SE450538B - Vertikal upphettningsapparat for framstellning av grafitfibrer - Google Patents

Description

450 538 emellertid, då de begagnas i en upphettningsapparat av hög- frekvensinduktionstyp, nackdelar, vilka beskrives nedan.

Då ett värmeisolerande material av grafitpulver begagnas i en högfrekvensinduktionsupphettningsapparat, induceras det lätt av högfrekvensoscillationen och verkar icke endast såsom ett värmeisolerande material utan även såsom en del av upp- hettningselementet. Sålunda minskas dess verkan såsom värme- isolerande material, och man måste öka det värmeisolerande materialskiktets tjocklek. Vidare försämras vid höga tempera- turer av 2000°C eller mer grafitpulvrets kvalitet, minskas dess elektriska motståndsförmåga på grund av en ökning i kri- stallisationsgraden etc, och den högfrekvensalstrade mängden värme ändras med tiden, vilket medför en variation i upphett- ningsapparatens temperatur. Å andra sidan induceras icke pulverformigt kolsvart av ett magnetfält, som alstras av högfrekvensoscillationerna sä- som är fallet för det värmeisolerande materialet av grafit- pulver, eftersom dess partiklar är mycket fina och har en genomsnittlig diameter av från 20 till 500 nm, och det har där- för förmåga att verka såsom ett värmeisolerande material. Vid höga temperaturer av 2000°C eller mer försämras emellertid kolet, varvid kolets volym minskas (vilket förorsakas av grafi- tisering), samt bildas hålrum i kolsvartskiktet (vilket för- orsakas av sönderdelning och förlust av organiska ämnen i kol- svart-materialet samt atmosfärgasens expansion och krympning).

Rv detta skäl ökar mängden avgivet värme, vilket medför ett temperaturfall i upphettningsapparaten.

Möjligheterna att öka oscillatorns uteffekt för att kompensera för ökningen i mängden avgivet värme (det vill säga för att höja temperturen) är begränsade och medför dessutom det problemet, att temperaturen hos upphettningsapparatens yttervägg (innefattande glasmaterial) kan överskrida det maximi- värde den kan motstå.

Sålunda har det värmeisolerande materialet periodiskt måst utbytas för förhindrande av en sådan ökning i mängden av- givet värme, vilket gör det svårt att kontinuerligt under en längre tidsperiod hålla apparaten i drift. Eftersom vidare temperaturen i upphettningsapparaten är mycket hög mäste en at- 450 558 mosfärgas, en inert gas, särskilt argon, begagnas, vilket är mycket dyrbart, och man har därför önskat kunna utnyttja en apparatkonstruktion, som tillåter en minskning av mängden be- gagnad argon till så låg nivå som möjligt.

Föreliggande uppfinning syftar till att erbjuda en upp- hettningsapparat för framställning av grafitfibrer från för- oxiderade fibrer eller kolfibrer, där temperaturen hålles kon- stant och som kan begagnas kontinuerligt under en lång tids- period. Apparaten skall kunna tillåta framställning av grafit- fibrer med stabiliserad, hög kvalité kontinuerligt under längre tidsperioder genom upphettning av föroxiderade fibrer eller kolfibrer.

Den vertikala upphettningsapparaten enligt uppfinningen innefattar ett rörformigt upphettningselement, som alstrar värme genom högfrekvensinduktion, ett värmeisolerande material- skikt, vilket är anordnat kring och koaxiellt med det rör- formiga upphettníngselementet, vilket värmeisolerande material- skikt är sammansatt av kolpartiklar av en genomsnittlig korn- storlek av från ungefär 0,5 till 1,5 mm och uppvisande en ras- vinkel av 350 eller mindre, vilka partiklar utgöres av granu- lerat kolsvartpulver med ett karboniserat bindemedel, och har en genomsnittlig korndiameter av från ungefär 50 till 300 nm, samt en högfrekvensinduktionsenhet kring och koaxiellt med det värmeisolerande materialskiktet, vilket rörformiga upp- hettningselement vid sin övre ände är försett med ett fiber- införingsinlopp och ett gasavgivningsutlopp samt vid sin nedre ände med ett fiberurtagningsutlopp och ett inlopp för införande av inert gas.

