DE2818528A1

DE2818528A1 - Kohlenstoffkoerper mit ausgezeichneter mikrostruktur

Info

Publication number: DE2818528A1
Application number: DE19782818528
Authority: DE
Inventors: Erich Prof Dr Fitzer; Fritz Dr Grieser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-04-27
Filing date: 1978-04-27
Publication date: 1979-10-31

Description

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Bezeichnung der Erfindung: "Kohlenstoffkörper mit ausgezeichneter Mikrostruktur" Das Ziel des beanspruchten Verfahrens besteht in der Ausbildung einer stark gerichteten platten- oder stengelförmigen Mesophase durch Scherung einer Kohlenwasserstoffmatrix, die an sich bei weiterer thermischer Behandlung auch ohne Scherung zur Ausbildung einer sphärolytischen Mesophase geeignet sein würde.
Die Ausbildung der Mesophase unter Scherwirkung und nicht über Sphärolyte hat den Vorteil, daß die Aufzehrung der isotropen Matrix unter Bildung einer gerichteten plattenförmigen Bulk-Mesophase ohne Verwerfungen derselben entsteht, wenn die Ausbildung der Bulk-Mesophase, d.h. der Aufzehrung der isotropen Matrix noch unter dieser Scherbeanspruchung erfolgt.
Die Auswirkung auf den Koks besteht nun in einer verwerfungsfreien Ausrichtung der Schichten, die bekanntlich wegen der chemischen Bindung in den Schichten hohen E-Modul und hohe Festigkeit zeigen und die Freiheit von Verwerfungen die Abwesenheit von Kerbstellen sicherstellt.
AusiUhrungsbeispiele: 1 i Mol Biphenyl wird mit 1,5 Mol AlCl3 im Reaktionsgefäß vorgelegt und auf 1350C erwärmt. Im Laufe von 45 min. wird durch einen Rüttelmechanismus 1 oder 2 Mol CuCl2 zugegeben. Die Reaktion springt erst nach 10 min.
an (starke HCl-Entwicklung). Die Polymerisation ist stark exotherm. Nach 1,5 Std. wird die Reaktion mit ca.
500 ml konzentrierter Salzsäure gelöscht. Das zu porösem Klumpen zusamiengeballte Produkt wird mit weiterer HC1 aufgesetzt und mit einem Schnell rotierenden Glasrührer zerschlagen. Das entstandene körnige Polymer wird mehrfach mit konzentrierter Salzsäure erwärmt und abfiltriert, um die anorganischen Komponenten zu lösen. Die Behandlung wird anschließend mit Methanol als Lösungsmittel mehriach wiederholt.
Nach der Herstellung des Rohmaterials wird dieses fraktioniert. Es wird eine Fraktion gewonnen, die in Petroläther unlöslich in Chlorbenzol jedoch löslich ist. Dazu wird das Rohmaterial in Chlorbenzol gelöst und über eine Keramikfritte abiiltriert . Der Rückstand wird verworfen. Aus dem Filtrat wird das Lösungsmittel abgedampft. Danach wird das Material in Petroläther gelöst und ebenfalls filtriert.
Das Filtrat wird verworfen. Der Rückstand wird in einem Temperaturbereich von 350 bis 4500C während einer Zeit von i - 3 Stunden unter Schutzgas thermisch vorbehandelt bis kurz vor dem Einsetzen der Mesophasenbildung. Mit Hilfe einer Spinnapparatur wird sodann die vorbehandelte Polynerschmelze mit einem Druck von 1,5 bar unter Schutzgas zu Fäden versponnen. Die Fasern müssen anschließend in einem Temperaturintervall von 200 bis 35000 bei einer Aufheizrate von 30 00/h an Luft stabilisiert werden.
Obwohl in ruhenden Schmelzen, die der gleichen thermischen Behandlung ausgesetzt sind, noch keine anisotropen Bereiche im Polarisationsmikroskop beobachtet werden können, ist dies bei den gesponnenen Fasern der Fall. Daraus folgt, daß die beim Verspinnen auftretenden Scherbeanspruchungen die Ausbildung von Mesophasenstrukturen initiieren4 2. Ein Petrolpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 70 und 1200C wird in Chlorbenzol gelöst und über einer Keramikfritte abfiltriert. Der Rückstand wird verworfen.
Aus dem Filtrat wird das Lösungsmittel abgedampft.
