DE3700811A1 - Verfahren zum aufbringen einer silizium-kohlenstoff-bindungen enthaltenden schicht auf kohlenstoff-fasern - Google Patents
Verfahren zum aufbringen einer silizium-kohlenstoff-bindungen enthaltenden schicht auf kohlenstoff-fasernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen einer Silizium-Kohlen
stoff-Bindungen enthaltenden Schicht auf Kohlenstoff-Fasern, -Fäden oder
flächigen Gebilden daraus.
Kohlenstoff-Fasern werden hauptsächlich als Verstärkungsmittel für Kunst
stoffe verwendet. Derartige verstärkte Kunststoffe finden im Fahrzeugbau,
für Sportgeräte oder zur Herstellung von Hitzeschildern Verwendung.
Ausführungen über Kohlenstoffasern finden sich beispielsweise in Römpps
Chemie-Lexikon, 8. Auflage, Band 3, auf der Seite 2157 sowie in der dort
zitierten Primär-Literatur.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zum Aufbringen einer
Silizium-Kohlenstoff-Bindung enthaltenden Schicht auf Kohlenstoff-Fasern,
-Fäden oder flächigen Gebilden daraus zu schaffen, das zu Produkten mit
verbesserten Eigenschaften führt.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem man
die Kohlenstoff-Fasern, -Fäden oder die flächigen Gebilde mit Organosilan-
Polymeren beschichtet und auf Temperaturen oberhalb des Zersetzungs
punktes der Organosilan-Polymeren erhitzt.
Nach dem Verfahren erhält man Fasern, Fäden oder flächige Gebilde, auf
denen sich eine Silizium enthaltende Schicht ausgebildet hat, die durch
Silizium-Kohlenstoff-Bindungen mit den Kohlenstoff-Fasern, -Fäden oder
den flächigen Gebilden verbunden ist. Die Fasern-Fäden-Oberflächengebilde
sind besonders widerstandsfähig gegen Sauerstoff, Feuchtigkeit und
Säuren.
Die Fasern-Fäden-Oberflächengebilde werden hauptsächlich als Füllstoff
für Kunststoffe verwendet, als Laminate oder als Zwischeneinlagen bei
Verbundstoffen. Sie zeichnen sich durch folgende Eigenschaften aus:
große Zugfestigkeiten, hohen E-Modul und hohe Bruchdehnung.
Die für das Verfahren zu verwendenden Kohlenstoff-Fasern oder -Fäden
werden beispielsweise durch pyrolytische Verfahren aus Polyacrylnitril
oder durch Tempern von Fäden oder Geweben aus Polyestern bei Temperaturen
oberhalb von 600°C erhalten. Es können aber auch flächige Gebilde aus
Kohlenstoff-Fasern wie Gewebegewirke, Geflechte, Netze oder faservlies
artige Stoffe Verwendung finden. Derartige Gebilde werden nach bekannten
Verfahren erhalten wie sie beispielsweise in der oben zitierten Literatur
stelle in Römpps Chemie-Lexikon und in der dort zitierten Primärliteratur
beschrieben sind. Die Herstellung solcher Fasern, Fäden oder flächigen
Gebilde ist Stand der Technik.
Auf die Kohlenstoff-Fasern, Fäden oder flächigen Gebilde wird eine
Schicht aus Organosilanpolymeren aufgebracht. Die Menge des Polymeren
beträgt 1 bis vorzugsweise 10% des Kohlenstoff enthaltenden fasrigen
Materials; jedoch können auch größere Mengen des Polymeren aufgebracht
werden. Man bringt die Organosilanpolymeren zweckmäßig in Form von
Lösungen auf und dampft das Lösungsmittel ab. Bei Raumtemperatur flüssige
Organosilanpolymere können auch durch Eintauchen der Fasern, Fäden oder
flächigen Gebilde in das flüssige Polymere aufgebracht werden.
Organosilanpolymere sind bekannt und beispielsweise im Journal of Polymer
Science: Polymer Letters Edition, Vol. 23, Seiten 479-485 und in den in
dieser Arbeit zitierten Literaturstellen beschrieben. Die Polymeren
bestehen aus Polymerketten, die Si-Si-Bindungen enthalten und organische
Seitengruppen. Die organischen Seitengruppen können aromatisch,
aliphatisch oder cycloaliphatisch sein und Substituenten tragen.
Besonders geeignet sind Phenyl-Methyl-Silicium-Polymere.