KApparaten för framställning av grafitfibrer kan vidare också innefatta en vertikal upphettningsapparat enligt ovan och en tätningsanordning, som är förbunden med upphettnings- apparaten och som innefattar (1) ett tätningsrör med en övre öppning, genom vilken fibrer från fiberurtagningsutloppot hos det rörformiga upphettningselementet kan införas i tätnings- röret och genom vilken en inert gas kan införas i det rör- formiga upphettningselementet från tätningsröret, varvid däri är anordnat ett inlopp för införande av inert gas i närheten av den övre öppna änden, en nedre öppen ände, genom vilken 450 538 fibrer tages ut, samt ett utlopp för inert gas i närheten av den nedre öppna änden och genom vilket.den inerta gasen avges, samt (2) en behållare, som innehåller en tätningsvätska, i vilken tätningsrörets nedre öppna ände är införd och anordnad på så sätt, att utloppet för den inerta gasen är beläget vid tätningsvätskans yta.

Uppfinningen förklaras närmare i det följande med hän- visning till bifogade ritningar.

Fig. 1 visar schematiskt ett tvärsnitt genom en ut- föringsform av apparaten för framställning av grafitfibrer en- ligt uppfinningen, fig. 2a visar ett tvärsnitt genom en utföringsform av tätníngsanordningen, som är förbunden med upphettningsapparaten, fig. 2b är en perspektivvy av tätningsanordningens tätningsrör, _ fig. 3 är ett diagram, som visar relationen mellan den ändring i en oscillators uteffekt, som erfordras för att hålla temperaturen vid en konstant nivå, och arbetsperioden, varvid de isolerande material av olika korndiametrar av kolsvart- pulver och kolpartiklar begagnas samt olika rasvinklar för partiklarna tillämpas, och fig. 4 visar ett sätt att bestämma en rasvinkel.

Kolpartiklar, som begagnas såsom isolerande material för upphettningsapparaten enligt uppfinningen, utgöres av ett kolsvartpulveraggregat. Partiklarna erhålles genom granulering av kolsvartpulver genom begagnande av ett karboniserbart bind- medel samt upphettning av de erhållna granulerna, så att bind- medlet karboniseras i en inert atmosfär.

Kolsvartpulver av korndiametrar av ungefär 50 mp eller mindre samlas och bildar kolpartiklar av låga värmnisolorandn egenskaper. Kolsvartpulver av korndiametrar av ungefär 300 mn eller mer induceras och upphettas lätt av det magnetfält, som alstras av högfrekvensenheten, vilket leder till en minskning i verkan såsom ett värmeisolerande material. Kolsvartpulvret för begagnande vid framställning av kolpartiklarna har därför en korndiameter av från ungefär 50 till 300 mn, Eöreträdusvid från ungefär 80 till 200 nm.

Exempel på bindmedel, som kan begagnas vid framställ- 450 538 \Il ning av kolpartiklar, är karboníserbara, genom värme härdbara hartser såsom fenolhartser, epoxihartser, furanhartser etc samt tjärbeck.Den mängd bindmedel, som begagnas är i allmänhet från ungefär 0,5 till 30 viktsprocent, baserat på totalvíkten i torrt tillstånd, det vill säga bindmedlet tillsättes i sådan mängd, att det karboniserade bindmedlet efter karboniseringen utför ungefär 0,1 till 10 viktsprocent, företrädesvis från ungefär 0,3 till 3 viktsprocent av den totala vikten. Dà bind- medlet begagnas i mindre mängder än ungefär 0,1 viktsprocent kan svårigheter uppträda vid granuleringen av kolsvartpulvret. Å andra sidan minskas vid mängder större än ungefär 10 vikts- procent verkan såsom värmeisolerande material för den erhållna kolpartikeln.

För att granuleringen av kolsvartpulver skall ge kol- partiklar kan allmänt kända metoder begagnas. Exempelvis kan ett lösningsmedel tillsättas ett bindmedel i sådan mängd, att den på detta sätt erhållna produkten kan formas till granuler.

Varje lösningsmedel, som kan förängas vid torkning av granuler- na kan begagnas. Kolsvartmaterialet är díspergerat i den så- lunda erhållna produkten, vilken kan strängsprutas med be- gagnande av ett munstycke, vars öppningar har diametrar av från ungefär 0,5 till 1,5 mm. När den strängsprutade produkten icke i och försig ger upphov till granuler, kan den sträng- sprutade produkten skäras till granuler med en genomsnittlig diameter från ungefär 0,5 till 1,5 mm. Alternativt kan kol- svartmaterialet strängsprutas med begagnande av ett munstycke för erhållande av fina aggregat av kolsvart, och det sålunda erhållna aggregatet doppas med en bindmedelslösning samt torkas.

