WO2011067392A1 - Fibers for producing composite materials - Google Patents

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WO2011067392A1 PCT/EP2010/068880 EP2010068880W WO2011067392A1 WO 2011067392 A1 WO2011067392 A1 WO 2011067392A1 EP 2010068880 W EP2010068880 W EP 2010068880W WO 2011067392 A1 WO2011067392 A1 WO 2011067392A1
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    • Y10T428/2918Rod, strand, filament or fiber including free carbon or carbide or therewith [not as steel]

Definitions

  • the present invention relates to fibers which are particularly suitable for the production of C / SiC composite materials, as well as processes for their preparation and their use for the production of composite materials.
  • US 4725635 describes an agent for post-treatment of synthetic fibers.
  • DE 44 38 455 and US Pat. No. 5,486,379 describe processes for the production of C / SiC composite materials, although the fiber material used to produce the composite has hitherto received little or no attention.
  • many papers teach carbon fiber and precursor fiber manufacturing processes, but most do not address the issue of how carbon fibers or their precursor fibers can be made and, if desired, surface treated to obtain high quality composites.
  • the object of the present invention is therefore to provide access to carbon fibers and their precursor fibers, which makes it possible to provide high quality fibers, which are particularly suitable for the production of composite materials, in particular of C / SiC composite materials.
  • Such a process should also allow a reliable, safe conversion of the starting materials into carbon fibers.
  • such a process should in principle also be suitable for the production of fibers from more problematic starting materials from the point of view of process engineering, such as, for example, polyacrylonitrile homopolymers, modacrylics or cellulose, and make it possible to carry out the reaction at comparatively low temperatures. For procedures in Industrial scale is also of great importance that the process can be carried out inexpensively.
  • Fig. 1 shows a SEM micrograph of a polyacrylonitrile fiber, which is used as starting material of the method according to the invention
  • Fig. 2 shows an ESEM photograph of a prior art gas phase oxidized and then carbonized 1450 ° C fiber
  • Fig. 3 is an ESEM photograph of a carbon fiber precursor fiber of the present invention from which the treatment fluid was not removed by a wash;
  • FIG. 4 shows an ESEM image of a carbon fiber precursor fiber according to the invention, from which the treatment fluid with methyl ethyl ketone has been at least partially removed;
  • Fig. 5 shows an ESEM photograph of a carbon fiber according to the invention, from which the treatment fluid was not removed by a washing process
  • Fig. 6 shows an ESEM image of a carbon fiber according to the invention, from which the treatment fluid with methyl ethyl ketone has been at least partially removed;
  • Fig. 7 shows schematically the temperature-time course of a treatment with treatment fluid;
  • Fig. 8 shows schematically a comparison of the chemical composition and density of precursor fibers according to the invention.
  • the object of the present invention is achieved by providing a process for producing carbonaceous fibers, in particular carbon fibers and / or their precursor fibers, which comprises: a) providing one or more starting material fibers; b) contacting the one or more source material fibers with at least one treatment fluid, wherein a treatment fluid comprises at least one silicone compound and has a content of 0-25% by weight of water based on the total weight of the treatment fluid; c) treating the one or more starting materials rialfasern with the treatment fluid during a treatment period of a duration of at least three minutes at a treatment temperature in a range of 126 ° C to 450 ° C; d) optionally post-treating the treatment fluid-treated fiber, wherein the aftertreatment comprises one or more mechanical aftertreatment operations and / or one or more wash operations; e) optionally drying the treated and optionally post-treated fiber; f) optionally obtaining the treated, optionally post-treated and / or optionally dried fiber.
  • the present invention provides carbon fibers and their precursor fibers
  • the carbon fibers according to the invention have a high carbon content, an advantageous density, a high content of silicon, in particular on and / or on the surface, and a good tensile strength and are outstandingly suitable for the production of composite materials, in particular for the production of C / SiC Composite materials.
  • the inventive method on an industrial scale can be realized, as well as reliable and easy to control.
  • the inventive method provides shorter process times and leads to good yields of carbon fibers, the carbon fibers also have a high carbon content and a low number of defects.
  • An important advantage of the method according to the invention is also that this also allows the production of carbon fibers starting from previously difficult starting materials, such as fibers based on homopolymer polyacrylonitrile or modacrylic and their hybrid fibers, or fibers based on pitch, lignin, viscose or cellulose since the process can provide for carrying out the initial oxidation reaction or the initial thermal stabilization or a portion of the initial oxidation reaction or a portion of the initial thermal stabilization at low temperatures.
  • the process according to the invention for producing carbon-containing fiber, in particular carbon fiber and / or its precursor fiber comprises in a first step the provision of one or more starting material fibers.
  • starting material fiber includes any carbon-containing fiber which can be used in particular for the production of carbon fibers and / or precursor fibers for the production of carbon fibers.
  • the plurality of starting material fibers may additionally comprise one or more fibers based on ceramics.
  • the process of the invention using one or more starting material fibers comprising or consisting of fibers selected from the group consisting of polyacrylonitrile-based fibers which are homopolymeric and / or polymeric copolymeric polyacrylonitrile, fibers based on polyacetylene, fibers based on polyphenylene, fibers based on cellulose, fibers Base of pitch, fibers based on lignin, fibers based on viscose, fibers based on polypropylene, blends of carbonaceous fibers and fibers based on ceramics, and mixtures thereof. Manufacturing processes for these fibers are each known to a person skilled in the art and are also explained below. For example, in polymer-based raw material fibers, the fibers may be made of the respective homopolymer and / or copolymer.
  • the method according to the invention comprises contacting the one or more starting material fibers with at least one treatment fluid, wherein a treatment fluid comprises at least one silicone compound and has a content of 0-25% by weight of water, based on the total weight of the treatment fluid and treating the one or more source material fibers with the treatment fluid for a treatment period of at least three minutes at a treatment temperature in a range of from 126 ° C to 450 ° C.
  • the one or more source material fibers may either already have a selected treatment temperature in the range of about 126 ° C to 450 ° C, especially in the range of 185 ° C to 282 ° C lower temperature, in particular below the range of treatment temperatures, for example a temperature in the range of 0 ° C to below about 126 ° C, in particular from the range of 0 ° C to below about 185 ° C, and from this temperature to the selected (n) temperature (s) are heated in the treatment temperature range.
  • a selected treatment temperature in the range of about 126 ° C to 450 ° C, especially in the range of 185 ° C to 282 ° C lower temperature, in particular below the range of treatment temperatures, for example a temperature in the range of 0 ° C to below about 126 ° C, in particular from the range of 0 ° C to below about 185 ° C, and from this temperature to the selected (n) temperature (s) are heated in the treatment temperature range.
  • the one or more source material fibers may be treated with the treatment fluid, which may be at a temperature below the treatment temperature range, eg, a temperature in the range of 0 ° C to below about 126 ° C, especially in the range of 0 ° C remains below about 185 ° C, remain in contact and remain there for a further period of time, for example of at least one minute.
  • the treatment fluid may be at a temperature below the treatment temperature range, eg, a temperature in the range of 0 ° C to below about 126 ° C, especially in the range of 0 ° C remains below about 185 ° C, remain in contact and remain there for a further period of time, for example of at least one minute.
  • the step of treating the starting material fibers with at least one treatment fluid does not necessarily have to be carried out with exclusion of oxygen or under an atmosphere with reduced oxygen content, but under an ambient air atmosphere (for example an atmosphere comprising about 76 wt % Nitrogen, about 23 wt% oxygen, about 1 wt% noble gases, based on the total weight of the atmosphere).
  • an oxygen-comprising gas may be introduced into the treatment fluid.
  • no addition of oxygen donors to the mixture or introduction of inert gas and / or oxygen through the mixture during the treatment step is mandatory; Optionally, therefore, can be dispensed with such an addition and / or such an introduction.
  • treatment fluid includes any fluid that comprises at least one silicone compound and is in a liquid or at least flowable state at the selected treatment temperatures.
  • the treatment fluid is at 20 ° C, preferably at 125 ° C, more preferably at 150 ° C, in particular at 165 ° C in a liquid or at least flowable state.
  • silicone compound as used in the present application includes any chemical, in particular any organic chemical
  • a compound comprising or consisting of silicon, carbon and hydrogen, and optionally, for example, oxygen and nitrogen.
  • Silicone compounds can be selected by a person skilled in the art on the basis of his specialist knowledge and the treatment temperature depending on the ignition point and / or
  • treating the starting material fibers with at least one treatment fluid includes not only treatment with a treatment fluid of constant or substantially constant temperature and / or composition, but also treatments in which the temperature or composition of the treatment fluid is varied during the treatment period.
  • the water content or the content of one or more silicone compounds can be changed. This can be done, for example, by adding water or one or more compounds to the mixture during the treatment period and / or increasing or decreasing the temperature during the treatment period.
  • treatment temperature describes the temperature of the treatment fluid in which the fibers to be treated are located or which surrounds these fibers.
  • Fibers with very advantageous properties for use in the manufacture of composites can be obtained when the treatment temperature is preferably in the range of 132 ° C to 362 ° C, preferably in the range of 136 ° C to 360 ° C, more preferably in a range of 165 ° C to 320 ° C, in particular in a range of 185 ° C to 282 ° C.
  • the treatment period may preferably be a duration of at least 5 minutes, preferably at least 9 minutes, preferably from 5 to 750 minutes, more preferably from 5 to 200 minutes, in particular from 3 to 120 minutes, more particularly from 17 to 100 minutes, even further especially from 21 to 65 minutes.
  • the processing of the starting material fibers can be carried out procedurally simply and advantageously by contacting, in particular dipping, the starting material fibers into a treatment fluid which has a temperature in the treatment temperature range or which is heated after contacting, in particular immersion, to a temperature in the treatment temperature range.
  • the source material fibers may be immersed in a treatment fluid in a container or bath.
  • Treatment of the starting material fibers can also be effected, for example, by an impregnation process, by brushing, by application by rolling or other methods known to a person skilled in the art.
  • the treatment fluid may comprise one or more silicone compounds.
  • the treatment fluid comprises at least one silicone compound selected from the group consisting of polydialkylsiloxanes, polydiarylsiloxanes, and polymonoalkylmonoarylsiloxanes.
  • the treatment fluid may be polydimethylsiloxanes, polyphenylmethylsiloxanes, polydiphenylsiloxanes and mixtures thereof.
  • An example of a treatment fluid is available under the trade name UCOTHERM X-BF from FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG, D-45481 Mülheim an der Ruhr.
  • Fibers with very good properties for use in composite materials can be obtained, for example, if the treatment fluid has a water content of 0.001-22% by weight, preferably 0.1-15% by weight, preferably 0.5-12% by weight. % in particular 0.8 to 8 wt.%, in each case based on the total weight of the treatment fluid.
  • the total content of silicone compounds in the treatment fluid may be, for example, at least 65% by weight, preferably 70-100% by weight, preferably 75-99% by weight, in particular 88-98% by weight, based on the total weight of the treatment fluid.
  • the treatment fluid may contain one or more additives, such as
  • lubricants for example, one or more lubricants, one or more
  • Stabilizers one or more viscosity regulators, one or more oxygen donors, such as manganese dioxide (manganese dioxide) or
  • Permanganates such as potassium permanganate, one or more corrosion inhibitors, organic and inorganic acids, organic and inorganic bases, salts, buffer mixtures, and formaldehyde. These additives can be selected by a person skilled in the art on the basis of his general knowledge and depending on the precursor fiber or carbon fiber to be produced and
  • the preparation of the at least one treatment fluid may be accomplished by one skilled in the art on the basis of his general knowledge.
  • the one or more silicone compound (s) and the water, and optionally one or more additives may be mixed by stirring.
  • Fibers of very good quality can be obtained, for example, if the step of treating the one or more source material fibers with the treatment fluid comprises treating the one or more source material fibers in a first temperature range and at least a second temperature range, wherein the lowest temperature of the at least a second temperature range is higher than the highest temperature of the first temperature range and the treatment begins with treating the one or more source material fibers in the first temperature range.
  • treatment in a first temperature range and “treatment in at least a second temperature range” encompass that the treatment may be at a particular temperature or in a range of temperatures.
  • the first temperature range may be a temperature range selected from the range of 126 ° C to 260 ° C, preferably selected from the range of 152 ° C to 250 ° C, preferably selected from the range of 190 ° C to 240 ° C , and / or the at least one second temperature range, a temperature range selected from the range of 140 ° C to 450 ° C, preferably selected from the range of 180 ° C to 290 ° C, preferably selected from the range of 195 ° C to 282 ° C, his.
  • the first and / or second temperature range may comprise either the entire range of temperatures specified in each case or a subarea thereof, which may comprise, for example, 10 ° C., preferably 5 ° C., preferably 2 ° C., in particular 1 ° C.
  • the term "the at least one second temperature range" may comprise, for example, a second to tenth temperature range, preferably a second to fifth temperature range, in particular a second to third temperature range.
  • the lowest temperature of the temperature range with the respective next highest temperature is preferably based on a temperature range with a considered numbering. each numbering higher than the highest temperature of the temperature range with the numbering considered.
  • the treatments preferably begin in the first temperature range, then take place in the second temperature range and are then optionally carried out in the third temperature range, then in the fourth temperature range, as well as in the other temperature ranges according to their numbering.
  • a first temperature range of 195 to 205 ° C, a second temperature range of 206 to 215 ° C, a third temperature range of 216 to 225 ° C extend.
  • a first temperature range of 218 to 222 ° C, a second temperature range of 223 to 227 ° C, a third temperature range of 228 to 232 ° C, a fourth temperature range of 233 to 237 ° C, a fifth temperature range of 238 to 242 ° C, a sixth temperature range of 243 to 247 ° C, a seventh temperature range of 248 to 252 ° C extend. Very good results can be obtained, in particular, if the first temperature range extends from 200 to 245 ° C., and the at least one second temperature range extends from 246 ° C. to 260 ° C.
  • Numerous temperature histories enable the treatment of the one or more source material fibers to occur in a first temperature range and at least a second temperature range, wherein the lowest temperature of the at least one second temperature range is higher than the highest temperature of the first temperature range.
  • the temperature of the treatment fluid may increase continuously or discontinuously throughout the treatment period or one or more sections of the treatment period.
  • the temperature may rise throughout the treatment period.
  • the temperature increase can be effected in any desired manner, for example linear or exponential.
  • the total duration of the one or more subsections of the treatment period with increasing temperature is at least 5%, preferably at least 30%, preferably at least 45%, in particular 5 to 20% of the total duration of the treatment period.
  • fibers having a very advantageous property profile can be obtained if periods of constant or essentially constant temperature alternate with periods of increasing temperature during the treatment period.
  • the term "constant temperature” can, in addition to keeping the temperature constant, also changes the temperature by, for example, up to + 5 ° C, preferably up to + 3 ° C, preferably up to + 2 ° C, as well as the term “substantially constant temperature” temperature changes by, for example, up to +5 ° C, preferably up to +3 ° C, preferably up to + 2 ° C, and slowly rising or falling temperatures, for example up to below 0.5 ° C per minute, preferably up to 0.3 ° C per minute.
  • High quality fibers in particular, can be obtained if the temperature of the treatment fluid is increased stepwise, at least during a portion of the treatment period.
  • the treatment period may comprise at least one period in which the temperature is kept constant at a temperature or substantially constant and / or comprise at least one further period of time during which the temperature is changed, preferably increased.
  • the treatment period comprises at least two, preferably at least three, more preferably at least five, even more preferably at least ten, in particular two to twelve periods during which the temperature is changed.
  • the temperature change can be carried out in any desired manner, for example linear or exponential.
  • the treatment period may be at least two, preferably at least three, more preferably at least five, even more preferably at least ten, in particular two to twelve periods of time during which the temperature is kept constant or substantially constant.
  • a period of time during which the temperature is kept constant or substantially constant may be a period of at least two minutes, preferably at least 5 minutes, preferably at least 15 minutes, more preferably at least 20 minutes, especially from 2 to 40 minutes especially from three to five minutes.
  • a period of time in which the temperature is changed a duration of at least two minutes, preferably of at least 5 minutes, preferably of at least 15 minutes, more preferably at least 20 minutes, in particular from two to 15 minutes, more particularly from three to five minutes.
  • Fibers of very good quality can be obtained if the ratio of the total duration of the time periods at which the temperature is kept constant or substantially constant to the total duration of the time intervals at which the temperature is changed is 1:10 to 15: 1, preferably 1 : 5 to 10: 1, more preferably 1: 2 to 2: 1.
  • the changing of the temperature may, for example, be such that the temperature of the treatment fluid is increased or decreased by 0.5 to 15 ° C for one minute, preferably by 5 to 10 ° C for one minute.
  • the temperature change during a temperature change period can, for example, increase or decrease linearly or exponentially, or can have any profile that can be selected by a person skilled in the art.
  • fibers having a particularly advantageous property profile may be obtained when the fibers are in a stressed state before and / or at least partially during the step of treating with the treatment fluid. It is advantageous in terms of process technology if, for example, the fibers present in a tensioned state are drawn through a mixture comprising at least one silicone compound and water, which is located, for example, in a container.
  • the transfer of the starting material fibers to a tensioned state can be achieved in any manner known to those skilled in the art. It is advantageous in terms of process technology, for example, if this takes place by clamping between one or more devices or by a strain on the train. Procedures by which fibers can be placed in a tensioned state are known to a person skilled in the art.
  • the treated with the treatment fluid fibers are subjected in a further process step of an optional post-treatment, wherein on the treated fibers remaining treatment fluid, in particular remaining silicone compounds and / or remaining water, at least partially or completely removed from the treated fibers.
  • the aftertreatment may include one or more mechanical aftertreatment operations and / or one or more washes. This can be done, for example, by subjecting the fibers to a pressing operation, for example by passing between rollers or pressing with absorbent material, for example paper, whereby the fluid present on or remaining on the fibers is at least partially removed. From a process engineering point of view, it is advantageous if these separated silicone compounds fertilize and / or this water is collected and optionally further used after cleaning or filtering in the process according to the invention.
  • the aftertreatment may also include dripping of the fibers, for example for at least 1 minute. Suctioning of the treatment fluid can also take place as aftertreatment.
  • the aftertreatment may include that a washing process with a solvent or a solvent mixture takes place. Such a washing process can be done for example by spraying a solvent or solvent mixture. The washing process can also be carried out by dipping the treated fibers once or several times in a solvent or solvent mixture or by passing or passing through the treated fibers through a container with a solvent or solvent mixture.
  • the solvent or solvent mixture may have a temperature in a washing operation, for example in a range of 0 ° C to the boiling point of the solvent or solvent mixture.
  • the washing process can be carried out in the form of an extraction, in particular a Soxhlet-type extraction or a flow-through extraction.
  • an extraction in particular a Soxhlet-type extraction or a flow-through extraction.
  • Soxhlet-type extractions are known to one skilled in the art and can be adapted to the application-specific problems encountered.
  • a construction of a Soxhlet extraction apparatus is shown, for example, in HGO Becker et al., Organikum, VEB Deutscher Verlag dermaschineen, 1988, ISBN 3-326-00076-6, pages 55-56.
  • Other embodiments are possible and can be selected by a person skilled in the art and adapted to the method according to the invention.
  • the fibers can be arranged on a solvent-permeable support and come there in contact with the respective solvent or solvent mixture.
  • a part of the treatment fluid dissolves in the solvent or solvent mixture or is entrained by this and passes through the solvent-permeable pad.
  • the mixture thus separated then passes, after passing through, into a container in which it is heated to boiling.
  • the component with the lowest boiling point, the solvent or solvent mixture is heated to boiling, separated and brought back into contact with the fibers to be extracted.
  • the fibers may be sonicated in a bath of solvent or solvent mixture.
  • a Post-treatment may also include applying silicone remover to the fiber, such aftertreatment being considered a washing operation in the present invention.
  • fluid still remains on the fiber previously treated with the treatment fluid.
  • both organic and inorganic solvents, as well as mixtures thereof, can be used. Fibers of particularly good quality can be obtained if, for a washing process, a solvent or a solvent mixture selected from the group consisting of water, isopropanol, methyl ethyl ketone, ethanol, hexane, pentane, toluene, xylene, benzene, acetone , Silicone remover and mixtures thereof.
  • one or more additives such as one or more lubricants, one or more stabilizers, one or more viscosity control agents, one or more antioxidants, one or more corrosion inhibitors may be added to the solvent or solvent mixture. These additives can be selected and adjusted in volume by a person skilled in the art on the basis of his or her general knowledge and depending on the precursor fiber or carbon fiber to be produced.
  • the washing process which is also referred to as desizing in the context of the present invention, is preferably carried out by, for example, bringing the fibers into contact with the chosen solvent, preferably extracted for at least 40 minutes, preferably for 230 to 250 minutes.
  • the solvents used are methyl ethyl ketone or silicone remover and their aqueous mixtures.
  • washing process it is likewise possible to use fibers which have been subjected to a washing process, optionally after a preceding pressing, draining off or aspiration of the treatment fluid.
  • the washing process can also be repeated.
  • a combination of one or more washes is possible.
  • Such a combination comprises two or more of the washing operations selected from the group consisting of: washing by spraying, washing by immersion, particularly by the action of ultrasound, and washing by extraction.
  • Post-treatments may be performed one or more times and optionally combined with one another by a person skilled in the art in any order based on general knowledge.
  • a washing process and / or a pressing process and / or a draining and / or a suctioning, stabilized fibers are optionally dried at a temperature in a range of 20 ° C to 170 ° C. Drying can be carried out in a gas mixture in the presence of oxygen, for example at a volume content of 18-35% by volume of oxygen, based on the total volume of the gas mixture, for example in an ambient air mixture or free of or substantially free of oxygen, for example at a volume content of less than 1 vol .-%, preferably less than 0.08 vol .-% of oxygen, each based on the total volume of the gas mixture.
  • precursor fibers which in the context of the present application are referred to as precursor fibers.
  • a polyacrylonitrile-based fiber was used as the starting material fiber, as the precursor fiber, a pre-oxidized polyacrylonitrile-based fiber, which is commonly referred to as PAN-Ox fiber, can be obtained.
  • PAN-Ox fiber a pre-oxidized polyacrylonitrile-based fiber, which is commonly referred to as PAN-Ox fiber.
  • Fibers of excellent quality can be obtained, for example, when a polyacrylonitrile-based fiber is used which, in addition to acrylonitrile, comprises 1% by weight of itaconic acid and 4.5% by weight of methyl acrylate.
  • the starting materials of the invention are preferably alfibers which are so-called endless fibers, that is to say fibers which, for example, can have a length of at least 5 cm, preferably at least 10 cm.
  • Continuous fibers z. B. in the form of a fiber coil may preferably be several kilometers long.
  • a very advantageous carbon fiber precursor fiber is obtainable, for example, according to a process comprising the process steps a) to c) given above and explained, and further the following steps: d) optionally after-treatment of the fiber treated with the treatment fluid, wherein the aftertreatment consists of a or several mechanical aftertreatment operations, and no washing occurs between step c) of the treatment and step e) of drying; e) drying the treated and optionally post-treated fiber.
  • This carbon fiber precursor fiber is also colloquially referred to as a "non-desized" carbon fiber precursor fiber.
  • a carbon fiber precursor fiber according to the invention may comprise silicon-containing deposits on its surface and may have a silicon content, for example in one
  • Range of at least 19 wt .-% preferably from 19.3 to 20.6 wt .-% and / or a carbon content of, for example 49.9 to 63.5 wt .-%, preferably from 50.0 to 63.4 Wt .-% and / or an oxygen content of, for example, 12.4 to 14.0 wt .-%, preferably from 12.5 to 13.9 wt .-% and / or a nitrogen content of, for example, 3.3 to 16.2 Wt .-%, preferably from 3.4 to 16.1 wt .-%, each based on the total weight of the silicon-containing deposits on its surface comprising carbon fiber precursor fiber.
  • the density of this fiber preferably has 1.22 to 1.44 g / cm 3 .
  • this fiber is obtainable starting from a fiber based on polyacrylonitrile.
  • the nitrogen content can be lowered and the carbon content increased.
  • the silicon is at least partially, especially predominantly, in the form of silicate compounds.
  • the position of the Si peak in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements indicates.
  • Fig. 3 shows fibers obtainable from polyacrylonitrile-based fibers which, after the step of treating with the treatment fluid, are merely pressed between paper and then dried at 105 ° C. Silicon-based deposits on or on the surface are clearly visible. Such a fiber which has not been subjected to washing is also referred to as non-desized, stabilized fiber in the context of the present invention.
  • fiber with deposits on its surface may include fibers that have deposits on and / or partially or completely in and / or partially or completely below their surface.
  • a finish, carbon fiber precursor fiber, finishing pads and / or coatings are preferably not covered by the term "deposits" in the context of the present application.
  • the deposits are wholly or at least partially in the form of particles which adhere to the fiber surface and / or rather do not penetrate, otherwise the fiber is destroyed or no longer present as fiber.
  • the particles may have any shape and may be, for example, flaky or substantially spherical.
  • the largest elongation of the particles smaller than 40 ⁇ , preferably less than 8 ⁇ , preferably less than 2 ⁇ be.
  • the largest elongation of the particles may be less than the largest fiber diameter, preferably less than one third of the largest fiber diameter, preferably less than one fifth of the largest fiber diameter.
  • Fig. 1 shows a polyacrylonitrile-based fiber used as the starting material fiber
  • Fig. 2 illustrates a fiber first oxidized in the gas phase according to a prior art method and then carbonized at 1450 ° C under an inert atmosphere.
  • the method according to the invention can optionally be combined with further treatment steps which take place before or after the step of treatment with the treatment fluid in which one or more further treatments are carried out prior to obtaining the precursor fiber, which comprises heating the treated fibers or the starting material fibers to one Temperature of more than 126 ° C, in particular more than 200 ° C include.
  • the method according to the invention may comprise a further treatment step, in which the treated fibers or the starting material fibers are brought into contact with an oxygen-containing gas, for example in an oven, at a temperature of more than 126 ° C., in particular more than 200 ° C.
  • the process of the invention preferably comprises only the step of treatment with the treatment fluid as a single process step at temperatures greater than 126 ° C , in particular more than 200 ° C, before an optional recovery of pre-oxidized carbon fiber precursor fibers and / or a final conversion to carbon fibers by performing a temperature treatment.
  • the method according to the invention can be carried out in such a way that the one or more fibers are treated after step c) of the treatment and before step g) of the temperature treatment with an atmosphere, which has a content of more than 5% by weight of oxygen and a temperature of 70 ° C or more, preferably 50 ° C or more, preferably 38 ° C or more, not or not more than over a period of, for example, one Minute comes in contact.
