DE3209033C2

DE3209033C2 - Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffasern mit einer im Querschnitt ungeordneten Mosaikstruktur

Info

Publication number: DE3209033C2
Application number: DE3209033A
Authority: DE
Inventors: Hiroto Kokubunji Tokio/Tokyo Fujimaki; Yasuo Iwaki Fukushima Sakaguchi; Ikuo Seo; Kiyoshi Tagaya
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1982-03-11
Publication date: 1984-11-15
Also published as: JPS57154416A; FR2501731A1; DE3209033A1; US4746470A; GB2095222B; JPS639045B2; GB2095222A; CA1173608A; FR2501731B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffasern, die aus einem Mesophasenpech mit einer Viskosität von 1,0 bis 10,0 Pa s bei einer Spinntemperatur von 330 bis 450 ° C in einer rotierenden Zentrifugalspinnmaschine mit einer Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Spinndüse von 300 bis 1000 m/Min. durch rotierendes Zentrifugalspinnen hergestellt werden. Die so gesponnenen Mesophasenpech-Fasern werden einem Gasstrom ausgesetzt, der bei einer Temperatur von 280 bis 400 ° C und einer linearen Geschwindigkeit von 50 bis 200 m/Sek. in eine Spinnrichtung strömt, wodurch Kohlenstoffasern hergestellt werden, die im Querschnitt senkrecht zur Faserachse eine ungeordnete Mosaikstruktur zeigen. Das eingesetzte Mesophasenpech weist unter einem Polarisationsmikroskop mehr als 70% an optisch anisotropem Bereich auf. Das Mesophasenpech enthält nicht mehr als 80 Gew.% chinolin-unlösliche Bestandteile.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffasern mit einer im Querschnitt senkrecht zur Faserachse ungeordneten Mosaikstruktur durch rotierendes Zentrifugalspinnen von Mesophasenpech.

Kohlenstoffasern werden auf vielen Gebieten, z. B. in der Raumfahrt, in der Industrie sowie für Sportartikel eingesetzt, wobei insbesondere Kohlenstoffasern von hoher Festigkeit und Elastizität gefragt sind Während früher als Rohmaterial für Kohlenstoffasern z. B. Polyacrylnitrile, Viskoseseide, Lignine oder Pech in Betracht gezogen wurden, werden heutzutage neben Derivaten des Polyacrylnitril (PAN-Derivat) noch Derivate aus Pech verwendet, und zwar solche aus isotropem und aus anisotropem Pech.

Die aus anisotropem Mesophasenpech erhaltenen Kohlenstoffasern werden durch eine Reihe von thermischen Behandlungsstufen aus synthetischem Pech, der von Petrolpech, Kohlenpech, Naphthalin oder Tetrabenzophenazin stammt, bei einer Temperatur von 350 bis 600° C erhalten, wobei sich in dem Pech ein flüssig-kristalliner anisotroper Bereich, nämlich die Mesophase bildet. Daran schließt sich das Spinnen des die Mesophase enthaltenden Pechs zu Pechfasern an, ferner das Unschmelzbarmachen des Pechs in einer oxydierenden Atmo-Sphäre bei 200 bis 400⁰C und Verkohlen der auf diese Weise unlöslich gemachten Kohlenstoffasern bei 800 bis 1500⁰C. Falls erforderlich, werden die so carbonisierten Fasern bei Temperaturen bis zu 3000⁰C zur Graphitbildung weiter thermisch behandelt

Beobachtungen unter dem Polarisationsmikroskop, mit einem Rasterelektronenmikroskop sowie mit Hilfe der Röntgenbeugungstechnik haben ergeben, daß die vom Mesophasenpech abgeleiteten Kohlenstoffasern eine ausgezeichnete Faserstruktur aufweisen, bei der die Moleküle des Mesophasenpechs parallel zur Faserachse orientiert sind, wobei sich drei Grundtypen der Faserstruktur im Querschnitt senkrecht zur Faserachse erkennen lassen, und zwar:

(1) die Querschnitte der vom Mesophasenpech abgeleiteten Kohlenstoffasern sind radial angeordnet;
(2) sie sind völlig ungeordnet und zeigen ein Mosaikmuster;

(3) sie bilden ein Muster aus konzentrischen Kreisen (Proceedings of XII. Biennial Conference on Carbon, Seite 329, Juli 1975 sowie Ceramics [Japan], Vol. 11 [7], Seiten 612 bis 621,1976).

