DE1646977C3 - Verfahren zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Fasern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung kohlenstoffhaltiger FasernInfo
- Publication number
- DE1646977C3 DE1646977C3 DE19671646977 DE1646977A DE1646977C3 DE 1646977 C3 DE1646977 C3 DE 1646977C3 DE 19671646977 DE19671646977 DE 19671646977 DE 1646977 A DE1646977 A DE 1646977A DE 1646977 C3 DE1646977 C3 DE 1646977C3
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- fibers
- carbon
- surface layer
- graphite
- parts
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims description 59
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 13
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 13
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 6
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 6
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 6
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 claims description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000005087 graphitization Methods 0.000 claims description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 2
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 235000011007 phosphoric acid Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims 4
- 229920005594 polymer fiber Polymers 0.000 claims 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims 3
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 claims 2
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims 1
- 238000004939 coking Methods 0.000 claims 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims 1
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920002972 Acrylic fiber Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000010411 cooking Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- PKRPQASGRXWUOJ-UHFFFAOYSA-L dipotassium;dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[K+].[K+] PKRPQASGRXWUOJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000013213 extrapolation Methods 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06Q—DECORATING TEXTILES
- D06Q1/00—Decorating textiles
- D06Q1/02—Producing patterns by locally destroying or modifying the fibres of a web by chemical actions, e.g. making translucent
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F11/00—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
- D01F11/10—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
- D01F11/12—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon with inorganic substances ; Intercalation
- D01F11/122—Oxygen, oxygen-generating compounds
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F11/00—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture
- D01F11/10—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon
- D01F11/16—Chemical after-treatment of artificial filaments or the like during manufacture of carbon by physicochemical methods
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/20—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
- D01F9/21—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
- D01F9/22—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
- D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
- D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
- D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
- D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
- D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
- D01F9/32—Apparatus therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Chemical Treatment Of Fibers During Manufacturing Processes (AREA)
Description
sich die Temperatur um etwa 0,5° C in der Minute er- Für den Fachmann liegt es auf der Hand, daß verhöhte,
schiedene Ausgangsmaterialien zur Verwendung bei
Einige Proben der Kohlenstoff-Fasern wurden auf- dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind. Im
bewahrt, wahrend die ubngen Fasern graphitisiert Handel sind verschiedene brauchbare Polyacrylnitril-
wurden; zu diesem Zweck wurden die Fasern 60 Minu- 5 Mischpolymerisate erhältlich, und außerdem kann man
ten lang in einer Argonatmosphäre auf 2750° C erhitzt. reines Polyacrylnitril, Cellulosematerialien und Mod-
Ein Teil sowohl der Kohlenstoff-Fasern als auch der acrylfasern verwenden; wenn man die richtige Wärmegraphitisierten
Fasern, die in der beschriebenen Weise behandlung anwendet, ist es tatsächlich möglich, eine
hergestellt worden waren,_wurde dann erfindungsge- große Zahl von verschiedenen faserförmigen Polymerimäß
einer kathodischen Atzung unterzogen; hierbei io säten in Kohlenstoff-Fasern zu verwandeln,