  • fibers that have been subjected to a washing process are shown in FIG. 4. These fibers, which are obtainable from a polyacrylonitrile-based fiber, after the step of treating with the treatment fluid, were pressed with paper, extracted with methyl ethyl ketone in a Soxhlet apparatus for 240 minutes, and then under ambient air atmosphere Dried at 105 ° C. Silicon-containing deposits on or on the surface are clearly visible. Fibers that have been subjected to one or more washes are referred to in the context of the present invention as "desized" fibers.
  • the term ambient air atmosphere may describe any air mixtures that are present in human workspaces and / or outdoors, in particular so-called atmospheric air.
  • compositions of these atmospheres are known to a person skilled in the art.
  • ambient atmosphere can describe atmospheres containing about 75-76% by weight of nitrogen, about 23-24% by weight of oxygen, about 1-2% by weight of noble gases, and optionally further gases with a content of less than 1 Wt .-%, based on the total weight of the atmosphere, include, as well as their mixtures with water vapor.
  • a very advantageous carbon fiber precursor fiber is obtainable, for example, according to a process comprising the above-mentioned steps a) to c) and further the following steps: d) aftertreatment of the treatment fluid-treated fiber by one or more washes and optional after-treatment by one or more mechanical post-treatment operations; e) optionally drying the post-treated fiber.
  • a carbon fiber precursor fiber according to the invention may have silicon-containing deposits on its surface and may have a silicon content, for example in a range of at least 0.5% by weight, preferably from 0.55 to 4.6% by weight, preferably from 2 , 0 to 4.5 wt .-% and / or a carbon content of, for example, 52.9 to 81, 6 wt .-%, preferably from 62.6 to 66.1 wt .-% and / or an oxygen content of, for example, 3 , 3 to 9.7 wt .-%, preferably from 5.6 to 9.6 wt .-% and / or a nitrogen content of, for example, 7.3 to 34.4 wt .-%, preferably from 21, 3 to 23 , 9 wt .-%, each based on the total weight of the silicon-containing deposits on its surface comprising carbon fiber precursor fiber.
  • the density of this fiber is preferably 1.30 to 1.50 g / cm 3 .
  • the nitrogen content can be lowered and the carbon content can be increased.
  • this fiber is obtainable starting from a fiber based on polyacrylonitrile.
  • the treatment duration and the treatment temperature are preferably selected such that carbon fiber precursor fibers are obtained in which a quantity of heat Q in the range from 175 to 310 J is released in a DSC measurement, determined according to DIN ISO 1 1357-3.
  • an optional aftertreatment of the fiber treated with the treatment fluid, as well as an optional drying of the aftertreated fiber it is optionally possible to obtain a recovery of the treated fiber, and optionally aftertreated and / or optionally dried fiber.
  • This fiber can then be converted into a carbon fiber in one or more further steps. However, if desired, no separate step of recovery is required, but the fiber may be subjected directly to one or more further conversion steps to carbon fiber after treatment with the treatment fluid.
  • a temperature treatment takes place. This temperature treatment can be carried out with the treated and optionally post-treated and / or optionally dried fiber obtained after the preceding process steps.
  • the fiber is exposed to one or more temperatures in the range of 450 ° C to 1800 ° C, preferably 450 ° C to 1620 ° C, under an inert atmosphere during a temperature treatment period.
  • the temperature treatment may additionally comprise a heating phase in which a heating, for example from 20 ° C, up to 450 ° C takes place and include a cooling phase in which cooling from 450 ° C to lower temperatures, for example up to 20 ° C takes place.
  • the temperature treatment period may be, for example, in the range of 1 to 10 hours, preferably in the range of 3 to 8 hours.
  • the treatment time may be 1-5 minutes at a temperature of 450 ° -1000 ° C and 1-5min at a temperature of 1000 ° C-1450 ° C.
  • Continuous process means that the fiber is pulled endlessly through two consecutive ovens.
  • the fibers are thermally treated at 450 ° -1000 ° C in an inert gas atmosphere.
  • Dwell times in the furnaces are each between 1 -5min, while the fiber is kept under tension by driven roller mills.
  • inert atmosphere in the context of the present invention includes any atmosphere that is free of oxygen or an oxygen content of less than 5 wt .-%, preferably less than 1 wt .-%, preferably less than 0, 2 wt .-%, more preferably less than 0.1 wt .-%, in particular less than 0.001 wt .-%, based on the total weight of the atmosphere, up.
  • a preferred inert atmosphere for example, has a content of at least 99.9 wt .-% of nitrogen and a residue of other gases, based on the total weight of the atmosphere.
  • the gases of the rest of noble gases, oxygen and carbon oxides preferably from noble gases.
  • an atmosphere having a pressure of less than 1 atm that is, an atmosphere obtained after a partial or substantial evacuation of the atmosphere-containing vessel, may also be used.
  • the inert atmosphere may advantageously comprise nitrogen and / or noble gases.
  • the temperature treatment is preferably carried out in such a way that a conversion of the fiber subjected to this treatment into a carbon fiber takes place.
  • carbon fibers can be recovered.
  • a temperature treatment such as, for example, coating of the carbon fibers or surface treatment of the carbon fibers.
  • the temperature treatment takes place in such a way that the temperature treatment takes place in a first temperature treatment temperature range and at least a second temperature treatment temperature range, the lowest temperature of the at least one second temperature treatment temperature range. higher than the highest temperature of the first temperature treatment
  • Temperature range is and the temperature treatment begins in the first temperature treatment temperature range.
  • the first temperature-treatment temperature range may be, for example, a temperature range selected from the range of 450 ° C. to 1000 ° C. (for which optionally, for example, heating of lower temperatures, for example 20 ° C., can take place), and / or for example, at least one second temperature range
  • the first and / or second temperature range may comprise either the entire range of temperatures specified in each case or a subarea thereof, which may comprise, for example, 10 ° C., preferably 5 ° C., preferably 2 ° C., in particular 1 ° C.
  • the temperature treatment may include, at least during a section, increasing the temperature, in particular increasing the temperature step by step.
  • the temperature treatment may be carried out for at least a period of time at a constant or substantially constant temperature and / or during at least a period of increasing temperature.
  • the term "constant temperature” may include, besides keeping the temperature constant, changes in temperature of, for example, up to + 10 ° C, preferably up to + 3 ° C, preferably up to + 2 ° C
  • the term "substantially constant temperature” may include changes in temperature, for example up to + 10 ° C, preferably up to + 3 ° C, preferably up to + 2 ° C, as well as slowly rising or falling temperatures, for example from up to below of 0.5 ° C per minute, preferably up to 0.3 ° C per minute.
  • a very advantageous carbon fiber is obtainable, for example, according to a method which comprises the above-described steps a) to c) and further the following steps: d) optionally after-treatment of the treated with the treatment fluid fiber, wherein the aftertreatment of one or more mechanical aftertreatment processes and there is no washing between step c) of the treatment and step f) of the temperature treatment; e) optionally drying the treated and optionally post-treated fiber; f) carrying out a temperature treatment of the treated, and optionally post-treated and / or optionally dried fiber, wherein the fiber is exposed during a temperature treatment period to a temperature of at least 450 ° C under an inert atmosphere.
  • a carbon fiber according to the invention may comprise silicon-containing deposits on its surface and may, for example, have a carbon content of from 94.0% by weight to 94.6% by weight, preferably from 94.2% by weight to 94.4% by weight. %, and / or a content of silicon in a range of more than 0.45 wt .-%, preferably from 0.48 wt .-% to 1, 0 wt .-%, preferably of 0.5 wt. % to 0.6 wt .-%, and / or a nitrogen content of 2.4 wt .-% to 2.9 wt .-%, preferably from 2.6 wt .-% to 2.7 wt.
  • Such a carbon fiber has a density which is preferably more than 1.20 g / cm 3 , and preferably a density in a range of 1.42 g / cm 3 to 1.82 g / cm 3 .
  • this fiber is obtainable starting from a fiber based on polyacrylonitrile.
  • the silicon is present at least partially, in particular predominantly, in the form of silicon dioxide. This is indicated by the position of the Si peak in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements.
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • the present invention also includes carbon fibers which have been subjected to one or more washing operations before the temperature treatment and which are obtainable, for example, by a process comprising the above-mentioned steps a) to c) and further the following steps: d) aftertreatment with the treatment fluid treated fiber by one or more washes and optionally aftertreated by one or more mechanical aftertreatment procedures; e) optionally drying the post-treated fiber; f) performing a thermal treatment of the post-treated and optionally dried fiber, wherein the fiber is exposed to a temperature of at least 450 ° C under an inert atmosphere during a temperature treatment period.
  • Such a carbon fiber is colloquially referred to as "desized" carbon fiber.
  • a carbon fiber according to the invention may comprise silicon-containing deposits on its surface.
  • a carbon fiber according to the invention has a density which is preferably more than 1.20 g / cm 3 , preferably a density in a range from 1.42 g / cm 3 to 1.82 g / cm 3 .
  • this carbon fiber is obtainable starting from a fiber based on polyacrylonitrile.
  • a surface treatment may be performed on the fiber obtained after the thermal treatment, particularly if the fiber is to be further processed into a composite material to improve the adhesion of the fiber in the matrix.
  • Carbon fibers which have been produced by the process according to the invention may have tensile strengths of more than 800 MPa, preferably a tensile strength of more than 1300 MPa, preferably a tensile strength of more than 1900 MPa, more preferably a tensile strength of more than 2800 MPa, in particular a tensile strength in the range of 1300 to 6560 MPa, determined according to DIN 65382.
  • carbon fibers produced by the process according to the invention which may have been subjected to an optional after-treatment, in particular a washing process, have moduli of elasticity of more than 60 GPa, preferably a modulus of elasticity of more than 150 GPa, preferably a modulus of elasticity of more than 210 GPa , in particular have a modulus of elasticity in the range of 150 to 275 GPa, determined according to DIN 65382.
  • Density of 1, 24 to 1, 81 g / cm 3 and a tensile strength of 250 to 6560 MPa preferably in combination have a density of 1, 65 to 1, 81 g / cm 3 and a tensile strength of 1900 to 6560 MPa.
  • An advantageous property profile, in particular for the production of composite materials also have carbon fibers having a density of 1, 64 to 1 82 g / cm 3 and a fiber shrinkage of less than 28% in combination.
  • the carbon fibers according to the invention which are obtainable for example by the process according to the invention, may have a diameter in the range from 5 to 13 ⁇ m, preferably from 6 to 8.6 ⁇ m.
  • a fiber suitable as a starting material fiber is a fiber based on polyacrylonitrile, wherein such a fiber is also referred to as "polyacrylonitrile fiber" in the context of the present application.
  • polyacrylonitrile fiber Homopolymer polyacrylonitrile and / or copolymeric polyacrylonitrile can be used as the polyacrylonitrile.
  • any method of the prior art may be selected by a person skilled in the art.
  • the fiber fineness of a starting material fiber may be, for example, in a range of 0.9 to 2.4 dtex.
  • the polyacrylonitrile is a polymer which comprises at least 50% by weight, preferably at least 95% by weight, in particular from 96 to 99% by weight of acrylonitrile units (as monomer units) , based on the total weight of the polymer.
  • the polyacrylonitrile may be so-called modacrylic, that is to say a polymer which consists of more than 50% by weight and less than 85% by weight of acrylonitrile units, based on the total weight of the polymer.
  • a fiber based on polyacrylonitrile may have further components and additives known to the person skilled in the art.
  • the polymer may be an organometallic polymer, that is, a polymer comprising metal atoms in the polymer chain or complexed, but preferably no such polymer is used to make the starting material fibers.
  • a starting material fiber comprises a polymer comprising at least 80% by weight of acrylonitrile units (as monomer units), and 1 to 3% by weight of itaconic acid units (as monomer units), and 3 to 5% by weight of methyl acrylate units (as Monomer units), in each case based on the total weight of the polymer.
  • Co-polymeric polyacrylonitrile can be obtained, for example, by polymerizing acrylonitrile with a (co) monomer copolymerizable therewith, for example by solution polymerization, by redox polymerization or by slurry polymerization.
  • Vinylcarbonchurederivat such as methacrylic acid, itaconic acid; a halogenated vinyl compound such as, but not limited to, vinyl chloride; a (meth) acrylate derivative such as, but not limited to, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, dimethylaminoethyl (meth ) acrylate; and further, for example, methacrylamide, styrene.
  • a starting material fiber comprises co-polymeric polyacrylonitrile.
  • Feedstock fibers for making a pitch-based precursor fiber can be both isotropic and anisotropic pitch fibers.
  • mesophase pitch is melt-spun and stretched as long as it is plastically deformable to produce pitch fibers having a preferred orientation.
  • Suitable preparation methods are known in the art and are described, for example, in the publication by E. Fitzer, LM Manocha, “Carbon Reinforcements and Carbon / Carbon Composites", Springer Verlag, Berlin, 1998, ISBN 3-540-62933-5, p. 24-34, as well as in the patent DE 697 32 825 T2 explained.
  • cellulose fibers may be used especially regenerated cellulose: viscose, cupro, modal, cellulose residues: acetate and triacetate.
  • Ceramic fibers may be selected, for example, at least one compound selected from alumina, zirconia, SiNC, SiBNC, SiC, B 4 C, BN, Si 3 N 4, TiC, WC, and include mixtures thereof or therefrom completely or at least 90 wt .-%, preferably at least 93 wt .-%, based on the total weight of the fibers consist.
  • ceramic fibers may be basalt fibers and / or glass fibers or a mixture thereof with other ceramic fibers.
  • fibers, in particular high-temperature fibers, based on Si, C, B, N, Al or compounds thereof in the document DE 197 1 1 829 C1 are described.
  • a determination of the density of fibers can be made in particular according to DIN 65569, Part 1. b) Tensile strength and Young's modulus
  • a determination of the tensile strength and the modulus of elasticity can be carried out in particular according to DIN 65382. c) fineness of fibers
  • a determination of the fineness of fibers can be made in particular according to DIN 60905, sheet 1. d) Determination of the content of C, H, N, O
  • the determination of the content of C, H, N, O can be carried out in particular by an elemental analysis device for determining the content of C, H, N and O, which can be based in particular on the principle of dynamic spontaneous combustion.
  • a sample preparation can be carried out in particular by drying at 105 ° C to constant weight.
  • an EDX detection can be carried out to determine the silicon content.
  • a sample preparation can preferably be carried out by drying at 105 ° C to constant weight.
  • EDX detections of carbon fibers can be carried out in particular in SEM (Scanning Electron Microscope).
  • SEM Sccanning Electron Microscope
  • the device used was the model GEMINI DSM 982 of the device manufacturer LEO. All observations on the SEM to determine the content of silicon are made at an acceleration voltage of 5 kV.
  • EDX detections of carbon fiber precursor fibers can be performed on the ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope).
  • the device used was the model XL 30 ESEM FEG of the device manufacturer FEI Company. All measurements on the ESEM to determine the silicon content are made at an accelerating voltage of 10 kV. d) fineness of fibers
  • a determination of the fineness of fibers can preferably be made according to DIN 60905, sheet 1. e) fiber shrinkage
  • the MSC basic C used in combination with the temperature controller TC 3, with which a self-contained oil heating could be realized (manufacturer of the plate and the controller: yellow line) .
  • the open design made it possible to use the PAN (polyacrylonitrile) fibers at a defined oil temperature.
  • the oil was constantly mixed with the integrated magnetic stirrer during the experiments. Thanks to the strong heat loss to the sides, the oil bath was insulated with ceramic wool, so that the temperature range of 200 ° C to 280 ° C.
  • the oil temperature was kept constant during the heat treatment and only the stabilization time varied.
  • the PAN fiber was immersed at 210 ° C, 220 ° C and 230 ° C oil temperature. The fibers were removed from the oil after 55 minutes, 200 minutes, 300 minutes, 420 minutes and 720 minutes, respectively.
  • Fiber “PanOx 2" was removed after 10 minutes hold at 200 ° C, fiber “PanOx 3" was taken after reaching a temperature of 210 ° C and holding this temperature for 10 minutes, fiber “PanOx 4" became after reaching a temperature taken from 220 ° C and 10 minutes holding this temperature, fiber “PanOx 5" was taken after reaching a temperature of 230 ° C and 10 minutes holding this temperature, etc. Fiber “PanOx 10" was finally reached after reaching a temperature of 280 ° C and 10 minutes holding this temperature removed.
  • Fig. 7 illustrates the temperature profile in a fiber treatment with stepwise increase in temperature.
  • fiber samples were dabbed with paper only after treatment with the treatment fluid to remove the oil remaining on the fibers.
  • such fibers are also referred to as "non-desized" fibers.
  • fibers were dropped after draining with paper of Soxhlet extraction with toluene or isopropanol or acetone for 240 hours Minutes. Depending on the particular solvent chosen and the extraction time, the extent of removal of the treatment fluid can be controlled. In addition, cleaning tests were carried out in an ultrasonic bath with the solvents acetone, isopropanol and toluene in some series of experiments.
  • the tube furnace LORA 1800-32-600-1 HTM Reetz GmbH
  • the sample chamber was purged with nitrogen to ensure the lowest possible concentration of oxygen in the furnace during carbonation and to divert the gases produced during sample conversions.
  • an oxygen content of less than 1% by weight based on the total weight of the atmosphere in the tube furnace, this was measured with a lambda probe (Bosch, model 0258 104 004) in the exhaust gas path. Both the lambda probe voltage signal and the temperatures measured with the thermocouple integrated in the furnace were recorded during each carbonation process.
  • the samples were placed at each carbonation pass as close as possible to the middle of the working tube and thus also in the immediate vicinity of the thermocouple.
  • the fibers were stored either on a piece of graphite or in a 10cm long Zirkonschiffchen so as not to unnecessarily pollute the working tube of the furnace.
  • Various temperature profiles were investigated in series of experiments.
  • Temperature Profile I is carried out as follows: Heating was carried out at 500 ° C for 1.5 hours, during which the temperature was kept constant at 500 + 25 ° C for the next 30 minutes, then the temperature became 8 during the next 2.75 hours Increased levels to 1450 ° C and then allowed to cool for 2.5 hours at 550 ° C.
  • Temperature profile II is carried out as follows: first, heating takes place at a heating rate of 250 ° C./h to 1000 ° C., then holding the temperature for 2 minutes. Subsequently, heating takes place at a heating rate of 250 ° C / h to 1375 ° C, then holding the temperature at 1375 ° C for 2 minutes. This is followed by cooling to room temperature.
  • Temperature profile III is carried out as follows: First, it is heated at a heating rate of 250 ° C / h to 1000 ° C, then holding the temperature for 2 minutes. Subsequently, heating takes place at a heating rate of 250 ° C / h to 1320 ° C, then holding the temperature of 1320 ° C for 2 minutes. This is followed by cooling to room temperature.
  • the pre-oxidized polyacrylonitrile fiber "PanOx 10" the preparation of which is described in Example 1, was subjected to extraction and drying according to Example 2a and then to a temperature treatment (carbonization) according to temperature profile I. Since the modulus of elasticity for this fiber is "C fiber 10" low, this fiber was carbonized only up to 1000 ° C.
  • SAF fibers fibers based on polyacrylonitrile, comprising 1.5% by weight of itaconic acid and 4.5% by weight of methyl acrylate
  • a silicone oil bath UCONENTIAL X-BF from FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG, D-45481 Mülheim an der Ruhr
  • This oil bath temperature was maintained for 20 minutes, then the temperature was raised to 250 ° C over 10 minutes and the temperature maintained for 30 minutes.
  • the fibers were blotted with paper and then a Soxhlet extraction with Subjected to methyl ethyl ketone for 240 minutes.
  • the carbon fiber thus produced has the following characteristics: density 1, 753 g / cm 3 , tensile strength 2844 MPa, modulus of elasticity 218 GPa, diameter 7.0 ⁇ .

Abstract

The invention relates to a method for producing carbon-containing fibers, in particular carbon fibers and/or the precursor fibers thereof, comprising the following steps: a) providing one or more starting material fibers; b) bringing the one or more starting material fibers in contact with at least one treatment fluid, wherein a treatment fluid comprises at least one silicon compound and has a content of 0 - 25 wt.% water, in relation to the total weight of the treatment fluid; c) treating the one or more starting material fibers with the treatment fluid during a treatment time having a duration of at least three minutes at a treatment temperature ranging from 126ºC to 450ºC. The invention further relates to carbon fibers and carbon fiber precursor fibers, which can be produced in particular according to the method of the invention, and to the use thereof.

Description

Fasern zur Herstellung von Verbundwerkstoffen  Fibers for the production of composite materials
Die vorliegende Erfindung betrifft Fasern, die insbesondere zur Herstellung von C/SiC-Verbundwerkstoffen geeignet sind, sowie Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen. The present invention relates to fibers which are particularly suitable for the production of C / SiC composite materials, as well as processes for their preparation and their use for the production of composite materials.
Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen und insbesondere von C/SiC- Verbund Werkstoffen sind seit zahlreichen Jahren bekannt. Üblicherweise wird bei der Herstellung eines C/SiC-Verbund Werkstoffs ein Kohlenstoffkörper mit einem geeigneten Infiltrationsmittel, beispielsweise flüssigem Silizium, infiltriert und hierbei durch eine chemische Reaktion unter Bildung von Siliziumcarbid keramisiert. Processes for producing composites, and in particular C / SiC composite materials have been known for many years. Typically, in the manufacture of a C / SiC composite material, a carbon body is infiltrated with a suitable infiltrant, such as liquid silicon, and ceramified by a chemical reaction to form silicon carbide.
US 4725635 beschreibt ein Agens zur Nachbehandlung von synthetischen Fasern. Beispielsweise beschreiben die Schriften DE 44 38 455 und US 5,486,379 Verfahren zur Herstellung von C/SiC-Verbundwerkstoffen, wobei jedoch das zur Herstellung des Verbundwerkstoffs verwendete Fasermaterial bislang keine oder nur geringe Aufmerksamkeit erfuhr. Ebenso lehren zahlreiche Schriften Herstellungsverfahren von Kohlenstofffasern und deren Vorstufenfasern, wenden sich jedoch zumeist nicht der Frage zu, wie Kohlenstofffasern oder deren Vorstufenfasern hergestellt und gegebenenfalls oberflächenbehandelt werden können, um Verbundwerkstoffe in hoher Qualität gewinnen zu können. US 4725635 describes an agent for post-treatment of synthetic fibers. For example, DE 44 38 455 and US Pat. No. 5,486,379 describe processes for the production of C / SiC composite materials, although the fiber material used to produce the composite has hitherto received little or no attention. Likewise, many papers teach carbon fiber and precursor fiber manufacturing processes, but most do not address the issue of how carbon fibers or their precursor fibers can be made and, if desired, surface treated to obtain high quality composites.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Zugang zu Kohlenstofffasern und deren Vorstufenfasern bereitzustellen, der es ermöglicht qualitativ hochwertige Fasern bereitzustellen, die sich insbesondere für eine Herstellung von Verbundwerkstoffen, insbesondere von C/SiC-Verbund Werkstoffen, eignen. Ein derartiges Verfahren sollte zudem eine zuverlässige, sichere Umwandlung der Ausgangsmaterialien in Kohlenstofffasern ermöglichen. Weiterhin sollte sich ein derartiges Verfahren grund- sätzlich auch zur Herstellung von Fasern aus unter verfahrenstechnischen Gesichtspunkten problematischeren Ausgangsmaterialien, wie beispielsweise aus Polyacryl- nitril-Homopolymeren, Modacryl oder Cellulose, eignen und eine Durchführung der Reaktion bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen ermöglichen. Bei Verfahren im industriellen Maßstab ist zudem von hoher Wichtigkeit, dass das Verfahren kostengünstig ausgeführt werden kann. The object of the present invention is therefore to provide access to carbon fibers and their precursor fibers, which makes it possible to provide high quality fibers, which are particularly suitable for the production of composite materials, in particular of C / SiC composite materials. Such a process should also allow a reliable, safe conversion of the starting materials into carbon fibers. Furthermore, such a process should in principle also be suitable for the production of fibers from more problematic starting materials from the point of view of process engineering, such as, for example, polyacrylonitrile homopolymers, modacrylics or cellulose, and make it possible to carry out the reaction at comparatively low temperatures. For procedures in Industrial scale is also of great importance that the process can be carried out inexpensively.
Beigefügte Figuren zeigen in erläuternder und nicht-einschränkender Weise erfin- dungsgemäße Fasern, sowie erläuternde Diagramme: Attached figures show in an illustrative and non-restrictive manner inventive fibers, as well as illustrative diagrams:
Fig. 1 zeigt eine REM-Aufnahme einer Polyacrylnitrilfaser, die als Ausgangsmaterial des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt wird; Fig. 1 shows a SEM micrograph of a polyacrylonitrile fiber, which is used as starting material of the method according to the invention;
Fig. 2 zeigt eine ESEM-Aufnahme einer zunächst in der Gasphase oxidierten und dann bei 1450 °C karbonisierten Faser des Stands der Technik;  Fig. 2 shows an ESEM photograph of a prior art gas phase oxidized and then carbonized 1450 ° C fiber;
Fig. 3 zeigt eine ESEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser, von der das Behandlungsfluid nicht durch einen Waschvorgang entfernt wurde;  Fig. 3 is an ESEM photograph of a carbon fiber precursor fiber of the present invention from which the treatment fluid was not removed by a wash;
Fig. 4 zeigt eine ESEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Kohlenstofffaser-Vor- stufenfaser, von der das Behandlungsfluid mit Methyl-Ethyl-Keton zumindest teilweise entfernt wurde;  4 shows an ESEM image of a carbon fiber precursor fiber according to the invention, from which the treatment fluid with methyl ethyl ketone has been at least partially removed;
Fig. 5 zeigt eine ESEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Kohlenstofffaser, von der das Behandlungsfluid nicht durch einen Waschvorgang entfernt wurde;  Fig. 5 shows an ESEM photograph of a carbon fiber according to the invention, from which the treatment fluid was not removed by a washing process;
Fig. 6 zeigt eine ESEM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Kohlenstofffaser, von der das Behandlungsfluid mit Methyl-Ethyl-Keton zumindest teilweise entfernt wurde; Fig. 7 zeigt schematisch den Temperatur-Zeit-Verlauf einer Behandlung mit Behandlungsfluid; Fig. 6 shows an ESEM image of a carbon fiber according to the invention, from which the treatment fluid with methyl ethyl ketone has been at least partially removed; Fig. 7 shows schematically the temperature-time course of a treatment with treatment fluid;
Fig. 8 zeigt schematisch einen Vergleich der chemischen Zusammensetzung und Dichte erfindungsgemäßer Vorstufenfasern.  Fig. 8 shows schematically a comparison of the chemical composition and density of precursor fibers according to the invention.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung von kohlenstoffhaltigen Fasern, insbesondere von Kohlenstofffasern und/oder deren Vorstufenfasern, welches umfasst: a) Bereitstellen von einer oder mehreren Ausgangsmaterialfasern; b) In Kontakt Bringen der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit mindestens einem Behandlungsfluid, wobei ein Behandlungsfluid mindestens eine Silikonverbindung umfasst und einen Gehalt von 0 - 25 Gew.-% an Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht des Be- handlungsfluids, aufweist; c) Behandeln der einen oder mehreren Ausgangsmate- rialfasern mit dem Behandlungsfluid während einer Behandlungszeitspanne mit einer Dauer von mindestens drei Minuten bei einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von 126 °C bis 450 °C; d) optional Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid behandelten Faser, wobei das Nachbehandeln einen oder mehrere me- chanische Nachbehandlungsvorgänge und/oder einen oder mehrere Waschvorgänge umfasst; e) optional Trocknen der behandelten und optional nachbehandelten Faser; f) optional Gewinnen der behandelten, sowie optional nachbehandelten und/oder optional getrockneten Faser. Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung Kohlenstofffasern und deren Vorstufenfasern gemäß den Ansprüchen 15, 19, 23 und 27 bereit. Zudem lehrt die vorliegende Erfindung eine Verwendung von Kohlenstofffasern und deren Vorstufenfasern gemäß Anspruch 32. Bevorzugte Ausführungsformen sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. The object of the present invention is achieved by providing a process for producing carbonaceous fibers, in particular carbon fibers and / or their precursor fibers, which comprises: a) providing one or more starting material fibers; b) contacting the one or more source material fibers with at least one treatment fluid, wherein a treatment fluid comprises at least one silicone compound and has a content of 0-25% by weight of water based on the total weight of the treatment fluid; c) treating the one or more starting materials rialfasern with the treatment fluid during a treatment period of a duration of at least three minutes at a treatment temperature in a range of 126 ° C to 450 ° C; d) optionally post-treating the treatment fluid-treated fiber, wherein the aftertreatment comprises one or more mechanical aftertreatment operations and / or one or more wash operations; e) optionally drying the treated and optionally post-treated fiber; f) optionally obtaining the treated, optionally post-treated and / or optionally dried fiber. Furthermore, the present invention provides carbon fibers and their precursor fibers according to claims 15, 19, 23 and 27. In addition, the present invention teaches a use of carbon fibers and their precursor fibers according to claim 32. Preferred embodiments are given in the subclaims, respectively.
