DE4005530A1 - Kohlenstoff-hohlfasern - Google Patents
Kohlenstoff-hohlfasernInfo
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- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
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- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
- D01F9/21—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F9/22—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
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Description
Die Erfindung betrifft Kohlenstoff-Hohlfasern auf Basis von Polyacryl
nitril-Precursorfasern, sowie ihre Verwendung zur Herstellung von Hoch
leistungsverbundwerkstoffen.
Kohlenstoff-Hohlfasern auf der Basis von Pechfasern und von Polyacryl
nitrilfasern sind bekannt. Die Querschnittsfläche der Fasern hat im allge
meinen die Form eines gleichmäßigen, geschlossenen Rings. Hochleistungs
verbundwerkstoffe, die mit derartigen Hohlfasern hergestellt wurden, haben
gegenüber solchen auf Basis von kompakten Fasern den Vorteil der besseren
Faser/Matrix-Haftung und der höheren Druckfestigkeit, jeweils bezogen auf
das Fasergewicht. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Schadenstoleranz
solcher Verbundwerkstoffe für manche Anwendungszwecke noch verbesserungs
bedürftig ist.
Der Erfindung lag also die Aufgabe zugrunde, Kohlenstoff-Hohlfasern
bereitzustellen, die Hochleistungsverbundwerkstoffe mit verbesserter
Schadenstoleranz ergeben.
Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe gelöst wird durch Kohlenstoff-Fasern
mit einer Querschnittsfläche in Form eines Rings, der nicht ganz ge
schlossen ist, wobei die Kohlenstoff-Fasern aus schmelzgesponnenen Poly
acrylnitril-Fasern hergestellt wurden.
Die EP-A 2 32 051 beschreibt Kohlenstoff-Fasern mit einer Querschnitts
fläche in Form eines Rings, der nicht ganz geschlossen ist, wobei die
Kohlenstoff-Fasern aus Pechfasern hergestellt wurden. Die Ausführungen
dieser Druckschrift erwecken den Eindruck, daß aus Polyacrylnitril-Fasern
derartig geformte Kohlenstoff-Fasern nicht hergestellt werden können. Die
Kohlenstoff-Hohlfasern nach EP-A 2 32 051 haben einen Durchmesser von mehr
als 30 µm. Solche Fasern sind zur Herstellung von Hochleistungsverbund
werkstoffen nicht geeignet, da sie im Verbund nicht eine ausreichend
verstärkende Wirkung aufweisen.
Die Ausführungen der EP-A 2 32 051 sind insoweit richtig, als es nicht
möglich ist, nach den dort beschriebenen Verfahren aus üblichen, lösungs
gesponnenen Polyacrylnitril-Fasern Kohlenstoff-Fasern mit einer Quer
schnittsfläche in Form eines nicht ganz geschlossenen Rings herzustellen.
Bei dem bevorzugten Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen
Kohlenstoff-Hohlfasern geht man also von schmelzgesponnenen Polyacryl
nitril-Precursorfasern aus. Solche Fasern sind z. B. in der noch nicht
veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 89 11 5373.6 sowie in den
dort zitierten Druckschriften beschrieben. Das zugrundeliegende Polyacryl
nitril besteht vorzugsweise zu mindestens 85 Gew.-% aus Acrylnitril-
Einheiten, es kann bis zu 15 Gew.-% Einheiten von üblichen Comonomeren,
wie z. B. Methylacrylat, Styrol, Methylmethacrylat oder Itaconsäure ent
halten.
100 Gew.-Teile dieses Acrylnitril-Polymeren werden mit
10-30 Gew.-Teilen Wasser, 5-30 Gew.-Teilen Acetonitril oder Nitromethan,
sowie ggf. weiteren organischen Flüssigkeiten, z. B. 1-10 Gew.-Teilen eines
C1-C4-Alkanols vermischt und geschmolzen. Die Schmelze wird durch einen
Düsenkopf ausgepreßt, der C-förmige Düsenöffnungen aufweist. Zweckmäßiger
weise ist an einem Ende der C-förmigen Düsenöffnung eine räumliche Erwei
terung vorgesehen (siehe Fig. 1), die als Reservoir für Polyacrylnitril-
Schmelze beim anschließenden Verstrecken dient. Die Düsen können einen
Durchmesser zwischen 50 und 200 µm aufweisen. Die Extrusion durch den
Düsenkopf erfolgt bei etwa 140-190°C, anschließend werden Wasser und die
organischen Flüssigkeiten verdampft und die gesponnenen Fäden werden
mindestens um das Fünffache, vorzugsweise um das Acht- bis Zwanzigfache
verstreckt. Einzelheiten dieser Verfahrensschritte sind in der
europäischen Patentanmeldung 8 91 15 373.6 beschrieben.
Die erhaltenen Kohlenstoff-Hohlfasern weisen vorzugsweise einen äußeren
Durchmesser von 5 bis 20 µm und eine Wandstärke von 0,5 bis 5 µm auf.
Der Abstand zwischen den Enden des nicht geschlossenen Rings hängt von der
Größe des oben beschriebenen Reservoirs sowie von den Verstreckungsbedin
gungen ab. Der Ring kann entweder ganz offen sein (Fig. 2), wobei der
Abstand zwischen den Ringenden maximal 2 µm, vorzugsweise 0,1-1 µm be
trägt, oder die Ringenden, die abgerundet sind, können sich berühren, so
daß die Berührungsstelle eine verminderte Wandstärke aufweist (Fig. 3).
Im Anschluß an den Streckprozeß werden Polyacrylnitril-Fasern auf übliche
Weise bei 200-300°C oxidiert und bei 1000-2000°C carbonisiert. Es hat sich
gezeigt, daß diese Prozesse wesentlich schneller ablaufen, wenn der Quer
schnitt der gestreckten Polyacrylnitril-Faser die Form eines offenen Rings
aufweist. Während der Oxidation und Carbonisierung verändert die Faser
ihre Form nicht wesentlich, d. h., die Form der Querschnittsfläche bleibt
erhalten.
Die erfindungsgemäßen Kohlenstoff-Hohlfasern sind hervorragend geeignet zur
Herstellung von Hochleistungsverbundwerkstoffen. Dazu werden sie nach
üblichen Methoden mit duromeren Kunststoffen, wie z. B. Epoxidharzen, Bis
maleinimidharzen oder Cyanatharzen, oder mit thermoplastischen Kunst
stoffen, wie z. B. Polyethersulfonen, Polyetherketonen oder Polyimiden
imprägniert. Die Verbundwerkstoffe weisen eine höhere Schadenstoleranz auf
als vergleichbare Verbundwerkstoffe auf Basis von Kohlenstoff-Hohlfasern
mit einer Querschnittsfläche in Form eines geschlossenen Rings, d. h., der
Verbundwerkstoff kann höhere Lasten aufnehmen, ohne daß es zu einer
Schädigung kommt. Zahlenmäßig drückt sich das in einer erhöhten Bruch
energie G1c aus.
Claims (7)
1. Kohlenstoff-Fasern mit einer Querschnittsfläche in Form eines Rings,
der nicht ganz geschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kohlenstoff-Fasern aus schmelzgesponnenen Polyacrylnitril-Fasern
hergestellt wurden.
2. Kohlenstoff-Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
einen äußeren Durchmesser von 5 bis 20 µm aufweisen.
3. Kohlenstoff-Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Wandstärke des Rings 0,5 bis 5 µm beträgt.
4. Kohlenstoff-Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ring offen ist und der Abstand zwischen den Ringenden bis zu 2 µm
beträgt.
5. Kohlenstoff-Fasern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Ring abgerundete Enden aufweist, welche sich berühren, so daß die
Berührungsstelle eine verminderte Wandstärke aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung der Kohlenstoff-Fasern nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß man eine Schmelze, enthaltend
100 Gew.-Teile eines Acrylnitril-Polymeren, 10-30 Gew.-Teile Wasser
und 5-30 Gew.-Teile Acetonitril oder Nitromethan aus einem Spinnkopf
mit C-förmigen Düsenöffnungen auspreßt, die Fäden um mindestens das
Fünffache verstreckt, und auf übliche Weise stabilisiert und
carbonisiert.
7. Verwendung der Kohlenstoff-Fasern nach Anspruch 1, zusammen mit duro
plastischen oder thermoplastischen Kunststoffen, zur Herstellung von
Hochleistungsverbundwerkstoffen.
Priority Applications (2)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19904005530 DE4005530A1 (de) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | Kohlenstoff-hohlfasern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4005530A1 true DE4005530A1 (de) | 1991-08-29 |
Family
ID=6400695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19904005530 Withdrawn DE4005530A1 (de) | 1990-02-22 | 1990-02-22 | Kohlenstoff-hohlfasern |
Country Status (2)
Country | Link |
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DE (1) | DE4005530A1 (de) |
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DE102004036030A1 (de) * | 2004-07-23 | 2006-02-16 | Wabco Gmbh & Co.Ohg | Faden für akustisches Dämmmaterial, insbesondere für Geräuschdämpfer in Drucklufteinrichtungen |
DE202004011630U1 (de) | 2004-07-24 | 2004-11-11 | Wabco Gmbh & Co.Ohg | Geräuschdämpfer für Drucklufteinrichtungen |
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1990
- 1990-02-22 DE DE19904005530 patent/DE4005530A1/de not_active Withdrawn
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1991
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Also Published As
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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