DE3231682C2

DE3231682C2 - Verfahren zur Herstellung von Hochleistungs-Kohlenstoffasern

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Publication number: DE3231682C2
Application number: DE19823231682
Authority: DE
Inventors: Kenji Fukuda; Keiichi Hirata; Mikio Tokio / Tokyo Oyabu; Keisuke Fukuoka Takesue; Yasuhiro Tosu Saga Yamada
Original assignee: Mini Int Trade & Ind; Extra Ministerial Bureau Of Ministry Of International Trade And Industry Japan Tokio/tokyo; Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1981-08-29
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1986-02-20
Also published as: FR2512076B1; DE3231682A1; GB2107297A; JPS5841914A; GB2107297B; JPS6030365B2; FR2512076A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffasern mit hoher Festigkeit und hohem Modul, bei dem ein Mesophase-Pech, das 1 bis 40 Gew.-% einer Mesophase enthält, geschmolzen und gesponnen wird, die entstehende Faser in Luft un schmelzbar gemacht wird, die entstehende unschmelzbar gemachte Faser in einer Atmosphäre aus einem inerten Gas carbonisiert wird und die carbonisierte Faser wahlweise graphitisiert wird. Das Mesophase-Pech wird durch Hydrieren eines Peches mit einem Aromatenindex von nicht weniger als 0,6 in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel unter dem Einfluß eines Hydrierungskatalysators, Entfernen des Katalysators, unlöslicher fester Substanzen und des Kohlenwasserstofflösungsmittels von der Reaktionsmischung und nach folgender Wärmebehandlung des entstehenden hydrierten Peches unter Unterdruck hergestellt.

Description

(a) Hydrieren eines Peches mit einem Aromatenindex von nicht weniger als 0,6 in einem Kohlenwasserstofflösungsmittel unter dem Einfluß eines Hydrierungskatalysators und Entfernen des Katalysators, unlöslicher fester Substanzen und des Kohlenwasserstofflösungsmittels von der is entstehenden Reaktionsmischung, um ein hydriertes Pech zu erhalten;

(b) Wärmebehandlung des hydrierten Peches unter Unterdruck, um ein Mesophase-Pech, das 1 bis 40 Gew.-% einer Mesophase enthält, zu erhalten;

(c) Schmelzen und Spinnen des Mesophase-Peches;

(d) Unschmelzbarmachen der gesponnenen Faser

in Luft und

(e) Carbonisieren der entstehenden unschmelzbaren Faser in einer Atmosphäre aus einem inerten Gas.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Carbonisierung der entstehenden unschmelzbaren Faser in einer Atmosphäre aus einem inerten Gas die carbonisierte Faser graphitisiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator wenigstens ein Glied umfaßt, das aus der Gruppe, bestehend aus Eisen, Kobalt, Molybdän, Kupfer, Wolfram, Nickel, Platin und Rhodium sowie Oxiden und Sulfiden der vorstehenden Metalle, ausgewählt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-%, bezogen auf das Ausgangspech, verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrierung im Verfahrensschritt (a) unter solchen Bedingungen ausgeführt wird, daß die Temperatur im Bereich von 400 bis 500⁰C liegt, die Verweilzeit bei dieser Temperatur nicht langer als 240 Minuten ist und der Wasserstoffdruck im Bereich von 50 bis 300 kg/cm² Überdruck (etwa 50 bis 300 bar Überdruck) liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoffgehalt des hydrierten Peches wenigstens 10% höher als der des Ausgangspechs ist und daß wenigstens 90% des hydrierten Peches ein Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 600 aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pech mit einem Aromatenindex von nicht weniger als 0.6 aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus depolymerisierter Kohle. Kohlenteer, Kohlenieerpech und Äthylenbodenölpech besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Graphitisierung bei einer Temperalur von 2000 bis 3000⁰C durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hochleistungs-Kohlenstoffasern mit einer Festigkeit von 200 bis 350 kg/mm² und einem Elastizitätsmodul von 10 bis 40 t/mm².

Als Ausgangsmaterial für die Herstellung der Hochleistungs-Kunststoffasern gemäß der Erfindung werden Mesophase-Peche verwendet, die von Pechen mit einem hohen Aromatengehalt abgeleitet sind.

In bezug auf die mechanische Festigkeit können Kohlenstoffasern in zwei Gruppen eingeteilt werden:

Kohlenstoffasern mit üblicher Leistungsfähigkeit (oder GP von Englisch »general-performance«) und Hochleistungskohlenstoffasern (oder HP-Kohlenstoffasern von Englisch »high-performance«).

GP-Kohlenstoffasern besitzen eine Festigkeit von 70 bis 140 kg/mm² und einen Elastizitätsmodul von 3 bis 5 t/mm² und werden typischerweise hergestellt, indem optisch isotrope Peche als Ausgangsmaterial verwendet werden. Die hauptsächlichen Anwendungsgebiete für GP-Kohlenstoffasern umfassen Abriebmaterialien, Wärmeisolationsmaterialien, antistatische Materialien, GleitmateriaJien, Filter, Füllstoffe, Dichtungen und dergleichen. Diese Anwendungen beruhen auf dem Ausnutzen bestimmter Eigenschaften des Kohlenstoffes in der Form von Fasern und erfordern in den meisten Fällen nicht den Einsatz von Kohlenstoffasern mit hoher Festigkeit und hohen Modulwerten.

Andererseits besitzen HP-Kohlenstoffasern eine hohe Festigkeit von 200 bis 350 kg/mm² und einen hohen Elastizitätsmodul von 10 bis 40 t/mm² und werden typischerweise unter Verwendung von Polyakrylnitril als Ausgangsmaterial hergestellt. Hauptsächliche Anwendungsgebiete von HP-Kohlenstoffasern sind Verbundmaterialien, die durch Kombination der Kohlenstoffasern mit Harzen und dergleichen hergestellt werden. Diese von HP-Kohlenstoffasern abgeleiteten Verbundmaterialien sind bemerkenswert hervorragend sowohl in bezug auf die Festigkeit als auch auf den Modul pro Gewichtseinheit im Vergleich zu anderen industriellen Materialien, und sie werden deshalb als spezielle Materialien für die Herstellung von Raketen- und Flugzeugteilen und in Gütern zur Freizeitgestaltung wie Golfschläger, Tennisschläger und Angelruten eingesetzt. Es wird erwartet, daß die Nachfrage nach HP-Kohlenstoffasern als Baumaterialien für Automobile, für das allgemeine Bauwesen und dergleichen in der Zukunft merklich steigen wird.