Während der zahlreichen Versuche, die zu der vorliegenden Erfindung führten, wurde überraschenderweise festgestellt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur Kohlenstofffasern und deren Vorstufenfasern mit sehr vorteilhaften Kombinationen von Materialeigenschaften erhalten werden können, sondern dass darüber hinaus das erfindungsgemäße Verfahren auch die Umwandlung der Ausgangsmaterialien bei hoher Verfahrenssicherheit ermöglicht. Insbesondere ist in ho- hem Maße vorteilhaft, dass das erfindungsgemäße Verfahren optional bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen ausgeführt werden kann und optional ein direkter Kontakt der Fasern mit einer sauerstoffhaltigen Gasphase bei erhöhter Temperatur vollständig oder zumindest teilweise während der Herstellung der Kohlenstoff- faser-Vorstufenfaser vermieden werden kann. Zudem weisen die erfindungsgemäß hergestellten Kohlenstofffasern einen hohen Kohlenstoffgehalt, eine vorteilhafte Dichte, einen hohen Gehalt an Silizium, insbesondere auf und/oder an der Oberfläche, und eine gute Zugfestigkeit auf und eignen sich hervorragend zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, insbesondere zur Herstellung von C/SiC-Verbundwerkstof- fen. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren im industriellen Maßstab verwirklichbar, sowie zuverlässig und einfach steuerbar. Weiterhin stellt das erfindungsgemäße Verfahren kürzere Prozesszeiten bereit und führt zu guten Ausbeuten an Kohlenstofffasern, wobei die Kohlenstofffasern zudem einen hohen Kohlenstoffgehalt und eine geringe Anzahl an Fehlstellen aufweisen. Durch die Behandlung der Fasern mit einem Behandlungsfluid erfolgt zudem ein vorteilhafter Wärmeübergang, so dass das erfindungsgemäße Verfahren eine gute Ausnutzung der eingesetzten Energie aufweist. Ein wichtiger Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zudem, dass dieses auch die Herstellung von Kohlenstofffasern ausgehend von bislang schwierigen Ausgangsmaterialien, wie beispielsweise von Fasern auf Basis von homopolymerem Polyacrylnitril oder Modacryl und deren Hybridfasern, oder Fasern auf Basis von Pech, Lignin, Viskose oder Cellulose ermöglicht, da das Verfahren eine Durchfüh- rung der anfänglichen Oxidationsreaktion oder der anfänglichen thermischen Stabilisierung oder eines Abschnitts der anfänglichen Oxidationsreaktion oder eines Abschnitts der anfänglichen thermischen Stabilisierung bei niedrigen Temperaturen bereitstellen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffhaltiger Faser, insbesondere von Kohlenstofffaser und/oder deren Vorstufenfaser, umfasst in einem ersten Schritt das Bereitstellen von einer oder mehreren Ausgangsmaterialfasern. During the numerous experiments that led to the present invention, it was surprisingly found that not only carbon fibers and their precursor fibers can be obtained with very advantageous combinations of material properties by the inventive method, but also that the inventive method also the conversion of the starting materials at high process security allows. In particular, it is highly advantageous that the process according to the invention can optionally be carried out at comparatively low temperatures and optionally direct contact of the fibers with an oxygen-containing gas phase at elevated temperature completely or at least partially avoided during the production of the carbon fiber precursor fiber can. In addition, the carbon fibers according to the invention have a high carbon content, an advantageous density, a high content of silicon, in particular on and / or on the surface, and a good tensile strength and are outstandingly suitable for the production of composite materials, in particular for the production of C / SiC Composite materials. In addition, the inventive method on an industrial scale can be realized, as well as reliable and easy to control. Furthermore, the inventive method provides shorter process times and leads to good yields of carbon fibers, the carbon fibers also have a high carbon content and a low number of defects. By treating the In addition, fibers with a treatment fluid are subject to an advantageous heat transfer, so that the method according to the invention has a good utilization of the energy used. An important advantage of the method according to the invention is also that this also allows the production of carbon fibers starting from previously difficult starting materials, such as fibers based on homopolymer polyacrylonitrile or modacrylic and their hybrid fibers, or fibers based on pitch, lignin, viscose or cellulose since the process can provide for carrying out the initial oxidation reaction or the initial thermal stabilization or a portion of the initial oxidation reaction or a portion of the initial thermal stabilization at low temperatures. The process according to the invention for producing carbon-containing fiber, in particular carbon fiber and / or its precursor fiber, comprises in a first step the provision of one or more starting material fibers.
Der Begriff "Ausgangsmaterialfaser", wie er in der vorliegenden Anmeldung verwen- det wird, umfasst jegliche Kohlenstoff enthaltende Faser, die insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern und/oder von Vorstufenfasern für eine Herstellung von Kohlenstofffasern eingesetzt werden kann. Neben einer oder mehreren Kohlenstoff enthaltenden Fasern, die insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern und/oder von Vorstufenfasern für eine Herstellung von Kohlenstofffasern eingesetzt werden können, können die mehreren Ausgangsmaterialfasern zudem eine oder mehrere Fasern auf Basis von Keramik umfassen. The term "starting material fiber" as used in the present application includes any carbon-containing fiber which can be used in particular for the production of carbon fibers and / or precursor fibers for the production of carbon fibers. In addition to one or more carbon-containing fibers, which may be used in particular for the production of carbon fibers and / or precursor fibers for the production of carbon fibers, the plurality of starting material fibers may additionally comprise one or more fibers based on ceramics.
Besonders gute Ergebnisse wurden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bei einer Verwendung von einer oder mehreren Ausgangsmaterialfasern erhalten, die Fasern umfassen oder aus diesen bestehen, die ausgewählt sind, aus der Gruppe bestehend aus, Fasern auf Basis von Polyacrylnitril, wobei es sich um homopolymeres und/oder copolymeres Polyacrylnitril handeln kann, Fasern auf Basis von Polyacety- len, Fasern auf Basis von Polyphenylen, Fasern auf Basis von Zellulose, Fasern auf Basis von Pech, Fasern auf Basis von Lignin, Fasern auf Basis von Viskose, Fasern auf Basis von Polypropylen, Gemische von kohlenstoffhaltigen Fasern und Fasern auf Basis von Keramik, und deren Gemischen. Herstellungsverfahren für diese Fasern sind einem Fachmann jeweils bekannt und werden zudem nachstehend erläu- tert. Bei Ausgangsmaterialfasern auf Basis von Polymeren können die Fasern beispielsweise aus dem jeweiligen Homopolymer und/oder Copolymer hergestellt sein. Particularly good results have been obtained in the process of the invention using one or more starting material fibers comprising or consisting of fibers selected from the group consisting of polyacrylonitrile-based fibers which are homopolymeric and / or polymeric copolymeric polyacrylonitrile, fibers based on polyacetylene, fibers based on polyphenylene, fibers based on cellulose, fibers Base of pitch, fibers based on lignin, fibers based on viscose, fibers based on polypropylene, blends of carbonaceous fibers and fibers based on ceramics, and mixtures thereof. Manufacturing processes for these fibers are each known to a person skilled in the art and are also explained below. For example, in polymer-based raw material fibers, the fibers may be made of the respective homopolymer and / or copolymer.
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ein in Kontakt Bringen der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit mindestens einem Behandlungsfluid, wobei ein Behandlungsfluid mindestens eine Silikonverbindung umfasst und einen Gehalt von 0 - 25 Gew.-% an Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht des Be- handlungsfluids, aufweist und ein Behandeln der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit dem Behandlungsfluid während einer Behandlungszeitspanne mit einer Dauer von mindestens drei Minuten bei einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von 126 °C bis 450 °C erfolgt. Furthermore, the method according to the invention comprises contacting the one or more starting material fibers with at least one treatment fluid, wherein a treatment fluid comprises at least one silicone compound and has a content of 0-25% by weight of water, based on the total weight of the treatment fluid and treating the one or more source material fibers with the treatment fluid for a treatment period of at least three minutes at a treatment temperature in a range of from 126 ° C to 450 ° C.
Bei dem in Kontakt Bringen der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit dem Behandlungsfluid kann dieses entweder bereits eine gewählte Behandlungstemperatur aus dem Bereich von etwa 126 °C bis 450 °C, insbesondere aus dem Bereich von 185 °C bis 282 °C, aufweisen, oder eine niedrigere Temperatur, insbesondere unterhalb des Bereichs der Behandlungstemperaturen, beispielsweise eine Temperatur aus dem Bereich von 0°C bis unter etwa 126 °C, insbesondere aus dem Bereich von 0°C bis unter etwa 185°C, aufweisen und von dieser Temperatur auf die gewählte(n) Temperatur(en) im Behandlungstemperaturbereich erhitzt werden. Op- tional können nach dem Ende der Behandlungszeitspanne die eine oder mehrere Ausgangsmaterialfasern mit dem Behandlungsfluid, das dann eine Temperatur unterhalb des Behandlungstemperaturbereichs, beispielsweise eine Temperatur aus dem Bereich von 0 °C bis unter etwa 126 °C, insbesondere aus dem Bereich von 0°C bis unter etwa 185°C, aufweist, in Kontakt bleiben und dort für eine weitere Zeit- spanne, beispielsweise von mindestens einer Minute, verbleiben. Upon contacting the one or more source material fibers with the treatment fluid, it may either already have a selected treatment temperature in the range of about 126 ° C to 450 ° C, especially in the range of 185 ° C to 282 ° C lower temperature, in particular below the range of treatment temperatures, for example a temperature in the range of 0 ° C to below about 126 ° C, in particular from the range of 0 ° C to below about 185 ° C, and from this temperature to the selected (n) temperature (s) are heated in the treatment temperature range. Optionally, after the end of the treatment period, the one or more source material fibers may be treated with the treatment fluid, which may be at a temperature below the treatment temperature range, eg, a temperature in the range of 0 ° C to below about 126 ° C, especially in the range of 0 ° C remains below about 185 ° C, remain in contact and remain there for a further period of time, for example of at least one minute.
Ohne dass die vorliegende Erfindung auf die Richtigkeit der nachstehend vorgestellten Theorie beschränkt wäre, wird angenommen, dass bei dieser Behandlung der Ausgangsmaterialfasern eine zumindest teilweise Zyklisierung und zumindest teilweise Wasserstoffabspaltung beziehungsweise Dehydrierung, insbesondere unter Bildung von H2O, erfolgt, so dass Fasern erhalten werden, die im Vergleich zu den Ausgangsmaterialfasern bei einem oxidativen Angriff durch Sauerstoff weniger An- griffsmöglichkeiten bieten. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung werden Fasern, die einer Behandlung mit dem mindestens einen Behandlungsfluid unterzogen wurden und dabei eine zumindest teilweise chemische Veränderung erfahren haben, auch als stabilisierte Fasern bezeichnet. Vorzugsweise erfolgt der Schritt des Behandeins mit dem Behandlungsfluid derart, dass die nach diesem Schritt erhaltenen Fa- sern nicht mehr schmelzbar sind. Without limiting the present invention to the accuracy of the theory presented below, it is believed that in this treatment Starting material fibers an at least partial cyclization and at least partial hydrogen abstraction or dehydrogenation, in particular with the formation of H 2 O, takes place, so that fibers are obtained, which offer in comparison to the starting material fibers in an oxidative attack by oxygen less attack possibilities. In the context of the present application, fibers which have been subjected to a treatment with the at least one treatment fluid and have thereby undergone an at least partial chemical change are also referred to as stabilized fibers. Preferably, the step of treating with the treatment fluid is such that the fibers obtained after this step are no longer fusible.
Insbesondere ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren von Vorteil, dass der Schritt des Behandeins der Ausgangsmaterialfasern mit mindestens einem Behandlungsfluid nicht zwingend unter Ausschluss von Sauerstoff oder unter einer Atmosphäre mit verringertem Sauerstoffgehalt erfolgen muss, sondern unter einer Umgebungsluft-Atmosphäre (beispielsweise eine Atmosphäre umfassend etwa 76 Gew.-% Stickstoff, etwa 23 Gew.-% Sauerstoff, etwa 1 Gew.-% Edelgase, bezogen auf das Gesamtgewicht der Atmosphäre) ablaufen kann. Optional kann in das Behandlungsfluid ein Sauerstoff umfassendes Gas eingeleitet werden. Jedoch ist kein Zusatz von Sauerstoff-Donatoren zu dem Gemisch oder ein Einleiten von Inertgas und/oder Sauerstoff durch das Gemisch während des Behandlungsschritts zwingend erforderlich; optional kann daher auf einen derartigen Zusatz und/oder ein derartiges Einleiten verzichtet werden. Ohne dass die vorliegende Erfindung auf die Richtigkeit der nachstehend vorgestellten Theorie beschränkt wäre, wird angenommen, dass durch die Verwendung eines Behandlungsfluids die Oxidation gleichmäßig abläuft und gut steuerbar ist, wobei insbesondere von Vorteil ist, dass der Übergang der Wärme auf die Fasern über ein flüssiges oder zumindest teilweise flüssiges Behandlungsfluid erfolgt. Der Begriff "Behandlungsfluid" umfasst jegliches Fluid, das mindestens eine Silikonverbindung umfasst und bei den gewählten Behandlungstemperaturen in einem flüssigen oder zumindest fließfähigen Zustand ist. Vorzugsweise ist das Behandlungsfluid bei 20 °C, bevorzugt bei 125 °C, weiter bevorzugt bei 150 °C, insbeson- dere bei 165 °C in einem flüssigen oder zumindest fließfähigen Zustand. Der Begriff "Silikonverbindung", wie er im Rahmen der vorliegenden Anmeldung verwendet wird, umfasst jegliche chemische, insbesondere jegliche organisch chemische In particular, in the method according to the invention, it is advantageous that the step of treating the starting material fibers with at least one treatment fluid does not necessarily have to be carried out with exclusion of oxygen or under an atmosphere with reduced oxygen content, but under an ambient air atmosphere (for example an atmosphere comprising about 76 wt % Nitrogen, about 23 wt% oxygen, about 1 wt% noble gases, based on the total weight of the atmosphere). Optionally, an oxygen-comprising gas may be introduced into the treatment fluid. However, no addition of oxygen donors to the mixture or introduction of inert gas and / or oxygen through the mixture during the treatment step is mandatory; Optionally, therefore, can be dispensed with such an addition and / or such an introduction. Without limiting the present invention to the accuracy of the theory presented below, it is believed that by using a treatment fluid, the oxidation proceeds smoothly and is well controllable, with the advantage that the transfer of heat to the fibers is liquid or at least partially liquid treatment fluid. The term "treatment fluid" includes any fluid that comprises at least one silicone compound and is in a liquid or at least flowable state at the selected treatment temperatures. Preferably, the treatment fluid is at 20 ° C, preferably at 125 ° C, more preferably at 150 ° C, in particular at 165 ° C in a liquid or at least flowable state. The term "silicone compound" as used in the present application includes any chemical, in particular any organic chemical
Verbindung, die Silzium, Kohlenstoff und Wasserstoff, sowie optional beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff, umfasst oder aus diesen aufgebaut ist. Geeignete A compound comprising or consisting of silicon, carbon and hydrogen, and optionally, for example, oxygen and nitrogen. suitable
Silikonverbindungen kann ein Fachmann auf Basis seines Fachwissens auswählen und die Behandlungstemperatur in Abhängigkeit vom Zündpunkt und/oder  Silicone compounds can be selected by a person skilled in the art on the basis of his specialist knowledge and the treatment temperature depending on the ignition point and / or
Flammpunkt, sowie der auftretenden Zersetzungserscheinungen des Flash point, as well as the occurring decomposition phenomena of
Behandlungsfluids wählen. Select treatment fluids.
Der Begriff "Behandeln der Ausgangsmaterialfasern mit mindestens einem Behand- lungsfluid" umfasst nicht nur ein Behandeln mit einem Behandlungsfluid konstanter oder im Wesentlichen konstanter Temperatur und/oder Zusammensetzung, sondern auch Behandlungen, bei denen während der Behandlungszeitspanne die Temperatur oder Zusammensetzung des Behandlungsfluides variiert wird. Insbesondere kann der Wassergehalt oder der Gehalt an einer oder mehreren Silikonverbindungen verändert werden. Dies kann beispielsweise durch Zugabe von Wasser oder einer mehrerer Verbindungen zu dem Gemisch während der Behandlungszeitspanne und/oder durch Erhöhen oder Senken der Temperatur während der Behandlungszeit- spanne erfolgen. Wenn erwünscht, kann jedoch auch innerhalb der Behandlungszeitspanne ein Überführen in mindestens ein weiteres räumlich getrennt, beispielsweise in einem oder mehreren weiteren Behältern, vorliegendes Behandlungsfluid erfolgen, das jeweils mindestens eine Silikonverbindung (welche sich auch von der (den) im ersten Behandlungsfluid vorliegenden Silikonverbindung(en) unterscheiden kann) umfasst. The term "treating the starting material fibers with at least one treatment fluid" includes not only treatment with a treatment fluid of constant or substantially constant temperature and / or composition, but also treatments in which the temperature or composition of the treatment fluid is varied during the treatment period. In particular, the water content or the content of one or more silicone compounds can be changed. This can be done, for example, by adding water or one or more compounds to the mixture during the treatment period and / or increasing or decreasing the temperature during the treatment period. If desired, however, transfer into at least one further spatially separated, for example in one or more further containers, treatment fluid may take place, in each case at least one silicone compound (which is also available from the silicone compound (s) present in the first treatment fluid (US Pat. en) can differ).
Der Begriff "Behandlungstemperatur" beschreibt die Temperatur des Behandlungsfluids, in dem sich die zu behandelnden Fasern befinden oder das diese Fasern umgibt. The term "treatment temperature" describes the temperature of the treatment fluid in which the fibers to be treated are located or which surrounds these fibers.
Fasern mit sehr vorteilhaften Eigenschaften für eine Verwendung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen können erhalten werden, wenn die Behandlungstemperatur vorzugsweise in einem Bereich von 132 °C bis 362 °C, bevorzugt in einem Bereich von 136 °C bis 360 °C, weiter bevorzugt in einem Bereich von 165 °C bis 320 °C, insbesondere in einem Bereich von 185 °C bis 282 °C liegt. Fibers with very advantageous properties for use in the manufacture of composites can be obtained when the treatment temperature is preferably in the range of 132 ° C to 362 ° C, preferably in the range of 136 ° C to 360 ° C, more preferably in a range of 165 ° C to 320 ° C, in particular in a range of 185 ° C to 282 ° C.
Die Behandlungszeitspanne kann vorzugsweise eine Dauer von mindestens 5 Mi- nuten, vorzugsweise mindestens 9 Minuten, bevorzugt von 5 bis 750 Minuten, weiter bevorzugt von 5 bis 200 Minuten, insbesondere von 3 bis 120 Minuten, weiter insbesondere von 17 bis 100 Minuten, noch weiter insbesondere von 21 bis 65 Minuten aufweisen. Das Behandeln der Ausgangsmaterialfasern kann verfahrenstechnisch einfach und vorteilhaft durch ein Inkontaktbringen, insbesondere Eintauchen, der Ausgangsmaterialfasern in ein Behandlungsfluid erfolgen, das eine Temperatur im Behandlungstemperaturenbereich aufweist oder das nach dem Inkontaktbringen, insbesondere Eintauchen, auf eine Temperatur im Behandlungstemperaturenbereich erhitzt wird. Vorzugsweise können die Ausgangsmaterialfasern in ein Behandlungsfluid in einem Behälter oder Bad getaucht werden. Ein Behandeln der Ausgangsmaterialfasern kann beispielsweise auch durch einen Imprägniervorgang, durch Aufstreichen, durch Aufbringen durch Walzen oder andere einem Fachmann bekannte Vorgehensweisen erfolgen. The treatment period may preferably be a duration of at least 5 minutes, preferably at least 9 minutes, preferably from 5 to 750 minutes, more preferably from 5 to 200 minutes, in particular from 3 to 120 minutes, more particularly from 17 to 100 minutes, even further especially from 21 to 65 minutes. The processing of the starting material fibers can be carried out procedurally simply and advantageously by contacting, in particular dipping, the starting material fibers into a treatment fluid which has a temperature in the treatment temperature range or which is heated after contacting, in particular immersion, to a temperature in the treatment temperature range. Preferably, the source material fibers may be immersed in a treatment fluid in a container or bath. Treatment of the starting material fibers can also be effected, for example, by an impregnation process, by brushing, by application by rolling or other methods known to a person skilled in the art.
Das Behandlungsfluid kann eine oder mehrere Silikonverbindungen umfassen. Fasern mit sehr guten Eigenschaften für eine Herstellung von Verbundwerkstoffen können beispielsweise erhalten werden, wenn das Behandlungsfluid mindestens eine Silikonverbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polydialkylsiloxanen, Polydiarylsiloxanen und Polymonoalkylmonoarylsiloxanen, umfasst. Insbesondere kann es sich bei dem Behandlungsfluid um Polydimethylsiloxane, Polyphenylmethyl- siloxane, Polydiphenylsiloxane und deren Gemische handeln. Ein Beispiel für ein Behandlungsfluid ist unter dem Handelsnamen UCOTHERM X-BF von FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG, D-45481 Mülheim an der Ruhr erhältlich. The treatment fluid may comprise one or more silicone compounds. For example, fibers having very good composite fabrication properties can be obtained when the treatment fluid comprises at least one silicone compound selected from the group consisting of polydialkylsiloxanes, polydiarylsiloxanes, and polymonoalkylmonoarylsiloxanes. In particular, the treatment fluid may be polydimethylsiloxanes, polyphenylmethylsiloxanes, polydiphenylsiloxanes and mixtures thereof. An example of a treatment fluid is available under the trade name UCOTHERM X-BF from FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG, D-45481 Mülheim an der Ruhr.
Fasern mit sehr guten Eigenschaften zur Verwendung in Verbundwerkstoffen können beispielsweise erhalten werden, wenn das Behandlungsfluid einen Gehalt an Wasser von 0,001 - 22 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 - 15 Gew.-%, bevorzugt 0,5 - 12 Gew.-%, insbesondere 0,8 - 8 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Behand- lungsfluids aufweist. Der Gesamtgehalt an Silikonverbindungen in dem Behand- lungsfluid kann beispielsweise mindestens 65 Gew.-%, vorzugsweise 70 - 100 Gew.- %, bevorzugt 75 - 99 Gew.-%, insbesondere 88 - 98 Gew.-% betragen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Behandlungsfluids. Fibers with very good properties for use in composite materials can be obtained, for example, if the treatment fluid has a water content of 0.001-22% by weight, preferably 0.1-15% by weight, preferably 0.5-12% by weight. % in particular 0.8 to 8 wt.%, in each case based on the total weight of the treatment fluid. The total content of silicone compounds in the treatment fluid may be, for example, at least 65% by weight, preferably 70-100% by weight, preferably 75-99% by weight, in particular 88-98% by weight, based on the total weight of the treatment fluid.
Ohne dass die vorliegende Erfindung auf die Richtigkeit der nachstehend vorgestellten Theorie beschränkt wäre, wird angenommen, dass das Vorliegen von Wasser im Behandlungsfluid die erwünschte Umwandlung von kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialfasern zu Vorstufenfasern fördert. Derzeit wird angenommen, dass diese Förderung der Umwandlung der Ausgangsmaterialfasern auf der Fähigkeit des Wassers zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen und/oder einer stabilisierenden Anlagerung von Wasser, H3O+ und/oder OH" an eine kohlenstoffhaltige Faser, die einen energetisch günstigeren Übergangszustand bei den ablaufenden Reaktionen, beispielsweise Oxidationen, ermöglicht, beruhen kann. Without limiting the present invention to the accuracy of the theory presented below, it is believed that the presence of water in the treatment fluid promotes the desired conversion of carbonaceous feedstock fibers to precursor fibers. Currently, it is believed that this promotion of conversion of the raw material fibers to the ability of the water to form hydrogen bonds and / or a stabilizing attachment of water, H 3 O + and / or OH " to a carbonaceous fiber, which is a more energy-efficient transition state in the ongoing reactions, such as oxidation, allows, may be based.
Zudem kann das Behandlungsfluid ein oder mehrere Zusatzstoffe, wie In addition, the treatment fluid may contain one or more additives, such as
beispielsweise ein oder mehrere Lubrikationsmittel, einen oder mehrere for example, one or more lubricants, one or more
Stabilisatoren, ein oder mehrere Viskositätsregulationsmittel, ein oder mehrere Sauerstoffdonatoren, wie beispielsweise Mangandioxid (Braunstein) oder Stabilizers, one or more viscosity regulators, one or more oxygen donors, such as manganese dioxide (manganese dioxide) or
Permanganate, wie Kaliumpermanganat, einen oder mehrere Korrosionsinhibitoren, organische und anorganische Säuren, organische und anorganische Basen, Salze, Puffergemische, sowie Formaldehyd, aufweisen. Diese Zusatzstoffe können von einem Fachmann auf Basis seines allgemeinen Fachwissens und in Abhängigkeit der herzustellenden Vorstufenfaser oder Kohlenstofffaser ausgewählt und Permanganates, such as potassium permanganate, one or more corrosion inhibitors, organic and inorganic acids, organic and inorganic bases, salts, buffer mixtures, and formaldehyde. These additives can be selected by a person skilled in the art on the basis of his general knowledge and depending on the precursor fiber or carbon fiber to be produced and
mengenmäßig angepasst werden. be adjusted in terms of quantity.
Die Herstellung des mindestens einen Behandlungsfluids kann durch einen Fachmann auf Basis seines allgemeinen Fachwissens erfolgen. Beispielsweise können die eine oder die mehreren Silikonverbindung(en) und das Wasser, sowie optional ein oder mehrere Zusatzstoffe durch Rühren gemischt werden. Fasern sehr guter Qualität können beispielsweise erhalten werden, wenn der Schritt des Behandeins der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit dem Be- handlungsfluid umfasst, dass die Behandlung der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern in einem ersten Temperaturbereich und mindestens einem zweiten Temperaturbereich erfolgt, wobei die niedrigste Temperatur des mindestens einen zweiten Temperaturbereichs höher als die höchste Temperatur des ersten Temperaturbereichs ist und die Behandlung mit einem Behandeln der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern in dem ersten Temperaturbereich beginnt. Ohne dass die vorliegende Erfindung auf die Richtigkeit der nachstehend vorgestellten Theorie beschränkt wäre, wird angenommen, dass eine derartige Reaktionsführung zu Fasern hoher Belastbarkeit mit einer sehr geringen Anzahl an Fehlstellen in den Fasern führt. The preparation of the at least one treatment fluid may be accomplished by one skilled in the art on the basis of his general knowledge. For example, the one or more silicone compound (s) and the water, and optionally one or more additives may be mixed by stirring. Fibers of very good quality can be obtained, for example, if the step of treating the one or more source material fibers with the treatment fluid comprises treating the one or more source material fibers in a first temperature range and at least a second temperature range, wherein the lowest temperature of the at least a second temperature range is higher than the highest temperature of the first temperature range and the treatment begins with treating the one or more source material fibers in the first temperature range. Without limiting the present invention to the accuracy of the theory presented below, it is believed that such a reaction regime results in high load fiber having a very small number of defects in the fibers.
Die Begriffe "Behandlung in einem ersten Temperaturbereich" und "Behandlung in mindestens einem zweiten Temperaturbereich" umfasst, dass die Behandlung bei einer bestimmten Temperatur oder in einem Bereich von Temperaturen erfolgen kann. The terms "treatment in a first temperature range" and "treatment in at least a second temperature range" encompass that the treatment may be at a particular temperature or in a range of temperatures.
Insbesondere kann der erste Temperaturbereich ein Temperaturbereich, ausgewählt aus dem Bereich von 126 °C bis 260 °C, vorzugsweise ausgewählt aus dem Bereich von 152 °C bis 250 °C, bevorzugt ausgewählt aus dem Bereich von 190 °C bis 240 °C, sein, und/oder der mindestens eine zweite Temperaturbereich ein Temperaturbereich, ausgewählt aus dem Bereich von 140°C bis 450°C, vorzugsweise ausgewählt aus dem Bereich von 180°C bis 290°C, bevorzugt ausgewählt aus dem Bereich von 195°C bis 282°C, sein. Hierbei kann der erste und/oder zweite Temperaturbereich entweder den ganzen jeweils angegebenen Bereich an Temperaturen umfassen oder einen Teilbereich hiervon, der beispielsweise 10°C, vorzugsweise 5°C, bevorzugt 2°C, insbesondere 1 °C umfassen kann. Der Begriff "der mindestens eine zweite Temperaturbereich" kann beispielsweise einen zweiten bis zehnten Tem- peraturbereich, vorzugsweise einen zweiten bis fünften Temperaturbereich, insbesondere einen zweiten bis dritten Temperaturbereich, umfassen. Hierbei ist vorzugsweise bezogen auf einen Temperaturbereich mit einer betrachteten Numerierung die niedrigste Temperatur des Temperaturbereiches mit der jeweils nächsthöhe- ren Nummerierung jeweils höher als die höchste Temperatur des Temperaturbereichs mit der betrachteten Nummerierung. Die Behandlungen beginnen vorzugsweise in dem ersten Temperaturbereich, erfolgen dann im zweiten Temperaturbereich und werden anschließend optional im dritten Temperaturbereich, dann im vier- ten Temperaturbereich, sowie in den weiteren Temperaturbereichen entsprechend ihrer Nummerierung ausgeführt. In particular, the first temperature range may be a temperature range selected from the range of 126 ° C to 260 ° C, preferably selected from the range of 152 ° C to 250 ° C, preferably selected from the range of 190 ° C to 240 ° C , and / or the at least one second temperature range, a temperature range selected from the range of 140 ° C to 450 ° C, preferably selected from the range of 180 ° C to 290 ° C, preferably selected from the range of 195 ° C to 282 ° C, his. In this case, the first and / or second temperature range may comprise either the entire range of temperatures specified in each case or a subarea thereof, which may comprise, for example, 10 ° C., preferably 5 ° C., preferably 2 ° C., in particular 1 ° C. The term "the at least one second temperature range" may comprise, for example, a second to tenth temperature range, preferably a second to fifth temperature range, in particular a second to third temperature range. In this case, the lowest temperature of the temperature range with the respective next highest temperature is preferably based on a temperature range with a considered numbering. each numbering higher than the highest temperature of the temperature range with the numbering considered. The treatments preferably begin in the first temperature range, then take place in the second temperature range and are then optionally carried out in the third temperature range, then in the fourth temperature range, as well as in the other temperature ranges according to their numbering.
Beispielsweise kann sich ein erster Temperaturbereich von 195 bis 205°C, ein zweiter Temperaturbereich von 206 bis 215 °C, ein dritter Temperaturbereich von 216 bis 225 °C erstrecken. Zudem kann sich beispielsweise ein erster Temperaturbereich von 218 bis 222°C, ein zweiter Temperaturbereich von 223 bis 227 °C, ein dritter Temperaturbereich von 228 bis 232 °C, ein vierter Temperaturbereich von 233 bis 237 °C, ein fünfter Temperaturbereich von 238 bis 242 °C, ein sechster Temperaturbereich von 243 bis 247 °C, ein siebter Temperaturbereich von 248 bis 252 °C erstrecken. Sehr gute Ergebnisse können insbesondere erhalten werden, wenn sich der erste Temperaturbereich von 200 bis 245 °C erstreckt, sowie der mindestens eine zweite Temperaturbereich sich von 246°C bis 260 °C erstreckt. For example, a first temperature range of 195 to 205 ° C, a second temperature range of 206 to 215 ° C, a third temperature range of 216 to 225 ° C extend. In addition, for example, a first temperature range of 218 to 222 ° C, a second temperature range of 223 to 227 ° C, a third temperature range of 228 to 232 ° C, a fourth temperature range of 233 to 237 ° C, a fifth temperature range of 238 to 242 ° C, a sixth temperature range of 243 to 247 ° C, a seventh temperature range of 248 to 252 ° C extend. Very good results can be obtained, in particular, if the first temperature range extends from 200 to 245 ° C., and the at least one second temperature range extends from 246 ° C. to 260 ° C.
Zahlreiche Temperaturverläufe ermöglichen, dass die Behandlung der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern in einem ersten Temperaturbereich und mindestens einem zweiten Temperaturbereich erfolgt, wobei die niedrigste Temperatur des mindestens einen zweiten Temperaturbereichs höher als die höchste Temperatur des ersten Temperaturbereichs ist. Eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung auf im Rahmen der vorliegenden Anmeldung beispielhaft genannte Numerous temperature histories enable the treatment of the one or more source material fibers to occur in a first temperature range and at least a second temperature range, wherein the lowest temperature of the at least one second temperature range is higher than the highest temperature of the first temperature range. A limitation of the present invention to exemplified in the context of the present application
Temperaturverläufe ist nicht beabsichtigt. Temperature gradients is not intended.
Die Temperatur des Behandlungsfluids kann während der gesamten Behandlungszeitspanne oder eines oder mehrerer Teilabschnitte der Behandlungszeitspanne kontinuierlich oder diskontinuierlich ansteigen. Beispielsweise kann die Temperatur während der gesamten Behandlungszeitspanne ansteigen. Der Temperaturanstieg kann in beliebiger Weise, beispielsweise linear oder exponentiell, erfolgen. Vorzugsweise beträgt die Gesamtzeitdauer der einen oder mehreren Teilabschnitte der Behandlungszeitspanne mit ansteigender Temperatur mindestens 5 %, vorzugsweise mindestens 30 %, bevorzugt mindestens 45 %, insbesondere 5 bis 20 % der Gesamtzeitdauer der Behandlungszeitspanne. The temperature of the treatment fluid may increase continuously or discontinuously throughout the treatment period or one or more sections of the treatment period. For example, the temperature may rise throughout the treatment period. The temperature increase can be effected in any desired manner, for example linear or exponential. Preferably, the total duration of the one or more subsections of the treatment period with increasing temperature is at least 5%, preferably at least 30%, preferably at least 45%, in particular 5 to 20% of the total duration of the treatment period.
Fasern mit einem sehr vorteilhaften Eigenschaftsprofil können beispielsweise erhal- ten werden, wenn sich während der Behandlungszeitspanne Zeitspannen mit konstanter oder im Wesentlichen konstanter Temperatur und Zeitspannen mit ansteigender Temperatur abwechseln. In Bezug auf eine Behandlung mit einem Behand- lungsfluid kann der Begriff "mit konstanter Temperatur" neben einem Konstantbleiben der Temperatur auch Veränderungen der Temperatur um beispielsweise bis zu +5 °C, vorzugsweise bis zu +3 °C, bevorzugt bis zu +2°C umfassen, sowie der Begriff "mit im Wesentlichen konstanter Temperatur" Veränderungen der Temperatur um beispielsweise bis zu +5 °C, vorzugsweise bis zu +3 °C, bevorzugt bis zu +2°C, sowie langsam ansteigende oder abfallende Temperaturen, beispielsweise von bis zu unterhalb von 0,5 °C pro Minute, vorzugsweise von bis zu 0,3 °C pro Minute umfas- sen. Ohne dass die vorliegende Erfindung auf die Richtigkeit der nachstehend vorgestellten Theorie beschränkt wäre, wird angenommen, dass eine derartige Reaktionsführung, bei der sowohl Zeitabschnitte, bei denen die Temperatur konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird, als auch Zeitabschnitte, bei denen die Temperatur verändert, vorzugsweise erhöht wird, vorliegen, zu Fasern hoher Belastbar- keit mit einer sehr geringen Anzahl an Fehlstellen in den Fasern führt. For example, fibers having a very advantageous property profile can be obtained if periods of constant or essentially constant temperature alternate with periods of increasing temperature during the treatment period. With regard to a treatment with a treatment fluid, the term "constant temperature" can, in addition to keeping the temperature constant, also changes the temperature by, for example, up to + 5 ° C, preferably up to + 3 ° C, preferably up to + 2 ° C, as well as the term "substantially constant temperature" temperature changes by, for example, up to +5 ° C, preferably up to +3 ° C, preferably up to + 2 ° C, and slowly rising or falling temperatures, for example up to below 0.5 ° C per minute, preferably up to 0.3 ° C per minute. Without limiting the present invention to the accuracy of the theory presented below, it is believed that such a reaction regime, in which both periods of time in which the temperature is kept constant or substantially constant, as well as periods at which the temperature changes, is preferably increased, leading to fibers of high load capacity with a very low number of defects in the fibers.
Qualitativ sehr hochwertige Fasern können insbesondere erhalten werden, wenn die Temperatur des Behandlungsfluids zumindest während eines Abschnitts der Behandlungszeitspanne stufenweise erhöht wird. Insbesondere kann die Behandlungs- Zeitspanne mindestens einen Zeitabschnitt umfassen, bei dem die Temperatur konstant auf einer Temperatur oder im Wesentlichen konstant gehalten wird und/oder mindestens einen weiteren Zeitabschnitt umfassen, während dem die Temperatur verändert, vorzugsweise erhöht, wird. Vorzugsweise umfasst die Behandlungszeitspanne mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, weiter bevorzugt mindestens fünf, noch weiter bevorzugt mindestens zehn, insbesondere zwei bis zwölf Zeitabschnitte, während denen die Temperatur verändert wird. Die Temperaturveränderung kann dabei in beliebiger Weise, beispielsweise linear oder exponentiell, erfolgen. Weiterhin kann die Behandlungszeitspanne mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, weiter bevorzugt mindestens fünf, noch weiter bevorzugt mindestens zehn, insbesondere zwei bis zwölf Zeitabschnitte umfassen, während denen die Temperatur konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird. Insbesondere kann ein Zeitabschnitt, bei dem die Temperatur konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird, eine Dauer von mindestens zwei Minuten, vorzugsweise von mindestens 5 Minuten, bevorzugt von mindestens 15 Minuten, weiter bevorzugt mindestens 20 Minuten, insbesondere von zwei bis 40 Minuten, weiter insbesondere von drei bis fünf Minuten aufweisen. Weiterhin kann ein Zeitabschnitt, bei dem die Temperatur verändert wird, eine Dauer von mindestens zwei Minuten, vorzugsweise von mindestens 5 Minuten, bevorzugt von mindestens 15 Minuten, weiter bevorzugt mindestens 20 Minuten, insbesondere von zwei bis 1 15 Minuten, weiter insbesondere von drei bis fünf Minuten, aufweisen. High quality fibers, in particular, can be obtained if the temperature of the treatment fluid is increased stepwise, at least during a portion of the treatment period. In particular, the treatment period may comprise at least one period in which the temperature is kept constant at a temperature or substantially constant and / or comprise at least one further period of time during which the temperature is changed, preferably increased. Preferably, the treatment period comprises at least two, preferably at least three, more preferably at least five, even more preferably at least ten, in particular two to twelve periods during which the temperature is changed. The temperature change can be carried out in any desired manner, for example linear or exponential. Furthermore, the treatment period may be at least two, preferably at least three, more preferably at least five, even more preferably at least ten, in particular two to twelve periods of time during which the temperature is kept constant or substantially constant. In particular, a period of time during which the temperature is kept constant or substantially constant may be a period of at least two minutes, preferably at least 5 minutes, preferably at least 15 minutes, more preferably at least 20 minutes, especially from 2 to 40 minutes especially from three to five minutes. Furthermore, a period of time in which the temperature is changed, a duration of at least two minutes, preferably of at least 5 minutes, preferably of at least 15 minutes, more preferably at least 20 minutes, in particular from two to 15 minutes, more particularly from three to five minutes.
Fasern sehr guter Qualität können erhalten werden, wenn das Verhältnis der Gesamtdauer der Zeitabschnitte, bei denen die Temperatur konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird, zur Gesamtdauer der Zeitabschnitte, bei denen die Temperatur verändert wird, 1 :10 bis 15:1 , bevorzugt 1 :5 bis 10:1 , besonders bevorzugt 1 :2 bis 2:1 beträgt. Fibers of very good quality can be obtained if the ratio of the total duration of the time periods at which the temperature is kept constant or substantially constant to the total duration of the time intervals at which the temperature is changed is 1:10 to 15: 1, preferably 1 : 5 to 10: 1, more preferably 1: 2 to 2: 1.
Besonders vorteilhafte Ergebnisse in Bezug auf die Faserqualität können erhalten werden, wenn während der gesamten Behandlungszeitspanne oder zumindest während 30 % der Gesamtzeitdauer der Behandlungszeitspanne sich Zeitabschnitte, bei denen die Temperatur konstant oder im Wesentlichen konstant gehalten wird, als auch Zeitabschnitte, bei denen die Temperatur verändert, vorzugsweise erhöht wird, abwechseln. Particularly advantageous results with regard to the fiber quality can be obtained if, during the entire treatment period or at least during 30% of the total duration of the treatment period, time intervals during which the temperature is kept constant or substantially constant, as well as time periods at which the temperature changes , preferably increased, alternate.
Das Verändern der Temperatur kann beispielsweise derart erfolgen, dass die Temperatur des Behandlungsfluids während einer Minute um 0,5 bis 15 °C, vorzugsweise während einer Minute um 5 bis 10 °C, erhöht oder verringert wird. Die Temperaturveränderung während einer Temperaturveränderungszeitspanne kann beispielsweise linear oder exponentiell zu- oder abnehmen, oder kann einen beliebigen, von einem Fachmann wählbaren Verlauf aufweisen. Fasern mit besonders vorteilhaftem Eigenschaftsprofil können beispielsweise erhalten werden, wenn die Fasern vor und/oder zumindest teilweise während des Schritts des Behandeins mit dem Behandlungsfluid in einem gespannten Zustand vorliegen. Verfahrenstechnisch vorteilhaft ist es, wenn beispielsweise die in einem gespannten Zustand vorliegenden Fasern durch ein mindestens eine Silikonverbindung und Wasser umfassendes Gemisch gezogen werden, das sich beispielsweise in einem Behälter befindet. Das Überführen der Ausgangsmaterialfasern in einen gespannten Zustand kann auf jegliche, einem Fachmann bekannte Weise erzielt werden. Verfahrenstechnisch von Vorteil ist es beispielsweise, wenn dieses durch ein Einspannen zwischen einer oder mehreren Vorrichtungen oder durch ein auf Zug Belasten erfolgt. Vorgehensweisen mit denen Fasern in einen gespannten Zustand versetzt werden können, sind einem Fachmann bekannt. The changing of the temperature may, for example, be such that the temperature of the treatment fluid is increased or decreased by 0.5 to 15 ° C for one minute, preferably by 5 to 10 ° C for one minute. The temperature change during a temperature change period can, for example, increase or decrease linearly or exponentially, or can have any profile that can be selected by a person skilled in the art. For example, fibers having a particularly advantageous property profile may be obtained when the fibers are in a stressed state before and / or at least partially during the step of treating with the treatment fluid. It is advantageous in terms of process technology if, for example, the fibers present in a tensioned state are drawn through a mixture comprising at least one silicone compound and water, which is located, for example, in a container. The transfer of the starting material fibers to a tensioned state can be achieved in any manner known to those skilled in the art. It is advantageous in terms of process technology, for example, if this takes place by clamping between one or more devices or by a strain on the train. Procedures by which fibers can be placed in a tensioned state are known to a person skilled in the art.
Die mit dem Behandlungsfluid behandelten Fasern werden in einem weiteren Verfahrensschritt einer optionalen Nachbehandlung unterzogen, bei welcher auf den behandelten Fasern verbliebenes Behandlungsfluid, insbesondere verbliebene Silikon- Verbindungen und/oder verbliebenes Wasser, zumindest teilweise oder vollständig von den behandelten Fasern entfernt werden. Das Nachbehandeln kann einen oder mehrere mechanische Nachbehandlungsvorgänge und/oder einen oder mehrere Waschvorgänge umfassen. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Fasern einem Pressvorgang unterworfen werden, beispielsweise durch Durchführen zwischen Walzen oder ein Abpressen mit saugfähigem Material, beispielsweise Papier, wobei das auf den Fasern vorliegende oder verbliebene Fluid zumindest teilweise entfernt wird. Aus verfahrenstechnischer Sicht ist es vorteilhaft, wenn diese abgetrennten Silikonverbin- düngen und/oder dieses Wasser aufgefangen und gegebenenfalls nach einer Reinigung oder Filterung beim erfindungsgemäßen Verfahren weiter verwendet werden. Weiterhin kann die Nachbehandlung auch ein Abtropfen lassen der Fasern, beispielsweise für mindestens 1 Minute umfassen. Auch ein Absaugen des Behand- lungsfluids kann als Nachbehandlung erfolgen. Zudem kann die Nachbehandlung umfassen, dass ein Waschvorgang mit einem Lösungsmittel oder einem Lösungsmittelgemisch erfolgt. Ein derartiger Waschvorgang kann beispielsweise durch ein Aufsprühen eines Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemisches erfolgen. Auch kann der Waschvorgang durch einmaliges oder mehrmaliges Eintauchen der behandelten Fasern in ein Lösungsmittel oder Lösungsmittelge- misch erfolgen oder über ein Durchziehen oder Durchführen der behandelten Fasern durch einen Behälter mit einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch erfolgen. Das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch kann bei einem Waschvorgang eine Temperatur beispielsweise in einem Bereich von 0°C bis zum Siedepunkt des Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisches aufweisen. Um qualitativ hochwertige Fa- sern zu erhalten, kann beispielsweise der Waschvorgang in Form einer Extraktion, insbesondere einer Extraktion vom Soxhlet-Typ oder einer Durchflussextraktion ausgeführt werden. Zahlreiche Ausführungsformen für Extraktionen vom Soxhlet-Typ sind einem Fachmann bekannt und können an die anwendungsspezifisch auftretenden Probleme angepasst werden. Ein Aufbau einer Extraktionsapparatur nach Soxhlet ist beispielsweise in H.G.O. Becker et al., Organikum, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1988, ISBN 3-326-00076-6, S.55-56, gezeigt. Andere Ausführungsformen sind möglich und können von einem Fachmann gewählt und an das erfindungsgemäße Verfahren angepasst werden. Beispielsweise können die Fasern auf einer Lösungsmittel-durchlässigen Unterlage angeordnet werden und dort mit dem jeweiligen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch in Kontakt kommen. Hierbei löst sich ein Teil des Behandlungsfluids in dem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch oder wird von diesem mitgeführt und tritt durch die Lösungsmittel-durchlässige Unterlage durch. Optional gelangt dann das derart abgetrennte Gemisch nach Durchtritt in einen Behälter, in dem es zum Sieden erhitzt wird. Hierbei wird die Komponente mit dem niedrigsten Siedepunkt, das Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, zum Sieden erhitzt, abgetrennt und wieder mit den zu extrahierenden Fasern in Kontakt gebracht. Darüber hinaus können die Fasern in einem Bad mit Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch mit Ultraschall behandelt werden. Eine Nachbehandlung kann auch ein Auftragen von Silikonentferner auf die Faser umfassen, wobei eine derartige Nachbehandlung im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Waschvorgang angesehen wird. Vorzugsweise verbleibt nach einer Nachbehandlung noch Fluid auf der zuvor mit Be- handlungsfluid behandelten Faser. The treated with the treatment fluid fibers are subjected in a further process step of an optional post-treatment, wherein on the treated fibers remaining treatment fluid, in particular remaining silicone compounds and / or remaining water, at least partially or completely removed from the treated fibers. The aftertreatment may include one or more mechanical aftertreatment operations and / or one or more washes. This can be done, for example, by subjecting the fibers to a pressing operation, for example by passing between rollers or pressing with absorbent material, for example paper, whereby the fluid present on or remaining on the fibers is at least partially removed. From a process engineering point of view, it is advantageous if these separated silicone compounds fertilize and / or this water is collected and optionally further used after cleaning or filtering in the process according to the invention. Furthermore, the aftertreatment may also include dripping of the fibers, for example for at least 1 minute. Suctioning of the treatment fluid can also take place as aftertreatment. In addition, the aftertreatment may include that a washing process with a solvent or a solvent mixture takes place. Such a washing process can be done for example by spraying a solvent or solvent mixture. The washing process can also be carried out by dipping the treated fibers once or several times in a solvent or solvent mixture or by passing or passing through the treated fibers through a container with a solvent or solvent mixture. The solvent or solvent mixture may have a temperature in a washing operation, for example in a range of 0 ° C to the boiling point of the solvent or solvent mixture. In order to obtain high-quality fibers, for example, the washing process can be carried out in the form of an extraction, in particular a Soxhlet-type extraction or a flow-through extraction. Numerous embodiments of Soxhlet-type extractions are known to one skilled in the art and can be adapted to the application-specific problems encountered. A construction of a Soxhlet extraction apparatus is shown, for example, in HGO Becker et al., Organikum, VEB Deutscher Verlag der Wissenschaften, 1988, ISBN 3-326-00076-6, pages 55-56. Other embodiments are possible and can be selected by a person skilled in the art and adapted to the method according to the invention. For example, the fibers can be arranged on a solvent-permeable support and come there in contact with the respective solvent or solvent mixture. In this case, a part of the treatment fluid dissolves in the solvent or solvent mixture or is entrained by this and passes through the solvent-permeable pad. Optionally, the mixture thus separated then passes, after passing through, into a container in which it is heated to boiling. Here, the component with the lowest boiling point, the solvent or solvent mixture is heated to boiling, separated and brought back into contact with the fibers to be extracted. In addition, the fibers may be sonicated in a bath of solvent or solvent mixture. A Post-treatment may also include applying silicone remover to the fiber, such aftertreatment being considered a washing operation in the present invention. Preferably, after an aftertreatment, fluid still remains on the fiber previously treated with the treatment fluid.
Als ein Lösungsmittel oder ein Lösungsmittelgemisch für die Durchführung des Waschvorgangs können sowohl organische, als auch anorganische Lösungsmittel, sowie deren Gemische, verwendet werden. Fasern besonders guter Qualität können erhalten werden, wenn für einen Waschvorgang ein Lösungsmittel oder ein Lösungsmittelgemisch, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Wasser, Isopropa- nol, Methyl-Ethyl-Keton, Ethanol, Hexan, Pentan, Toluol, Xylol, Benzol, Aceton, Silikonentferner und deren Gemischen ausgewählt wird. Optional können dem Lösungs- mittel oder dem Lösungsmittelgemisch ein oder mehrere Zusatzstoffe, wie beispielsweise ein oder mehrere Lubrikationsmittel, ein oder mehrere Stabilisatoren, ein oder mehrere Viskositätsregulationsmittel, ein oder mehrere Antioxidantien, ein oder mehrere Korrosionsinhibitoren zugesetzt werden. Diese Zusatzstoffe können von einem Fachmann auf Basis seines allgemeinen Fachwissens und in Abhängigkeit der her- zustellenden Vorstufenfaser oder Kohlenstofffaser ausgewählt und mengenmäßig angepasst werden. As a solvent or a solvent mixture for carrying out the washing process, both organic and inorganic solvents, as well as mixtures thereof, can be used. Fibers of particularly good quality can be obtained if, for a washing process, a solvent or a solvent mixture selected from the group consisting of water, isopropanol, methyl ethyl ketone, ethanol, hexane, pentane, toluene, xylene, benzene, acetone , Silicone remover and mixtures thereof. Optionally, one or more additives, such as one or more lubricants, one or more stabilizers, one or more viscosity control agents, one or more antioxidants, one or more corrosion inhibitors may be added to the solvent or solvent mixture. These additives can be selected and adjusted in volume by a person skilled in the art on the basis of his or her general knowledge and depending on the precursor fiber or carbon fiber to be produced.