waren die Fasern in einer Argonatmosphäre aufge- Für die Durchführung des Arbeitsschritts zum Enthängt, wobei die Atmosphäre einen Druck von etwa fernen einer Oberflächenschicht nach der Erfindung 0,0001mm Quecksilbersäule aufwies: gleichzeitig Stehen ebenfalls verschiedene Verfahren zur Verfügung, wurde ein Spannungsunterschied von 0,6 bis 0,8 IV Die Wirkungsweise dieser Verfahren läßt sich in der zwischen den Fasern und mehreren Elektroden auf- 15 nachstehenden Weise zusammenfassen,
rechterhalten, und es wurde bewirkt, daß ein Strom 1. Bombardierung mit angeregten Ionen in der oben von 5 bis 15 Milliampere zwischen den Fasern und den beschriebenen Weise. Bei diesem Verfahren werden Elektroden floß. Dieses Verfahren wurde 12 Minuten Kohlenstoffatome aus dem Material durch das Auflang angewendet; während dieser Zeit verkleinerte sich treffen von Ionen entfernt, und es werden angeregte der Durchmesser der Fasern um bis zu 25%. 20 Atome aus einem Plasma aus Argon oder einem
waren die Fasern in einer Argonatmosphäre aufge- Für die Durchführung des Arbeitsschritts zum Enthängt, wobei die Atmosphäre einen Druck von etwa fernen einer Oberflächenschicht nach der Erfindung 0,0001mm Quecksilbersäule aufwies: gleichzeitig Stehen ebenfalls verschiedene Verfahren zur Verfügung, wurde ein Spannungsunterschied von 0,6 bis 0,8 IV Die Wirkungsweise dieser Verfahren läßt sich in der zwischen den Fasern und mehreren Elektroden auf- 15 nachstehenden Weise zusammenfassen,
rechterhalten, und es wurde bewirkt, daß ein Strom 1. Bombardierung mit angeregten Ionen in der oben von 5 bis 15 Milliampere zwischen den Fasern und den beschriebenen Weise. Bei diesem Verfahren werden Elektroden floß. Dieses Verfahren wurde 12 Minuten Kohlenstoffatome aus dem Material durch das Auflang angewendet; während dieser Zeit verkleinerte sich treffen von Ionen entfernt, und es werden angeregte der Durchmesser der Fasern um bis zu 25%. 20 Atome aus einem Plasma aus Argon oder einem
Dann wurden die Fasern aus der erwähnten Atmo- anderen geeigneten Gas erzeugt. Gemäß der Erfindung
Sphäre entfernt., und die Festigkeit der Fasern, die in wird mit einem Magnetfeld gearbeitet, um die Wirkung
der beschriebenen Weise behandelt worden waren, des Plasmas in der Umgebung der Fasern zu verstärken,
wurde mit der Festigkeit der Fasern verglichen, die der 2. Kombinationen verschiedener Stoffe und Gase
Ätzungsbehandlung nicht unterzogen worden waren. 25 mit Oberflächen-Kohlenstoffatomen als Ergebnis einer
Bei den in Kohlenstoff verwandelten Fasern betrug die chemischen Reaktion, z. B.
Festigkeit vor dem Atzen weniger als 105 kg/mm2.
Festigkeit vor dem Atzen weniger als 105 kg/mm2.
Nach dem Ätzen besaßen die geprüften Fasern im all- Wärmebehandlung in Sauerstoff oder Luft (nachgemeinen
eine Festigkeit zwischen etwa 140 und stehend beschrieben);
!W^L^"*^™^ FaSer" warAe3° Wärmebehandlung in Sauerstoff und einem
Erhöhung der Festigkeit weniger ausgeprägt, doch Träeereas - B Helium·
konnte eine Steigerung der Festigkeit beobachtet wer- ragergas, ... a. Helium,
den; in diesem Fall erhielt man bei den nicht geätzten Wärmebehandlung in Kohlendioxyd;
Fasern Ergebnisse, die unter 175 kg/mm2 lagen, wäh- Wärmebehandlung in Wasserstoff, gegebenenfalls
rend bei den geätzten Fasern fünf Proben Festigkeits- 35 in Gegenwart eines Katalysators.
werte von über 175 bis zu 280kg/mm2 ergaben; elf
Versuchsergebnisse blieben bei den mit nicht geätzten Die vorstehend erwähnten Gase und möglicherweise
Fasern erhaltenen Werten. a„cn andere Gase werden bei herabgesetztem Druck
Aus den vorstehend angegebenen Ergebnissen ist und erhöhter Temperatur verwendet,
ersichtlich, daß die Verbesserung der Festigkeit, die 40 In Flüssigkeiten oder Bädern aus geschmolzenen
auf das erfindungsgemäße Ätzverfahren zurückzu- Salzen, z. B.
führen ist, bei graphitisierten Fasern vergleichsweise
führen ist, bei graphitisierten Fasern vergleichsweise
erheblich geringer ist. In der Praxis wurde festgestellt, KNO3 (geschmolzen);
daß bei nicht geätzten Fasern ein katastrophenähn- HN0 (konzentriert) und H8SO4 (konzentriert);
licher Mechanismus dazu führt, daß die Festigkeit zu- 45 , , w „ . , „ ., „ ,
rückgeht, wenn die Faser bei einer Temperatur ober- geschmolzene Metalle, in denen Kohlenstoff und
halb von etwa 1200°C graphitisiert wird, und es wird GraPhlt löslich smd' z· B· Eisen' Nickel;
angenommen, daß dieses katastrophenähnliche Ver- Behandlung durch Verwendung der Kohlenstoffsagen die günstigen Wirkungen des erfindungsgemäßen oder Graphitfasern als Elektroden bei der Verfahrens oberhalb dieser Temperatur verdeckt. Bei- 50 Elektrolyse bestimmter Lösungen, z. B. Kochspielsweise wurde bei einem Kontrollversuch mit salzlösung, NaOH oder angesäuertes Wasser.