Da jedoch HP-Kohlenstoffasern, die aus Polyakrylnitril hergestellt sind, sehr teuer sind, sind davon abgeleitete Verbundmaterialien trotz ihrer hohen mechanischen Festigkeit selten auf allgemeinen industriellen Anwendungsgebieten eingesetzt worden. Deshalb war es in hohem Maße wünschenswert, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem HP-Kohlenstoffasern zu geringen Kosten hergestellt werden können.

Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffasern aus Mesophase-Pech sind bereits bekannt. Beispielsweise wird in der DE-OS 26 12 845 die Herstellung von Kohlenstoffasern aus Mesophase-Pech beschrieben, bei der ein Pech mit einem Mesophasengehalt von 40 bis 90 Gew.-% versponnen und die Faser in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre oxidiert wird. In den japanischen Patenteröffentlichungen Nr. 8634/1974, 7533/1978 und 1810/1979 und in den japanischen Patent-Offenlegungsschriften Nr. 55 625/1979 und 11 330/1979 werden weiterhin Verfahren für die Herstellung von billigen HP-Kohlenstoffasern unter Verwendung von Mesophase-Pechen vorgeschlagen, die durch Wärmebehandlung

von billigen Pechsorten erhalten worden sind Nach diesen Verfahren können HP-Kohlenstoffaisrn durch Wärmebehandlung eines Peches bei einer relativ niedrigen Temperatur in der Nähe von 400⁰C über eine Zeitdauer, die im Bereich von einigen Stunden bis zu einigen zehn Stunden liegt, zum Zwecke der Herstellung eines Mesophase-Peches, das 40 bis 100 Gew.-% einer Mesophase enthält. Schmelzen und Verspinnen des Mesophase-Peches, um eine Rohfaser zu bilden, bei der die Mesophase entlang der Faserachse orientiert ist, Unschmelzbarmachen der Rohfaser in Luft, Karbonisieren der entstehenden unschmelzbaren Faser und wahlweise Graphitisieren der karbonisierten Faser hergestellt werden.

Die Herstellung eines Mesophase-Peches bei den vorstehend beschriebenen Verfahren beinhaltet das Beschleunigen der Polykondensation des Peches durch Wärmebehandlung des Peches über eine Zeitdauer, die von einigen Stunden bis zu einigen zehn Stunden reicht, so daß der Kondensationsgrad der in frühen Stadien der Wärmebehandlung erzeugten Mesophase höher als derjenige der Mesophase ist, die in späteren Stadien erzeugt werden. Als Folge davon weist der Kondensationsgrad der Mesophase eine sehr breite Verteilung näher beschrieben.

In den Illustrationen zeigt

F i g. 1 eine optische Mikrographie eines Mesophase-Peches, das bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig.2 eine optische Mikrographie einer Rohfaser, die durch Schmelzspinnen des Mesophase-Peches von F i g. 1 erhalten worden ist, und

Fig.3 eine Rasterelektroden-Mikrographie einer Kohlenstoffaser, die durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt worden ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Peche, die einen hohen Grad der Aromatisierung besitzen, wie depolymerisierte Kohle, Kohlenteer, Kohlenteerpech, Äthylenbodenölpech usw, als Ausgangsmaterialien für die Herstellung von Mesophase-Pechen verwendet Der Ausdruck »depolymerisierte Kohle« bezeichnet, wie er hier verwendet wird, irgendein pechartiges Material, das durch Depolymerisieren von Kohle in einem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel unter einem Wasserstoffdruck und anschließendes Entfernen jeglichen ungelösten Rückstands und des Lösungsmittels von dem entstandenen Produkt erhalten worden ist. Solch ein hocharomati-

auf, was zur Abnahme der gleichmäßigen Schmelzbar- 25 sches Pech wird in einem Kohlenwasserstoff-Lösungs-

keit des Mesophase-Peches führt. Dies wiederum führt mittel unter dem Einfluß eines Hydrierungskatalysators

möglicherweise zu einer Abnahme der Verspinnbarkeit hydriert Bei der praktischen Durchführung der Erfin-

des Mesophase-Peches. Darüber hinaus wird, wenn das dung ist es nicht ausreichend, nur das Pech der Hydrie-

Pech bei einer Temperatur von 430°C oder höher war- rung zu unterwerfen, sondern es ist wichtig, den Grad

mebehandelt wird, die Polykondensation der Mesopha- 30 der Hydrierung des Peches zu erhöhen und gleichzeitig

seine Polykondensation zu unterdrücken. Darüber hin-

se häufig bis zu solch einem Ausmaß beschleunigt, daß der entstehende hohe Kondensationsgrad das Schmelzen des Mesophase-Peches unmöglich macht. Aus diesem Grunde kann es notwendig werden, solch eine unaus sollte der Wasserstoffgehalt des hydrierten Peches wenigstens 10%, und vorzugsweise 15 bis 50%, höher als derjenige des Ausgangspeches sein, und wenigstens

lösliche und unschmelzbare Mesophase von dem Meso- 35 90% des hydrierten Peches sollten ein Molekulargephase-Pech vor seinem Verspinnen abzutrennen. wicht im Bereich von 400 bis 600 besitzen. Der Aus-

Hieraus folgt also, daß die bekannten Verfahren zur Herstellung von Hochleistungs-Kohlenstoffasern noch druck »Molekulargewicht« bezeichnet, wie er hier verwendet wird, das Molekulargewicht, bestimmt durch Geldurchdringungschromatographie. Die Auswahl von

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein ver- 40 geeigneten Hydrierungsbedingungen und eines geeigbessertes Verfahren zur Herstellung von Hochlei- neten Katalysators ist wichtig für die Erfüllung dieser

