HU227286B1 - Carbon fiber precursor fiber bundle and process for making it - Google Patents
Carbon fiber precursor fiber bundle and process for making it Download PDFInfo
- Publication number
- HU227286B1 HU227286B1 HU0301420A HUP0301420A HU227286B1 HU 227286 B1 HU227286 B1 HU 227286B1 HU 0301420 A HU0301420 A HU 0301420A HU P0301420 A HUP0301420 A HU P0301420A HU 227286 B1 HU227286 B1 HU 227286B1
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- fiber bundle
- carbon fiber
- bundle
- monofilament
- weight
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 287
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims description 176
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims description 176
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 175
- 239000002243 precursor Substances 0.000 title claims description 108
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 44
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 claims description 49
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 claims description 49
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 41
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 30
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 26
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 25
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 25
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 25
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 24
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 21
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 13
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 13
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 13
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 claims description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 8
- 238000001636 atomic emission spectroscopy Methods 0.000 claims description 6
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 6
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 48
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 48
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 27
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 18
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 16
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 13
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 10
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 9
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 8
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 7
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 6
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000003733 fiber-reinforced composite Substances 0.000 description 5
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 5
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000003125 aqueous solvent Substances 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N diglycidyl ether Chemical compound C1OC1COCC1CO1 GYZLOYUZLJXAJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 3
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 3
- AGBXYHCHUYARJY-UHFFFAOYSA-N 2-phenylethenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C=CC1=CC=CC=C1 AGBXYHCHUYARJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N Methyl acrylate Chemical compound COC(=O)C=C BAPJBEWLBFYGME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- HBGGXOJOCNVPFY-UHFFFAOYSA-N diisononyl phthalate Chemical compound CC(C)CCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCC(C)C HBGGXOJOCNVPFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000007380 fibre production Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 2
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000010025 steaming Methods 0.000 description 2
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 2
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 2
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- 238000009941 weaving Methods 0.000 description 2
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 2
- JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 2-(3-fluorophenyl)-1h-imidazole Chemical compound FC1=CC=CC(C=2NC=CN=2)=C1 JAHNSTQSQJOJLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 2-(3-phenylmethoxyphenyl)-1,3-thiazole-4-carbaldehyde Chemical compound O=CC1=CSC(C=2C=C(OCC=3C=CC=CC=3)C=CC=2)=N1 OEPOKWHJYJXUGD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FZZMTSNZRBFGGU-UHFFFAOYSA-N 2-chloro-7-fluoroquinazolin-4-amine Chemical compound FC1=CC=C2C(N)=NC(Cl)=NC2=C1 FZZMTSNZRBFGGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KGIGUEBEKRSTEW-UHFFFAOYSA-N 2-vinylpyridine Chemical group C=CC1=CC=CC=N1 KGIGUEBEKRSTEW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- IYMZEPRSPLASMS-UHFFFAOYSA-N 3-phenylpyrrole-2,5-dione Chemical compound O=C1NC(=O)C(C=2C=CC=CC=2)=C1 IYMZEPRSPLASMS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VJOWMORERYNYON-UHFFFAOYSA-N 5-ethenyl-2-methylpyridine Chemical group CC1=CC=C(C=C)C=N1 VJOWMORERYNYON-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 6-[3-[4-[2-(2,3-dihydro-1H-inden-2-ylamino)pyrimidin-5-yl]piperidin-1-yl]-3-oxopropyl]-3H-1,3-benzoxazol-2-one Chemical compound C1C(CC2=CC=CC=C12)NC1=NC=C(C=N1)C1CCN(CC1)C(CCC1=CC2=C(NC(O2)=O)C=C1)=O DEXFNLNNUZKHNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N Ammonium bicarbonate Chemical compound [NH4+].OC([O-])=O ATRRKUHOCOJYRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000013 Ammonium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M Bisulfite Chemical compound OS([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 206010065042 Immune reconstitution inflammatory syndrome Diseases 0.000 description 1
- PEEHTFAAVSWFBL-UHFFFAOYSA-N Maleimide Chemical compound O=C1NC(=O)C=C1 PEEHTFAAVSWFBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical group C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N Vinyl acetate Chemical compound CC(=O)OC=C XTXRWKRVRITETP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000010306 acid treatment Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000001252 acrylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000008360 acrylonitriles Chemical class 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- XYLMUPLGERFSHI-UHFFFAOYSA-N alpha-Methylstyrene Chemical compound CC(=C)C1=CC=CC=C1 XYLMUPLGERFSHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 description 1
- 235000012538 ammonium bicarbonate Nutrition 0.000 description 1
- 239000001099 ammonium carbonate Substances 0.000 description 1
- 239000004760 aramid Substances 0.000 description 1
- 229920006231 aramid fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- INLLPKCGLOXCIV-UHFFFAOYSA-N bromoethene Chemical compound BrC=C INLLPKCGLOXCIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000000701 coagulant Substances 0.000 description 1
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N crotonic acid Chemical compound C\C=C\C(O)=O LDHQCZJRKDOVOX-NSCUHMNNSA-N 0.000 description 1
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000007720 emulsion polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 235000003891 ferrous sulphate Nutrition 0.000 description 1
- 239000011790 ferrous sulphate Substances 0.000 description 1
- 229940085805 fiberall Drugs 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L iron(2+) sulfate (anhydrous) Chemical compound [Fe+2].[O-]S([O-])(=O)=O BAUYGSIQEAFULO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000359 iron(II) sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N methacrylamide Chemical compound CC(=C)C(N)=O FQPSGWSUVKBHSU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N methylenebutanedioic acid Natural products OC(=O)CC(=C)C(O)=O LVHBHZANLOWSRM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000379 polymerizing effect Effects 0.000 description 1
- UIIIBRHUICCMAI-UHFFFAOYSA-N prop-2-ene-1-sulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)CC=C UIIIBRHUICCMAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000007717 redox polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000010557 suspension polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- LDHQCZJRKDOVOX-UHFFFAOYSA-N trans-crotonic acid Natural products CC=CC(O)=O LDHQCZJRKDOVOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
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)
- Artificial Filaments (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Chemical Or Physical Treatment Of Fibers (AREA)
Description
A találmány tárgya szénszálprekurzor szálköteg, amely akrilnitril-alapú polimerből álló monofilamenseket tartalmaz, és amely szálerősített kompozit anyagokban erősítőanyagként felhasználható szénszálköteg előállítására alkalmazható.
Ez a bejelentés a 2000-190150 számú és a 2000-201535 számú japán szabadalmi bejelentésen alapul, melyeknek tartalma hivatkozás révén a leírás részét képezi.
A szénszálakat, üvegszálakat, aramidszálakat és ehhez hasonlókat szálerősített kompozit anyagokban alkalmazzák. A fent említettek közül a szénszál tulajdonságai a legkiválóbbak, ami a relatív szilárdságot, relatív rugalmassági moduluszt, termikus ellenállást, kémiai ellenállást és ehhez hasonlókat illeti, és ezeket olyan szálerősített kompozit anyagokban alkalmazzák, amelyeket sporteszközökben - például golfütőnyelekben vagy horgászbotokban használnak -, de ezenkívül szokásos ipari alkalmazásokban - például repülőgépekben és ehhez hasonlókban - is alkalmaznak. Az ilyen szálerősített kompozit anyagokat például az alábbi eljárás szerint állítják elő.
Kezdetben a hőstabilizálási (oxidációs) eljárásban a szénszálprekurzor szálköteget - amely akrilnitril-alapú polimer monofilamensekből áll - 200-300 °C-on egy oxidálógáz, például levegő hatásának teszik ki, és így tűzálló szálköteget kapnak. Ezt követően a karbonizációs szakaszban a tűzálló szálköteget 300-2000 °C-on inért atmoszférában karbonizálják, és így szénszálköteget kapnak. Ezt a szénszálköteget szükség szerint feldolgozhatják szövött anyagokká és ehhez hasonlókká, melyeket ezután műgyantával impregnálnak és egy előre meghatározott alakúra alakítanak a szálerősített kompozit anyag előállítása során.
A szénszálköteg előállítására alkalmazott prekurzor szálkötegnek nagymértékben tömörnek (összeállónak) kell lennie, hogy az oxidációs eljárás során a szálköteget alkotó monofilamensek ne bomoljanak fel és kuszálódjanak össze a szomszédos szálkötegekkel, vagy alternatív esetben ne tapadjanak hozzá a hengerekhez. Azonban a nagymértékben tömör prekurzor szálkötegből előállított szénszálkötegnél az a probléma, hogy ezt nagyon nehéz műgyantával impregnálni éppen a nagy tömörség miatt.
Ezen túlmenően a szénszálkötegből szövéssel előállított szénszálszövetnek lehetőség szerint kevés réssel kell rendelkeznie, hogy a műgyantával történő impregnálás során elkerülhető legyen a műgyantában üregek kialakulása. Emiatt egy kábelszétterítési eljárást végeznek a szövés közben vagy az után. Ugyanakkor a rendkívül tömör prekurzor szálkötegből kapott szénszálköteg esetében az a probléma, hogy a kábel szétterítés rendkívül nehéz, éppen a nagy tömörség miatt.
A 2000-144521 számon közzétett nem vizsgált japán szabadalmi bejelentésben egy olyan prekurzor szálköteget ismertetnek, amelynek nagy a tömörsége, és amelyből jó kábelszétteríthetőséggel rendelkező szénszálköteget lehet előállítani. Az ismertetett szálköteg egy akrilnitril-alapú szálköteg, amely legalább 95 tömeg% akrilnitrilt tartalmazó akrilnitril-alapú polimerekből áll, és amelynek teljes szálfinomsága legalább 30 000 denier és 2-15 lényegében folyamatos redővel rendelkezik, melyek mindegyike 0,5-1,0 pm magasságú és amelyek a szálköteg felületének hosszanti irányában terjednek ki, és a szálkötegnek a szál tömegére vonatkoztatott jód abszorpciója 0,5-1,5 tömeg%.
Ezt a prekurzor szálköteget a szálképző oldatból extrudálással állítják elő, ahol a szálképző oldat egy szerves oldószert és egy akrilnitril-alapú polimert tartalmaz, egy szerves oldószer vizes oldatát tartalmazó első koagulálófürdőben, amely a szerves oldószert 50-70 tömeg% mennyiségben tartalmazza, és hőmérséklete 30-50 °C, így szilárd szálakat állítanak elő. A szilárd szálakat ezután a szálképző oldat lineáris extrúziós sebességének legfeljebb 0,8-szeresével felcsévélik az első koagulálófürdőből. Ezt követően a szilárd szálakat egy második koagulálófürdőbe vezetik, amely egy szerves oldószer vizes oldatát tartalmazza, ahol a szerves oldószer koncentrációja 50-70 tömeg%, és az oldat hőmérséklete 30-50 °C, és ezeket 1,1-3,0-szeres sebességgel megnyújtják, ezáltal kapják a prekurzor szálköteget.
Azonban ennek a prekurzor szálkötegnek a tömörsége és az ebből előállított szénszálköteg kábelszétteríthetőségi képessége nem megfelelő. Ezen túlmenően a szénszálból szövött anyagnak egyenletes textúrával kell rendelkeznie, és csak néhány hézag megengedett, tehát a szénszálkötegnek nagyon terjedelmesnek kell lennie.
Ezért tehát olyan szénszálprekurzor szálkötegre van szükség, amely nagymértékben tömör, a karbonizálási eljárásban kitűnő a feldolgozhatósága, és amely olyan szénszálköteget szolgáltat, melynek kitűnő az impregnálhatósága és kitűnő a kábelszétteríthetősége, valamint nagy a szilárdsága és nagy a terjedelmessé9θ·
Ezen túlmenően, ami a szénszálból előállított szövetet illeti, miután nagy igény van a kedvező külső megjelenésre, valamint a könnyű kezelhetőségre, a fentiek mellett a szénszálnak még jó „fedőképességgel” is kell rendelkeznie. Ahhoz, hogy együtt tudjuk biztosítani a fent említett jó műgyantával impregnálhatóságot, a jó kábelszétteríthetőséget, a jó fedőképességet a szövet előállításakor, a szénszálkötegnek nagyon terjedelmesnek kell lennie. Ugyanis ahhoz, hogy tovább növeljük a műgyantával impregnálhatóságot, a kábelszétteríthetőséget és a fedőképességet, a szénszálköteg terjedelmességét kell tovább növelni.
Ennek megfelelően a találmány egyik célja olyan szénszálköteg előállítása volt, amely nagymértékben tömör, a karbonizálási eljárásban kitűnően feldolgozható, és képes egy olyan szénszálköteget szolgáltatni, amely műgyantával kitűnően impregnálható és a kábelszétteríthetősége is kitűnő, de emellett nagy szilárdsággal és nagy terjedelmességgel is rendelkezik.
Ezen túlmenően a találmány második tárgya olyan szénszálprekurzor szálköteg biztosítása volt, amelyből olyan szénszálköteg állítható elő, amely javított terjedelmességet mutat, emellett a legkiválóbb a műgyantá2
HU 227 286 Β1 val impregnálhatósága, a kábel szétteríthetősége és szövet előállításakor a legkiválóbb a fedőképessége.
A találmány első megvalósításában egy olyan szénszálprekurzor szálkötegre vonatkozik, amely számos akrilnitril-alapú polimer monofilamenst tartalmaz, ahol a monofilamens keresztmetszeti hosszának és szélességének aránya (hosszúság/szélesség) 1,05-1,6 és az ICP atomemissziós spektrometriával mért szilícium mennyisége 500-4000 ppm.
A fent említett szénszálprekurzor szálköteg rendkívül tömör, és kitűnően feldolgozható karbonizáláskor. Ezen túlmenően az ebből kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatósága és a kábelszétteríthetősége kitűnő, ezen túlmenően nagy szilárdsággal és nagy terjedelmességgel rendelkezik.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálkötegben a monofilamensek szilárdsága előnyösen legalább 5,0 cN/dtex. Ennek eredményeképp a hőstabilizálás alatt a monofilamensek törésével képződő pelyhek mennyisége is lecsökken, amely viszont a karbonizáláskor a feldolgozhatóság növekedését okozza.
Ezen túlmenően a monofilamensek felületének középvonali átlagos magassága (Ra) a szénszálprekurzor szálkötegben előnyösen 0,01-0,1 pm. Ilyen módon tovább növelhető a szénszálprekurzor szálköteg karbonizáláskori feldolgozhatósága és tömörsége, és tovább növelhető a műgyantával impregnálhatóság, a kábelszétteríthetőség és a szilárdság az ebből kapott szénszálköteg esetében.
Ezen túlmenően a monofilamens felületének maximális magassága (Ry) a szénszálprekurzor szálkötegben előnyösen 0,1-0,5 pm. Ilyen módon a szénszálprekurzor szálkötegnek tovább növelhető a tömörsége és a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatósága javítható, valamint tovább növelhető az ebből kapott szénszál szálköteg műgyantával impregnálhatósága, a kábelszétteríthetősége és szilárdsága.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteg további jellemzője, hogy a monofilamens számos olyan redőt tartalmaz, amely a monofilamens felületének hosszirányában helyezkedik el, és az egymással szomszédos helyi csúcsok közötti intervallum (S) 0,2-1,0 pm. Ilyen módon tovább növelhető a szénszálprekurzor szálköteg tömörsége és a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatósága, valamint tovább növelhető az ebből előállított szénszál szálköteg műgyantával impregnálhatósága, a kábel szétteríthetősége és szilárdsága.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteg víztartalma előnyösen nem nagyobb, mint 15 tömeg%. Ilyen módon a szálköteget alkotó monofilamensek könnyen összekeverhetők, ezáltal növelhető a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatóság.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteget alkotó monofilamensek száma előnyösen legfeljebb 12 000. Ilyen módon növelhető a szénszálprekurzor szálköteg szálképzési sebessége. Ezen túlmenően még elérhető az egyenletes összekeveredés, melynek eredményeképp tovább növelhető az oxidációs eljárásban a feldolgozhatóság.
Az előbb felsoroltakon kívül a szénszálprekurzor szálköteg összekevertségi foka előnyösen 5/m-20/m. Ilyen módon tovább növelhető a szénszálprekurzor szálköteg feldolgozhatósága a karbonizálási eljárásban, amely viszont az ebből előállított szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát és kábel szétteríthetőségét javítja.
A találmány második megvalósítása szerint egy olyan szénszálprekurzor szálkötegre vonatkozik, amelyre az jellemző, hogy a folyadéktartalom aránya (HW) 40 tömeg% vagy több, és 60 tömeg%-nál kevesebb, ahol a HW folyadéktartalom-arányt a
HW (tömeg%)=(WT-W0)/W0x100 egyenlet alapján számítjuk ki, ahol W0 a szálköteg abszolút száraz tömege az olajozószer eltávolítása és abszolút száraz állapotra szárítás után és WT a szálkötegnek 20 °C hőmérsékleten zéró tenziónál 1 órán át tartó desztillált vízbe merítése után, majd 200 kPa nyomáson végzett kipréseléses dehidratálás után mért tömege.
Ebből a szénszálprekurzor szálkötegből előállított szénszálkötegnek javított a terjedelmessége és kiemelkedő a műgyantával impregnálhatósága, a kábel szétteríthetősége és a szövet előállításakor a fedőképesség.
Ezen túlmenően a monofilamensek felületének középvonali átlagmagassága (Ra) a szénszálprekurzor szálkötegben előnyösen legalább 0,01 pm. Ilyen módon tovább növelhető a szénszálprekurzor szálköteg karbonizáláskori feldolgozhatósága és tömörsége, és tovább növelhető a műgyantával impregnálhatóság, a kábelszétteríthetőség és a fedőképesség szövet előállítása esetén.
Ezen túlmenően a monofilamens felületének maximális magassága (Ry) a szénszálprekurzor szálkötegben előnyösen legalább 0,1 pm. Ilyen módon a szénszálprekurzor szálkötegnek tovább növelhető a terjedelmessége és a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatósága javítható, ami viszont tovább növeli az ebből kapott szénszál szálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábelszétteríthetőséget és a fedőképesség szövet előállítása esetén.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteg további jellemzője, hogy a monofilamens számos olyan redőt tartalmaz, amely a monofilamens felületének hosszirányában helyezkedik el, és az egymással szomszédos helyi csúcsok közötti intervallum (S) legalább 0,2, és nem nagyobb mint 1,0 pm. Ilyen módon fenntartható a szénszálprekurzor szálköteg jó feldolgozhatósága a karbonizálási eljárásban és tovább növelhető az ebből előállított szénszál szálköteg műgyantával impregnálhatósága, a kábel szétteríthetősége és a fedőképesség szövet előállítása esetén.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteg víztartalma előnyösen nem nagyobb mint 15 tömeg%. Ilyen módon a szálköteget alkotó monofilamensek könnyen összekeverhetők, ezáltal növelhető a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatóság.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteget alkotó monofilamensek száma előnyösen legfeljebb
HU 227 286 Β1
000. Ilyen módon növelhető a szénszálprekurzor szálköteg szálképzési sebessége. Ezen túlmenően még elérhető az egyenletes összekeveredés, melynek eredményeképp tovább növelhető a hőstabilizálási eljárásban a feldolgozhatóság.
Az előbb felsoroltakon kívül a szénszálprekurzor szálköteg összekevertségi foka előnyösen 5/m-20/m. Ilyen módon megtartható a szénszálprekurzor szálköteg kitűnő feldolgozhatósága a karbonizálási eljárásban, és tovább növelhető az ebből előállított szénszálköteg műgyantával impregnálhatósága és a kábel szétteríthetősége és a fedőképesség szövet előállítása esetén.
A találmány harmadik megvalósítása szerint egy szénszálprekurzor szálkötegre vonatkozik, amelyre az jellemző, hogy a monofilamens keresztmetszeti hosszának és szélességének aránya (hosszúság/szélesség) 1,05-1,6 és az ICP atomemissziós spektrometriával mért szilícium mennyisége 500-4000 ppm és a folyadéktartalom aránya (HW) 40 tömeg% vagy több, és 60 tömeg%-nál kevesebb, ahol a HW folyadéktartalomarányt a fent említett módszer szerint határozzuk meg.
A fentiek szerint előnyös szénszálprekurzor szálköteg nagy tömörséget és kitűnő karbonizálási feldolgozhatóságot mutat, és alkalmas olyan szénszálköteg előállítására, amelynek kitűnő a műgyantával impregnálhatósága és a kábel szétteríthetősége, nagy szilárdság és nagy terjedelmesség mellett. Ezen túlmenően a fent bemutatott szénszálprekurzor szálkötegböl előállított szénszálkötegnek javított a terjedelmessége, emellett a legkiválóbb a műgyantával impregnálhatósága, a kábel szétteríthetősége és a szövet előállításakor a fedőképessége.
Ezen túlmenően a találmány eljárást is biztosít a szénszálprekurzor szálköteg előállítására, ahol szilárd szálak előállításához egy szálképző oldatot - amely legalább 95 tömeg% akrilnitrilegységet tartalmazó akrilnitril-alapú polimert tartalmazó szerves oldószeres oldat - egy első koagulálófürdőben extrudálunk, amely egy szerves oldószer vizes oldata, ami a szerves oldószert 45-68 tömeg% mennyiségben tartalmazza, és hőmérséklete 30-50 °C;
a szilárd szálakat az első koagulálófürdőből a szálképző oldat lineáris extrúziós sebességének legfeljebb 0,8-szeresével felcsévéljük;
a szilárd szálakat egy második koagulálófürdőben amely egy szerves oldószer vizes oldata, amely a szerves oldószert 45-68 tömeg% mennyiségben tartalmazza és hőmérséklete 30-50 °C - nyújtott szálak előállításához 1,1-3,0-szeresére nyújtjuk, és a nyújtott szálakat azok megszáradása után gőzöléses nyújtással 2,0-5,0-szeresre nyújtjuk.
Az itt bemutatott találmány szerinti előállítási eljárással olyan szénszálprekurzor szálköteg állítható elő, amely a fent felsorolt kimagasló tulajdonságokkal rendelkezik.
Az ábrák rövid leírása
1. ábra: keresztmetszeti diagram, amely egy szénszálprekurzor szálköteg egy monofilamensének felületét mutatja a középvonali átlag magasság (Ra) magyarázatával;
2. ábra: keresztmetszeti diagram, ami egy szénszálprekurzor szálköteg egy monofilamensének felületét mutatja, a maximum magasság (Ry) magyarázatával;
3. ábra: keresztmetszeti diagram, ami egy szénszálprekurzor szálköteg egy monofilamensének felületét mutatja, a lokális csúcsok közötti intervallum (S) magyarázatával.
A továbbiakban a találmányt részleteiben példákon keresztül ismertetjük.
A szénszálprekurzor szálköteg első megvalósítása
Az első megvalósítás szerinti szénszálprekurzor szálköteg egy olyan kábel, amely számos akrilnitril-alapú polimerből álló monofilamenst tartalmaz.
Akrilnitril-alapú polimerként olyan polimer előnyös, amely legalább 95 tömeg% akrilnitrilegységet tartalmaz, ez elsősorban a fent említett szénszálprekurzor szálköteg hőkezelésével előállított szénszálköteg megfelelő szilárdságának eléréséhez előnyös. Az akrilnitril-alapú polimert akrilnitril és egy ezzel kopolimerizálható monomer polimerizációjával állíthatjuk elő szükség szerint redox polimerizációval vizes oldatban, szuszpenziós polimerizációban egy vegyes rendszerben és emulziós polimerizációval diszpergálószert alkalmazva.
A fent említett akrilnitrillel kopolimerizálandó monomert például az alábbi csoportból választhatjuk ki: (met)akrilát-észterek, például metil-(met)akrilát, etil(met)akrilát, propil-(met)akrilát, butil-(met)akrilát, hexil(met)akrilát és ehhez hasonlók; halogénezett vinilvegyületek, mint például vinil-klorid, vinil-bromid, vinilidén-klorid és ehhez hasonlók; savak, mint például metakrilsav, itakonsav, krotonsav, ezek sói és ehhez hasonlók; maleimid, fenil-maleimid, metakrilamid, sztirol, α-metil-sztirol, vinil-acetát; polimerizálható telítetlen monomerek, melyek szulfoncsoportot tartalmaznak, például sztirol-szulfonsav-szóda, allil-szulfonsav-szóda, β-sztirol-szulfonsav-szóda, metallil-szulfonsav-szóda és ehhez hasonlók; polimerizálható telítetlen monomerek, amelyek piridincsoportokat tartalmaznak, mint például 2-vinil-piridin, 2-metil-5-vinil-piridin és ehhez hasonlók.
A találmány szerinti akrilnitril-alapú polimer monofilamens szál keresztmetszeti hosszának és vastagságának aránya 1,05-1,6, előnyösen 1,1-1,3 és még előnyösebben 1,15-1,25. Amíg a hosszúság/szélesség arány a fent említett tartományon belül van, addig egyszerre teljesülhet a karbonizálásban a prekurzor szálköteg jó feldolgozhatósága és az ebből előállított szénszálköteg impregnálhatósága és a kábel szétteríthetősége. Amennyiben a hosszúság/vastagság arány kevesebb mint 1,05, a monofilamensek közötti rések lecsökkennek, amely az ebből előállított szénszálköteg esetében a műgyantával impregnálhatóság és a kábel szétteríthetőségének romlásához vezet. Ezen túlmenően a terjedelmesség is elégtelen lesz. Amennyiben a hosszúság/vastagság arány nagyobb mint 1,6, a szálköteg tömörsége lecsökken, amely viszont a karboni4
HU 227 286 Β1 zálási folyamatban a feldolgozhatóság romlását eredményezi. Ezen túlmenően a köteg szilárdsága és drasztikusan csökken.
A szál keresztmetszetének hosszának és vastagságának arányát az alábbi módon határozhatjuk meg.
Egy akrilnitril-alapú polimerből álló szálköteget a méréshez egy poli(vinil-klorid)-ból készült 1 mm belső átmérőjű csövön keresztül vezetünk, és ezt a minta előállításához kör alakú szeletekre vágjuk. Ezt követően az így kapott mintát egy SEM-minta tartójához rögzítjük, oly módon, hogy az akrilnitril-alapú polimerből készült szálak keresztmetszete felfele nézzen. Ezután a felületre körülbelül 10 nm vastagságban aranyat szórunk, és a szál keresztmetszetet ezután scanning elektromikroszkóppal (XL20, Phillips) 7,0 kV gyorsító feszültségnél és 31 mm mintatávolságnál vizsgáljuk. A monofilamensek szál keresztmetszetének hosszát és vastagságát ezután megmérjük, és a hosszúság/vastagság arányt egyszerűen a két mennyiség elosztásával határozzuk meg.
A találmány szerinti szénszálprekurzor szálkötegben a szilícium mennyisége 500-4000 ppm és előnyösen 1000-3000 ppm. Amíg a szilícium mennyisége a fent említett tartományban van, addig a prekurzor szálköteg egyszerre jól feldolgozható a karbonizálási eljárásban, és az ebből előállított szénszál szálkötegnek jó a műgyantával impregnálhatósága és a kábel szétteríthetősége. Amennyiben a szilícium mennyisége kevesebb mint 500 ppm, a szálköteg tömörsége lecsökken, amely viszont a karbonizációs eljárásban a feldolgozhatóságromlásához vezet. Ezen túlmenően a kapott szénszálköteg kötegszilárdsága is csökken. Amennyiben a szilícium mennyisége túllépi a 4000 ppm határt, a prekurzor szálköteg hőkezelése során a szilícium-dioxid erősen szóródik, amely a karbonizáció stabilitás jelentős romlásához vezet. Ezen túlmenően a kapott szénszálköteget nehéz kibontani, ami viszont műgyantával impregnálhatóságot és a kábelszétteríthetőséget rontja.
Az előbbiekben említett kis mennyiségű szilícium a szénszálprekurzor szálköteg előállításakor alkalmazott szilikonalapú olajozószerből származik. A szilícium mennyiségét ICP atomemissziós spektrometriával lehet meghatározni.
A találmány szerinti akrilnitril-alapú polimer monofilamens szilárdsága előnyösen legalább 5,0 cN/dtex, még előnyösebben legalább 6,5 cN/dtex, és legelőnyösebben 7,0 cN/dtex. Amennyiben a monofilamens szilárdság kevesebb mint 5,0 cN/dtex, akkor nagy mennyiségű pehely képződik a karbonizációs eljárás alatt a szálak elszakadásakor, amely a karbonizációs feldolgozhatóság romlását eredményezi.
Az akrilnitril-alapú polimer monofilamens szilárdságát úgy határozzuk meg, hogy egy monofilamenst befogunk a mérőcellába és ezután húzóvizsgálattal 20,0 mm/perc elhúzási sebességgel mérjük a szakítószilárdságot (UTM II—20, K. K. Orientech).
A találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg olyan redőkkel rendelkezik, melyek a szálköteg felületén hosszanti irányban helyezkednek el a monofilamenseken. Ezeknek a redőknek a jelenléte biztosítja a találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg kitűnő tömörségét és egy időben az ebből előállított szénszálköteg kitűnő műgyantával impregnálhatóságát és a kábel szétteríthetőségét.
A fent említett redők mélységét a középvonali átlagos magasság (Ra), a maximum magasság (Ry) és a lokális csúcsok közötti intervallum (S) mérőszámok határozzák meg.
A monofilamensek felületének középvonali átlagos magassága (Ra) a találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg esetében előnyösen 0,01-0,1 pm, még előnyösebben 0,02-0,07 μίτι és legelőnyösebben 0,03-0,06 pm. A 0,01 pm-nél kisebb középvonali átlag magasság (Ra) a kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát és a kábel szétteríthetőségét rontja, és nem kielégítő terjedelmességhez vezet. Más részről a 0,1 pm-nél nagyobb középvonali átlag magasság (Ra) a szálköteg felületének növekedését eredményezi, amelynek következtében könnyen alakul ki statikus feltöltődés. Ennek következményeképp viszont a szálköteg tömörsége csökken. Ezen túlmenően a kapott szénszálköteg kötegszilárdsága is csökken.
Ahogy azt az 1. ábrán is bemutattuk, a középvonali átlagmagasságot (Ra) a durvasági görbéből az „m” középvonal irányában vett „L” hosszúságú standard mintaszakaszokon határozzuk meg, kiszámítva az m középvonaltól a tényleges mért felületig az eltérés (deviáció) abszolút értékét, majd kiszámítva ennek az átlagát. A középvonali átlagmagasságot (Ra) lézermikroszkóp segítségével mérjük.
A találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg monofilamens felületének maximális magassága (Ry) előnyösen 0,1-0,5 pm, még előnyösebben 0,15-0,4 pm, és legelőnyösebben 0,2-0,35 pm. A 0,1 pm-nél kisebb maximális magasság (Ry) a kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságának és kábel szétteríthetőségének csökkenéséhez vezet, valamint elégtelen terjedelmességhez. Másrészt a 0,5 pm-nél nagyobb maximális magasság (Ry) a szálköteg felületének növekedéséhez vezet, melynek következtében statikus elektromosság könnyebben alakul ki. Ennek következményeképp a szálköteg tömörsége lecsökken. Ezen túlmenően a kapott szénszálköteg kötegszilárdsága is csökken.
Ahogy azt a 2. ábrán láthatjuk, a maximális magasságot (Ry) úgy határozzuk meg, hogy a durvasági görbéből az m középvonal irányában L standard hosszúságú mintaszakaszokon kiszámítjuk Rp (amely a minta középvonala és csúcsvonala közötti intervallumot jelenti) és Rv (amely a minta középvonala és völgyvonala közötti intervallumot jelenti) összegét. A maximális magasságot (Ry) lézermikroszkóppal mérjük.
Ezen túlmenően a szomszédos lokális csúcsok közötti intervallum (S) egy olyan paraméterként szolgál, amely meghatározza a redők közötti intervallumot, amely előnyösen 0,2-1,0 pm, még előnyösebben 0,3-0,8 pm és legelőnyösebben 0,4-0,7 pm. A 0,2 pmnél kisebb szomszédos csúcsok közötti intervallum (S) a kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatósá5
HU 227 286 Β1 gának és kábel szétteríthetőségének csökkenéséhez vezet, valamint elégtelen terjedelmességhez. Másrészt az 1,0 μΐη-nél nagyobb szomszédos lokális csúcsok közötti intervallum (S) a szálköteg felületének növekedéséhez vezet, melynek következtében statikus elektromosság könnyen alakul ki. Következésképp a szálköteg tömörsége lecsökken. Ezen túlmenően a kapott szénszálköteg kötegszilárdsága is csökken.
Ahogy azt a 3. ábrán láthatjuk, a szomszédos lokális csúcsok közötti intervallumot (S) úgy határozzuk meg, hogy a durvasági görbén az m középvonal irányában L standard hosszúságú mintaszakaszokon lemérjük az S-|, S2, S3,..., intervallumokat, majd ezen intervallumok átlagértékét képezzük. A szomszédos lokális csúcsok közötti intervallumot (S) lézermikroszkóppal határozzuk meg.
Ezen túlmenően a találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg víztartalma előnyösen legfeljebb 15 tömeg%, még előnyösebben legfeljebb 10 tömeg% és legelőnyösebben legfeljebb 3-5 tömeg%. 15 tömeg%-nál nagyobb víztartalom nehézséget okoz a monofilamensek összekeverésénél, amikor a szálkötegbe az összekeverési eljárás során levegőt fuvatunk. Ez következésképpen a szálköteg könnyű átrendeződéséhez és a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatóság romlásához vezet.
A víztartalmat az alábbi egyenlet szerint határozzuk meg a szálköteg nedves állapotában mért w tömegből, és a szálköteg 105 °C-on 2 órán át forró levegő segítségével végzett szárítása után mért w0 tömegből.
Víztartalom (tömeg%)=(w-w0)x1 OO/wo
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteget alkotó monofilamensek száma a találmány szerint előnyösen nem nagyobb mint 12 000, még előnyösebben nem nagyobb mint 6000 és legelőnyösebben nem nagyobb mint 3000. Amennyiben a monofilamensek száma átlépi a 12 000-et, a kábel kezelhetősége és térfogata növekszik, amely viszont a szárítási terhelést oly módon növeli, hogy nagyobb szálképzési sebesség már nem lesz alkalmazható. Ezen túlmenően nehézzé válik az egyenletes összekeverés elérése, amely a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatóság romlását eredményezi.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteg összekevertségi foka a találmány szerint előnyösen 5/m-20/m, és még előnyösebben 10/m-14/m. Amennyiben az összekevertségi fok nagyobb mint 5/m, a szálköteg könnyen átrendeződik, amely pedig a karbonizáláskor a feldolgozhatóság romlását okozza. A 20/m-nél nagyobb összekevertségi fok viszont az előállított szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságának és a kábel szétteríthetőségének a romlását eredményezi.
A szénszálprekurzor szálköteg összekevertségi foka egy olyan paraméter, amely azt mutatja, hogy a szálkötegben egy egyedülálló monofilamens hány alkalommal keresztezi a szomszédos monofilamenst 1 m távolságon. Ezt az összekevertségi fokot az úgynevezett „hook drop” eljárással határozzuk meg.
A szénszálprekurzor szálköteg második megvalósítása
A találmány második megvalósítása szerinti szénszálprekurzor szálköteg akrilnitril-alapú polimerből álló számos monofilamens által alkotott kábel. Akrilnitrilalapú polimerként ugyanazt a vegyületet alkalmazzuk, mint amelyet a szénszálprekurzor szálköteg előállításánál az első megvalósításnál ismertettünk.
A találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg folyadéktartalom-arány legalább 40 tömeg% és kevesebb mint 60 tömeg%, előnyösen legalább 42 tömeg% és kevesebb mint 55 tömeg%, és még előnyösebben legalább 44 tömeg% és kevesebb mint 53 tömeg%. Amíg a folyadéktartalom arány a fent említett tartományban van, lehetséges a kapott szénszálkötegnek mind a terjedelmességét növelni, mind a prekurzor szálköteg karbonizációs eljárásban tapasztalható feldolgozhatóságát növelni. A 40 tömeg%-nál kisebb folyadéktartalom-arány a kapott szénszálköteg elégtelen terjedelmességéhez vezet, amely viszont hátrányosan befolyásolja a műgyantával impregnálhatóságot, a kábel szétteríthetőséget és a szövet előállításakor a fedőképességet. A 60 tömeg%-os vagy annál nagyobb folyadéktartalom arány a szálköteg tömörségének csökkenéséhez vezet, és rontja a karbonizációs eljárásban a feldolgozhatóságot. A szénszálprekurzor szálköteg folyadéktartalom-arányát az alábbi módon határozzuk meg.
Először a szénszálprekurzor szálakhoz tapadó olajozószert megfelelően eltávolítjuk vagy 100 °C-os forró vízzel vagy szoba-hőmérsékletű metil-etil-ketonnal (MEK) végzett mosással. Ezt követően a szénszálprekurzor szálköteget 105 °C-on 2 órán át szárítjuk, így abszolút száraz állapotú szálköteget kapunk. A szálköteg esetében mérjük a w0 száraz tömeget.
Az olajozószer ebben az esetben egy olyan olajos szerre vonatkozik, amelyet a szénszálprekurzor szálköteg előállításakor használunk. Ilyen olajos szerre példa a szilikonalapú olajos szerek, az aromás észteralapú olajos szerek, a poliéteralapú olajos szerek és ehhez hasonlók.
Ezt követően a szálköteget 20 °C-on zéró tenziónál 1 órán át desztillált vízbe áztatjuk, így a szálkötegbe vizet viszünk be. A szálköteget ebben a nedves állapotában hengerek között kipréseléssel dehidratáljuk 200 kPa nyomáson és 10 m/perc feltekercselési sebességgel. A kipréseléssel végzett dehidratálás után mérjük a szálköteg WT tömegét.
A szénszálprekurzor szálköteg HW folyadéktartalom arányát az alábbi egyenlet szerint számítjuk ki a Wo abszolút száraz tömegből és a WT tömegből, amit a kipréseléssel végzett dehidratálás után mértünk.
HW (tömeg%)=(WT-W0)/W0x100.
A találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg olyan redőkkel rendelkezik, melyek a szálköteg felületén hosszanti irányban helyezkednek el a monofilamenseken. Ezeknek a redőknek a jelenléte biztosítja a találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg kitűnő terjedelmességét.
HU 227 286 Β1
A fent említett redők mélységét a középvonali átlagos magasság (Ra) és a maximum magasság (Ry) határozzák meg.
A monofilamensek felületének középvonali átlagos magassága (Ra) a találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg esetében előnyösen legalább 0,01 pm, még előnyösebben 0,02-0,5 μίτι, és legelőnyösebben 0,03-0,01 μηι. A 0,01 μΐτι-nél kisebb középvonali átlag magasság (Ra) a kapott szénszálköteg nem kielégítő terjedelmességhez vezet, ami viszont rontja a műgyantával impregnálhatóságot, a kábelszétteríthetőséget és szövet előállításakor a fedőképességet. Más részről a túlzott középvonali átlagmagasság (Ra) a szálköteg felületének növekedését eredményezi, amelynek következtében könnyen alakul ki statikus feltöltődés. Ennek következményeképp viszont a szálköteg tömörsége csökken, így a szálköteg a hőkezelése során könnyen felbomlik, ami a feldolgozhatóságot rontja karbonizáláskor. Ezen túlmenően a kapott szénszálköteg kötegszilárdsága is csökken.
A találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg monofilamens felületének maximális magassága (Ry) előnyösen 0,1-0,5 μίτι, még előnyösebben 0,15-0,4 μπι, és legelőnyösebben 0,2-0,35 μπι. A 0,1 pm-nél kisebb maximális magasság (Ry) elégtelen terjedelmességhez vezet, ami viszont a kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságának és kábel szétteríthetőségének és szövet előállításakor a fedőképességnek csökkenéséhez vezet. Másrészt a túlzott maximális magasság (Ry) a szálköteg felületének növekedéséhez vezet, melynek következtében statikus elektromosság könnyebben alakul ki. Ennek következményeképp a szálköteg tömörsége lecsökken így a szálköteg a hőkezelése során könnyen felbomlik, ami a feldolgozhatóságot rontja karbonizáláskor. Ezen túlmenően a kapott szénszálköteg kötegszilárdsága is hajlamos csökkenni.
Ezen túlmenően a szomszédos lokális csúcsok közötti intervallum (S) egy olyan paraméterként szolgál, amely meghatározza a redők közötti intervallumot, amely előnyösen 0,2-1,0 pm, még előnyösebben 0,3-0,8 pm és legelőnyösebben 0,4-0,7 pm. A 0,2 pmnél kisebb szomszédos csúcsok közötti intervallum (S) kapott szénszálköteg elégtelen terjedelmességét okozza, ami viszont a műgyantával impregnálhatóság és kábelszétteríthetőség és szövet előállításakor a fedőképesség csökkenéséhez vezet. Másrészt az 1,0 pmnél nagyobb szomszédos lokális csúcsok közötti intervallum (S) a szálköteg felületének növekedéséhez vezet, melynek következtében statikus elektromosság könnyen alakul ki. Következésképp a szálköteg tömörsége lecsökken. Ennek következményeképp a szálköteg tömörsége lecsökken így a szálköteg a hőkezelése során könnyen felbomlik, ami a feldolgozhatóságot rontja karbonizáláskor. Ezen túlmenően a kapott szénszálköteg kötegszilárdsága is hajlamos csökkenni.
Ezen túlmenően a találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg víztartalma előnyösen legfeljebb 15 tömeg%, még előnyösebben legfeljebb 10 tömeg% és legelőnyösebben legfeljebb 3-5 tömeg%. A 15 tömeg%-nál nagyobb víztartalom nehézséget okoz a monofilamensek összekeverésénél, amikor a szálkötegbe az összekeverési eljárás során levegőt fúvatunk. Ez következésképpen a szálköteg könnyű összekeveredéséhez és a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatóság romlásához vezet.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteget alkotó monofilamensek száma a találmány szerint előnyösen nem nagyobb mint 12 000, még előnyösebben nem nagyobb mint 6000 és legelőnyösebben nem nagyobb mint 3000. Amennyiben a monofilamensek száma átlépi a 12 000-et, a kábel kezelhetősége és térfogata növekszik, amely viszont a szárítási terhelést oly módon növeli, hogy nagyobb szálképzési sebesség már nem lesz alkalmazható. Ezen túlmenően nehézzé válik az egyenletes összekeverés elérése, amely a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatóság romlását eredményezi.
Ezen túlmenően a szénszálprekurzor szálköteg összekevertségi foka a találmány szerint előnyösen 5/m-20/m, és még előnyösebben 10/m-14/m. Amennyiben az összekevertségi fok nagyobb mint 5/m, a szálköteg könnyen átrendeződik, amely pedig a karbonizáláskor a feldolgozhatóság romlását okozza. A 20/m-nél nagyobb összekevertségi fok viszont az előállított szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságának és a kábel szétteríthetőségének a romlását eredményezi.
A szénszálprekurzor szálköteg harmadik megvalósítása
A találmány harmadik megvalósítása szerinti szénszálprekurzor szálkötegre az jellemző, hogy számos akrilnitril-alapú polimerből előállított monofilamenst tartalmaz, ahol a monofilamensek keresztmetszeti hosszúságának és szélességének aránya (hosszúság/szélesség arány) 1,05-1,6, az ICP atomemissziós spektrometriával mért szilícium mennyiség 500-4000 ppm, és a HW folyadéktartalom-arány - amit a fent említett módszer szerint határoztunk meg - legalább 40 tömeg% és kevesebb mint 60 tömeg%. A harmadik megvalósítás szerinti prekurzor szálköteg kombinálja mind az első és második megvalósítása szerinti prekurzor szálköteg tulajdonságait.
Eljárás szénszálprekurzor szálköteg előállítására
A következőkben eljárást ismertetünk a találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteg előállítására.
A találmány szerinti szénszálprekurzor szálköteget az alábbi módon lehet előállítani.
Először egy szálképző oldatot - amely egy szerves oldószer és egy akrilnitril-alapú polimer oldata - szálképző fejen keresztül egy első koagulálófürdőbe vezetünk, amely egy szerves oldószer vizes oldata, ami 45-68 tömeg% szerves oldószert tartalmaz, és hőmérséklete 30-50 °C a szilárd szálak előállításához. A szilárd szálakat ezután a szálképző oldat lineáris extrúziós sebességének legfeljebb 0,8-szeresével az első koagulálófürdőből feltekercseljük.
HU 227 286 Β1
Ezt követően a fent említett szilárd szálakat egy második koagulálófürdőben - amely egy szerves oldószer vizes oldata, ami 45-68 tömeg% vizes oldószert tartalmaz, és hőmérséklete 30-50 °C - 1,1-3,0-szeres sebességgel megnyújtjuk.
Ezután - amennyiben szükséges - a szálköteget nedvesen történő meleg nyújtással legalább háromszorosára nyújtjuk, amely szálköteg a második koagulálófürdőben végzett húzás után duzzadt állapotban van.
Az eljárás befejeztével a szálköteghez szilikonalapú olajozószert adunk, a szálköteget megszárítjuk majd újra 2,0-5,0-szeresére nyújtjuk gőzben végzett nyújtással.
A szálköteg víztartalmának beállítását hengerek segítségével végezzük. Ezután levegőt fújunk a szálkötegbe, hogy végrehajtsuk a szálak összekeverését, ezáltal szénszálprekurzor szálköteget állítunk elő.
A szálképző oldatban az akrilnitril-alapú polimerhez használt szerves oldószer lehet például dimetilacetamid, dimetil-szulfoxid, dimetil-formamid és ehhez hasonlók. A fent említettek közül a dimetil-acetamid ideális, ugyanis kitűnő szálképzési jellemzőkkel rendelkezik, és minimálisak a hátrányos hatásai az oldószer hidrolízisének szempontjából.
Az első és a második koagulálófürdőt könnyedén előállíthatjuk azonos szerves oldószer koncentrációkat alkalmazva az első és a második koagulálófürdőben, ahol az első és második koagulálófürdőt állíthatjuk azonos hőmérsékletre vagy használhatjuk ugyanazt az oldószert, amely a szálképző oldatban szerepel az első és a második koagulálófürdőben. Ez azért is megfontolandó, mert igya szerves oldószert visszaforgathatjuk.
Ha a szálképző oldatban dimetil-acetamidban oldott akrilnitril-alapú polimert használunk, az első koagulálófürdő lehet dimetil-acetamid vizes oldata és a második koagulálófürdő lehet dimetil-acetamid vizes oldata azonos hőmérsékleten és azonos összetétellel, mint az első koagulálófürdő, így könnyen állítható elő 1,05-1,6 hosszúság/szélesség (szál keresztmetszet) arányú monofilamens.
Ezen túlmenően az első koagulálófürdőben és a második koagulálófürdőben a szerves oldószer koncentrációjának csökkentésével a szál keresztmetszetben nagy hosszúság/vastagság aránnyal rendelkező monofilamenseket állíthatunk elő. Másrészt, az első koagulálófürdőben és a második koagulálófürdőben a szerves oldószer koncentrációjának növelésével a szál keresztmetszetben 1,0-hez közeli hosszúság/szélesség aránnyal rendelkező monofilamenseket állíthatunk elő. Más szavakkal, amennyiben az első koagulálófürdőben és a második koagulálófürdőben a koncentráció a 45-68 tömeg%-on kívül esik, akkor nehezen állíthatók elő 1,05-1,60 hosszúság/szélesség aránnyal (keresztmetszetben) rendelkező monofilamensek.
A szálképző oldathoz egy olyan szálképző fejet alkalmazhatunk, amelynek a fúvókanyílásának az átmérője 15-100 μίτι, ilyen átmérőknél az akrilnitril-alapú polimerből mintegy 1,0 denier (1,1 dtex) szálfinomságú monofilamenseket tudunk előállítani, ez az akrilnitrilalapú polimerek esetében a standard monofilamens méret.
A szilárd szál feltekercselési sebességének/a furatokon kilépő szálképző oldat lineáris extrúziós sebességének az aránya úgy van beállítva, hogy az nem nagyobb, mint 0,8, akkor kitűnő szálképzési tulajdonságokat tarthatunk fenn.
Ebben a szénszálprekurzor szál előállítási eljárásban a szerves oldószer koncentrációja a szilárd szálak feltekercseléskor nagyobb, mint a szerves oldószer koncentrációja az első koagulálófürdőben. Ennek eredményeképp a szilárd szál egy félig koagulált állapotot vesz fel, azaz a szál csak annak felületén van koagulált állapotban, így ez a szilárd szál kitűnően nyújtható a második koagulálófürdőben.
Ezen túlmenően a szilárd szálat nyújtani lehet, amelyet az első koagulálófürdőből duzzadt állapotban tekercseltük fel, amikor az még koagulálóoldatot is tartalmaz, ezt a nyújtást levegőben végezhetjük. Azonban a korábbi eljárásban ismertetett második koagulálófürdőben végezve a szilárd szál nyújtását, tovább növelhető a szilárd szál koagulálódása. Ezen túlmenően a nyújtási eljárás hőmérséklete is könnyebben szabályozható.
Ami a második koagulálófürdőben lévő nyújtási arányt illeti, amennyiben ez az arány kevesebb mint 1,1, akkor lehetetlen egyenletesen orientált szálat előállítani, másrészt viszont, ha ez az arány nagyobb mint 3,0, akkor a monofilamensek könnyen törnek, ami viszont a szálképzés stabilitását csökkenti, és rontja a nyújthatóságot a későbbi nedves nyújtási eljárásban.
A második koagulálófürdőben végzett nyújtás után végzett nedves meleg nyújtásnak az a célja, hogy tovább növelje a szál orientációját. Ezt a nedves meleg nyújtást a megduzzadt szálon végezzük, a második koagulálófürdőben végrehajtott nyújtás után duzzadt állapotban, vagy vízzel permetezés közben vagy forró vízben. A nagy termelékenység szempontjából az az előnyös, ha a fentiekben ismertetett nedves forró nyújtást forró vízben végezzük. Továbbá, amennyiben ebben a nedves forró nyújtási eljárásban a nyújtási arány kisebb, mint 3,0, akkor a szál orientáció nem kielégítő.
Ezenkívül a duzzadt szálköteg duzzadási foka a nedves forró nyújtás után és a szárítást megelőzően előnyösen legfeljebb 70 tömeg%.
Más szavakkal, a 70 tömeg%-nál nem nagyobb duzzadási fokkal rendelkező duzzadt szálak a nedves forró nyújtás után és szárítás előtt egyenletesen orientált felületi réteggel és szálmaggal rendelkeznek. A szilárd szálak felcsévélési sebessége/a furatból kilépő szálképző oldat lineáris extrúziós sebessége arány csökkentésével az első koagulálófürdőben lehetőség van a szálnak egészen a belsejéig terjedő egyenletes orientálására, miután a szálképző oldatot az első koagulálófürdőben egyenletesen szállá koaguláltuk és ezt a szilárd szálat a második koagulálófürdőben megnyújtottuk. Ennek eredményeképp lehetséges a duzzadt szálköteg duzzadási fokát csökkenteni a nedves forró nyújtás után és a szárítás előtt 70 tömeg%-nál kisebb értékre.
HU 227 286 Β1
Másrészről viszont amennyiben a szilárd szál felcsévélési sebessége/a furatból kilépő szálképző oldat lineáris extrúziós sebessége arány az első koagulálófürdőben a szál előállítás során nagy, akkor az előbb említett koagulálófürdőben egyszerre megy végbe a koaguláció és a megszilárdult szálak nyújtása. Ennek eredményeképp a szálképző oldat koagulációja az első koagulálófürdőben nem lesz egyenletes. Ebből következik, hogy míg ha a második koagulálófürdőben nyújtást is végzünk, a megduzzadt szálköteg a nedves forró nyújtás után és a szárítás előtt még mindig nagymértékben duzzadt lesz, ilyen módon egészen a szál belsejéig egyenletesen orientált szálak előállítását nem lehet megvalósítani.
A szálköteg duzzadási foka egy numerikus érték, melyet az alábbi egyenlet segítségével számíthatunk ki a szálköteg duzzadt állapotában a hozzátapadt nedvesség centrifugában (15 perc, 3000 rpm) végzett eltávolítása után mérhető w tömegből, és az előző szálnak forró levegős szárítóban 105 °C-on 2 órán át végzett szárítása után mérhető w0 tömegből.
Duzzadás foka (tömeg%)=(w-wo)x1OO/wo
A nedves forró nyújtás után a szálköteghez olajozószert lehet adni, ami lehet egy standard szilikonalapú olajozószer. A szilikonalapú olajozószert a koncentrációnak 1,0-2,5 tömeg% értékre állítása után lehet használni.
Amennyiben a gőzöléses nyújtásnál a nyújtási arány kevesebb mint 2,0, akkor a szál orientációjában végbemenő növekedés nem kielégítő. Másrészről, amennyiben ez az arány nagyobb, mint 5,0, a monofilamensek könnyen törnek, ami viszont a szálképzés stabilitásának csökkenését okozza.
A továbbiakban a találmányt kiviteli példákon keresztül ismertetjük. A méréseket az alábbiak szerint végeztük.
Keresztmetszet alakja
Egy akrilnitril-alapú polimerből álló szálköteget a méréshez egy poli(vinil-klorid)-ból készült 1 mm belső átmérőjű csövön keresztül vezetünk, és ezt a minta előállításához kör alakú szeletekre vágjuk. Ezt követően az így kapott mintát egy SEM-minta tartójához rögzítjük, oly módon, hogy az akrilnitril-alapú polimerből készült szálak keresztmetszete felfele nézzen. Ezután a felületre körülbelül 10 nm vastagságban aranyat szórunk, és a szál keresztmetszetet ezután scanning elektromikroszkóppal (XL20, Phillips) 7,0 kV gyorsító feszültségnél és 31 mm mintatávolságnál vizsgáljuk. A monofilamensek szál keresztmetszetének hosszát és vastagságát ezután megmérjük, és a hosszúság/vastagság arányt egyszerűen a két mennyiség osztásával határozzuk meg.
Szilícium mennyisége
Kezdetben a mintát egy légzáró konténerbe helyezzük, amely teflonból készült, majd kénsavval a minta savas kezelését végezzük el, amit ezután salétromsavval folytatunk. A mintát ezután felhígítjuk és a szilícium mennyiségét IRIS-AP (Jarrel Ash) ICP atom emisszió spektrométerrel határozzuk meg.
Folyadéktartalom-arány
Először a szénszálprekurzor szálakhoz tapadó olajozószert megfelelően eltávolítjuk vagy 100 °C-os forró vízzel vagy szoba-hőmérsékletű metil-etil-ketonnal (MEK) végzett mosással. Ezt követően a szénszálprekurzor szálköteget 105 °C-on 2 órán át szárítjuk, így abszolút száraz állapotú szálköteget kapunk. A szálköteg esetében mérjük a w0 száraz tömeget.
Az olajozószer ebben az esetben egy olyan olajos szerre vonatkozik, amelyet a szénszálprekurzor szálköteg előállításakor használunk. Ilyen olajos szerre példa a szilikonalapú olajos szerek, az aromás észteralapú olajos szerek, a poliéteralapú olajos szerek és ehhez hasonlók.
Ezt követően a szálköteget 20 °C-on zéró tenziónál 1 órán át desztillált vízbe áztatjuk, így a szálkötegbe vizet viszünk be. A szálköteget ebben a nedves állapotában hengerek között kipréselve dehidratáljuk 200 kPa nyomáson és 10 m/perc feltekercselési sebességgel. A kipréseléssel végzett dehidratálás után mérjük a szálköteg WT tömegét.
A szénszálprekurzor szálköteg HW folyadéktartalom arányát az alábbi egyenlet szerint számítjuk ki a Wo abszolút száraz tömegből és a WT tömegből, amit a nyomással végzett dehidratálás után mértünk.
HW (tömeg%)=(WT-W0)/W0x100
Monofilamens szilárdsága
Az akrilnitril-alapú polimer monofilamens szilárdságát úgy határozzuk meg, hogy egy monofilamenst befogunk a mérőcellába és ezután húzóvizsgálattal 20,0 mm/perc elhúzási sebességgel mérjük a szakítószilárdságot (UTM II—20, K. K. Orientech).
Összekevertségi fok („hook drop” teszt)
A száraz állapotú szénszálprekurzor szálból egy szálköteget készítünk elő, és ezt egy ejtőkészülék felső részéhez rögzítjük. A szálköteghez a készülék felső befogójától pontosan 1 m-re lefelé egy súlyt rögzítünk, és ezt felfüggesztjük. így az alkalmazott súly okozta terhelés a denierben megadott szálfinomság 1/5-e grammokban. A készülék felső befogójától 1 cm-re a szálkötegbe egy kampót helyezünk el úgy, hogy az a szálköteget két részre ossza. Ezután a kampót 2 cm/másodperc sebességgel lefele mozgatjuk, és meghatározzuk azt az L távolságot (mm), ahol a fent említett szálkötegben a kampó a szálak összekuszálódása miatt megáll. Az összekevertségi fokot ezután az alábbi egyenlet segítségével határozzuk meg. A tesztet 50 alkalommal végezzük el, és az átlagot egy tizedes jegyre határozzuk meg.
Összekevertségi fok=1000/L.
Kampóként egy olyan tűt használunk, melynek átmérője 0,5-1,0 mm, és amelynek a felülete sima.
Redő körvonala
A szénszálprekurzor szálból egy száraz állapotú köteget egy üveglapra rögzítünk, az Ra, Ry és S mérőszámokat a szál tengelyére merőleges irányban egy
VL 2000 típusú lézermikroszkóppal (Lasertec Corporation) határozzuk meg.
HU 227 286 Β1
Víztartalom
A víztartalmat az alábbi egyenletből határozzuk meg a szénszálprekurzor nedves állapotú szálköteg tömegét megadó w és a szálköteg 105 °C-on 2 órán át forrólevegős szárítóban végzett szárítása után kapott w0 tömeg alapján.
Víztartalom (tömeg%)=(w-w0)x1 OO/wo.
Ezen túlmenően a kapott akrilnitril-alapú szálköteget és a szénszálköteget a következő módszerek szerint is karakterizáljuk.
Műgyantával impregnálhatóság
A szénszálkötegből körülbelül 20 cm-es darabot vágunk le, és mintegy 3 cm-t glicidil-éterbe merítünk és 15 percig így hagyjuk. A glicidil-éterből eltávolítás után a szálköteget további 3 percen át nyugalomban hagyjuk, az alsó 3,5 cm-t levágjuk és megmérjük a fennmaradó szénszálköteg hosszúságát és tömegét. A műgyantával impregnálhatóság mérőszámaként ezután a szénszálköteg felülettömegére vonatkoztatott felszívott glicidil-éter arányos tömegét használjuk.
Kábelszétteríthetőség
A kábelszétteríthetőség mérőszámaként a kábel azon szélességét használjuk, ami akkor alakul ki, amikor a szénszálköteget 1 m/perc sebességgel egy fémhengeren vezetjük át 0,06 g/monofilamens feszítésnél.
Fedőképesség (fedési arány)
A szénszálköteget vetülékfonalként és láncfonalként használva egy sík szőtt anyagot állítunk elő, melynek felület tömege 200 g/m2. Ennek az anyagnak a rés arányát (azaz az olyan részeknek az aránya, amelyekben egy adott szövet egységnyi területén mind a vetülékfonal mind a láncfonal hiányzik) egy képfeldolgozó szenzor segítségével határoztuk meg (CV-100 Keyence Corporation), és a fedési arány tulajdonképpen 100 - résarány.
Szénszálköteg-szilárdság
Ezt a JIS R 7601 módszer szerint mértük.
1. példa
Akrilnitrilt, metil-akrilátot, metakrilsavat kopolimerizálunk ammónium-perszulfát - ammónium-hidrogén-szulfit és vas-szulfát jelenlétében vizes szuszpenziós polimerizációval, így állítjuk elő az akrilnitril-alapú polimert, amely akrilnitrilegységeket/metil-akrilát-egységeket/metakrilsavegységeket 95:4:1 arányban (tömegrészarány) tartalmaz. Ezt az akrilnitril-alapú polimert ezután dimetilacetamidban feloldjuk, így 21 tömeg%-os szálképző oldatot állítunk elő.
A szálképző oldatot a dimetil-acetamid vizes oldatából álló első koagulálófürdőbe extrudáljuk, amely 60 tömeg%-os töménységű és hőmérséklete 30 °C, egy olyan szálképző fejen keresztül, amely 3000 darab 75 pm átmérőjű furattal rendelkezik, így kapjuk a szilárd szálakat. A szilárd szálakat az első koagulálófürdőből a szálképző oldat lineáris extrúziós sebességének 0,8-szeresével felcsévéljük. A szilárd szálakat ezután a második koagulálófürdőbe vezetjük, amely 60 tömeg% dimetil-acetamid-tartalmú vizes oldatból áll, melynek hőmérséklete 30 °C, és 2,0-szeresre nyújtjuk.
Ezután a szálköteget vízzel mossuk és ezzel egy időben a négyszeresére nyújtjuk. Ezután 1,5 tömeg% töménységű szilikonalapú olajozószert adunk hozzá. A szálköteget ezután melegítő hengereken megszárítjuk és gőzöléses nyújtással 2,0-szeresére nyújtjuk. Ezt követően a szálköteg víztartalmát henger segítségével úgy állítjuk be, hogy a víztartalom a szálköteg szálaira vonatkoztatva 5 tömeg% legyen. A szálköteget ezután 405 kPa nyomású levegővel összekeverjük és csévélőgéppel felcsévéljük, így 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-alapú szálköteget kapunk.
A keresztmetszeti alakot, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre meghatározzuk. Ezeket az eredményeket az 1. és 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezt követően a kapott akrilnitril-szálköteget forró levegő cirkuláltatásos oxidációnak tesszük ki 230-260 °C hőmérsékleten 50 percig, így tűzálló szálköteget kapunk. Ezt a tűzálló szálköteget ezt követően nitrogéngáz-atmoszféra alatt legfeljebb 780 °C hőmérsékleten 1,5 órán át dolgozzuk fel, majd tovább vezetjük egy magas hőmérsékletű kemencébe, ahol azonos atmoszféra alatt legfeljebb 1300 °C hőmérsékleten mintegy 1,5 percen át kezeljük. Ezután a szálköteget elektrolizáljuk 0,4 Amin/m áramerősséggel vizes ammónium-hidrogén-karbonát-oldatban, így kapjuk a szénszálköteget. A műgyantával impregnálhatóságot, a kábel szétteríthetőséget, a fedőképességet és a szálköteg-szilárdságot a szénszálkötegre kiértékeljük. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
2. példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-alapú szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy az első és a második koagulálófürdőben a dimetil-acetamid koncentrációja ez esetben 50 tömeg%.
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábel szétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
3. példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-alapú szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy az első és a második koagulálófürdőben a dimetil-acetamid koncentrációja ez esetben 65 tömeg%.
HU 227 286 Β1
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábel szétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
4. példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-alapú szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy a második koagulálófürdőben a nyújtási arány 2,5-szeres és a fentiek szerinti gőzöléses nyújtásnál a nyújtási arány 1,6szoros.
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábel szétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
5. példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-alapú szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy a második koagulálófürdőben a nyújtási arány 1,2-szeres.
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábelszétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
6. példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-alapú szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy a fentiek szerinti hengerrel a szálak víztartalmát 10 tömeg%-ra állítjuk be.
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábel szétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
7. példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-alapú szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy a fentiek szerinti hengerrel a szálköteg víztartalmát 3 tömeg%-ra állítjuk be.
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábel szétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
8. példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-alapú szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy az amin szilikonalapú olajozószer koncentrációja 0,4 tömeg%.
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábel szétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
9. példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-alapú szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy az az összekeverési eljárásban a levegő nyomása 290 kPa.
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábel szétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
1. összehasonlító példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú, és a keresztmetszetben
HU 227 286 Β1
1,02 hosszúság/szélesség arányú akrilnitril-szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy az első és második koagulálófürdőben a dimetil-acetamid koncentrációja 70 tömeg%.
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, 5 a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze. 10
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábel szétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze. 15
A keresztmetszetben kevesebb mint 1,05 hosszúság/szélesség arányú monofilamens szálakból álló akrilnitril-szálkötegből kapott szénszálkötegnek gyenge a műgyantával impregnálhatósága és a kábel szétteríthetősége. 20
2. összehasonlító példa
Az 1. példával azonos módon 1,1 dtex monofilamens szálfinomságú akrilnitril-szálköteget állítunk elő, azzal a különbséggel, hogy az első és második koagulálófürdőben a dimetil-acetamid-koncentráció 40 tömeg%.
A keresztmetszet alakját, a szilícium mennyiségét, a folyadéktartalom-arányt, a monofilamens szilárdságot, a víztartalmat, az összekevertségi fokot és a redők profilját a kapott akrilnitril-alapú szálkötegre megmérjük. Ezeket az eredményeket az 1. és a 2. táblázatban foglaljuk össze.
Ezenkívül meghatározzuk a fenti szálkötegből hőkezeléssel kapott szénszálköteg műgyantával impregnálhatóságát, a kábel szétteríthetőségét, a fedőképességet és a kötegszilárdságot. Ezeket az eredményeket a 3. táblázatban foglaljuk össze.
A keresztmetszetben 1,6-nál nagyobb hosszúság/szélesség arányú monofilamens szálakból álló akrilnitril-szálkötegnek gyenge a tömörsége, az ebből előállított szénszálkötegnek nagyon kicsi a kötegszilárdsága.
1. táblázat
| Példa száma | Keresztmetszet alakja (hosszúság/szélesség) | Szilícium mennyisége (PPm) | Folyadéktartalom- arány (tömeg%) | Monofilamens szilárdság (cN/dtex) |
| 1. | 1,32 | 2500 | 52,25 | 7,2 |
| 2. | 1,51 | 2650 | 58,18 | 6,8 |
| 3. | 1,23 | 2600 | 46,56 | 7,7 |
| 4. | 1,32 | 2550 | 49,56 | 7,5 |
| 5. | 1,32 | 2500 | 44,72 | 6,1 |
| 6. | 1,32 | 2500 | 54,43 | 7,3 |
| 7. | 1,32 | 2500 | 48,77 | 7,2 |
| 8. | 1,32 | 1600 | 51,34 | 7,3 |
| 9. | 1,32 | 2500 | 53,80 | 7,2 |
| 1. összehasonlító példa | 1,02 | 2600 | 30,29 | 7,3 |
| 2. összehasonlító példa | 1,72 | 3400 | 64,85 | 4,8 |
2. táblázat
| Példa száma | Víztartalom (tömeg%) | Szétszórtsági fok (per méter) | Redő profilja | ||
| Ra (pm) | Ry (pm) | S (pm) | |||
| 1. | 5 | 12 | 0,05 | 0,33 | 0,55 |
| 2. | 5 | 11 | 0,08 | 0,35 | 0,68 |
| 3. | 5 | 12 | 0,04 | 0,32 | 0,53 |
| 4. | 5 | 13 | 0,08 | 0,40 | 0,70 |
| 5. | 5 | 12 | 0,03 | 0,29 | 0,58 |
| 6. | 10 | 6 | 0,05 | 0,33 | 0,55 |
| 7. | 3 | 15 | 0,05 | 0,33 | 0,56 |
| 8. | 5 | 12 | 0,05 | 0,33 | 0,53 |
| 9. | 5 | 7 | 0,05 | 0,33 | 0,54 |
| 1. összehasonlító példa | 5 | 3 | 0,02 | 0,05 | 0,18 |
| 2. összehasonlító példa | 5 | 15 | 0,12 | 0,65 | 0,80 |
HU 227 286 Β1
3. táblázat Szénszálköteg
| Példa száma | Műgyantával impregnálhatóság (%) | Kábelszét- teríthetőség (mm) | Fedési arány (%) | Kötegszilárdság (kg/mm2) | Feldolgozhatóság a karbonizálás során |
| 1. | 4,76 | 2,5 | 97,7 | 430 | nincs probléma |
| 2. | 5,10 | 2,7 | 98,2 | 400 | nincs probléma |
| 3. | 3,60 | 2,1 | 95,5 | 450 | nincs probléma |
| 4. | 4,50 | 2,4 | 96,8 | 410 | nincs probléma |
| 5. | 4,46 | 2,3 | 96,7 | 440 | nincs probléma |
| 6. | 4,88 | 2,9 | 98,7 | 430 | nincs probléma |
| 7. | 4,71 | 2,1 | 95,2 | 425 | nincs probléma |
| 8. | 4,66 | 2,8 | 99,1 | 430 | nincs probléma |
| 9. | 3,98 | 2,9 | 99,0 | 430 | nincs probléma |
| 1. összehasonlító példa | 1,32 | 1,4 | 87,5 | 430 | nincs probléma |
| 2. összehasonlító példa | 7,22 | 3,2 | 99,8 | 350 | kedvezőtlen |
Ipari alkalmazhatóság
Ahogy a fentiekből láthattuk, a találmány szerinti 25 szénszálprekurzor szálkötegnek - amelyek esetében a monofilamens keresztmetszetében a hosszúság/szélesség arány 1,05-1,6 és az ICP atomemissziós spektrometriával mért szilícium mennyisége 500-4000 ppm - nagy a tömörsége és a karbonizálási eljárásban kitű- 30 nőén feldolgozható. Ezen túlmenően az ebből előállított szénszálköteg műgyantával kitűnően impregnálható, jó a kábelköteg szétteríthetősége, nagy a szilárdsága és nagy a terjedelmessége.
Ezen túlmenően a találmány szerinti szénszálpre- 35 kurzor szálköteg - melynek folyadéktartalom-aránya (HW), melyet a leírásban említett módszerrel határoztunk meg, legalább 40 tömeg% és kevesebb mint 60 tömeg% - jelentősen megnő a terjedelmessége, ilyen módon az ebből előállított szénszálköteg a legki- 40 válóbban impregnálható műgyantával, kitűnő a kábelköteg szétteríthetősége és a fedőképessége szövet előállításakor.
Ezen túlmenően a találmány szerinti szénszálprekurzor szálkötegnek - melynek a szál keresztmetszet- 45 ben mért hosszúság/szélesség aránya 1,05-1,6 és az ICP atomemissziós spektrometriával mért szilícium mennyisége 500-4000 ppm, és a folyadékmennyiség aránya (HW), melyet a leírásban ismertetett eljárás szerint határoztunk meg, legalább 40 tömeg% és keve- 50 sebb mint 60 tömeg% - nagy a tömörsége és kitűnő a karbonizálási eljárásban a feldolgozhatósága.
Ezen túlmenően a szénszálköteg műgyantával kitűnően impregnálható, kitűnő a kábelköteg szétteríthetősége, nagy a szilárdsága és nagy a terjedelmessége. 55 Ezenkívül a találmány szerinti szénszálprekurzor szálkötegből előállított szénszálkötegnek javított a terjedelmessége, kitűnő a műgyantával impregnálhatósága, a kábel szétteríthetősége és a fedőképessége szövet előállítás során. 60
Claims (9)
- SZABADALMI IGÉNYPONTOK1. Szénszálprekurzor szálköteg, amely számos akrilnitril-alapú polimer monofilamenst tartalmaz, a monofilamens keresztmetszeti hosszának és szélességének aránya (hosszúság/szélesség) 1,05-1,6 és az ICP atomemissziós spektrometriával mért szilícium mennyisége 500-4000 ppm, azzal jellemezve, hogy a monofilamens felületének középvonali átlagos magassága (Ra) 0,01-0,1 pm.
- 2. Az 1. igénypont szerinti szénszálprekurzor szálköteg, azzal jellemezve, hogy a monofilamens szilárdsága legalább 5,0 cN/dtex.
- 3. Az 1. igénypont szerinti szénszálprekurzor szálköteg, azzal jellemezve, hogy a monofilamens felületének maximális magassága (Ry) 0,1-0,5 pm.
- 4. Az 1. igénypont szerinti szénszálprekurzor szálköteg, azzal jellemezve, hogy a monofilamens számos olyan redőt tartalmaz, amely a monofilamens felületének hosszirányában helyezkedik el, és az egymással szomszédos helyi csúcsok közötti intervallum (S) 0,2-1,0 pm.
- 5. Az 1. igénypont szerinti szénszálprekurzor szálköteg, azzal jellemezve, hogy a szálköteg víztartalma 15 tömeg% vagy kevesebb.
- 6. Az 1. igénypont szerinti szénszálprekurzor szálköteg, azzal jellemezve, hogy a szálköteget alkotó monofilamensek száma 12 000 vagy kevesebb.
- 7. Az 1. igénypont szerinti szénszálprekurzor szálköteg, azzal jellemezve, hogy a szálköteg összekevertségi foka 5/m-20/m.
- 8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti szénszálprekurzor szálköteg, amely számos akrilnitril-alapú polimer monofilamenst tartalmaz, azzal jellemezve, hogy a folyadéktartalom aránya (HW) 40 tömeg% vagy több, és 60 tömeg%-nál kevesebb, ahol a HW folyadéktartalom-arányt aHW (tömeg%)=(WT-W0)/W0x100HU 227 286 Β1 egyenlet alapján számítjuk ki, ahol WO a szálköteg abszolút száraz tömege az olajozószer eltávolítása és abszolút száraz állapotra szárítás után és WT ennek a szálkötegnek 20 °C hőmérsékleten zéró tenziónál 1 órán át tartó desztillált vízbe merítése után, majd 200 kPa nyomáson kipréseléssel végzett kompressziós dehidratálás után mért tömege.
- 9. Eljárás az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti szénszálprekurzor szálköteg előállítására, azzal jellemezve, hogy szilárd szálak előállításához egy szálképző oldatot - amely legalább 95 tömeg% akrilnitrilegységet tartalmazó akrilnitril-alapú polimert tartalmazó szerves oldószeres oldat - egy első koagulálófürdőbe extrudálunk, amely egy szerves oldószer vizes oldata, ami a szerves oldószert 45-68 tömeg% mennyiségben tartalmazza, és hőmérséklete 30-50 °C;a szilárd szálakat az első koagulálófürdőből a szál5 képző oldat lineáris extrúziós sebességének legfeljebb0,8-szeresével felcsévéljük;a szilárd szálakat egy második koagulálófürdőben amely egy szerves oldószer vizes oldata, amely a szerves oldószert 45-68 tömeg% mennyiségben tartalmaz10 za és hőmérséklete 30-50 °C - nyújtott szálak előállításához 1,1-3,0-szeresére nyújtjuk, és a nyújtott szálakat azok megszáradása után gőzöléses nyújtással 2,0-5,0-szeresre nyújtjuk.
Applications Claiming Priority (3)
| 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 |
| JP2000201535A JP3892212B2 (ja) | 2000-07-03 | 2000-07-03 | 炭素繊維前駆体繊維束 |
| PCT/JP2001/005170 WO2001098566A1 (fr) | 2000-06-23 | 2001-06-18 | Faisceau de fibres précurseur de fibres de carbone |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUP0301420A2 HUP0301420A2 (hu) | 2003-08-28 |
| HUP0301420A3 HUP0301420A3 (en) | 2005-11-28 |
| HU227286B1 true HU227286B1 (en) | 2011-01-28 |
Family
ID=26594594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU0301420A HU227286B1 (en) | 2000-06-23 | 2001-06-18 | Carbon fiber precursor fiber bundle and process for making it |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6503624B2 (hu) |
| EP (1) | EP1306470B1 (hu) |
| KR (1) | KR100473126B1 (hu) |
| CN (2) | CN1249280C (hu) |
| DE (1) | DE60133560T2 (hu) |
| ES (1) | ES2302736T3 (hu) |
| HU (1) | HU227286B1 (hu) |
| MX (1) | MXPA02012862A (hu) |
| PT (1) | PT1306470E (hu) |
| TW (1) | TW508380B (hu) |
| WO (1) | WO2001098566A1 (hu) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2269153T3 (es) * | 1999-06-25 | 2007-04-01 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | Fibra sintetica a base de acrilonitrilo y procedimiento para su fabricacion. |
| 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 |
| WO2005012604A2 (ja) * | 2003-07-31 | 2005-02-10 | Mitsubishi Rayon Co., Ltd. | 炭素繊維束及びその製造方法、並びに熱可塑性樹脂組成物及びその成形品 |
| US7959783B2 (en) | 2003-09-30 | 2011-06-14 | The Boeing Company | Electrochemical deposition process for composite structures |
| JP4630193B2 (ja) | 2004-02-13 | 2011-02-09 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維前駆体繊維束の製造方法及び製造装置 |
| 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 |
| US8137810B2 (en) * | 2005-12-13 | 2012-03-20 | Toray Industries, Inc. | Carbon fiber, process for production of polyacrylonitrile-base precursor fiber for carbon fiber production, and process for production of carbon fiber |
| 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 |
| US10344403B2 (en) | 2014-12-29 | 2019-07-09 | Cytec Industries Inc. | Densification of polyacrylonitrile fiber |
| HUE057996T2 (hu) | 2017-02-16 | 2022-06-28 | Mitsubishi Chem Corp | Szénszál prekurzor akrilszál, szénszál, és eljárás annak elõállítására |
| 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 |
| JP7202459B2 (ja) | 2018-11-02 | 2023-01-11 | エルジー・ケム・リミテッド | 炭素繊維用アクリロニトリル系共重合体の製造方法 |
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 |
| JP3607676B2 (ja) | 1999-06-15 | 2005-01-05 | 三菱レイヨン株式会社 | 太物炭素繊維前駆体アクリル系糸条、およびその製造方法 |
-
2001
- 2001-06-18 DE DE60133560T patent/DE60133560T2/de 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
- 2001-06-18 HU HU0301420A patent/HU227286B1/hu unknown
- 2001-06-18 ES ES01941080T patent/ES2302736T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-18 PT PT01941080T patent/PT1306470E/pt unknown
- 2001-06-18 KR KR10-2002-7017389A patent/KR100473126B1/ko active IP Right Grant
- 2001-06-18 WO PCT/JP2001/005170 patent/WO2001098566A1/ja active IP Right Grant
- 2001-06-18 EP EP01941080A patent/EP1306470B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-18 CN CNB018126200A patent/CN1187484C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2001-06-22 TW TW090115242A patent/TW508380B/zh not_active IP Right Cessation
- 2001-06-22 US US09/885,963 patent/US6503624B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-11-14 US US10/293,324 patent/US6569523B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2001098566A1 (fr) | 2001-12-27 |
| DE60133560D1 (de) | 2008-05-21 |
| EP1306470A4 (en) | 2005-04-20 |
| HUP0301420A2 (hu) | 2003-08-28 |
| HUP0301420A3 (en) | 2005-11-28 |
| EP1306470B1 (en) | 2008-04-09 |
| CN1566420A (zh) | 2005-01-19 |
| US20030064221A1 (en) | 2003-04-03 |
| DE60133560T2 (de) | 2009-05-28 |
| TW508380B (en) | 2002-11-01 |
| US6569523B2 (en) | 2003-05-27 |
| ES2302736T3 (es) | 2008-08-01 |
| PT1306470E (pt) | 2008-05-13 |
| US6503624B2 (en) | 2003-01-07 |
| EP1306470A1 (en) | 2003-05-02 |
| KR20030011916A (ko) | 2003-02-11 |
| CN1249280C (zh) | 2006-04-05 |
| CN1441862A (zh) | 2003-09-10 |
| KR100473126B1 (ko) | 2005-03-10 |
| US20020041957A1 (en) | 2002-04-11 |
| MXPA02012862A (es) | 2004-07-30 |
| CN1187484C (zh) | 2005-02-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| HU227286B1 (en) | Carbon fiber precursor fiber bundle and process for making it | |
| JP5264150B2 (ja) | 炭素繊維ストランド及びその製造方法 | |
| JP5100758B2 (ja) | 炭素繊維ストランド及びその製造方法 | |
| JP4945684B2 (ja) | 炭素繊維用アクリロニトリル膨潤糸、前駆体繊維束、耐炎化繊維束、炭素繊維束及びそれらの製造方法 | |
| JP2006299439A (ja) | 炭素繊維およびその製造方法、並びにアクリロニトリル系前駆体繊維およびその製造方法 | |
| JP5313788B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束およびその製造方法 | |
| JP2009191425A (ja) | 炭素繊維の製造方法 | |
| JP6819701B2 (ja) | 炭素繊維前駆体アクリル繊維、炭素繊維およびそれらの製造方法 | |
| JP3892212B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束 | |
| EP4026942A1 (en) | Carbon fiber production method and carbon fiber produced using same | |
| 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 | |
| JP4216873B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束の製造方法 | |
| 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 | |
| HU228482B1 (en) | Acrylonitrile-based fiber bundle for carbon fiber precursor and method for preparation thereof | |
| JP4332285B2 (ja) | 炭素繊維前駆体繊維束 | |
| JP7155577B2 (ja) | 炭素繊維前駆体アクリル繊維炭素繊維 | |
| JP2022113763A (ja) | 炭素繊維束の製造方法 | |
| JP2018159139A (ja) | アクリル繊維束、および、アクリル繊維束を用いた炭素繊維の製造方法 | |
| JP2004044026A (ja) | アクリロニトリル系フィラメントとその製造方法 | |
| JPH0424253A (ja) | アクリル系高吸水編織物 | |
| JPS63159526A (ja) | 高強度炭素繊維用前駆体およびその製造法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HC9A | Change of name, address |
Owner name: MITSUBISHI CHEMICAL CORPORATION, JP Free format text: FORMER OWNER(S): MITSUBISHI RAYON CO., LTD., JP |