ES2302736T3 - Haz de fibras precursor de fibra de carbono. - Google Patents
Haz de fibras precursor de fibra de carbono. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2302736T3 ES2302736T3 ES01941080T ES01941080T ES2302736T3 ES 2302736 T3 ES2302736 T3 ES 2302736T3 ES 01941080 T ES01941080 T ES 01941080T ES 01941080 T ES01941080 T ES 01941080T ES 2302736 T3 ES2302736 T3 ES 2302736T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- fiber bundle
- carbon fiber
- weight
- fiber
- monofilament
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- 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
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
- D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F6/18—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polymers of unsaturated nitriles, e.g. polyacrylonitrile, polyvinylidene cyanide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
- Y10T428/2918—Rod, strand, filament or fiber including free carbon or carbide or therewith [not as steel]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
- Y10T428/2922—Nonlinear [e.g., crimped, coiled, etc.]
- Y10T428/2924—Composite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
- Y10T428/2929—Bicomponent, conjugate, composite or collateral fibers or filaments [i.e., coextruded sheath-core or side-by-side type]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
- Y10T428/2913—Rod, strand, filament or fiber
- Y10T428/2933—Coated or with bond, impregnation or core
- Y10T428/2964—Artificial fiber or filament
- Y10T428/2967—Synthetic resin or polymer
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Abstract
Haz de fibras precursor de fibra de carbono que comprende una pluralidad de monofilamentos de polímero a base de acrilonitrilo, siendo la razón de la longitud y la anchura de la sección transversal de la fibra de dicho monofilamento (longitud/anchura) de 1,05 a 1,6, y estando la cantidad de Si medida mediante espectrometría de emisión atómica con ICP en el intervalo de 500 a 4000 ppm, caracterizado porque la altura promedio en la línea central (Ra) de la superficie de dicho monofilamento es de 0,01 a 0,1 µm.
Description
Haz de fibras precursor de fibra de carbono.
La presente invención se refiere a un haz de
fibras precursor de fibra de carbono que comprende monofilamentos de
un polímero a base de acrilonitrilo que puede aplicarse en la
fabricación de un haz de fibra de carbono para su uso como material
de refuerzo en un material compuesto reforzado con fibra.
La fibra de carbono, fibra de vidrio, fibra de
aramida y similares, se usan en un material compuesto reforzado con
fibra. Entre los mencionados anteriormente, la fibra de carbono es
superior en resistencia relativa, módulo de elasticidad relativo,
resistencia térmica, resistencia química y similares, y se usa como
material de refuerzo en un material compuesto reforzado con fibra
para su uso en equipamiento deportivo tal como en palos de golf y
cañas de pescar, así como para fines industriales generales tales
como en aviación y similares. Tal material compuesto reforzado con
fibra se fabrica, por ejemplo, según el siguiente método.
Inicialmente, en el proceso de cocción (proceso
de oxidación), un haz de fibras precursor de fibra de carbono que
comprende monofilamentos de polímeros a base de acrilonitrilo
experimenta una cocción a de 200 a 300ºC en un gas oxidante, tal
como aire, para proporcionar un haz de fibras resistente a la llama.
Posteriormente, en el proceso de carbonización, se carboniza el haz
de fibras resistente a la llama a de 300 a 2000ºC bajo una atmósfera
inerte para producir un haz de fibra de carbono. Este haz de fibra
de carbono se procesa, según sea necesario, para dar tela tejida y
similares, que se impregna entonces mediante una resina sintética y
se conforma para dar una forma predeterminada, para obtener un
material compuesto reforzado con fibra.
Se requiere que un haz de fibras precursor usado
en la fabricación de un haz de fibra de carbono presente una alta
compacidad de modo que, durante el proceso de cocción, los
monofilamentos que comprenden un haz de fibras no se deshilachen y
no se enreden con haces de fibras adyacentes, o alternativamente se
peguen al rodillo. Sin embargo, el haz de fibra de carbono
resultante obtenido a partir de un haz de fibras precursor que tiene
una alta compacidad presenta un problema porque es muy difícil de
impregnar con resina debido a su alta compacidad.
Además, un tejido de fibra de carbono obtenido
tejiendo haces de fibra de carbono debe ser un tejido con tan pocas
aberturas como sea posible, de modo que se evite la creación de
huecos en la resina, en el momento de la impregnación mediante la
resina. Como resultado, se realiza un proceso de extendido de cinta
de filamentos continuos o bien durante o bien tras la tejedura. Sin
embargo, un haz de fibra de carbono obtenido a partir de un haz de
fibras precursor con alta compacidad presenta un problema porque el
extendido de cinta de filamentos continuos es extremadamente difícil
debido a su alta compacidad.
La patente estadounidense número 5.227.237 da a
conocer una fibra de carbono de sección transversal no circular en
la que un grado D de deformación definido por una razón R/r (R es el
radio del círculo circunscrito de la sección transversal de la fibra
y r es el radio del círculo inscrito de la misma) es de 1,1 a 7,0,
da a conocer además que la fibra coagulada se facilitaba a del 0,2
al 1,5% en peso de un lubricante de proceso por peso unitario de la
fibra seca, y también
da a conocer que se desea el uso de un compuesto de silicona o un compuesto de silicona modificado como lubricante.
da a conocer que se desea el uso de un compuesto de silicona o un compuesto de silicona modificado como lubricante.
Como haz de fibras precursor que tiene una alta
compacidad, y que puede proporcionar un haz de fibra de carbono que
tiene una capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos,
la primera publicación de la solicitud de patente japonesa no
examinada número 2000-144521 da a conocer un haz de
fibras a base de acrilonitrilo que comprende polímeros a base de
acrilonitrilo que contienen al menos el 95% en peso de
acrilonitrilo, en el que el denier total es de al menos 30.000, con
de 2 a 15 pliegues esencialmente continuos, de los que cada uno
tiene de 0,5 a 1,0 \mum de altura y se extiende en la dirección
longitudinal sobre la superficie del haz de fibras, en el que el
volumen de absorción de yodo por peso de fibra del haz de fibras es
del 0,5 al 1,5% en peso.
Este haz de fibras precursor se obtiene por
medio de la extrusión de una disolución de hilatura que es una
disolución de un disolvente orgánico y un polímero a base de
acrilonitrilo en un primer baño de coagulación formado a partir de
una disolución acuosa de un disolvente orgánico que comprende una
concentración de disolvente orgánico del 50 al 70% en peso y una
temperatura de 30 a 50ºC para formar fibras sólidas. Entonces se
enrollan las fibras sólidas a una velocidad de enrollado no superior
a 0,8 veces una velocidad lineal de extrusión de la disolución de
hilatura a partir del primer baño de coagulación. Posteriormente, se
colocan las fibras sólidas en un segundo baño de coagulación formado
a partir de una disolución acuosa de un disolvente orgánico que
comprende una concentración de disolvente orgánico del 50 al 70% en
peso y una temperatura de 30 a 50ºC, y se estiran en de 1,1 a 3,0
veces, produciendo de ese modo el haz de fibras precursor.
Sin embargo, la compacidad de este haz de fibras
precursor y la capacidad de extendido de cinta de filamentos
continuos del haz de fibra de carbono obtenido a partir de este haz
de fibras precursor son inadecuadas. Además, el material tejido de
fibra de carbono requiere una textura uniforme con pocas aberturas,
y por tanto se requiere un haz de fibra de carbono que tenga una
alta voluminosidad.
De esta manera, se requiere un haz de fibras
precursor de fibra de carbono que tenga una alta compacidad y una
excelente capacidad de procesamiento mediante carbonización, que
puede proporcionar un haz de fibra de carbono que presenta una
excelente capacidad de impregnación con resina, una excelente
capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos, una alta
resistencia y alta voluminosidad.
Además, con respecto a la tela de fibra de
carbono, puesto que también existe una gran demanda de un manejo y
un aspecto externo favorables, además de las funciones mencionadas
anteriormente, es necesario proporcionar también "capacidad de
recubrimiento" a la fibra de carbono. Con el fin de proporcionar
simultáneamente la capacidad de impregnación con resina, la
capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos mencionadas
anteriormente y la capacidad de recubrimiento en el momento de
formar una tela, es necesario conferir una alta voluminosidad al haz
de fibra de carbono. Por tanto, con el fin de mejorar adicionalmente
la capacidad de impregnación con resina, la capacidad de extendido
de cinta de filamentos continuos y la capacidad de recubrimiento, es
necesario mejorar adicionalmente la voluminosidad del haz de fibra
de carbono.
En consecuencia, un primer objeto de la presente
invención es proporcionar un haz de fibras precursor de fibra de
carbono que tiene una alta compacidad y una excelente capacidad de
procesamiento mediante carbonización, que puede proporcionar un haz
de fibra de carbono que presenta una excelente capacidad de
impregnación con resina y capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, además de una alta resistencia y alta
voluminosidad.
Además, un segundo objeto de la presente
invención es proporcionar un haz de fibras precursor de fibra de
carbono que puede proporcionar un haz de fibra de carbono que
presenta una voluminosidad mejorada, además de una superior
capacidad de impregnación con resina, capacidad de extendido de
cinta de filamentos continuos y capacidad de recubrimiento en el
momento de formar una tela.
\vskip1.000000\baselineskip
El haz de fibras precursor de fibra de carbono
según la presente invención se caracteriza por comprender una
pluralidad de monofilamentos de polímero a base de acrilonitrilo, en
el que la razón de la longitud y la anchura de la sección
transversal de la fibra del monofilamento (longitud/anchura) es de
1,05 a 1,6, y la cantidad de Si medida mediante espectrometría de
emisión atómica con ICP está en el intervalo de 500 a 4.000 ppm,
caracterizado porque la altura promedio en la línea central (Ra) de
la superficie de dicho monofilamento es de 0,01 a 0,1 \mum.
El haz de fibras precursor de fibra de carbono
mencionado anteriormente tiene una alta compacidad y excelente
capacidad de procesamiento mediante carbonización. Además, el haz de
fibra de carbono obtenido a partir del mismo presenta una excelente
capacidad de impregnación con resina y capacidad de extendido de
cinta de filamentos continuos, además de una alta resistencia y alta
voluminosidad.
Además, la resistencia del monofilamento dentro
de este haz de fibras precursor de fibra de carbono es
preferiblemente de al menos 5,0 cN/dtex. Como resultado, se reduce
la generación de pelusa secundaria al corte de los monofilamentos
durante el proceso de cocción, lo que a su vez conduce a una mejora
adicional de la capacidad de procesamiento mediante
carbonización.
Tal como se mencionó anteriormente, la altura
promedio en la línea central (Ra) de la superficie de monofilamento
del haz de fibras precursor de fibra de carbono es de 0,01 a 0,1
\mum. De esta manera, es posible mejorar la compacidad y la
capacidad de procesamiento mediante carbonización del haz de fibras
precursor de fibra de carbono, y también mejorar la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos y la resistencia del haz de fibra de carbono
obtenido a partir del mismo.
Además, la altura máxima (Ry) de la superficie
de monofilamento del haz de fibras precursor de fibra de carbono es
preferiblemente de 0,1 a 0,5 \mum. De esta manera, es posible
mejorar adicionalmente la compacidad y la capacidad de procesamiento
mediante carbonización del haz de fibras precursor de fibra de
carbono, y también mejorar adicionalmente la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos y la resistencia del haz de fibra de carbono
obtenido a partir del mismo.
Además, este haz de fibras precursor de fibra de
carbono se caracteriza adicionalmente por comprender una pluralidad
de pliegues que se extienden en la dirección longitudinal sobre la
superficie del monofilamento, en el que el intervalo (S) entre picos
locales adyacentes está dentro del intervalo de 0,2 a 1,0 \mum. De
esta manera, es posible mejorar adicionalmente la compacidad y la
capacidad de procesamiento mediante carbonización del haz de fibras
precursor de fibra de carbono, y también mejorar adicionalmente la
capacidad de impregnación con resina, la capacidad de extendido de
cinta de filamentos continuos y la resistencia del haz de fibra de
carbono obtenido a partir del mismo.
Además, el contenido en agua de este haz de
fibras precursor de fibra de carbono preferiblemente no es superior
al 15% en peso. De esta manera, los monofilamentos del haz de fibras
se confunden fácilmente, mejorando de este modo adicionalmente la
capacidad de procesamiento mediante carbonización.
Además, el número de monofilamentos que
comprende este haz de fibras precursor de fibra de carbono
preferiblemente no es superior a 12000. De esta manera, es posible
aumentar la velocidad de hilatura del haz de fibras precursor de
fibra de carbono. Además, también es posible conferir confusión
uniforme, y como resultado, mejorar la capacidad de procesamiento
durante el proceso de cocción.
Además, el grado de confusión del haz de fibras
precursor de fibra de carbono está preferiblemente dentro del
intervalo de 5/m a 20/m. De esta manera, se mejora adicionalmente la
capacidad de procesamiento mediante carbonización del haz de fibras
precursor de fibra de carbono, lo que a su vez conduce a una mejora
adicional de la capacidad de impregnación con resina y la capacidad
de extendido de cinta de filamentos continuos del haz de fibra de
carbono obtenido a partir del mismo.
La razón de contenido en líquido HW se calcula
usando la siguiente ecuación a partir del peso en seco absoluto W0
del haz de fibras tras la eliminación de un agente de lubricación y
el secado hasta un estado seco absoluto, y el peso del haz de fibras
WT tras empapar este haz de fibras con agua destilada a 20ºC a
tensión cero durante una hora y realizando entonces deshidratación
por compresión a una presión de 200 kPa.
HW (% en peso)
= (WT - W0) / W0 x
100
El haz de fibras precursor de fibra de carbono
según una primera realización de la presente invención se
caracteriza por comprender una pluralidad de monofilamentos de
polímero a base de acrilonitrilo, en el que la razón de la longitud
y la anchura de la sección transversal de la fibra del monofilamento
(longitud/anchura) es de 1,05 a 1,6; la cantidad de Si medida
mediante espectrometría de emisión atómica con ICP está en el
intervalo de 500 a 4.000 ppm; la altura promedio en la línea central
(Ra) de la superficie de dicho monofilamento es de 0,01 a 0,1
\mum; y la razón de contenido en líquido HW, calculada según el
método mencionado anteriormente, es de al menos el 40% en peso e
inferior al 60% en peso.
El haz de fibras precursor de fibra de carbono
formado según lo mencionado anteriormente presenta una alta
compacidad y una excelente capacidad de procesamiento mediante
carbonización, y puede proporcionar un haz de fibra de carbono que
presenta una excelente capacidad de impregnación con resina y
capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos, además de
una alta resistencia y una alta voluminosidad. Además, el haz de
fibra de carbono obtenido a partir del haz de fibras precursor de
fibra de carbono mencionado anteriormente presenta una voluminosidad
mejorada, además de una superior capacidad de impregnación con
resina, capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos y
capacidad de recubrimiento en el momento de formar una tela.
Además, el método para fabricar un haz de fibras
precursor de fibra de carbono según la presente invención comprende
las etapas de: extruir una disolución de hilatura que es una
disolución de un disolvente orgánico y un polímero a base de
acrilonitrilo que contiene al menos el 95% en peso de la unidad de
acrilonitrilo en un primer baño de coagulación formado a partir de
una disolución acuosa de un disolvente orgánico que comprende la
concentración de disolvente orgánico del 45 al 68% en peso y una
temperatura de 30 a 50ºC para formar fibras sólidas; enrollar las
fibras sólidas a una velocidad de enrollado no superior a 0,8 veces
una velocidad lineal de extrusión de la disolución de hilatura a
partir del primer baño de coagulación; estirar las fibras sólidas en
1,1 \sim 3,0 veces en un segundo baño de coagulación formado a
partir de una disolución acuosa de un disolvente orgánico que
comprende la concentración de disolvente orgánico del 45 al 68% en
peso y una temperatura de 30 a 50ºC para formar fibras estiradas; y
estirar con vapor la fibras estiradas en 2,0 \sim 5,0 veces tras
secar las fibras estiradas.
Según este método para fabricar un haz de fibras
precursor de fibra de carbono, puede fabricarse fácilmente un haz de
fibras precursor de fibra de carbono que presenta las propiedades
superiores mencionadas anteriormente.
La figura 1 es un diagrama en sección
transversal que muestra la superficie de un monofilamento de un haz
de fibras precursor de fibra de carbono para el fin de explicar la
altura promedio en la línea central (Ra).
La figura 2 es un diagrama en sección
transversal que muestra la superficie de un monofilamento de un haz
de fibras precursor de fibra de carbono para el fin de explicar la
altura máxima (Ry).
La figura 3 es un diagrama en sección
transversal que muestra la superficie de un monofilamento de un haz
de fibras precursor de fibra de carbono para el fin de explicar el
intervalo (S) entre los picos locales.
A continuación, la presente invención se
describirá adicionalmente por medio de las realizaciones
preferidas.
El haz de fibras precursor de fibra de carbono
según la presente invención es un empaquetamiento de cinta de
filamentos continuos de una pluralidad de monofilamentos de polímero
a base de acrilonitrilo.
Como el polímero a base de acrilonitrilo, se
prefiere un polímero que contiene al menos el 95% en peso de la
unidad de acrilonitrilo desde el punto de vista de la resistencia
conseguida en el haz de fibra de carbono formado por medio de la
cocción del haz de fibras precursor de fibra de carbono mencionado
anteriormente. El polímero a base de acrilonitrilo puede formarse
por medio de polimerización de acrilonitrilo y un monómero que puede
copolimerizarse con él, según sea necesario, mediante polimerización
redox en una disolución acuosa, polimerización en suspensión en un
sistema no uniforme, polimerización en emulsión usando un agente
dispersante o similares.
El monómero mencionado anteriormente que va a
copolimerizarse con acrilonitrilo puede incluir, por ejemplo,
ésteres de (met)acrilato tales como (met)acrilato de
metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de
propilo, (met)acrilato de butilo, (met) acrilato de hexilo y
similares; vinilos halogenados tales como cloruro de vinilo, bromuro
de vinilo, cloruro de vinilideno y similares; ácidos tales como
ácido metacrílico, ácido itacónico, ácido crotónico, sales de los
mismos y similares; maleimida, fenilmaleimida, metacrilamida,
estireno, \alpha-metilestireno, acetato de vinilo;
monómero insaturado polimerizable que contiene un grupo sulfónico
tal como estireno-sulfonato de sodio,
alil-sulfonato de sodio,
\beta-estireno-sulfonato de sodio,
metalil-sulfonato de sodio y similares; monómero
insaturado polimerizable que contiene un grupo piridina tal como
2-vinilpiridina,
2-metil-5-vinilpiridina
y similares.
La razón (longitud/anchura) de la longitud y la
anchura de la sección transversal de la fibra de un monofilamento
del polímero a base de acrilonitrilo según la presente invención es
de 1,05 a 1,6, preferiblemente de 1,1 a 1,3 y más preferiblemente de
1,15 a 1,25. Siempre que la razón longitud/anchura esté dentro del
intervalo mencionado anteriormente, es posible satisfacer
simultáneamente la capacidad de procesamiento mediante carbonización
del haz de fibras precursor, además de satisfacer la capacidad de
impregnación con resina y la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos del haz de fibra de carbono obtenido a partir
del mismo. Cuando la razón longitud/anchura es inferior a 1,05, se
reducen los espacios entre los monofilamentos, lo que a su vez
conduce a una degradación en la capacidad de impregnación con resina
y la capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos del haz
de fibra de carbono resultante. Además, la voluminosidad se hace
insuficiente. Cuando la razón longitud/anchura es superior a 1,6, se
reduce la compacidad del haz de fibras, lo que a su vez da como
resultado la degradación de la capacidad de procesamiento mediante
carbonización. Además, también se reduce drásticamente la
resistencia de la
hebra.
hebra.
En el presente documento, la razón
(longitud/anchura) de la longitud y la anchura de la sección
transversal de la fibra de un monofilamento se determina de la
siguiente manera.
Tras hacer pasar un haz de fibras de un polímero
a base de acrilonitrilo, para su uso en la medición, a través de un
tubo fabricado a partir de poli(cloruro de vinilo) que tiene
un diámetro interno de 1 mm, se corta en sección lo mencionado
anteriormente en cortes redondos para preparar una muestra.
Posteriormente, se fija la muestra mencionada anteriormente sobre el
portamuestras de un SEM de manera tal que la sección transversal de
la fibra del polímero a base de acrilonitrilo está orientada hacia
arriba. Además, tras salpicar Au a un espesor aproximado de 10 nm,
se observa la sección transversal de la fibra usando un microscopio
electrónico de barrido (XL20 fabricado por Phillips) en las
condiciones de un voltaje de aceleración de 7,00 kV y una distancia
de funcionamiento de 31 mm. Entonces se miden la longitud y la
anchura de la sección transversal de la fibra del monofilamento, y
se determina la razón longitud/anchura mediante la división de la
longitud entre la anchura.
La cantidad de Si del haz de fibras precursor de
fibra de carbono según la presente invención está dentro del
intervalo de 500 a 4000 ppm y preferiblemente dentro del intervalo
de 1000 \sim 3000 ppm. Siempre que la cantidad de Si esté dentro
del intervalo mencionado anteriormente, es posible satisfacer
simultáneamente la capacidad de procesamiento mediante carbonización
del haz de fibras precursor, además de satisfacer la capacidad de
impregnación con resina y la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos del haz de fibra de carbono obtenido a partir
del mismo. Cuando la cantidad de Si es inferior a 500 ppm, la
compacidad del haz de fibras se deteriora, lo que a su vez conduce a
una degradación de la capacidad de procesamiento mediante
carbonización. Además, también se deteriora la resistencia de la
hebra del haz de fibra de carbono resultante. Cuando la cantidad de
Si supera las 4000 ppm, la sílice se dispersa ampliamente en el
momento de la cocción del haz de fibras precursor, lo que conduce a
un empeoramiento de la estabilidad de carbonización. Además, el haz
de fibra de carbono resultante se hace difícil de deshilachar, dando
como resultado el empeoramiento de la capacidad de impregnación con
resina y la capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos
del mismo.
La cantidad de Si se origina a partir del agente
de lubricación a base de silicio usado en el momento de fabricar el
haz de fibras precursor de fibra de carbono. En el presente
documento, puede medirse la cantidad de Si por medio del uso de
espectrometría de emisión atómica con ICP.
La resistencia del monofilamento del polímero a
base de acrilonitrilo según la presente invención es preferiblemente
de al menos 5,0 cN/dtex, más preferiblemente de al menos 6,5 cN/dtex
y lo más preferiblemente de 7,0 cN/dtex. Cuando la resistencia del
monofilamento es inferior a 5,0 cN/dtex, se genera una gran cantidad
de pelusa mediante el corte de hilos sencillos durante el proceso de
carbonización, lo que da como resultado una degradación de la
capacidad de procesamiento mediante carbonización.
En el presente documento, la resistencia del
monofilamento del polímero a base de acrilonitrilo se determina
instalando el monofilamento, que se ha colocado sobre un soporte, en
el mandril de la célula de carga, y midiendo entonces la resistencia
a la tracción del mismo mediante un ensayo de tensión a una
velocidad de 20,0 mm por minuto usando una máquina de ensayos de
resistencia a la tracción automática para monofilamentos (UTM
II-20 fabricado por K.K Orientech).
El haz de fibras precursor de fibra de carbono
de la presente invención tiene preferiblemente pliegues que se
extienden en la dirección longitudinal del haz de fibras sobre la
superficie del monofilamento. La presencia de estos pliegues
confiere una excelente compacidad al haz de fibras precursor de
fibra de carbono de la presente invención, y a la vez, el haz de
fibra de carbono resultante presenta una excelente capacidad de
impregnación con resina y capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos.
La profundidad del pliegue mencionado
anteriormente se fija según la altura promedio en la línea central
(Ra), la altura máxima (Ry) y el intervalo (S) de los picos
locales.
La altura promedio en la línea central (Ra) de
la superficie del monofilamento del haz de fibras precursor de fibra
de carbono según la presente invención es de 0,01 a 0,1 \mum, más
preferiblemente de 0,02 a 0,07 \mum y lo más preferiblemente de
0,03 a 0,06 \mum. Una altura promedio en la línea central (Ra)
inferior a 0,01 \mum da como resultado la degradación de la
capacidad de impregnación con resina y la capacidad de extendido de
cinta de filamentos continuos del haz de fibra de carbono
resultante, y conduce a una voluminosidad insuficiente. Por otro
lado, una altura promedio en la línea central (Ra) superior a 0,1
\mum da como resultado un aumento en el área superficial del haz
de fibras, lo que a su vez conduce a una fácil generación de
electricidad estática. Por consiguiente, disminuye la compacidad
del haz de fibras. Además, se reduce la resistencia de la hebra del
haz de fibra de carbono resultante.
En el presente documento, tal como se muestra en
la figura 1, la altura promedio en la línea central (Ra) se
determina mediante la toma de muestras de una longitud L
convencional en la dirección de la línea central m de la curva de
rugosidad; calculando el valor absoluto de la desviación desde la
línea central m hasta la curva de medición de esta muestra; y
tomando entonces el valor promedio de la misma. La altura promedio
en la línea central (Ra) se mide mediante el uso de un microscopio
láser.
La altura máxima (Ry) de la superficie de
monofilamento del haz de fibras precursor de fibra de carbono según
la presente invención es preferiblemente de 0,1 a 0,5 \mum, más
preferiblemente de 0,15 a 0,4 \mum y lo más preferiblemente de 0,2
a 0,35 \mum. Una altura máxima (Ry) inferior a 0,1 \mum da como
resultado la degradación de la capacidad de impregnación con resina
y la capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos del haz
de fibra de carbono resultante, y conduce a una voluminosidad
insuficiente. Por otro lado, una altura máxima (Ry) superior a 0,5
\mum da como resultado un aumento en el área superficial del haz
de fibras, lo que a su vez conduce a una fácil generación de
electricidad estática. Por consiguiente, disminuye la compacidad del
haz de fibras. Además, se reduce la resistencia de la hebra del haz
de fibra de carbono resultante.
En el presente documento, tal como se muestra en
la figura 2, la altura máxima (Ry) se determina mediante la toma de
muestras de una longitud L convencional en la dirección de la línea
central m de la curva de rugosidad; calculando la suma de un Rp, que
es el intervalo entre la línea pico y la línea central m de esta
muestra, y un Rv, que es el intervalo entre la línea valle y la
línea central m de esta muestra. La altura máxima (Ry) se mide por
medio del uso de un microscopio láser.
Además, el intervalo (S) entre picos locales
adyacentes que sirve como parámetro que especifica el intervalo de
estos pliegues es preferiblemente de 0,2 a 1,0 \mum, más
preferiblemente de 0,3 a 0,8 \mum y lo más preferiblemente de 0,4
a 0,7 \mum. Un intervalo (S) entre picos locales adyacentes
inferior a 0,2 \mum da como resultado la degradación de la
capacidad de impregnación con resina y la capacidad de extendido de
cinta de filamentos continuos del haz de fibra de carbono
resultante, y conduce a una voluminosidad insuficiente. Por otro
lado, un intervalo (S) entre picos locales adyacentes superior a 1,0
\mum da como resultado un aumento en el área superficial del haz
de fibras, lo que a su vez conduce a una fácil generación de
electricidad estática. Por consiguiente, disminuye la compacidad del
haz de fibras. Además, se reduce la resistencia de la hebra del haz
de fibra de carbono resultante.
En el presente documento, tal como se muestra en
la figura 3, el intervalo (S) entre picos locales adyacentes se
determina mediante la toma de muestras de una longitud L
convencional en la dirección de la línea central m de la curva de
rugosidad, y tomando entonces el valor promedio S de los intervalos
S1, S2, S3, ... entre los picos adyacentes de esta muestra. El
intervalo (S) entre picos locales adyacentes se mide por medio del
uso de un microscopio láser.
Además, el contenido en agua del haz de fibras
precursor de fibra de carbono según la presente invención
preferiblemente no es superior al 15% en peso, más preferiblemente
no superior al 10% en peso y lo más preferiblemente dentro del
intervalo del 3 al 5% en peso. Un contenido en agua que supera el
15% en peso conduce a una dificultad en la confusión de los
monofilamentos en el momento de inyectar a chorro aire en el haz de
fibras para realizar el proceso de confusión. Esto posteriormente da
como resultado un fácil deshilachado del haz de fibras y un
empeoramiento de la capacidad de procesamiento mediante
carbonización.
En el presente documento, el contenido en agua
es un número calculado usando la siguiente ecuación a partir del
peso w del haz de fibras en un estado húmedo, y el peso w_{0} tras
secar el haz de fibras a 105ºC durante 2 horas usando una secadora
de aire caliente.
Contenido en
agua (% en peso) = (w - w_{0}) x 100 /
w_{0}
Además, el número de monofilamentos que
comprende el haz de fibras precursor de fibra de carbono según la
presente invención preferiblemente no es superior a 12000, más
preferiblemente no superior a 6000 y lo más preferiblemente no
superior a 3000. Cuando el número de monofilamentos supera los
12000, aumentan el manejo de cinta de filamentos continuos y el
volumen de cinta de filamentos continuos, que a su vez aumentan la
carga de secado de modo que ya no es posible aumentar la velocidad
de hilatura. Además, también se hace difícil conferir una confusión
uniforme, lo que da como resultado el empeoramiento de la capacidad
de procesamiento mediante carbonización.
Además, el grado de confusión del haz de fibras
precursor de fibra de carbono según la presente invención está
preferiblemente dentro del intervalo de 5/m a 20/m y más
preferiblemente dentro del intervalo de 10/m a 14/m. Cuando el grado
de confusión es inferior a 5/m, se produce fácilmente el
deshilachado del haz de fibras, lo que a su vez conduce al
empeoramiento de la capacidad de procesamiento mediante
carbonización. Un grado de confusión superior a 20/m, por otro lado,
conduce a la degradación de la capacidad de impregnación con resina
y la capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos del haz
de fibra de carbono resultante.
En el presente documento, el grado de confusión
del haz de fibras precursor de fibra de carbono es un parámetro que
indica el número de veces que un único monofilamento dentro del haz
de fibras se cruza con un monofilamento adyacente a lo largo del
intervalo de 1 metro. Este grado de confusión se mide por medio de
un método de caída del gancho ("hook drop").
El haz de fibras precursor de fibra de carbono
según la primera realización de la presente invención se caracteriza
por comprender una pluralidad de monofilamentos de polímero a base
de acrilonitrilo, en el que la razón de la longitud y la anchura de
la sección transversal de la fibra del monofilamento
(longitud/anchura) es de 1,05 a 1,6; la cantidad de Si medida
mediante espectrometría de emisión atómica con ICP está en el
intervalo de 500 a 4.000 ppm; la altura promedio en la línea central
(Ra) de la superficie de dicho monofilamento es de 0,01 a 0,1
\mum; y la razón de contenido en líquido HW, calculada según el
método mencionado anteriormente, es de al menos el 40% en peso e
inferior al 60% en peso.
A continuación se describirá el método para
fabricar un haz de fibras precursor de fibra de carbono según la
presente invención.
Puede fabricarse un haz de fibras precursor de
fibra de carbono según la presente invención de la siguiente
manera.
Inicialmente, se extruye una disolución de
hilatura que es una disolución de un disolvente orgánico y un
polímero a base de acrilonitrilo a través de una tobera para hilar
en un primer baño de coagulación formado a partir de una disolución
acuosa de un disolvente orgánico que comprende la concentración de
disolvente orgánico del 45 al 68% en peso y una temperatura de 30 a
50ºC para formar fibras sólidas. Entonces se enrollan las fibras
sólidas a una velocidad de enrollado no superior a 0,8 veces una
velocidad lineal de extrusión de la disolución de hilatura a partir
del primer baño de coagulación.
Posteriormente, las fibras sólidas mencionadas
anteriormente se estiran entonces en de 1,1 a 3,0 veces en un
segundo baño de coagulación formado a partir de una disolución
acuosa de un disolvente orgánico que comprende la concentración de
disolvente orgánico del 45 al 68% en peso y una temperatura de 30 a
50ºC.
Después de eso, cuando sea necesario, se realiza
estiraje con humedad-calor en al menos tres veces
con respecto al haz de fibras, que existe en un estado hinchado en
el segundo baño de coagulación.
Tras completar el proceso de añadir un agente de
lubricación a base de silicio al haz de fibras, se seca este haz de
fibras, y entonces se estira adicionalmente en de 2,0 a 5,0 veces
por medio del uso de una máquina de estiraje con vapor.
Entonces se realiza el ajuste del contenido en
agua con respecto a este haz de fibras por medio del uso de un
rodillo de contacto. Posteriormente, se inyecta a chorro aire en el
haz de fibras para realizar el proceso de confusión, produciendo de
ese modo el haz de fibras precursor de fibra de carbono.
Los ejemplos del disolvente orgánico para un
polímero a base de acrilonitrilo usado en la disolución de hilatura
incluyen dimetilacetamida, dimetilsulfóxido, dimetilformamida y
similares. Entre los mencionados anteriormente, se usa de manera
ideal dimetilacetamida por sus excelentes características de
hilatura y efectos adversos mínimos sobre la hidrólisis del
disolvente.
En el presente documento, la preparación de los
baños de coagulación primero y segundo se prepara fácilmente por
medio del uso de la misma concentración de disolvente orgánico en
los baños de coagulación primero y segundo; fijando los baños de
coagulación primero y segundo a la misma temperatura; o usando
adicionalmente el mismo disolvente orgánico en la disolución de
hilatura, primer baño de coagulación y segundo baño de coagulación.
Además, hay también un mérito considerable en poder reciclar el
disolvente orgánico.
Por medio del uso de una disolución de hilatura
formada a partir de una disolución de dimetilacetamida de un
polímero a base de acrilonitrilo, un primer baño de coagulación
formado a partir de una disolución acuosa de dimetilacetamida, y un
segundo baño de coagulación formado a partir de una disolución
acuosa de dimetilacetamida a la misma temperatura y que comprende la
misma composición que el primer baño de coagulación, es posible
fabricar fácilmente un monofilamento que tiene una razón
longitud/anchura de sección transversal de fibra de 1,05 a 1,6.
Además, disminuyendo la concentración del
disolvente orgánico en el primer baño de coagulación y segundo baño
de coagulación, es posible obtener un monofilamento que tiene una
gran razón longitud/anchura de sección transversal de fibra. Por
otro lado, aumentando la concentración del disolvente orgánico en el
primer baño de coagulación y segundo baño de coagulación, es posible
obtener un monofilamento que tiene una razón longitud/anchura de
sección transversal de fibra próxima a 1,0. En otras palabras,
cuando la concentración del disolvente orgánico en el primer baño de
coagulación y segundo baño de coagulación cae fuera del intervalo
del 45 al 68% en peso, se hace difícil obtener un monofilamento que
tenga una razón longitud/anchura de sección transversal de fibra de
1,05 a 1,60.
Como la tobera para hilar para extruir la
disolución de hilatura, es posible usar una tobera para hilar que
tiene una abertura de boquilla que comprende un diámetro de 15 a 100
\mum, en otras palabras, un diámetro usado en el momento de
fabricar un monofilamento que comprende un polímero a base de
acrilonitrilo de aproximadamente 1,0 denier (1,1 dTex), que sirve
como el tamaño convencional de un monofilamento que comprende un
polímero a base de acrilonitrilo.
Fijando la "velocidad de enrollado de fibras
sólidas / velocidad lineal de extrusión de la disolución de hilatura
desde la boquilla" a no superior a 0,8, es posible mantener
excelentes propiedades de hilatura.
En este método para fabricar un haz de fibras
precursor de fibra de carbono, la concentración del disolvente
orgánico contenido en disolución el la fibra sólida enrollada a
partir del primer baño de coagulación supera la concentración del
disolvente orgánico en el primer baño de coagulación mencionado
anteriormente. Como resultado, la fibra sólida adopta un estado
semicoagulado que está coagulando sólo en su superficie, de modo que
esta fibra sólida presenta una excelente capacidad de estiraje en el
segundo baño de coagulación del proceso posterior.
Además, es posible estirar la fibra sólida, que
se enrolla a partir del primer baño de coagulación en un estado
hinchado con la disolución de coagulación contenida en el mismo, en
el aire. Sin embargo, empleando un medio para estirar esta fibra
sólida en el segundo baño de coagulación tal como se describe en el
método mencionado anteriormente, es posible promover además la
coagulación de la fibra sólida. Además, también se vuelve fácil el
control de la temperatura del proceso de estiraje.
Con respecto a la razón de estiraje en el
segundo baño de coagulación, cuando esta razón es inferior a 1,1, se
hace imposible obtener una fibra orientada uniformemente; por otro
lado, cuando esta razón es superior a 3,0, se producen fácilmente
desgarros en el monofilamento, lo que a su vez da como resultado la
degradación de la estabilidad en hilatura y el empeoramiento de la
capacidad de estiraje en posterior proceso de estiraje con
humedad-calor.
El estiraje con humedad-calor
que se realiza tras este proceso de estiraje en el segundo baño de
coagulación, es con el fin de mejorar adicionalmente la orientación
de la fibra. Este estiraje con humedad-calor se
realiza sobre el haz de fibras hinchadas, en su estado hinchado tras
el estiraje en el segundo baño de coagulación, o bien mientras se
aclara con agua o bien en agua caliente. Entre lo mencionado
anteriormente, desde el punto de vista de una alta productividad, es
preferible realizar el estiraje con humedad-calor
descrito anteriormente en agua caliente. Además, cuando la razón de
estiraje para este proceso de estiraje con
humedad-calor es inferior a 3,0, la mejora de la
orientación de la fibra se hace insuficiente.
Además, el grado de hinchamiento del haz de
fibras hinchadas, tras el estiraje con humedad-calor
y antes de secar, preferiblemente no es superior al 70% en peso.
En otras palabras, una fibra que tiene un grado
de hinchamiento del haz de fibras hinchadas, tras el estiraje con
humedad-calor y antes de secar, no superior al 70%
en peso comprende un interior de fibra y capa superficial orientada
uniformemente. Disminuyendo la "velocidad de enrollado de fibras
sólidas / velocidad lineal de extrusión de la disolución de hilatura
desde la boquilla" en el momento de fabricar fibras sólidas en el
primer baño de coagulación, es posible orientar uniformemente la
fibra hasta su interior, tras coagular uniformemente la disolución
de hilatura para dar fibras sólidas en el primer baño de coagulación
y estirar las fibras sólidas en el segundo baño de coagulación. Como
resultado, es posible disminuir el grado de hinchamiento del haz de
fibras hinchadas, tras el estiraje con humedad-calor
y antes de secar, hasta un valor no superior al 70% en peso.
Por otro lado, cuando la "velocidad de
enrollado de fibras sólidas / velocidad lineal de extrusión de la
disolución de hilatura desde la boquilla" en el momento de la
fabricación de fibras sólidas en el primer baño de coagulación es
alta, la coagulación y el estiraje de las fibras sólidas en el
primer baño de coagulación mencionado anteriormente se producen a la
vez. Como resultado, la coagulación de la disolución de hilatura
para dar fibras sólidas en el primer baño de coagulación se vuelve
no uniforme. Por consiguiente, incluso cuando se realiza un proceso
de estiraje sobre las fibras sólidas en un segundo baño de
coagulación, el haz de fibras hinchadas, tras el estiraje con
humedad-calor y antes de secar, adopta un alto grado
de hinchamiento, de modo que no puede realizarse una fibra que esté
orientada uniformemente hasta su interior de fibra.
El grado de hinchamiento del haz de fibras
hinchadas antes de secar es un número calculado usando la siguiente
ecuación a partir del peso w tras la eliminación del fluido que se
adhiere al haz de fibras en su estado hinchado usando una centrífuga
(15 minutos a 3000 rpm), y el peso w_{0} tras secar lo mencionado
anteriormente usando una secadora de aire caliente a 105ºC durante 2
horas.
Grado de
hinchamiento (% en peso) = (w - w_{0}) x 100 /
w_{0}
Con respecto al proceso de añadir agente de
lubricación al haz de fibras tras realizar el estiraje con
humedad-calor, es posible usar un agente de
lubricación a base de silicio convencional. Este agente de
lubricación a base de silicio puede usarse tras ajustar la
concentración a del 1,0 al 2,5% en peso.
Cuando la razón de estiraje que usa la máquina
de estiraje con vapor es inferior a 2,0, la mejora de la orientación
de la fibra se hace insuficiente. Por otro lado, cuando esta razón
es superior a 5,0, se producen fácilmente desgarros en el
monofilamento, lo que a su vez conduce a una reducción de la
estabilidad en hilatura.
A continuación se describirá la presente
invención usando los ejemplos.
Las respectivas mediciones en los presentes
ejemplos se realizan según los siguientes métodos.
Se prepara una muestra haciendo pasar fibras que
comprenden un polímero a base de acrilonitrilo que va a medirse en
un tubo de poli(cloruro de vinilo) que tiene un diámetro
interno de 1 mm, y cortando en sección lo mencionado anteriormente
en cortes redondos. Posteriormente, se fija la muestra en un
portamuestras de un SEM con la sección transversal de la fibra del
polímero a base de acrilonitrilo orientada hacia arriba. Se salpica
Au adicionalmente sobre la misma hasta un espesor de aproximadamente
10 nm, y entonces se observa la sección transversal de la fibra con
un microscopio electrónico de barrido (XL20 fabricado por Phillips)
en las condiciones de un voltaje de aceleración de 7,00 kV y una
distancia de funcionamiento de 31 mm. Entonces se miden la longitud
y la anchura de la de la sección transversal de la fibra de un
monofilamento, y se divide la longitud entre la anchura para
obtener la razón longitud/anchura.
Inicialmente se coloca una muestra en un
recipiente hermético fabricado de teflón, y se realiza la acidólisis
por calor secuencial de la muestra usando ácido sulfúrico y luego
ácido nítrico. Tras diluir la muestra, se mide entonces la muestra
para determinar la cantidad de Si usando un IRIS-AP
(fabricado por Jarrel Ash) como un espectrómetro de emisión atómica
con ICP.
Inicialmente, se elimina en primer lugar un
agente de lubricación que se adhiere a un haz de fibras precursor de
fibra de carbono por medio de un lavado adecuado en agua en
ebullición a 100ºC. Entonces se seca lo mencionado anteriormente
durante 2 horas a 105ºC en una secadora para producir un haz de
fibras en un estado seco absoluto. En este momento se mide el peso
en seco absoluto W0 del haz de fibras. Posteriormente, se empapa el
haz de fibras en agua destilada a 20ºC a tensión cero durante una
hora para incorporar agua en el haz de fibras. El haz de fibras en
este estado que contiene agua experimenta entonces deshidratación
por compresión usando un rodillo de presión, a una presión de 200
kPa a una velocidad de devanado de 10 m/min. Entonces se mide el
peso WT del haz de fibras tras la deshidratación por compresión. La
razón de contenido en líquido HW del haz de fibras precursor de
fibra de carbono se calcula usando la siguiente ecuación a partir
del peso en seco absoluto W0 del haz de fibras y el peso del haz de
fibras WT tras experimentar deshidratación por compresión.
HW (% en peso)
= (WT - W0) / W0 x
100
La resistencia del monofilamento se determina
instalando el monofilamento, que se ha colocado sobre un soporte, en
el mandril de la célula de carga, y midiendo entonces la resistencia
a la tracción del mismo mediante una prueba de tensión a una
velocidad de 20,0 mm por minuto usando una máquina de pruebas de
resistencia a la tracción automática para monofilamentos (UTM
II-20 fabricado por K.K Orientech).
En primer lugar se prepara un haz de fibras del
haz de fibras precursor de fibra de carbono en un estado seco, y
entonces se une a la parte superior de un aparato de caída. Se une
un peso al haz de fibras a un punto separado un metro del mandril de
la parte superior del aparato en la dirección aguas abajo, y
entonces se suspende el peso. En el presente documento, la carga del
peso usado es 1/5 del denier en gramos. Se inserta un gancho en el
haz de fibras en un punto 1 cm por debajo del mandril de la parte
superior del aparato, de modo que el haz de fibras se divide en dos
partes. Entonces se baja el gancho a una velocidad de 2 cm/s, y se
determina la distancia L (mm) hasta la que cae el gancho, punto en
el que se paró por medio del entrelazamiento del haz de fibras
mencionado anteriormente. Entonces se calcula el grado de confusión
por medio de la siguiente formula. Además, el número de veces que se
realizó la prueba fue N = 50, y el valor promedio de los mismos se
calculó hasta una cifra decimal.
\vskip1.000000\baselineskip
Grado de
confusión = 1000 /
L
En el presente documento, el gancho usado es un
alfiler que tiene un diámetro de 0,5 mm a 1,0 mm, que se ha
procesado para formar una superficie lisa.
Se monta el haz de fibras precursor de la fibra
de carbono en un estado seco sobre un vidrio deslizante, y se miden
Ra, Ry y S en la dirección perpendicular con respecto al eje de la
fibra usando un microscopio láser VL 2000 fabricado por Lasertec
Corporation.
Se calcula el contenido en agua usando la
siguiente ecuación a partir del peso w del haz de fibras precursor
de la fibra de carbono en un estado húmedo, y el peso w_{0} tras
secar el haz de fibras a 105ºC durante 2 horas usando una secadora
de aire caliente.
Contenido en
agua (% en peso) = (w - w_{0}) x 100 /
w_{0}.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, se evalúan el haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante y el haz de fibra de carbono según los
siguientes métodos.
En primer lugar se cortan aproximadamente 20 cm
del haz de fibra de carbono, y entonces se sumergen aproximadamente
3 cm en glicidil éter y se deja reposar durante 15 minutos. Tras
dejar reposar el haz de fibra de carbono durante 3 minutos
adicionales tras retirarlo del glicidil éter, se cortan los 3,5 cm
inferiores y se miden la longitud y el peso del haz de fibra de
carbono restante. Entonces se calcula el peso proporcional del
glicidil éter succionado del peso por unidad de superficie del haz
de fibra de carbono y se usa como el índice de la capacidad de
impregnación con resina.
Se usa la anchura de la cinta de filamentos
continuos en el momento de hacer pasar el haz de fibra de carbono
por un rodillo de metal a una velocidad de funcionamiento de 1
m/min. con una tensión de 0,06 g/monofilamento como el índice de la
capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos.
Usando el haz de fibra de carbono en la
envoltura y la trama, se fabricó una tela tejida lisa que comprendía
el peso por unidad de superficie de 200 g/m^{2}. Con respecto a
esta tela, se determinó la razón de aberturas (proporción de partes
en las que tanto la envoltura como la trama están ausentes dentro de
un área unitaria de tela) usando un sensor de procesamiento de
imágenes (CV-100 fabricado por Keyence Corporation),
y se obtuvo la razón de recubrimiento restando la razón de aberturas
de 100.
Esto se midió basándose en la norma JIS R
7601.
Se copolimerizaron acrilonitrilo, metilacrilato
y ácido metacrílico en presencia de persulfato de amonio -
hidrogenosulfito de amonio y sulfato de hierro por medio de
polimerización en suspensión acuosa para producir un polímero a base
de acrilonitrilo que comprende una unidad de acrilonitrilo / unidad
de acrilato de metilo / unidad de ácido metacrílico = 95 / 4 / 1
(partes en razón en peso). Entonces se disolvió el polímero a base
de acrilonitrilo en dimetilacetamida para preparar una disolución de
hilatura del 21% en peso.
Se extruyó esta disolución de hilatura a un
primer baño de coagulación formado a partir de una disolución acuosa
de dimetilacetamida que comprendía una concentración del 60% en peso
y una temperatura de 30ºC se hizo pasar a través de un número de
orificios de 3000 y un diámetro de orificio de 75 \mum para formar
fibras sólidas. Se enrollaron las fibras sólidas a partir del primer
baño de coagulación a una velocidad de enrollado de 0,8 veces una
velocidad lineal de extrusión de la disolución de hilatura.
Posteriormente se introdujeron las fibras sólidas en un segundo baño
de coagulación, formado a partir de una disolución acuosa de
dimetilacetamida que comprendía una concentración del 60% en peso y
una temperatura de 30ºC, y se estiraron en 2,0 veces.
Después de esto, entonces se lavó
simultáneamente este haz de fibras con agua y se estiró en 4 veces.
Entonces se le añadió un agente de lubricación a base de silicio
preajustado al 1,5% en peso. Entonces se secó este haz de fibras
usando un rodillo térmico y se estiró adicionalmente en 2,0 veces
mediante el uso de una máquina de estiraje con vapor.
Posteriormente, se ajustó el contenido en agua del haz de fibras,
usando un rodillo de contacto, hasta un contenido en agua del 5% en
peso por fibra del haz de fibras. Entonces se sometió este haz de
fibras a un proceso de confusión a una presión de aire de 405 kPa, y
luego se devanó alrededor de una devanadora para producir un haz de
fibras a base de acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1
dtex.
Entonces se midieron la forma de sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en líquido, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se procesó el haz de fibras a
base de acrilonitrilo resultante en aire usando un horno de
oxidación con circulación de aire caliente ajustado a de 230 a 260ºC
durante 50 minutos para producir un haz de fibras resistente a la
llama. Posteriormente se procesó este haz de fibras resistente a la
llama bajo una atmósfera de nitrógeno a una temperatura máxima de
780ºC durante 1,5 minutos, y luego se procesó adicionalmente en un
horno de tratamiento térmico a alta temperatura, bajo la misma
atmósfera, a una temperatura máxima de 1300ºC durante
aproximadamente 1,5 minutos. Entonces se realizó la electrolisis de
este haz de fibras a 0,4 Amin/m en una disolución acuosa de
bicarbonato de amonio para producir un haz de fibra de carbono.
Entonces se evaluaron la capacidad de impregnación con resina, la
capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos, la
capacidad de recubrimiento y la resistencia de la hebra de este haz
de fibra de carbono. Estos resultados se muestran en la tabla
3.
\vskip1.000000\baselineskip
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex de la misma
manera que en el ejemplo 1 con la excepción de que la concentración
de dimetilacetamida de los baños de coagulación primero y segundo se
cambió al 50% en peso.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenidas mediante la
cocción del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado
anteriormente. Estos resultados se muestran en la tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex de la misma
manera que en el ejemplo 1 con la excepción de que la concentración
de dimetilacetamida de los baños de coagulación primero y segundo se
cambió al 65% en peso.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido mediante cocción
del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado anteriormente.
Estos resultados se muestran en la tabla 3.
\vskip1.000000\baselineskip
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex de la misma
manera que en el ejemplo 1 con la excepción de que la razón de
estiraje en el segundo baño de coagulación se cambió a 2,5 veces, y
la razón de estiraje usando la máquina de estiraje con vapor
mencionada anteriormente se cambió a 1,6 veces.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido mediante cocción
del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado anteriormente.
Estos resultados se muestran en la tabla 3.
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex de la misma
manera que en el ejemplo 1 con la excepción de que la razón de
estiraje en el segundo baño de coagulación se cambió a 1,2
veces.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido mediante cocción
del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado anteriormente.
Estos resultados se muestran en la tabla 3.
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex de la misma
manera que en el ejemplo 1 con la excepción de que el contenido en
agua del haz de fibras se ajustó al 10% en peso usando el rodillo de
contacto mencionado anteriormente.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido mediante cocción
del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado anteriormente.
Estos resultados se muestran en la tabla 3.
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex de la misma
manera que en el ejemplo 1 con la excepción de que el contenido en
agua del haz de fibras se ajustó al 3% en peso usando el rodillo de
contacto mencionado anteriormente.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido mediante cocción
del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado anteriormente.
Estos resultados se muestran en la tabla 3.
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex de la misma
manera que en el ejemplo I con la excepción de que la concentración
del agente de lubricación a base de aminosilicio añadido al haz de
fibras se cambió al 0,4% en peso.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido mediante cocción
del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado anteriormente.
Estos resultados se muestran en la tabla 3.
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex de la misma
manera que en el ejemplo 1 con la excepción de que la presión de
aire en el momento del proceso de confusión se cambió a 290 kPa.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido mediante cocción
del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado anteriormente.
Estos resultados se muestran en la tabla 3.
Ejemplo comparativo
1
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex y una razón
longitud/anchura de sección transversal de fibra de monofilamentos
de 1,02 de la misma manera que en el ejemplo 1 con la excepción de
que la concentración de dimetilacetamida de los baños de coagulación
primero y segundo se cambió al 70% en peso.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido mediante cocción
del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado anteriormente.
Estos resultados se muestran en la tabla 3.
Este haz de fibra de carbono obtenido a partir
de un haz de fibras a base de acrilonitrilo que tiene una razón
longitud/anchura de sección transversal de fibra de monofilamentos
inferior a 1,05 presentaba tanto una inferior capacidad de
impregnación con resina y capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos.
Ejemplo Comparativo
2
Se obtuvo un haz de fibras a base de
acrilonitrilo con un tamaño de monofilamento de 1,1 dtex de la misma
manera que en el ejemplo 1 con la excepción de que la concentración
de dimetilacetamida de los baños de coagulación primero y segundo se
cambió al 40% en peso.
Entonces se midieron la forma de la sección
transversal, la cantidad de Si, la razón de contenido en peso, la
resistencia del monofilamento, el contenido en agua, el grado de
confusión y el contorno de pliegues del haz de fibras a base de
acrilonitrilo resultante. Estos resultados se muestran en las tablas
1 y 2.
Además, entonces se evaluaron la capacidad de
impregnación con resina, la capacidad de extendido de cinta de
filamentos continuos, la capacidad de recubrimiento y la resistencia
de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido mediante cocción
del haz de fibras a base de acrilonitrilo mencionado anteriormente.
Estos resultados se muestran en la tabla 3.
Este haz de fibras a base de acrilonitrilo que
tenía una razón longitud/anchura de sección transversal de fibra de
monofilamentos que superaba 1,6 presentaba una inferior compacidad,
y la resistencia de la hebra del haz de fibra de carbono obtenido a
partir del mismo era significativamente baja.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como se explicó anteriormente, en el haz de
fibras precursor de fibra de carbono según la presente invención,
puesto que la razón de la longitud y la anchura de la sección
transversal de la fibra del monofilamento (longitud/anchura) es de
1,05 a 1,6, y la cantidad de Si medida mediante espectrometría de
emisión atómica con ICP está en el intervalo de 500 a 4.000 ppm, se
obtienen una alta compacidad y excelente capacidad de procesamiento
mediante carbonización. Además, se obtiene el haz de fibra de
carbono que tiene una excelente capacidad de impregnación con
resina, capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos, una
alta resistencia y alta voluminosidad.
Además, en el haz de fibras precursor de fibra
de carbono según la presente invención, puesto que la razón de
contenido en líquido HW, calculada según el método mencionado
anteriormente, es del 40% en peso o más e inferior al 60% en peso,
se mejora la voluminosidad, de modo que se obtiene el haz de fibra
de carbono que tiene una superior capacidad de impregnación con
resina, capacidad de extendido de cinta de filamentos continuos y
capacidad de recubrimiento en el momento de formar una tela.
Además, en el haz de fibras precursor de fibra
de carbono según la presente invención, puesto que la razón de la
longitud y la anchura de la sección transversal de la fibra del
monofilamento (longitud/anchura) es de 1,05 a 1,6; la cantidad de Si
medida mediante espectrometría de emisión atómica con ICP está en el
intervalo de 500 a 4.000 ppm; y la razón de contenido en líquido HW,
calculada según el método mencionado anteriormente, es del 40% en
peso o más e inferior al 60% en peso, se obtienen una alta
compacidad y excelente capacidad de procesamiento mediante
carbonización. Además, se obtiene un haz de fibra de carbono que
tiene una excelente capacidad de impregnación con resina, capacidad
de extendido de cinta de filamentos continuos, una alta resistencia
y alta voluminosidad. Además, se obtiene el haz de fibra de carbono
obtenido a partir del haz de fibras precursor de fibra de carbono
que tiene una voluminosidad mejorada, que tiene una superior
capacidad de impregnación con resina, capacidad de extendido de
cinta de filamentos continuos y capacidad de recubrimiento en el
momento de formar una tela.
Claims (9)
1. Haz de fibras precursor de fibra de carbono
que comprende una pluralidad de monofilamentos de polímero a base de
acrilonitrilo, siendo la razón de la longitud y la anchura de la
sección transversal de la fibra de dicho monofilamento
(longitud/anchura) de 1,05 a 1,6, y estando la cantidad de Si medida
mediante espectrometría de emisión atómica con ICP en el intervalo
de 500 a 4000 ppm, caracterizado porque la altura promedio en
la línea central (Ra) de la superficie de dicho monofilamento es de
0,01 a 0,1 \mum.
2. Haz de fibras precursor de fibra de carbono
según la reivindicación 1, en el que la altura máxima (Ry) de la
superficie de dicho monofilamento es de 0,1 a 0,5 \mum.
3. Haz de fibras precursor de fibra de carbono
según la reivindicación 1, en el que el monofilamento comprende una
pluralidad de pliegues que se extienden en la dirección longitudinal
sobre la superficie de dicho monofilamento, en el que el intervalo
(S) entre picos locales adyacentes está dentro del intervalo de 0,2
a 1,0 \mum.
4. Haz de fibras precursor de fibra de carbono
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la
resistencia del monofilamento es de al menos 5,0 cN/dtex.
5. Haz de fibras precursor de fibra de carbono
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el
contenido en agua del haz de fibras es del 15% en peso o
inferior.
6. Haz de fibras precursor de fibra de carbono
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el
número de monofilamentos que componen el haz de fibras es de 12000 o
menor.
7. Haz de fibras precursor de fibra de carbono
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el
grado de confusión del haz de fibras está dentro del intervalo de
5/m a 20/m.
8. Haz de fibras precursor de fibra de carbono
según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la
razón de contenido en líquido HW, calculada según el siguiente
método, es del 40% en peso o más e inferior al 60% en peso
(Método de Cálculo de la Razón de Contenido en
Líquido),
La razón de contenido en líquido HW se calcula
usando la siguiente ecuación a partir del peso en seco absoluto W0
del haz de fibras tras la eliminación de un agente de lubricación y
secar hasta un estado seco absoluto, y el peso del haz de fibras WT
tras sumergir este haz de fibras en agua destilada a 20ºC a tensión
cero durante una hora y realizando entonces deshidratación por
compresión a una presión de 200 kPa.
HW (% en peso)
= (WT - W0) / W0 x
100.
9. Método para fabricar un haz de fibras
precursor de fibra de carbono que comprende las etapas de:
extruir una disolución de hilatura que es una
disolución de un disolvente orgánico que comprende un polímero a
base de acrilonitrilo que contiene al menos el 95% en peso de una
unidad de acrilonitrilo en un primer baño de coagulación formado a
partir de una disolución acuosa de un disolvente orgánico que
comprende una concentración de disolvente orgánico del 45 al 68% en
peso y una temperatura de 30 a 50ºC para formar fibras sólidas;
enrollar dichas fibras sólidas a una velocidad
de enrollado no superior a 0,8 veces una velocidad lineal de
extrusión de dicha disolución de hilatura a partir de dicho primer
baño de coagulación;
estirar dichas fibras sólidas en de 1,1 a 3,0
veces en un segundo baño de coagulación formado a partir de la
disolución acuosa del disolvente orgánico que comprende la
concentración de disolvente orgánico del 45 al 68% en peso y una
temperatura de 30 a 50ºC para formar fibras estiradas; y
estirar con vapor dichas fibras estiradas en de
2,0 a 5,0 veces tras secar dichas fibras estiradas.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000190150A JP4332285B2 (ja) | 2000-06-23 | 2000-06-23 | 炭素繊維前駆体繊維束 |
| JP2000-190150 | 2000-06-23 | ||
| JP2000201535A JP3892212B2 (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | 炭素繊維前駆体繊維束 |
| JP2000-201535 | 2000-07-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2302736T3 true ES2302736T3 (es) | 2008-08-01 |
Family
ID=26594594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES01941080T Expired - Lifetime ES2302736T3 (es) | 2000-06-23 | 2001-06-18 | Haz de fibras precursor de fibra de carbono. |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6503624B2 (es) |
| EP (1) | EP1306470B1 (es) |
| KR (1) | KR100473126B1 (es) |
| CN (2) | CN1187484C (es) |
| DE (1) | DE60133560T2 (es) |
| ES (1) | ES2302736T3 (es) |
| HU (1) | HU227286B1 (es) |
| MX (1) | MXPA02012862A (es) |
| PT (1) | PT1306470E (es) |
| TW (1) | TW508380B (es) |
| WO (1) | WO2001098566A1 (es) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE60031138T2 (de) * | 1999-06-25 | 2007-08-23 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Synthetische faser aus acrylonitril und herstellungsverfahren |
| US6641915B1 (en) | 2000-05-09 | 2003-11-04 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Acrylonitrile-based fiber bundle for carbon fiber precursor and method for preparation thereof |
| EP1652997B1 (en) * | 2003-07-31 | 2012-04-04 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Carbon fiber bundle, process for producing the same, and thermoplastic resin composition and molded article thereof |
| US7959783B2 (en) | 2003-09-30 | 2011-06-14 | The Boeing Company | Electrochemical deposition process for composite structures |
| DE602005022281D1 (de) | 2004-02-13 | 2010-08-26 | Mitsubishi Rayon Co | Carbonfaservorgängerfaserbündel, produktionsverfahren und produktions-vorrichtung dafür sowie carbonfaser und produktionsverfahren dafür |
| US7549840B2 (en) | 2005-06-17 | 2009-06-23 | General Electric Company | Through thickness reinforcement of SiC/SiC CMC's through in-situ matrix plugs manufactured using fugitive fibers |
| US7754126B2 (en) | 2005-06-17 | 2010-07-13 | General Electric Company | Interlaminar tensile reinforcement of SiC/SiC CMC's using fugitive fibers |
| WO2007069511A1 (ja) * | 2005-12-13 | 2007-06-21 | Toray Industries, Inc. | 炭素繊維、炭素繊維製造用ポリアクリロニトリル系前駆体繊維の製造方法、および、炭素繊維の製造方法 |
| TWI314169B (en) | 2007-05-16 | 2009-09-01 | Ind Tech Res Inst | Activated carbon fibers and precursor material thereof |
| DE102009047514A1 (de) * | 2009-12-04 | 2011-07-07 | Sgl Carbon Se, 65203 | Fasern zur Herstellung von Verbundwerkstoffen |
| KR101255455B1 (ko) * | 2010-12-30 | 2013-04-17 | 주식회사 효성 | 탄소섬유용 아크릴 프리커서 섬유, 이의 제조방법 및 이로부터 제조된 탄소섬유 |
| DE102011079506A1 (de) * | 2011-07-20 | 2013-01-24 | Sgl Carbon Se | Ultradünne Fasern |
| TWI472483B (zh) | 2012-10-30 | 2015-02-11 | Ind Tech Res Inst | 多孔性碳材材料及其製作方法、以及超級電容器 |
| JP6040786B2 (ja) * | 2013-01-25 | 2016-12-07 | 東レ株式会社 | 炭素繊維束 |
| CN107208324B (zh) | 2014-12-29 | 2020-06-16 | 塞特工业公司 | 聚丙烯腈纤维的致密化 |
| KR102273974B1 (ko) * | 2017-02-16 | 2021-07-06 | 미쯔비시 케미컬 주식회사 | 탄소 섬유 전구체 아크릴 섬유, 탄소 섬유 및 그들의 제조 방법 |
| CN112585179B (zh) | 2018-11-02 | 2022-09-13 | 株式会社Lg化学 | 用于碳纤维的丙烯腈类共聚物 |
| CN112566953B (zh) | 2018-11-02 | 2022-09-23 | 株式会社Lg化学 | 用于碳纤维的丙烯腈类共聚物的制备方法 |
| IT202100002324A1 (it) * | 2021-02-03 | 2022-08-03 | Montefibre Mae Tech S R L | Processo integrato e migliorato per la produzione di fibre acriliche |
| CN114720467B (zh) * | 2022-03-15 | 2024-09-20 | 航天材料及工艺研究所 | 一种碳纤维集束性测试装置及测试、评价方法 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58156028A (ja) | 1982-03-13 | 1983-09-16 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 均一性に優れた高強度炭素繊維の製造方法 |
| JPS58169518A (ja) | 1982-03-31 | 1983-10-06 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 均一性に優れた高強度炭素繊維の製造法 |
| JPS58214526A (ja) * | 1982-06-09 | 1983-12-13 | Toray Ind Inc | 高強伸度炭素繊維束 |
| JPS61225373A (ja) | 1985-03-27 | 1986-10-07 | 東邦レーヨン株式会社 | 炭素繊維束 |
| JPS62297265A (ja) * | 1986-06-14 | 1987-12-24 | 大成建設株式会社 | 炭素繊維複合高強度耐火物 |
| KR0156870B1 (ko) | 1989-09-05 | 1998-12-01 | 마에다 가쓰노스케 | 비원형단면 탄소섬유의 제조방법 및 이를 이용한 복합재료 |
| JP2892127B2 (ja) | 1989-09-05 | 1999-05-17 | 東レ株式会社 | 非円形断面炭素繊維、その製造方法および炭素繊維複合材料 |
| JP3185121B2 (ja) | 1993-02-17 | 2001-07-09 | ハンマーキャスター株式会社 | 自動旋回規制キャスター |
| US6120894A (en) * | 1995-07-14 | 2000-09-19 | Mitsubishi Chemical Corporation | Short carbon fiber bundling mass, process for producing the same and fiber-reinforced resin composition |
| JP3890770B2 (ja) * | 1998-09-29 | 2007-03-07 | 東レ株式会社 | 炭素繊維束、およびその製造方法 |
| JP3808643B2 (ja) | 1998-11-09 | 2006-08-16 | 三菱レイヨン株式会社 | アクリロニトリル系繊維束及びその製造方法 |
| WO2000077282A1 (fr) | 1999-06-15 | 2000-12-21 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Fil acrylique utilise comme precurseur de fibre de carbone epaisse et procede de fabrication de ce film |
-
2001
- 2001-06-18 HU HU0301420A patent/HU227286B1/hu unknown
- 2001-06-18 PT PT01941080T patent/PT1306470E/pt unknown
- 2001-06-18 DE DE60133560T patent/DE60133560T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-18 KR KR10-2002-7017389A patent/KR100473126B1/ko not_active Expired - Fee Related
- 2001-06-18 CN CNB018126200A patent/CN1187484C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-18 WO PCT/JP2001/005170 patent/WO2001098566A1/ja not_active Ceased
- 2001-06-18 EP EP01941080A patent/EP1306470B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-18 ES ES01941080T patent/ES2302736T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-18 MX MXPA02012862A patent/MXPA02012862A/es active IP Right Grant
- 2001-06-18 CN CNB2004100696086A patent/CN1249280C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-22 US US09/885,963 patent/US6503624B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-22 TW TW090115242A patent/TW508380B/zh not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-11-14 US US10/293,324 patent/US6569523B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020041957A1 (en) | 2002-04-11 |
| PT1306470E (pt) | 2008-05-13 |
| CN1249280C (zh) | 2006-04-05 |
| US20030064221A1 (en) | 2003-04-03 |
| DE60133560D1 (de) | 2008-05-21 |
| CN1187484C (zh) | 2005-02-02 |
| US6503624B2 (en) | 2003-01-07 |
| EP1306470A1 (en) | 2003-05-02 |
| EP1306470A4 (en) | 2005-04-20 |
| HUP0301420A2 (hu) | 2003-08-28 |
| MXPA02012862A (es) | 2004-07-30 |
| DE60133560T2 (de) | 2009-05-28 |
| HUP0301420A3 (en) | 2005-11-28 |
| WO2001098566A1 (en) | 2001-12-27 |
| CN1566420A (zh) | 2005-01-19 |
| CN1441862A (zh) | 2003-09-10 |
| HU227286B1 (en) | 2011-01-28 |
| EP1306470B1 (en) | 2008-04-09 |
| KR20030011916A (ko) | 2003-02-11 |
| KR100473126B1 (ko) | 2005-03-10 |
| US6569523B2 (en) | 2003-05-27 |
| TW508380B (en) | 2002-11-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2302736T3 (es) | Haz de fibras precursor de fibra de carbono. | |
| JP5264150B2 (ja) | 炭素繊維ストランド及びその製造方法 | |
| JP4910729B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維の製造方法、炭素繊維およびその製造方法 | |
| CN103703037B (zh) | 聚丙烯腈系共聚物、碳纤维用丙烯腈系前体纤维、碳纤维束、预氧化纤维束的制造方法、及碳纤维束的制造方法 | |
| WO2015068774A1 (ja) | 高収縮性アクリル繊維と同繊維を含む紡績糸と同紡績糸を用いた段差パイル布帛 | |
| JP5313788B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束およびその製造方法 | |
| JP3892212B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束 | |
| JP2012188766A (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束および炭素繊維束 | |
| KR100985425B1 (ko) | 스타일어빌리티가 개선된 아크릴계 합성 섬유 | |
| JP5473468B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束およびその製造方法、ならびに炭素繊維束 | |
| US10464776B2 (en) | Method for manufacturing combined yarn bundle, and method for manufacturing carbon fiber in which resulting combined yarn bundle is used (as amended) | |
| JP5128540B2 (ja) | アクリル系繊維を含んだ紡績糸およびそれを用いた編地 | |
| JP5313797B2 (ja) | 炭素繊維用アクリロニトリル系前駆体繊維束およびその製造方法、ならびに炭素繊維束 | |
| JP4216873B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束の製造方法 | |
| JP2000282323A (ja) | 高吸水・速乾性ポリエステルｘ型断面繊維 | |
| JPS6018332B2 (ja) | アクリル系中空繊維の製造法 | |
| JP4332285B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束 | |
| JPS5843483B2 (ja) | 多孔性のモダクリル系合成繊維及びその製造方法 | |
| JP2688794B2 (ja) | 吸水性ポリエステル繊維布帛及びその製法 | |
| JP5014799B2 (ja) | 中空アクリル系合成繊維 | |
| JPH04245911A (ja) | アクリル系繊維の製造方法 | |
| JPH0130923B2 (es) | ||
| JPH0424253A (ja) | アクリル系高吸水編織物 | |
| JPH0450342A (ja) | アクリル系繊維立毛布帛 | |
| JPH03287834A (ja) | アクリル系耐炎化繊維布帛 |