlenstoffasern hergestellt. Der Fasergehalt wurde aus der Dichte des Verbundkörpers und der Dichte jeder Komponente des Verbundkörpers errechnet.
  • Der Verbundkörper aus den mit Kohlenstoff überzogenen Fasern enthielt 46 Vol.% Kohlenstoffasern und hatte eine interlaminare Scherfestigkeit von 385,7 kg/cm2. Umgerechnet auf einen Fasergehalt von 50 Vol.O/o entspricht dies einer interlaminaren Scherfestigkeit von 420 kg/cm2. Der Verbundkörper aus den unbehandelten Fasern hatte bei einer Faserkonzentration von 46,5 Vol.% eine interlaminare Scherfestigkeit von 342,3 kg/cm². Umgerechnet auf einen Fasergehalt von 50 Vol.% entsprach dies einer interlaminaren 2 Scherfestigkeit von 368,2 kg/cm2.
  • Es ist infolgedessen auch bei Verbundkörpern aus Polyestern und Kohlenstoffasern eine erhebliche Verbesserung der interlaminaren Scherfestigkeit bei Verwendung von Kohlenstoffasern, die mit amorphem Kohlenstoff überzogen sind, festzustellen.

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Kohlenstoffaser mit verbesserter Bindung zu einem Harzgrundmaterial und mit einem Young-Modul parallel zur Faserachse von mindestens 8,4 x 105 kg/cm², dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Faser mit einem im wesentlichen kontinuierlichen Überzug aus amorphem Kohlenstoff mit einer Dicke von 20 bis 200 i überzogen ist, wobei der Überzug erhalten wurde durch Ablagerung eines thermisch karbonisierbaren organischen Vorläufers auf der Kohlenstoffaser und durch thermisches Karbonisieren zu amorpher Form bei Temperaturen von weniger als 12000C.
2. Verfahren zur Herstellung einer Kohlenstoffaser mit hohem Modul und verbesserter Haftung zu einem Harzgrundmaterial ohne wesentliche Reduzierung der Flexibilität der Faser, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die äußere Oberfläche der vorgebildeten Kohlenstoffaser, die einen Young-Modul Parallel zur Faserachse von mindestens 8,4 x 105 kg/cm2 hat, einen im wesentlichen kontinuierlichen Oberzug aus amorphem 0 Kohlenstoff mit einer Dicke von 20 bis 200 A aufbringt, wobei dieser Überzug durch Ablagerung eines thermisch karbonisierbaren organischen Vorläufers auf der Kohlenstoffaser und thermische Karbonisierung zu amorpher Form bei Temperaturen von weniger als 12000C erhalten wurde.
3. Verbundkörper aus einem Harzgrundmaterial und einer Vielzahl von flexiblen Kohlenstoffasern mit einem Young-Modul parallel zur Faserachse von mindestens 8,4 x.105 kg/cm2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Faser mit einem im wesentlichen kontinuierlichen Überzug aus amorphem Kohlenstoff mit einer Dicke von 20 bis 200 Å versehen ist, der durch Ablagerung eines thermisch karbonisierbaren organischen Vorläufers auf der Kohlenstoff as er und durch thermisches Karbonisieren zu amorpher Form bei Temperaturen von weniger als 12000C erhalten wurde.
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3976746A (en) * 1974-06-06 1976-08-24 Hitco Graphitic fibers having superior composite properties and methods of making same
GB1460876A (en) * 1975-01-03 1977-01-06 Coal Ind Carbon artefacts
US4073869A (en) * 1975-06-05 1978-02-14 Celanese Corporation Internal chemical modification of carbon fibers to yield a product of reduced electrical conductivity
US4255478A (en) * 1979-03-14 1981-03-10 The United States Of American As Represented By The Secretary Of The Air Force Composite structures
JPS5742927A (en) * 1980-08-28 1982-03-10 Secr Defence Brit Production of high strength and high elastic ratio reinforcing fiber and composite material containing same
US4374114A (en) * 1981-01-05 1983-02-15 Celanese Corporation Process for the surface modification of carbon fibers
DE3221785C2 (de) * 1982-06-09 1986-10-23 Glyco-Metall-Werke Daelen & Loos Gmbh, 6200 Wiesbaden Schichtverbundwerkstoff mit metallischer Trägerschicht und Gleit- bzw. Reibschicht, sowie Verfahren zu seiner Herstellung
US4439303A (en) * 1982-06-28 1984-03-27 Maurice Cocchi Crystallographically-oriented spatially-dispersed conductive fiber electrode
US4472541A (en) * 1982-10-01 1984-09-18 The Bendix Corporation Secondary matrix reinforcement using carbon microfibers
FR2657603B1 (fr) * 1990-01-29 1993-07-09 Pechiney Electrometallurgie Procede d'obtention de corps solides poreux a base de carbure refractaire a l'aide de composes organiques et de metal ou metallouide.
US5677084A (en) * 1992-12-25 1997-10-14 Toray Industries, Inc. Electrode and secondary battery using the same
US5641572A (en) * 1993-12-27 1997-06-24 Mitsubishi Chemical Corporation Short carbon fiber bundling mass, process for producing the same and fiber-reinforced thermoplastic resin composition
ES2153273B1 (es) * 1998-03-18 2001-09-01 Univ Madrid Complutense Soporte con lamina simple de fibra de carbono para restauracion de pintura mural y realizacion de obras pictoricas y escultoricas.
WO2013027674A1 (ja) * 2011-08-19 2013-02-28 積水化学工業株式会社 炭素繊維複合材

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3102047A (en) * 1958-06-23 1963-08-27 Gen Electric Co Ltd Processes for production of low permeability carbon
US3367812A (en) * 1962-11-14 1968-02-06 Union Carbide Corp Process of producing carbonized articles
US3395970A (en) * 1963-10-30 1968-08-06 Deering Milliken Res Corp Method of carbonizing polyacrylonitrile impregnated cellulose, cyanoethylated cellulose and acrylonitrile graft copolymerized cellulose textiles
CH483467A (de) * 1967-12-08 1969-12-31 Ciba Geigy Härtbare Mischungen aus Epoxidharzen, Polycarbonsäureanhydriden und Aminbeschleunigern
CH484972A (de) * 1967-12-08 1970-01-31 Ciba Geigy Härtbare Mischungen aus Epoxidharzen, Dicyandiamid und Aminbeschleunigern
GB1300393A (en) * 1969-08-30 1972-12-20 Dunlop Holdings Ltd Carbon composites
US3705236A (en) * 1969-11-01 1972-12-05 Nippon Carbon Co Ltd Method of producing carbon fibers
US3821013A (en) * 1972-02-07 1974-06-28 Celanese Corp Surface modification of graphite fibers

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NL7415738A (nl) 1976-06-08
US3853610A (en) 1974-12-10
JPS5170326A (de) 1976-06-17
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FR2295141B1 (de) 1977-05-20

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