Die beschichteten Fasern, Fäden oder Flächengebilde werden nun auf
Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatur des Organosilanpolymeren
erhitzt. Zweckmäßig arbeitet man in einem Temperaturbereich von 650 bis
3000°C, vorzugsweise von 100 bis 2750°C. Man hält die beschichteten
Fasern oder flächigen Gebilde zweckmäßig für die Dauer von 1 bis 5 min
auf diesen hohen Temperaturen.
Es bilden sich bei dieser Arbeitsweise Siliziumkohlenstoffbindungen aus.
Die Beschichtung enthält außerdem noch nicht umgesetztes Polymeres. Die
Fasern können nicht modifizierte Kohlenstoff-Faser-Kerne enthalten.
Die beschichteten Fasern, Fäden oder Flächengebilde eignen sich hauptsäch
lich als Gewebeeinlagen für Prepreg-Harze.
Sie können auch als Substrate für elektrochemische Abscheidungen oder als
Elektroden Verwendung finden.
Kohlenstoffasern mit einem Elastizitätsmodul von 230 kN/mm2, die eine
Bruchdehnung von 1,4% und eine spezifische elektrische Leitfähigkeit von
650 S/cm haben, werden mit einer 10%igen Lösung eines Polysilans in
Toluol getränkt. Das Polysiloxan ist ein Poly-methyl-phenylsilan mit
einem mittleren Molgewicht (Gewichtsmittel) von 25 000. (eta) in Toluol
beträgt 0,38 (1 ml/g). Die getränkten Fasern werden zunächst für die
Dauer von 2 Stunden auf 200°C erhitzt. Anschließend erhitzt man innerhalb
von 15 sec auf 650°C und erhitzt dann für die Dauer von 2 min auf 1800°C.
Die Gewichtszunahme der Faser beträgt 0,5 Gew.-%. Der Silikatanteil ist
0,02 Gew.-%. Nach dem Beschichtungsprozeß haben die Fasern eine Leitfähig
keit von 480 S/cm. Der Abschirmungseffekt nach ASTMES 7-3 dieses
Materials beträgt 48 dB bei einer Frequenz von 500 MHz. Der abschirmungs
effekt des Ausgangsmaterials lag bei 37 dB und dessen Elastizitätsmodul
betrug 370 kN/mm2.
Das Behandeln der Kohlenstoffasern erfolgt entsprechend der Arbeitsweise
des Beispiels 1, jedoch wurde als Polysilan ein Poly-methyl-n-Hexyl-silan
mit einem Molgewicht (Gewichtsmittel) von 490 000 verwendet, das ein (eta)
in Toluol von 0,42 (100 ml/g) hat. Die Gewichtszunahme der beschichteten
Faser betrug 0,8 Gew.-% und der Silikatanteil 0,025 Gew.-%. Der Elasti
zitätsmodul des beschichteten Materials hatte einen Wert von 420 kN/mm2.
Es wurde wie in Beispiel 1 gearbeitet unter Verwendung eines Poly
dimethyl-silans mit einem Molgewicht (Gewichtsmittel) von 65 000 (eta)
in Toluol betrug 0,53 (100 ml/g). Der Elastizitätsmodul des beschichteten
Materials betrug 380 kN/mm2.
Claims (1)
- Verfahren zum Aufbringen einer Silizium-Kohlenstoff-Bindungen ent haltenden Schicht auf Kohlenstoff-Fasern, -Fäden oder flächigen Gebilden daraus, dadurch gekennzeichnet, daß man die Kohlenstoff-Fasern, -Fäden oder die flächigen Gebilde mit Organosilan-Polymeren beschichtet und auf Temperaturen oberhalb der Zersetzungstemperatur des Organosilan-Polymeren erhitzt.
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| DE19873700811 DE3700811A1 (de) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | Verfahren zum aufbringen einer silizium-kohlenstoff-bindungen enthaltenden schicht auf kohlenstoff-fasern |
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| DE19873700811 Withdrawn DE3700811A1 (de) | 1987-01-14 | 1987-01-14 | Verfahren zum aufbringen einer silizium-kohlenstoff-bindungen enthaltenden schicht auf kohlenstoff-fasern |
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| CN105256407A (zh) * | 2015-11-03 | 2016-01-20 | 西北工业大学 | 基于同轴静电纺丝工艺的“核-壳”结构的碳-碳化硅复合纳米纤维及制备方法 |
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1987
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