Erfordernisse. Danach werden unlösliche feste Substanzen, die aus dem Ausgangspech herrühren, und das Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel von der Reaktionsmischung entfernt, die als Folge der vorstehend beschriebenen Hydrierung erhalten wird. Alternativ dazu können die unlöslichen festen Substanzen, die von dem Ausgangspech herrühren, vor der Hydrierung durch geeignete Verfahren wie durch Schmelzfiltrieren, Zentri-

Bei der Erfindung wird ein Mesophase-Pech, das 1 bis so fugieren. Lösungsmittelextraktion und dergleichen ent-40 Gew.-% einer Mesophase enthält, geschmolzen und fernt werden.

versponnen und in Luft unschmelzbar gemacht sowie in Als nächstes wird das hydrierte Pech bei erhöhter

einer Atmosphäre aus einem inerten Gas karbonisiert Temperatur und unter verringertem Druck über eine und wahlweise anschließend graphitisiert kurze Zeitdauer wärmebehandelt. Diese Wärmebe-

Der Ausdruck »Mesophase-Gehalt« bezeichnet, wie 55 handlung wird vorzugsweise unter solchen Bedinguner hier verwendet wird, den Gehalt an Chinolin-unlösli- gen durchgeführt, daß die Temperatur nicht niedriger

verbesserungsbedürftig sind.

stungs-Kohlenstoffasern mit einer Festigkeit von 200 bis 350 kg/mm² und einem Elastizitätsmodul von 10 bis 40 t/mm² zu schaffen, die hervorragende Verspinnbarkeit aufweisen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.

chen Substanzen, wie es durch das Verfahren der Japanischen Industrie-Standards (JIS) K-2425 festgelegt ist

Das Mesophase-Pech, das bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung als Ausgangsmaterial ve, wendet wird, besitzt einen niedrigen Mesophase-Gehalt von 1 bis 40 Gew.-% im Gegensatz zu den Mesophase-Fechen, die bei bekannten Verfahren verwendet wurden. Auf diese Weise weist das Mesophase-Pech der als 480°C ist, die Verweilzeit bei dieser Temperatur nicht länger als 30 Minuten ist und der Druck nicht höher als 40 mm Hg (abs.) ist. Als Folge davon wird ein - 60 Mesophase-Pech erhalten, das 1 bis 40 Gew.-% einer Mesophise enthält.

Wie oben beschrieben wurde, wird die Wärmebehandlung des hydrierten Peches bei erhöhter Temperatur und unter verringertem Druck über eine kurze Zeit

vorliegenden Erfindung eine merkliche Verbesserung in 65 dauer durchgeführt, so daß die Bildung einer Mesophaseiner Verspinnbarkeit auf. se intensiv während einer kurzen Zeitdauer eintritt und

Die Erfindung wird nun durch Ausführungsbeispiele zu einer Mesophase mit einem sehr gleichmäßigen Konunter Bezugnahme auf die beigefügten Illustrationen densationsgrad führt. Zusätzlich werden optisch isotro-

pe Komponenten des hydrierten Peches, die kaum in eine Mesophase umgewandelt werden können und keine homogene Schmelze mit der Mesophase bilden können, als ein Destillatöl entfernt. Somit kann das entstehende Mesophase-Pech gleichmäßig geschmolzen werden und ist darüber hinaus mit hervorragender Verspinnbarkeit ausgestattet. Außerdem kann nach der vorliegenden Erfindung der Mesophase-Gehalt des Mesophase-Peches auf merklich geringere Werte als die der Mesophase-Gehalte der Mesophase-Peche, die bei bekannten Verfahren verwendet wurden und im Bereich von 40 bis 100 Gew.-% lagen, verringert werden. Dies trägt auch stark zur Verbesserung der Verspinnbarkeit des Mesophase-Peches bei.

Das nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Mesophase-Pech wird geschmolzen und versponnen, und die gesponnene Faser wird in Luft unschmelzbar gemacht. Die entstehende unschmelzbare Faser wird in einer Atmosphäre aus inertem Gas karbonisiert, und die karbonisierte Faser wird, wenn es gewünscht wird, anschließend graphitisiert. Als Folge davon wird eine HP-Kohlenstoffaser erhalten, die eine Festigkeit von nicht weniger als 200 kg/mm² und einen Modul von nicht weniger als 10 t/mm² aufweist

Es gibt keine besondere Beschränkung auf die Art des Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels, das bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird und es kann irgendein Lösungsmittel verwendet werden, das das oben beschriebene Ausgangsmaterial im wesentlichen löst Lösungsmittel mit einem hohen Aromatengehalt sind für diesen Zweck geeignet, und spezielle Beispiele für dieses Lösungsmittel umfassen Schweröle, die von Kohle abgeleitet sind, wie Absorptionsöl oder Waschöl, Kreosotöl,Teermittelöl und Anthrazenöl usw., und leichtere Fraktionen von Schwerölen, die von Erdöl abgeleitet sind, wie Äthylenbodenöl, FCC-Cracköl usw. Andererseits sind Lösungsmittel, die reich an aliphatischen Kohlenwasserstoffen sind, ungeeignet, da sie das Ausgangsmaterial der vorliegenden Erfindung nicht bis zu einem ausreichenden Grad lösen können und nicht gestatten, daß die nachfolgende Hydrierung glatt und gleichmäßig durchgeführt wird.

Die Menge des verwendeten Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels wird vorzugsweise so gewählt, daß das Gewichtsverhältnis des Ausgangspechs zu dem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel 1 :2 oder größer ist und stärker zu bevorzugen im Bereich von 1 :3 bis 1 :10 liegt. Wenn das Gewichtsverhältnis des Ausgangspechs zu

Auf diese Weise können Mesophase-Peche, die als 25 dem Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel kleiner als 1 :2 Ausgangsmaterialien für die Herstellung von HP-Koh- ist, ist es schwierig, den Katalysator und die unlöslichen lenstoffasern mit hoher Festigkeit und hohen Modul- festen Substanzen von der Reaktionsmischung, die als werten dienen, aus recht gängigen und billigen Pechen Ergebnis der Hydrierung erhalten wird, zu entfernen,
hergestellt werden, ohne daß irgendein spezielles Lö- Die bevorzugten Bedingungen für die Hydrierung bei

sungsmittel, Reagenzmittel oder ein spezielles Verfah- 30 dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung sind ren angewendet werden muß. so, daß die Temperatur im Bereich von 400—500⁰C und

Bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung stärker zu bevorzugen 430—480⁰C liegt der Wasserwird ein Pech mit einem hohen Aromatengehalt als Aus- stoffdruck im Bereich 50—300 kg/cm² Überdruck (etwa gangsmaterial verwendet. Geeignete Beispiele für die- 50—300 bar Überdruck) und stärker zu bevorzugen ses Pech umfassen depolymerisierte Kohle, Kohlenteer, 35 70—200 kg/cm² Überdruck (etwa 70—200 bar Über-Kohlenteerpech (abgeleitet von Kohle) sowie Äthylen- druck) liegt und die Verweilzeit bei der Temperatur bodenölpech (abgeleitet von Erdöl). Peche mit einem nicht länger als 240 Minuten ist und insbesondere zu hohen Aromatengehalt können auch durch Wärmebe- bevorzugen im Bereich von 5 bis 60 Minuten liegt Die handlung eines Schweröls, das reich an aliphatischen Verspinnbarkeit des entstehenden Mesophase-Pechs Kohlenwasserstoffen ist, bei einer Temperatur von 40 wird entsprechend verbessert wenn die Hydrierung bei 350—450° C über eine Zeitdauer, die von 15 Minuten bis einer höheren Temperatur über eine kürzere Zeitdauer zu JO Stunden reicht und anschließende Entfernung jeg- ausgeführt wird. Wenn die Hydrierungstemperatur licher unlöslicher fester Bestandteile hergestellt werden. niedriger als 400° C ist und der Wasserstoffdruck niedri-Die Peche, die geeigneterweise als Ausgangsmaterial ger als 50 kg/cm² Überdruck (niedriger als etwa 50 bar bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung 45 Überdruck) ist wird das Ausgangspech nicht bis zu eiverwendet werden können, besitzen einen Aromatenin- nem vollständigen Grad hydriert, und es wird schwierig,

dex von nicht weniger als 0,6. Der Ausdruck »Aromatenindex« bezeichnet wie er hier verwendet wird, einen Parameter, der von Takeya et al. (Journal of the Japan Fue! Society. 46. 927 [!967]) vorgeschlagen worden ist und der durch die folgende Gleichung definiert ist:

Aromatemndex = -^- -^- ,

C' H

ein hydriertes Pech zu erhalten, das für die Verwendung im Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignete Eigenschaften besitzt Wenn andererseits die Hydrierungsternperaiur höher ais 5ÖÖ°C ist und die Verweilzeit mehr als 240 Minuten beträgt unterliegt das Ausgangspech einem übermäßigen Grad der Polykondensation und es wird schwierig, ein hydriertes Pech zu erhalten, das für die Verwendung in dem Verfahren gemäß der Erfindung geeignete Eigenschaften besitzt. Darüber hinaus ist es schwierig, das hergestellte Mesophase-Pech bei seiner Verwendung als Ausgangsmaterial gleichmäßig zu schmelzen. Wenn weiterhin der Wasserstoffdruck höher als 300 kg/cm² Überdruck (etwa

wobei C die Gesamtzahl der Kohlenstoffatome, H die Gesamtzahl der Wasserstoffatome, H, die Zahl der Wasserstoffatome, die sich in «-Stellungen befinden, und H₀ die Anzahl der Wasserstoffatome, die sich in ß-

oder höheren Stellungen befinden, bezeichnen. Für den 60 300 bar Überdruck) ist liefert das entstehende hydrierte

Zweck der vorliegenden Erfindung wird angenommen, Pech kein viel besseres Ausgangsmaterial für die Herstellung eines Mesophase-Peches als die hydrierten Peche, die bei einem Wasserstoffdruck von nicht mehr als 300 kg/cm² Überdruck erhalten worden sind.
65 Der Wasserstoffgehalt des hydrierten Peches, das durch Hydrierung unter den oben beschriebenen Bedingungen erhalten worden ist ist wenigstens 10%, und

daß sowohl λ· als auch y gleich 2 ist

Peche mit einem Aromatenindex von weniger als 0,6 sind ungeeignet, da sie zu einer niedrigen Ausbeute des Mesophase-Peches, einer Abnahme der gleichmäßigen Schmelzbarkeit des Mesophase-Peches, einer verringerten Festigkeit des Endproduktes oder der HP-Kohienstoffaser und dergleichen führen.

vorzugsweise 15 bis 50%, höher als der des Ausgangs-

peches, und wenigstens 90% des hydrierten Peches besitzt ein Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 600.

Wenn das Ausgangspech unter anderen Bedingungen als denen, die vorstehend beschriebenen worden sind, hydriert wird und das entstehende hydrierte Pech nicht all die oben angegebenen Erfordernisse erfüllt, kann das daraus hergestellte Mesophase-Pech nur schwer gleichmäßig geschmolzen werden. Dies führt nicht nur zu einer Abnahme der Verspinnbarkeit des Mesophase-Peches, sondern auch zu einem Verlust an Festigkeit der Kohlenstoffaser, die als Endprodukt erhalten wird.

Wenn das Ausgangspech nicht hydriert wird, sondern direkt in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wärmebehandeit wird, kann das entstehende Mesophase-Pech natürlich nicht gleichmäßig geschmolzen werden und entbehrt vollständig der Verspinnbarkeit. Daher ist die Hydrierung für die Herstellung von Mesophase-Pechen, die für die Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet sind, wesentlich.

Der Hydrierungskatalysator, der bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet wird, umfaßt vorzugsweise wenigstens ein Glied, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Eisen, Kobalt, Molybdän, Kupfer, Wolfram, Nickel, Platin und Rhodium sowie Oxiden und Sulfiden der vorgenannten Metalle besteht.