Det på detta sätt erhållna granulerna upphettas till en tempera- tur av 500OC eller mer i en inert atmosfär, exempelvis kväve, så att bindmedlet karboniseras och kolpartiklar erhålles med korndiametrar av från ungefär 0,01 till 5 mm och en genom- snittlig korndiameter av från ungefär 0,5 till 1,5 mm.

A Upphottningstemperaturen är såsom ovan angivits SOOOC eller mer. Vid lägre temperaturer än 500oC ändras i hög grad den erhållna kolpartikelns volym genom upphettning, då den begagnas såsom värmeisolerande material i upphettningsapparaten.

Den föredragna upphettningstemperaturen är från 1000 till 1500°C. 450 538 Högre temperaturer förorsakar grafitisering, exempelvis ungefär 2000OC eller mer (exempelvis 3500oC), men lägre temperaturer än den temperatur, vid vilken kolet börjar sublimeras under normalt tryck, kan även tillämpas. Kolpartiklar, som begagnas vid en hög temperatur, exempelvis vid ungefär 3000OC i upp- hettningsapparaten, kan behandlas vid en hög temperatur enligt ovan, även om detta icke är erforderligt. För kolpartiklar, vilka skall begagnas vid en lägre temperatur, exempelvis vid en temperatur understigande ungefär 2000OC, behandlas partik- larna företrädesvis icke vid en temperatur överstigande ungefär 1500oC med hänsyn till deras värmeisolerande egenskap.

Denna upphettning karboniserar bindmedlet och ger sam- tidigt kolpartiklar med en yta av lämplig smörjförmåga samt en rasvinkel av 350 eller mindre. I allmänhet är upphettnings- tiden ungefär 10 till 100 minuter, företrädesvis ungefär 20 till 40 minuter.

En på förhand bestämd rasvinkel kan åstadkommas exempel- vis genom experimentell reglering av temperaturen eller kar- boniseringstiden, då andra betingelser är på förhand bestämda, vilket faller inom föreliggande uppfinning. Vanligen minskar rasvinkeln, då karboniseringstemperaturen ökar.

Sättet att mäta rasvinkeln för kolpartiklarna skall förklaras i det följande med hänvisning till fig. 4. Kolpartik- larna 1 tillåtes falla fritt genom en tratt 2 med ett utlopp av en diameter av 8 mm till mitten av en skål 3 med djup av 1 cm, en basdiameter av 20 cm och en diameter (d) vid skålens övre kant av 22 cm. _ Skälen placeras företrädesvis på ett ställ 4 med en höjd av ungefär 5 cm. Under det att kolpartiklarna faller hàlles den nedre kanten hos trattens utlopp vid en höjd av 5 mm från övre änden av den kon 5, som bildas genom ansamlingen av kol- partiklarna i skålen. Flödet av kolpartiklar avbrytes, när partiklarna börjar strömma över skålen. De ansamlade partiklar- nas höjd (h) mätes, och rasvinkeln ($) erhålles av följande uttryck: ' $ = arc tan åh Då kolpartiklarna har genomsnittliga korndiametrar utanför området ungefär 0,5 till 1,5 mm och rasvinklarna uppgår 450 538 till mer än 350, bildas hålrum i det värmeisolerande skiktet, när upphettningsapparaten arbetar kontinuerligt under en längre tidsperiod, och den värmeisolerande verkan av skiktet minskar.

Dä å andra sidan kolpartiklar, vars korndiametrar och rasvinklar har de ovan angivna värdena, begagnas såsom värme- isolerande material, fylles eller avlägsnas hålrummen alltid naturligen, även om upphettningsapparaten arbetar kontinuer- ligt under långa tidsperioder, och ingen ändring i det värme- isolerande materialskiktets värmekvarhållande egenskaper för- orsakas. Sålunda kan upphettningsapparaten arbeta stabilt, medan temperaturen i densamma hålles vid en konstant nivå under långa tidsperioder.

Föredragna korndiametrar för partiklarna är från unge- fär 0,8 till 1,3 mm, och föredragna rasvinklar uppgår till 330 eller mindre. Den minsta rasvinkel, som kan uppnås är i allmänhet ungefär 280.

Lämpligen regleras förhållandet mellan partikelmassans densitet och partiklarnas egen densitet så, att det ligger inom området 0,01/1 till 0,90/1, företrädesvis från 0,08/1 till 0,85/1. När förhållandet faller inom området 0,01/1 till 0,90/1, har kolpartiklarna en utomordentligt god värmeisolerande förmåga. Kolinnehållet i en partikel regleras företrädesvis för undvikande av att det är så stort, att kolet i en partikel samlas till en kropp, eller för undvikande av att det är så litet, att ett avsevärt antal hålrum bildas i partikeln. Sådana feno- men försämrar värmeisoleringsförmågan.

Reglering av förhållandet kan erhållas genom experi- mentellt varierande av förhållandet mellan kolsvartpulvret och bindmedlet, arten av bindmedel eller ökande av partikeldensi- teten genom att partikeln penetreras med en lösning av harts- bindmedlet eller med tjärbeck i flytande tillstànd och karboni- sering av det penetrerade materialet.

Kolpartikelmassans densitet mätes på följande sätt: Kolpartiklarna placeras i en 200 ml mätcylinder, vars vägg knackas,varefter fler partiklar tillsättes, tilldess par- tíkelvolymen i mätcylindcrn icke längre minskar. Vikten av 200 ml kolpartiklar i mätcylindern mätes, och densiteten av massan (vikten per 200 ml) erhålles. 450 538 Då en tätningsanordning är anbragt vid upphettnings- apparatens fiberurtagningsutlopp, så att endast den inerta gasen införes från grafitfiberurtagningsutloppet till upphett- ningsapparaten, kan grafitfibrer av hög sträckmodul och styrka framställas.

Tätningsröret förbindes tättmed upphettningsapparaten, och en inert gas införes i tätningsröret genom ett inlopp för införande av inert gas, vilket inlopp är anordnat vid en övre del av tätningsröret. Grafitfibrerna tages ut genom tätnings- rörets andra öppna ände.

Då en tätningsvätska placeras i tätningsanordningen begagnas ämnen, som uppvisar lågt ångtryck och som icke menligt inverkar på fibrerna, exempelvis kolväten såsom bensen och hexan samt organiska klorider såsom dikloretan och koltetra- klorid.

Utloppet för den inerta gasen är anordnat vid en sådan del av tätningsröret, att den inerta gasen kan svepa med sig eventuell evaporerad gas från tätningsvätskan och avger denna från röret. Ett sådant ställe i röret är i närheten av dess nedre ände. Då tätningsröret insättes eller placeras i tätnings- vätskan, så att utloppet placeras på tätningsvätskans yta, strömmar en del av den inerta gas, som införes genom införings- inloppet för den inerta gasen, nedåt och in i tätningsröret och därefter över tätningsvätskan, varefter den tages ut genom utloppet för inert gas. Härigenom förhindras den förångade tät- ningsvätskan från att diffundera till upphettningsapparaten samt att gaser, som lösts i tätningsvätskan, förångas och diffunderar till upphettningsapparaten.

Upphettningsapparaten enligt uppfinningen skall nu förklaras ytterligare med hänvisning till figurerna.

Fig. 1 visar ett rörformigt upphettningselement 1, som alstrar värme genom högfrekvensinduktion och som innefattar ett cylindriskt hålrum 3, genom vilket fibrer, som skall behandlas, det vill säga föroxiderade fibrer eller kolfibrer 2, passerar.

För ett sådant upphettningselement begagnas i allmänhet kol (inklusive grafit). Det cylindriska hälrummet 3 är försett med ett inlopp 19 för införande av fibrer vid hålrummcts övre ändw samt vid dess nedre ände ett utlopp 20 för urtagande av fibrer. 450 558 Vid den visade utföringsformen tjänar utloppet 20 och inloppet 19 samtidigt såsom inlopp för införande av inert gas resp. så- som öppning för avgivande av gas. Vid denna utföringsform kan det icke önskvärda införandet av luft i det cylindriska hål- rummet 3, vilket àtföljer införandet av fibrer genom inloppet 19, helt förhindras. r Upphettningselementet 1 omslutes av värmeisolerande material 4 och 5, är vertikalt anordnat centralt i ett rör 6 av värmebeständigt material samt är anbragt vid en bottenplatta 7 och en lockplatta 8.

Såsom värmebeständigt material för begagnande vid fram- ställningen av det yttre röret 6 kan begagnas glasartade material såsom kiselglas och kvartsglas samt hårt glas liksom material med goda, hermetiskt tätande egenskaper och elektriskt isolerande egenskaper, exempelvis keramiskt material och porslin.

För det värmeisolerande materialet 4 begagnas kol- partiklar enligt uppfinningen, medan det värmeisolerande materialet 5 exempelvis utgöres av ett filtliknande material av aluminiumsilikat.

Det värmeisolerande materialet 5 begagnas för att göra upphettningsapparaten så liten som möjligt, särskilt det värme- isolerande skiktet, men erfordras icke alltid.

Då en kolfiberfilt begagnas såsom värmeisolerande material kan i typfallet kolfiberfiltskiktets tjocklek uppgå till från ungefär 10 till 15 mm, och kolpartikelskiktet enligt uppfinningen kan anordnas kring kolfiberfiltskiktet, eftersom kolfiberfilten lätt induceras av högfrekvensenheten.

De värmeisolerande materialskikten 4 och 5 i röret 6 av värmebeständígt material befinner sig i en atmosfär av en inert gas, exempelvis argon, helium, kväve eller liknande, och de är hermetiskt tätande medelst packningar. Locket 8 är för- sett med ett gasinlopp 9 och ett gasutlopp 21.

En högfrekvensoscillationsspole 10 är anordnad kring röret 6.

Ett tätningsrör 11 är hermetiskt anslutet till upp- hettningsapparatens botten 7. Tätningsröret 11 är försett med ett inlopp 12 för införande av inert gas vid den övre änden, 450 558 10 medan tätningsrörets 11 nedre ände är införd i en tätnings- vätska 13. Tätningsröret 11 är vid en nedre del försedd med ett utlopp 14 för inert gas, vilket utlopp är beläget på tätnings- vätskans yta.

Läget för utloppet 14 är såsom ovan angivits av be- tydelse, det vill säga för förhindrande av att förångad tät- ningsvätska går in i det cylindriska hålrummet 3 är utloppet 14 lämpligen placerat på så sätt, att en del av den gas, som införes genom inloppet 12, strömmar över tätningsvätskan 13 och tillsammans med förångad tätningsvätska drages från gas- utloppet 14.

Ett tätningsrör enligt fig.2a och 2b kan begagnas med god effektivitet. Detta tätningsrörs sidovägg har vid en nedre del en urskärning eller en öppning, som tillåter urtagning av den inerta gasen, och kring denna nedre dels rörvägg är anord- nad en hermetiskt tätande rörvägg, som isolerar urskärningen eller öppningen från luft i tätningsvätskan, medan ett gasut- lopp är anordnat i rörväggen. Sålunda drages gasen ut fràn tätningsröret längs tätningsvätskan genom urskärningen eller öppningen i sidoväggen.

Lämpligen anordnas tätningsrörets nedre öppna ände på så sätt, att den befinner sig utanför förlängningslinjen för upphettningselementets inre rörvägg, fig. 1, för förhindrande av att strålningsvärme från upphettningselementet träffar tätningsvätskan.

I fig. 1 visas tätningsröret 11 böjt, så att tätninga- vätskan 13 icke befinner sig direkt under det rörformiga tät~ ningselementet 1. Anordnandet av tätningsrörets nedre öppna ände på så sätt, att strålningsvärmet från upphettningselementet icke direkt träffar tätningsvätskan förhindrar att tätnings- vätskans temperatur blir alltför hög, varigenom förångning av tätningsvätska och inträngandet av förångad tätningsvätska i det cylindriska hålrummet 3 förhindras. Om emellertid röret böjes alltför mycket, och de fibrer, som passerar genom detta rör böjes alltför mycket, tenderar de att brista vid den böjda delen av röret, det vill säga vid rullen 17 i fig. 1. Den vinkel a, som bildas av fibrerna vid den böjda delen, är därför lämpligen åtminstone omkring 1200, företrädesvis från ungefär 450 5s3_* 11 120 till 1500, och vanligen föredrages,att denna vinkel är mindre än 1750. Vidare begagnas lämpligen en rulle 17, vars diameter är åtminstone 10 mm.

Fibern 2 införes medelst en tillförselrulle 15 i upp- hettningselementet, där den underkastas grafitisering och kon- tinuerligt transporteras samt införes i tätningsvätskan 13 genom tätningsrörets 11 nedre öppna ände 16 samt tages ut genom en rullanordning 18, 18'.

Genom att ansluta tätningsröret enligt ovan vid upp- hettningsapparaten enligt uppfinningen kan den mängd inert gas, som behöver tillföras, minskas. Eftersom vidare tätningsröret är så konstruerat, att den förângade tätningsvätskan hindras från att komma in i upphettningsapparaten, är det möjligt att framställa grafitfibrer av hög kvalité medelst denna upphett- ningsapparat.

Effekten av de kolpartiklar, som begagnas i det värme- isolerande materialskiktet i upphettningsapparaten enligt upp- finningen, belyses i fig. 3.

Fig. 3 visar förändringar i osoillationsuteffekten, när upphettningsapparaten enligt fig. 1 fick arbeta kontinuer- ligt under 250 timmar, medan högfrekvensoscillatorns uteffekt justerades för att hålla temperaturen i upphettningsapparaten vid 28500C. Dessa ändringar anges i procent av den oscillations- uteffekt, vid vilken temperaturen nådde 28500C och arbetssättet stabiliserades.

En blandning av den i tabell 1 nedan visade samman- sättningen framställdes genom disperqering av kolsvartpulver i en lösning av fenolharts i metanol. Blandningen strängsprutades vertikalt nedåt från ett munstycke med hål av en diameter av 0,75 mm. Den strängsprutade blandningen brast i längder av unge- fär 1 mm, så att granuler bildades. De på detta sätt erhållna granulerna torkades vid en temperatur av 10000 samt återupp- hettades därefter till ZOOOC under 30 minuter i luft. Karboni- seringen utfördes vid en temperatur av 800OC under 30 minuter, vid 1000OC under 30 minuter och därefter vid 150000 under 30 minuter i kväve. De på detta sätt erhållna kolpartiklarnas egenskaper framgår även av tabell 1. 450 558 12 .uwuscflë om wmvs: Uooomm wfl> 4 uw>Oum >m mcficuuwsmm: Eocwm wfiflßßum W uw>0~m .m .uw>H:muum>mHox mmm uwflflwwmfi m uw>0um H mwømcmmmwn nflmmuw .N .~mfiwwmuxm> uww>m Emm .P uummcflsxumëcm Nm.o woo.o mæ.o wo.o mN.o mN.o om.o wo_ø @wuflwcwø\uwuflmcwø mcmmmmëfiwxfluumm uwmmxmcwmw >.o >_@ >.@ >.o >.o >_O >.o >_o Åeev uwuwemmøcuox wmcumm mflHunficmE0:ww nxfluummflom mm mm mm mm mm mm mw ww fiov awxcfi>mmm Pßzmmv fiummmmm oof oof cor oo~ oo? cow oow oo- uwflflwv uum>wflOx wmcwå uwuwamflwcuox 1 1 Ecom Ecom om eøom m.@ anom ON enom mmmfißumcweocwm ^m=w~mmm~m uwflflwv muwu>Hsmu»m>mHoM om mv om mv mp mv mm mw ~^2mmv cwmcficwmfi >m Umcwä m mm m_mm Om mm mm Om Om mm ,^:mmv Hocmuwz ßmcpwmm mv P_o o« P m OF OP _ ñzmmv wßmmsfionwm |=meewm P mcmmcficmßq m o m mm Q 0 Nm 4 .uwäasc >Oum F Hfiwnmfi 450 538 T3 Av fig. 3 framgår, att det skikt, som är sammansatt av kolpartiklar av en genomsnittlig korndiameter av 300 mu eller mindre och som uppvisar en rasvinkel av 350 eller mindre, har ett stabilt temperaturbibehållningstillstånd ( proven C-H ).

Vidare framgår av fig. 3, att då det skikt, som är sammansatt av kolpartiklar med ett förhållande mellan densiteten av massan av kolpartiklarna och kolpartiklarnas densitet, som faller inom området 0,01 till 0,90 ( proven C-F ), erhålles särskilt goda resultat.

Föroxiderade fibrer eller kolfibrer för begagnande vid framställning av grafitfibrer erhålles från konstsilke, beck, akrylonitrilbaserade polymerer och andra organiska fibrer. För framställning av grafitfihrer av hög kvalité, som uppvisar hög elasticitetsmodul och styrka begagnas företrädesvis akrylo- nitrilbaserade polymerfibrer, exempelvis sådana fibrer, som er- hålles genom behandling under 0,1 till 10 timmar under be- gränsad krympning i en oxiderande atmosfär vid 200 till 300OC enligt den japanska patentpublikationen nr. 39100/1977 mot- svarande den amerikanska patentskriften 4 069 297, och kol~ fibrer, som erhålles genom behandling av sådana Eöroxiderade fibrer i en inert gasatmosfär vid en temperatur av från 600 till 15oo°c under från 0,1 till 10 minuter. Kaiinnehåiiet och ök- ningen av innehållet av bundet syre i de på detta sätt erhållna föroxiderade fibrerna uppgår till från ungefär 55 till 65 vikts- procent och 5 till 25 viktsprocent (företrädesvis 8 till 15 viktsprocent) av Eibern. Kolinnohållet och innehållet av bundet syre i de sålunda erhållna kolfibrerna uppgår till mer än ungefär 70% resp. från ungefär 0 till 5% av fiberns vikt.

Med uttrycket "akrylonitrilbaserad polymer" avses här en polymer eller sampolymer, som innehåller ungefär 90 vikts- procent akrylonitril. Såsom sampolymeriseringskomponent kan vinylmonomerer, som vanligen begagnas för sampolymerisering av akrylnitril, exempelvis akrylsyra, metakrylsyra eller deras estrar, akrolin, akrylamid etc, begagnas. 7 , Den på detta sätt erhållna, föroxiderade Iibern eller kolfibern införes genom fiberinföringsinloppet i upphettnings- apparaten, som upphettats till från ungefär 2000 till 3500oC, vanligen i form av ett knippe av fibrer, varvid fibern behandlas 450 558 14 under ungefär 0,1 till 10 minuter. Den införda gasen, exempel- vis argon, kväve eller en blandning därav, tillföres genom fiberurtagningsutloppet. Den inerta gasen strömmar uppåt, det vill säga motströms i förhållande till fibern, samt tages ut från den öppna övre änden. Den mängd inert gas, som införes i tätningsröret, uppgår i allmänhet till ungefär 1 till 100 liter HI per minut. Vanligen är det att föredraga, att ungefär 5 till 20% av den tillförda gasen avges från utloppet vid tätnings- rörets nedre del, medan den återstående delen tillföres upp- hettningsapparaten.

Exempel Vid detta exempel begagnades apparaten enligt fig. 1.

Upphettningselementet 1 utgjordes av ett rör med en innerdía- meter av 50 mm, en ytterdiameter av 70 mm och en längd av 2200 mm. Röret var tilllverkat av grafit. 100 viktsdelar kolsvartpulver av en genomsnittlig korn- diameter av 50 nm dispergerades i 15 viktsdelar av en lösning, som bestod av 10 viktsdelar av en fenolharts och 90 viktsdelar metanol. Den på detta sätt erhållna dispersionen strängspruta- des vertikalt nedåt från ett munstycke med hål av en diameter av 0,85 mm. Den strängsprutade produkten bröts till granuler.

Granulerna torkades vid 100°C, värmebehandlades därefter vid 18000 under 3 timmar samt upphettades vid 1000°C under 30 minu- ter i kväve för karbonisering av fenolhartsen. De på detta sätt erhållna kolpartiklarna hade en genomsnittlig korndiameter av 0,8 mm och uppvisade en rasvinkel av 300. Kolpartiklarna pla- cerades mellan upphettningselementet 1 och det värmeisolerande materialet 5 till en höjd av 1800 mm.

Det värmeisolerande materialet 5 utgjordes av en filt, framställd av aluminiumsilikat och av en tjocklek av 25 mm samt en höjd av 1800 mm.

Det yttre röret 6 var ett kvartsglasrör med en inner- diameter av 260 mm och en ytterdiameter av 270 mm. Högfrekvens- induktionsspolen 10 (100 kHz) innefattar det kopparrör med en innerdiameter av 10 mm och en ytterdiameter av 15 mm, genom vilket kylvatten fördes. Röret var lindat kring det yttre röret 6 spiralformigt 13 gånger och förbundet med en 40 kw oscillator.

Tätningsröret 11 bestod av ett järnhuvudrör med en inner- 450 538 15 diameter av 140 mm och en ytterdiameter av 160 mm samt ett järn- rör av en innerdiameter av 50 mm och en ytterdiameter av 70 mm, vilket sträckte sig från järnhuvudröret under en vinkel (d) av 1350. Inloppet och utloppet för den ínerta gasen hade båda en diameter av 20 mm. Avståndet mellan bottenplattan 7 och rullen 17 samt höjden från rullen 17 till tätningsrörets öppna ände 16 uppgick vardera till 50 cm.

Tätníngsrörets 11 nedre öppna ände var införd eller placerad i tätningsvätskan till ett djup av 25 mm, och avståndet mellan bottenplattan 7 och tätningsvätskenivån uppgick till 1500 mm.

Tio kolfibertrådar, som var och en bestod av 6000 kol- fibrer, som framställts av en akrylonitrilbaserad fibrer be- stående av 98 viktsprocent akrylonitril och 2 viktsprocent metylakrylat och med en kolhalt av 95 viktsprocent, en sträck- styrka av 320 kp/mmz, en sträckmodul av 24 ton/mm2 och en monofilamentdiameter av 7 Hm infördes i upphettningsapparaten enligt ovan. Upphettningselementets 1 maximitemperatur var 2850°C, och argon och kväve tillfördes genom inloppen 12 resp 9 i en takt av 10 l per minut samt togs ut i en takt av 2 l per minut genom utloppet 14.

Som en följd av operationen under de ovan angivna be- tingelserna var högfrekvensoscillationsuteffekten vid 2850°C 21 kW, medan den efter 300 timmar stabilt förblev vid 22 kW.

Kvalitetsförändringar med tiden för de erhållna grafítfibrerna framgår av nedanstående tabell. Såsom framgår av tabellen har de hög styrka och sträckmodul, och inga avsevärda kvalitets- ändringar kan iaktagas.

Tabell 2 Tid Sträckstyrka Sträckmodul (timmar) (kp/mmz) (ton/mmz) 50 280 37,0 100 283 37,1 200 280 37,0 300 282 37,2 Den beskrivna utföringsformen av uppfinningen kan på många sätt modifieras och varieras inom ramen för denna.

Claims (7)

450 558 16 PATENTKRAV

1. l. Vertikal upphettningsapparat för framställning av grafitfibrer av föroxiderade fibrer eller kolfibrer, k ä n n e t e c k n a d av ett rörformigt upphettnings- element (l), som alstrar värme genom högfrekvensinduktion, ett värmeisolerande materialskikt (4), som är anordnat kring och koaxiellt med det rörformiga upphettningselementet (l), vilket värmeisolerande materialskikt är sammansatt av kolpartiklar med en genomsnittlig korndiameter på från 0,5 till 1,5 mm och uppvisande en rasvinkel på 350 eller mindre, vilka partiklar utgöres av granulerat kolsvartpulver med ett karboniserat bindmedel, och har en genomsnittlig korndiameter på från ungefär 50 till 300 nm, samt en högfrekvensinduktionsenhet (10), vilken är anordnad kring och koaxiellt till det värme- isolerande materialskiktet (4), vilket rörformiga upphett~ ningselement (1) vid en övre del av detsamma är försett med ett fiberinföringsinlopp (19) och ett gasavgivningsutlopp (21), medan en nedre del är försedd med ett fiberurtagnings- ulopp (20) och ett inlopp (12) för införande av en inert gas.

2. Upphettningsapparat enligt patentkrav 1, k ä n n e - t e c k n a d bundet med en tätningsanordning, av att fiberurtagningsutloppet (20) är för~ som innefattar ett tätnings- rör (ll) med en övre öppning, medelst vilken fiber från fiberurtagningsutloppet (20) hos det rörformiga upphettnings- elementet (1) kan införas i tätningsröret (ll), ett inlopp (12) för införande av inert gas nära den övre öppna änden för införande av inert gas i det rörformiga upphettningselementet, en nedre öppen ände, genom vilken fibern tages ut, samt ett utlopp (14) för inert gas i närheten av den nedre öppna änden som inne- och genom vilket inert gas avges, samt en behållare, håller en tätningsvätska (l3L i vilken tätningsrörets nedre öppna ände (16) är införd och placerad, så att inertgas- utloppet (14) befinner sig vid tätningsvätskans (13) yta. 450 538 17

3. Upphettningsapparat enligt patentkrav 2, k ä n n e - t e c k n a d av att tätningsröret (ll) är krökt, så att dess nedre öppna ände (14) är belägen utanför förlängningslinjen för upphettningselementets (1) inre rörvägg för förhindrande av att strålningsvärme från värmeelementet träffar tätnings~ vätskan (13).

4. Upphettningsapparat enligt patentkrav 3, k.ä n n e - t e c k n a d av att tätningsröret (ll) är krökt på så sätt, att den vinkel kfl, som fibern(2) bildar vid tätningsrörets krökta del uppgår till åtminstone ungefär 120°.

5. Upphettníngsapparat enligt patentkrav 4, k ä n n e ~ t e c k n a d av att den vinkel (då, som fibern (2) bildar, uppgår till från ungefär 120 till 1500.

6. Upphettningsapparat enligt patentkrav 4, k ä n n e - t e c k n a d av att den vinkel (dJ, som fibern (2) bildar understiger l75°.

7. Upphettningsapparat enligt patentkrav l, k ä n n e - t e c k n a d av att förhållandet mellan densiteten för massan av kolpartiklarna och kolpartiklarnas densitet är från 0,01/1 till 0,90/1.