[^. Die Faserstrukturen werden entsprechend wie folgt bezeichnet:

¹P? (1) Radialstruktur,

; ^ (2) ungeordnete Mosaikstruktur und

ψ (3) Zwiebelschalenstruktur.

; 55 Diese drei Grundtypen der Faserstruktur liegen auch in den aus Mesophasenpech gesponnenen Fasern vor

[ und jede dieser Grundtypen der Faserstruktur bleibt, wenn sie einmal in den Fasern aus Mesophasenpech

>' gebildet worden ist, während der nachfolgenden thermischen Behandlungen, wie Unschmelzbarmachen, Carbo-

!! nisieren und Graphitieren, unverändert.

_vi| Die vom Mesophasenpech abgeleiteten Kohlenstoffasern mit einer Faserstruktur, bei der die Moleküle des

[\ 60 Mesophasenpechs parallel zur Faserachse orientiert sind, haben einen besonders hohen Young-Modul und

ergeben bei der Carbonisierung eine hohe Ausbeute. In bezug auf Festigkeit sind sie jedoch den von Polyacrylnitril abgeleiteten Kohlenstoffasern nicht notwendigerweise überlegen, was auf dem Auftreten von Rissen auf der Faseroberfläche beruht, die vermutlich durch eine Struktur verursacht werden, die im Faserquerschnitt senkrecht zur Faserachse in Form einer radialen Anordnung auftritt (siehe Phil. Trans. Soc. Lond., A 294, Seiten 437 — 4412,1979). Die F i g. 1 zeigt, daß solche Risse in den Kohlenstoffasern vom Radialstrukturtyp auftreten.

Die Risse, die einen Fehler auf der Oberfläche der Kohlenstoffasern darstellen und die die Ursache für die reduzierte Festigkeit sind, treten bereits während der Carbonisierungsstufc der Mesophascnpech-Fasern mit Radialstruktur auf; diese Struktur bleibt erhalten, so daß keine wesentliche Strukturänderung während der

ί: Carbonisierung eintritt; die einmal entstandenen Risse wachsen während der Carbonisierung langsam aufgrund

ι des thermischen Schrumpfen* der Faser.

κ- Im Gegensatz hierzu wurde gefunden, daß solche Risse bei Fasern mit ungeordneter Mosaikstruktur aus

■ Mesophasenpech während der Carbonisierungsstufe nicht auftreten, so daß es zweckmäßig ist, vornehmlich

Mesophasenpech-Fasern mit ungeordneter Mosaikstruktur zu erzeugen, um Kohlenstoffasern mit ausgezeich- Ii neter Festigkeit zu erhalten, die keine Risse auf der Oberfläche aufweisen.

" Beim herkömmlichen Verfahren zum Spinnen des Mesophasenpechs ist eine bevorzugte Bildung von Kohlenstoffasern mit ungeordneter Mosaikstruktur nicht untersucht worden (siehe Phil. Trans. Soc. Lond, A 294, κ Seiten 437-442, 1979; Appüed Polymer Symposium, Nr. 29, Seiten 161-173, 1976 und Carbon, VoL 17, Sei-

;> ten 59—69,1979). Nach J. B. Barr et al. in »Applied Polymer Symposium« Nr. 29, Seite 169 (1976) tritt eine gut

;': definierte Zwiebelschalenstruktur nur selten auf und wenn, dann nur in einfädigem Material.

i;'i Wenngleich beim Spinnen von Garn aus Einzelfäden sowohl Kohlenstoffasern mit Radialstruktur als auch

;l solche mit ungeordneter Mosaikstruktur auftreten, erscheinen die ersteren bevorzugt. Barr et al. berichten

S-; weiterhin, daß Fasern mit ungeordneter und radialer Struktur üblicherweise in mehrfädigen Garnen vorkommen

fc. und oft sogar innerhalb desselben Bandes erscheinen. Kohlensioffasern ohne Defekte auf ihren Oberflächen und

'''-i mit ungeordneter Mosaikstruktur wurden nur teilweise erhalten.

r' Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, sehr feste Kohlenstoffasern aus Mesophasenpech, die wegen der

Zugfestigkeit des Produktes vornehmlich aus Fasern mit ungeordneter Mosaikstruktur zusammengesetzt sind J. und keine andere Struktur enthalten, herzustellen, wobei es wegen Beibehaltung der Struktur bei einer thermi-

: sehen Behandlung, wie Unschmelzbarmachen, Carbonisieren und Graphitieren wesentlich ist, die Mesophasen-

pech-Fasern mit ungeordneter Mosaikstruktur vorzugsweise vor den thermischen Behandlungen der Mesophasenpech-Fasern zu spinnen, um bevorzugt Kohlenstoffasern der ungeordneten Mosaikstruktur herzustellen.

Γ Ferner sollen die Kohlenstoffasern mit ungeordneter Mosaikstruktur vorzugsweise und kontinuierlich aus

Mesophasenpech hergestellt werden. Dabei sollen im wesentlichen nur Kohlenstoffasern vom ungeordneten Mosaikstrukturtyp hergestellt werden, was durch die Bezeichnung »bevorzugte Herstellung« ausgedrückt ^: werden soll. Mit »kontinuierlicher Herstellung« ist das Spinnen von Faservorläufern gemeint, das heißt von

Mesophasenpech-Fasern mit einer hohen Produktivität, ohne daß es zum Zerreißen von Fasern kommt.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht aus von dem eingangs erwähnten Verfahren gemäß US-PS 37 76 669, V-. die eine rotierende Zentrifugalspinnmaschine beschreibt, bei der man das geschmolzene Mesophasenpech aus

; einer rotierenden Düse unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft einer rotierenden Zentrifugalspinnmaschine in

Yi. radialer Richtung austreten läßt. Jedoch kann man mit einer einfachen rotierenden Zentrifugalspinnmaschine die

r Mesophasenpech-Fasern, welche die Vorläufer der erfindungsgemäßen Kohlenstoffasern sind, nicht in der

bevorzugten Weise und kontinuierlich herstellen, da wie — wie festgestellt wurde — es eine unumgängliche , Bedingung zur Erreichung des erfindungsgemäßen Erfolgs ist, daß ein erhitztes und auf einer Temperatur von

^r 280 bis 400°C gehaltenes Gas in die Spinnrichtung der Mesophasenpech-Fasern während des Spinnvorganges

strömt, wodurch die gesponnenen Fasern dem Gasstrom ausgesetzt werden. Wenn die Gastemperatur niedriger ^: als 280⁰C ist, kann man infolge des häufigen Auftretens von Faserschnitt während des Spinnens keinen stabilen

und kontinuierlichen Spinnvorgang erwarten; wenn, andererseits die Gastemperatur höher als 400° C ist, tritt ein Wiedereinschmelzen der gesponnenen Fasern auf.

Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird daher ein Verfahren vorgeschlagen, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kohlenstoffasern aus einem Mesophasenpech, das unter dem Polarisationsmikroskop mehr als 70% an optisch anisotropem Bereich aufweist und nicht mehr als 80 Gew.-°/o chinolinunlösliche Bestandteile enthält, mit einer Viskosität von 1,0 bis 10,0 Pas bei einer Spinntemperatur von 330 bis 450°C in einer rotierenden Zentrifugal-Spinnmaschine mit einer Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Düse von 300 bis 1000 m/ min gesponnen werden und die so gesponnenen Fasern einem Gasstrom ausgesetzt werden, der bei einer Temperatur von 280 bis 400°C und einer 'inearen Geschwindigkeit von 50 bis 200 m/sec ir. eine Spinnrichtung strömt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Mesophasenpech mehr als 85% an optisch anisotropem Bereich unter einem Polarisationsmikroskop auf und enthält 30 bis 65 Gew.-% an chinolinunlöslichen Bestandteilen.

Das kontinuierliche Verfahren zum Verspinnen von Mesophasenpech-Fasern mit bevorzugt ungeordneter Mosaikstruktur, die die Vorläufer der erfindungsgemäßen Kohlenstoffasern mit ungeordneter Mosaikstruktur sind, beruht darauf, daß ein Mesophasenpech mit vorbestimmter Viskosität einem rotierenden zentrifugalen Spinnen unterworfen wird und die so gesponnenen Mesophasenpech-Fasern einem auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzten, in Richtung der gesponnenen Fasern strömenden Gasstrom ausgesetzt werden. Die auf diese Weise erhaltenen Mesophasenpech-Fasern zeigen stets eine ungeordnete Mosaikstruktur in ihrem Querschnitt senkrecht zur Faserachse. Da sich die Faserstruktur während der nachfolgenden Wärmebehandlungen, nämlich dem Unschmelzbarmachen, Carbonisieren und Graphitieren, im wesentlichen nicht verändert, sind nur die erfindungsgemäßen Kohlenstoffasern vom ungeordneten Mosaikstrukturtyp erhältlich. Die erfindungsgemäßen Kohlenstoffasern umfassen, wenn nicht anders erwähnt, auch graphitierte Fasern.

Die Art des Gases, das in die Spinnrichtung strömen soll, ist nicht besonders kritisch, jedocn werden Stickstoff oder Luft bevorzugt, da sie leicht verfügbar sind und einfach gehandhabt werden können.

Da das Mesophasenpech, wenn es zu Mesophasenpech-Fasern geformt wird, verschiedene Strukturen wie die Zwiebelschalenstruktur, die Radialstruktur oder die ungeordnete Mosaikstruktur annimmt und es bisher außerordentlich schwierig gewesen ist, Pechfasern mit hoher Produktivität mit Hilfe eines herkömmlichen Verfahrens herzustellen, die zu 100% aus der ungeordneten Mosaikstruktur bestehen, war es deshalb überraschend, nunmehr mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens Mesophasenpech-Fasern herzustellen, die zu 100% aus ungeordneten Mosaikstrukturen bestehen, und zwar aus Mesophasenpech unter Anwendung des Schmelzspinn-

Verfahrens, wobei ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäuen Verfahrens darin besteht, daß die gesponnenen Mesophasenpech-Fasern einem auf eine vorbestimmie hohe Temperatur erhitzten, in Spinnrichtung strömenden Gasstrom ausgesetzt werden.

Ein Beispiel für ein Mesophasenpech mit optischer Anisotropie wird in der JA-AS Nr. 49-8634 (1974) beschrieben, und ein Pech mit einem Gehalt von 40 bis 90 Gew.-% an chinolinunlöslichen Bestandteilen ist aus der japanischer. Offenlegungsschi itt Nr. 49-19127 (1974) bekannt. Erfindungsgemäß geeignetes Mesophasenpech ist jedoch ein Pech, das unter einem Polarisationsmikroskop mehr als 70% an optisch anisotropem Bereich aufweist und das nicht mehr als 80 Gew.-% an chinolinunlöslichen Bestandteilen enthält. Die Mesophasenpech-Fasern mit der ungeordneten Mosaikstruklur, werden dadurch erhalten, daß man Mesophasenpech mit den genannten ίο Eigenschaften einsetzt. Es wurde festgestellt, daß der Durchmesser der Mesophasenpech-Fasern, die mit Hilfe des rotierenden Zentrifugalspinnvprganges aus Mesophasenpech mit einer Viskosität von 1,0 bis 10,0 Pas bei einer Spinntemperatur von 330 bis 45O⁰C erhalten werden, von der Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Düse, die die zentrifugale Kraft für den Spinnvorgang liefert, und der Strömungsgeschwindigkeit des Gases, das in Spinnrichtung strömt, abhängt.

im allgemeinen werden Kohlenstoffascrn mit einem Durchmesser von 5 bis 30}im vielseitig verwendet. Dementsprechend werden erfindungsgemäß Kohlenstoffasern mit einem Durchmesser in dem genannten Bereich bevorzugt hergestellt. Ferner wurden die Beziehungen zwischen dem Faserdurchmesser und der Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Düse oder der Fließgeschwindigkeit des Gases untersucht und festgestellt, daß für den Fall, daß die Viskosität des Mesophasenpechs bei 330 bis 450⁰C 1,0 bis 10,0 Pas beträgt, die Pechfasern des bevorzugten Durchmessers von 5 bis 30 μιη erhalten werden können, wenn die Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Düse 300 bis 1000 m/Min, und die Strömungsgeschwindigkeit des erhitzten Gases 50 bis 200 m/Sek., vorzugsweise 80 bis 160 m/Sek., beträgt.

Dadurch, daß man die aus der rotierenden Zentrifugalspinndüse kommenden gesponnenen Mesophasenpech-Fasern dem sprudelnden Gasstrom bei einer hohen Temperatur aussetzt, werden erfindungsgemäß Mesophasenpech-Fasern von ungeordneter Mosaikstruktur bevorzugt und kontinuierlich hergestellt, und dadurch, daß die auf diese Weise hergestellten Pechfasern dem Unschmelzbarmachen, Carbonisieren und weiter dem Graphitieren unterworfen werden, erhält man vorzugsweise Kohlenstoffasern mit einer günstigen Querschnittsstruktur. Natürlich ist auch möglich, Kohlenstoffasern mit einem anderen gewünschten Durchmesser zu erhalten.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehenen thermischen Behandlungen zum Unschmelzbarma-• 30 chen. Carbonisieren oder Graphitisieren werden in der gleichen Weise durchgeführt wie die herkömmlichen Wärmebehandlungen.

Der weiteren Verdeutlichung der Erfindung dienen die F i g. 1 bis 4, die unter dem Polarisationsmikroskop aufgenommenen Abbildungen der Querschnitte von Kohlenstoffacern verschiedener Struktur darstellen, und zwar
F i g. 1 Querschnitte von Kohlenstoffasern vom Radialstrukturtyp mit Rissen an ihrer Oberfläche und

F i g. 2 bis 4 Querschnitte von Kohlenstoffasern, erhalten aus Mesophasenpech, wie' in den nachfolgenden Beispielen 1,3 und 4 beschrieben.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen weiter erläutert.

40 B e i s ρ i c I 1 bis 4 und

Vergleichsbeispiele 1 bis 3

Drei Arten von Mesophasenpech A, B und C, deren Eigenschaften in Tabelle I gezeigt werden, wurden als Ausgangsmaterial zur Herstellung von entsprechenden Kohlenstoffasern eingesetzt Zwei der drei Mesophasen-Pechchargen leiteten sich von Naphthalin ab, die dritte stammte aus einem schweren Petroleumöl.

Tabelle I

Mesophasenpech abgeleitet von Eigenschaften

50

ANISO¹)	59,0
Q-ins²)	3,8
Vis.³)	etwa 90
ANISO¹)	31,4
Q-ins²)	U
Vis.³)	etwa 93
ANISO¹)	45,5
Q-ins²)	33
Vis.³)

A schwerem Petroieumö!

B Naphthalin

55

C Naphthalin

') ANISO bedeutet die prozentuale optisch anisotrope Fläche der Probe unter einem Polarisationsmikroskop
mit gekreuzten Nicol-Prismen.

²) Gew.-% der chinolinunlöslichen Komponente (ASTM D-2318).

³) Viskosität bei 400° C in Pas.

^b5 Jede der in Tabelle I aufgeführten Mesophasenpecharten A, B und C war für das rotierende Zentrifugalspinnen mittels einer Spinnmaschine mit einer rotierenden Kugel von 115 mm Durchmesser und 128 Spinndüsenlöchern mit einem Durchmesser jedes Düsenloches von 0,7 mm geeignet

Das Spinnen des Mesophasenpechs A erfolgte in der Weise, daß das Mesophasenpech A einem rotierenden

Zentrifugalspinnen unterworfen wurde, und zwar unter verschiedenen Bedingungen, die in Tabelle II zusammengestellt sind. Die Beispiele 1 und 2 stellen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, während die Vergleichsbeispielc I und 2 nicht unter erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen durchgeführt wurden.

Tabelle Il

Bedingungen	erfindungsgemäße Beispiele	2	Vergleichsbeispiele	2
	1	400	1	355
Temperatur des Pechs (⁰C)	405	3,8	405	20,0
Viskosität des Pechs (Pas)	3,1	360	3,1	720
Umfangsgeschwindigkeit (m/Min.) der	720		720
rotierenden Spinndüse		110		A A C ItJ
Strömungsgeschwindigkeit (m/Sek.)	145		145
des Gases		330		300
Temperatur des Gases (° C)	350	100

Im Falle des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführten Spinnens in den Beispielen 1 und 2 erhielt man in kontinuierlicher Verfahrensweise ohne Schneiden in hervorragender Ausbeute Mesophasenpech-Fasern mit einem Durchmesser von 12 μίτι (Beispiel 1) und 15 μπι (Beispiel 2). Dagegen erhielt man beim Spinnen gemäß den Vergleichsbeispielen 1 und 2 im allgemeinen Fasern mit einem Durchmesser von größer als 20 bis 50 μηι, wobei der Durchmesser in jeder Faser beträchtliche Unregelmäßigkeiten aufwies und ein häufiges Schneiden während des Spinnvorganges eine durchschnittliche Länge der Fasern von weniger als 50 mm ergab. Im Falle des Vergleichsbeispiels 2 konnte das aus dem Düsenloch austretende Pech infolge der niedrigen Pechtemperatur und der hohen Viskosität des Pechs bei dieser Temperatur keine Fasern bilden, das heißt in diesem Falle war das Spinnen unmöglich.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aus den Beispielen 1 und 2 erhaltenen Mesophasenpech-Fasern wurden in ein Epoxyharz eingebettet, gemahlen und dann sowohl der Faserquerschnitt senkrecht zur Faserachse als auch der Faserschnitt parallel zur Faserachse unter einem Polarisationsmikroskop beobachtet. Es wurde festgestellt, daß im Querschnitt senkrecht zur Faserachse die Fasermoleküle so angeordnet waren, daß sie eine ungeordnete Mosaikstruktur bildeten, während in dem parallel zur Faserachse verlaufenden Faserschnitt bandähnliche Mesophasenpech-Fasermoieküie selektiv zur Faserachse angeordnet waren.

Die so erhaltenen Mesophasenpech-Fasern gemäß vorliegender Erfindung wurden einer oxydativen Behandlung zum Unschmelzbarmachen unterworfen, indem sie bei 25O⁰C zwei Stunden lang Luft mit einem Gehalt von 1 Vol.-% Stickstoffdioxid ausgesetzt wurden. Durch Beobachtung unter einem Polarisationsmikroskop wurde bestätigt, daß der Querschnitt senkrecht zur Faserachse der umschmelzbar gemachten Fasern im wesentlichen die gleiche Struktur zeigte wie die Mesophasenpech-Fasern vor der Behandlung.

Die auf diese Weise unschmelzbar gemachten Fasern wurden in gasförmigem Stickstoff bei 900⁰C thermisch behandelt, um Kohlenstoffasern zu erhalten. Der Querschnitt senkrecht zur Faserachse der so erhaltenen Kohlenstoffasern zeigte im wesentlichen die ungeordnete Mosaikstruktur, die aus F i g. 2 ersichtlich ist und bei der es sich um eine Mikrophotographie unter polarisiertem Licht handelt.

Das Spinnen von Mesophasenpech B erfolgte in der Weise, daß Mesophasenpech B einem rotierenden Zentrifugalspinnen unter den in Beispiel 3 bzw. Vergleichsbeispiel 3 in Tabelle III angegebenen Bedingungen unterworfen wurde.

Tabelle [II

Bedingungen	erfindungsgemäßes	Vergleichs
	Beispiel 3	beispiel 3
Temperatur des Pechs (° C)	370	375
Viskosität des Pechs (Pas)	3,4	3,0
Umfangsgeschwindigkeit (m/Min.)	540	540
der rotierenden Spinndüse
Strömungsgeschwindigkeit	130	30
(m/Sek.) des Gases
Temperatur des Gases (° C)	320	320

Die in Beispiel 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Mesophasenpech-Fasern konnten kontinuierlich mit hervorragender Ausbeute hergestellt werden und besaßen einen durchschnittlichen Durchmesser von 13 μπι, während die aus dem Vergleichsbeispiel 3 ebenfalls kontinuierlich erhaltenen Mesophasenpech-Fasern einen Durchmesser von größer als 30 μπι aufwiesen. Die Mesophasenpech-Fasern aus Beispiel 3 und aus Vergleichsbeispiel 3 besaßen eine ungeordnete Mosaikstruktur.

Die erfindungsgemäß aus Beispiel 3 erhaltenen Mesophasenpech-Fasern wurden einer oxydativen thermischen Behandlung bei 275° C eine Stunde lang in 1 VoL-% Stickstoffdioxid enthaltender Luft unterworfen, um sie unschmelzbar zu machen. Die auf diese Weise erhaltenen, unschmelzbar gemachten Fasern wurden anschließend unter gasförmigem Stickstoff bei 900⁰C hitzebehandelt, wobei sich Kohlenstoffasern bildeten. Die auf

diese Weise erhaltenen Kohlenstoffasern zeigten im wesentlichen im Querschnitt senkrecht zur Faserachse die in F i g. 3 gezeigte ungeordnete Mosaikstruktur. Graphitierte Fasern erhielt man durch thermische Behandlung der Kohlenstoffasern in Argongas bei 2500°C. Die so erhaltenen graphierten Fasern zeigten im wesentlichen im Querschnitt senkrecht zur Faserachse die ungeordnete Mosaikstruktur.

5 Das Spinnen des Mesophasenpechs C erfolgte in der Weise, daß das Mesophasenpech C einem rotierenden Zentrifugalspinnen unter den in Tabelle IV angegebenen Bedingungen unterworfen wurde.

Tabelle IV

Die gemäß Beispiel 4 erhaltenen Mesophasenpech-Fasem konnten kontinuierlich mit einer hervorragenden Ausbeute hergestellt werden und besaßen einen durchschnittlichen Durchmesser von 12 μπι. Der Querschnitt senkrecht zur Faserachse dieser Fasern besaß eine ungeordnete Mosaikstruktur. Die auf diese Weise erhaltenen Mesophasenpech-Fasem wurden zum Unschmelzbarmachen bei 250⁰C 90 Minuten lang mit 1 Vol.-% Stickstoff-25 dioxid enthaltender Luft thermisch behandelt. Die so erhaltenen Fasern wurden anschließend in Stickstoffgas bei 1000° C behandelt, wobei sich Kohlenstoffasern bildeten, deren Querschnitt senkrecht zur Faserachse die in Fig.4 gezeigte ungeordnete Mosaikstruktur besaß. Fig.4 ist eine Mikrophotographie unter polarisiertem Licht.

	erfindungsgemäßes
	Beispiel 4
Temperatur des Pechs (° C)	395
Viskosität des Pechs (Pas)	4,0
Umfangsgeschwindigkeit (m/Min.)	720
der rotierenden Spinndüse
Strömungsgeschwindigkeit	150
(m/Sek.) des Gases
Temperatur des Gases (° C)	340

30 Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffasern mit einer im Querschnitt senkrecht zur Faserachse ungeordneten Mosaikstruktur durch rotierendes Zentrifugalspinnen von Mesophasenpech-Fasern, d a durchgekennzeichnet, daß die Kohlenstoffasern aus einem Mesophasenpech, das unter dem Polarisationsmikroskop mehr als 70% an optisch anisotropem Bereich aufweist und nicht mehr als 80 Gew.-% an chinolin-unlöslichen Bestandteilen enthält, mit einer Viskosität von 1,0 bis 10,0 Pas bei einer Spinntemperatur von 330 bis 450⁰C in einer rotierenden Zentrifugal-Spinnmaschine mit einer Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Düse von 300 bis 1000 m/min gesponnen werden und die so gesponnenen Fasern einem Gasstrom ausgesetzt werden, der bei einer Temperatur von 280 bis 400⁰C und einer linearen Geschwindigkeit von 50 bis 200 m/sec in einer Spinnrichtung strömt

2. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Mesophasenpech mehr als 85% an optisch anisotropem Bereich unter dem Polarisationsmikroskop aufweist und 30 bis 65 Gew.-% an chinolin-unlöslieben Bestandteilen enthält

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Viskosität des Mesophasenpechs 2,0 bis 5,0 Pas bei einer Temperatur von 330 bis 450° C beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Geschwindigkeit des Gasstroms 80 bis 160 m/sec beträgt