Der Hydrierungskatalysator wird zu dem Ausgangspech vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 20 Gew.-% und stärker zu bevorzugen 2 bis 10 Gew.-% hinzugegeben. Wenn die Menge des hinzugegebenen Katalsators kleiner als 1 Gew.-% ist, ist eine ungeeignet lange Zeit für die Hydrierung erforderlich, während dann, wenn sie größer als 20 Gew.-% ist, keine zusätzliche Wirkung des Katalysators hervorgebracht werden kann.

Nach Fertigstellung der Hydrierung unter den oben angegebenen Bedingungen werden der Hydrierungskatalysator und die unlöslichen festen Substanzen, die aus dem Ausgangspech herrühren, von der Reaktionsmischung z. B. durch Abfiltrieren oder Zentrifugieren entfernt Danach wird das Kohlenwasserstofflösungsmittel z. B. durch Vakuumdestillation entfernt, um ein hydriertes Pech zu erhalten, das für die Verwendung in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Es besteht keine spezielle Beschränkung für die Bedingungen zum Entfernen des Kohlenwasserstoff-Lösungsmittels und es ist auch nicht notwendig, das gesamte verwendete Kohlenwasserstoff-Lösungsmittel zu entfernen. Um jedoch sicherzustellen, daß das entstehende hydrierte Pech die doch beschriebenen Eigenschaften besitzt, können die Desiiilätionsbedingurigeri so gewähli werden, daß die Bodentemperatur im Bereich von 200 bis 300⁰C und der Druck im Bereich von 5 bis 20 mmHg (abs.) liegen.

Das so erhaltene hydrierte Pech wird dann bei erhöhter Temperatur und unter verringertem Druck über eine kurze Zeitdauer wärmebehandelt, um ein Mesophase-Pech herzustellen, das 1 bis 40 Gew.-% und vorzugsweise 5 bis 30 Gew.-% einer Mesophase enthält Die Bedingungen für die Wärmebehandlung sollten so gewählt werden, daß das entstehende Mesophase-Pech einen Mesophase-Gehalt von 1 bis 40 Gew.-% enthält Dieser Verfahrensschritt wird vorzugsweise unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß die Temperatur nicht niedriger als 480⁰C ist und stärker zu bevorzugen im Bereich von 500 bis 550⁰C liegt die Verweilzeit bei der Temperatur nicht länger als 30 Minuten ist und vorzugsweise im Bereich von 2 bis 15 Mninuten liegt und der Druck nicht höher als 40 mmHg (abs.) ist und vorzugsweise im Bereich von 3 bis 30 mmHg (abs.) liegt. Wenn der Mesophase-Gehalt kleiner als 1 Gew.-% ist, ist es unmöglich, eine HP-Kohlenstoffaser von dem Mesophase-Pech nach dem herkömmlichen Verfahren herzustellen, während dann, wenn er größer als 40 Gew.-% ist, das Mesophase-Pech eine merkliche Abnahme in seiner Verspinnbarkeit zeigt. Weiterhin ist es dann, wenn die Wärmebehandlungstemperatur niedriger als 480°C ist, die Verweilzeit bei dieser Temperatur mehr

ίο als 30 Minuten ist und der Druck höher als 40 mmHg (abs.) liegt, unmöglich, ein Mesophase-Pech zu erhalten, das eine gleichmäßige Schmelzbarkeit und hervorragende Verspinnbarkeit besitzt.

Bei einer Beobachtung unter einem Mikroskop mit reflektiertem polarisiertem Licht zeigt sich, daß wenigstens 60% des Mesophase-Peches, das durch die oben beschriebene Wärmebehandlung erhalten wird, optisch anisotropist.

Daher wird bei dem Verfahrensschritt der Wärmebehandlung, der bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, ein hydriertes Pech, das unter speziellen Hydrierungsbedingungen hergestellt worden ist, bei erhöhter Temperatur über eine kurze Zeitdauer wärmebehandelt, und darüber hinaus ist die Zeit, die zum Erhitzen des hydrierten Peches auf eine vorherbestimmte Temperatur erforderlich ist, nur so kurz wie 1 bis 2 Minuten, so daß die Bildung einer Mesophase während einer kurzen Zeitdauer intensiv eintritt. Dies soll die Bildung einer unlöslichen und unschmelzbaren Mesophase verhindern und liefert deshalb ein Mesophase-Pech; das eine gleichmäßige Schmelzbarkeit und hervorragende Verspinnbarkeit besitzt.

Das Mesophase-Pech, das 1 bis 40 Gew.-% einer Mesophase enthält, wird dann geschmolzen und bei einer Temperatur von 320 bis 400⁰C versponnen. Seine Verspinnbarkeit ist so gut wie die von optisch isotropen Pechen, die für die Herstellung von GP-Kohlenstoffasern verwendet werden. Außerdem ist der Durchmesser der entstehenden Rohfaser sehr gleichmäßig entlang der Faserachse, was die gute Schmelzbarkeit des Mesophase-Peches der vorliegenden Erfindung anzeigt.

Obgleich weniger als 40% des Mesophase-Peches der vorliegenden Erfindung optisch isotrop sind, kann dieses Mesophase-Pech gleichmäßig geschmolzen werden.

Weiterhin wird die Mesophase während des Spinnens entlang der Faserachse orientiert und diese Orientierung wird von der entstehenden Kohlenstoff- oder Graphitfaser übernommen.
Die so gebildete Rohfaser wird dann in Luft unschmelzbar gemacht. Dieser Verfahrensschritt wird vorzugsweise unter solchen Bedingungen durchgeführt, daß die Temperatur im Bereich von 260 bis 340° C und stärker zu bevorzugen 270 bis 320⁰C liegt die Verweilzeit bei dieser Temperatur nicht mehr als 60 Minuten beträgt und stärker zu bevorzugen im Bereich von 5 bis 30 Minuten liegt und die Aufheizgeschwindigkeit nicht größer als 33°C/min ist und stärker zu bevorzugen im Bereich von 0,5 bis 2,0°C/min liegt. Wenn die Temperatur niedriger als 260° C ist kann die Rohfaser nicht bis zu einem vollständigen Grad unschmelzbar gemacht werden. Als eine Folge davon schmelzen die Fasern oder verschmelzen miteinander im Verlauf der nachfolgenden Carbonisierung und können so nicht eine Hochleistungs- oder HP-Koh!enstoffaser liefern. Wenn die Temperatur höher als 34O⁰C ist und die Verweilzeit mehr als 60 Minuten beträgt, wird die Faser bis zu einem übermäßigen Ausmaß oxidiert und die entstehenden Kohlenstoffasern erleiden einen Verlust an Festigkeit