Vorzugsweise erfolgt der Waschvorgang, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als Entschlichten bezeichnet wird, indem die Fasern beispielsweise während mindestens 40 Minuten, vorzugsweise während 230 bis 250 Minuten mit dem gewählten Lösungsmittel in Kontakt gebracht, vorzugsweise extrahiert, werden. Vorzugsweise werden als Lösungsmittel Methyl-Ethyl-Keton oder Silikonentferner und deren wässrige Gemische verwendet. Durch Wahl eines Lösungsmittels oder der Dauer und Anzahl der Waschvorgänge kann die Menge an Silizium-haltigen Anla- gerungen an und/oder auf der nach der Behandlung mit dem Behandlungsfluid vorliegenden präoxidierten Faser gesteuert werden. Die genaue Dauer des oder der Waschvorgänge können durch Versuche von einem Fachmann ermittelt werden. Ebenso können Fasern verwendet werden, die einem Waschvorgang, optional nach einem vorhergehenden Abpressen, Abtropfen lassen oder Absaugen des Behand- lungsfluids unterworfen wurden. Optional kann der Waschvorgang auch wiederholt werden. Insbesondere ist eine Kombination von einem oder mehreren Waschvorgängen möglich. Eine derartige Kombination umfasst zwei oder mehrere der Waschvorgänge, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus, Waschvorgang durch Aufsprühen, Waschvorgang durch Eintauchen, insbesondere unter Einwirkung von Ultraschall, und Waschvorgang durch Extrahieren. The washing process, which is also referred to as desizing in the context of the present invention, is preferably carried out by, for example, bringing the fibers into contact with the chosen solvent, preferably extracted for at least 40 minutes, preferably for 230 to 250 minutes. Preferably, the solvents used are methyl ethyl ketone or silicone remover and their aqueous mixtures. By choosing a solvent or the duration and number of washes, the amount of silicon-containing deposits on and / or on the preoxidized fiber present after treatment with the treatment fluid can be controlled. The exact duration of the wash (s) may be determined by experimentation by a person skilled in the art. It is likewise possible to use fibers which have been subjected to a washing process, optionally after a preceding pressing, draining off or aspiration of the treatment fluid. Optionally, the washing process can also be repeated. In particular, a combination of one or more washes is possible. Such a combination comprises two or more of the washing operations selected from the group consisting of: washing by spraying, washing by immersion, particularly by the action of ultrasound, and washing by extraction.
Nachbehandlungen können ein oder mehrmals ausgeführt und optional von einem Fachmann auf Basis des allgemeinen Fachwissens in beliebiger Reihenfolge miteinander kombiniert werden. Post-treatments may be performed one or more times and optionally combined with one another by a person skilled in the art in any order based on general knowledge.
Weiterhin können die nachbehandelten, d.h. beispielsweise einem Waschvorgang und/oder einem Pressvorgang und/oder einem Abtropfvorgang und/oder einem Absaugvorgang unterzogenen, stabilisierten Fasern optional bei einer Temperatur einem Bereich von 20 °C bis 170 °C getrocknet werden. Eine Trocknung kann in einem Gasgemisch in Gegenwart von Sauerstoff, beispielsweise bei einem Volumengehalt von 18-35 Vol. -% an Sauerstoff, bezogen auf das Gesamtvolumen des Gasgemisches, weiter beispielsweise in einem Umgebungsluftgemisch oder frei von oder im Wesentlichen frei von Sauerstoff erfolgen, beispielsweise bei einem Volumengehalt von weniger als 1 Vol.-%, bevorzugt von weniger als 0,08 Vol.-% an Sauerstoff, jeweils bezogen auf das Gesamtvolumen des Gasgemisches. Furthermore, the post-treated, i. For example, a washing process and / or a pressing process and / or a draining and / or a suctioning, stabilized fibers are optionally dried at a temperature in a range of 20 ° C to 170 ° C. Drying can be carried out in a gas mixture in the presence of oxygen, for example at a volume content of 18-35% by volume of oxygen, based on the total volume of the gas mixture, for example in an ambient air mixture or free of or substantially free of oxygen, for example at a volume content of less than 1 vol .-%, preferably less than 0.08 vol .-% of oxygen, each based on the total volume of the gas mixture.
Im Anschluss an die vorstehend erläuterten Schritte, die eine Behandlung der Ausgangsmaterialfasern und eine optionale Nachbehandlung der derart behandelten Fasern umfassen, sowie einer optionalen Trocknung können Fasern gewonnen wer- den, die im Rahmen der vorliegenden Anmeldung als Vorstufenfasern bezeichnet werden. Falls als Ausgangsmaterialfaser eine Faser auf Basis von Polyacrylnitril verwendet wurde, kann als Vorstufenfaser eine Faser auf Basis von präoxidiertem Polyacrylnitril, die üblicherweise als PAN-Ox-Faser bezeichnet wird, gewonnen werden. Fasern hervorragender Qualität können beispielsweise erhalten werden, wenn eine Faser auf Basis von Polyacrylnitril verwendet wird, die neben Acrylnitril Gew.-1 ,5 % an Itakonsäure und 4,5 Gew.-% Methylacrylat umfasst. Subsequent to the above-described steps, which include a treatment of the starting material fibers and an optional aftertreatment of the fibers treated in this way, as well as an optional drying, it is possible to obtain fibers which in the context of the present application are referred to as precursor fibers. If a polyacrylonitrile-based fiber was used as the starting material fiber, as the precursor fiber, a pre-oxidized polyacrylonitrile-based fiber, which is commonly referred to as PAN-Ox fiber, can be obtained. Fibers of excellent quality can be obtained, for example, when a polyacrylonitrile-based fiber is used which, in addition to acrylonitrile, comprises 1% by weight of itaconic acid and 4.5% by weight of methyl acrylate.
Vorzugsweise handelt es sich bei den erfindungsgemäßen Ausgangsmate alfasern um so genannte Endlosfasern, das heißt Fasern, die beispielsweise eine Länge von mindestens 5 cm, vorzugsweise mindestens 10 cm aufweisen können. Endlosfasern z. B. in Form einer Faserspule können bevorzugt mehrere Kilometer lang sein. The starting materials of the invention are preferably alfibers which are so-called endless fibers, that is to say fibers which, for example, can have a length of at least 5 cm, preferably at least 10 cm. Continuous fibers z. B. in the form of a fiber coil may preferably be several kilometers long.
Eine sehr vorteilhafte Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser ist beispielsweise gemäß ei- nem Verfahren erhältlich, welches die vorstehend angegebenen und erläuterten Verfahrensschritte a) bis c) und weiter die folgenden Schritte umfasst: d) optional Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid behandelten Faser, wobei das Nachbehandeln aus einem oder mehreren mechanischen Nachbehandlungsvorgängen besteht, und kein Waschvorgang zwischen Schritt c) des Behandeins und Schritt e) des Trocknens erfolgt; e) Trocknen der behandelten und optional nachbehandelten Faser. Diese Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser wird umgangssprachlich auch als "nicht-entschlichtete" Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser bezeichnet. Eine erfindungsgemäße Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser kann siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassen und kann einen Siliziumgehalt, beispielsweise in einem A very advantageous carbon fiber precursor fiber is obtainable, for example, according to a process comprising the process steps a) to c) given above and explained, and further the following steps: d) optionally after-treatment of the fiber treated with the treatment fluid, wherein the aftertreatment consists of a or several mechanical aftertreatment operations, and no washing occurs between step c) of the treatment and step e) of drying; e) drying the treated and optionally post-treated fiber. This carbon fiber precursor fiber is also colloquially referred to as a "non-desized" carbon fiber precursor fiber. A carbon fiber precursor fiber according to the invention may comprise silicon-containing deposits on its surface and may have a silicon content, for example in one
Bereich von mindestens 19 Gew.-%, vorzugsweise von 19,3 bis 20,6 Gew.-% und/oder einen Kohlenstoffgehalt von beispielsweise 49,9 bis 63,5 Gew.-%, vorzugsweise von 50,0 bis 63,4 Gew.-% und/oder einen Sauerstoffgehalt von beispielsweise 12,4 bis 14,0 Gew.-%, vorzugsweise von 12,5 bis 13,9 Gew.-% und/oder einen Stickstoffgehalt von beispielsweise 3,3 bis 16,2 Gew.-%, vorzugsweise von 3,4 bis 16,1 Gew.-% aufweisen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der siliziumhaltigen Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser. Die Dichte dieser Faser weist bevorzugt 1 ,22 bis 1 ,44 g/cm3 auf. Vorzugsweise ist diese Faser ausgehend von einer Faser auf Basis von Polyacrylnitril erhältlich. In Abhängigkeit von der Dauer der Behandlung mit dem Behandlungsfluid und der Behandlungstemperatur kann der Stickstoffgehalt gesenkt und der Kohlenstoffgehalt erhöht werden. Ohne dass die vorliegende Erfindung auf die Richtigkeit der nachstehend vorgestellten Theorie beschränkt wäre, wird angenommen, dass im Falle von erfindungsgemäßen Kohlenstofffaser-Vorstufenfasern das Silizium zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, in Form von silikatischen Verbindungen vorliegt. Hierauf deutet die Position des Si-Peaks bei Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS)- Messungen hin. Range of at least 19 wt .-%, preferably from 19.3 to 20.6 wt .-% and / or a carbon content of, for example 49.9 to 63.5 wt .-%, preferably from 50.0 to 63.4 Wt .-% and / or an oxygen content of, for example, 12.4 to 14.0 wt .-%, preferably from 12.5 to 13.9 wt .-% and / or a nitrogen content of, for example, 3.3 to 16.2 Wt .-%, preferably from 3.4 to 16.1 wt .-%, each based on the total weight of the silicon-containing deposits on its surface comprising carbon fiber precursor fiber. The density of this fiber preferably has 1.22 to 1.44 g / cm 3 . Preferably, this fiber is obtainable starting from a fiber based on polyacrylonitrile. In Depending on the duration of the treatment with the treatment fluid and the treatment temperature, the nitrogen content can be lowered and the carbon content increased. Without limiting the present invention to the accuracy of the theory presented below, it is believed that in the case of carbon fiber precursor fibers of the present invention, the silicon is at least partially, especially predominantly, in the form of silicate compounds. Hereupon, the position of the Si peak in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements indicates.
Fig. 3 zeigt Fasern, die ausgehend von Fasern auf Basis von Polyacrylnitril erhältlich sind, die nach dem Schritt des Behandeins mit dem Behandlungsfluid, lediglich zwischen Papier abgepresst und anschließend bei 105 °C getrocknet wurden. Silizium- haltige Anlagerungen auf oder an der Oberfläche sind deutlich erkennbar. Eine derartige Faser, die keinem Waschvorgang unterworfen wurde, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch als nicht-entschlichtete, stabilisierte Faser bezeichnet. Fig. 3 shows fibers obtainable from polyacrylonitrile-based fibers which, after the step of treating with the treatment fluid, are merely pressed between paper and then dried at 105 ° C. Silicon-based deposits on or on the surface are clearly visible. Such a fiber which has not been subjected to washing is also referred to as non-desized, stabilized fiber in the context of the present invention.
Der Begriff "Faser mit Anlagerungen an ihrer Oberfläche", wie er im Rahmen der vor- liegenden Anmeldung verwendet wird, kann Fasern umfassen, die Anlagerungen an und/oder teilweise oder vollständig in und/oder teilweise oder vollständig unter ihrer Oberfläche aufweisen. As used in the present application, the term "fiber with deposits on its surface" may include fibers that have deposits on and / or partially or completely in and / or partially or completely below their surface.
Nach Abschluss der Carbonisierung (insbesondere nach Abschluss einer Tempera- turbehandlung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren) auf eine Kohlenstofffaser aufgebrachte Schlichten, Finish, Präparationsauflagen und/oder Überzüge, sowie nach Abschluss der Stabilisierungsbehandlung (insbesondere nach Abschluss der Behandlung mit Behandlungsfluid gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren) auf eine Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser aufgebrachte SchlichtenFinish, Präparations- auflagen und/oder Überzüge fallen vorzugsweise im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht unter den Begriff Anlagerungen. Optional können jedoch zusätzlich Schlichte und/oder ein oder mehrere Überzuge auf die erfindungsgemäßen Fasern, die siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche aufweisen können, aufgebracht werden. Vorzugsweise liegen die Anlagerungen vollständig oder zumindest teilweise in Form von Partikeln vor, die auf der Faseroberfläche anhaften und/oder dringen eher nicht ein da ansonsten die Faser zerstört ist oder nicht mehr als Faser vorhanden. Die Partikel können jegliche Form aufweisen und können beispielsweise blätt- chenförmig oder im Wesentlichen kugelförmig sein. Beispielsweise kann die größte Längenausdehnung der Partikel kleiner als 40 μιτι, vorzugsweise kleiner als 8 μιτι, bevorzugt kleiner als 2 μιτι sein. Insbesondere kann die größte Längenausdehnung der Partikel kleiner als der größte Faserdurchmesser sein, vorzugsweise kleiner als ein Drittel des größten Faserdurchmessers, bevorzugt kleiner als ein Fünftel des größten Faserdurchmessers sein. After completion of the carbonization (in particular after completion of a temperature treatment according to the inventive method) applied to a carbon fiber finishing, finishing, Präparationsauflagen and / or coatings, and after completion of the stabilizing treatment (especially after completion of the treatment with treatment fluid according to the inventive method) A finish, carbon fiber precursor fiber, finishing pads and / or coatings are preferably not covered by the term "deposits" in the context of the present application. Optionally, however, it is additionally possible to apply size and / or one or more coatings to the fibers according to the invention which may have silicon-containing deposits on their surface become. Preferably, the deposits are wholly or at least partially in the form of particles which adhere to the fiber surface and / or rather do not penetrate, otherwise the fiber is destroyed or no longer present as fiber. The particles may have any shape and may be, for example, flaky or substantially spherical. For example, the largest elongation of the particles smaller than 40 μιτι, preferably less than 8 μιτι, preferably less than 2 μιτι be. In particular, the largest elongation of the particles may be less than the largest fiber diameter, preferably less than one third of the largest fiber diameter, preferably less than one fifth of the largest fiber diameter.
Zu Vergleichszwecken zeigt Fig. 1 eine Faser auf Basis von Polyacrylnitril, die als Ausgangsmaterialfaser eingesetzt wurde und Fig. 2 eine gemäß einem Verfahren des Stands der Technik zunächst in der Gasphase oxidierte und anschließend bei 1450 °C unter einer inerten Atmosphäre karbonisierte Faser. For comparative purposes, Fig. 1 shows a polyacrylonitrile-based fiber used as the starting material fiber, and Fig. 2 illustrates a fiber first oxidized in the gas phase according to a prior art method and then carbonized at 1450 ° C under an inert atmosphere.
Zudem kann das erfindungsgemäße Verfahren optional mit weiteren Behandlungsschritten kombiniert werden, die vor oder nach dem Schritt des Behandeins mit dem Behandlungsfluid erfolgen, bei denen vor dem Gewinnen der Vorstufenfaser eine oder mehrere weitere Behandlungen erfolgen, die ein Erhitzen der behandelten Fasern oder der Ausgangsmaterialfasern auf eine Temperatur von mehr als 126 °C, insbesondere mehr als 200 °C umfassen. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Behandlungsschritt umfassen, bei dem die behandelten Fasern oder die Ausgangsmaterialfasern bei einer Temperatur von mehr als 126 °C, insbesondere mehr als 200 °C mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise in einem Ofen in Kontakt gebracht werden. In addition, the method according to the invention can optionally be combined with further treatment steps which take place before or after the step of treatment with the treatment fluid in which one or more further treatments are carried out prior to obtaining the precursor fiber, which comprises heating the treated fibers or the starting material fibers to one Temperature of more than 126 ° C, in particular more than 200 ° C include. For example, the method according to the invention may comprise a further treatment step, in which the treated fibers or the starting material fibers are brought into contact with an oxygen-containing gas, for example in an oven, at a temperature of more than 126 ° C., in particular more than 200 ° C.
In Hinblick auf eine Einsparung von Arbeitszeit-, Energie- und Verfahrenskosten, sowie erwünschten Fasereigenschaften und der Verbesserung der Verfahrenssicher- heit, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren jedoch vorzugsweise lediglich den Schritt der Behandlung mit dem Behandlungsfluid als einzigen Verfahrensschritt bei Temperaturen von mehr als 126 °C, insbesondere mehr als 200 °C, vor einer optionalen Gewinnung von präoxidierten Kohlenstofffaser-Vorstufenfasern und/oder einer abschließenden Umwandlung zu Kohlenstofffasern durch Durchführen einer Temperaturbehandlung. However, in view of saving labor, energy and process costs, as well as desirable fiber properties and improving process safety, the process of the invention preferably comprises only the step of treatment with the treatment fluid as a single process step at temperatures greater than 126 ° C , in particular more than 200 ° C, before an optional recovery of pre-oxidized carbon fiber precursor fibers and / or a final conversion to carbon fibers by performing a temperature treatment.
Um Fasern zu erhalten, die vorteilhafte Eigenschaften insbesondere für die Herstel- lung von Verbundwerkstoffen aufweisen, kann das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgeführt werden, dass die eine oder die mehreren Fasern nach Schritt c) der Behandlung und vor Schritt g) der Temperaturbehandlung mit einer Atmosphäre, die einen Gehalt von mehr als 5 Gew.-% an Sauerstoff und eine Temperatur von 70 °C oder mehr, bevorzugt von 50 °C oder mehr, vorzugsweise von 38 °C oder mehr aufweist nicht oder nicht länger als über eine Zeitspanne von beispielsweise einer Minute in Kontakt kommt. In order to obtain fibers which have advantageous properties, in particular for the production of composite materials, the method according to the invention can be carried out in such a way that the one or more fibers are treated after step c) of the treatment and before step g) of the temperature treatment with an atmosphere, which has a content of more than 5% by weight of oxygen and a temperature of 70 ° C or more, preferably 50 ° C or more, preferably 38 ° C or more, not or not more than over a period of, for example, one Minute comes in contact.
Fasern, die einem Waschvorgang unterzogen wurden, werden beispielsweise in Fig. 4 gezeigt. Diese Fasern, die ausgehend von einer Faser auf Basis von Polyacrylnitril erhältlich sind, wurden nach dem Schritt des Behandeins mit dem Behandlungsfluid, mit Papier abgepresst, mit Methyl-Ethyl-Keton in einer Soxhlet-Apparatur während 240 Minuten extrahiert wurde und anschließend unter Umgebungsluftatmosphäre bei 105 °C getrocknet. Siliziumhaltige Anlagerungen auf oder an der Oberfläche sind deutlich erkennbar. Fasern, die einem oder mehreren Waschvorgängen unterworfen waren, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung als "entschlichtete" Fasern bezeichnet. Der Begriff Umgebungsluftatmosphäre kann jegliche Luftgemische beschreiben, die in menschlichen Arbeitsräumen und/oder im Freien vorliegen, insbesondere sog. atmosphärische Luft. Zusammensetzungen dieser Atmosphären sind einem Fachmann bekannt. Insbesondere kann der Begriff Umgebungsluftatmosphäre Atmosphären beschreiben, die etwa 75-76 Gew.-% Stickstoff, etwa 23- 24 Gew.-% Sauerstoff, etwa 1 -2 Gew.-% Edelgase, sowie optional weitere Gase mit einem Gehalt von jeweils unter 1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Atmosphäre, umfassen, sowie deren Gemische mit Wasserdampf. Eine sehr vorteilhafte Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser ist beispielsweise gemäß einem Verfahren erhältlich, welches die vorstehend erläuterten Schritte a) bis c) und weiter die folgenden Schritte umfasst: d) Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid behandelten Faser durch einen oder mehrere Waschvorgänge und optio- nal Nachbehandeln durch einen oder mehrere mechanische Nachbehandlungsvorgänge; e) optional Trocknen der nachbehandelten Faser. Diese Faser wird umgangssprachlich auch als "entschlichtete" Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser bezeichnet. Eine erfindungsgemäße Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser kann Silziumhaltige Anlagerun- gen an ihrer Oberfläche aufweisen und kann einen Siliziumgehalt, beispielsweise in einem Bereich von mindestens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise von 0,55 bis 4,6 Gew.-%, vorzugsweise von 2,0 bis 4,5 Gew.-% und/oder einen Kohlenstoffgehalt von beispielsweise 52,9 bis 81 ,6 Gew.-%, vorzugsweise von 62,6 bis 66,1 Gew.-% und/oder einen Sauerstoffgehalt von beispielsweise 3,3 bis 9,7 Gew.-%, vorzugsweise von 5,6 bis 9,6 Gew.-% und/oder einen Stickstoffgehalt von beispielsweise 7,3 bis 34,4 Gew.-%, vorzugsweise von 21 ,3 bis 23,9 Gew.-% aufweisen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser. Die Dichte dieser Faser beträgt bevorzugt 1 ,30 bis 1 ,50 g/cm3. In Abhängigkeit von der Dauer der Behandlung mit dem Behand- lungsfluid und der Behandlungstemperatur kann der Stickstoffgehalt gesenkt und der Kohlenstoffgehalt erhöht werden. Vorzugsweise ist diese Faser ausgehend von einer Faser auf Basis von Polyacrylnitril erhältlich. For example, fibers that have been subjected to a washing process are shown in FIG. 4. These fibers, which are obtainable from a polyacrylonitrile-based fiber, after the step of treating with the treatment fluid, were pressed with paper, extracted with methyl ethyl ketone in a Soxhlet apparatus for 240 minutes, and then under ambient air atmosphere Dried at 105 ° C. Silicon-containing deposits on or on the surface are clearly visible. Fibers that have been subjected to one or more washes are referred to in the context of the present invention as "desized" fibers. The term ambient air atmosphere may describe any air mixtures that are present in human workspaces and / or outdoors, in particular so-called atmospheric air. Compositions of these atmospheres are known to a person skilled in the art. In particular, the term ambient atmosphere can describe atmospheres containing about 75-76% by weight of nitrogen, about 23-24% by weight of oxygen, about 1-2% by weight of noble gases, and optionally further gases with a content of less than 1 Wt .-%, based on the total weight of the atmosphere, include, as well as their mixtures with water vapor. A very advantageous carbon fiber precursor fiber is obtainable, for example, according to a process comprising the above-mentioned steps a) to c) and further the following steps: d) aftertreatment of the treatment fluid-treated fiber by one or more washes and optional after-treatment by one or more mechanical post-treatment operations; e) optionally drying the post-treated fiber. This fiber is also colloquially referred to as a "desized" carbon fiber precursor fiber. A carbon fiber precursor fiber according to the invention may have silicon-containing deposits on its surface and may have a silicon content, for example in a range of at least 0.5% by weight, preferably from 0.55 to 4.6% by weight, preferably from 2 , 0 to 4.5 wt .-% and / or a carbon content of, for example, 52.9 to 81, 6 wt .-%, preferably from 62.6 to 66.1 wt .-% and / or an oxygen content of, for example, 3 , 3 to 9.7 wt .-%, preferably from 5.6 to 9.6 wt .-% and / or a nitrogen content of, for example, 7.3 to 34.4 wt .-%, preferably from 21, 3 to 23 , 9 wt .-%, each based on the total weight of the silicon-containing deposits on its surface comprising carbon fiber precursor fiber. The density of this fiber is preferably 1.30 to 1.50 g / cm 3 . Depending on the duration of the treatment with the treatment fluid and the treatment temperature, the nitrogen content can be lowered and the carbon content can be increased. Preferably, this fiber is obtainable starting from a fiber based on polyacrylonitrile.
Vorzugsweise wird bei einer Behandlung mit einem Behandlungsfluid die Behand- lungsdauer und die Behandlungstemperatur derart gewählt, dass Kohlenstofffaser- Vorstufenfasern erhalten werden, bei der bei einer DSC-Messung noch eine Wärmemenge Q im Bereich von 175 bis 310 J frei wird, bestimmt nach DIN ISO 1 1357-3. In a treatment with a treatment fluid, the treatment duration and the treatment temperature are preferably selected such that carbon fiber precursor fibers are obtained in which a quantity of heat Q in the range from 175 to 310 J is released in a DSC measurement, determined according to DIN ISO 1 1357-3.
Nach einem optionalen Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid behandelten Faser, sowie einem optionalen Trocknen der nachbehandelten Faser kann optional ein Gewinnen der behandelten, sowie optional nachbehandelten und/oder optional getrockneten Faser erfolgen. Diese Faser kann dann in einem oder mehreren weiteren Schritten in eine Kohlenstofffaser umgewandelt werden. Wenn gewünscht, muss jedoch kein gesonderter Schritt des Gewinnens erfolgen, sondern die Faser kann unmittelbar einem oder mehreren Schritten zur weiteren Umwandlung bis hin zur Kohlenstofffaser nach dem Behandeln mit dem Behandlungsfluid unterzogen werden. In einem weiteren Verfahrensschritt, der zur Kohlenstofffaser führen kann, erfolgt eine Temperaturbehandlung. Diese Temperaturbehandlung kann mit der behandelten und optional nachbehandelten und/oder optional getrockneten Faser, die nach den vorhergehenden Verfahrensschritten erhalten wurde, durchgeführt werden. Wäh- rend der Temperaturbehandlung wird die Faser während einer Temperaturbehandlungszeitspanne einer oder mehreren Temperaturen im Bereich von 450 °C bis 1800 °C, vorzugsweise 450 °C bis 1620 °C unter einer inerten Atmosphäre ausgesetzt. Die Temperaturbehandlung kann zusätzlich eine Aufheizphase umfassen, bei der ein Aufheizen, beispielsweise ausgehend von 20 °C, bis hin zu 450 °C erfolgt und eine Abkühlphase umfassen, bei der ein Abkühlen von 450 °C zu tieferen Temperaturen, beispielsweise bis hin zu 20 °C erfolgt. Die Temperaturbehandlungszeitspanne kann beispielsweise in einem Bereich von 1 bis 10 Stunden, bevorzugt in einem Bereich von 3 bis 8 Stunden liegen. Alternativ kann bei einem kontinuierlichen Prozess die Behandlungszeit bei einer Temperatur von 450°-1000°C 1 -5 min und bei einer Temperatur von 1000°C-1450°C, 1 -5min betragen. After an optional aftertreatment of the fiber treated with the treatment fluid, as well as an optional drying of the aftertreated fiber, it is optionally possible to obtain a recovery of the treated fiber, and optionally aftertreated and / or optionally dried fiber. This fiber can then be converted into a carbon fiber in one or more further steps. However, if desired, no separate step of recovery is required, but the fiber may be subjected directly to one or more further conversion steps to carbon fiber after treatment with the treatment fluid. In a further process step, which can lead to the carbon fiber, a temperature treatment takes place. This temperature treatment can be carried out with the treated and optionally post-treated and / or optionally dried fiber obtained after the preceding process steps. During the temperature treatment, the fiber is exposed to one or more temperatures in the range of 450 ° C to 1800 ° C, preferably 450 ° C to 1620 ° C, under an inert atmosphere during a temperature treatment period. The temperature treatment may additionally comprise a heating phase in which a heating, for example from 20 ° C, up to 450 ° C takes place and include a cooling phase in which cooling from 450 ° C to lower temperatures, for example up to 20 ° C takes place. The temperature treatment period may be, for example, in the range of 1 to 10 hours, preferably in the range of 3 to 8 hours. Alternatively, in a continuous process, the treatment time may be 1-5 minutes at a temperature of 450 ° -1000 ° C and 1-5min at a temperature of 1000 ° C-1450 ° C.
Kontinuierlicher Prozess bedeutet, dass die Faser endlos durch zwei aufeinanderfol- gende Öfen gezogen wird. Im ersten Ofen werden die Fasern von 450°- 1000°C in Inertgasatmosphäre thermisch behandelt. Im zweiten dann von 1000°-1450°C. Verweilzeiten in den Öfen betragen jeweils zwischen 1 -5min, während die Faser durch angetriebene Walzenwerke unter Spannung gehalten werden. Der Begriff "inerte Atmosphäre" umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung jegliche Atmosphäre, die frei von Sauerstoff ist oder einen Gehalt an Sauerstoff von weniger als 5 Gew.-%, vorzugsweise von weniger als 1 Gew.-%, bevorzugt von weniger als 0,2 Gew.-%, weiter bevorzugt von weniger als 0,1 Gew.-%, insbesondere von weniger als 0,001 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Atmosphäre, auf- weist. Eine bevorzugte inerte Atmosphäre weist beispielsweise einen Gehalt von mindestens 99,9 Gew.-% an Stickstoff und einen Rest weiterer Gase auf, bezogen auf das Gesamtgewicht der Atmosphäre. Vorzugsweise bestehen die Gase des Restes aus Edelgasen, Sauerstoff und Kohlenstoffoxiden, bevorzugt aus Edelgasen. Zudem kann als "inerte Atmosphäre" auch eine Atmosphäre verwendet werden, die einen Druck von weniger als 1 atm aufweist, d.h. eine Atmosphäre, die nach einer teilweisen oder weitgehenden Evakuierung des die Atmosphäre beinhaltenden Behälters erhalten wurde. Die inerte Atmosphäre kann vorteilhafterweise Stickstoff und/oder Edelgase umfassen. Continuous process means that the fiber is pulled endlessly through two consecutive ovens. In the first furnace, the fibers are thermally treated at 450 ° -1000 ° C in an inert gas atmosphere. In the second then from 1000 ° -1450 ° C. Dwell times in the furnaces are each between 1 -5min, while the fiber is kept under tension by driven roller mills. The term "inert atmosphere" in the context of the present invention includes any atmosphere that is free of oxygen or an oxygen content of less than 5 wt .-%, preferably less than 1 wt .-%, preferably less than 0, 2 wt .-%, more preferably less than 0.1 wt .-%, in particular less than 0.001 wt .-%, based on the total weight of the atmosphere, up. A preferred inert atmosphere, for example, has a content of at least 99.9 wt .-% of nitrogen and a residue of other gases, based on the total weight of the atmosphere. Preferably, the gases of the rest of noble gases, oxygen and carbon oxides, preferably from noble gases. In addition, as an "inert atmosphere", an atmosphere having a pressure of less than 1 atm, that is, an atmosphere obtained after a partial or substantial evacuation of the atmosphere-containing vessel, may also be used. The inert atmosphere may advantageously comprise nitrogen and / or noble gases.
Vorzugsweise erfolgt die Temperaturbehandlung derart, dass eine Umwandlung der dieser Behandlung unterworfenen Faser in eine Kohlenstofffaser erfolgt. Nach der Temperaturbehandlung kann optional ein Gewinnen von Kohlenstofffasern erfolgen. The temperature treatment is preferably carried out in such a way that a conversion of the fiber subjected to this treatment into a carbon fiber takes place. Optionally, after the temperature treatment, carbon fibers can be recovered.
Optional können nach einer Temperaturbehandlung weitere Verfahrensschritte erfolgen, wie beispielsweise ein Beschichten der Kohlenstofffasern oder eine Oberflächenbehandlung der Kohlenstofffasern. Zudem hat es sich als vorteilhaft zum Erreichen von Fasern guter Qualität erwiesen, wenn die Temperaturbehandlung derart erfolgt, dass die Temperaturbehandlung in einem ersten Temperaturbehandlungs-Temperaturbereich und mindestens einem zweiten Temperaturbehandlungs-Temperaturbereich erfolgt, wobei die niedrigste Temperatur des mindestens einen zweiten Temperaturbehandlungs-Temperaturbe- reichs höher als die höchste Temperatur des ersten Temperaturbehandlungs-Optionally, further process steps can be carried out after a temperature treatment, such as, for example, coating of the carbon fibers or surface treatment of the carbon fibers. In addition, it has proven to be advantageous for achieving fibers of good quality if the temperature treatment takes place in such a way that the temperature treatment takes place in a first temperature treatment temperature range and at least a second temperature treatment temperature range, the lowest temperature of the at least one second temperature treatment temperature range. higher than the highest temperature of the first temperature treatment
Temperaturbereichs ist und die Temperaturbehandlung in dem ersten Temperatur- behandlungs-Temperaturbereich beginnt. Insbesondere kann der erste Temperatur- behandlungs-Temperaturbereich beispielsweise ein Temperaturbereich, ausgewählt aus dem Bereich von 450°C bis 1000 °C sein (wovor optional beispielsweise ein Aufheizen von tieferen Temperaturen, beispielsweise 20 °C, aus erfolgen kann), und/oder der mindestens eine zweite Temperaturbereich beispielsweise ein Temperature range is and the temperature treatment begins in the first temperature treatment temperature range. In particular, the first temperature-treatment temperature range may be, for example, a temperature range selected from the range of 450 ° C. to 1000 ° C. (for which optionally, for example, heating of lower temperatures, for example 20 ° C., can take place), and / or For example, at least one second temperature range
Temperaturbereich, ausgewählt aus dem Bereich von 1001 °C bis 1450°C, vorzugsweise ausgewählt aus dem Bereich von 1001 °C bis 1375°C, bevorzugt ausgewählt aus dem Bereich von 1001 °C bis 1320°C, sein. Hierbei kann der erste und/oder zweite Temperaturbereich entweder den ganzen jeweils angegebenen Bereich an Temperaturen umfassen oder einen Teilbereich hiervon, der beispielsweise 10°C, vorzugsweise 5°C, bevorzugt 2°C, insbesondere 1 °C umfassen kann. Insbesondere kann die Temperaturbehandlung zumindest während eines Abschnitts ein Erhöhen der Temperatur, insbesondere ein stufenweises Erhöhen der Temperatur umfassen. Zudem kann die Temperaturbehandlung während mindestens einer Zeitspanne mit konstanter oder im wesentlichen konstanter Temperatur und/oder während mindestens einer Zeitspanne mit ansteigender Temperatur erfolgen. In Bezug auf die Temperaturbehandlung kann der Begriff "mit konstanter Temperatur" neben einem Konstantbleiben der Temperatur auch Veränderungen der Temperatur um beispiels- weise bis zu +10 °C, vorzugsweise bis zu +3 °C, bevorzugt bis zu +2°C umfassen und der Begriff "mit im Wesentlichen konstanter Temperatur" kann Veränderungen der Temperatur um beispielsweise bis zu +10°C, vorzugsweise bis zu +3 °C, bevorzugt bis zu +2°C, sowie langsam ansteigende oder abfallende Temperaturen, beispielsweise von bis zu unterhalb von 0,5 °C pro Minute, vorzugsweise von bis zu 0,3 °C pro Minute umfassen. Temperature range selected from the range of 1001 ° C to 1450 ° C, preferably selected from the range of 1001 ° C to 1375 ° C, preferably selected from the range of 1001 ° C to 1320 ° C. In this case, the first and / or second temperature range may comprise either the entire range of temperatures specified in each case or a subarea thereof, which may comprise, for example, 10 ° C., preferably 5 ° C., preferably 2 ° C., in particular 1 ° C. In particular, the temperature treatment may include, at least during a section, increasing the temperature, in particular increasing the temperature step by step. In addition, the temperature treatment may be carried out for at least a period of time at a constant or substantially constant temperature and / or during at least a period of increasing temperature. With regard to the temperature treatment, the term "constant temperature" may include, besides keeping the temperature constant, changes in temperature of, for example, up to + 10 ° C, preferably up to + 3 ° C, preferably up to + 2 ° C, and the term "substantially constant temperature" may include changes in temperature, for example up to + 10 ° C, preferably up to + 3 ° C, preferably up to + 2 ° C, as well as slowly rising or falling temperatures, for example from up to below of 0.5 ° C per minute, preferably up to 0.3 ° C per minute.
Eine sehr vorteilhafte Kohlenstofffaser ist beispielsweise gemäß einem Verfahren erhältlich, welches die vorstehend erläuterten Schritte a) bis c) und weiter die folgenden Schritte umfasst: d) optional Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid be- handelten Faser, wobei das Nachbehandeln aus einem oder mehreren mechanischen Nachbehandlungsvorgängen besteht, und kein Waschvorgang zwischen Schritt c) des Behandeins und Schritt f) der Temperaturbehandlung erfolgt; e) optional Trocknen der behandelten und optional nachbehandelten Faser; f) Durchführen einer Temperaturbehandlung der behandelten, sowie optional nachbehandelten und/oder optional getrockneten Faser, wobei die Faser während einer Temperaturbehandlungszeitspanne einer Temperatur von mindestens 450 °C unter einer inerten Atmosphäre ausgesetzt ist. Eine erfindungsgemäße Kohlenstofffaser kann silizium- haltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassen und kann beispielsweise einen Kohlenstoffgehalt von 94,0 Gew.-% bis 94,6 Gew.-%, vorzugsweise von 94,2 Gew.- % bis 94,4 Gew.-% aufweisen, und/oder einen Gehalt an Silizium in einem Bereich von mehr als 0,45 Gew.-%, vorzugsweise von 0,48 Gew.-% bis 1 ,0 Gew.-%, bevorzugt von 0,5 Gew.-% bis 0,6 Gew.-%, aufweisen, und/oder einen Stickstoffgehalt von 2,4 Gew.-% bis 2,9 Gew.-%, vorzugsweise von 2,6 Gew.-% bis 2,7 Gew.-% und/oder einen Sauerstoffgehalt von 1 ,5 Gew.-% bis 2,1 Gew.-%, vorzugsweise von 1 ,7 Gew.- % bis 1 ,9 Gew.-% aufweisen, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der silizium- haltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser. Eine derartige Kohlenstofffaser weist eine Dichte auf, die bevorzugt mehr als 1 ,20 g/cm3 beträgt, sowie vorzugsweise eine Dichte in einem Bereich von 1 ,42 g/cm3 bis 1 ,82 g/cm3. Vorzugsweise ist diese Faser ausgehend von einer Faser auf Basis von Polyacrylnitril erhältlich. Ohne dass die vorliegende Erfindung auf die Richtigkeit der nachstehend vorgestellten Theorie beschränkt wäre, wird angenommen, dass im Falle von erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern das Silizium zumindest teilweise, insbesondere überwiegend, in Form von Siliziumdioxid vorliegt. Hierauf deutet die Position des Si-Peaks bei Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS)-Messungen hin. A very advantageous carbon fiber is obtainable, for example, according to a method which comprises the above-described steps a) to c) and further the following steps: d) optionally after-treatment of the treated with the treatment fluid fiber, wherein the aftertreatment of one or more mechanical aftertreatment processes and there is no washing between step c) of the treatment and step f) of the temperature treatment; e) optionally drying the treated and optionally post-treated fiber; f) carrying out a temperature treatment of the treated, and optionally post-treated and / or optionally dried fiber, wherein the fiber is exposed during a temperature treatment period to a temperature of at least 450 ° C under an inert atmosphere. A carbon fiber according to the invention may comprise silicon-containing deposits on its surface and may, for example, have a carbon content of from 94.0% by weight to 94.6% by weight, preferably from 94.2% by weight to 94.4% by weight. %, and / or a content of silicon in a range of more than 0.45 wt .-%, preferably from 0.48 wt .-% to 1, 0 wt .-%, preferably of 0.5 wt. % to 0.6 wt .-%, and / or a nitrogen content of 2.4 wt .-% to 2.9 wt .-%, preferably from 2.6 wt .-% to 2.7 wt. % and or have an oxygen content of 1, 5 wt .-% to 2.1 wt .-%, preferably from 1, 7 wt .-% to 1, 9 wt .-%, each based on the total weight of the silicon-containing deposits on their Surface comprising carbon fiber. Such a carbon fiber has a density which is preferably more than 1.20 g / cm 3 , and preferably a density in a range of 1.42 g / cm 3 to 1.82 g / cm 3 . Preferably, this fiber is obtainable starting from a fiber based on polyacrylonitrile. Without limiting the present invention to the accuracy of the theory presented below, it is assumed that in the case of carbon fibers according to the invention, the silicon is present at least partially, in particular predominantly, in the form of silicon dioxide. This is indicated by the position of the Si peak in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements.
Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung auch Kohlenstofffasern, die vor der Temperaturbehandlung einem oder mehreren Waschvorgängen unterzogen wurden und die beispielsweise durch ein Verfahren erhältlich sind, welches die vorstehend erläuterten Schritte a) bis c) und weiter die folgenden Schritte umfasst: d) Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid behandelten Faser durch einen oder mehrere Waschvorgänge und optional Nachbehandeln durch einen oder mehrere mechanische Nachbehandlungsvorgänge; e) optional Trocknen der nachbehandelten Faser; f) Durchführen einer Temperaturbehandlung der nachbehandelten und optional getrockneten Faser, wobei die Faser während einer Temperaturbehandlungszeit- spanne einer Temperatur von mindestens 450 °C unter einer inerten Atmosphäre ausgesetzt ist. Eine derartige Kohlenstofffaser wird umgangssprachlich auch als "entschlichtete" Kohlenstofffaser bezeichnet. Eine erfindungsgemäße Kohlenstofffaser kann siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassen. Eine erfindungsgemäße Kohlenstofffaser weist eine Dichte auf, die bevorzugt mehr als 1 ,20 g/cm3 beträgt, vorzugsweise eine Dichte in einem Bereich von 1 ,42 g/cm3 bis 1 ,82 g/cm3. Vorzugsweise ist diese Kohlenstofffaser ausgehend von einer Faser auf Basis von Polyacrylnitril erhältlich. In addition, the present invention also includes carbon fibers which have been subjected to one or more washing operations before the temperature treatment and which are obtainable, for example, by a process comprising the above-mentioned steps a) to c) and further the following steps: d) aftertreatment with the treatment fluid treated fiber by one or more washes and optionally aftertreated by one or more mechanical aftertreatment procedures; e) optionally drying the post-treated fiber; f) performing a thermal treatment of the post-treated and optionally dried fiber, wherein the fiber is exposed to a temperature of at least 450 ° C under an inert atmosphere during a temperature treatment period. Such a carbon fiber is colloquially referred to as "desized" carbon fiber. A carbon fiber according to the invention may comprise silicon-containing deposits on its surface. A carbon fiber according to the invention has a density which is preferably more than 1.20 g / cm 3 , preferably a density in a range from 1.42 g / cm 3 to 1.82 g / cm 3 . Preferably, this carbon fiber is obtainable starting from a fiber based on polyacrylonitrile.
Auf der nach der Temperaturbehandlung gewonnenen Faser kann optional eine Oberflächenbehandlung ausgeführt werden, insbesondere wenn die Faser zu einem Verbundwerkstoff weiterverarbeitet werden soll, um die Adhäsion der Faser in der Matrix zu verbessern. Optionally, a surface treatment may be performed on the fiber obtained after the thermal treatment, particularly if the fiber is to be further processed into a composite material to improve the adhesion of the fiber in the matrix.
Kohlenstofffasern, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurden, wobei diese einer optionalen Nachbehandlung, insbesondere einem Waschvorgang unterworfen worden sein können, können Zugfestigkeiten von mehr als 800 MPa, vorzugsweise eine Zugfestigkeit von mehr als 1300 MPa, bevorzugt eine Zugfestigkeit von mehr als 1900 MPa, weiter bevorzugt eine Zugfestigkeit von mehr als 2800 MPa, insbesondere eine Zugfestigkeit im Bereich von 1300 bis 6560 MPa aufweisen, bestimmt gemäß DIN 65382. Carbon fibers which have been produced by the process according to the invention, which may have been subjected to an optional after-treatment, in particular a washing process, may have tensile strengths of more than 800 MPa, preferably a tensile strength of more than 1300 MPa, preferably a tensile strength of more than 1900 MPa, more preferably a tensile strength of more than 2800 MPa, in particular a tensile strength in the range of 1300 to 6560 MPa, determined according to DIN 65382.
Weiterhin können Kohlenstofffasern, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wurden, wobei diese einer optionalen Nachbehandlung, insbesondere einem Waschvorgang unterworfen worden sein können, Elastizitätsmoduli von mehr als 60 GPa, vorzugsweise ein Elastizitätsmodul von mehr als 150 GPa, bevorzugt ein Elastizitätsmodul von mehr als 210 GPa, insbesondere ein Elastizitätsmodul im Bereich von 150 bis 275 GPa aufweisen, bestimmt gemäß DIN 65382. Furthermore, carbon fibers produced by the process according to the invention, which may have been subjected to an optional after-treatment, in particular a washing process, have moduli of elasticity of more than 60 GPa, preferably a modulus of elasticity of more than 150 GPa, preferably a modulus of elasticity of more than 210 GPa , in particular have a modulus of elasticity in the range of 150 to 275 GPa, determined according to DIN 65382.
Ein vorteilhaftes Eigenschaftsprofil, insbesondere zur Herstellung von Verbundwerk- Stoffen, weisen erfindungsgemäße Kohlenstofffasern auf, die in Kombination einAn advantageous property profile, in particular for the production of composite materials, carbon fibers according to the invention, which in combination a
Dichte von 1 ,24 bis 1 ,81 g/cm3 und eine Zugfestigkeit von 250 bis 6560 MPa aufweisen, vorzugsweise in Kombination ein Dichte von 1 ,65 bis 1 ,81 g/cm3 und eine Zugfestigkeit von 1900 bis 6560 MPa aufweisen. Ein vorteilhaftes Eigenschaftsprofil, insbesondere zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, weisen zudem Kohlenstofffasern auf, die in Kombination eine Dichte von 1 ,64 bis 1 ,82 g/cm3 und einen Faserschrumpf von weniger als 28 % aufweisen. Die erfindungsgemäßen Kohlenstofffasern, die beispielsweise durch das erfindungs- gemäße Verfahren erhältlich sind, können einen Durchmesser im Bereich von 5 bis 13 μιτι, vorzugsweise von 6 bis 8,6 μιτι aufweisen. Eine als Ausgangsmaterialfaser geeignete Faser ist eine Faser auf Basis von Poly- acrylnitril, wobei eine derartige Faser im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch kurz als "Polyacrylnitril-Faser" bezeichnet wird. Als Polyacrylnitril kann homopoly- meres Polyacrylnitril und/oder copolymeres Polyacrylnitril verwendet werden. Zur Herstellung von homopolymerem Polyacrylnitril oder copolymerem Polyacrylnitril kann ein beliebiges Verfahren des Stands der Technik von einem Fachmann ausgewählt werden. Die Faserfeinheit einer Ausgangsmaterialfaser kann beispielsweise in einem Bereich von 0,9 bis 2,4 dtex liegen. Density of 1, 24 to 1, 81 g / cm 3 and a tensile strength of 250 to 6560 MPa, preferably in combination have a density of 1, 65 to 1, 81 g / cm 3 and a tensile strength of 1900 to 6560 MPa. An advantageous property profile, in particular for the production of composite materials, also have carbon fibers having a density of 1, 64 to 1 82 g / cm 3 and a fiber shrinkage of less than 28% in combination. The carbon fibers according to the invention, which are obtainable for example by the process according to the invention, may have a diameter in the range from 5 to 13 μm, preferably from 6 to 8.6 μm. A fiber suitable as a starting material fiber is a fiber based on polyacrylonitrile, wherein such a fiber is also referred to as "polyacrylonitrile fiber" in the context of the present application. Homopolymer polyacrylonitrile and / or copolymeric polyacrylonitrile can be used as the polyacrylonitrile. For the preparation of homopolymeric polyacrylonitrile or copolymeric polyacrylonitrile, any method of the prior art may be selected by a person skilled in the art. The fiber fineness of a starting material fiber may be, for example, in a range of 0.9 to 2.4 dtex.
Gemäß einer Ausführungsform wird bevorzugt, dass es sich bei dem Polyacrylnitril um ein Polymer handelt, das zu mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 95 Gew.-%, insbesondere zu 96 - 99 Gew.-% Acrylnitrileinheiten (als Monomereinheiten) umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann es sich bei dem Polyacrylnitril um so genanntes Modacryl handeln, das heißt um ein Polymer, das zu mehr als 50 Gew.-% und weni- ger als 85 Gew.-% aus Acrylnitrileinheiten besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht des Polymers. Optional kann eine Faser auf Basis von Polyacrylnitril weitere dem Fachmann bekannte Komponenten und Zusatzstoffe aufweisen. Bei dem Polymeren kann es sich um ein metallorganisches Polymer handeln, das heißt ein Polymer, das Metallatome in der Polymerkette oder komplex gebunden umfasst, vorzugsweise wird jedoch kein derartiges Polymer zur Herstellung der Ausgangsmaterialfasern verwendet. Vorzugsweise umfasst eine Ausgangsmaterialfaser ein Polymer, das zu mindestens 80 Gew.-% Acrylnitrileinheiten (als Monomereinheiten), sowie 1 bis 3 Gew.-% Itakonsäureeinheiten (als Monomereinheiten), sowie 3 bis 5 Gew.-% Me- thylacrylat-Einheiten (als Monomereinheiten), jeweils bezogen auf das Gesamtge- wicht des Polymers, umfasst. According to one embodiment, it is preferred that the polyacrylonitrile is a polymer which comprises at least 50% by weight, preferably at least 95% by weight, in particular from 96 to 99% by weight of acrylonitrile units (as monomer units) , based on the total weight of the polymer. According to a further embodiment, the polyacrylonitrile may be so-called modacrylic, that is to say a polymer which consists of more than 50% by weight and less than 85% by weight of acrylonitrile units, based on the total weight of the polymer. Optionally, a fiber based on polyacrylonitrile may have further components and additives known to the person skilled in the art. The polymer may be an organometallic polymer, that is, a polymer comprising metal atoms in the polymer chain or complexed, but preferably no such polymer is used to make the starting material fibers. Preferably, a starting material fiber comprises a polymer comprising at least 80% by weight of acrylonitrile units (as monomer units), and 1 to 3% by weight of itaconic acid units (as monomer units), and 3 to 5% by weight of methyl acrylate units (as Monomer units), in each case based on the total weight of the polymer.
Herstellungsverfahren für Polyacrylnitrilfasern sind beispielsweise in der Veröffentlichung von E. Fitzer, L. M. Manocha, "Carbon Reinforcements and Carbon/Carbon Composites", Springer Verlag, Berlin, 1998, ISBN 3-540-62933-5, S. 10 - 17, sowie in den Patentschriften US 4,001 ,382 und US 6,054,214 erläutert. Methods of producing polyacrylonitrile fibers are described, for example, in the publication by E. Fitzer, LM Manocha, "Carbon Reinforcements and Carbon / Carbon Composites ", Springer Verlag, Berlin, 1998, ISBN 3-540-62933-5, pp. 10-17, as well as in the patents US 4,001, 382 and US 6,054,214 explained.
Co-polymeres Polyacrylnitril kann beispielsweise durch Polymerisierung von Acryl- nitril mit einem damit copolymerisierbaren (Co-)Monomer erhalten werden, beispielsweise durch eine Lösungs-Polymerisation, durch eine Redox-Polymerisation oder durch eine Aufschlämmungs-Polymerisation. Co-polymeric polyacrylonitrile can be obtained, for example, by polymerizing acrylonitrile with a (co) monomer copolymerizable therewith, for example by solution polymerization, by redox polymerization or by slurry polymerization.
Als ein zur Copolymerisation einsetzbares (Co-)Monomer bei einer Herstellung von co-polymerem Polyacrylnitril kann beispielsweise verwendet werden: ein As a copolymerizable (co) monomer in a production of co-polymeric polyacrylonitrile, for example, may be used
Vinylcarbonsäurederivat, wie beispielsweise Methacryl säure, Itaconsäure; eine halo- genierte Vinylverbindung, wie unter anderem Vinylchlorid; ein (Meth)acrylatderivat, wie unter anderem ein Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat, Propyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, Dimethylaminoethyl- (meth)acrylat; sowie weiter beispielsweise Methacrylamid, Styrol. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann auch mehr als ein Co-Monomer verwendet werden. Vorzugsweise umfasst eine Ausgangsmaterialfaser co-polymeres Polyacrylnitril. Vinylcarbonsäurederivat such as methacrylic acid, itaconic acid; a halogenated vinyl compound such as, but not limited to, vinyl chloride; a (meth) acrylate derivative such as, but not limited to, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, pentyl (meth) acrylate, hexyl (meth) acrylate, dimethylaminoethyl (meth ) acrylate; and further, for example, methacrylamide, styrene. In the context of the present invention, more than one co-monomer may also be used. Preferably, a starting material fiber comprises co-polymeric polyacrylonitrile.
Ausgangsmaterialfasern für eine Herstellung einer auf Pech-basierenden Vorstufenfaser können sowohl isotrope, als auch anisotrope Pechfasern sein. Zur Herstellung derartiger Ausgangsmaterialfasern wird Mesophasen-Pech (mesophase pitch) einem Schmelzspinnverfahren unterzogen und gedehnt, solange er plastisch deformierbar ist, wobei Pech-Fasern mit einer bevorzugten Orientierung hergestellt werden können. Geeignete Herstellungsverfahren sind im Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise in der Veröffentlichung von E. Fitzer, L. M. Manocha, "Carbon Reinforcements and Carbon/Carbon Composites", Springer Verlag, Berlin, 1998, ISBN 3-540-62933-5, S. 24 - 34, sowie in der Patentschrift DE 697 32 825 T2 erläutert. Herstellungsverfahren für Fasern auf Basis von Polyacetylen, Fasern auf Basis von Polyphenylen, Fasern auf Basis von Lignin, Fasern auf Basis von Cellulose, sind einem Fachmann bekannt. Beispielsweise können folgende Cellulosefasern verwendet werden, insbesondere aus regenerierter Cellulose: Viskose, Cupro, Modal, aus Cel- luloseresten : Acetat und Triacetat. Feedstock fibers for making a pitch-based precursor fiber can be both isotropic and anisotropic pitch fibers. To prepare such source material fibers, mesophase pitch is melt-spun and stretched as long as it is plastically deformable to produce pitch fibers having a preferred orientation. Suitable preparation methods are known in the art and are described, for example, in the publication by E. Fitzer, LM Manocha, "Carbon Reinforcements and Carbon / Carbon Composites", Springer Verlag, Berlin, 1998, ISBN 3-540-62933-5, p. 24-34, as well as in the patent DE 697 32 825 T2 explained. Methods of preparation of polyacetylene-based fibers, polyphenylene-based fibers, lignin-based fibers, cellulose-based fibers are known to those skilled in the art. For example, the following cellulose fibers may be used especially regenerated cellulose: viscose, cupro, modal, cellulose residues: acetate and triacetate.
Herstellungsverfahren für Fasern auf Keramik-Basis sind einem Fachmann bekannt. Keramikfasern können beispielsweise mindestens eine Verbindung ausgewählt unter Aluminiumoxid, Zirkonoxid, SiNC, SiBNC, SiC, B4C, BN, Si3N4, TiC, WC und deren Gemischen umfassen oder hieraus vollständig oder zu mindestens 90 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 93 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, bestehen. Insbesondere kann es sich bei Keramikfasern um Basaltfasern und/oder Glasfasern oder ein Gemisch hiervon mit weiteren Keramikfasern handeln. Beispielsweise werden Fasern, insbesondere hochwarmfeste Fasern, auf Basis von Si, C, B, N, AI oder Verbindungen davon in der Schrift DE 197 1 1 829 C1 beschrieben. Manufacturing processes for ceramic-based fibers are known to a person skilled in the art. Ceramic fibers may be selected, for example, at least one compound selected from alumina, zirconia, SiNC, SiBNC, SiC, B 4 C, BN, Si 3 N 4, TiC, WC, and include mixtures thereof or therefrom completely or at least 90 wt .-%, preferably at least 93 wt .-%, based on the total weight of the fibers consist. In particular, ceramic fibers may be basalt fibers and / or glass fibers or a mixture thereof with other ceramic fibers. For example, fibers, in particular high-temperature fibers, based on Si, C, B, N, Al or compounds thereof in the document DE 197 1 1 829 C1 are described.
Methoden a) Dichte Methods a) Density
Eine Bestimmung der Dichte von Fasern kann insbesondere gemäß DIN 65569, Teil 1 erfolgen. b) Zugfestigkeit und Elastizitätsmodul  A determination of the density of fibers can be made in particular according to DIN 65569, Part 1. b) Tensile strength and Young's modulus
Eine Bestimmung der Zugfestigkeit und des Elastiziätsmoduls kann insbesondere gemäß DIN 65382 erfolgen. c) Feinheit von Fasern  A determination of the tensile strength and the modulus of elasticity can be carried out in particular according to DIN 65382. c) fineness of fibers
Eine Bestimmung der Feinheit von Fasern kann insbesondere gemäß DIN 60905, Blatt 1 erfolgen. d) Ermittlung des Gehalts an C, H, N, O A determination of the fineness of fibers can be made in particular according to DIN 60905, sheet 1. d) Determination of the content of C, H, N, O
Die Ermittlung des Gehalts an C, H, N, O kann insbesondere durch eine Elementar- analysevorrichtung zur Bestimmung des Gehalts an C, H, N und O erfolgen, wobei diese insbesondere auf dem Prinzip der dynamischen Spontanverbrennung basieren kann. Eine Probenvorbereitung kann insbesondere durch eine Trocknung bei 105 °C bis zur Gewichtskonstanz erfolgen. b) EDX-Verfahren The determination of the content of C, H, N, O can be carried out in particular by an elemental analysis device for determining the content of C, H, N and O, which can be based in particular on the principle of dynamic spontaneous combustion. A sample preparation can be carried out in particular by drying at 105 ° C to constant weight. b) EDX procedure
Zur Ermittlung des Gehalts an Silizium kann insbesondere eine EDX-Erfassung erfolgen. Eine Probenvorbereitung kann vorzugsweise durch eine Trocknung bei 105 °C bis zur Gewichtskonstanz erfolgen.  In particular, an EDX detection can be carried out to determine the silicon content. A sample preparation can preferably be carried out by drying at 105 ° C to constant weight.
EDX-Erfassungen von Kohlenstofffasern können insbesondere im REM (Rasterelektronenmikroskop) erfolgen. Als Gerät wurde das Modell GEMINI DSM 982 des Geräteherstellers LEO verwendet. Alle Erfassungen am REM zur Bestimmung des Ge- halts an Silizium werden bei einer Beschleunigungsspannung von 5 kV vorgenommen. EDX detections of carbon fibers can be carried out in particular in SEM (Scanning Electron Microscope). The device used was the model GEMINI DSM 982 of the device manufacturer LEO. All observations on the SEM to determine the content of silicon are made at an acceleration voltage of 5 kV.
EDX-Erfassungen von Kohlenstofffaser-Vorstufenfasern können insbesondere am ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope) erfolgen. Als Gerät wurde das Modell XL 30 ESEM FEG des Geräteherstellers FEI Company verwendet. Alle Erfassungen am ESEM zur Bestimmung des Gehalts an Silizium werden bei einer Beschleunigungsspannung von 10 kV vorgenommen. d) Feinheit von Fasern In particular, EDX detections of carbon fiber precursor fibers can be performed on the ESEM (Environmental Scanning Electron Microscope). The device used was the model XL 30 ESEM FEG of the device manufacturer FEI Company. All measurements on the ESEM to determine the silicon content are made at an accelerating voltage of 10 kV. d) fineness of fibers
Eine Bestimmung der Feinheit von Fasern kann vorzugsweise gemäß DIN 60905, Blatt 1 erfolgen. e) Faserschrumpf A determination of the fineness of fibers can preferably be made according to DIN 60905, sheet 1. e) fiber shrinkage
Eine Bestimmung des Faserschrumpfes S erfolgt nach folgender Formel: S = [1 - (I 1/I2)] x 100, wobei = Länge der Faser vor Temperaturbehandlung (Carbonisierung) und \2= Länge der Faser nach Temperaturbehandlung ist.  A determination of the fiber shrinkage S is made according to the following formula: S = [1 - (I 1 / I 2)] × 100, where = length of the fiber before temperature treatment (carbonization) and \ 2 = length of the fiber after temperature treatment.
Die Erfindung wird nun anhand der nachstehenden, nicht beschränkenden Beispiele näher erläutert: The invention will now be explained in more detail with reference to the following, non-limiting examples:
Beispiel 1 example 1
Behandlung mit dem Behandlungsfluid In einem 1000ml Becherglas (Simax®) befanden sich bei jedem Versuch 300ml Sili- konöl (UCOTHERM X-BF von FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG, D-45481 Mülheim an der Ruhr). In diesem Ölbad wurden die Ausgangsmaterialfasern ("SAF", Fasern auf Basis von Polyacrylnitril, umfassend 1 ,5 Gew.-% Itakonsäure und 4,5 Gew.-% Methyl acrylat erhitzt. Um eine gleichbleibende Heizrate sicherzustellen, wurde als Heizplatte die MSC basic C in Kombination mit dem Temperaturregler TC 3 benutzt, mit der eine umluftunabhängige Ölbeheizung realisiert werden konnte (Hersteller der Platte und des Reglers: Yellow line). Durch die offene Konstruktion bestand die Möglichkeit, die PAN (Polyacrylnitril) - Fasern bei einer definierten Öl- temperatur ins Ölbad zu tauchen. Um eine homogene Temperaturverteilung im Öl zu gewährleisten, wurde das Öl mit dem integrierten Magnetrührer während der Versuche ständig vermischt. Aufgrund des starken Wärmeverlustes zu den Seiten hin, wurde das Ölbad mit Keramikwolle isoliert, so dass der Temperaturbereich von 200 °C bis 280 °C erreichbar wurde. Um die Ausgangsmaterialfaser mit definierter Länge in das Ölbad absenken zu können, wurden Rahmen aus Kupferrohren zurechtgebogen und die Fasern darauf angebracht. Die Rahmen konnten so an einem Stativ über einen Draht ins Ölbad abgelassen werden. Dabei wurde darauf geachtet, dass die Faser keinen Kontakt zur Becherglaswand hatte und eine vollständige Bedeckung mit Öl gewährleistet war. Mit dem, an den Thermologger K204 (voltcraft®) ange- schlossenen Thermoelement, wurde bei jedem Versuch der Temperatur-/Zeitverlauf aufgezeichnet. Treatment with the treatment fluid In each 1000 ml beaker (Simax®), 300 ml of silicone oil (UCOTHERM X-BF from FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG, D-45481 Mülheim an der Ruhr) were contained in a 1000 ml beaker (Simax®). The starting material fibers ("SAF", polyacrylonitrile-based fibers comprising 1. 5% by weight of itaconic acid and 4.5% by weight of methyl acrylate were heated in this oil bath.) To ensure a constant heating rate, the MSC basic C used in combination with the temperature controller TC 3, with which a self-contained oil heating could be realized (manufacturer of the plate and the controller: yellow line) .The open design made it possible to use the PAN (polyacrylonitrile) fibers at a defined oil temperature. In order to ensure a homogeneous temperature distribution in the oil, the oil was constantly mixed with the integrated magnetic stirrer during the experiments.Thanks to the strong heat loss to the sides, the oil bath was insulated with ceramic wool, so that the temperature range of 200 ° C to 280 ° C. In order to be able to lower the starting material fiber with a defined length into the oil bath , frames were bent from copper tubes and the fibers were applied to them. The frames could be drained on a tripod over a wire in the oil bath. It was ensured that the fiber had no contact with the beaker wall and a complete covering with oil was ensured. With the thermocouple connected to the Thermologger K204 (voltcraft®), the temperature / time profile was recorded during each test.
Für eine Probenreihe A wurde die Öltemperatur während der Wärmebehandlung konstant gehalten und nur die Stabilisierungszeit variiert. Dazu wurde die PAN-Faser bei 210 °C, 220 °C und 230 °C Öltemperatur eingetaucht. Die Fasern wurden jeweils nach 55min, 200min, 300min, 420min und 720 min aus dem Öl entnommen. For a series of samples A, the oil temperature was kept constant during the heat treatment and only the stabilization time varied. For this purpose, the PAN fiber was immersed at 210 ° C, 220 ° C and 230 ° C oil temperature. The fibers were removed from the oil after 55 minutes, 200 minutes, 300 minutes, 420 minutes and 720 minutes, respectively.
Bei der Probenreihe B wurde eine konstante Heizrate mit einem stufenförmigen Profil angenähert. Jede Probe dieser Probenreihe wurde bei einer Ölbadtemperatur von 200 °C eingetaucht. Nach 10 min Haltezeit wurde die Temperatur schrittweise um 10 K erhöht und nach Erreichen der neuen Zieltemperatur 10 min gehalten. Auf diese Weise erhöhte sich die Behandlungstemperatur sukzessive bis auf 280 °C. Um die Auswirkungen der schrittweisen Temperaturerhöhung auf die Fasern nach- zuverfolgen, wurden, wie in Tabelle 2 gezeigt, neun praoxidierte Polyacrylnitrilfasern "PanOx 2" bis "PanOx 10" gewonnen. Faser "PanOx 2" wurde nach 10 Minuten Halten bei 200 °C entnommen, Faser "PanOx 3" wurde nach Erreichen einer Tempera- tur von 210 °C und 10 Minuten Halten dieser Temperatur entnommen, Faser "PanOx 4" wurde nach Erreichen einer Temperatur von 220 °C und 10 Minuten Halten dieser Temperatur entnommen, Faser "PanOx 5" wurde nach Erreichen einer Temperatur von 230 °C und 10 Minuten Halten dieser Temperatur entnommen, usw. Faser "PanOx 10" wurde schließlich nach Erreichen einer Temperatur von 280 °C und 10 Minuten Halten dieser Temperatur entnommen. Fig. 7 veranschaulicht den Temperaturverlauf bei einer Faserbehandlung mit schrittweiser Temperaturerhöhung. For Sample B, a constant heating rate was approximated with a stepped profile. Each sample of this series of samples was immersed at an oil bath temperature of 200 ° C. After 10 minutes holding time, the temperature was gradually increased by 10 K and held for 10 min after reaching the new target temperature. In this way, the treatment temperature increased successively up to 280 ° C. In order to follow the effects of the incremental temperature increase on the fibers, nine pre-oxidized polyacrylonitrile fibers "PanOx 2" to "PanOx 10" were obtained, as shown in Table 2. Fiber "PanOx 2" was removed after 10 minutes hold at 200 ° C, fiber "PanOx 3" was taken after reaching a temperature of 210 ° C and holding this temperature for 10 minutes, fiber "PanOx 4" became after reaching a temperature taken from 220 ° C and 10 minutes holding this temperature, fiber "PanOx 5" was taken after reaching a temperature of 230 ° C and 10 minutes holding this temperature, etc. Fiber "PanOx 10" was finally reached after reaching a temperature of 280 ° C and 10 minutes holding this temperature removed. Fig. 7 illustrates the temperature profile in a fiber treatment with stepwise increase in temperature.
Beispiel 2 Nachbehandlungsverfahren a) Extraktion mit Methyl-Ethyl-Keton Example 2 Aftertreatment Process a) Extraction with methyl ethyl ketone
Die Fasern wurden nach der Entnahme aus dem Ölbad mit Papier abgetupft und dann einer Soxhlet-Extraktion mit Methylethylketon während 240 Minuten unterzogen. Hierbei gelangt bei jedem Extraktionszyklus nur das reine Lösungsmittel an die zu entschlichtende Faser. Anschließend wurden die Fasern in Umgebungsluftatmosphäre bei 100 °C getrocknet. b) Alternative Wege der Nachbehandlung The fibers were blotted with paper after removal from the oil bath and then subjected to Soxhlet extraction with methyl ethyl ketone for 240 minutes. In this case, only the pure solvent reaches the fiber to be desized in each extraction cycle. Subsequently, the fibers were dried in an ambient air atmosphere at 100 ° C. b) Alternative ways of aftertreatment
Einige Faser-Proben wurden nach der Behandlung mit dem Behandlungsfluid lediglich mit Papier abgetupft, um das an den Fasern verbliebene Öl zu entfernen. Derartige Fasern werden im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch als "nicht ent- schlichtete" Fasern bezeichnet. Some fiber samples were dabbed with paper only after treatment with the treatment fluid to remove the oil remaining on the fibers. In the context of the present application, such fibers are also referred to as "non-desized" fibers.
Weiterhin wurden bei einigen Versuchsreihen Fasern nach einem Abtropfen mit Papier einer Soxhlet-Extraktion mit Toluol oder Isopropanol oder Aceton während 240 Minuten unterzogen. In Abhängigkeit des jeweils gewählten Lösungsmittels und der Extraktionsdauer kann das Ausmaß der Entfernung des Behandlungsfluids gesteuert werden. Zudem wurden bei einigen Versuchsreihen Reinigungsversuche im Ultraschallbad mit den Lösungsmitteln Aceton, Isopropanol und Toluol durchgeführt. Further, in some series of experiments, fibers were dropped after draining with paper of Soxhlet extraction with toluene or isopropanol or acetone for 240 hours Minutes. Depending on the particular solvent chosen and the extraction time, the extent of removal of the treatment fluid can be controlled. In addition, cleaning tests were carried out in an ultrasonic bath with the solvents acetone, isopropanol and toluene in some series of experiments.
Darüber hinaus wurde die Reinigung mit einem handelsüblichen Silikonentferner getestet. Diese zähflüssige Masse wurde hierzu mit einem Pinsel auf die Fasern auf- getragen. In addition, the cleaning was tested with a commercially available silicone remover. This viscous mass was applied to the fibers with a brush.
c) Vergleich verschiedener Nachbehandlungen Verschiedene Nachbehandlungsvorgänge von PAN-Fasern ("SAF"-Fasern, wie vorstehend beschrieben) nach identischer Behandlung mit Behandlungsfluid c) Comparison of various post-treatments Various post-treatment operations of PAN fibers ("SAF" fibers as described above) after identical treatment with treatment fluid
(UCOTHERM X-BF von FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG), wurden miteinander verglichen: Abtupfen mit Papier, bei anschließender Trocknung; Abtupfen mit Papier, gefolgt von einer Extraktion mit Methyl-Ethyl-Keton oder Isopropanol oder Aceton oder Toluol, jeweils während 240 Minuten, bei anschließender Trocknung bei 105 °C bis zur Gewichtskonstanz, sowie eine Reinigung mit einem handelsüblichen Silikonentferner, wie in Beispiel 2b vorstehend geschildert, bei anschließender Trocknung bei 105_°C bis zur Gewichtskonstanz. EDX-Messungen ergaben folgende Gehalte an Silizium, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden, präoxidierten Kohlenstofffaser- Vorstufenfaser: (UCOTHERM X-BF from FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG) were compared with each other: dab with paper, followed by drying; Dabbing with paper, followed by extraction with methyl ethyl ketone or isopropanol or acetone or toluene, each for 240 minutes, followed by drying at 105 ° C to constant weight, and cleaning with a commercial silicone remover, as in Example 2b above described, with subsequent drying at 105_ ° C to constant weight. EDX measurements showed the following silicon contents, based in each case on the total weight of the silicon-containing deposits on their surface comprising pre-oxidized carbon fiber precursor fiber:
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Beispiel 3 Example 3
Elementaranalytische Daten von präoxidierten PAN-Fasern Elemental analysis of pre-oxidized PAN fibers
Die präoxidierten Polyacrylnitrilfasern "PanOx 2" bis "PanOx 10", deren Herstellung in Beispiel 1 beschrieben ist, wurden einer Extraktion und Trocknung gemäß Beispiel 2a unterzogen. Die Abkürzung SAF-PAN bezeichnet die in Beispiel 1 beschriebene Ausgangsmaterialfaser. The pre-oxidized polyacrylonitrile fibers "PanOx 2" to "PanOx 10", whose preparation is described in Example 1, were subjected to extraction and drying according to Example 2a. The abbreviation SAF-PAN denotes the starting material fiber described in Example 1.
In Abhängigkeit der Endtemperatur einer stufenweisen Herstellung wurden folgende elementaranalytische Werte durch Verbrennungsanalyse mit einem C,H,N,O-Analy- sator für die präoxidierten Polyacrylnitrilfasern "PanOx 2" bis "PanOx 10" (in nachstehender Tabelle Nr. 2 bis 10) erhalten: Depending on the final temperature of a stepwise preparation, the following elemental analytical values were obtained by combustion analysis with a C, H, N, O analyzer for the preoxidized polyacrylonitrile fibers "PanOx 2" to "PanOx 10" (in the following Table Nos. 2 to 10) :
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In der zweiten Spalte findet sich Werte F(X), welche die Endtemperatur angeben, nach deren Erreichen und Halten während 10 Minuten die Fasern jeweils aus dem Ölbad entfernt wurden. Fig. 8 zeigt eine grafische Auftragung dieser Werte. In the second column are values F (X), which indicate the final temperature, after which the fibers were removed from the oil bath after reaching and holding for 10 minutes. Fig. 8 shows a graphical plot of these values.
Beispiel 4 Example 4
Karbonisierunqsverfahren (Temperaturbehandlung) Carbonisation process (temperature treatment)
Zur Temperaturbehandlung (im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch als "Karbonisierung" bezeichnet) der vorstehend beschriebenen mit dem Behandlungsfluid behandelten Fasern wurde der Röhrenofen LORA 1800-32-600-1 (HTM Reetz GmbH) verwendet. Während des Karbonisierens wurde die Probenkammer mit Stickstoff durchspült, um eine möglichst geringe Sauerstoffkonzentration im Ofen während der Karbonisierung zu gewährleisten und die bei Umwandlungen der Probe entstehenden Gase abzuleiten. Um einen Sauerstoffanteil von unter 1 Gew.-%, be- zogen auf das Gesamtgewicht der Atmosphäre im Röhrenofen zu erhalten, wurde dieser mit einer Lambdasonde (Bosch, Modell 0258 104 004) im Abgasweg gemessen. Sowohl das Spannungssignal der Lambdasonde wie auch die, mit dem im Ofen integrierten Thermoelement gemessenen Temperaturen, wurden bei jedem Karboni- sierungsvorgang aufgezeichnet. Die Proben wurden bei jedem Karbonisierungs- durchgang möglichst in der Mitte des Arbeitsrohres und damit auch in unmittelbarer Nähe zum Thermoelement platziert. Die Fasern waren dabei entweder auf einem Stück Graphit oder in einem 10cm langen Zirkonschiffchen gelagert, um das Arbeitsrohr des Ofens nicht unnötig zu verschmutzen. Verschiedene Temperaturprofile wurden in Versuchsreihen untersucht. For temperature treatment (also referred to as "carbonization" in the context of the present application) of the treatment fluid-treated fibers described above, the tube furnace LORA 1800-32-600-1 (HTM Reetz GmbH) was used. During the carbonation, the sample chamber was purged with nitrogen to ensure the lowest possible concentration of oxygen in the furnace during carbonation and to divert the gases produced during sample conversions. In order to obtain an oxygen content of less than 1% by weight, based on the total weight of the atmosphere in the tube furnace, this was measured with a lambda probe (Bosch, model 0258 104 004) in the exhaust gas path. Both the lambda probe voltage signal and the temperatures measured with the thermocouple integrated in the furnace were recorded during each carbonation process. The samples were placed at each carbonation pass as close as possible to the middle of the working tube and thus also in the immediate vicinity of the thermocouple. The fibers were stored either on a piece of graphite or in a 10cm long Zirkonschiffchen so as not to unnecessarily pollute the working tube of the furnace. Various temperature profiles were investigated in series of experiments.
Temperaturprofil I wird wie folgt ausgeführt: Während 1 ,5 Stunden erfolgte ein Aufheizen auf 500 °C, während der nächsten 30 Minuten wurde die Temperatur bei 500 + 25 °C konstant gehalten, dann wurde die Temperatur während der nächsten 2,75 Stunden in 8 Stufen auf 1450 °C erhöht und anschließend während 2,5 Stunden auf 550 °C abkühlen gelassen. Temperature Profile I is carried out as follows: Heating was carried out at 500 ° C for 1.5 hours, during which the temperature was kept constant at 500 + 25 ° C for the next 30 minutes, then the temperature became 8 during the next 2.75 hours Increased levels to 1450 ° C and then allowed to cool for 2.5 hours at 550 ° C.
Temperaturprofil II wird wie folgt ausgeführt: Zunächst erfolgt ein Aufheizen bei einer Heizrate von 250°C/h bis 1000°C, dann ein Halten der Temperatur während 2 Minu- ten. Anschließend erfolgt ein Aufheizen bei einer Heizrate von 250°C/h bis 1375°C, dann ein Halten der Temperatur von 1375°C während 2 Minuten. Danach schließt sich ein Abkühlen auf Raumtemperatur an. Temperaturprofil III wird wie folgt ausgeführt: Zunächst erfolgt ein Aufheizen bei einer Heizrate von 250°C/h bis 1000°C, dann ein Halten der Temperatur während 2 Minuten. Anschließend erfolgt ein Aufheizen bei einer Heizrate von 250°C/h bis 1320°C, dann ein Halten der Temperatur von 1320°C während 2 Minuten. Danach schließt sich ein Abkühlen auf Raumtemperatur an. Temperature profile II is carried out as follows: first, heating takes place at a heating rate of 250 ° C./h to 1000 ° C., then holding the temperature for 2 minutes. Subsequently, heating takes place at a heating rate of 250 ° C / h to 1375 ° C, then holding the temperature at 1375 ° C for 2 minutes. This is followed by cooling to room temperature. Temperature profile III is carried out as follows: First, it is heated at a heating rate of 250 ° C / h to 1000 ° C, then holding the temperature for 2 minutes. Subsequently, heating takes place at a heating rate of 250 ° C / h to 1320 ° C, then holding the temperature of 1320 ° C for 2 minutes. This is followed by cooling to room temperature.
Beispiel 5 Example 5
Materialeigenschaften von Kohlenstofffasern Material properties of carbon fibers
Die präoxidierte Polyacrylnitrilfaser "PanOx 10", deren Herstellung in Beispiel 1 beschrieben ist, wurde einer Extraktion und Trocknung gemäß Beispiel 2a und anschließend einer Temperaturbehandlung (Carbonisierung) gemäß Temperaturprofil I unterzogen. Da der E-Modul für diese Faser "C-Faser 10" niedrig ist, wurde diese Faser nur bis 1000°C carbonisiert. The pre-oxidized polyacrylonitrile fiber "PanOx 10", the preparation of which is described in Example 1, was subjected to extraction and drying according to Example 2a and then to a temperature treatment (carbonization) according to temperature profile I. Since the modulus of elasticity for this fiber is "C fiber 10" low, this fiber was carbonized only up to 1000 ° C.
Beispiel 6 Herstellung einer Kohlenstofffaser hoher Belastbarkeit Example 6 Production of a High Resilience Carbon Fiber
SAF-Fasern (Fasern auf Basis von Polyacrylnitril, umfassend 1 ,5 Gew.-% Itakonsäure und 4,5 Gew.-% Methylacrylat) wurden in ein Silikonölbad (UCOTHERM X-BF von FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG, D-45481 Mülheim an der Ruhr) mit ei- ner Temperatur von 230 °C eingetaucht. Diese Ölbadtemperatur wurde während 20 Minuten gehalten, dann wurde die Temperatur während 10 Minuten auf 250 °C gesteigert und die Temperatur für 30 Minuten gehalten. Nach Entnahme aus dem Ölbad wurden die Fasern mit Papier abgetupft und dann einer Soxhlet-Extraktion mit Methylethylketon während 240 Minuten unterzogen. Anschließend wurden die Fasern in Umgebungsluftatmosphäre bei 105°C getrocknet. Anschließend erfolgte eine Carbonisierung mit einem definierten Temperaturprofil. Die derart hergestellte Kohlenstofffaser weist folgenden Charakteristika auf: Dichte 1 ,753 g/cm3, Zugfestigkeit 2844 MPa, Elastizitätsmodul 218 GPa, Durchmesser 7,0 μιτι. SAF fibers (fibers based on polyacrylonitrile, comprising 1.5% by weight of itaconic acid and 4.5% by weight of methyl acrylate) were introduced into a silicone oil bath (UCOTHERM X-BF from FRAGOL Schmierstoff GmbH & Co. KG, D-45481 Mülheim an der Ruhr) with a temperature of 230 ° C immersed. This oil bath temperature was maintained for 20 minutes, then the temperature was raised to 250 ° C over 10 minutes and the temperature maintained for 30 minutes. After removal from the oil bath, the fibers were blotted with paper and then a Soxhlet extraction with Subjected to methyl ethyl ketone for 240 minutes. Subsequently, the fibers were dried in an ambient air atmosphere at 105 ° C. This was followed by carbonization with a defined temperature profile. The carbon fiber thus produced has the following characteristics: density 1, 753 g / cm 3 , tensile strength 2844 MPa, modulus of elasticity 218 GPa, diameter 7.0 μιτι.
Hervorzuheben ist, dass eine Verwendung eines Stufenprofils, eine Herstellung von Fasern hoher Zugfestigkeit und mit hohem Elastizitätsmodul bereits bei einer vergleichsweise kurzen Behandlungszeitspanne von 60 Minuten oder weniger ermög- licht. Vergleichbare Versuche bei konstanter Temperatur führen überraschenderweise zu Kohlenstofffasern deutlich schlechterer Qualität, insbesondere Zugfestigkeit. It should be emphasized that use of a step profile, production of high tensile strength fibers with high modulus of elasticity already allows for a comparatively short treatment period of 60 minutes or less. Comparable tests at constant temperature surprisingly lead to carbon fibers of significantly poorer quality, in particular tensile strength.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Herstellung von kohlenstoffhaltiger Faser welches umfasst: a) Bereitstellen von einer oder mehreren Ausgangsmaterialfasern; b) In Kontakt Bringen der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit mindestens einem Behandlungsfluid, wobei ein Behandlungsfluid mindestens eine Silikonverbindung umfasst und einen Gehalt von 0 - 25 Gew.-% an Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht des Behand- lungsfluids, aufweist; c) Behandeln der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit dem Behandlungsfluid während einer Behandlungszeitspanne mit einer Dauer von mindestens drei Minuten bei einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von 126 °C bis 450 °C, A method of producing carbonaceous fiber which comprises: a) providing one or more source material fibers; b) contacting the one or more starting material fibers with at least one treatment fluid, wherein a treatment fluid comprises at least one silicone compound and has a content of 0-25% by weight of water, based on the total weight of the treatment fluid; c) treating the one or more starting material fibers with the treatment fluid for a treatment period of at least three minutes at a treatment temperature in a range of 126 ° C to 450 ° C,
Verfahren nach Anspruch 1 , welches weiter umfasst, g) Durchführen einer Temperaturbehandlung der behandelten, sowie The method of claim 1, further comprising, g) performing a heat treatment of the treated, as well as
optional nachbehandelten und/oder optional getrockneten Faser, wobei die Faser während einer Temperaturbehandlungszeitspanne einer Temperatur von mindestens 450 °C unter einer inerten Atmosphäre ausgesetzt ist.  optionally aftertreated and / or optionally dried fiber, wherein the fiber is exposed to a temperature of at least 450 ° C under an inert atmosphere for a temperature treatment period.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Ausgangsmaterialfasern Faser umfasst, die ausgewählt ist, aus der Gruppe bestehend aus, Fasern auf Basis von Polyacrylnitril, Fasern auf Basis von Polyacetylen, Fasern auf Basis von Polyphenylen, Fasern auf Basis von Zellulose, Fasern auf Basis von Pech, Fasern auf Basis von Lignin, Fasern auf Basis von Viskose, Fasern auf Basis von Polypropylen, Gemische von kohlenstoffhaltigen Fasern und Fasern auf Basis von Keramik, und deren Gemischen. The method of any one of the preceding claims, wherein the one or more starting material fibers comprises fiber selected from the group consisting of polyacrylonitrile-based fibers, polyacetylene-based fibers, polyphenylene-based fibers, cellulose-based fibers , Pitch-based fibers, lignin-based fibers, fibers Base of viscose, polypropylene-based fibers, blends of carbonaceous fibers and ceramic-based fibers, and blends thereof.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Behandlungstemperatur in einem Bereich von vorzugsweise 136 °C bis 360 °C, bevorzugt in einem Bereich von 165 °C bis 320 °C, insbesondere in einem Bereich von 185 °C bis 282 °C liegt. Process according to any one of the preceding claims, wherein the treatment temperature is in the range of preferably 136 ° C to 360 ° C, preferably in the range of 165 ° C to 320 ° C, especially in the range of 185 ° C to 282 ° C.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Behandlung mit dem Behandlungsfluid umfasst, dass die Behandlung in einem ersten Temperaturbereich und mindestens einem zweiten Temperaturbereich erfolgt, wobei die niedrigste Temperatur des mindestens einen zweiten Temperaturbereichs höher als die höchste Temperatur des ersten Temperaturbereichs ist und die Behandlung mit einem Behandeln der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern in dem ersten Temperaturbereich beginnt. The method of claim 1, wherein the treatment with the treatment fluid comprises treating in a first temperature range and at least a second temperature range, wherein the lowest temperature of the at least one second temperature range is higher than the highest temperature of the first temperature range and the treatment begins with treating the one or more source material fibers in the first temperature range.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Temperaturbereich ein Temperaturbereich, ausgewählt aus dem Bereich von 126 °C bis 260 °C, vorzugsweise ausgewählt aus dem Bereich von 152 °C bis 250 °C, bevorzugt ausgewählt aus dem Bereich von 190 °C bis 240 °C ist, und/oder der zweite Temperaturbereich ein Temperaturbereich, ausgewählt aus dem Bereich von 140°C bis 450 °C, vorzugsweise ausgewählt aus dem Bereich von 180 °C bis 290 °C, bevorzugt ausgewählt aus dem Bereich von 195 °C bis 282 °C, ist. The method of claim 5, wherein the first temperature range is a temperature range selected from the range of 126 ° C to 260 ° C, preferably selected from the range of 152 ° C to 250 ° C, preferably selected from the range of 190 ° C to 240 ° C, and / or the second temperature range is a temperature range selected from the range of 140 ° C to 450 ° C, preferably selected from the range of 180 ° C to 290 ° C, preferably selected from the range of 195 ° C to 282 ° C, is.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des Behandlungsfluids während der gesamten Behandlungszeitspanne oder eines oder mehrerer Zeitabschnitte der Behandlungszeitspanne kontinuierlich oder diskontinuierlich ansteigt. Method according to one of the preceding claims, wherein the temperature of the treatment fluid increases continuously or discontinuously during the entire treatment period or one or more periods of the treatment period.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Behandlungszeitspanne mindestens einen Zeitabschnitt umfasst, während dem die Temperatur konstant oder im Wesentlichen konstant auf einer Temperatur gehal- ten wird, und mindestens einen Zeitabschnitt umfasst, während dem die Temperatur verändert, vorzugsweise erhöht, wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the treatment period comprises at least a period of time during which the temperature is kept constant or substantially constant at a temperature. and at least one period of time during which the temperature changes, preferably increases.
9. Verfahren n ach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatur des Behandlungsfluids mindestens während eines Zeitabschnitts der Behandlungszeitspanne um 0,5 bis 15 °C/Minute, vorzugsweise um 5 bis 10 °C/Minute, erhöht oder verringert wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, wherein the temperature of the treatment fluid at least during a period of the treatment period by 0.5 to 15 ° C / minute, preferably by 5 to 10 ° C / minute, increased or decreased.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Behand- lungsfluid mindestens eine Silikonverbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polydialkylsiloxanen, Polydiarylsiloxanen und Polymonoalkyl- monoarylsiloxanen, umfasst. A method according to any one of the preceding claims, wherein the treatment fluid comprises at least one silicone compound selected from the group consisting of polydialkylsiloxanes, polydiarylsiloxanes and polymonoalkyl monoarylsiloxanes.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Behand- lungsfluid einen Gehalt an Wasser von 0,001 - 22 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 - 15 Gew.-%, bevorzugt 0,5 - 12 Gew.-%, insbesondere 0,8 - 8 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Behandlungsfluids aufweist. Method according to one of the preceding claims, wherein the treatment fluid has a water content of 0.001-22 wt.%, Preferably 0.1-15 wt.%, Preferably 0.5-12 wt.%, In particular 0, 8 - 8 wt .-%, each based on the total weight of the treatment fluid.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, welches weiter umfasst, Bereitstellen der Ausgangsmaterialfasern vor und/oder zumindest teilweise während des Schritts c) des Behandeins in einem gespannten Zustand. A method according to any one of the preceding claims, further comprising providing the starting material fibers before and / or at least partially during step c) of the treatment in a tensioned state.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der eine oder die mehreren mechanischen Nachbehandlungsvorgänge umfassen, dass die behandelte Faser einem Pressvorgang und/oder einem Absaugvorgang und/oder einem Abtropfvorgang unterzogen wird, und/oder wobei der eine oder die mehreren Waschvorgänge umfassen, eine Extraktion und/oder eine Behandlung in einem Bad unter Ultraschalleinwirkung. The method of any one of the preceding claims, wherein the one or more mechanical aftertreatment operations include subjecting the treated fiber to a pressing operation and / or a suctioning operation and / or a draining operation, and / or wherein the one or more washing operations comprise an extraction and / or a treatment in a bath under the action of ultrasound.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Fasern nach Schritt c) der Behandlung und vor Schritt g) der Temperaturbehandlung mit einer Atmosphäre, die einen Gehalt von mehr als 5 Gew.-% an Sauerstoff und eine Temperatur von 70 °C oder mehr, bevorzugt von 50 °C oder mehr, vorzugsweise von 38 °C oder mehr aufweist nicht oder nicht länger als für eine Zeitspanne von bis zu einer Minute in Kontakt kommt. A method according to any one of the preceding claims, wherein the one or more fibers after step c) of the treatment and prior to step g) are subjected to temperature treatment with an atmosphere containing greater than 5% by weight of oxygen and a temperature of 70 ° C or more, preferred of 50 ° C or more, preferably of 38 ° C or more, does not or no longer comes into contact for a period of up to one minute.
Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser, umfassend siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche, wobei die siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassende Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser einen Kohlenstoffgehalt von 49,9 Gew.-% bis 63,5 Gew.-% aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser- Vorstufenfaser. A carbon fiber precursor fiber comprising silicon-containing deposits on its surface, the silicon-containing deposits on its surface comprising carbon fiber precursor fiber having a carbon content of from 49.9% to 63.5% by weight, based on the total weight of the silicon-containing deposits their surface comprising carbon fiber precursor fiber.
Kohlenstofffaser- Vorstufenfaser nach Anspruch 15, welche eine Dichte aufweist, die 1 ,30 - 1 ,50 g/cm3 beträgt. The carbon fiber precursor fiber of claim 15 which has a density of 1.30-1.5 g / cm 3 .
Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser nach Anspruch 15 oder 16, die einen Gehalt an Silizium von mindestens 19 Gew.-%, vorzugsweise einen Gehalt an Silizium von 19,3 Gew.-% bis 20,6 Gew.-% aufweist, A carbon fiber precursor fiber according to claim 15 or 16, which has a content of silicon of at least 19% by weight, preferably a content of silicon of 19.3% by weight to 20.6% by weight,
und/oder einen Stickstoffgehalt von 3,3 Gew.-% bis 16,2 Gew.-% aufweist, und/oder einen Sauerstoffgehalt von 12,4 Gew.-% bis 14,0 Gew.-% aufweist, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht die siliziumhaltigen Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser. and / or has a nitrogen content of from 3.3% by weight to 16.2% by weight, and / or has an oxygen content of from 12.4% by weight to 14.0% by weight, based in each case on the Total weight of the siliceous deposits on their surface comprising carbon fiber precursor fiber.
Kohlenstofffaser- Vorstufenfaser nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei die Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser nach einem Verfahren erhältlich ist, welches umfasst a) Bereitstellen von einer oder mehreren Ausgangsmaterialfasern; b) In Kontakt Bringen der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit mindestens einem Behandlungsfluid, wobei ein Behandlungsfluid mindestens eine Silikonverbindung umfasst und einen Gehalt von 0 - 25 Gew.-% an Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht des Behand- lungsfluids, aufweist; c) Behandeln der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit dem Behandlungsfluid während einer Behandlungszeitspanne mit einer Dauer von mindestens drei Minuten bei einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von 126 °C bis 450 °C, d) optional Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid behandelten Faser, wobei das Nachbehandeln aus einem oder mehreren mechanischen Nachbehandlungsvorgängen besteht, und The carbon fiber precursor fiber of any one of claims 15 to 17, wherein the carbon fiber precursor fiber is obtainable by a process comprising a) providing one or more source material fibers; b) contacting the one or more starting material fibers with at least one treatment fluid, wherein a treatment fluid comprises at least one silicone compound and has a content of 0-25% by weight of water, based on the total weight of the treatment fluid; c) treating the one or more source material fibers with the treatment fluid for a treatment period of at least three minutes at a treatment temperature in a range of 126 ° C to 450 ° C; d) optionally aftertreating the treatment fluid treated fiber, wherein the aftertreatment consists of one or more mechanical after-treatment operations, and
kein Waschvorgang zwischen Schritt c) des Behandeins und Schritt e) des Trocknens erfolgt; e) Trocknen der behandelten und optional nachbehandelten Faser.  no washing takes place between step c) of the treatment and step e) of drying; e) drying the treated and optionally post-treated fiber.
19. Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser, umfassend siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche, wobei die siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassende Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser einen Kohlenstoffgehalt von 52,9 Gew.-% bis 81 ,6 Gew.-% aufweist, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht die siliziumhaltigen Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser. 19. A carbon fiber precursor fiber comprising silicon-containing deposits on its surface, wherein the silicon-containing deposits on its surface comprising carbon fiber precursor fiber has a carbon content of 52.9 wt .-% to 81, 6 wt .-%, each based on the total weight silicon-containing deposits on their surface comprising carbon fiber precursor fiber.
20. Kohlenstofffaser- Vorstufenfaser nach Anspruch 19, welche eine Dichte aufweist, die mehr als 1 ,20 g/cm3 beträgt, die vorzugsweise eine Dichte in einem Bereich 1 ,20 g/cm3 bis 1 ,38 g/cm3 aufweist. A carbon fiber precursor fiber according to claim 19 which has a density greater than 1.20 g / cm 3 , which preferably has a density in the range 1.20 g / cm 3 to 1.38 g / cm 3 .
21 . Kohlenstofffaser- Vorstufenfaser nach Anspruch 19 oder 20, die einen Gehalt an Silizium von mindestens 0,5 Gew.-%, vorzugsweise einen Gehalt an Silizium von 0,55 Gew.-% bis 4,6 Gew.-% aufweist, und/oder 21. A carbon fiber precursor fiber according to claim 19 or 20, which has a content of silicon of at least 0.5 wt.%, Preferably a content of silicon of from 0.55 wt.% To 4.6 wt.%, And / or
einen Stickstoffgehalt von 7,3 Gew.-% bis 34,4 Gew.-% aufweist, und/oder einen Sauerstoffgehalt von 3,3 Gew.-% bis 9,7 Gew.-% aufweist,  has a nitrogen content of from 7.3% by weight to 34.4% by weight, and / or has an oxygen content of from 3.3% by weight to 9.7% by weight,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser. each based on the total weight of the silicon-containing deposits on their surface comprising carbon fiber precursor fiber.
22. Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , wobei die Kohlenstofffaser-Vorstufenfaser nach einem Verfahren erhältlich ist, welches umfasst a) Bereitstellen von einer oder mehreren Ausgangsmaterialfasern; b) In Kontakt Bringen der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit mindestens einem Behandlungsfluid, wobei ein Behandlungsfluid mindestens eine Silikonverbindung umfasst und einen Gehalt von 0 - 25 Gew.-% an Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht des Behand- lungsfluids, aufweist; c) Behandeln der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit dem Behandlungsfluid während einer Behandlungszeitspanne mit einer Dauer von mindestens drei Minuten bei einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von 126 °C bis 450 °C, d) Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid behandelten Faser The carbon fiber precursor fiber of any of claims 19 to 21, wherein the carbon fiber precursor fiber is obtainable by a process comprising a) providing one or more source material fibers; b) contacting the one or more starting material fibers with at least one treatment fluid, wherein a treatment fluid comprises at least one silicone compound and has a content of 0-25% by weight of water, based on the total weight of the treatment fluid; c) treating the one or more source material fibers with the treatment fluid during a treatment period of at least three minutes at a treatment temperature in a range of 126 ° C to 450 ° C; d) post-treating the treatment fluid-treated fiber
durch einen oder mehrere Waschvorgänge und optional  by one or more washes and optional
Nachbehandeln durch einen oder mehrere mechanische  After treatment by one or more mechanical
Nachbehandlungsvorgänge; e) optional Trocknen der nachbehandelten Faser.  Post-treatment operations; e) optionally drying the post-treated fiber.
23. Kohlenstofffaser, umfassend siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche, wobei die siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassende Kohlenstofffaser einen Kohlenstoffgehalt von 94,0 Gew.-% bis 94,6 Gew.-% aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser. 23. A carbon fiber comprising silicon-containing deposits on its surface, wherein the silicon-containing deposits on their surface comprising carbon fiber having a carbon content of 94.0 wt .-% to 94.6 wt .-%, based on the total weight of the silicon-containing deposits on its surface comprehensive carbon fiber.
24. Kohlenstofffaser nach Anspruch 23, welche eine Dichte aufweist, die mehr als 1 ,20 g/cm3 beträgt, vorzugsweise eine Dichte in einem Bereich von 1 ,42 g/cm3 bis 1 ,82 g/cm3. A carbon fiber according to claim 23, which has a density of more than 1.20 g / cm 3 , preferably a density in a range of 1.42 g / cm 3 to 1.82 g / cm 3 .
25. Kohlenstofffaser nach Anspruch 23 oder 24, die einen Gehalt an Silizium in einem Bereich von mehr als 0, 45 Gew.-%, vorzugsweise von 0,48 Gew.-% bis 1 ,0 Gew.-% aufweist, und/oder 25. Carbon fiber according to claim 23 or 24, which has a content of silicon in a range of more than 0.45 wt .-%, preferably from 0.48 wt .-% to 1, 0 wt .-%, and / or
einen Stickstoffgehalt von 2,4 Gew.-% bis 2,9 Gew.-%, aufweist, und/oder einen Sauerstoffgehalt von 2,6 Gew.-% bis 2,7 Gew.-% aufweist,  has a nitrogen content of from 2.4% to 2.9% by weight, and / or has an oxygen content of from 2.6% to 2.7% by weight,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht die siliziumhaltigen Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser.  in each case based on the total weight of the silicon-containing deposits on their surface comprising carbon fiber.
26. Kohlenstofffaser nach einem der Ansprüche 23 bis 25, wobei die Kohlenstofffaser nach einem Verfahren erhältlich ist, welches umfasst The carbon fiber according to any one of claims 23 to 25, wherein the carbon fiber is obtainable by a method comprising
a) Bereitstellen von einer oder mehreren Ausgangsmaterialfasern; b) In Kontakt Bringen der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit mindestens einem Behandlungsfluid, wobei das Behandlungsfluid mindestens eine Silikonverbindung umfasst und das Behandlungsfluid einen Gehalt von 0 - 25 Gew.-% an Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht des Behandlungsfluids, aufweist; c) Behandeln der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit dem Behandlungsfluid während einer Behandlungszeitspanne mit einer Dauer von mindestens drei Minuten bei einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von 126 °C bis 450 °C, d) Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid behandelten Faser  a) providing one or more source material fibers; b) contacting the one or more source material fibers with at least one treatment fluid, wherein the treatment fluid comprises at least one silicone compound and the treatment fluid has a content of 0-25% by weight of water based on the total weight of the treatment fluid; c) treating the one or more source material fibers with the treatment fluid during a treatment period of at least three minutes at a treatment temperature in a range of 126 ° C to 450 ° C; d) post-treating the treatment fluid-treated fiber
durch einen oder mehrere Waschvorgänge und optional  by one or more washes and optional
Nachbehandeln durch einen oder mehrere mechanische  After treatment by one or more mechanical
Nachbehandlungsvorgänge; e) optional Trocknen der nachbehandelten Faser; f) Durchführen einer Temperaturbehandlung der nachbehandelten und optional getrockneten Faser, wobei die Faser während einer Tempera- turbehandlungszeitspanne einer Temperatur von mindestens 450 °C unter einer inerten Atmosphäre ausgesetzt ist. Post-treatment operations; e) optionally drying the post-treated fiber; f) carrying out a temperature treatment of the aftertreated and optionally dried fiber, wherein the fiber during a temperature is exposed to a heat treatment period of a temperature of at least 450 ° C under an inert atmosphere.
27. Kohlenstofffaser, umfassend siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche, wobei die siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassende Kohlenstofffaser, einen Kohlenstoffgehalt von 94,0 Gew.-% bis 94,6 Gew.-% aufweist, bezogen auf das Gesamtgewicht der siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser. 27. A carbon fiber comprising silicon-containing deposits on its surface, the silicon-containing deposits having on its surface comprising carbon fiber, a carbon content of 94.0 wt .-% to 94.6 wt .-%, based on the total weight of the silicon-containing deposits on their Surface comprising carbon fiber.
28. Kohlenstofffaser nach Anspruch 27, welche eine Dichte aufweist, die mehr als 1 ,20 g/cm3 beträgt, vorzugsweise eine Dichte in einem Bereich von 1 ,42 g/cm3 bis 1 ,82 g/cm3. A carbon fiber according to claim 27, which has a density of more than 1.20 g / cm 3 , preferably a density in a range of from 1.42 g / cm 3 to 1.82 g / cm 3 .
29. Kohlenstofffaser nach Anspruch 27 oder 28, die einen Gehalt an Silizium in einem Bereich von mehr als 0,45 Gew.-%, vorzugsweise von 0,48 Gew.-% bis 1 ,0 Gew.-% aufweist, und/oder 29. Carbon fiber according to claim 27 or 28, which has a content of silicon in a range of more than 0.45 wt .-%, preferably from 0.48 wt .-% to 1, 0 wt .-%, and / or
die einen Stickstoffgehalt von 2,4 Gew.-% bis 2,9 Gew.-%, aufweist, und/oder einen Sauerstoffgehalt von 1 ,5 Gew.-% bis 2,1 Gew.-% aufweist,  which has a nitrogen content of from 2.4% by weight to 2.9% by weight, and / or has an oxygen content of from 1.5% by weight to 2.1% by weight,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht der siliziumhaltige Anlagerungen an ihrer Oberfläche umfassenden Kohlenstofffaser.  each based on the total weight of the silicon-containing deposits on their surface comprising carbon fiber.
30. Kohlenstofffaser nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei die Kohlenstofffaser nach einem Verfahren erhältlich ist, welches umfasst a) Bereitstellen von einer oder mehreren Ausgangsmaterialfasern; b) In Kontakt Bringen der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit mindestens einem Behandlungsfluid, wobei ein Behandlungsfluid mindestens eine Silikonverbindung umfasst und einen Gehalt von 0 - 25 Gew.-% an Wasser, bezogen auf das Gesamtgewicht des Behand- lungsfluids, aufweist; c) Behandeln der einen oder mehreren Ausgangsmaterialfasern mit dem Behandlungsfluid während einer Behandlungszeitspanne mit einer Dauer von mindestens drei Minuten bei einer Behandlungstemperatur in einem Bereich von 126 °C bis 450 °C, d) optional Nachbehandeln der mit dem Behandlungsfluid behandelten Faser, wobei das Nachbehandeln aus einem oder mehreren mechanischen Nachbehandlungsvorgängen besteht, und The carbon fiber of any of claims 27 to 29, wherein the carbon fiber is obtainable by a process comprising a) providing one or more source material fibers; b) contacting the one or more starting material fibers with at least one treatment fluid, wherein a treatment fluid comprises at least one silicone compound and has a content of 0-25% by weight of water, based on the total weight of the treatment fluid; c) treating the one or more source material fibers with the treatment fluid for a treatment period of at least three minutes at a treatment temperature in a range of 126 ° C to 450 ° C; d) optionally aftertreating the treatment fluid treated fiber, wherein the aftertreatment consists of one or more mechanical after-treatment operations, and
kein Waschvorgang zwischen Schritt c) des Behandeins und Schritt f) der Temperaturbehandlung erfolgt; e) optional Trocknen der behandelten und optional nachbehandelten Faser; f) Durchführen einer Temperaturbehandlung der behandelten, sowie  no washing process takes place between step c) of the treatment and step f) of the temperature treatment; e) optionally drying the treated and optionally post-treated fiber; f) performing a temperature treatment of the treated, as well
optional nachbehandelten und/oder optional getrockneten Faser, wobei die Faser während einer Temperaturbehandlungszeitspanne einer Temperatur von mindestens 450 °C unter einer inerten Atmosphäre ausgesetzt ist.  optionally aftertreated and / or optionally dried fiber, wherein the fiber is exposed to a temperature of at least 450 ° C under an inert atmosphere for a temperature treatment period.
31 . Vorstufenfaser nach einem der Ansprüche 15 bis 22 oder Kohlenstofffaser nach einem der Ansprüche 23 bis 30, worin die Anlagerungen partikelförmige Anlagerungen umfassen, wobei vorzugsweise die größte Längenausdehnung der Partikel kleiner als 40 μιτι, weiter vorzugsweise kleiner als 8 μιτι, bevorzugt kleiner als 2 μιτι ist. 31. Precursor fiber according to one of claims 15 to 22 or carbon fiber according to one of claims 23 to 30, wherein the deposits comprise particulate deposits, wherein preferably the greatest length expansion of the particles is less than 40 μιτι, more preferably less than 8 μιτι, preferably less than 2 μιτι ,
32. Verwendung einer Vorstufenfaser nach einem der Ansprüche 15 bis 22 oder 31 oder einer Kohlenstofffaser nach einem der Ansprüche 23 bis 31 zur Herstellung eines Gewebes und/oder Fasergeleges und/oder eines Verbundwerkstoffs, insbesondere eines C/SiC-Verbund Werkstoffs. 32. Use of a precursor fiber according to any one of claims 15 to 22 or 31 or a carbon fiber according to any one of claims 23 to 31 for producing a fabric and / or fiber fabric and / or a composite material, in particular a C / SiC composite material.
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