Fasern aus einem Polyacrylnitril-Mischpolymerisat,
angenommen, daß dieses katastrophenähnliche Ver- Behandlung durch Verwendung der Kohlenstoffsagen die günstigen Wirkungen des erfindungsgemäßen oder Graphitfasern als Elektroden bei der Verfahrens oberhalb dieser Temperatur verdeckt. Bei- 50 Elektrolyse bestimmter Lösungen, z. B. Kochspielsweise wurde bei einem Kontrollversuch mit salzlösung, NaOH oder angesäuertes Wasser.
Fasern aus einem Polyacrylnitril-Mischpolymerisat,
die 2 Stunden lang bei 2000C in einer oxydierenden Beispielsweise wurden gemäß einem erfindungsge-Atmosphäre
erhitzt, dann pyrolysiert und auf eine mäßen Verfahren entsprechend der vorstehenden Be-Graphitisierungstemperatur
erhitzt wurden, festge- 55 Schreibung Kohlenstoff-Fasern, die in der beschriestellt,
daß die Festigkeit von 49 kg/mm2 bei einer benen Weise aus einem Polyacrylnitril-Mischpolymeri-Graphitisierungstemperatur
von 50O0C bei der An- sat hergestellt waren, in atmosphärischer Luft auf verwendung
einer Temperatur von 1000 0C gleichmäßig schiedene Temperaturen erhitzt, und ihre Festigkeit
auf 245 kg/mm1 zunahm. Eine weitere Erhitzung wurde gemessen. Es zeigt sich, daß sich die Verbesseführte
zu einer anfänglichen Steigerung auf 255 kg/mm2 60 rung der Festigkeit nach der Ätzdauer richtete, und
bei 12500C, worauf ein Absinken der Festigkeit ein- durch eine Extrapolation von Langzeitversuchen wurde
trat, bis sich bei 16000C die Bruchfestigkeit auf festgestellt, daß das optimale Ausmaß des Ätzens dann
225 kg/mm2 verringert hatte. Es sei bemerkt, daß es gegeben war, wenn eine Oberflächenschicht mit einer
sich hierbei nicht um eine erfindungsgemäße Behänd- Stärke von etwa 0,0001 mm entfernt wurde. Das Ätzen
lung handelt. Es wird angenommen, daß das zuletzt er- 65 wurde in allen Fällen in Luft bei einer Temperatur von
wähnte Absinken der Festigkeit auf das weiter oben 478°C durchgeführt; die für eine bestimmte Probe
erwähnte katastrophenähnliche Versagen zurückzu- geltenden Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zuführen
ist. sammengefaßt.
| Ätzdauer | Bruchfestigkeit |
| min | kg/mm* |
| O | 169 |
| 3 | 250 |
| 5 | 295 |
| 8 | 260 |
| 20 | 274 |
| 40 | 252 |
| 65 | 182 |
| 90 | 147 |
| 110 | 154 |
ratur von 125°C wurde eine ähnliche Verbesserung erzielt, wie es aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich
ist.
Man erkennt, daß nach einer anfänglichen Steigerung der anfänglichen Bruchfestigkeit um etwa 50%
die Festigkeit allmählich zurückgeht, wenn sich die Menge des weggeätzten Materials vergrößert. Es wird
angenommen, daß nach dem Erreichen der optimalen Zeit und des optimalen Ausmaßes des Ätzvorgangs
(etwa 10 min und 0,00025 mm) jede weitere Steigerung nicht nur zu einer Verringerung des Durchmessers
der Faser führt, sondern daß sich auch die Eigenschaften der verbleibenden Faser verschlechtern;
dies geht aus den vorstehenden Festigkeitswerten hervor.