Danach wird das Material in Petroläther gelöst und ebenfalls filtriert. Das Filtrat wird verworfen. Der Rückstand wird in einem Temperaturbereich von 380 bis 4800 während einer Zeit von 0,5 bis 3 Stunden unter Schutzgas thermisch vorbehandelt bis kurz vor Einsetzen der Mesophasenbildung. Zu diesem Zeitpunkt hat die Schmelze eine Viskosität zwischen 0,05 und 0,1 Pa.s. Mit Hilfe einer Spinnapparatur wird die Schmelze mit einem Druck zwischen 10 und 50 bar unter Schutzgas zu Fasern versponnen. Die Fäden müssen anschließend in einem Temperaturbereich von 280 bis 35000 für eine Zeit zwischen 15 und 45 min an Luft stabilisiert werden. Obwohl in ruhenden Schmelzen die die gleiche thermische Behandlung erfahren haben noch keine anisotropen Bereiche im Polarisationsmikroskop beobachtet werden können, ist dies bei den gesponnenen Fäden der Fall. Auch hier folgt daraus, daß die beim Verspinnen auftretenden Scherbeanspruchungen die Ausbildung der Mesophasenstrukturen initiieren.
3. Ein Steinkohlenteerpech mit einem Erweichungspunkt zwischen 60 und 1000C wird in Chlorbenzol gelöst und über einer Keramikfritte abfiltriert. Der Rückstand wird verworfen. Aus dem Filtrat wird das Lösungsmittel abgedampft.
Danach wird das Material in Petrolether gelöst und ebenfalls filtriert. Das Filtrat wird verworfen Der Rückstand wird in einem Temperaturbereich von 380 bis 4800 während einer Zeit von 2 bis 5 Stunden unter Schutzgas thermisch vorbehandelt bis kurz vor Einsetzen der Mesophasenbildung. Zu diesem Zeitpunkt hat die Schmelze eine Viskosität zwischen 0,1 und 0,2 Pa-s. Mit Hilfe einer Spinnapparatur wird die Schmelze mit einem Druck zwischen 15 und 70 bar unter Schutzgas zu Fasern versponnen. Die Fäden müssen anschließend in einem Temperaturbereich von 300 bis 35000 für eine Zeit zwischen 15 und 45 min an Luft stabilisiert werden. Obwohl in ruhenden Schmelzen die die gleiche thermische Behandlung erfahren haben noch keine anisotropen Bereiche im Polarisationsmikroskop beobachtet werden können, ist dies bei den gesponnenen Fäden der Fall. Auch hier folgt daraus, daß die beim Verspinnen auftretenden Scherbeanspruchungen die Ausbildung der Mesophasenstrukturen initiieren.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Anisotroper Koks, gekennzeichnet durch faserförmige, von Verwerfungen freie, zueinander parallel angeordnete Strukturelemente, deren Länge ein Vielfaches größer ist als ihr Querschnitt, und in denen Graphitschichten in Richtung der Längserstreckung angeordnet sind, die in ihrer Längsausdehnung auf Grund röntgenographischer Messungen unbegrenzt sind.
2. Kohlenstoffkörper nach i dadurch gekennzeichnet, daß er eine Kohlenstoffaser darstellt.
3. Kohlenstoffkörper nach 1 dadurch gekennzeichnet, daß er Bestandteile eines Nadelkokses darstellt.
4. Verfahren zur Herstellung des Formkörpers nach i dadurch gekennzeichnet, daß eine Pechfraktion löslich in Chlorbenzol, aber unlöslich in Petroläther im Temperaturbereich zwischen 350 und 4000C behandelt wird und in einem Zustand vor der Bildung sphärolytischer Mesophase einer Scherwirkung unterworfen wird und die Ausbildung der "Bulk-Mesophase" unter dieser Schereinwirkung erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Scherbeanspruchung durch Verspinnen erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Scherbeanspruchung durch einen Gasstrom in einem rohrartigen Behälter erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Scherwirkung durch rasche Strömung in einem sich verengenden Rohr erfolgt (VENTURI-Prinzip).
8. Verfahren nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Pechfraktion der Extrakt aus einem Gemisch isomerer Polyphenylene ist.