JPH02242920A - Carbon fiber containing composite metal - Google Patents

Carbon fiber containing composite metal

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JPH02242920A
JPH02242920A JP441190A JP441190A JPH02242920A JP H02242920 A JPH02242920 A JP H02242920A JP 441190 A JP441190 A JP 441190A JP 441190 A JP441190 A JP 441190A JP H02242920 A JPH02242920 A JP H02242920A
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JP
Japan
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fiber
fibers
heavy metal
metal
weight
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JP441190A
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Japanese (ja)
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Martin E Ketterer
マーティン・イー・ケッテラー
Morton M Glick
モートン・エム・グリック
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CNA Holdings LLC
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Hoechst Celanese Corp
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    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F11/00Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
    • D01F11/10Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
    • D01F11/12Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon with inorganic substances ; Intercalation
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    • DTEXTILES; PAPER
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    • D01F9/21Carbon 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
    • D01F9/22Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles

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Abstract

PURPOSE: To obtain a composite metal-loaded carbon fiber having high thermal oxidation resistance and high strength, and having great utility in space apparatuses, aircrafts and the like by impregnating a fiber with a combination of boron and a specific heavy metal. CONSTITUTION: This carbon fiber is obtained from a fiber material prepared, for example, by impregnating (A) a polymer filament obtained by spinning a polymer filament spinning solution containing 10-30 wt.% of a polymer material (e.g. acrylonitrile homopolymer) with (B) 70-98.9 wt.% of carbon, 0.1-15 wt.% of boron and 0.5-15 wt.% of a heavy metal (e.g. tantalum, niobium, hafnium or zirconium) selected from a group consisting of elements in groups IVB, VB and VIB of the periodic table.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明%1炭素繊維とそれらの製造方法とに関する。さ
らに詳しくは1本発明は金属入り炭素繊維とそれらの製
造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to %1 carbon fibers and methods for their production. More specifically, the present invention relates to metal-filled carbon fibers and methods of manufacturing them.

炭素繊維は、それらが高強度、耐化学薬品性。Carbon fibers make them high strength and chemical resistant.

耐熱性及び低重量であるために、種々な複合拐料の補強
材として注目を集めている。これらの好ましい%註のた
めに、炭素繊維は航空機2宇宙船。
Due to its heat resistance and low weight, it is attracting attention as a reinforcing material for various composite materials. For these preferred percentages, carbon fiber is used for aircraft and spacecraft.

スポーツ装置及び多くの産業用途の材料として上首尾に
用いられている。これらの繊維は一般に丁ぐれた物理的
性質な有しているが、しばしば高温での耐酸化上か悪い
という欠点を有しており1例えば500℃の空気と接触
させることによって約6時間後に完全に灰化されろ。
It has been successfully used as a material in sports equipment and many industrial applications. Although these fibers generally have good physical properties, they often suffer from poor oxidation resistance at high temperatures; for example, they are completely destroyed after about 6 hours on contact with air at 500°C. Be turned into ashes.

このような酸化特注を改良するために、3種類の一服的
なアプローチ二表面被覆、酸素拡散バリヤー層及びマト
リックス改良の組合せを用いることによって、繊維の保
護系が製造されている。
To improve such oxidation customization, fiber protection systems have been produced by using a combination of three one-shot approaches, two surface coatings, an oxygen diffusion barrier layer, and matrix modification.

セラミックによる表面被覆は広く用いられているか、熱
サイクルによる高強力/高弾性率繊維の異方性熱膨張が
強化炭素繊維の周囲の(熱膨張率の異なる)保護バリヤ
ーの結合性を維持することを困難にする。
Ceramic surface coatings are widely used to demonstrate that the anisotropic thermal expansion of high strength/high modulus fibers upon thermal cycling maintains the integrity of the protective barrier (with different coefficients of thermal expansion) around reinforcing carbon fibers. make it difficult.

バリヤー層とマトリックス改良剤はき裂(crack−
ing)が生ずるまで有効であるにすぎない。特に、マ
トリックスブリーフ(ma jr iX breech
 )の場合には、高温での構造結合比を有する耐酸化性
炭素繊維が製造されないかぎり、暴露炭素繊維は非改良
炭素繊維と同じ欠陥を有する。このような繊維は耐酸化
性添加剤及び/または表面被覆によって製造される。例
えば米国特許第4.162,301号は予成形した有機
ポリマー繊維に特定の金属化合物の溶液を含浸させ、こ
の繊維を加熱と延伸系によって安定化し、非酸化性雰囲
気下での高温への加熱によりこの繊維を炭化することに
よって製造される金属入り炭素繊維の製造方法を開示し
ている。
The barrier layer and matrix modifier are crack-resistant.
It is only valid until ing) occurs. In particular, Matrix Brief (ma jr iX brief)
), exposed carbon fibers have the same defects as unmodified carbon fibers, unless oxidation-resistant carbon fibers with structural bond ratios at elevated temperatures are produced. Such fibers are produced with oxidation-resistant additives and/or surface coatings. For example, U.S. Pat. No. 4,162,301 impregnates preformed organic polymer fibers with a solution of specific metal compounds, stabilizes the fibers with a heating and drawing system, and then heats the fibers to elevated temperatures in a non-oxidizing atmosphere. Discloses a method for producing metal-filled carbon fibers produced by carbonizing these fibers.

金属塩を浴に溶解し、繊維なこの浴に浸せきすることに
よって、金属な予成形有機ポリマー繊維に導入する。金
属としては周期律表第[V B族、第VB族、第%’l
B族からの金属、ならびにホウ素、アルミニウム、ケイ
素、トリウム、ウラン、プロトニウムか開示されている
。米国特許第4,162,301号は繊維前駆体のある
一定金属による含浸を開示しているが、非常に改良され
た、金属入り炭素繊維を製造するためのホウ素とある一
定の金属との組合せの炭素繊維への負荷、ポリアクリロ
ニトリルlil維前駆体(prelousOr f’1
ber) ヘの金属の含浸すなわち本発明の特定方法な
開示していない。
The metal salt is dissolved in a bath and introduced into the metallic preformed organic polymer fiber by dipping the fiber into the bath. As metals, the periodic table [group VB, group VB, group %'l
Metals from Group B are disclosed as well as boron, aluminum, silicon, thorium, uranium, protonium. Although U.S. Pat. No. 4,162,301 discloses the impregnation of fiber precursors with certain metals, the combination of boron and certain metals to produce highly improved metal-loaded carbon fibers load on carbon fiber, polyacrylonitrile lil fiber precursor (prelousOr f'1
ber) The method of impregnating the metal with metal, ie, the specific method of the present invention, is not disclosed.

米国特許第4.197,279号はリン成分及び/また
%ニホウ素成分を含み、さらに亜鉛成分及び/またはカ
ルシウム成分を含むアクリル炭素繊維な開示している。
U.S. Pat. No. 4,197,279 discloses an acrylic carbon fiber containing a phosphorus component and/or a % diboron component, and further includes a zinc component and/or a calcium component.

この特許はポリアクリロニトリル繊維を含めたアクリル
繊維前駆体の含浸を開示しているが、本発明に開示され
ているようなホウ素とある一定の重金属との組合せによ
る繊維前駆体の含浸な開示している。
Although this patent discloses impregnation of acrylic fiber precursors, including polyacrylonitrile fibers, it does not disclose impregnation of fiber precursors with a combination of boron and certain heavy metals as disclosed in the present invention. There is.

米国特許第3,803,056号はチタン、タンタル。U.S. Patent No. 3,803,056 is titanium, tantalum.

ニオブ、ジルコンまたは他のこのような重金属を含む炭
素繊維の製造方法な開示している。しかし、この特許は
本発明で用いたポリアクリロニトリル繊維前駆体を開示
していす、繊維前駆体への約0.05〜約6%の窒素の
導入を必要としている。
A method for producing carbon fibers containing niobium, zircon or other such heavy metals is disclosed. However, this patent discloses the polyacrylonitrile fiber precursor used in the present invention and requires the incorporation of about 0.05 to about 6% nitrogen into the fiber precursor.

さらに、この特許の方法は高温金属塩溶液中での繊維の
混合を必要とし5重金属とホウ素による繊維の複合含浸
を示唆していない。従って、この特許と本発明の方法と
tS異なる。
Furthermore, the method of this patent requires mixing of the fibers in a hot metal salt solution and does not suggest combined impregnation of the fibers with heavy metals and boron. Therefore, the methods of this patent and the present invention are different.

従って、改良された複合金属入り炭素繊維を製造するこ
とが、本発明の目的である。
It is therefore an object of the present invention to produce improved composite metal filled carbon fibers.

ホウ素と重金属を含む金属入り炭素繊維を製造すること
か、本発明の他の目的である。
It is another object of the present invention to produce metal-filled carbon fibers containing boron and heavy metals.

繊維にホウ素とある一定恵金属の組合せを含浸させた、
高温耐酸化性、低分解性金属入り炭素繊維を開示するこ
とか、さらに本発明の他の目的である。
Fibers are impregnated with a combination of boron and certain metals,
It is yet another object of the present invention to disclose high temperature oxidation resistant, low decomposition metal filled carbon fibers.

上記その他の目的1本発明の範囲、?11.質、生成物
の用途及びその製造方法は下記の詳細な説明及び特許請
求の範囲の考察から当業者に明らかであろう。
Other objectives mentioned above 1. Scope of the present invention? 11. The quality, uses of the product, and methods for its manufacture will be apparent to those skilled in the art from consideration of the following detailed description and claims.

本発明によると、炭素約98.9〜約70重量%。According to the invention, from about 98.9 to about 70% by weight carbon.

ホウ素約0.1〜約15重量%1周期律表1lVB族。From about 0.1 to about 15% by weight boron, Group 11VB of the Periodic Table.

第VB族、第VI B族の元素から成る群から選択した
重金属約1〜約18%を含む繊維材料から成る。
The fibrous material comprises from about 1% to about 18% of a heavy metal selected from the group consisting of Group VB, Group VIB elements.

改良された複合金属入り炭素繊維を製造する。Producing improved composite metal filled carbon fibers.

次の工程から成る。これらの改良された複合金属入り炭
素繊維の製造方法も提供する:a、ホリマーフィラメン
ト紡糸溶液を製造する工程: b、前記ポリマーフィラメント溶液をフィラメントに紡
糸する工程; c、ホウ素化合物と1周期律表の第IVB族、第VB族
、第VI B族に含まれる元素から成る群から選択した
少なくとも1種類の重金属の塩との組合せをフィラメン
トに導入する工程;d、フィラメントに導入したホウ素
化合物と重金属塩の組合せを不溶化して繊維前駆体を形
成する工程; r、繊維前駆体を安定する工程;及び g、繊維前駆体を炭化して、ホウ素/重金属組合せ入り
炭素繊維を形成する工程。
It consists of the following steps. A method for producing these improved composite metal-loaded carbon fibers is also provided: a. producing a polymer filament spinning solution; b. spinning the polymer filament solution into filaments; c. a boron compound and the one period law. A step of introducing into the filament a combination with a salt of at least one heavy metal selected from the group consisting of elements included in Group IVB, Group VB, and Group VIB of the table; d. A combination of the boron compound introduced into the filament and insolubilizing the heavy metal salt combination to form a fiber precursor; r. stabilizing the fiber precursor; and g. carbonizing the fiber precursor to form a boron/heavy metal combination loaded carbon fiber.

これらの複合金属入り炭素繊維は航空機材料として用途
及び高耐酸化性が亀裂である他の工業用途に、高温での
強度と耐酸化性が高いために大きい有用性を有する。
These composite metal-filled carbon fibers have great utility due to their high strength and oxidation resistance at high temperatures in applications as aircraft materials and other industrial applications where high oxidation resistance is cracking.

本発明の炭素フィラメント前駆本ハボリマー繊維材料か
ら誘導される。ポリマー繊維材料を工再生セルロース材
料(例えばレーヨン)から製定されるが、好ましい実施
態様では繊維形成ポリマーはアクリロニトリルホモポリ
マーまたはアクリロニトリルコポリマーのいずれかであ
る。アクリロニトリルホモポリマーが特に好ましい。適
当なコポリマーは一般に少な(とも約93モル%のアク
リロニ) IJルくり返し単位とこれと共に共惠合した
1つ以上のモノビニル単位とを含む。アクリロニトリル
コポリマー中に導入することのできる代表的なモノビニ
ル単位には、スチレン、メチルアクリレート、メチルメ
タクリレート、ビニルアセテート、塩化ビニル、塩化ビ
ニリデン、ビニルピリジン等がある。アクリルポリマー
は技術上周知の標準的重合方法によって製造″′fるこ
とかできる。
The carbon filament precursor of the present invention is derived from the present habolymer fiber material. Although the polymeric fiber material is made from engineered regenerated cellulosic material (eg, rayon), in preferred embodiments the fiber-forming polymer is either an acrylonitrile homopolymer or an acrylonitrile copolymer. Acrylonitrile homopolymers are particularly preferred. Suitable copolymers generally contain a small amount (approximately 93 mole percent acrylonitrile) of IJ repeating units co-incorporated therewith with one or more monovinyl units. Representative monovinyl units that can be incorporated into acrylonitrile copolymers include styrene, methyl acrylate, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl pyridine, and the like. Acrylic polymers can be made by standard polymerization methods well known in the art.

紡糸の前にバルクアクリルポリマーに任意に少量の予備
酸化、黒鉛化触媒を導入することができる。
Optionally, a small amount of pre-oxidation, graphitization catalyst can be introduced into the bulk acrylic polymer prior to spinning.

ポリアクリロニトリル紡糸溶液の形成に用いる溶媒は慣
習的な紡糸溶媒であり、好ましい実施態様でt工溶媒は
ジメチルアセトアミドである。標準的な工業等級または
商業等級のジメチルホルムアミドを紡糸溶液の形成に溶
媒として用いることができる。
The solvent used to form the polyacrylonitrile spinning solution is a conventional spinning solvent, and in a preferred embodiment the solvent is dimethylacetamide. Standard industrial or commercial grade dimethylformamide can be used as a solvent in forming the spinning solution.

紡糸溶液の全重量を基準にして約10〜30重量%、好
ましくは約15〜25重冊%のアクリルポリマーを含む
、押出成形に適した溶液を得るために充分なアクリルポ
リマーをジメチルアセトアミド溶媒に溶解することによ
って、紡糸溶液を製造することができる。本発明の特に
好ましい実施態様では、紡糸溶液は溶液の全重量な基準
にして約16〜20重量%の濃度でアクリルポリマーを
含む。紡糸溶液の低いせん断粘度は25℃で測定して約
90〜3,000ポアズの範囲内である。紡糸溶液の低
いせん断粘度か25℃で測定して約80ポアズよりも非
常に低い場合には、紡糸中断が一般に生ずる。紡糸溶液
の低いせん断粘度が25℃で測定して約3,000ポア
ズより非常に高いならば、特に高い紡糸圧力が必要であ
り、押出成形オリフィスの閉塞が生ずる。
Sufficient acrylic polymer is added to the dimethylacetamide solvent to obtain a solution suitable for extrusion, containing about 10 to 30 weight percent, preferably about 15 to 25 weight percent, of acrylic polymer based on the total weight of the spinning solution. By dissolving, a spinning solution can be produced. In a particularly preferred embodiment of the invention, the spinning solution contains acrylic polymer at a concentration of about 16-20% by weight, based on the total weight of the solution. The low shear viscosity of the spinning solution is in the range of about 90 to 3,000 poise measured at 25°C. Spinning interruption generally occurs if the spinning solution has a low shear viscosity of much less than about 80 poise as measured at 25°C. Particularly high spinning pressures are required if the low shear viscosity of the spinning solution is much higher than about 3,000 poise, measured at 25° C., resulting in blockage of the extrusion orifice.

紡糸溶液は付加的にドーグ添加剤として塩化リチウムな
用いる。塩化リチウムの混入は紡糸溶液の粘度な低下さ
せ、静置時に保存するという機能を果す。従って、目的
溶液の流動性と可動性は時間が経過した場合にも充分に
維持される。溶液の全重量を基準として約0.5〜約2
重量%のレベルでの塩化リチウムの混入はドープの粘度
な約50%減じ、改良された安定性ドープの製造を可能
にする。しかし、粘度のこの改良は短命であり、約18
〜24%のドープな用いる場合には約12重量%までの
高い割合の塩化リチウムを必要とする。
The spinning solution additionally uses lithium chloride as an additive. The mixing of lithium chloride serves the function of lowering the viscosity of the spinning solution and preserving it when left standing. Therefore, the fluidity and mobility of the target solution is well maintained over time. from about 0.5 to about 2 based on the total weight of the solution
Incorporation of lithium chloride at the weight percent level reduces the viscosity of the dope by about 50%, allowing for the production of improved stability dopes. However, this improvement in viscosity was short-lived, around 18
Doped applications of ~24% require higher proportions of lithium chloride, up to about 12% by weight.

しかし、これらの高い割合のドープは紡糸口金において
過剰な圧力な必要とし、紡糸速度を低い割合のドープに
よって通常達成される速度以下に減する。約16〜18
%の濃度でアクリルポリマーな含むドーグは塩化リチウ
ム添加剤の添加なしに満足できる紡糸溶液な生ずる。こ
のように、好ましい実施態様では約16〜約18%のア
クリルポリマー濃度%工添加剤としての塩化リチウムを
含まない。塩化リチウムを溶液に加える場合には、塩化
リチウムをアクリルポリマーと同時にまたはアクリルポ
リマーを溶解する前もしくは後に、ジメチル−アセトア
ミド溶媒に溶解する。紡糸溶液に少量の予備酸化触媒ま
たは黒鉛化触媒を任意に加えることができる。
However, these higher percentages of dope require excessive pressure in the spinneret, reducing the spinning speed below that normally achieved with lower percentages of dope. Approximately 16-18
% of the acrylic polymer yields a satisfactory spinning solution without the addition of lithium chloride additives. Thus, preferred embodiments do not include lithium chloride as an additive in the acrylic polymer concentration from about 16% to about 18%. If lithium chloride is added to the solution, it is dissolved in the dimethyl-acetamide solvent at the same time as the acrylic polymer, or before or after dissolving the acrylic polymer. A small amount of preoxidation or graphitization catalyst can optionally be added to the spinning solution.

紡糸溶液は紡糸操作中の押出成形オリフィスな閉塞しう
るような外来の固体物質を確実に除去するように、湿式
紡糸の前に1例えば適当なr材を含むプレートまたはフ
レームプレス(t”ramepress )  に連子
ことによって、p過することが好ましい。
The spinning solution is prepared in a plate or frame press containing a suitable material prior to wet spinning to ensure the removal of extraneous solid material that could block the extrusion orifice during the spinning operation. It is preferable to pass p by connecting to the same.

繊維形成用アクリルポリマーを溶解して含む紡糸溶液を
、内部構造な有するアクリルフィラメントを形成しうる
ような条件下ぐ凝固浴中に押出し、得られたアクリルフ
ィラメントを次に熱処理すると本発明の改良炭素フィラ
メントが得られる。
A spinning solution containing a dissolved fiber-forming acrylic polymer is extruded into a coagulation bath under conditions such that acrylic filaments having an internal structure can be formed, and the resulting acrylic filaments are then heat treated to form the improved carbon of the present invention. A filament is obtained.

アクリルフィラメント用非溶媒約45〜85重量%とア
クリルフィラメント用溶媒約15〜55重量%とかも本
質的に成る。温度約O℃〜45℃〔好ましくは約10℃
〜65℃〕の凝固浴を用いる場合にアクリルフィラメン
トが製造されることが判明している。凝固浴に用いられ
る非溶媒はアクリルフィラメント用凝固浴に慣習的に用
いられるものであり、例えばエチレングリコール、メタ
ノール、インプロパツール、水等であり、メタノールと
エチレングリコールが好ましい非溶媒である。
It also consists essentially of about 45-85% by weight non-solvent for acrylic filaments and about 15-55% by weight solvent for acrylic filaments. Temperature about 0°C to 45°C [preferably about 10°C
It has been found that acrylic filaments are produced when using a coagulation bath of ~65°C]. The nonsolvents used in the coagulation bath are those conventionally used in coagulation baths for acrylic filaments, such as ethylene glycol, methanol, inpropatol, water, etc., with methanol and ethylene glycol being the preferred nonsolvents.

凝固浴に用いる好ましい溶媒はジメチルアセトアミドで
ある。ジメチルアセトアミドを約55重針%より大きい
濃度で用いる場合には、紡糸口金におい℃フィラメント
破断が生じがちである。約15重量%より小さい濃度で
凝固浴にジメチルアセトアミドな用いる場合には、生成
するフィラメントはそれらの実質的に円形の横断面な失
って。
The preferred solvent used in the coagulation bath is dimethylacetamide. When dimethylacetamide is used at concentrations greater than about 55% needles, filament breakage in the spinneret tends to occur. When dimethylacetamide is used in the coagulation bath at concentrations less than about 15% by weight, the resulting filaments lose their substantially circular cross-section.

より明白にインゲン豆様形態な示す傾向がある。They tend to exhibit a more clearly bean-like morphology.

このように、好ましい実施態様では凝固浴はエチレング
リコールまたはメタノール約30〜75重量%と、ジメ
チルアセトアミド約25〜約40重書%とから本質的に
成る。
Thus, in a preferred embodiment, the coagulation bath consists essentially of about 30 to 75 weight percent ethylene glycol or methanol and about 25 to about 40 weight percent dimethylacetamide.

押出成形時の紡糸溶液の温度は約り0℃〜約90℃、好
ましく(1約20℃〜30℃の範囲内であるべきである
。本発明の特に好ましい実施態様では、紡糸溶液は室温
(例えば、約25℃)で形成されるので、紡糸溶液の迅
速な取扱いと貯蔵が容易である。
The temperature of the spinning solution during extrusion should be within the range of about 0°C to about 90°C, preferably about 20°C to 30°C. In a particularly preferred embodiment of the invention, the spinning solution is at room temperature ( For example, at about 25° C.), rapid handling and storage of the spinning solution is facilitated.

押出成形時に用いられる紡糸口金は単孔な有し。The spinneret used during extrusion has a single hole.

これを通して単フィラメントが押出される。または好ま
しくは複数の孔な有し、これらを通して複数のフィラメ
ントがヤーンまたはトウとして押出される。例えば、2
0,000本以上までの連続フィラメントのトウが形成
されろ。紡糸口金は約5〜24デニール/フイラメント
の紡糸デニールを有する。比較的低いデニールのフィラ
メントを製造する場合には約50〜150ミクロン直径
の孔を有し、約100〜1,500デニール/フイラメ
ントの紡糸デニールを有する比較的高いデニールのフィ
ラメントを製造する場合には約300〜500ミクロン
直径の孔を有するのか好ましい。約100〜700 p
Si好ましくは100〜4[1[1psi  の押出圧
力を選択するのか便利である。約0.5〜約25m/分
、好ましくは約75〜約15m/分の紡糸速度または押
出速度を用いることができる。
A monofilament is extruded through this. or preferably a plurality of holes through which the plurality of filaments are extruded as a yarn or tow. For example, 2
A tow of up to 0,000 or more continuous filaments may be formed. The spinneret has a spin denier of about 5-24 denier/filament. pores of about 50 to 150 micron diameter when producing relatively low denier filaments, and having pores of about 50 to 150 micron diameter when producing relatively high denier filaments having a spin denier of about 100 to 1,500 denier/filament. Preferably, the pores have a diameter of about 300-500 microns. Approximately 100-700p
It is convenient to choose an extrusion pressure of Si, preferably 100 to 4 psi. Spinning or extrusion speeds of about 0.5 to about 25 m/min, preferably about 75 to about 15 m/min can be used.

押出成形プロセスを通して、凝固浴は循環させるのが好
ましい。連続的に取り出して精製することによって、凝
固浴内の比較的定常な組成が維持される。この代りに、
補充の非溶媒を絶えず凝固浴に加えて、凝固浴内の溶媒
/非溶媒の好ましい割合を保つこともできる。凝固浴中
での繊維の滞留時間は少なくとも約6秒である。例えば
、約6〜300秒の滞留時間な選択すると好都合である
Preferably, the coagulation bath is circulated throughout the extrusion process. Continuous withdrawal and purification maintains a relatively constant composition within the coagulation bath. Instead of this,
Supplemental non-solvent can also be constantly added to the coagulation bath to maintain the desired solvent/non-solvent ratio within the coagulation bath. The residence time of the fibers in the coagulation bath is at least about 6 seconds. For example, residence times of about 6 to 300 seconds are advantageously selected.

約6秒未満の滞留時間では紡糸フィラメント内の繊維構
造の発達が不充分になる。
Residence times of less than about 6 seconds result in insufficient development of the fiber structure within the spun filaments.

得られた紡糸フィラメントは紡糸浴(Spinboth
 )から出シタ後、直ちに膨潤浴(imbibi−ti
on bath ) に通す。ホウ素と金属塩とが繊維
前駆体により大きく吸収されるためには、繊維なできる
かぎり大きく膨潤させをければならない。
The obtained spun filaments are placed in a spinning bath (Spinboth).
) Immediately after taking it out from the swelling bath (imbibi-ti
on bath). In order for the boron and metal salt to be absorbed to a large extent by the fiber precursor, the fiber must be swollen as much as possible.

例えば、繊維前駆体を譲縮膨潤浴に浸せきする前に水中
または他のこのような物質中で予備膨潤させることがで
きる。好ましい予備膨潤剤は芳香族アルコールである。
For example, the fiber precursor can be preswollen in water or other such materials before being immersed in the yield swelling bath. Preferred preswelling agents are aromatic alcohols.

繊維前駆体の膨潤または含浸は幾つかの方法によって実
施することができる。例えば、金属塩が水に非常に可溶
である場合には、膨潤した有機繊維をこのような金属塩
の濃縮水溶液中に浸せきするだけで膨潤工程を実施する
ことができる。他の例でtユ、ブレンドにホウ素化合物
な含浸させるために、予備膨潤した繊維前駆体に約15
%以下の濃度の弱ホウ酸を噴霧することができる。
Swelling or impregnation of the fiber precursor can be carried out in several ways. For example, if the metal salt is highly soluble in water, the swelling step can be carried out simply by dipping the swollen organic fiber into a concentrated aqueous solution of such metal salt. In another example, the preswollen fiber precursor is added to about 15% of the preswollen fiber precursor to impregnate the blend with the boron compound.
% or less of weak boric acid can be sprayed.

含浸方法の主な利点は微細粒子の生成繊維内への均一な
分散である。含浸度な高めるために、昇温か浴に用いら
れた非溶媒に不利に影響しないかぎり、浴の温度な高め
ることができる。例えば、エチレングリコールな非溶媒
として用いる場合には浴の温度を約り0℃〜約150℃
、好ましくは約り0℃〜約100℃の範囲内で高めるこ
とができる。しかし、非溶媒としてメタノールを用いる
場合には、このような昇温か適切ではない。粒子の分散
を高めるためにある程度の昇温は有用であるが、過度の
加熱は有用ではないと実証される。
The main advantage of the impregnation method is the uniform distribution of fine particles within the resulting fiber. To increase the degree of impregnation, the temperature of the bath can be increased as long as it does not adversely affect the non-solvent used in the heating bath. For example, when using ethylene glycol as a non-solvent, the bath temperature should be approximately 0°C to approximately 150°C.
, preferably within the range of about 0°C to about 100°C. However, such an increase in temperature is not appropriate when using methanol as a non-solvent. Although some elevated temperatures are useful to enhance particle dispersion, excessive heating proves not useful.

含浸度を高めるために、浴の温度を非溶媒の性質に依存
して、通常は約り0℃〜約150℃、好ましくは約り0
℃〜約100℃の範囲内で高めることができる。
To increase the degree of impregnation, the temperature of the bath, depending on the nature of the non-solvent, is usually about 0°C to about 150°C, preferably about 0°C.
℃ to about 100℃.

膨潤浴への浸せき時間は繊維内の金属塩の好ましい百分
率、浴の温度及び特定金属塩が繊維前駆体に吸収される
速度を含めた。幾つかの要素に依存する。好ましい実施
態様では、好ましい温度での浸せき時間は約0.5〜約
10秒間である。好ましい金属塩が水中に容易に溶解し
ない場合には、例えばブロモホルム、四塩化炭素、ジエ
チルエーテル、ニトロベンゼン、メタノール及び繊維前
駆体と妨害的に反応することのない他の有機物質のよう
な、他の適切な溶媒を用いることができる。
The immersion time in the swelling bath included the desired percentage of metal salt within the fiber, the temperature of the bath, and the rate at which the particular metal salt was absorbed into the fiber precursor. It depends on several factors. In preferred embodiments, the soak time at the preferred temperature is about 0.5 to about 10 seconds. If the preferred metal salt is not readily soluble in water, other organic substances such as bromoform, carbon tetrachloride, diethyl ether, nitrobenzene, methanol and other organic substances that do not react interferingly with the fiber precursor may be used. Any suitable solvent can be used.

含浸に用いる金属塩は高温において安定な炭化物を含む
炭化物形成電金属の塩である。重金属には周期律表の第
1V B族、第VB族及び第%llB族の元素から成る
群か含まれ1重金属はチタン、タンタル、ニオブ、クロ
ム、モリブデン、バナジウム。
The metal salt used for impregnation is a carbide-forming electric metal salt containing carbides that are stable at high temperatures. Heavy metals include the group consisting of the elements of Groups 1VB, VB and %IIIB of the periodic table; heavy metals include titanium, tantalum, niobium, chromium, molybdenum, and vanadium.

ジルコン及びトリウムから成る群から選択するのが好ま
しく、タンタル、チタン、ニオブ、ジルコン及びハフニ
ウムから成る群から選択するのが最も好ましい。
Preferably it is selected from the group consisting of zircon and thorium, most preferably tantalum, titanium, niobium, zircon and hafnium.

本発明のために有用な本金属の可溶性塩は強酸及び弱酸
による塩を含み、好ましくは溶解度の高い酸との塩を含
む。膨潤液にoT溶である重金属の塩な用いることがで
きる。
Soluble salts of the present metals useful for the present invention include salts with strong and weak acids, preferably with highly soluble acids. Salts of heavy metals that are OT-soluble can be used in the swelling liquid.

用いられる典型的な金属塩は塩化物、フッ化物。Typical metal salts used are chlorides and fluorides.

酢酸塩、シ瓢つ酸塩及び選択した膨潤浴に易溶である他
の金属塩を含む。例えば、ニオブが選択した重金属であ
る場合には、五塩化ニオブが好ましいニオブ塩である。
Contains acetate, silicate and other metal salts that are readily soluble in the selected swelling bath. For example, if niobium is the heavy metal of choice, niobium pentachloride is the preferred niobium salt.

繊維への金属塩の添加Iは当然最終生成物中の金属の好
ましい濃度に依存する。繊維中の金属の一度は炭化プロ
セスを実施すると増加する。従りで、約0.5〜約20
%の金Ma1度を有する炭素繊維を製造するには、炭化
前の繊維中の金属濃度は約0.5%〜約10%の範囲内
であるべきである。
The addition of metal salts I to the fibers naturally depends on the desired concentration of metal in the final product. Once the metal in the fiber is carried out the carbonization process increases. Accordingly, about 0.5 to about 20
To produce carbon fibers having a gold Ma of 1%, the metal concentration in the fibers before carbonization should be within the range of about 0.5% to about 10%.

膨潤後の繊維内の金属塩の濃度は変動しうるが。Although the concentration of metal salts within the fiber after swelling can vary.

好ましい実施態様では繊維前駆体中に混入される金属塩
の割合は、繊維前駆体の全重量を基準にして約0,5〜
約15%であるべきである。
In a preferred embodiment, the proportion of metal salt incorporated into the fiber precursor is from about 0.5 to about 0.5, based on the total weight of the fiber precursor.
It should be about 15%.

繊維前駆体へのホウ素の添加は幾らか複雑であり1通常
ホウ素化合物を含む2つ以上の浴への繊維前駆体の暴躇
を必要とする。繊維前駆体へのホウ素の好ましい添加方
法では、約1〜約15%の濃度な有するホウ酸溶液な凝
固浴に加えるかまたは金属塩膨潤浴中に加える。さらに
、繊維前駆体内及び上のホウ素の濃度を高めるために2
次の延伸操作または乾燥操作中にホウ酸を他の液体と組
合せることができる。ホウ酸による各処理後に。
The addition of boron to the fiber precursor is somewhat complex and requires incubation of the fiber precursor into two or more baths, usually containing a boron compound. A preferred method of adding boron to the fiber precursor is by adding it to a coagulation bath, such as a boric acid solution having a concentration of about 1 to about 15%, or into a metal salt swelling bath. Furthermore, to increase the concentration of boron within and on the fiber precursor
Boric acid can be combined with other liquids during subsequent stretching or drying operations. After each treatment with boric acid.

繊維を水洗浄によって軽度に丁すぎ洗いして、繊維表面
から過剰なホウ酸な除去することが好ましい。ホウ酸に
よるこれらの付加的な処理によって。
Preferably, the fibers are lightly rinsed with water to remove excess boric acid from the fiber surface. By additional treatment of these with boric acid.

繊維前駆体中のホウ素の割合1工増加し、炭化前の繊維
前駆体は繊維前駆体の全重量を基準にして約0.1%〜
約5%のホウ素の負荷を有するようになる。
The proportion of boron in the fiber precursor increases by 1%, and the fiber precursor before carbonization is about 0.1% ~ 0.1% based on the total weight of the fiber precursor.
It will have a boron loading of about 5%.

膨潤工程後に、膨潤しρ金属が次の処理中に繊維から洗
い出されないように膨潤した金属を不溶化しなければな
らない。金属含有繊維の不溶化には種々な方法を用いる
ことができる。例えば、繊維内に金属を固定するために
繊維を化学薬品で処理することによっ℃、線繊維不溶化
することができる。例えば、五塩化タンタルを塩として
用いる場合には、五塩化タンタルを含む繊維をアンモニ
ア水で処理することによって五塩化タンタルを酸化タン
タルに転化させて不溶化する。アンモニア水なトレーに
回収し、繊維をこのトレーのスキュードo−ル(ske
wed roll ) ノ周囲に通して、ヤーン(ya
rn )にアルカリ浸せき処理を効果的に与えた。この
浸せきトレーは絶えず取り出し。
After the swelling step, the swollen ρ metal must be insolubilized so that it is not washed out of the fiber during subsequent processing. Various methods can be used to insolubilize metal-containing fibers. For example, wire fibers can be made insolubilized by treating the fibers with chemicals to fix the metal within the fibers. For example, when tantalum pentachloride is used as the salt, tantalum pentachloride is converted into tantalum oxide and made insoluble by treating the fiber containing tantalum pentachloride with aqueous ammonia. Collect the ammonia water in a tray, and remove the fibers from the skewed oars of this tray.
Weed roll) Thread the yarn (ya
rn) was effectively subjected to alkaline immersion treatment. This soaking tray is constantly removed.

アンモニアを新鮮に維持するために再循環させる。Recirculate the ammonia to keep it fresh.

次の処理で繊維から金属が洗い出されないように金属が
充分に不溶化されるかぎり、繊維の不溶化に他の多くの
方法を用いろことができる。不溶化浴中のアンモニアの
濃度は約10%〜約40%の範囲内である。
Many other methods can be used to insolubilize the fibers, as long as the metals are sufficiently insolubilized so that subsequent processing does not wash them out of the fibers. The concentration of ammonia in the insolubilization bath is within the range of about 10% to about 40%.

不溶化後に、繊維を水浴中で洗って過剰のアンモニアを
除去することができる。過剰な溶液の除去には、布によ
る完全な吸取り、減圧濾過、洗浄浴を含めて1種々な方
法を用いることができろ。
After insolubilization, the fibers can be washed in a water bath to remove excess ammonia. A variety of methods may be used to remove excess solution, including thorough blotting with a cloth, vacuum filtration, and wash baths.

好ましい実施態様では、フィラメントな次に水で洗浄し
て、過剰な溶液のみでなく、溶媒、凝固浴及び無機化合
物(例えば塩化リチウム)の全ての残留量をも除去する
In a preferred embodiment, the filament is then washed with water to remove not only excess solution, but also any residual amounts of solvent, coagulation bath, and inorganic compounds (eg, lithium chloride).

水洗浄処理は、フィラメントが膨潤・不溶化浴を出た後
にインライン操作で便利に実施される。
The water washing process is conveniently performed in an in-line operation after the filament leaves the swelling and insolubilization bath.

通常のフィラメント洗浄、ロールを用いることができる
。この代りに、フィラメントを孔質ポビンに巻取りなが
ら、または当業者に明らかであるような、他の洗浄手段
を用いて、水によっ℃洗浄する。
A conventional filament cleaning roll can be used. Alternatively, the filament is washed with water at 0C while being wound on a porous pobbin or using other washing means as will be apparent to those skilled in the art.

紡糸し洗浄したアクリルフィラメントをその最初の長さ
の約1.5倍からフィラメントの破断点まで延伸される
または伸長させて、フィラメントを配向させ、それによ
ってその引張特注な強化する。
The spun and washed acrylic filament is drawn or stretched from about 1.5 times its initial length to the filament's break point to orient the filament and thereby provide its tensile strength.

約1.5:1から15:1までの総延伸比が一般に選択
される。延伸は一般に高温において、好ましくは約2:
1〜12:1の総延伸比において実施される。ち密な内
部フィラメント構造は上記の比較的高い総延伸比の使用
を可能にする。当業者に明らかであるように、紡糸し洗
浄したアクリルフィラメントの延伸は多様な方法によっ
て実施される。例えば、フィラメン) k (a)加熱
した液体延伸媒質中に浸せきさせをがら、(b)加熱し
たガス雰囲気(例えば約1200〜約200℃の温度〕
中に懸吊させをから、また髪工(C)加熱した固体表面
(例えば、約130°〜170℃の温度)に接触させを
がら、延伸を実施することができる。望ましい場合には
、フィラメントに与える総延伸を上記方法の組脅せによ
って実施することかできる。延伸法1blとIcI用い
る場合には、アクリルフィラメントを本質的に乾燥形で
延伸帯に供給することが重要である。延伸法1alを用
い°る場合には、次にアクリルフィラメントを洗浄して
延伸媒質な除去し。
A total draw ratio of about 1.5:1 to 15:1 is generally selected. Stretching is generally at elevated temperatures, preferably about 2:
It is carried out at a total draw ratio of 1 to 12:1. The compact internal filament structure allows the use of relatively high total draw ratios as described above. As will be apparent to those skilled in the art, drawing of spun and washed acrylic filaments can be accomplished by a variety of methods. (e.g., a filament) (a) immersed in a heated liquid drawing medium; (b) a heated gas atmosphere (e.g., at a temperature of about 1200 to about 200°C);
Stretching can be carried out while suspended in the hair or while in contact with a heated solid surface (e.g., at a temperature of about 130 DEG to 170 DEG C.). If desired, the total stretching imparted to the filaments can be carried out by combination of the above methods. When using drawing methods 1bl and IcI, it is important that the acrylic filaments are fed to the drawing zone in essentially dry form. If drawing method 1al is used, the acrylic filament is then washed to remove the drawing medium.

乾燥する。さらに、数本延伸媒質は洗浄及び/または凝
固機能をも果すことができ、ジメチルアセトアミドの残
留量は水洗いした繊維から除去される。
dry. Additionally, several drawing media can also perform a cleaning and/or coagulation function, so that residual amounts of dimethylacetamide are removed from the washed fibers.

本発明の好ましい実施態様では、fc浄したアクリルフ
ィラメントを、高温液体浴中に浸せきさせをがら、少な
くとも部分的に延伸するつ好ましい実施態様では、約り
0℃〜約100℃の温度に維持した熱水浴中で、約1=
1から約6=1までの延伸比においてフィラメントな延
伸する。さらにホウ素な繊維に加えろ場合には、浴の水
に約5〜約20%の範囲内のホウ酸を含めることができ
る。
In a preferred embodiment of the invention, the fc cleaned acrylic filament is at least partially drawn while immersed in a hot liquid bath, and in a preferred embodiment maintained at a temperature of about 0°C to about 100°C. In a hot water bath, about 1=
Filamentary drawing at draw ratios from 1 to about 6=1. In addition to boronic fibers, the bath water can include boric acid in the range of about 5 to about 20%.

熱水/ホウ酸浴後に、フィラメントを約10〜約50°
Cの比較的低温において水洗浄によって洗浄することが
できろ。
After the hot water/boric acid bath, the filament is heated at about 10° to about 50°.
It can be cleaned by water washing at relatively low temperatures of C.

本発明の他の好ましい実施態様では、フィラメントを約
り0℃〜約110℃の温度の熱グリセリン浴に浸せきさ
せをがら、約1.5:1かも約3:1までの延伸比にお
いて延伸し、冷水(例えば。
In other preferred embodiments of the invention, the filament is immersed in a hot glycerin bath at a temperature of about 0°C to about 110°C and drawn at a draw ratio of about 1.5:1 or even up to about 3:1. , cold water (e.g.

約10°〜約50℃の温度〕中で洗浄し1次に約110
°〜約220℃の温度、好ましくは約150゜〜約13
0℃の温度の高温シュー(5hoe )に接触させをか
ら、約6=1〜約6:1の延伸比において延伸する。
Wash at a temperature of about 10° to about 50°C] and wash at a temperature of about 110°C.
Temperatures from about 150° to about 13°C, preferably from about 150° to about 13°C
It is stretched at a draw ratio of about 6=1 to about 6:1 from contact with a hot shoe (5 hoe) at a temperature of 0°C.

延伸したアクリルフィラメントを、以下で述べるように
本発明の改良炭素フィラメントに熱転化させる前に、任
意により合せて、当業者に明らかであるように、飴デニ
ールの高いヤーンまたはトウを形成することもできる。
The drawn acrylic filaments may optionally be formed into high denier yarns or tows, as will be apparent to those skilled in the art, prior to thermal conversion of the drawn acrylic filaments to the improved carbon filaments of the present invention as described below. can.

金属/ホウ素入り繊維前駆体な炭化工程に備えて安定化
する。繊維を安定化するにt工、金属化合物吸収有機繊
維を制御した条件下で約10°〜約280℃の温度に加
熱して、繊維を不燃性にするう金属化合物吸収線維を繊
維の引火を避けうるほど充分に低い速度で加熱すること
か必要である。
Stabilizes the metal/boron-containing fiber precursor in preparation for the carbonization process. To stabilize the fibers, the metal compound-absorbing organic fibers are heated under controlled conditions to a temperature of about 10°C to about 280°C to make the fibers nonflammable. It is necessary to heat at a sufficiently low rate that it can be avoided.

第1加熱工程は例えば窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオ
ン等によっ℃形成されるような非酸化性不活性雰囲気ま
たは真空中で実施する。しかし。
The first heating step is carried out in a non-oxidizing, inert atmosphere such as that created by nitrogen, helium, argon, neon, etc., or in a vacuum. but.

ポリマー熱分解工程からの残留炭素量を減することが望
ましい場合には、第1加熱工程の一部または全てな酸素
含有雰囲気中で実施する。安定化または予備酸化プロセ
スでは、繊維が分子を酸化し架橋させるような一連の反
応を経験する。正味反応は発熱性であり、阪化反応は繊
維横断面にスキン/コア構造を形成する傾向がある。発
熱とスキン/コア形成を制#するために、安定化を多段
階プロセスで実施する。繊維が徐々に種々な工程を通過
するにつれて温度が漸増する。分子鎖の誤った配向とそ
れに対応する引張特注低下な防止fるために制御された
張力を維持する。
If it is desired to reduce the amount of residual carbon from the polymer pyrolysis step, some or all of the first heating step is performed in an oxygen-containing atmosphere. In the stabilization or preoxidation process, the fiber undergoes a series of reactions that oxidize and crosslink molecules. The net reaction is exothermic and the ossification reaction tends to form a skin/core structure in the fiber cross section. Stabilization is performed in a multi-step process to control heat generation and skin/core formation. The temperature gradually increases as the fiber passes through the various steps. Maintaining controlled tension to prevent misorientation of molecular chains and the corresponding drop in tensile strength.

繊維前駆体な引張装置と供給ロールスタンドとに通して
乾燥器に供給する。この物質を約10°〜約210℃の
温度に加熱して、残留溶媒、水分、?l#剤(1ubr
icant )  k除去Yル。;CO) 乾’11中
に、繊維は通常、約1〜約10%の収縮?経験する。次
に、ヤーンを一連の乾燥器に通すと、約250℃から約
280℃へ温度が漸増する。ヤーンが安定化されると、
さらに10〜約15%の収縮が経験される。上述したよ
うに、収縮ff調節し。
The fiber precursor is fed to the dryer through a tensioning device and a feed roll stand. This material is heated to a temperature of about 10° to about 210°C to eliminate residual solvent, moisture, and ? l# agent (1ubr
icant) kremovalYle. ;CO) During drying, fibers typically shrink by about 1 to about 10%? experience. The yarn is then passed through a series of dryers that gradually increase the temperature from about 250<0>C to about 280<0>C. Once the yarn is stabilized,
An additional 10 to about 15% shrinkage is experienced. As mentioned above, adjust the contraction ff.

許容できる張力レベルを維持するように、ロール速度?
設定する。酸化と架橋反応が進行するにつれて、ヤーン
の色は変化し、最後には黒色に見えるようになる。高温
において約1時間から約5時間までのル]間加熱した後
で、ヤーンは充分に酸化され、架橋は炭化工程と共に進
行した。
Roll speed to maintain acceptable tension levels?
Set. As the oxidation and crosslinking reactions progress, the yarn changes color until it appears black. After heating at an elevated temperature for from about 1 hour to about 5 hours, the yarn was fully oxidized and crosslinking proceeded with the carbonization process.

窒素でパージした誘導炉に通して、安定化ヤーンを処理
するっ炭化温度は約1250℃から約2500℃までの
範囲であり、特定の金属添加物と最終目的生成物とに依
存する。炭化中に1例えば水素、酸素、窒素のような元
素が繊維構造から徐々に放出されろ。この結果は繊維前
駆体からの種々な割合の澗量損失であるが、負荷された
金属は一般に完全に保有される。繊維の質量損失が増加
するにつれて、金属の重量割合は増加する。しかし、あ
る一定の状況下では、安定化または炭化プロセス中にホ
ウ素の損失が生ずるので、ホウ素の%濃度は増加しない
。約1〜約4時間の期間な用いることができるが、非常
に短い時間な用いろこともできる。
The carbonization temperature at which the stabilized yarn is processed through a nitrogen purged induction furnace ranges from about 1250°C to about 2500°C, depending on the particular metal additives and end product. During carbonization, elements such as hydrogen, oxygen, and nitrogen are gradually released from the fiber structure. The result is variable percentage weight loss from the fiber precursor, but the loaded metal is generally fully retained. As the mass loss of the fiber increases, the weight proportion of metal increases. However, under certain circumstances, the percent concentration of boron does not increase because a loss of boron occurs during the stabilization or carbonization process. It can be used for periods of about 1 to about 4 hours, but can also be used for very short periods of time.

この方法によって製造した繊維は炭素約99%〜約70
%と、周期律表第1V B族、第VB族、第VI B族
の元素から選択した重金属とホウ素約1%〜約30%を
含む繊維材料から成る。周期律表第1V B族、第VB
族、第VI B族の元素から選択した重金属とホウ素の
両方を用いた複合負荷を用いる場合には、*合金属人り
炭素繊維1工炭素約98.5〜約70%、ホウ素約0゜
5〜約15%及び重金属約1〜約15%を含む繊維材料
から成る。
The fibers produced by this method are about 99% to about 70% carbon.
%, a heavy metal selected from the elements of Groups IVB, VB, and VIB of the Periodic Table, and about 1% to about 30% boron. Periodic table 1V B group, VB
When using a composite load using both boron and a heavy metal selected from Group VIB elements, *alloy metal carbon fiber with about 98.5% to about 70% carbon and about 0° boron. It consists of a fibrous material containing from 5% to about 15% and from about 1% to about 15% heavy metals.

複合金属入り繊維は非負荷繊維または単独金属入り繊維
に比べて、予想外に有意な改良を示した。
Composite metal-filled fibers showed an unexpectedly significant improvement over unloaded or single metal-filled fibers.

特に、これらの繊維は非負荷繊維または単独金属入り繊
維よりも有意に低い酸化速度を有し、酸化性雰囲気に暴
繕させた後に引張強さの保有率が大きい。
In particular, these fibers have significantly lower oxidation rates and greater retention of tensile strength after being exposed to an oxidizing atmosphere than unloaded fibers or single metal filled fibers.

ホウ素と亀金属とに含浸させた2これらの高強度、高弾
性率炭素繊維は1例えば航空機または宇宙装置のような
、高温安定比が重要であるような状況で非常に有用であ
る。特に、高温での耐分解性ハ高い引張強さと共に、高
温及び高応力に暴無される単用装置の材料に非常に有用
な貴重な性質である。さらに、この繊維は保護被覆を使
用することをく構造結合性を維持でる生成物の製造に用
いることができる。
These high strength, high modulus carbon fibers impregnated with boron and tortoise metal are very useful in situations where high temperature stability ratios are important, such as in aircraft or space equipment. In particular, resistance to decomposition at high temperatures, along with high tensile strength, are valuable properties that are very useful for single-use equipment materials exposed to high temperatures and high stresses. Additionally, the fibers can be used to make products that maintain structural integrity without the use of protective coatings.

下記の例は本発明の詳細な説明として挙げるものである
。他に述べないかぎり部と%は全て重量によるものであ
る。しかし1本発明が実施例に述べた特定の詳細に限定
されないことは理解されるであろう。
The following examples are given as a detailed description of the invention. All parts and percentages are by weight unless otherwise stated. However, it will be understood that the invention is not limited to the specific details set forth in the examples.

実施例 1 ジメチルアセトアミド溶液に溶解した16重量%ポリア
クリロニトリルホモポリマーを100ミクロン紡糸ロ金
2〜300孔を通して7.9 ? /分の速度で、ジメ
チルアセトアミド30%とメタノール70%とから成る
紡糸浴中に押出成形した。
Example 1 A 16% by weight polyacrylonitrile homopolymer dissolved in dimethylacetamide solution is passed through a 100 micron spinning rod with 2 to 300 holes. The mixture was extruded into a spinning bath consisting of 30% dimethylacetamide and 70% methanol at a speed of 1/min.

膨潤した繊維前駆体ff:TaCz32重鍵%、838
037%、ジメチルアセトアミド18%及びメタノール
76%を含む浸せき溶液に通して、繊維前駆体にタンタ
ルとホウ素を混入した。浸せき浴は約25℃の温度に維
持した。浸せき浴に通した後に。
Swollen fiber precursor ff: TaCz32 heavy key%, 838
The fiber precursor was incorporated with tantalum and boron by passing it through a soaking solution containing 0.37% dimethylacetamide, 18% dimethylacetamide, and 76% methanol. The soaking bath was maintained at a temperature of approximately 25°C. After passing through a soaking bath.

フィラメントを28%アンモニア水溶液と付加的な水丁
すぎ洗いとによって、10m/分の速度において洗浄し
た。次に繊維に10%H3B03溶液含有熱水延伸(8
7℃)を2.8:1の延伸比で実施した。次に繊維を再
び水洗浄浴中で28m/分のライン速度で洗浄し2次に
加熱ロール上で108℃において乾燥した7次に繊維を
124℃の温度に維持した蒸気管内で2.5:1の延伸
比で延伸した。次に繊維を加熱ロール上で70m/分の
ロール速度で再び108℃の温度に加熱した。I繊維の
分析はタンタル1重量%とホウ素2.6%の負荷な示し
た。
The filaments were washed with a 28% aqueous ammonia solution and an additional water rinse at a speed of 10 m/min. Next, the fiber was stretched in hot water containing 10% H3B03 solution (8
7° C.) with a draw ratio of 2.8:1. The fibers were then washed again in a water washing bath at a line speed of 28 m/min, 2nd then dried on heated rolls at 108°C, 7th the fibers were then washed in a steam tube maintained at a temperature of 124°C for 2.5: It was stretched at a stretching ratio of 1. The fibers were then heated again to a temperature of 108° C. on a heated roll at a roll speed of 70 m/min. Analysis of the I fiber showed a loading of 1% by weight tantalum and 2.6% boron.

次に繊維な乾燥帯に通して供給することにより℃安定化
した。供給速度I工101nch /分であり。
It was then stabilized at °C by passing it through a fibrous drying zone. The feeding speed is 101 nch/min.

繊維を195℃において98分間、220℃におい”’
C22,1分間、250℃において86分間。
The fibers were incubated at 195°C for 98 minutes at 220°C.
C22, 1 minute, 86 minutes at 250°C.

230℃において91.2分間及び275℃において9
6.1分間乾燥した。この乾燥プロセス後の繊維の総収
縮は16.5%であった。
91.2 minutes at 230°C and 9 at 275°C
6. Dry for 1 minute. The total fiber shrinkage after this drying process was 16.5%.

繊維な次に誘導炉内で約205・0℃の温度において約
2分間炭化した。炉への繊維の供給速度は21.251
nch/分であった。炭化プロセス中炉の雰囲気を窒素
によってフラッシュした。
The fibers were then carbonized in an induction furnace at a temperature of about 205.0° C. for about 2 minutes. The feeding rate of fiber to the furnace is 21.251
nch/min. The atmosphere of the furnace was flushed with nitrogen during the carbonization process.

タンタル1.5%とホウ素6.9%を含む炭素繊維は2
7 Q KSiの引張強さと68.2MSi  の弾性
率を示した(ASTMD3379とDi 577 )。
Carbon fiber containing 1.5% tantalum and 6.9% boron is 2
It exhibited a tensile strength of 7 Q KSi and a modulus of 68.2 MSi (ASTMD3379 and Di 577).

500℃の温度での24時間の酸化後に(ASTMD4
102)、引張強さは236KSi、初期弾性率S13
5.9 Msiであった。空気中での20°/分の加熱
速度における炭素繊維の熱重量分析は850℃での5%
重量損失及び1000℃での70%重量損失を示した。
After oxidation for 24 hours at a temperature of 500 °C (ASTMD4
102), tensile strength is 236 KSi, initial elastic modulus S13
It was 5.9 Msi. Thermogravimetric analysis of carbon fiber at 20°/min heating rate in air is 5% at 850°C.
It showed weight loss and 70% weight loss at 1000°C.

実施例 2 比較として、非負荷ポリアクリロニトリル繊維前駆体を
調製し、炭素繊維に加工した。ジメチルアセトアミド中
16販量ポリアクリロニトリルホモポリマー俗液な2個
の300孔100ミクロン直径紡糸口金な通して、ポリ
マー7.91/分の速度で、ジメチルアセトアミド30
%、メタノール約70%を含む紡糸浴中に押出成形した
。膨潤した繊維を次に、水浴中の2個の洗浄ロール上で
10m/分の速度で洗浄した。次に繊維を92℃の温度
に維持した熱水浴中で2.8:1の延伸比で延伸したう
繊維な爵び水洗浄によって2回洗浄し。
Example 2 As a comparison, an unloaded polyacrylonitrile fiber precursor was prepared and processed into carbon fiber. Polyacrylonitrile homopolymer solution in dimethylacetamide was passed through two 300-hole 100-micron diameter spinnerets at a rate of 7.91 min.
%, and extruded into a spinning bath containing about 70% methanol. The swollen fibers were then washed on two washing rolls in a water bath at a speed of 10 m/min. The fibers were then drawn at a draw ratio of 2.8:1 in a hot water bath maintained at a temperature of 92° C. and washed twice by water washing.

108℃の加熱ロール上で28m/分のロール速度によ
って乾燥した。次に鯵維を124℃の温度に加熱した蒸
気管内で2.5:1の延伸比で延伸し2108℃の温度
に維持した加熱ロール上に70.2m/分の速度で通し
た。
It was dried on heated rolls at 108°C with a roll speed of 28 m/min. The horse mackerel fibers were then drawn at a draw ratio of 2.5:1 in a steam tube heated to a temperature of 124°C and passed over heated rolls maintained at a temperature of 2108°C at a speed of 70.2 m/min.

次に、これらの繊維を炉内で195℃において98分間
、235℃において22.1分間、250℃において8
62分間、230°Cにおいて93.2分間、275℃
において9546分間加熱することによって安定化した
5次に繊維を窒素雰囲気下。
These fibers were then heated in a furnace at 195°C for 98 minutes, 235°C for 22.1 minutes, and 250°C for 8 minutes.
62 minutes at 230°C 93.2 minutes at 275°C
The quintic fibers were stabilized by heating for 9,546 min at 100 ml under a nitrogen atmosphere.

2.050℃の温度において21.251nch/分の
供給速度によって炭化した。非、負荷炭素繊維は790
℃において5%本量損失を示し、900℃ではわずか1
.6%の残留量を示したにすぎなかった。
Carbonization was carried out at a temperature of 2.050°C with a feed rate of 21.251 nch/min. Non-loaded carbon fiber is 790
It shows a 5% volume loss at ℃ and only 1 at 900℃.
.. It showed only 6% residual amount.

実施vAJ  3 ジメチルアセトアミド溶液に溶解した16車普%ポリア
クリロニトリルホモポリマーを2個の300孔、100
ミクロン直径紡糸口金を通して。
Implementation vAJ 3 A 16% polyacrylonitrile homopolymer dissolved in a dimethylacetamide solution was prepared using two 300-hole, 100
through a micron diameter spinneret.

191/分の速度で、ジメチルアセトアミド30%とメ
タノール70%な含む紡糸浴に押出成形した。次に膨潤
した繊維前駆体を、Zr0CAC〕214%、H3BO
31,0%、ジメチルアセトアミド18%及び水67%
を含む浸せき浴に通して、ジルコンとホウ素を繊維前駆
体中に混入した。浸せき浴を約25℃の温度に維持した
。浸せき浴に通した後に、フィラメントな28%アンモ
ニウム水溶液及び付加的な水すすぎ洗いによって10.
5m/分の速度で洗浄した。次に繊維を92℃の熱水延
伸溶液に暴露させた。次に繊維を再び水洗浄浴中で29
.6 m /分のライン速度で洗浄し、加熱ロール上で
108℃において乾燥した5次に繊維な124°Cの温
度に維持した蒸気管内で2.0:1の延伸比で延伸した
。次に、繊維を加熱ロール上で108℃の温度に、30
m/分のロール速度において加熱した。この繊維の分析
はジルコン2.12販量%とホウ素0.2%を示した。
It was extruded at a speed of 191/min into a spinning bath containing 30% dimethylacetamide and 70% methanol. Next, the swollen fiber precursor was treated with Zr0CAC]214%, H3BO
31.0%, dimethylacetamide 18% and water 67%
The zircon and boron were incorporated into the fiber precursor by passing it through a soaking bath containing: The soaking bath was maintained at a temperature of approximately 25°C. After passing through the soaking bath, 10.
Washing was performed at a speed of 5 m/min. The fibers were then exposed to a hot water drawing solution at 92°C. The fibers are then placed in a water wash bath again for 29 minutes.
.. The 5th fiber was washed at a line speed of 6 m/min and dried at 108°C on heated rolls.The fibers were then stretched at a draw ratio of 2.0:1 in a steam tube maintained at a temperature of 124°C. Next, the fibers were heated to a temperature of 108°C on a heating roll for 30
Heating was carried out at a roll speed of m/min. Analysis of this fiber showed 2.12% zircon and 0.2% boron.

次に1wX維を乾燥工程に通して供給することによって
安定化した。供給速度は8.5inch/分であり、繊
維な210℃において約10分間、230℃において約
20分間、255℃において約70分間、265℃にお
いて約70分間及び275℃において約70分間乾燥し
た。この乾燥プロセス後の繊維の総収縮率は16%であ
った。
The 1wX fibers were then stabilized by feeding them through a drying process. The feed rate was 8.5 inches/min, and the fibers were dried at 210°C for about 10 minutes, 230°C for about 20 minutes, 255°C for about 70 minutes, 265°C for about 70 minutes, and 275°C for about 70 minutes. The total shrinkage of the fibers after this drying process was 16%.

次に繊維す誘導炉内で約2050℃において約2分間炭
化した。炉への繊維の供給速度ハ16;nch/分であ
った。炉の雰囲気警工炭化プロセス中窒素によってフラ
ッシュした。
It was then carbonized in a fiber induction furnace at about 2050° C. for about 2 minutes. The feed rate of fibers to the furnace was 16 nch/min. The atmosphere of the furnace was flushed with nitrogen during the carbonization process.

炭素繊維は引張強さ232.IKsi  、弾性率32
、I Msi (ASTMD3379とDi577)及
び伸び0.72%を示した。520℃の温度において2
4時間酸化した後に(D4102)、引張強さは232
、I Ksi 、初期弾性率は31.8MSi、伸びは
0.76%であった。空気中での熱重量分析は700℃
での300分間後に56%のit損失な下した。
Carbon fiber has a tensile strength of 232. IKsi, elastic modulus 32
, I Msi (ASTMD3379 and Di577) and elongation of 0.72%. 2 at a temperature of 520°C
After oxidizing for 4 hours (D4102), the tensile strength is 232
, I Ksi , initial elastic modulus was 31.8 MSi, and elongation was 0.76%. Thermogravimetric analysis in air is 700℃
There was a 56% loss of IT after 300 minutes at .

実施例 4 ジメチルアセトアミド溶液に溶解した166車普ポリア
クリロニトリルホモポリマーを2個の300孔、100
ミクロン直径紡糸口金に通して7、9 ? /分の速度
で、ジメチルアセトアミド30%とメタノール70%を
含む紡糸浴中に押出成形した。膨潤した繊維前駆体を次
に、ZrO〔AC〕218%、)]3BO32,0%、
ジメチルアセトアミド18%及び水62%を含む浸せき
浴に通し℃、ジルコンとホウ素’iff1M維前駆体中
に混入した。浸せき浴は25℃の温度に維持した。浸せ
き浴に通した後に、フィラメントを28%アンモニウム
水溶液によって、及び付加的な水丁すぎ洗いによって1
0.5m/分の速度で洗浄した。次に繊維を再び水洗浄
浴中で29.6 m /分のライン速度で洗浄し。
Example 4 Two 300-pore, 100-pore polyacrylonitrile homopolymer dissolved in dimethylacetamide solution
7 or 9 through a micron diameter spinneret? /min into a spinning bath containing 30% dimethylacetamide and 70% methanol. The swollen fiber precursor was then treated with ZrO[AC]218%, )]3BO32,0%,
The zircon and boron 'iff1M fiber precursors were passed through a soaking bath containing 18% dimethylacetamide and 62% water at °C. The soaking bath was maintained at a temperature of 25°C. After passing through the soaking bath, the filament was washed with a 28% aqueous ammonium solution and an additional rinse with water.
Washing was performed at a speed of 0.5 m/min. The fibers were then washed again in a water wash bath at a line speed of 29.6 m/min.

加熱ロール上で108℃において30m/分のロール速
度によって乾燥した。繊維の分析はジルコン6.9重量
%及びホウ素0.30%を示した。
It was dried on heated rolls at 108° C. with a roll speed of 30 m/min. Analysis of the fiber showed 6.9% by weight zircon and 0.30% boron.

次に、繊維な乾燥工程に供給することによって安定化し
た。供給速度)j 8.51nch /分であり。
The fibers were then stabilized by being fed to a drying process. Feed rate)j is 8.51 nch/min.

次に繊維な210℃において約10分間、230℃にお
いて約20分間、255℃において約70分間、265
℃において約70分間及び275℃において約70分間
乾燥した。この乾燥プロセス後の繊維の総収縮率は16
%であった。
Next, the fibers were heated at 210°C for about 10 minutes, at 230°C for about 20 minutes, and at 255°C for about 70 minutes.
℃ for about 70 minutes and 275° C. for about 70 minutes. The total shrinkage of the fiber after this drying process is 16
%Met.

次に繊維を誘導炉内で約2050℃の温度において約2
分間炭化した。炉への繊維の供給速度は16inch/
分であった。戸の雰囲気は炭化プロセス中窒素でフラッ
シュした。
The fibers are then placed in an induction furnace at a temperature of about 2050°C for about 2
Carbonized for minutes. The feeding rate of fiber to the furnace is 16 inch/
It was a minute. The atmosphere in the door was flushed with nitrogen during the carbonization process.

炭素繊維は引張強さ224.7KSi、弾性率29.4
M5i (ASTM D3379とD1577)及び伸
び0.76%を示した。520℃の温度において24時
間酸化した後に(ASTM D4102)、引張強さは
188.6KSi、初期弾性率1ま29.QMsi。
Carbon fiber has a tensile strength of 224.7 KSi and an elastic modulus of 29.4.
M5i (ASTM D3379 and D1577) and elongation of 0.76%. After oxidation for 24 hours at a temperature of 520° C. (ASTM D4102), the tensile strength is 188.6 KSi and the initial modulus is 1 to 29. QMsi.

伸びは0.64%であった。熱重量分析は空気中におけ
る700℃での6OO分間後に66%恵1損失を示した
The elongation was 0.64%. Thermogravimetric analysis showed a 66% loss after 60 minutes at 700° C. in air.

実施例 5 ジメチルアセトアミド溶液中に溶解した16重蓄%ポリ
アクリロニトリルホモポリマーな2−300孔、100
ミクロン直径紡糸口金に通し17917分の速度で、ジ
メチルアセトアミド30%及びメタノール70%を含む
紡糸浴中に押出した。膨潤した繊維前駆体を次に、Ta
0457%。
Example 5 16% polyacrylonitrile homopolymer 2-300 pores dissolved in dimethylacetamide solution, 100
It was extruded through a micron diameter spinneret at a rate of 17917 minutes into a spinning bath containing 30% dimethylacetamide and 70% methanol. The swollen fiber precursor is then treated with Ta
0457%.

838036%、ジメチルアセトアミド18%及びメタ
ノール69%を含む浸せき溶液に通して、タンタルとホ
ウ素を繊維前駆本に導入した。浸せき浴を約25℃の温
度に維持した。浸せき浴に通した後に、フィラメントを
28%アンモニウム水溶液と付加的な水′″f″′fぎ
洗いによって、10m/分の速度によって洗浄した。次
に、繊維を87℃の5%H3Bo3溶液を含む熱水延伸
浴に暴露させた。
Tantalum and boron were introduced into the fiber precursor by passing it through a soaking solution containing 838,036%, 18% dimethylacetamide, and 69% methanol. The soaking bath was maintained at a temperature of approximately 25°C. After passing through the soaking bath, the filaments were washed with a 28% aqueous ammonium solution and an additional water rinse at a speed of 10 m/min. The fibers were then exposed to a hot water drawing bath containing a 5% H3Bo3 solution at 87°C.

次に繊維を再び水洗浄浴中で28m/分のライン速度で
洗浄し、加熱ロール上、108℃において乾燥した。次
に繊維を124℃の温度に維持した蒸気管内で2.5:
1の延伸比におい℃延伸した。
The fibers were then washed again in a water wash bath at a line speed of 28 m/min and dried on heated rolls at 108°C. The fibers were then placed in a steam tube maintained at a temperature of 124°C for 2.5:
℃ stretching at a stretching ratio of 1.

次に繊維を加熱ロール上、108℃の温度において70
m/分のロール速度で再加熱した。繊維の分析はジルコ
ン4.4車量%とホウ素2.6%な示した。
The fibers were then placed on heated rolls at a temperature of 108°C for 70°C.
Reheating was performed at a roll speed of m/min. Analysis of the fibers showed 4.4% zircon and 2.6% boron.

次に繊維を乾燥工程に通す“ことによって安定化した。The fibers were then stabilized by passing them through a drying process.

供給速度t18.51nch /分であり、繊維を19
5℃において約10分間、220℃において約20分間
、250℃において約70分間、230°Cにおいて約
70分間、及び275℃において約70分間乾燥した。
The feeding rate is 18.51 nch/min, and the fiber is 19
Drying was performed at 5°C for about 10 minutes, at 220°C for about 20 minutes, at 250°C for about 70 minutes, at 230°C for about 70 minutes, and at 275°C for about 70 minutes.

この乾燥プロセス後の繊維の1収縮率は16%であった
The shrinkage rate of the fiber after this drying process was 16%.

次に繊維を誘導炉内で約2,050℃の温度において約
2分間炭化した。炉への繊維の供給速度はIQinch
/分であった。炉の雰囲気には炭化プロセス中窒素によ
ってフラッシュした。
The fibers were then carbonized in an induction furnace at a temperature of about 2,050° C. for about 2 minutes. The feeding rate of fiber to the furnace is IQinch
/minute. The atmosphere of the furnace was flushed with nitrogen during the carbonization process.

炭素繊維は引張強さ273KSi 、弾性率36.8i
itsi (ASTM D3379とD1577)及び
伸び0.81%を示した。520℃の温度において24
時間酸化した後は(ASTM D4102)、引張強さ
は259.8KS凰、初期弾性率は32.4MSi、伸
びは0.80%であった。空気中での熱重量分析は70
0℃での300分間後に40%重普損失な示した。
Carbon fiber has a tensile strength of 273KSi and an elastic modulus of 36.8i.
itsi (ASTM D3379 and D1577) and elongation of 0.81%. 24 at a temperature of 520°C
After oxidation for an hour (ASTM D4102), the tensile strength was 259.8 KS, the initial modulus was 32.4 MSi, and the elongation was 0.80%. Thermogravimetric analysis in air is 70
After 300 minutes at 0°C it showed a 40% loss of weight.

実施例 6 比較とし℃、非負荷ポリアクリロニトリル繊維前駆体な
調製し℃、炭素繊維に加工した。ジメチルアセトアミド
916m1i%ポリアクリロニトリルホモポリマー溶液
を4個の300孔、iooミクロン直径紡糸口金に通し
てポリマー18.IP/分の速度で、ジメチルアセトア
ミド30%とメタノール約70%を含む紡糸浴中に押出
した。次に繊維を水浴中の2個の洗浄ロール上で10.
7m/分の速度で洗浄した。次に繊維な95℃の温度に
維持した熱ゲリセリン浴中で3.3:1の延伸比で延伸
した。次に繊維を水洗浄浴中で2回洗浄し。
Example 6 For comparison, an unloaded polyacrylonitrile fiber precursor was prepared at 10°C and processed into carbon fiber. A 916ml dimethylacetamide 1i% polyacrylonitrile homopolymer solution was passed through four 300-hole, IOO micron diameter spinnerets to form polymer 18. It was extruded at a rate of IP/min into a spinning bath containing 30% dimethylacetamide and about 70% methanol. The fibers were then placed on two wash rolls in a water bath for 10.
Washing was performed at a speed of 7 m/min. The fibers were then drawn in a hot gelatin bath maintained at a temperature of 95°C at a draw ratio of 3.3:1. The fibers were then washed twice in a water wash bath.

次に加熱ロール上、108℃におい155m/分のロー
ル速度において乾燥した。次に繊維ヲ108℃の温度に
加熱した高温シュー上で2.3:1の延伸比において、
最終ロール速度80m/分になるように延伸した。
It was then dried on heated rolls at 108° C. and a roll speed of 155 m/min. The fibers were then stretched at a drawing ratio of 2.3:1 on a hot shoe heated to a temperature of 108°C.
The film was stretched at a final roll speed of 80 m/min.

これらの繊維な次に炉内で195℃において9.8分間
、265℃において22.1分間、250℃におい″″
CB6.2分間、230℃におい″’C93,2分間及
び275℃において95.6分間加熱することによって
安定化した。次に繊維を窒素雰囲気下。
These fibers were then heated in a furnace at 195°C for 9.8 minutes, 265°C for 22.1 minutes, and 250°C.
The fibers were then stabilized by heating at 230° C. for 2 minutes at CB6.2 minutes and at 275° C. for 95.6 minutes.

約2.050℃の温度において20inchZ分の供給
速度によらて炭化した。非負荷炭素繊維は引張強さ32
2.4KSi、弾性率39ろMSi、伸び0.82%を
示した。520℃の温度において24時間酸化した後に
、引張強さは149.6Ksi、弾性率は36.4MS
i、伸び410.41%であった。空気中での熱重量分
析は700℃での300分間後に98%重量損失を示し
た。
Carbonization was performed at a temperature of about 2.050° C. with a feed rate of 20 inch Z. Unloaded carbon fiber has a tensile strength of 32
It showed 2.4 KSi, elastic modulus of 39 MSi, and elongation of 0.82%. After oxidation for 24 hours at a temperature of 520°C, the tensile strength is 149.6 Ksi and the elastic modulus is 36.4 MS.
i, elongation was 410.41%. Thermogravimetric analysis in air showed 98% weight loss after 300 minutes at 700°C.

上述の説明から明らかであるように、この方法によって
ホウ素と重金属の組合せを用いて製造したフィラメント
は強化された特性、特に強化された酸化特注、特に加熱
後の酸化特注の強化及び耐熱性を有した。さらに1重量
/強度の保有は先行技術の非負荷繊維または単独金属入
り繊維を凌駕する有意な改良であった。
As is clear from the above description, the filaments produced by this method using a combination of boron and heavy metals have enhanced properties, especially enhanced oxidation, especially after heating and heat resistance. did. Furthermore, the retention of 1 weight/strength was a significant improvement over prior art unloaded fibers or single metal filled fibers.

平成2年特許願第4411号 2、発明の名称 複合金属入り炭素繊維 ヘキスト・セラニーズ・コーポレーション4、代 タイプ印書により浄書した明細書1990 Patent Application No. 4411 2. Name of the invention Carbon fiber with composite metal Hoechst Celanese Corporation 4th generation Statement printed by type printing

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、炭素約98.9〜約70重量%、ホウ素約0.1〜
約15重量%及び周期律表第IVB族、第VB族及び第V
IB族の元素から成る群から選択した重金属約0.5〜
約15重量%を含む繊維材料から成る複合金属入り炭素
繊維。 2、重金属がタンタルである請求項1記載の金属入り炭
素繊維。 3、重金属がニオブである請求項1記載の金属入り炭素
繊維。 4、重金属がハフニウムである請求項1記載の金属入り
炭素繊維。 5、重金属がジルコンである請求項1記載の金属入り炭
素繊維。 6、次の工程: a、ポリマーフィラメント紡糸溶液を調製する工程; b、前記ポリマーフィラメント溶液からポリマーフィラ
メントを紡糸する工程; c、ポリマーフィラメントに、ホウ素化合物と少なくと
も1種類の重金属塩との組合せを導入する工程、重金属
は周期律表第IVB族、第VB族及び第VIB族の元素から
成る群から選択する; d、ポリマーフィラメント内のホウ素化合物と重金属塩
との組合せを不溶化して繊維前駆体を形成する工程; e、繊維前駆体を安定化する工程;及び f、繊維前駆体を炭化して、複合ホウ素/重金属入り炭
素繊維を形成する工程 から成る複合金属入り炭素繊維の製造方法。 7、金属がタンタルである請求項6記載の方法。 8、重金属がニオブである請求項6記載の方法。 9 重金属がハフニウムである請求項6記載の方法。 10、重金属がジルコンである請求項6記載の方法。 11、ポリマーフィラメントがアクリロニトリルホモポ
リマーかまたはアクリロニトリルコポリマーのいずれか
である請求項6記載の方法。 12、ポリマーフィラメント紡糸溶液が溶液の全重量を
基準にして約10〜30重量%のポリマー材料を含む請
求項6記載の方法。 13、繊維前駆体がホウ素化合物約0.1〜約5重量%
と重金属塩約0.5〜約15重量%とを含み、重金属が
周期律表第IVB族、第VB族及び第VIB族の元素から成
る群から選択したものである請求項6記載の方法。
[Claims] 1. About 98.9% to about 70% by weight of carbon, about 0.1% to about 70% by weight of boron
Approximately 15% by weight and Groups IVB, VB and V of the Periodic Table
A heavy metal selected from the group consisting of Group IB elements from about 0.5 to
Composite metal filled carbon fiber consisting of fiber material containing about 15% by weight. 2. The metal-filled carbon fiber according to claim 1, wherein the heavy metal is tantalum. 3. The metal-filled carbon fiber according to claim 1, wherein the heavy metal is niobium. 4. The metal-filled carbon fiber according to claim 1, wherein the heavy metal is hafnium. 5. The metal-filled carbon fiber according to claim 1, wherein the heavy metal is zircon. 6. Next steps: a. Preparing a polymer filament spinning solution; b. Spinning polymer filaments from the polymer filament solution; c. Treating the polymer filaments with a combination of a boron compound and at least one heavy metal salt. Introducing the heavy metal is selected from the group consisting of elements of Group IVB, Group VB and Group VIB of the Periodic Table; d. Insolubilizing the combination of boron compound and heavy metal salt in the polymer filament to form a fiber precursor. e. stabilizing the fiber precursor; and f. carbonizing the fiber precursor to form a composite boron/heavy metal-containing carbon fiber. 7. The method according to claim 6, wherein the metal is tantalum. 8. The method according to claim 6, wherein the heavy metal is niobium. 9. The method according to claim 6, wherein the heavy metal is hafnium. 10. The method according to claim 6, wherein the heavy metal is zircon. 11. The method of claim 6, wherein the polymer filaments are either acrylonitrile homopolymers or acrylonitrile copolymers. 12. The method of claim 6, wherein the polymer filament spinning solution comprises about 10-30% by weight polymeric material based on the total weight of the solution. 13. The fiber precursor contains about 0.1 to about 5% by weight of a boron compound.
and from about 0.5 to about 15% by weight of a heavy metal salt, wherein the heavy metal is selected from the group consisting of elements of Groups IVB, VB, and VIB of the Periodic Table.
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