Bei einigen weiteren Beispielen für das erfindungsgemäße Verfahren wurde ein ähnliches Material, das
nach einem ähnlichen Verfahren hergestellt war, in eine 20prozentige Lösung von Kaliumbichroiiiat in
Orthophosphorsäure eingetaucht. Bei einer Tempe
| 5 | Ätzdauer | Bruchfestigkeit |
| min | kg/mm1 | |
| 0 | 160 | |
| 10 | 183 | |
| IO | 15 | 112 |
| 20 | 119 | |
| 30 | 98 | |
| 60 | 84 | |
| 90 | 84 |
Man erkennt, daß eine anfängliche Verbesserung der Eigenschaften zu beobachten ist, auf die eine ziemlich
schnelle Verschlechterung folgt. Es wird angenommen, daß das Ätzen mit Hilfe einer Flüssigkeit erheblich
schneller wirkt als das Ätzen in Luft; daher ist
es beim Ätzen mit einer Flüssigkeit erforderlich, die Ätzdauer und die Temperaturen erheblich genauer
einzuhalten. Es wurde festgestellt, daß Temperaturen zwischen 97 und 125°C für diesen Ätzprozeß geeignet
as sind.
Offenbar erweist sich die Erhitzung in Luft als das zweckmäßigste und am leichtesten regelbare der beschriebenen
Verfahren, doch sei bemerkt, daß sich auch mit Hilfe jedes der anderen Verfahren brauchbare
Ergebnisse erzielen lassen dürften.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Fasern mit erhöhter Festigkeit, wobei Polymerfasern
zunächst in einer oxydierenden Atmosphäre voroxydiert und dann durch Erhitzen in einer
inerten Atmosphäre karbonisiert und gegebenenfalls graphitiert werden, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kohlenstoff- oder Graphitfasern einem weiteren Behandlungsvorgang unterworfen werden,
bei dem mittels einer chemischen Reaktion oder durch Bombardierung mit angeregten Ionen Teiie
der Oberflächenschicht der Fasern zusammen mit Fehlstellen und Diskontinuitäten entfernt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile der Oberflächenschicht der Kohlenstoff- oder Graphitfasern durch Erhitzung
der Fasern in einer oxydierenden Atmosphäre entfernt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Oberflächenschicht der
Kohlenstoff- oder Graphitfasern durch Erhitzen der Fasern in einer Atmosphäre aus Kohlendioxyd
oder Wasserstoff entfernt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Oberflächenschicht der
Kohlenstoff- oder Graphitfasern durch Eintauchen der Fasern in eine 20%ige Lösung von Kaliumbichromat
in Orthophosphorsäure entfernt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung bei einer Temperatur
zwischen 97 und 125°C stattfindet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teile der Oberflächenschicht der Kohlenstoff- oder Graphitfasern durch Eintauchen
der Fasern in geschmolzenes KNO3 oder in konzentrierte Salpetersäure oder konzentrierte Schwefelsäure
entfernt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Oberflächenschicht der
Kohlen- oder Graphitfasern durch Eintauchen der Fasern in ein geschmolzenes Metall, in dem Kohlenstoff
und Graphit löslich sind, entfernt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile der Oberflächenschicht der
Kohlenstoff- oder Graphitfasern entfernt werden, indem die Fasern als Elektroden bei der Elektrolyse
von Kochsalzlösung, NaOH oder angesäuertem Wasser geschaltet und behandelt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Teile der Oberflächenschicht
der Kohlenstoff- oder Graphitfasern durch Oberflächenbombardement mittels angeregter
Ionen dadurch bewirkt wird, daß die Fasern in einer inerten Atmosphäre aufgehängt und
mehrere Elektroden in der Nähe der Fasern angeordnet werden und dann eine Potentialdifferenz
zwischen den Fasern und den Elektroden angelegt wird, so daß ein Strom zwischen der Faser und den
Elektroden fließt.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerfaser aus einem Polymerisat
oder einem Mischpolymerisat von Polyacrylnitril besteht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Fasern mit erhöhter Festigkeit.
Es ist bekannt, Polymerfasern zunächst in einer oxydierenden Atmosphäre vorzuoxydieren und dann durch
Erhitzen in einer inerten Atmosphäre zu karbonisieren und gegebenenfalls zu graphitieren.
Durch ein solches Verkoken von Polymerfasern zu Kohlenstoffasern unter oxydativer Behandlung vor
dem Karbonisieren werden die Festigkeitseigenschaften
ίο der Fasern verbessert. Diese lassen sich dann ak Ausgangsmaterialien
für die Herstellung von Kohlenstofffilzen oder -geweben oder -watte verwenden, wo insbesondere
ihre elektrischen Eigenschaften eine Rolle spielen. Für den Einsatz als Verstärker in Kunststoff-
teilen wird jedoch eine weitere Erhöhung der Festigkeätseigenschaften
angestrebt, wobei insbesondere die Zugfestigkeit eine erhebliche Ro)Ie spielt, wenn es sich
bei den Kunststoffteilen z. B. um Kompressorschaufeln für Gasturbinensirahltriebwerke handelt. Die Anwendung
derartiger Kunststoffschaufeln für Kompressoren und Gebläse bei Triebwerken ist aus Gründen des geringen
Gewichtes anzustreben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, insbesondere für die Anwendung als Faserverstärkung
as bei Kunststoffschaufeln und anderen Bauteilen von
Flugzeugtriebwerken (z. B. Statorschaufeln oder Gehäuseteilen) Verstärkungsfasern mit erhöhter und
insbesondere mit über die ganze Faserlänge gleichbleibender Zugfestigkeit zu schaffen.
Gernäß der Erfindung wird das dadurch erreicht, daß die nach dem eingangs erwähnten Verfahren hergestellten
Kohlenstoff- oder Graphitfasern einem weiteren Behandlungsvorgang unterworfen werden,
bei dem mittels einer chemischen Reaktion oder durch Bombardierung mit angeregten Ionen Teile der Oberflächenschicht
der Fasern zusammen mit Fehlstellen und Diskontinuitäten entfernt werden.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die nach der Karbonisierung und gegebenenfalls
Graphitisierung an der Faseroberfläche verbleibenden Fehlstellen die Ursache der verminderten Zugfestigkeit
sind. Nach der Erfindung wird daher mindestens ein Teil der Oberflächenschicht der Kohlenstoff- oder
Graphitfasf entfernt, derart, daß die Fehlstellen und Diskontinuitäten verschwinden und eine Faser entsteht,
die über die gesamte Länge einen im wesentlichen gleichen Querschnitt besitzt. Es ist dabei allerdings
darauf zu achten, daß keine inneren Fehlstellen innerhalb der Faser vorhanden sind, weil diese durch das
erfindungsgemäße Verfahren nicht beseitigt werden können.
In der nachstehenden Beschreibung sind verschiedene Ausführungsbeispiele erläutert, welche Möglichkeiten
der chemischen Reaktion bzw. Bombardierung mit angeregtem Ionen zwecks Abtragung der Oberflächenschicht
veranschaulichen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wurde von Kohlenstoff- bzw. Graphitfasern ausgegangen, die wie
folgt hergestellt v/orden waren: Es wurden Polyacrylnitrilfasern von C Denier im Anlieferungszustand in
siedendes Wasser eingetaucht und auf das Dreifache ihrer Länge gereckt. Die so gereckten Fasern wurden
dann in Kohlenstoff-Fasern verwandelt; zu diesem Zweck wurden die Fasern einer Voroxydation in Luft
bei 2270C während einer Zeit von 7 Stunden unterworfen;
danach wurden die Fasern in einer chemisch neutralen Atmosphäre auf 100O0C erhitzt, wobei die
Geschwindigkeit der Erhitzung so geregelt wurde, daß
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB5849066A GB1214807A (en) | 1966-12-31 | 1966-12-31 | Method of manufacturing carbonaceous fibre |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1646977A1 DE1646977A1 (de) | 1972-08-03 |
| DE1646977B2 DE1646977B2 (de) | 1974-01-17 |
| DE1646977C3 true DE1646977C3 (de) | 1974-08-15 |
Family
ID=10481750
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19671646977 Expired DE1646977C3 (de) | 1966-12-31 | 1967-12-21 | Verfahren zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Fasern |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS516243B1 (de) |
| BE (1) | BE708651A (de) |
| CH (1) | CH487800A (de) |
| DE (1) | DE1646977C3 (de) |
| FR (1) | FR1551282A (de) |
| GB (1) | GB1214807A (de) |
| SE (1) | SE341622B (de) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3989802A (en) * | 1970-02-11 | 1976-11-02 | Great Lakes Carbon Corporation | Treatment of carbon fibers |
| JPS5134488B2 (de) * | 1973-07-05 | 1976-09-27 | ||
| US4073869A (en) * | 1975-06-05 | 1978-02-14 | Celanese Corporation | Internal chemical modification of carbon fibers to yield a product of reduced electrical conductivity |
-
1966
- 1966-12-31 GB GB5849066A patent/GB1214807A/en not_active Expired
-
1967
- 1967-12-15 FR FR1551282D patent/FR1551282A/fr not_active Expired
- 1967-12-20 SE SE1748667A patent/SE341622B/xx unknown
- 1967-12-21 DE DE19671646977 patent/DE1646977C3/de not_active Expired
- 1967-12-28 BE BE708651D patent/BE708651A/xx unknown
- 1967-12-29 JP JP8459067A patent/JPS516243B1/ja active Pending
-
1968
- 1968-01-02 CH CH4468A patent/CH487800A/fr not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1646977A1 (de) | 1972-08-03 |
| JPS516243B1 (de) | 1976-02-26 |
| FR1551282A (de) | 1968-12-27 |
| DE1646977B2 (de) | 1974-01-17 |
| CH487800A (fr) | 1970-03-31 |
| GB1214807A (en) | 1970-12-02 |
| BE708651A (de) | 1968-05-02 |
| SE341622B (de) | 1972-01-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3915149A1 (de) | Kompositmaterialien mit siliciumcarbidfasern als verstaerkungsmaterial und keramischer matrix sowie ihre herstellung | |
| DE1242551B (de) | Verfahren zur Waermebehandlung von cellulosehaltigem Material | |
| DE2914581C2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer porösen Elektrode für thermoelektrische Generatoren sowie nach diesem Verfahren hergestellte Elektrode und thermoelektrischer Generator | |
| DE3782534T2 (de) | Pechbasierte kohlenstoffasern mit hohem elastizitaetsmodul und verfahren zu deren herstellung. | |
| DE1646977C3 (de) | Verfahren zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Fasern | |
| DE2128907A1 (de) | Verfahren zum Graphitisieren von Fasermaterial | |
| DE1012698B (de) | Verfahren zur Herstellung von Sekundaeremissionskathoden mit einer Magnesiumoxydoberflaeche | |
| DE69215551T2 (de) | Kohlenstoffaser und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE1469489A1 (de) | Kohlenstoffaeden mit verbesserter Widerstandsfaehigkeit gegen Oxydation und Verfahren zur Herstellung derselben | |
| DE1949830C3 (de) | Verbesserte Kohlefasern und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE2546509C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoffäden oder -fasern | |
| DE1817581B2 (de) | Verfahren zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften von Kohlenstoff asern | |
| DE3424203A1 (de) | Diaphragma fuer alkalische elektrolysen und verfahren zur herstellung desselben | |
| DE1226995B (de) | Verfahren zur Herstellung faserigen oder faserhaltigen, kohlenstoffhaltigen Materials | |
| DE1244638B (de) | Verfahren zur Herstellung eines Koerpers mit niedriger Permeabilitaet gegenueber nuklearen Spaltprodukten | |
| DE1264312B (de) | Verfahren zur Herstellung von Kernbrennelementen | |
| DE2416674C2 (de) | Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoff-Fasern | |
| DE2809295A1 (de) | Verfahren zur herstellung von kohleartikeln, die so ausgelegt sind, dass sie bei hohen temperaturen in oxidierenden gasen eingesetzt werden koennen, sowie nach diesem verfahren erhaltene kohleartikel | |
| EP2203244A1 (de) | Kohlenstoff-hohlfasern und verfahren zu ihrer herstellung | |
| DE2008901C3 (de) | Verfahren zur Herstellung von teilweise zersetztem und dauernd entwässertem cellulosehaltigen! Material | |
| DE634026C (de) | Verfahren zur Herstellung von lichtelektrischen Zellen | |
| DE2146448C3 (de) | Verfahren zur kontinuierlichen Abscheidung von Bor auf einem aus Pech erzeugten Kohlenstoffaden | |
| AT263171B (de) | Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kondensatoren mit einer Oxydschicht als Dielektrikum und einem Halbleiter als Gegenelektrode | |
| DE3234770A1 (de) | Probentraeger, insbesondere graphitrohr oder graphitboot, fuer die flammenlose atom-absorptions-spektroskopie | |
| DE2909958A1 (de) | Sinterwerkstoff |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |