DE2639409A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING A STAPLE FIBER FROM OXIDIZED POLYACRYLNITRILE FIBERS - Google Patents

Description

Pipl.-lrig. HsinzPipl.-lrig. Hsinz

PosbKcbrMWSnMM 2i, PcsScch 4 Amcr:.en, CiGn * 1« Sep. 1976PosbKcbrMWSnMM 2i, PcsScch 4 Amcr: .en, CiGn * 1 «Sep. 1976

Kein Zsichcn; ? 2590No sign; ? 2590

HORGANIT-: MODMOR LIMITLD,
52 Battsrsea Church Road
London, SV/11 3LZ, i-nglandHORGANITE-: MODMOR LIMITLD,
52 Battsrsea Church Road
London, SV / 11 3LZ, i-ngland

BRITISH SIL?; COHBSRS LIMITE!), Thornhill Briggs Mills
Brighouse, Yorkshire, EnglandBRITISH SIL ?; COHBSRS LIMITE!), Thornhill Briggs Mills
Brighouse, Yorkshire, England

A.B. SPINNING CO. LIMITJiD,
Annitage Bridge Mills,
rluddersfield, Yorkshire, EnglandAB SPINNING CO. LIMITJiD,
Annitage Bridge Mills,
rluddersfield, yorkshire, england

Verfahren zur Herstellung einer Stapelfaser aus oxydierten Polyacrylnitrilfasern Process for the production of a staple fiber from oxidized polyacrylonitrile fibers

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von hohe Modulwerte besitzendem sogenanntem hochfesten Kohlefasermaterial, welches aus synthetischen Fasern aus Polyacrylnitril (PAN) besteht, Vielehes unter Spannung oxydiert wird, bevor eine Karbonisierung und gegebenenfalls eine Graphitierung erfolgen»The invention relates to the production of so-called high-strength carbon fiber material with high modulus values, which consists of synthetic fibers made of polyacrylonitrile (PAN), many things are oxidized under tension before carbonization and if necessary a graphitization take place »

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Stapelfaser, ein verbessertes Obergarn, ein verbessertes Rovinggarn oder ein verbessertes Gespinst aus oxydiertemThe invention is based on the object of an improved staple fiber, an improved upper yarn, an improved Roving yarn or an improved web made of oxidized

ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED

Polyacrylnitril (PAN) zur Herstellung einer Kohlefaser zu schaffen, und zwar insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, in Form von gewebtem Textilmaterial.To create polyacrylonitrile (PAN) for the production of a carbon fiber, in particular, but not exclusively, in the form of woven textile material.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebene Urfindung_o The above-mentioned object is achieved by the original invention specified in claim 1 _{or the like}

line Hauptanwendung eines derartigen Kohlefasermaterials besteht in der Einlagerung bzw. in dem ^,inschluS eines derartigen Materials als Verstärkung in einer Matrix, wie in einer Kunststoffmatrix, einer Metall- oder Kohlenstoffmatrix, um ein Verbundmaterial zu schaffen, das eine hohe Festigkeit uno. Stabilität besitztο _ine gemäß der Vrfindung hergestellte Stapelfaser bzw. ein gemäß der Erfindung hergestelltes Obergarn, Rovinggarn oder Gespinst aus einer Kohlefaser ist ferner in Fällen anwendbar, in denen es nicht um eine Verstärkung geht, sondern in denen der Kohlenstoff in Faserform benötigt wird.line main application of such a carbon fiber material is in the storage or in the ^, including such Materials as reinforcement in a matrix, such as in a plastic matrix, a metal or carbon matrix to create a composite material that has high strength uno. Stability possesses o _ine produced according to the invention Staple fiber or a top yarn, roving yarn or spun from a carbon fiber produced according to the invention is also possible Applicable in cases where it is not a question of reinforcement, but where the carbon in fiber form is required will.

In der allgemeinen Technologie von synthetischen Fasern ist es anerkannt, daß die JLigenschaften eines Stapelfasergarnes weit zufriedenstellender ausgewählt, gesteuert und mit Beständigkeit erzielt werden können als bei einem fortlaufenden Fadengarn» Für die meisten Zwecke, bei denen gewebte Textilien und synthetische Fasern eingeschlossen sind erfolgt obwohl diese Textilien und Fasern aus fortlaufenden ^äden hergestellt sind - eine Auflösung zu der Stapelfaser, und sodann erfolgt ein Verspinnen und Verweben unter Anwendung von Techniken, wie sie für natürliche Fasern geschaffen worden sind.In general synthetic fiber technology it is recognized that the properties of a staple fiber yarn can be selected, controlled and achieved with consistency far more satisfactorily than a continuous one Filamentary Yarn »Made for most purposes where woven textiles and synthetic fibers are included although these textiles and fibers are made from continuous threads are disintegrated into the staple fiber and then spun and woven using Techniques such as those created for natural fibers are.

Die Herstellung von hochfesten und hohe Modulwerte besitzenden Kohlefasern aus PAN-Fasern schließt jedoch die Oxydation derThe production of high-strength and high modulus carbon fibers from PAN fibers, however, precludes the oxidation of the

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IrAM-FaGem ein. Lies erfolgt dadurch, daß die betreffenden Fasern unter Spannung bei Vorhandensein von 3au3rstoff erhitzt werden, der aus der Luft oder aus einem anderen Gauerstoffträger oder einen) Sauerstoff erzeugenden Mittel zur Verfugung steht. Dabei ist eine Schwierigkeit im Hinblick darauf zu erwarten, eine derartige Oxydation in dem erforderlichen Ausmaß zu erzielen. Wird ein otapelgarn verwendet, welches bis zu einer Festigkeit verdrillt worden ist, die hoch genug ist, um der Spannung zu widerstehen, die sich aus der ,Schrumpfung während der Behandlung ergibt, so kann dis Sauorstoffeinaringung unzureichend sein. Wird ein schwächer vcrdralltes Gtapelgarn verwendet, so wird dieses Garn der Schrumpfspannung nicht widerstehen cIrAM-FaGem a. Read is done by the fact that the relevant Fibers heated under tension in the presence of oxygen from the air or from another oxygen carrier or an oxygen generating agent is available. A difficulty is expected in terms of achieving such oxidation to the extent required. If a pile thread is used, which can hold up to one Strength has been twisted that is high enough to withstand the tension resulting from the shrinkage the treatment results, the oxygen concentration may be inadequate be. If a weaker twisted staple yarn is used, so this yarn will not withstand the shrinkage tension c

Das oben aufgezeigte Problem wird nun durch die vorliegende .Erfindung überwunden. Durch die vorliegende Erfindung wird als Vorbereitungsschritt eine Oxydation bei dem unter Wärmeeinwirkung und unter Spannung stehenden fortlaufenden PAM-Fadanseil vorgenommen, welches nahezu keinen Drall besitzt. Unter einem fortlaufenden Fadenseil wird hier ein einzelnes Geil oder ein Kehrfachseil verstanden, das aus weitgehend unterbrochenen Fäden bestsht, wobei eine große Anzahl von Fäden, vorzugsweise 1000 bis 16O 000 Fäden pro Seil oder Tau vorgesehen sein mag. Unter der Formulierung "weitgehend keinen Drall" wird verstanden, daß zumindest in einer Seillänge während der Oxydation die Fäden sich nicht derart umgeben, daß eine gegenseitige Abdeckung der betreffenden Fäden hinsichtlich des SauerstoffZutritts vorhanden ist.The problem outlined above is now overcome by the present invention. Through the present invention as a preparatory step, an oxidation of the continuous PAM fadan rope under the influence of heat and under tension made, which has almost no twist. Under a continuous thread rope there is a single one Geil or understood a Kehrfachseil, which consists of largely interrupted threads, with a large number of Threads, preferably 1000 to 160,000 threads per rope or rope may be provided. Under the phrase "largely none Twist "is understood to mean that at least in one rope length during the oxidation the threads do not surround each other in such a way that that there is a mutual covering of the threads concerned with regard to the access of oxygen.

Durch die Lrfindung ist ferner ein Verfahren geschaffen, durch das das oxydierte fortlaufende Fadenseil in Stapelfasern aufgeteilt werden kann, die als Vorgespinst oder als Obergarn oder als Rovinggarn oder als zu einem StapelgarnThe invention also creates a method by which the oxidized continuous thread rope can be divided into staple fibers, which as roving or as Upper thread or as roving thread or as a staple thread

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versponnenes Gespinst verarbeitet und gegebenenfalls zu einem Gewebe verwoben werden,bevor eine Kohlung und gegebenenfalls eine Graphitierung erfolgen.spun web processed and possibly into one Tissues are woven before carbonization and possibly graphitization take place.

Es wäre angemessen zu erwarten, daß die bekannten Verfahren, die in der Textilindustrie zur Aufteilung von fortlaufenden Fäden in eine Stapellänge verwendet worden, ura diese Fäden allein oder zusammen mit anderen Fasern zu verspinnen, zur Aufteilung und Verspinnung von oxydierten PAK-Fadeη verwendet v/erden können_o Versuche zur Benutzung herkömmlicher Verfahren sind jedoch fehlgeschlagen, und zwar aus Gründen, die nicht vollständig geklärt werden konnten. ISine saubere Bruchstelle für die benötigten Stapellängen ist schwierig zu erzielen,, Wenn die Fäden verteilt oder auf kurze Längen geschnitten werden, wie beispielsweise auf eine Länge von etwa 38 mm (entsprechend 1 1/2 Zoll), um auf für derartige Längen ausgelegte Baumwollmaschinen weiter verarbeitet zu werden, sind die Faserverluste kommerziell nicht annehmbar«,It would be reasonable to expect that the known methods which have been used in the textile industry for dividing continuous threads into a staple length, ura to spin these threads alone or together with other fibers, are used for the division and spinning of oxidized PAH threads v / _o Attempts to use traditional methods have failed, however, for reasons that could not be fully clarified. A clean break for the required staple lengths is difficult to achieve if the filaments are spread or cut to short lengths, such as about 38 mm (1 1/2 inches), to continue on cotton machines designed for such lengths to be processed, the fiber losses are commercially unacceptable «,

In Verbindung mit schwierigen Fasern ist es in der Textilindustrie bekannt, Oberflächenbehandlungsmaterialien zu verwenden, um die Fasern zu modifizieren_o Die Lndanwendung von Kohlefaser-Textilien, insbesondere für Verbundmaterialien, schließt jedoch die Verwendung von Zusätzen aus, vorn denen viele Unreinheiten bilden oder die fertigen Produkte nachteilig beeinflussen könnten.In connection with difficult fibers, it is in the textile industry known to use surface treatment materials to modify the fibers _o Lndanwendung of carbon fiber textiles, especially for composite materials, but excludes the use of additives from the front which make many impurities or the finished products could adversely affect.

Bine ausgedehnte Untersuchung hat gemäß der vorliegenden . rfindung zu der Kombination von Schritten geführt, durch ede ein oxydiertes fortlaufendes PAN-Fadenseil in eine Stapelfaser, ein Obergarn, ein Rovinggarn, ein Gespinst oder ein Gewebe umgesetzt werden kann, welches für die überführung in Kohlefasern geeignet ist«,An extensive investigation has according to the present. invention led to the combination of steps, through ede an oxidized continuous PAN thread rope into a staple fiber, a top thread, a roving thread, a web or a woven fabric can be implemented which is suitable for conversion into carbon fibers «,

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Die grundsätzliche entscheidende Kombination von Schritten zur Herstellung eines Stapelfadens aus Polyaerylnitrilfasern gemäi3 der -,rfindung besteht darin, daß eine Kreuselung durch Dampfeinvirkung erfolgt und daß sodann ein Dehnungsbruch bei zumindest einem Seil der fortlaufenden Fäden aus Polyacrylnitril vorgenommen wird, das als Seil unter einer Spannung in einem Zustand nahezu ohne einen Drall oxydiert worden ist, indem eine Erwärmung bei Vorhandensein von Sauerstoff während einer derart begrenzten Zeitspanne erfolgt, daß die betreffenden Fäden elastisch 'genug bleiben, um dem Dampf-Kreuselungsschritt ohne einen Bruch zu widerstehen.The fundamentally decisive combination of steps for the production of a staple thread from polyeryl nitrile fibers According to the invention, there is a ripple through The effect of steam takes place and that an elongation fracture then occurs in at least one rope of the continuous threads made of polyacrylonitrile is made which has been oxidized as a rope under tension in a state almost without twist by a heating in the presence of oxygen takes place during such a limited period of time that the relevant Threads remain elastic enough to pass the steam crinkle step without resisting a break.

Unter der hier benutzten Bezeichnung "Oxydation" wird verstanden, daß die PAN-B'äden unter Spannung Sauerstoff ausgesetzt sind, und zwar unter Bedingungen oder entsprechend der Erwärmung in Luft bei einer Temperatur zwisehen 200⁰C und 30U C während einer Zeitspanne zv/isehen 0,5 und 5 Stunden«,Under the used herein, the term "oxidation" is meant that the PAN B'äden are exposed to oxygen under tension, under conditions or in accordance with the heating in air at a temperature of 200 ⁰ C and zwisehen 30U zv C for a period / isehen 0.5 and 5 hours «,

Unter der Bezeichnung "Polyacrylnitril" (PAN) werden polymere Stoffe verstanden, umfassend Homopolymere, Copolymere oder Terpolymere von Acrylnitril mit anderen Monomeren, wie z_oB. Methylmethacrylat oder Vinylacetat, und zwar entweder allein oder zusammen mit kombatiblen Polymeren, v/ie Z₀B. Phenolharze der Friedel-Crafts-Kondensate_o The term "polyacrylonitrile" (PAN) polymeric materials are understood, including homopolymers, copolymers or terpolymers of acrylonitrile with other monomers, such as _o, methyl methacrylate or vinyl acetate, either alone or together with compatibly polymers, v / ie Z ₀ B. phenolic resins of Friedel-Crafts condensates _o

Die PAN-Fäden sind in einem weiten Denier-Bereich erhältlich (Gewicht in Gramm von 9000 Meter eines einzelnen Fadens). Die herkömmlichen Textil-PAN-Fäden besitzen im allgemeinen drei Denier oder einen höheren Wert, während PAN-Fäden, die speziell für die Umwandlung in Kohlefasern hergestellt worden sind, im allgemeinen etwa 1,5 Denier besitzen,. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist insbesondere für Fäden von etwa 1,5 Denier geeignet, die feiner sind als jene Fäden, die durch herkömmliche Textilverfahren und TextilmaschinenThe PAN threads are available in a wide denier range (weight in grams of 9000 meters of a single thread). The conventional textile PAN threads generally have three denier or higher, while PAN threads that have been specially made for conversion into carbon fibers are generally about 1.5 denier. The procedure according to the present invention is particularly suitable for threads of about 1.5 denier, which are finer than those threads, those by conventional textile processes and textile machinery

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üblicherweise verarbeitet werden.usually processed.

Der den PAN-Fäden in der Vorbereitungsstufe gegebene Oxydationsgrad hängt von zwei Bedingungen ab. Die erste Bedingung ergibt sich aus der physikalischen Beschaffenheit, und zwar in Werten der Steifigkeit und der Reißfestigkeit der etwaigen Kohlefasern» Die zweite Bedingung ergibt sich aus der Fähigkeit der oxydierten Fäden, der Umwandlung in Stapelfasern zu widerstehen. Die erste Bedingung ist zwar wichtig, nicht aber kritisch, da ein Oxydationsbereich vorhanden ist, innerhalb dessen die etwaige Kohlefaser brauchbare Eigenschaften aufweist.The degree of oxidation given to the PAN sutures in the preparatory stage depends on two conditions. The first condition yields from the physical nature, namely in values of the stiffness and tear strength of any carbon fibers » The second condition arises from the ability of the oxidized filaments to withstand conversion into staple fibers. the The first condition is important, but not critical, since there is an area of oxidation within which any Carbon fiber has useful properties.

Die Technologie und die Bedingungen der Oxydation von PAN-Fäden zum Zwecke der Erzielung der geforderten eigenschaften von eine hohe Festigkeit besitzenden Kohlefasern mit hohen Modul vier ten bilden Teil des auf dem vorliegenden Gebiet nunmehr vorhandenen Wissens<>The technology and conditions of the oxidation of PAN threads in order to achieve the required properties of high strength carbon fibers with high modulus four th form part of the present field now existing knowledge <>

Die zweite Bedingung ist mit Rücksicht darauf kritisch, daß die Herstellung der Stapelfasern von der betreffenden Bsdingung abhängt.The second condition is critical in view of the fact that the manufacture of the staple fibers depends on the particular item depends.

Im Zuge der Erfüllung der ersten Bedingung sind die PAN-Fäden während einer hinreichend langen Zeitspanne unter ausgewählten Temperatur- und Sauerstoffkonzentrationsbedingungen zu behandeln, um durch eine Karbonisierung bei einer Temperatur von zumindest 1OOO°C eine Kohlefaser mit zufriedenstellender Festigkeit zu erzeugen. ¥enn das Ausmaß der Sauerstoffbehandlung zu gering ist, weisen die sich ergebenden Kohlefasern eine geringe Festigkeit auf, was durch einen Faserreißversuch feststellbar ist; die betreffende Reißfestigkeit sollte zumindest 5 · 10 Pfund pro Quadratzoll bzw» 50 « 10 Pfund pro Quadratzoll (34,5 GNm"² bzw. 0,345 GNm"²) betragen.In the course of fulfilling the first condition, the PAN threads are to be treated for a sufficiently long period of time under selected temperature and oxygen concentration conditions in order to produce a carbon fiber with satisfactory strength by carbonization at a temperature of at least 100 ° C. If the extent of the oxygen treatment is too low, the resulting carbon fibers have a low strength, which can be determined by a fiber tear test; the tensile strength involved should be at least 5 x 10 6 pounds per square inch or "50" 10 pounds per square inch (34.5 GNm " ² or 0.345 GNm" ² ).

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Um die kritische zweite Bedingung zu erfüllen, rnu.3 die Oxydation der PAN-Fäden begrenzt v/erden, da mit fortschreitender Behandlung die Elastizität abnimmt, was bedeutet, daß die prozentuale Verlängerung bei einem Dehnungsbruch abnimmt. Wenn die Elastizität zu stark abnimmt, beginnen die fortlaufenden Fäden des Seils, in kurze Längen besitzende Teile während des Kreuselungsschrittes zu bersten«, Dies kann nun leicht festgestellt werden,- und durch Vsrsuch und durch Beobachtung von Proben kann das Oxydationsausmaß derart beschränkt werden, daß ein Bruch auf die Kreuselung hin nahezu vermieden ist, ohne daß dabei ein Verlust an der etwaigen hohen Festigkeit und den hohen Moduleigenschaften der Kohlefaser auftritt.In order to satisfy the critical second condition, 3 the oxidation of the PAN sutures is limited because the elasticity decreases as the treatment progresses, which means that the percentage elongation decreases in the event of a strain break. if If the elasticity decreases too much, the continuous ones begin Threads of the rope to burst into short lengths during the crimping step «This can now easily be established become, - and by seeking and observing Samples, the extent of oxidation can be limited so that a break on the crinkle is almost avoided, without a loss of any high strength and the high module properties of the carbon fiber occurs.

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Im Zuge der Ausführung der Textilbehandlungsschritte gemäß der 3rfindung v/ird vorzugsweise mit Obergarn gearbeitet, welches zunächst eine relativ hohe Anzahl von fortlaufenden PAN-Fäden besitzt, welche Anzahl in der Größenordnung von Ao 000 oder darüber liegt. Diese Fäden werden dann gemeinsam verarbeitet. Wenn daher der vorbereitende Oxydationsschritt bei einem Garn ausgeführt v/ird, welches eine relativ geringe Anzahl von Fäden besitzt, deren Anzahl in der Größenordnung von 10 000 liegt, dann v/ird die Dampfkreuselung vorzugsweise mit einem Hehrfachseil ausgeführt, wie mit sechs Seilen, was insgesamt 60 000 Fäden ergibt, indem das Mehrfachseil durch einen einzelnen Dampfkreuselungs-Füllbehälter geleitet wird. Von diesem Behälter aus fortschreitend wird dann die weitere Textilverarbeitung an dem gekreuselten Mehrfachssil ausgeführt.During the execution of the textile treatment steps according to The invention is preferably worked with top thread, which initially has a relatively high number of consecutive threads PAN threads, which number is on the order of Ao 000 or more. These threads then become common processed. Therefore, if the preliminary oxidation step is carried out on a yarn which is a relatively small one Number of threads, the number of which is of the order of 10,000, then steam crimping is preferred executed with a multiple rope, as with six ropes, which makes a total of 60,000 threads, by the multiple rope through is routed through a single steam crumble hopper. The further one then progresses from this container Textile processing carried out on the crimped multiple rope.

Der Dehnungsbruch des gekreuselten fortlaufenden Fadensciles kann in einer kommerziell erhältlichen Maschine bewirkt werden, die als Oberteil-Schleppmaschine bzw. als Dehnungs-Bruch-Umwandler bekannt ist, ohne daß Unterbrecherbügel verwendet werden. Ss hat sich gezeigt, daß es zweckmäßig ist, zweiThe elongation break of the crimped continuous thread rope can be effected in a commercially available machine, which is used as a top-part towing machine or as an elongation-fracture converter is known without using breaker bars. It has been shown that it is useful to have two

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relativ schwach ansteigende Durchlaufe durch eine derartige Maschine zu benutzen, um die erwünschte Stapellänge für die ungünstigste Verarbeitung zu erzielen, wobei meistens die Stapellänge im Bereich zwischen 51 mm und 150 mm (entsprechend 2 bis 6 Zoll) liegt. Vorzugsweise wird der zweite Durchlauf in einer etwas modifizierten Maschine vorgenommen, die als •■•■.vieder-Unterbrechungsmaschine" bekannt ist₀ Las Fehlen von Unterbrechungsbügeln und die Ausnutzung von schwachen Druckkräften vermeidet die Ausbildung von . Haaren, die bei Unterbrechungsbügeln sonst auftreten könnte.to use relatively gently sloping passes through such a machine in order to achieve the desired stack length for the worst possible processing, the stack length mostly being in the range between 51 mm and 150 mm (corresponding to 2 to 6 inches). Preferably, the second pass is done in a slightly modified machine known as the "multiple break machine" ₀ Las absence of break bars and the use of weak compressive forces avoids the formation of hair that might otherwise occur with break bars.

Die nach Ausführung des Dehnungsbruchs erhaltene gekreuselte .itapelfaser kenn ihrerseits in eine Kohlefaser umgewandelt werden, die beispielsweise als Verstärkungsmaterial in einen Verbundstoff verwendet wird. i£^:s ist ε-ber auch möglich, daß die betreffende Stapelfaser weiterbehandelt werden kann, um Obergarn und Rovinggarn herzustellen, das für ein Verspinnen geeignet ist_o Das Obergarn, Rovinggarn, ein daraus hergestelltes Gespinst oder ein aus dem Gespinst hergestelltes Gewebe kann eine Umwandlung zu einer Kohlefaser für verschiedene Anwendungen erfahren.The crimped .itapelfaser obtained after performing the elongation fracture can in turn be converted into a carbon fiber, which is used, for example, as a reinforcing material in a composite. i ^£: s is ε-ber also possible that the staple fiber in question can be further treated to face yarn and Rovinggarn to manufacture, which is suitable for a spinning _o The face yarn, Rovinggarn, a product manufactured therefrom web or a product manufactured from a web of tissue can be a Experienced conversion to a carbon fiber for various uses.

Im Hinblick auf die Herstellung eines Rovings hat es sich gezeigt, daß zwei Schritte auszuführen sind, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Diese Schritte bestehen darin, die .faser zur Bildung eines Obergarns geradlinig zu kämmen und daraufhin schwach zu lamcllieren. Durch das Kanüle :u. vx.r-dcn Flusen bildende Stape!fasern kurzer Länge entfernt, und durch das schwache Laraellieren des Obergarnss wird c-in flucenfreicr, gleichmäßiger nicht verdrallter Roving für ein Verspinnen erzielt»With regard to the manufacture of a roving, it has been found that two steps must be followed in order to achieve the best results. These steps consist of combing the fibers in a straight line to form a top yarn and then lamellating them gently. Through the cannula: u. vx.r-dcn fluff-forming staples! Fibers of short length removed, and the weak laraing of the upper yarn results in c-in flucen-free, even, non-twisted roving for spinning.

Zum Zwecke des Verwebens kann das Garagespinet durch eineFor the purpose of interweaving, the garage spinet can be replaced by a

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Zusamnienstellungswicklung, durch ein Verdrallen und durch οine Kegelwicklung hergestellt werden.Compilation winding, can be produced by twisting and by οine conical winding.

Anhand von Zeichnungen wird die ISrfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.The invention is exemplified below with reference to drawings explained in more detail.

Fig. 1 zeigt die Ausführung einer vorbereitenden Oxydation eines PAN-Seiles.Fig. 1 shows the execution of a preparatory oxidation of a PAN rope.

Fig. 2 zeigt die Ausführung eines Dampf-Kreuselungs- und Dehnungsbruch-Schrittes.Fig. 2 shows the execution of a steam crinkle and Elongation fracture step.

Fig. 3 zeigt die Ausführung eines Kämm- und Lamellierungsschrittes für die Herstellung eines aufgewickelten Rovings.Fig. 3 shows the execution of a combing and lamination step for the production of a wound roving.

V/ie in Fig. 1 gezeigt, besteht ein fortlaufendes Faden-PAN-Seil 1 aus einem oder mehreren nicht verdrehten Seilen; dieses PAW-Seil 1 gelangt von seinem Ballen oder seiner sonstigen Packung 2 durch eine geheizte Kammer 3, in der das botreffende Seil unter Spannung gehalten wird, was durch zwei Zugwalzen 4 angedeutet ist, die das Garn entgegen der Hemmung ziehen, die durch zwei Hemmwalzen bzw«, -rollen 5 ausgeübt wird. An die betreffende Kammer 3 wird Luft oder ein anderes Sauer stoff me dium durch einen Sinlaß 6 abgegeben. Von der Kammer wird das oxydierte Seil 10 zu einem Ballen oder einor anderen Packung 7 abgegeben, um zu einer weberei transportiert zu werden, welche in derselben Werksanlage oder an anderer Stelle vorgesehen sein kann.As shown in Fig. 1, there is a continuous suture PAN rope 1 from one or more untwisted ropes; this PAW rope 1 comes from his ball or his other pack 2 through a heated chamber 3, in which the bot-hitting rope is kept under tension, which is through two pulling rollers 4 are indicated, which pull the yarn against the inhibition which is exerted by two inhibiting rollers or rollers 5. To the chamber 3 in question is air or a other Sauer material me medium discharged through a Sinlaß 6. from the oxidized rope 10 is delivered to the chamber in a bale or other package 7 to be sent to a weaving mill to be transported, which can be provided in the same plant or at a different location.

Abgesehen von der minimalen Temperatur von 200⁰C können die Zeit- und Temperaturbedingungen für die erforderliche Oxydation zum Zwecke der schließlich erfolgenden Herstellung eines Kohlefadens in einem weiten Änderungsbereich liegen, der größtenteils von der genauen Eigenschaft des bestimmten PAN-Materials abhängt, aus dem die Fäden hergestellt sind. Die Temperatur sollte jedoch nicht einen \.-ert von 300⁰C über-Apart from the minimum temperature of 200 ^° C., the time and temperature conditions for the necessary oxidation for the purpose of the eventual production of a carbon thread can vary widely, depending largely on the exact property of the particular PAN material from which the threads are made are made. However, the temperature should not be a \ .- ert 300 ⁰ C over-

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schreiten, und die Behandlungszeit sollte zwischen 0,5 und fünf Stunden liegen.step, and the treatment time should be between 0.5 and five hours.

Zum Zwecke der Herstellung von Stapelfasergarn gemäß der Erfindung ist die Beschränkung dsr Behandlung gegeben durch den Verlust der Elastizität bis zu dem Punkt, an dem die Seilfäden auf die Kreuselung hin zerbersten. Dies kann lediglich durch eine Probenüberprüfung von genau bestimmten Seilmassen bestimmt werden.For the purpose of producing staple fiber yarn according to Invention is given by the limitation of the treatment the loss of elasticity to the point where the rope threads burst on the crimp. This can only can be determined by a sample check of precisely determined rope masses.

In Fig. 2 ist gezeigt, wie das oxydierte Seil 10 von seiner Packung 7 mittels zweier Rollen 8 abgegeben wird, die das Seil zu einer Dampfkammer (nicht dargestellt) hinführen, in der das Seil durch die Schneide der Klemmwalzen 9 erfaßt wird, welche das betreffende Seil derart zusammenschieben, da:3 es in einem Stopfbehälter 11 dicht zusammengedrückt wird, von dessen Auslaß 12 das Seil als gekreuseltes und hergerichtetes, dennoch aber als fortlaufendes Fadenseil 13 austritt.In Fig. 2 it is shown how the oxidized rope 10 is released from its package 7 by means of two rollers 8, which the Lead the rope to a steam chamber (not shown) in which the rope is gripped by the cutting edge of the pinch rollers 9, which push the rope in question together in such a way that: 3 it is tightly compressed in a stuffing container 11 by the outlet 12 of which the rope emerges as a crimped and prepared, but nevertheless as a continuous thread rope 13.

Der in der Kreuselungsstufe abgegebene Dampf sollte atmosphärischer Dampf sein, der getrocknet worden ist, indem er durch einen Wassersack hindurchgeleitet worden ist.The steam emitted in the ripple stage should be more atmospheric Be steam that has been dried by passing it through a water pocket.

In dieser Stufe ist es üblich, daß das gekreuselte Seil 13, wie dies durch die in Fig. 2 in Form einer gestrichelten Linie angedeutete Ablenkung angedeutet ist, in einem Ballen oder einer anderen Packung 14 zum Zwecke des Trocknens und zum Zwecke der VorratsSammlung untergebracht wird, und zwar zur weiteren Verarbeitung oder zum Transport zu einer anderen Anlage hin.At this stage it is common that the crimped rope 13, as indicated by the deflection indicated in the form of a dashed line in FIG. 2, in a bale or another pack 14 for drying and storage purposes, namely for further processing or for transport to another plant.

Der nächste Prozeßschritt - nachdem das gekreuselte Seil trocken ist - besteht in einem Dehnungsbruch, welcher alsThe next process step - after the crimped rope is dry - consists in an elongation break, which is called

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folgender Schritt im unteren Teil der Fig. 2 veranschaulicht ist. Das gekreuselte Seil 13 wird von zwei falzen 15 an eine erste Unterbrechungsanordnung 16 abgegeben, in der das Garn durch zwei Zugwalzen 17 abgezogen und durch zwei Klemmwalzen solange festgehalten vird, bis die zwischen diesen Wnlzen gedehnten Fäden in einer mittleren Länge zerreißen, welche von dem Abstand der Walzen 17 von den walzen 18 abhängt. Eine geeignete Unterbrechungsanordnung ist als Seil-Oberteil- bzw. Dehnungsbruch-Wandler bekannt, und ein geeigneter .-.instellabstand A für die erste Unterbrechungsanordnung 16 beträgt 23 cm (entsprechend 8,5 Zoll).the following step is illustrated in the lower part of FIG is. The crimped rope 13 is of two folds 15 to one first interruption arrangement 16 delivered, in which the yarn is drawn off by two draw rollers 17 and by two pinch rollers as long as it is held until the between these rolls stretched Tear threads in an average length, which depends on the distance between the rollers 17 and the rollers 18. A suitable one The interruption arrangement is known as a cable shell or strain break transducer, and a suitable adjustment distance A for the first interruption arrangement 16 is 23 cm (corresponding to 8.5 inches).

^s sei bemerkt, daß nicht sämtliche Fäden zwischen den 7/alzen und 18 in derselben Länge oder an derselben Stelle oder zur gleichen Zeit reißen werden. Das Zerreißen der einzelnen Fäden hängt von deren eigener Dicke ab sowie von der Änderung der Dicke und von der Spannungsverteilung zwischen den Fäden in dem jeweiligen Scilabschnitt. Demgemäß v/erden sich die zerrissenen Fäden überlappen und untereinander voriiiiiächün, uir> 'λIs Stapelfasern bzxf, Stapelfaden 18 eine Kohäsion beizubehalten. It should be noted that not all threads between the 7 / alzen and 18 will tear the same length, or in the same place, or at the same time. The breaking of the individual threads depends on their own thickness as well as on the change in thickness and on the tension distribution between the threads in the respective ski section. Accordingly, the torn ones ground each other The threads overlap and run in front of each other, uir> 'λIs staple fibers bzxf, staple thread 18 to maintain cohesion.

Drjr Faden 19, der aus relativ langen Stapelfasern besteht, gelangt dann zu einer zweiten Unterbrechungs- bzv;. lieißanordnung 20 hin, die vorzugsweise eine v/ieder-Reißanordnung ist und die zwei Zugwalzen 21 und zwei Kleminwalzen 22 ε-uf-' weist, die dichter beeinander angeordnet sind, und zwar in einem Abstand von B, der gleich 16 cm (entsprechend 6 Zoll) beträgt. Auf diese Wej.se wird ein Stapelfaden 23 mit einer kürzeren Stapellänge erzielt, die im Mittel 5,4 bis 16 cm (entsprechend 2 bis 6 Zoll) lang ist.Drjr thread 19, which consists of relatively long staple fibers, then arrives at a second interruption or. leash arrangement 20, which is preferably a down tear arrangement is and the two pull rollers 21 and two pinch rollers 22 ε-uf- ' has, which are arranged closer together, namely in a distance from B equal to 16 cm (6 inches). In this Wej.se a staple thread 23 with a shorter pile length achieved, which averages 5.4 to 16 cm (equivalent to 2 to 6 inches) long.

Der Faden 23 kann dann, wie schematisch angedeutet, zusammengestellt v/erden, wie durch Aufwickeln auf einer Spule oderThe thread 23 can then, as indicated schematically, put together v / ground, such as by winding on a spool or

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Trommel 24, um für oinen Transport oder eine VorratsSammlung zum Zwecke der v/eiteren Verarbeitung zur Verfü—gung zu stehen. .Der betreffende Faden kann aber auch zu dem nächsten Behandlungsschritt weitergoleitet werden, der im Kämmen und Lamellieren besteht.Drum 24 to be used for transport or storage to be available for further processing. The thread in question can, however, also be used for the next treatment step be passed on in combing and lamination consists.

In Fig. 3 ist gezeigt, wie der Stapelfaden 23 von der Spule 24 her durch den Zylinder 25 einer geradlinigen Kämmanordnung aufgenommen wird, die generell mit 26 bezeichnet ist und die eine bekannte Textilmaschine darstellt, welche zur Entfernung von kurzen Fasern und von Haaren dient.In Fig. 3 it is shown how the staple thread 23 from the bobbin 24 through the cylinder 25 of a rectilinear combing arrangement is included, which is indicated generally at 26 and which represents a known textile machine which is used for removal of short fibers and hair.

Von der Kaminanordnung 26 aus wird der gekämmte Faden 27 durch die Abzugwalzen 28 und die Gegenwalzen 29 einer Lamellierungsmaschine geführt, in der sogenannte Aufwinden 30 die Fasern sukzessiv derart halte³¹, daß diese in Ausrichtung als gleichmäßige Obergarn abgezogen v/erden.From the chimney arrangement 26, the combed thread 27 is guided through the take-off rollers 28 and the counter rollers 29 of a lamination machine in which the so-called winders 30 hold the fibers ³¹ successively in such a way that they are drawn off in alignment as a uniform upper yarn.

Der Lamellierungsprozeß wird üblicherweise mehrere Male wiederholt, um einen verspinnbaren Roving aus Stapelfäden zu erhalten, die eine hinreichend hohe Kohäsion besitzen, um die Verarbeitung zu ermöglichen, die für die Herstellung einer gleichmäßig ausgerichteten und fluchtenden Anordnung von Fäden bzw. Fasern erforderlich ist. Wie dargestellt, kann der Roving 31 auf einer Spule 32 aufgewickelt werden.The lamination process is usually repeated several times in order to obtain a spinnable roving of staple filaments which are sufficiently cohesive to enable the processing required to produce a uniformly aligned and aligned arrangement of filaments or fibers. As shown, the roving 31 can be wound onto a spool 32.

Rovings, dia in der oben beschriebenen ¥eise hergestellt sind, eignen sich für die Ablagerung in einer Anordnung, zum Verspinnen zu Garngespinst durch festliegende Verfahren und ggfs. zum Verweben. Die Karbonisierung kann bei irgendeiner der Roving-, Garngespinst- oder Gewebestufe bewirkt werden.Rovings made in the manner described above, are suitable for depositing in an arrangement, for spinning into yarn sliver using fixed processes and, if necessary, for weaving. The carbonization can be effected at any of the roving, spun yarn, or fabric stages.

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Claims (4)

_13_ 2639A09 Patentansprüche_13_ 2639A09 claims 1. Verfahren zur Herstellung eines Stapelfadens aus oxydierten Polyacry]jaitrilfasernfür die schließlich erfolgende Herstellung von hochfesten Kohlefaden mit hohen Modulwerten, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Seil (10), das aus fortlaufenden Fäden des oxydierten Polyacrylnitrile besteht, in einen Stapelfaden (23) dadurch umgewandelt wird, daß das betreffende Seil (10) einer Dampfkreuselung (10) und anschließend einem Dehnungsbruch (16, 20) unterworfen wird, und daß die fortlaufenden Fäden als Seil (1 bis 10) unter Spannung (5, 6) in einem weitgehend verdrehungsfreien Zustand dadurch oxydiert werden, daß sie bei Vorhandensein von Sauerstoff (3, 6) während einer Zeitspanne erhitzt werden, welche derart begrenzt wird, daß die betreffenden Fäden elastisch genug bleiben, um dem Dampfkreuselungsschritt (9, 11) ohne Zerreißen zuwiderstehen.1. A method for producing a staple thread from oxidized polyacrylonitrile fibers for the final production of high-strength carbon thread with high modulus values, characterized in that at least one rope (10), which consists of continuous threads of the oxidized polyacrylonitrile, is formed into a staple thread (23) is converted so that the rope (10) in question is subjected to steam crimping (10) and then an elongation break (16, 20), and that the continuous threads as rope (1 to 10) under tension (5, 6) in a largely torsion-free manner State are oxidized by being heated in the presence of oxygen (3, 6) for a period of time which is limited so that the threads concerned remain elastic enough to withstand the steam crimping step (9, 11) without breaking. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mehrfachseile (10) gemeinsam einer Dampfkreuselung dadurch unterzogen werden, daß sie durch einen einzigen Füllbehälter (11) geleitet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that multiple ropes (10) together a steam crimping thereby are subjected to that they are passed through a single filling container (11). 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dehnungsbruch in zwei aufeinanderfolgenden Dehnungsbruchstufen (16-A, 20-A) ohne die Verwendung von Unterbrechungsbügeln ausgeführt wird.3. The method according to claim 1, characterized in that the elongation break in two successive elongation break stages (16-A, 20-A) without the use of interruption brackets. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fäden in einem Faden-Deniergrad von etwa 1,5 verwendet werden und daß mit einer Stapellänge von Fasern nach dem Dehnungsbruch von hauptsächlich im Bereich zwischen 5,4 und 16 cm gearbeitet wird.4. The method according to claim 1, characterized in that threads are used in a thread denier of about 1.5 and that with a staple length of fibers after elongation rupture of mainly in the range between 5.4 and 16 cm is worked. 709810/1065709810/1065 Verfahren zur Herstellung eines Rovings aus einem nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Stapelfaden, dadurch gekennzeichnet, daß der "betreffende Stapelfaden (23) in einen Roving (31) dadurch umgewandelt wird, daß eine geradlinige Kämmung (2β) ausgeführt wird, bei der Flusen bildende Fasern kürzer Länge entfernt werden, woraufhin eine Lamellierung (28-30) derart vorgenommen wird, daß ein flusenfreier, zäher unverdrallter Roving (31) erhalten wird, der eine gleichmäßig ausgerichtete und fluchtende Anordnung von Fasern aufweist»Method for producing a roving from a staple thread produced by the method according to claim 1, characterized in that the "relevant staple thread (23) is converted into a roving (31) in that a rectilinear combing (2β) is carried out, in which fluff-forming fibers of shorter length are removed, whereupon a lamination (28-30) is carried out in such a way that a lint-free, tough, untwisted roving (31) is obtained which has an evenly aligned and aligned arrangement of fibers » 709810/1065709810/1065 LeerseiteBlank page