9 10

Die entstehende unschmelzbar gemachte Faser wird serstoffgehalt wies einen Anstieg von etwa 20% im Verdann in einer Atmosphäre aus einem inerten Gas carbo- gleich zu dem des Kohlenteerpeches auf, das als Ausnisiert. Dieser Verfahrensschritt wird vorzugsweise un- gangsmaterial verwendet worden war. Weiterhin wurde ter solchen Bedingungen durchgeführt, daß die Tempe- seine Molekulargewichtsverteilung durch Geldurchratur nicht niedriger als 800⁰C ist und stärker zu bevor- 5 dringungschromatografie unter Verwendung von Chizugen 1000 bis 1500⁰C beträgt, die Verweilzeit bei die- nolin als Lösungsmittel gemessen mit dem Ergebnis, daß ser Temperatur nicht kürzer als 5 Minuten ist und vor- 92 Gew.-% des hydrierten Peches ein Molekulargezugsweise im Bereich von 10 bis 30 Minuten liegt, und wicht im Bereich von 400 bis 600 besaßen, die Aufheizgeschwindigkeit nicht höher als 7°C/min ist Das vorstehend angegebene hydrierte Pech wurde in

und vorzugsweise im Bereich von 2 bis 5°C/min liegt, to ein Salzbad bei 51O⁰C eingetaucht, sofort einem verrin-Wenn die Temperatur niedriger als 800⁰C ist und die gerten Druck von 10 mm Hg (absolut) ausgesetzt und Verweilzeit kleiner als 5 Minuten ist, wird die Faser bei der Temperatur 10 Minuten lang gehalten. Das entnicht bis zu einem vollständigen Grad carbonisiert und standene Mesophase-Pech besaß einen Mesophase-Geliefert so keine Kohlensioffaser mit hoher Festigkeit. halt von 27,6 Gew.-%.

Wenn die Aufheizgeschwindigkeit größer als 7°C/min 15 Dieses Mesophase-Pech wurde geschmolzen und bei ist, unterliegt die entstehende Kohlenstoffaser einem einer Temperatur von 350⁰C und einer Ziehgeschwinteilweisen Schmelzen und verliert so an Festigkeit. digkeit von 800 m/min versponnen. Die entstandene Wenn es außerdem gewünscht wird, den Modulwert der Rohfaser wurde durch Erhitzen in Luft auf eine Tempe-Kohlenstoffaser zu erhöhen, wird sie in einer Atmo- ratur von 280° C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von Sphäre aus einem inerten Gas, vorzugsweise bei einer 20 l,0°C/min und Halten bei dieser Temperatur über eine Temperatur von 2000 bis 3000° C graphitisiert. Zeitdauer von 5 Minuten unschmelzbar gemacht. Die

Die Kohlenstoffasern (einschließlich der graphitisier- entstandene unschmelzbar gemachte Faser wurde in eiten Fasern), die durch das Verfahren der vorliegenden ner Atmosphäre aus Argongas auf eine Temperatur von Erfindung hergestellt worden sind, besitzen eine Festig- 100O⁰C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5°C/min keit von 200 bis 350 kg/mm² und einen Elastizitätsmodul 25 aufgeheizt und bei dieser Temperatur 15 Minuten lang von 10 bis 40 t/mm². Auf diese Weise unterscheiden sich gehalten, um eine Kohlenstoffaser zu bilden. Die Ausdie Kohlenstoffasern der vorliegenden Erfindung in beute dieser Kohlenstoffaser betrug 88,9 Gew.-%, bezogünstiger Weise von den Hochleistungs- oder HP-Koh- gen auf die Rohfaser.

lenstoffasem, die aus Polyakrylnitril hergestellt worden Die so erhaltene Kohlenstoffaser besaß einen mittle-

sind, sowohl in bezug auf das äußere Aussehen als auch 30 ren Durchmesser von 12,8μπι, eine Festigkeit von auf die mechanische Festigkeit Darüber hinaus ermög- 235 kg/mm² und einen Elastizitätsmodul von 16,2 t/ licht das Verfahren der vorliegenden Erfindung, HP- mm². Kohlenstoffasern aus billigen und leicht erhältlichen Pechen zu geringen Kosten und leicht zu erzeugen, wobei Beispiel 2 außerdem keinerlei spezielle Lösungsmittel, Reagenz- 3s

mittel oder Verfahren eingesetzt werden müssen. Das in Beispiel 1 erhaltene hydrierte Pech wurde auf

Die vorliegende Erfindung wird nun in näheren Ein- die gleiche Weie wie in Beispiel 1 wärmebehandelt mit zelheiten durch die folgenden Beispiele erläutert der Ausnahme, daß die Wärmebehandlungstemperatur

Diese Beispiele sollen jedoch nur die praktische 520⁰C und die Verweilzeit bei dieser Temperatur 5 Mi-Durchführung der Erfindung erläutern und sollen nicht 40 nuten betrugen. Das entstandene Mesophase-Pech beden Umfang der Erfindung einschränken. saß einen Mesophegehalt von 17,5 Gew.-%.

Dieses Mesophase-Pech wurde bei einer Temperatur Beispiel 1 von 350°C und mit einer Ziehgeschwindigkeit von

100 m/min versponnen, um eine Rohfaser zu erhalten.

Ein Kohlenteerpech (das auf Gewichtsbasis aus: 45 die in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 aufgearbeitet 91,43% Kohlenstoff, 4,68% Wasserstoff, 0,97% Stick- wurde, um eine Kohlenstoffaser zu bilden. Die Ausbeute stoff, 1,09% Schwefel und 1,83% Sauerstoff gemäß dem dieser Kohlenstoffaser betrug 88,2 Gew.-%, bezogen Verfahren des japanischen Industriestandards JIS M- auf die Rohfaser.

8813 zusammengesetzt war und einen Aromatenindex Die so erhaltene Kohlenstoffaser besaß einen mittle-

von 035 besaß) wurde auf Teilchengröße!"! entspre- 50 ren Durchmesser von 11,2 μΐη, eine Festigkeit von chend einer Maschenweite von 12 Mesh (etwa 1,4 mm 288 kg/mm² und einen Elastizitätsmodul von 14,9 t/ lichte Maschenweite) oder feiner zerstoßen, und 5 mm². Gew.-% eines Eisenoxidkatalysators und eine dreifache

Menge eines Absorptions- oder Waschöles wurden hin- Beispiel 3

zugegeben. Nach inniger Mischung wurde die entstan- 55

dene Mischung hydriert, indem sie auf eine Temperatur Das in Beispiel 1 erhaltene hydrierte Pech wurde auf

von 460⁰C unter einem Wasserstoffdruck von 100 kg/ die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wärmebehandelt mit cm² Überdruck (etwa 100 bar Überdruck) erhitzt und der Ausnahme, daß die Wärmebehandlungstemperatur bei dieser Temperatur 10 Minuten lang gehalten wurde. 530⁰C betrug und die Verweilzeit bei dieser Temperatur Der Katalysator und die unlöslichen festen Substanzen, 60 4 Minuten war. Das entstandene Mesophase-Pech bedie aus dem Kohlenteerpech herrührten, wurden durch saß einen Mesophase-Gehalt von 11,6 Gew.-%. Filtrieren von der Reaktionsmischung entfernt Das ent- Dieses Mesophase-Pech wurde bei einer Temperatur

standene Filtrat wurde bei einer Bodentemperatur von von 345°C und mit einer Ziehgeschwindigkeit von 250⁰C und einem Druck von 10 mm Hg (absolut) destil- 1400 m/min versponnen, um eine Rohfaser zu erhalten, liert, um ein hydriertes Pech zu erhalten. Dieses hydrier- 65 die auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 aufgearbeitet te Pech war auf Gewichtsbasis aus 91,97% Kohlenstoff, wurde, um eine Kohlenstoffaser zu bilden. Die Ausbeute 5,61% Wasserstoff, 0,88% Stickstoff, 0,41% Schwefel dieser Kohlenstoffaser betrug 89,4 Gew.-% bezogen auf und 1,13% Sauerstoff zusammengesetzt und sein Was- die Rohfaser.

Die so erhaltene Kohlenstoffaser besaß einen mittleren Durchmesser von 10,1 μπι, eine Festigkeit von 310 kg/mm² und einen Elastizitätsmodul von 17,9 t/ mm².

Ein Vergleich der in den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Ergebnisse zeigte, daß die Verspinnbarkeit eines Mesophase-Peches (das durch den Faserdurchmesser und die Ziehgeschwindigkeit bewertet werden kann) und die Festigkeit der entstandenen Kohlenstoffasern durch Erhöhen der Wärmebehandlungstemperatur (bei der das hydrierte Pech unter verringertem Druck wärmebehandelt wird) und durch Verringern der Wärmebehandlungszeit verbessert werden können.

Beispiel 4

Die in Beispiel 3 erhaltene Kohlenstoffaser wurde graphitisiert, indem sie in einer Atmosphäre aus Argongas auf eine Temperatur von 2800⁰C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/min aufgeheizt und bei dieser Temperatur 5 Minuten gehalten wurde. Die Ausbeute der entstandenen Graphitfaser betrug 85,9 Gew.-%, bezogen auf die Rohfaser.

Die so erhaltene Graphitfaser besaß einen mittleren Durchmesser von 9,8 μΐη, eine Festigkeit von 210 kg/ mm² und einen Elastizitätsmodul von 38,5 t/mm².

Beispie! 5

Ein australisches Lignit wurde auf Teilchengrößen entsprechend einer₍ Maschenweite von 60 Mesh (etwa 0,25 mm iichte Maschenweite und etwa entsprechend DIN-Prüfsieb Nr. 24) oder feiner zerstoßen und zu einer dreifachen Menge Teermittelöl hinzugegeben. Die entstandene Mischung wurde auf eine Temperatur von 410⁰C unter einem Wasserstoffdruck von 50 kg/cm² Überdruck (etwa 50 bar Überdruck) erhitzt und bei dieser Temperatur 60 Minuten lang gehalten, um die lösungsmittellöslichen Bestandteile der Kohle bis zu einem vollständigen Grad zu lösen. Jeglicher ungelöster Rückstand wurde nach Filtrieren von der Reaktionsmischung entfernt, und das entstandene Filtrat wurde unter verringertem Druck destilliert, um eine depolymerisierte Kohle zu erhalten. Diese Destillation wurde bei einer Bodentemperatur von 350⁰C und einem Druck von 10 mm Hg (absolut) durchgeführt Die entstandene depolymerisierte Kohle war auf Gewichtsbasis aus 89,27% Kohlenstoff, 5,14% Wasserstoff, 0,96% Stickstoff, 034% Schwefel und 4,29% Sauerstoff zusammengesetzt und besaß einen Aroinatenindex von 0,80.

Zu der angegebenen depolymerisierten Kohle wurden 2Gew.-% eines Kobalt-Molybdän-Katalysators und eine dreifache Menge einer leichten Fraktion von Äthylenbodenöl hinzugegeben. Nach innigem Mischen wurde die entstandene Mischung hydriert, indem sie auf eine Temperatur von 450⁰C unter einem Wasserstoffdruck von 150 kg/cm² Überdruck (etwa 150 bar Überdruck) erhitzt und bei einer dieser Temperatur 10 Minuten gehalten wurde. Nach dem Trennen der festen und flüssigen Phasen durch Filtrieren wurde das entstandene Filtrat bei einer Bodentemperatur von 200⁰C und einem Druck von 10 mm Hg (absolut) abdestilliert, um ein hydriertes Pech zu erhalten. Dieses hydrierte Pech war auf Gewichtsbasis aus 89,41% Kohlenstoff, 6,24% Wasserstoff, 1,04% Stickstoff, 0,28% Schwefel und 3,03% Sauerstoff zusammengesetzt, und ein Wasserstoffgehalt zeigte einen Anstieg von etwa 21% im Vergleich zu dem der depolymerisierten Kohle, die als Ausgangsmaterial verwendet worden war. Außerdem wurde seine Molekulargewichtsverteilung durch Geldurchdringungschromatografie unter Verwendung von Chinolin als Lösungsmittel gemessen, mit dem Ergebnis, daß 91 Gew.-% des hydrierten Peches ein Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 600 besaß.

Das angegebene hydrierte Pech wurde in ein Salzbad bei 520⁰C eingetaucht, sofort einem Überdruck von 10 mm Hg (absolut) ausgesetzt und bei dieser Temperatür 5 Minuten lang gehalten. Das entstandene Mesophase-Pech besaß einen Mesophase-Gehalt von 7,1 Gew.-%.

Dieses Mesophase-Pech wurde bei einer Temperatur von 335°C und mit einer Ziehrate von 1400 m/min verspönnen. Die entstandene Rohfaser wurde unschmelzbar gemacht, indem sie in Luft auf eine Temperatur von 300⁰C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 2,0°C/min erhitzt und bei dieser Temperatur 5 Minuten lang gehalten wurde. Die entstandene unschmelzbar gemachte Faser wurde in einer Atmosphäre aus Argongas auf eine Temperatur von 1000⁰C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5°C/min erhitzt und bei dieser Temperatur 15 Minuten lang gehalten, um eine Kohlenstoffaser zu bilden. Die Ausbeute dieser Kohlenstoffaser betrug 87,4 Gew.-%, bezogen auf die Rohfaser.

Die so erhaltene Kohlenstoffaser besaß einen mittleren Durchmesser von 10,0 μιτι, eine Festigkeit von 262 kg/mm² und einen Elastizitätsmodul von 21,2 t/

Beispiel 6

Zu einem Älhylenbodenölpech, das von leichten Fraktionen befreit worden war, (das auf Gewichtsbasis aus 94,26% Kohlenstoff, 5,53% Wasserstoff, 0,00% Stickstoff, 0,07% Schwefel und 0,14% Sauerstoff zusammengesetzt war und einen Aromatenindex von 0,76 besaß) wurden 7 Gew.-% eines Eisenoxidkatalysators und eine dreifache Menge Anthrazenöl hinzugegeben. Nach innigem Mischen wurde die entstandene Mischung hydriert, indem sie auf eine Temperatur von 470° C unter einem Wasserstoffdruck von 100 kg/cm² Überdruck (etwa 100 bar Überdruck) erhitzt und auf dieser Temperatur 5 Minuten lang gehalten wurde. Der Katalysator und die unlöslichen festen Substanzen wurden von der Reaktionsmischung durch Filtrieren entfernt, und das entstandene Filtrat wurde bei einer Bodentemperatur von 300⁰C und einem Druck von 10 mm Hg (absolut) destilliert, um ein hydriertes Pech zu erhalten.
Dieses hydrierte Pech war auf Gewichtsbasis aus 92,89% Kohlenstoff, 6,91% Wasserstoff, 0,05% Stickstoff, 0,03% Schwefel und 0,12% Sauerstoff zusammengesetzt, und sein Wasserstoffgehalt zeigte einen Anstieg von etwa 25% im Vergleich zu dem des Äthylenbodenölpechs, das von leichten Fraktionen befreit worden war. Außerdem wurde seine Molekulargewichtsverteilung durch Geldurchdringungschromatografie unter Verwendung von Chinolin als Lösungsmittel gemessen mit dem Ergebnis, daß 95 Gew.-% des hydrierten Peches ein Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 600 besaß.

Das angegebene hydierte Pech wurde in ein Salzbad bei 530⁰C eingetaucht, sofort einem Unterdruck von 10 mm Hg (absolut) ausgesetzt und bei dieser Temperatur 4 Minuten gehalten. Das entstandene Mesophase-

Pech besaß einen Mesophase-Gehalt von 13,1 Gew.-%. Dieses Mesophase-Pech wurde bei einer Temperatur von 34O⁰C und mit einer Ziehgeschwindigkeit von 1200 m/min versponnen, um eine Rohfaser zu erhalten.

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die auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 aufgearbeitet wurde, um eine Kohlf.nstoffaser zu bilden. Die Ausbeute dieser Kohlenstoffaser betrug 89,6 Gew.-%.

Die so erhaltene Kchlenstoffaser besaß einen mittleren Durchmesser von 11,4 um, eine Festigkeit von 239 kg/mm² und einen Elastizitätsmodul von 14,2 t/ mm².

In den meisten Fällen bestand das Mesophase-Pech der vorliegenden Erfindung nicht vollständig aus einer optisch anisotropen Struktur, sondern enthielt eine optisch isotrope Struktur.

In der Tat bestanden all die in den Beispielen 1 bis 6 beschriebenen Mesophase-Peche teilweise aus einer optisch isotropen Struktur, aber sie konnten gleichmäßig geschmolzen werden. Die Mesophase wurde im Verlauf des Spinnens entlang der Faserachse orientiert und diese Orientierung wurde von der entstandenen Kohlenstoffaser übernommen. Als Beispiel sei angegeben, daß das in F i g. 1 dargestellte Mesophase-Pech eine optisch isotrope Struktur in einer Menge von etwa 10 bis 15% enthielt Die Rohfaser, die durch Spinnen dieses Mesophase-Peches erhalten worden war, zeigte jedoch eine Orientierung entlang der Faserachse, wie es in F i g. 2 dargestellt ist. Zusätzlich ist aus F i g. 3 ersichtlich, daß die Orientierung der Rohfaser von der Kohlenstoffaser übernommen wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Hochleistungskohlenstoffasern mit einer Festigkeit von 200 bis 350 kg/mm² und einem Elastizitätsmodul von 10 bis 40t/mm², gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte