NL8301239A

NL8301239A - METHOD AND APPARATUS FOR CONTINUOUS PRODUCTION OF CARBON FIBERS

Info

Publication number: NL8301239A
Application number: NL8301239A
Authority: NL
Original assignee: Toho Beslon Co
Priority date: 1983-04-08
Filing date: 1983-04-08
Publication date: 1984-11-01
Also published as: FR2543982A1; FR2543982B1

Description

' *'*

Werkwijze en inrichting voor het doorlopend produceren van koolstof-vezels.Method and device for the continuous production of carbon fibers.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het doorlopend produceren van koolstofvezels, en een vertikale verkolingsinrichting voor het uitvoeren van de werkwijze.Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze, waar-5 bij gebruik wordt gemaakt van een vertikale verkolingsoven, door welke oven een vezeluitgangsmateriaal naar beneden wordt geleid en die in de verkolingskamer is voorzien van althans een inspuitgat voor inert gas voor het vormen van een gordijn van het inerte gas, alsmede een ander gat, aangebracht nabij het inspuitgat en waar-10 door een gas uit de verkolingskamer wordt gezogen, en op een inrichting voor het op een dergelijke wijze produceren van koolstofvezels.The invention relates to a method for the continuous production of carbon fibers, and a vertical carbonization device for carrying out the method. More particularly, the invention relates to a method, in which use is made of a vertical carbonization furnace by which furnace has a fiber feedstock downwardly and which is provided in the carbonization chamber with at least an inert gas injection hole to form a curtain of the inert gas, and another hole arranged near the injection hole and through which a gas from the carbonization chamber is sucked, and an apparatus for producing carbon fibers in such a manner.

De produktie van koolstofvezels bestaat in het algemeen uit het in een oxyderende atmosfeer vooroxyderen van organische vezels (bijvoorbeeld polyacrylonitrilvezels of cellulose-15 vezels) om ze vlamvertragend te maken, en het in een verkolingsoven voeren van de voorgeoxydeerde vezels, waar zij in een inerte gasatmosfeer of een niet-oxyderende atmosfeer bij een temperatuur van 300°C of hoger worden verkoold. In deze verkolingsstap worden de voorgeoxydeerde organische vezels thermisch ontleed tot koolstof-20 vezels. Het verkolen wordt gewoonlijk tot stand gebracht bij een temperatuur tussen 300°C en 1500°C, soms hoger dan 1500°C, en indien nodig bij de temperatuur van 2000°C of hoger waarbij grafiet wordt gevormd (zie de Amerikaanse octrooischriften 4.073.870 en 4.321.446).The production of carbon fibers generally consists of pre-oxidizing organic fibers (for example, polyacrylonitrile fibers or cellulose fibers) in an oxidizing atmosphere to render them flame retardant, and passing the pre-oxidized fibers into a charcoal furnace where they are in an inert gas atmosphere or carbonizing a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 300 ° C or higher. In this carbonization step, the pre-oxidized organic fibers are thermally decomposed into carbon-20 fibers. Charring is usually accomplished at a temperature between 300 ° C and 1500 ° C, sometimes higher than 1500 ° C, and if necessary at a temperature of 2000 ° C or higher at which graphite is formed (see U.S. Patents 4,073,870 and 4,321,446).

25 De met de bovenbeschreven gebruikelijke werk wijze geproduceerde koolstofvezels hebben een zeer kleine sterkte en rekbaarheid, niet alleen als gevolg van inwendige gebreken door microholten, maar ook als gevolg van oppervlaktegebreken, zoals barsten. Voor het produceren van koolstofvezels van hoge kwaliteit 30 moet derhalve de aanwezigheid van oppervlaktegebreken tot een minimum worden beperkt. In de verkolingsstap geven de voorgeoxydeerde vezels verschillende ontledingsprodukten af wanneer zij bij 3301239The carbon fibers produced by the conventional process described above have a very low strength and stretchability not only due to internal defects due to micro-cavities, but also due to surface defects such as cracks. Therefore, to produce high quality carbon fibers, the presence of surface defects should be minimized. In the carbonization step, the pre-oxidized fibers release various decomposition products when added at 3301239

-- I - - V- I - - V

2 i t toenemende temperaturen worden verkoold, waarbij het bekend is dat het afgeven van de meeste ontledingsprodukten plaatsvindt in een temperatuurbereik van 300 - 900°C. De in dit temperatuurbereik gevormde ontledingsprodukten, bijvoorbeeld HCN, NH^, CO, H^, 1^0, 5 CH^, CO2 en verzadigde en onverzadigde koolwaterstoffen met een hoger molekuulgewicht en voorzien van 3-7 koolstofatomen zijn in de temperatuuromstandigheden, waarin zij worden geproduceerd, gasvormig. In een vertikale verkolingsoven echter, waarin voorgeoxydeer-de vezels naar beneden worden geleid door een verwarmingskamer, 10 waarin de temperatuur vanaf de bovenkant naar de onderkant toeneemt, worden de gasvormige ontledingsprodukten (hierna ontledingsgassen genoemd) door de opstijgende gasstroom meegedragen tot in de lage temperatuurzone van de oven, waar de koolwaterstoffen met een hoger molekuulgewicht worden gekoeld voor het vormen van een teemevel.Increasing temperatures are carbonized, with most decomposition products known to be dispensed in a temperature range of 300-900 ° C. The decomposition products formed in this temperature range, for example HCN, NH ^, CO, H ^, 1 ^ 0, 5 CH ^, CO2 and saturated and unsaturated hydrocarbons with a higher molecular weight and containing 3-7 carbon atoms, are in the temperature conditions in which they are produced, gaseous. However, in a vertical carbonization furnace, in which pre-oxidized fibers are passed down through a heating chamber, in which the temperature increases from the top to the bottom, the gaseous decomposition products (hereinafter referred to as decomposition gases) are carried by the ascending gas stream into the low temperature zone. from the furnace, where the higher molecular weight hydrocarbons are cooled to form a tea spray.

15 Een deel van de ontledingsprodukten, thans in de vorm van een teer-nevel, wordt afgezet op het binnenoppervlak van de ovenwand of de vezeloppervlakken. De kleverige teernevel op de wandoppervlakken vangt in de oven zwevend vezelpluis en groeit tijdens doorlopend ovenbedrijf. Uiteindelijk komt de nevel in aanraking met het opper-20 vlak van de door de oven gaande vezels en beschadigt dit of verstopt gedeeltelijk de doorgang van de vezels voor het verstoren van de regelmatige stroming van de gasstroom. Indien de aanraking tussen de vezels en de teernevel zeer sterk is, kleven de afzonderlijke vezels aan elkaar, en de opbouw van teernevel bij verhoogde tempera-25 turen veroorzaakt oppervlaktegebreken, die de sterkte en rekbaarheid van de koolstofvezels sterk verminderen. Verder verlagen ontledingsgassen, zoals Ë^O, CC>2 en CO de vezelsterkte aanzienlijk wanneer zij in de hoge temperatuurzone van de oven in aanraking komen met de vezels.Some of the decomposition products, now in the form of a tar mist, are deposited on the inner surface of the furnace wall or fiber surfaces. The sticky tar spray on the wall surfaces captures floating fiber fluff in the oven and grows during continuous oven operation. Eventually, the mist contacts the surface of the fibers passing through the oven and partially damages or obstructs the passage of the fibers to disrupt the regular flow of the gas stream. If the contact between the fibers and the tar spray is very strong, the individual fibers stick together, and the build-up of tar spray at elevated temperatures causes surface defects which greatly reduce the strength and ductility of the carbon fibers. Furthermore, decomposition gases such as Ë ^O, CC> 2 and CO significantly reduce fiber strength when they contact the fibers in the high temperature zone of the oven.

30 Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een werkwijze voor het doorlopend produceren van koolstofvezels met een hoge kwaliteit.An object of the invention is to provide a method for the continuous production of high quality carbon fibers.

Een ander doel is het verschaffen van een inrichting, die doorlopend koolstofvezels met een hoge kwaliteit kan 8301239 « ΐ 3 produceren.Another object is to provide an apparatus which can produce high quality continuous carbon fibers.

De onderhavige vinding is tot stand gebracht als gevolg van onderzoekingen voor het ontwikkelen van een doeltreffende werkwijze en inrichting voor het verwijderen van ontledings-5 gassen (die tussen 300°C en 900°C zijn geproduceerd) uit een verti-kale verkolingsoven van de bovenbeschreven soort, waarbij voor-geoxydeerde vezels van boven worden ingevoerd en worden verkoold wanneer zij in hoofdzaak vertikaal door de oven worden geleid.The present invention has been accomplished as a result of studies to develop an effective process and apparatus for removing decomposition gases (produced between 300 ° C and 900 ° C) from a vertical carbonization furnace of the above type, in which pre-oxidized fibers are introduced from above and are charred when they pass substantially vertically through the oven.

Het doel kan worden bereikt door een werkwijze, 10 die het gebruik maken omvat van een vertikale verkolingsoven, voorzien van een verwarmingskamer, het zodanig verwarmen van de kamer dat de temperatuur vanaf het bovenste einde naar het onderste einde van de verwarmingskamer geleidelijk toeneemt, het vanuit een vezelinlaat, aangebracht bij het bovenste einde van de kamer in-15 voeren van een te verkolen vezel, het vanuit een gasinlaat, aangebracht bij het onderste einde van de kamer inbrengen van een inert gas voor het in de kamer handhaven van een niet-oxyderende atmosfeer, het vanuit althans een gedeelte tussen de vezelinlaat en de gasinlaat inspuiten van een inert gas voor het vormen van een gordijn daarvan 20 over de verwarmingskamer voor het voorkomen van het opstijgen van in de verwarmingskamer gevormde ontledingsgassen, het vanuit althans een gasuitlaat, aangebracht bij het onderste gedeelte van het in-spuitgedeelte voor inert gas afvoeren van de ontledingsgassen met het inerte gas, en het vanuit een vezeluitlaat, aangebracht bij het 25 onderste gedeelte van de verwarmingskamer, winnen van verkoolde vezel.The object can be achieved by a method comprising using a vertical carbonization furnace, provided with a heating chamber, heating the chamber such that the temperature gradually increases from the top end to the bottom end of the heating chamber, a fiber inlet disposed at the top end of the chamber to introduce a fiber to be carbonized, introducing an inert gas from a gas inlet disposed at the bottom end of the chamber to maintain a non-oxidizing agent in the chamber atmosphere, injecting an inert gas from at least a portion between the fiber inlet and the gas inlet to form a curtain thereof over the heating chamber to prevent the rise of decomposition gases formed in the heating chamber, from at least one gas outlet, provided at the lower portion of the inert gas injector section discharging the decomposition gases with the inert g ash, and recovering carbonized fiber from a fiber outlet located at the bottom portion of the heating chamber.

De onderhavige werkwijze kan worden uitgevoerd door het gebruikmaken van een inrichting, die een vertikale verkolingsoven omvat, voorzien van een verwarmingskamer voor het verkolen van 30 vezels, welke oven aan het bovenste einde van de kamer een vezelinlaat bevat, aan het onderste einde van de oven een luchtdicht afgedichte vezeluitlaat, een in de wand van de kamer en boven de vezeluitlaat aangèbrachte inlaat voor inert gas, althans een gedeelte voor het inspuiten van inert gas en gevormd in de wand van de kamer,The present method can be carried out using an apparatus comprising a vertical carbonization furnace, comprising a heating chamber for carbonizing fibers, which furnace contains a fiber inlet at the top end of the chamber at the bottom end of the furnace an airtightly sealed fiber outlet, an inert gas inlet disposed in the wall of the chamber and above the fiber outlet, at least a portion of inert gas injected and formed in the wall of the chamber,

_____J_____J

8301239 » * 4 welk gedeelte een gordijn van het inerte gas over de verwarmingskamer kan vormen en zich bevindt tussen de gasinlaat en de vezelin-laat, althans een gasuitlaat, aangebracht aan het onderste gedeelte van het inspuitgedeelte vooir inert gas, en een verwarmingsdeel, dat 5 de temperatuur in de verwarmingskamer zodanig kan sturen, dat de temperatuur vanaf het bovenste einde naar het onderste einde van de verwarmingskamer geleidelijk toeneemt.8301239 »* 4 which portion can form a curtain of the inert gas over the heating chamber and is located between the gas inlet and the fiber inlet, at least a gas outlet, arranged on the lower portion of the inert gas injection portion, and a heating portion, which 5 can control the temperature in the heating chamber such that the temperature gradually increases from the top end to the bottom end of the heating chamber.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin: 10 fig. 1 een schematische doorsnede toont van een uitvoeringsvorm van de inrichting, fig. 2 een ruimtelijk aanzicht is op vergrote schaal van het inspuitgedeelte voor inert gas, de gasuitlaat en het nabijliggende gebied van een andere uitvoeringsvorm van de inrichting, 15 en fig. 3 schematisch een doorsnede toont van nog een andere uitvoeringsvorm.The invention is further elucidated with reference to the drawing, in which: Fig. 1 shows a schematic cross-section of an embodiment of the device, Fig. 2 is an enlarged spatial view of the inert gas injection section, the gas outlet and the adjacent region of another embodiment of the device, and Fig. 3 schematically shows a cross-section of yet another embodiment.

, Wanneer voorgeoxydeerde vezels met de onderhavige werkwijze worden verkoold of in de onderhavige inrichting worden 20 verkoold, kan het in de lagere temperatuurzone stromen van de in de hogere temperatuurzone geproduceerde ontledingsgassen worden voorkomen of verminderd voor het zodoende tevens voorkomen of verminderen van teemevelafzetting op het binnenwandoppervlak of de vezel-oppervlakken. Verder is het ook mogelijk het in aanraking komen met 25 het oppervlak van de vezels, die worden verkoold, van de ontledingsgassen te voorkomen of te verminderen. Dus kunnen koolstofvezels met een constante goede kwaliteit over een verlengde tijdsduur worden geproduceerd. De onderhavige inrichting wordt doeltreffend gebruikt voor het verkolen van voorgeoxydeerde vezels in een temperatuur-30 bereik van 300 - 900 °C, waarbij de vorming van thermische ontledingsgassen bijzonder merkbaar is.When preoxidized fibers are carbonized or carbonized in the present apparatus, the decomposition gases produced in the higher temperature zone may be prevented or reduced in the lower temperature zone, thereby also preventing or reducing teat mist deposition on the inner wall surface or the fiber surfaces. Furthermore, it is also possible to prevent or reduce contact with the surface of the fibers, which are carbonized, of the decomposition gases. Thus, carbon fibers of consistently good quality can be produced over an extended period of time. The present device is effectively used to carbonize pre-oxidized fibers in a temperature range of 300-900 ° C, with the formation of thermal decomposition gases being particularly noticeable.

Voorbeelden van vezels, die doeltreffend met de onderhavige werkwijze of inrichting kunnen worden behandeld bevatten voorgeoxydeerde vezels, verkregen uit acryl- of cellulosevezels, 35 die thermische ontledingsgassen ontwikkelen wanneer zij worden onder- 8301239 < % 5 worpen aan de gebruikelijke verkolingsstap. Deze vezels worden gewoonlijk in de vorm van een streng of werk, bestaande uit 100 - 500.000 vezels of in de vorm van een weefsel of vlies toegevoerd aan de verwarmingskamer. Een willekeurig aantal strengen of werken 5 kan tezelfdertijd door een enkele verwarmingsoven worden geleid.Examples of fibers that can be effectively treated with the present process or device include pre-oxidized fibers obtained from acrylic or cellulose fibers which develop thermal decomposition gases when subjected to the conventional carbonization step. These fibers are usually fed to the heating chamber in the form of a strand or work consisting of 100-500,000 fibers or in the form of a fabric or fleece. Any number of strands or works 5 can be passed through a single heating oven at the same time.

Wanneer vezels worden geleverd als strengen, kan de onderhavige inrichting de strengafstand vergroten tot ongeveer tweemaal de grootte, die toelaatbaar is met een inrichting, die geen inspuitgedeelte voor inert gas heeft noch een gasuitlaat, aangebracht onder het gas-10 inspuitgedeelte.When fibers are supplied as strands, the present device can increase the strand spacing to about twice the size allowable with a device that does not have an inert gas injection section nor a gas outlet located below the gas injection section.

De onderhavige werkwijze en inrichtingen worden onderstaand gedetailleerder beschreven aan de hand van de tekening. Fig. 1 toont schematisch een doorsnede van een uitvoeringsvorm van de inrichting. Te behandelen vezels 1 worden in een verwarmingskamer 15 2 gevoerd voor het verkolen van de vezels. De binnenruimte van de verwarmingskamer 2 dient als een verkolingskamer en als de doorgangsweg voor de vezels. Het bovenste einde van de verwarmingskamer is voorzien van een vezelinlaat 3 en is open naar de lucht. Het onderste einde van de verwarmingskamer is voorzien van een vezeluitlaat 7, 20 die in verbinding staat met een afdichtmechanisme (niet weergegeven).The present method and devices are described in more detail below with reference to the drawing. Fig. 1 schematically shows a cross-section of an embodiment of the device. Fibers 1 to be treated are fed into a heating chamber 2 to carbonize the fibers. The interior of the heating chamber 2 serves as a carbonization chamber and as the passageway for the fibers. The upper end of the heating chamber is provided with a fiber inlet 3 and is open to the air. The lower end of the heating chamber is provided with a fiber outlet 7, 20 which communicates with a sealing mechanism (not shown).

De verwarmingskamer 2 wordt omgeven door verwarmingselementen 4a, 4b en 4c.The heating chamber 2 is surrounded by heating elements 4a, 4b and 4c.

Aan het bovenste einde van de verwarmingskamer brengt een opstijgende gasstroom een afdichting tot stand voor het 25 voorkomen van de invoer van de atmosfeer in de kamer. Het verdient de voorkeur een gasuitlaat 5 aan te brengen onder de vezelinlaat 3 aan het bovenste gedeelte van de kamer. De functie van deze gasuitlaat 5 is het handhaven van een inerte gasatmosfeer in het inwendige van de verwarmingskamer 2 door het verplaatsen van uitwendige gassen 30 (bijvoorbeeld lucht en waterdamp, die de kamer zijn binnengegaan door de vezelinlaat samen met de vezels) met de opstijgende stroming van het gas, dat van onder in de kamer is gebracht. Wanneer de opstijgende stroming van gas, dat van onder in de oven is gebracht, uit het stelsel wordt afgevoerd door de vezelinlaat 3, wordt het gas in de 35 oven geblust bij de inlaat 3 en het nabij liggende gebied, waardoor 8301239 4 » 6 de ontledingsgassen in het ovengas een teemevel vormen, die zich ophoopt op het oppervlak van de vezels of de vezelinlaat voor het veroorzaken van verschillende gebreken, zoals het breken van de vezels of de hechting tussen vezels. Dit kan doeltreffend worden 5 voorkomen door het aanbrengen van de gasuitlaat 5 tussen de vezelinlaat 3 en het eerste verwarmingselement 4a, dat zich daaronder bevindt. De gasuitlaat 5 is op een zodanige plaats aangebracht (dat wil zeggen de afstand vanaf de vezelinlaat 3), dat de hiervoor vermelde twee doeleinden worden bereikt: 1) het grootste gedeelte 10 van de ontledingsgassen in de verwarmingskamer wordt door de uitlaat 5 uit het stelsel afgevoerd, en 2) de lucht in de bundel vezels, welke bundel in de verwarmingskamer is gebracht, is in hoofdzaak volledig vervangen door een inert gas op het moment dat de vezels vanaf de vezelinlaat 3 naar de gasuitlaat 5 zijn bewogen. Indien 15 nodig kan de vezelinlaat 3 worden verwarmd voor het voorkomen van het in dat gebied zich ophopen van de teernevel.At the upper end of the heating chamber, an ascending gas stream establishes a seal to prevent the entry of atmosphere into the chamber. It is preferable to provide a gas outlet 5 below the fiber inlet 3 at the top of the chamber. The function of this gas outlet 5 is to maintain an inert gas atmosphere in the interior of the heating chamber 2 by displacing external gases 30 (e.g. air and water vapor, which have entered the chamber through the fiber inlet together with the fibers) with the ascending flow of the gas brought into the room from below. When the ascending flow of gas introduced from the bottom of the furnace is discharged from the system through the fiber inlet 3, the gas in the furnace is quenched at the inlet 3 and the adjacent region, leaving 8301239 4 »6 the decomposition gases in the furnace gas form a tea mist, which accumulates on the surface of the fibers or the fiber inlet to cause various defects, such as fiber breakage or inter-fiber bonding. This can be effectively prevented by arranging the gas outlet 5 between the fiber inlet 3 and the first heating element 4a located below it. The gas outlet 5 is arranged (i.e., the distance from the fiber inlet 3) in such a way that the aforementioned two objectives are achieved: 1) the major part 10 of the decomposition gases in the heating chamber is removed from the system by the outlet 5 and 2) the air in the bundle of fibers, which bundle has been introduced into the heating chamber, has been substantially completely replaced by an inert gas when the fibers have moved from the fiber inlet 3 to the gas outlet 5. If necessary, the fiber inlet 3 can be heated to prevent the tar spray from accumulating in that area.

Het onderste einde van de verwarmingskamer is voorzien van een vezeluitlaat 7, die in verbinding staat met een afdichtmechanisme (niet weergegeven). Boven de vezeluitlaat 7 is 20 een inert gasinlaat 6 aangebracht. Een inert gas wordt gewoonlijk geleverd met de snelheid van 0,02 - 0,50 Nm/s (berekend op de snelheid in de gebruikelijke toestand). Voorgeoxydeerde vezel wordt aan de verwarmingskamer met de bovenbeschreven constructie geleverd, waar de vezel in de binnenruimte (verkolingskamer) wordt verkoold en ver-25 volgens door het afdichtmechanisme aan het onderste einde wordt gewonnen. Het afdichtmechanisme kan een willekeurige geschikte vorm hebben, zoals een vloeistofafdichting, een rollenafdichting of een afdichting in de vorm van een inert gasgordijn. De uit de verkolingskamer komende vezels worden gewonden op een opneemrol of doorlopend 30 geleverd aan een andere oven, die op hogere temperaturen wordt gehouden. De verwarmingselementen 4a, 4b en 4c zijn zodanig ontworpen, dat de temperatuur in de verwarmingskamer in de bewegingsrichting van de vezels geleidelijk toeneemt. De stroom inert gas (die niet wordt verwijderd uit de kamer) stroomt in de verwarmingskamer in de 35 richting tegengesteld aan de bewegingsrichting van de vezels.The lower end of the heating chamber is provided with a fiber outlet 7 which communicates with a sealing mechanism (not shown). An inert gas inlet 6 is arranged above the fiber outlet 7. An inert gas is usually supplied at the rate of 0.02 - 0.50 Nm / s (calculated on the rate in the usual state). Preoxidized fiber is supplied to the heating chamber of the construction described above, where the fiber is carbonized in the interior (carbonization chamber) and then recovered by the bottom end sealing mechanism. The sealing mechanism can be of any suitable shape, such as a liquid seal, a roller seal, or an inert gas curtain seal. The fibers coming out of the carbonization chamber are wound on a take-up roll or delivered continuously to another oven, which is kept at higher temperatures. The heating elements 4a, 4b and 4c are designed such that the temperature in the heating chamber gradually increases in the direction of movement of the fibers. The flow of inert gas (which is not removed from the chamber) flows in the heating chamber in the direction opposite to the direction of movement of the fibers.

83 0 1 23 S83 0 1 23 S

* V* V

77

In deze uitvoeringsvorm van de inrichting zijn inspuitgedeelten 8a en 8b voor inert gas aangebracht tussen de inert gasinlaat 6 aan de onderkant van de verwarmingskamer, en de gas-uitlaat 5 aan het bovenste gedeelte. Elk der inspuitgedeelten voor 5 inert gas kan bestaan uit een enkel gat (gewoonlijk in de vorm van een horizontaal langwerpige sleuf) of kan bestaan uit een aantal sleufvormige openingen, horizontaal naast elkaar opgesteld, zoals weergegeven in fig. 2. Het inspuitgedeelte voor inert gas kan zijn aangebracht in slechts één van de twee tegenover elkaar liggende 10 vlakken van de verwarmingskamerwand of kan zijn gevormd in beide wanden, zoals weergegeven in fig. 1 en 2. Een doeltreffender verwijderen van ontledingsgassen en de verplaatsing van het ovengas door een inert gas kan tot stand worden gebracht door het aanbrengen van nog een inspuitgedeelte 8c boven en dichtbij de gasuitlaat 5, 15 zoals weergegeven in fig. 1. Fig. 2 is een ruimtelijk aanzicht op vergrote schaal van de inspuitgedeelten 8 en 8' voor inert gas, de gasuitlaten 10 en 10' en het naburige gebied.In this embodiment of the device, inert gas injection portions 8a and 8b are disposed between the inert gas inlet 6 at the bottom of the heating chamber, and the gas outlet 5 at the top. Each of the 5 inert gas injection sections may consist of a single hole (usually in the form of a horizontally elongated slot) or may consist of a plurality of slotted openings horizontally juxtaposed as shown in Fig. 2. The inert gas injection section may be disposed in only one of the two opposing faces of the heating chamber wall or may be formed in both walls, as shown in Figs. 1 and 2. More effective decomposition gases and displacement of the furnace gas through an inert gas may are accomplished by arranging another injection portion 8c above and close to the gas outlet 5, 15 as shown in FIG. 1. FIG. 2 is an enlarged spatial view of the inert gas injection sections 8 and 8 ', the gas outlets 10 and 10' and the adjacent region.

Geschikte inerte gassen zijn bijvoorbeeld stikstof, argon, helium en mengsels daarvan.Suitable inert gases are, for example, nitrogen, argon, helium and mixtures thereof.

20 Het inerte gas wordt door 8a en 8b ingespoten na te zijn verwarmd door voorverwarmingselementen 9a en 9b (en 9c indien ook het inspuitgedeelte 8c is voorzien) tot de temperatuur in de oven of een hogere temperatuur, maar niet meer dan 200°C hoger dan de temperatuur in de oven. Het in de verwarmingskamer door de in-25 spuitgedeelten voor inert gas ingespoten inerte gas gaat door de verwarmingskamer voor het vormen van een gordijn inert gas om elke vezel voor het zodoende verschaffen van een scherm tegen de gasstroom, die vanuit het onderste deel van de verwarmingskamer naar boven komt. Het opstijgende inwendige gas, belemmerd door het gordijn inert gas, 30 wordt uit het stelsel verwijderd door de gasuitlaten 10a en 10b (en 5 wanneer 8c is voorzien). Het inwendige van de verwarmingskamer wordt gewoonlijk op een druk gehouden van ongeveer 19,6 - 980 Pa, zodat de druk in de verwarmingskamer door het verbinden van de gasuitlaten 10a, 10b en 5 met drukregelkleppen 11a, 11b en 11c, gelijk 35 kan worden gehouden wanneer het gas uit deze uitlaten wordt gesto- 8301239 # % 8 ten. Dienovereenkomstig wordt door de vezelinlaat 3 geen lucht in de kamer gezogen. Evenals het inspuitgedeelte voor inert gas of de inspuitgedeelten voor inert gas, kan de gasuitlaat of kunnen de uitlaten zijn voorzien in één van de tegenover elkaar liggende eind-5 vlakken van de kamerwand (zoals in fig. 1) of in beide wanden (zoals in fig. 2). In het eerste geval kan de uitlaat of kunnen de uitlaten zijn aangebracht onder en dichtbij het inspuitgedeelte voor inert gas of zij kunnen zijn gevormd in een gebied van de kamerwand, dat de tegenoverliggende zijde is ten opzichte van de wand, waar de 10 inspuitgaten zijn gevormd, en dat zich onder en dichtbij de inspuit-gaten bevindt. De gasuitlaten zijn bij voorkeur aangebracht op een plaats zo dicht mogelijk bij de inspuitgaten. Indien de te verkolen vezels in een vorm zijn met een zeer grote dichthei (strengafstand in het geval van een streng) in de verwarmingskamer, is de in fig.The inert gas is injected by 8a and 8b after being heated by preheating elements 9a and 9b (and 9c if the injection section 8c is also provided) to the temperature in the oven or a higher temperature, but not more than 200 ° C higher than the temperature in the oven. The inert gas injected into the heating chamber through the inert gas injector sections passes through the heating chamber to form an inert gas curtain around each fiber to thereby provide a shield against the gas flow emerging from the lower portion of the heating chamber comes up. The ascending internal gas impeded by the curtain of inert gas is removed from the system by the gas outlets 10a and 10b (and 5 when 8c is provided). The interior of the heating chamber is usually kept at a pressure of about 19.6-980 Pa, so that the pressure in the heating chamber can be kept equal by connecting the gas outlets 10a, 10b and 5 to pressure control valves 11a, 11b and 11c. when the gas is vented from these outlets 8301239 #% 8. Accordingly, no air is drawn into the chamber through the fiber inlet 3. Like the inert gas injection section or the inert gas injection sections, the gas outlet or the outlets may be provided in one of the opposing end faces of the chamber wall (as in Fig. 1) or in both walls (as in Fig. 2). In the former case, the outlet or the outlets may be arranged under and close to the inert gas injection portion or they may be formed in an area of the chamber wall, which is the opposite side to the wall, where the injection holes are formed , and that is located under and near the injection holes. The gas outlets are preferably located in a location as close as possible to the injection holes. If the fibers to be carbonized are in a shape with a very high density (strand distance in the case of a strand) in the heating chamber, the one shown in FIG.

15 2 weergegeven gatuitvoering geschikt, waarbij indien de dichtheid klein is, een willekeurige uitvoering kan worden gebruikt.2 shown in the hole embodiment, wherein if the density is small, any version can be used.

Verwijzende naar fig. 2, vormt het inerte gas, ingespoten door de inspuitgedeelten 8, 8' naar de vezels 1, een gasvormig gordijn om elke vezel voor het belemmeren van de stroming 20 van het opstijgende gas, dat door de uitlaten 10 en 10' uit de oven wordt verwijderd. Althans een laag (gewoonlijk meer dan een laag) van een inspuitgedeelte voor inert gas is gevormd in de verwarmingskamer , en een aan het aantal lagen met inspuitgedeelten gelijk aantal gasvormige gordijnen wordt gevormd. Een laag met een inspuitge-25 deelte is gewoonlijk gevormd tussen elk der verwarmingselementen 4a, 4b en 4c in de oven, en althans twee lagen met inspuitgedeelten zijn bij voorkeur gevormd. Het gestelde doel wordt op bevredigende wijze bereid door niet meer dan vijf lagen met inspuitgedeelten.Referring to Fig. 2, the inert gas injected through the injection portions 8, 8 'to the fibers 1 forms a gaseous curtain around each fiber to obstruct the flow 20 of the ascending gas passing through the outlets 10 and 10'. is removed from the oven. At least one layer (usually more than one layer) of an inert gas injection portion is formed in the heating chamber, and a number of gaseous curtains equal to the number of layers with injection portions is formed. A layer with an injection portion is usually formed between each of the heating elements 4a, 4b and 4c in the oven, and at least two layers with injection portions are preferably formed. The stated purpose is satisfactorily prepared by no more than five layers of injection portions.

Gewoonlijk worden in een vertikaal vlak aangebrach-30 te vezels geleverd aan de kamer. Wanneer vezels aan de kamer worden geleverd als strengen, is de strengafstand (aantal strengen per meter breedte van het vezelvlak) gewoonlijk 50 - 400 strengen/m (vooropgesteld dat strengen van 1000 - 50.000 vezels/streng worden gebruikt), waarbij wanneer vezels worden geleverd als werken, zij 35 gewoonlijk zijn uitgespreid tot 222 - 1111 ktex/m. Wanneer vezels 8301239Usually, fibers arranged in a vertical plane are supplied to the chamber. When fibers are supplied to the chamber as strands, the strand spacing (number of strands per meter width of the fiber face) is usually 50 - 400 strands / m (provided strands of 1000 - 50,000 fibers / strand are used), where fibers are supplied as works, they are usually spread to 222 - 1111 ktex / m. When fiber 8301239

0 V0 V.

9 ♦ worden geleverd als een weefsel of een vlies van niet meer dan 500 g/m2 kunnen zij doeltreffend worden behandeld in de inrichting.9 ♦ supplied as a fabric or web of no more than 500 g / m2 they can be effectively treated in the device.

De vezels bewegen door de verwarmingskamer onder een trekkracht, die althans voldoende is om te voorkomen dat de vezels in aanraking 5 komen met de wand van de kamer. De trekkracht ligt gewoonlijk tussen 1 en 600 mg/d, bij voorkeur tussen 50 en 300 mg/d. De bewegings-snelheid van de vezels is afhankelijk van de lengte van de verwarmingskamer en de temperatuur in die kamer. De snelheid ligt gewoonlijk tussen 0,02 en 0,20 m/s. Het inerte gas wordt ingespoten met een 10 stromingssnelheid, die voldoende is om het mogelijk te maken het opstijgende gas door de gasuitlaten te verwijderen uit de oven, zodat de concentratie van de ontledingsprodukten in het opstijgende gas bij voorkeur wordt verminderd tot minder dan ongeveer 50 %. Wanneer het inerte gas vanaf beide zijden van de wanden van de kamer wordt 15 ingespoten, in welke kamer strengen naast elkaar zijn opgesteld, ligt de stromingssnelheid van het inerte gas in de richting loodrecht op het vezeloppervlak voor dit doel in het algemeen tussen 0,3 en 3 Nm/s, bij voorkeur tussen 0,5 en 1,5 Nm/s. Het inerte gas wordt bij voorkeur in een zodanige richting ingespoten, dat een horizontaal 20 gasvormig gordijn in de verwarmingskamer wordt gevormd, zodat het dus horizontaal of enigszins naar beneden in de verwarmingskamer wordt geleid. Een deel van het ingebrachte inerte gas wordt samen met de ontledingsgassen uit de oven verwijderd, waarbij de rest in de oven opstijgt. In de inrichting worden de vezels verkoold door ver-25 warming in een temperatuur, die geleidelijk wordt verhoogd van ongeveer 300°C tot een temperatuur van niet meer dan ongeveer 950°C, gewoonlijk ongeveer 900°C.The fibers move through the heating chamber under a tensile force, which is at least sufficient to prevent the fibers from coming into contact with the wall of the chamber. The tensile force is usually between 1 and 600 mg / d, preferably between 50 and 300 mg / d. The speed of movement of the fibers depends on the length of the heating chamber and the temperature in that chamber. The speed is usually between 0.02 and 0.20 m / s. The inert gas is injected at a flow rate sufficient to allow the ascending gas to be removed from the furnace through the gas outlets, so that the concentration of the decomposition products in the ascending gas is preferably reduced to less than about 50% . When the inert gas is injected from both sides of the walls of the chamber, in which chamber strands are arranged side by side, the flow velocity of the inert gas in the direction perpendicular to the fiber surface for this purpose is generally between 0.3 and 3 Nm / s, preferably between 0.5 and 1.5 Nm / s. The inert gas is preferably injected in such a direction that a horizontal gaseous curtain is formed in the heating chamber, so that it is thus led horizontally or slightly down into the heating chamber. Part of the introduced inert gas is removed from the oven together with the decomposition gases, the remainder rising in the oven. In the apparatus, the fibers are carbonized by heating to a temperature which is gradually increased from about 300 ° C to a temperature of no more than about 950 ° C, usually about 900 ° C.

Wanneer de inrichting wordt gebruikt voor het produceren van koolstofvezels, kunnen de in de verwarmingskamer 30 gevormde ontledingsgassen worden afgevoerd uit de oven met een verkleinde kans van het in aanraking komen met de vezels, die worden verkoold of het gas in het bovenste deel van de oven, dat in de lagere temperatuurzone is. Als gevolg is de hoeveelheid ontledingsgassen, die zich als een teemevel ophoopt op het oppervlak van de 35 vezels of de wand van de oven zodanig verkleind, dat koolstofvezels 8301239 10 met een goede kwaliteit constant over een verlengde tijdsduur kunnen worden geproduceerd.When the apparatus is used to produce carbon fibers, the decomposition gases formed in the heating chamber 30 can be discharged from the oven with a reduced chance of coming into contact with the fibers being charred or the gas in the top part of the oven , which is in the lower temperature zone. As a result, the amount of decomposition gases that accumulate as a tea spray on the surface of the fibers or the oven wall is so reduced that good quality carbon fibers 8301239 10 can be produced continuously over an extended period of time.

Een uitvoeringsvorm, waarbij koolstofvezels worden geproduceerd van acrylonitrilvezels met de inrichting volgens 5 fig. 1, wordt thans beschreven. Een streng of werk van voorgeoxydeer-de acrylonitrilvezels met een gebonden zuurstofgehalte van 6-15 gew.%, bij voorkeur 8-12 gew.%, wordt door de inlaat 3 die bij voorkeur is voorverwarmd tot 250 - 350°C voor het voorkomen van teer-afzetting, toegevoerd aan de oven. De vezels gaan door het bovenste 10 deel van de verwarmingskamer, dat door het verwarmingselement 4a gewoonlijk wordt verwarmd tot ongeveer een temperatuur met een helling van 300 - 500°C, en op het moment dat zij de gasuitlaat 5 bereiken, is het in de bundel vezels zich bevindende gas, in het bijzonder lucht, vervangen door het inwendige gas, dat aanwezig was 15 in de verwarmingskamer, en vervolgens door de uitlaat 5 uit het stelsel afgevoerd. De vervanging van de ingesloten lucht door het inwendige gas moet grondig zijn voor de vezels, die gewoonlijk worden geleverd in de vorm van een bundel, die 100 - 500.000 vezels omvat. De vezels gaan dan door een zone, waar een gordijn van een 20 inert gas, zoals stikstof, argon of helium, is gevormd. Daarna gaan zij een tweede hete zone binnen, die door het verwarmingselement 4b gewoonlijk wordt verwarmd om een helling van de temperatuur te hebben van 500 - 700°C. Het inerte gas wordt voorverwarmd tot de temperatuur van de zone onder de gasinlaat of een hogere temperatuur, 25 die de bedoelde temperatuur met niet meer dan 200°C overschrijdt.An embodiment in which carbon fibers are produced from acrylonitrile fibers with the device of Figure 1 is now described. A strand or work of pre-oxidized acrylonitrile fibers with a bound oxygen content of 6-15 wt%, preferably 8-12 wt%, is preheated through the inlet 3 which is preferably 250-350 ° C to prevent tar deposit, fed to the oven. The fibers pass through the top 10 of the heating chamber, which is usually heated by the heating element 4a to about a temperature with a slope of 300-500 ° C, and when they reach the gas outlet 5 it is in the bundle fiber gas, in particular air, is replaced by the internal gas contained in the heating chamber, and then exhausted from the system through outlet 5. The replacement of the trapped air by the internal gas must be thorough for the fibers, which are usually supplied in the form of a bundle, comprising 100-500,000 fibers. The fibers then pass through a zone where a curtain of an inert gas such as nitrogen, argon or helium is formed. They then enter a second hot zone, which is usually heated by the heating element 4b to have a temperature slope of 500-700 ° C. The inert gas is preheated to the temperature of the zone below the gas inlet or a higher temperature, which does not exceed the intended temperature by more than 200 ° C.

Het doel van dit voorverwarmen is het voorkomen van het blussen van de ontledingsgassen door het ingevoerde inerte gas voor het vormen, van een nevel, en voor het tot een minimum beperken van de schommeling van de temperatuur in de oven. Het inerte gas moet voorzichtig 30 tegen de vezels worden geblazen voor het voorkomen van de vorming van vezelpluis of dons.The purpose of this preheating is to prevent the quenching of the decomposition gases by the introduced inert gas to form a mist and to minimize the temperature fluctuation in the oven. The inert gas must be blown gently against the fibers to prevent the formation of fiber fluff or down.

In de tweede hete zone worden de vezels onderworpen aan een warmtebehandeling bij 500 - 700°C gedurende een tijd van 10 - 60 s. Daarna worden zij geleid door nog een gordijn van 35 inert gas, en dan naar een derde hete zone, die door het verwarmings- 8301239 •ψ 11 element 4c gewoonlijk wordt verwarmd tot een temperatuur met een helling van 750 - 900°C of hoger, maar niet hoger dan 950°C. De vezels worden gedurende 5 - 40 s in deze zone gehouden. De door de verwarmingselementen 4a, 4b en 4c verschafte temperaturen veranderen 5 stapsgewijs, maar de temperatuur in de verwarmingskamer neemt vanaf de bovenkant naar de onderkant geleidelijk toe. Tenslotte worden de vezels uit het stelsel gewonnen door de vezeluitlaat 7 en een afdichtmechanisme. Een voorkeursafdichtmechanisme is de combinatie van een gordijn van stikstofgas en een rollenafdichting. De gewonnen 10 vezels, die in kleine mate zijn verkoold (zogenoemde voorverkoling) worden dan gevoerd naar een oven, die op een hogere temperatuur van 900 - 1500°C in een inerte gasatmosfeer wordt gehouden, en door het in die oven houden van de vezels gedurende een tijd van 35 - 200 s, worden koolstofvezels met de volgende eigenschappen verkregen.In the second hot zone, the fibers are heat-treated at 500-700 ° C for a time of 10-60 s. They are then passed through another 35 inert gas curtain, and then to a third hot zone, which is usually heated by heating element 4c to a temperature with a slope of 750 - 900 ° C or higher, but not higher than 950 ° C. The fibers are kept in this zone for 5 - 40 s. The temperatures provided by the heating elements 4a, 4b and 4c change stepwise, but the temperature in the heating chamber gradually increases from the top to the bottom. Finally, the fibers are recovered from the system by the fiber outlet 7 and a sealing mechanism. A preferred sealing mechanism is the combination of a nitrogen gas curtain and a roller seal. The recovered fibers, which have been slightly carbonized (so-called pre-carbonization) are then fed to an oven, which is kept at a higher temperature of 900 - 1500 ° C in an inert gas atmosphere, and by keeping the fibers in that oven for a time of 35-200 s, carbon fibers with the following properties are obtained.

15 Pijnheid 790 - 810 tex15 Pain 790 - 810 tex

Elasticiteitsmodulus bij trek 23.900 - 25.000 kg/ram2 uiteindelijke treksterkte 415 - 450 kg/mm2 20 variatiecoefficient (CV) = 4 % of minderElastic modulus at tensile 23,900 - 25,000 kg / ram2 ultimate tensile strength 415 - 450 kg / mm2 20 coefficient of variation (CV) = 4% or less

Rek bij breuk 1,72 - 1,86 %Elongation at break 1.72 - 1.86%

De inrichting kan doorlopend worden bedreven, bijvoorbeeld gedurende 480 uur, waarbij 300 bundels met 12000 voorge-25 oxydeerde vezels gelijktijdig worden toegevoerd. De verkregen koolstofvezels hebben een hoge kwaliteit, doordat zij weinig pluis en samenhangende vezels hebben, en regelmatige sterkte-eigenschappen.The device can be operated continuously, for example for 480 hours, with 300 bundles of 12000 pre-oxidized fibers being fed simultaneously. The carbon fibers obtained have a high quality, because they have little fluff and cohesive fibers, and regular strength properties.

Als een ander voordeel kunnen in de inrichting gevormde ontledings-gassen in een hoge concentratie worden teruggewonnen, zodat het 30 uitstootgas uit de inrichting gemakkelijk in een vuilverbrandings-oven kan worden weggewerkt.As another advantage, decomposition gases formed in the device can be recovered in a high concentration so that the exhaust gas from the device can be easily disposed of in a waste incinerator.

Wanneer dezelfde inrichting doorlopend wordt bedreven gedurende ongeveer 320 uur zonder het spuiten van een inert gas in de verwarmingskamer en zonder het door een aantal uitlaten 35 uit de oven verwijderen van het inwendige gas, wordt de oven gedeel- 8301239 12 telijk verstopt door de vezelpluizen en teernevel, afgezet op de wand van de zone, verwarmd tot temperaturen tussen 300°C en 700°C.When the same device is operated continuously for about 320 hours without injecting an inert gas into the heating chamber and without removing the internal gas from the furnace through a number of outlets 35, the furnace is partially clogged by the fiber fluff and tar mist, deposited on the zone wall, heated to temperatures between 300 ° C and 700 ° C.

Het verkregen produkt is pluizig, heeft een treksterkte van minder dan 350 kg/mm2 (CV = 9 % of meer) en is niet regelmatig in sterkte.The product obtained is fluffy, has a tensile strength of less than 350 kg / mm2 (CV = 9% or more) and is not regular in strength.

5 Fig. 3 toont een andere uitvoeringsvorm van de inrichting. Deze inrichting is dezelfde als die, weergegeven in fig. 1, behalve dat de inrichting volgens fig. 3 een aanvullende verwarmingskamer 12 heeft, die naar beneden in aanraking met de verwarmings-kamer 2 is opgesteld. In de verwarmingskamer 12 wordt een verdere 10 verkoling van de vezel uitgevoerd. In de verwarmingskamer 12 wordt de temperatuur hoger gehouden dan in de verwarmingskamer 2. De vezels, die in de verwarmingskamer 2 zijn verwarmd tot een temperatuur van 900 - 950°C worden doorlopend door de verwarmingskamer 12 geleid.FIG. 3 shows another embodiment of the device. This device is the same as that shown in Fig. 1 except that the device of Fig. 3 has an additional heating chamber 12 disposed downwardly in contact with the heating chamber 2. A further carbonization of the fiber is carried out in the heating chamber 12. In the heating chamber 12, the temperature is kept higher than in the heating chamber 2. The fibers heated in the heating chamber 2 to a temperature of 900 - 950 ° C are continuously passed through the heating chamber 12.

In de verwarmingskamer 12 worden de vezels verwarmd in een atmos-15 feer van een inert gas en op een temperatuur, die een helling heeft vanaf een temperatuur hoger dan de temperatuur van de verwarmingskamer 2 tot een temperatuur van niet meer dan 1500°C. De zodoende verkoolde vezels worden uit de uitlaat 7 gewonnen.In the heating chamber 12, the fibers are heated in an atmosphere of an inert gas and at a temperature which has a slope from a temperature higher than the temperature of the heating chamber 2 to a temperature of not more than 1500 ° C. The fibers thus charred are recovered from the outlet 7.

Voorbeeld IExample I

20 Een streng (die 12000 vezels omvatte) met vezels, bereid van een copolymeer, bestaande uit 98 gew.% acrylonitril en 2 gew.% methylacrylaat en met een afzonderlijke fijnheid van 0,1 tex werd voorgeoxydeerd in de lucht bij 265°C gedurende 0,38 uur, bij 275°C gedurende 0,20 uur en bij 283°C gedurende 0,15 uur onder een 25 zodanige trekkracht, dat krimp van de vezel 50 % bereikte van de vrije krimp bij die temperatuur. De zodoende verkregen voorgeoxy-deerde vezels hadden een geboden zuurstofgehalte van 9,8 gew.%.A skein (comprising 12000 fibers) with fibers prepared from a copolymer consisting of 98 wt% acrylonitrile and 2 wt% methyl acrylate and with a separate fineness of 0.1 tex was pre-oxidized in air at 265 ° C for 0.38 hours, at 275 ° C for 0.20 hours and at 283 ° C for 0.15 hours under a tensile force such that shrinkage of the fiber reached 50% of the free shrinkage at that temperature. The pre-oxidized fibers thus obtained had a provided oxygen content of 9.8% by weight.

Het werk met voorgeoxydeerde vezels werd verkoold onder gebruikmaking van de in fig. 1 weergegeven inrichting.The preoxidized fiber work was carbonized using the apparatus shown in Figure 1.

30 De streng werd aan de oven toegevoerd door de inlaat 3, die was voorverwarmd tot 350eC. De strengafstand was 140 strengen/m. De temperatuur van de bovenste zone was verwarmd tot een helling vanaf 300°C tot 500°C door het verwarmingselement 4a, waarbij de middelste zone op dezelfde wijze door het verwarmingselement 4b werd verwarmd 35 tot 500 - 700°C en de onderste zone door het verwarmingselement 4c 8301239 13 tot 700 - 900°C. Stikstofgas werd gebruikt als het inerte gas. Het gas, dat vanuit de gasinlaat 6 werd binnengebracht, werd verwarmd tot 600°C, waarbij de gassen, ingespoten vanuit 8c, 8a en 8b, werden verwarmd tot respectievelijk 400°C, 600°C en 750°C. De stromings- 5 snelheid van het gas in de kamer 2 was 0,15 Nm/s. De stromingssnelheden bij de vezeloppervlakken bij 8c, 8a en 8b waren respectievelijk 1,00 Nm/s, 0,75 Nm/s en 0,50 Nm/s. De verkoling van de vezel werd uitgevoerd onder een trekkracht van 80 mg/d. De snelheid van de vezel was 0,11 m/s, en de verblijfstijd was 66 s.The strand was fed to the oven through the inlet 3, which had been preheated to 350 ° C. The strand spacing was 140 strands / m. The temperature of the top zone was heated to a slope from 300 ° C to 500 ° C by the heating element 4a, the middle zone being heated by the heating element 4b in the same manner from 35 to 500 - 700 ° C and the bottom zone by the heating element 4a. heating element 4c 8301239 13 to 700 - 900 ° C. Nitrogen gas was used as the inert gas. The gas introduced from the gas inlet 6 was heated to 600 ° C, the gases injected from 8c, 8a and 8b being heated to 400 ° C, 600 ° C and 750 ° C, respectively. The flow rate of the gas in chamber 2 was 0.15 Nm / s. The flow rates at the fiber surfaces at 8c, 8a and 8b were 1.00 Nm / s, 0.75 Nm / s and 0.50 Nm / s, respectively. Carbonization of the fiber was performed under a tensile force of 80 mg / d. The fiber velocity was 0.11 m / s, and the residence time was 66 s.

10 De inwendige druk van de verwarmingskamer werd gehandhaafd op 29,4 - 68,6 Pa, en ontledingsgassen werden afgevoerd uit de gasuitlaten 10a, 10b en 5. De gewonnen vezels, die waren verkoold (voorverkoold), werden vervolgens toegevoerd aan een oven, die werd verwarmd tot een temperatuur met een helling van 900 - 1420°C, 15 en die onder een Nj-gasatmosfeer werd gehouden, waarbij de vezels gedurende 60 s in die oven werden gehouden.The internal pressure of the heating chamber was maintained at 29.4 - 68.6 Pa, and decomposition gases were vented from the gas outlets 10a, 10b and 5. The recovered fibers, which had been charred (pre-charred), were then fed to an oven, which was heated to a temperature with a slope of 900 - 1420 ° C, 15 and kept under an Nj gas atmosphere, the fibers being held in that oven for 60 s.

Ter vergelijking werd hetzelfde onderzoek uitgevoerd behalve dat het inerte gas niet vanuit 8a, 8b en 8c werd ingespoten, en het ontledingsgas niet werd afgevoerd uit 10a en 10b.For comparison, the same study was conducted except that the inert gas was not injected from 8a, 8b and 8c, and the decomposition gas was not vented from 10a and 10b.

20 De zodoende verkregen koolstofvezels hadden de volgende eigenschappen, zoals weergegeven in de volgende tabel.The carbon fibers thus obtained had the following properties, as shown in the following table.

Uitvinding_Vergelijking treksterkte 450 350 (kg/mm2) 25 elasticiteitsmodulus bij trek (kg/mm2) 24,0 24,0 x 10^ rek bij breuk 1,88 1,46 tijdsduur van doorlopende, stabiele vervaardiging 30 (Tijdsduur waarin doorlopende meer dan ongeveer 200 uur vervaardiging van koolstofvezels 480 uur kan worden uitgevoerd zonder pluizige strengen of het breken van vezels te veroorzaken) 35 Het is duidelijk, dat veranderingen en verbe- 8301239 0 14 teringen kunnen worden aangebracht zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.Invention_Comparison tensile strength 450 350 (kg / mm2) 25 elastic modulus at tensile (kg / mm2) 24.0 24.0 x 10 ^ elongation at break 1.88 1.46 length of continuous, stable fabrication 30 (Length in which continuous more than approximately 200 hours of carbon fiber manufacturing 480 hours can be performed without causing fluffy strands or fiber breakage. It is obvious that changes and improvements can be made without departing from the scope of the invention.

83012398301239

Claims

1. Inrichting voor het produceren van koolstof-vezels, gekenmerkt door een vertikale verkolingsoven met daarin een verwarmingskamer voor het verkolen van de vezels, welke oven is 5 voorzien van een vezelinlaat aan het bovenste einde van de kamer, van een luchtdicht afgedichte vezeluitlaat aan het onderste einde, van een in de wand van de kamer boven de vezeluitlaat aangébrachte inlaat voor inert gas, van althans een inspuitgedeelte voor inert gas, aangebracht in de wand van de kamer voor het vormen van een 10 gordijn inert gas door de verwarmingskamer, waarbij het inspuitge-deelte is aangebracht tussen de gasinlaat en de vezelinlaat, van althans een gasuitlaat, aangebracht aan het onderste gedeelte van het inspuitgedeelte voor inert gas, en van een verwarmingsdeel voor het zodanig sturen van de temperatuur in de verwarmingskamer, dat 15 deze vanaf het bovenste einde naar het onderste einde geleidelijk toeneemt.1. Apparatus for producing carbon fibers, characterized by a vertical carbonization furnace containing a heating chamber for carbonizing the fibers, which furnace is provided with a fiber inlet at the top end of the chamber, with an airtightly sealed fiber outlet at the lower end, of an inert gas inlet disposed in the wall of the chamber above the fiber outlet, of at least one inert gas injection section, arranged in the wall of the chamber to form a curtain of inert gas through the heating chamber, wherein the injection part is arranged between the gas inlet and the fiber inlet, of at least one gas outlet, arranged on the lower part of the inert gas injection part, and of a heating part for controlling the temperature in the heating chamber such that it is from the top end to the bottom end gradually increases.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een aanvullende gasuitlaat is aangebracht in de wand van het bovenste gedeelte van de verwarmingskamer op een 20 plaats tussen de vezelinlaat en het verwarmingsdeel.2. Device according to claim 1, characterized in that an additional gas outlet is arranged in the wall of the upper part of the heating chamber at a location between the fiber inlet and the heating part.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het inspuitgedeelte voor inert gas bestaat uit een laag met althans een sleuf vormige opening, horizontaal aangebracht in de wand van de kamer.Device according to claim 1, characterized in that the inert gas injection section consists of a layer with at least a slit-shaped opening, arranged horizontally in the wall of the chamber.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de oven een aantal lagen met een inspuitgedeelte voor in het gas in de vorm van althans een sleufvormige opening omvat voor het vormen van een aantal inspuitgedeelten, dat gordijnen met inert gas kan vormen.Apparatus according to claim 3, characterized in that the oven comprises a plurality of layers with a gas injection portion in the form of at least a slit-shaped opening for forming a plurality of injection portions capable of forming inert gas curtains.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het aantal lagen bestaat uit twee tot vijf lagen met sleuf vormige openingen voor het vormen van gasgordijnen.Device according to claim 4, characterized in that the number of layers consists of two to five layers with slot-shaped openings for forming gas curtains.

6. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het verwarmingsdeel de verwarmingskamer kan 35 verwarmen tot een temperatuur met een helling van 300°C tot ten 8301239 hoogste 950°C.6. Device according to claim 1, characterized in that the heating part can heat the heating chamber to a temperature with a slope of 300 ° C to a maximum of 950 ° C 8301239.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat een aanvullende verwarmingskamer boven de inlaat voor inert gas is aangebracht en naar beneden is verbonden 5 met de verwarmingskamer, welke aanvullende verwarmingskamer een verwarmingsdeel heeft voor het verwarmen daarvan tot een temperatuur met een helling van 900°C tot tën hoogste 1500°C.7. Device according to claim 6, characterized in that an additional heating chamber is arranged above the inert gas inlet and is connected downwards to the heating chamber, which additional heating chamber has a heating part for heating it to a temperature with a slope of 900 ° C to maximum 1500 ° C.

8. Werkwijze voor het produceren van koolstof-vezels onder gebruikmaking van de inrichting volgens één der voor- 10 gaande conclusies, gekenmerkt door het zodanig verwarmen van de kamer, dat de temperatuur vanaf het bovenste einde naar het onderste einde geleidelijk toeneemt, het vanuit een aan het bovenste einde van de kamer voorziene vezelinlaat inbrengen van een te verkolen vezel, het vanuit een aan het onderste einde voorziene gas- 15 inlaat inbrengen van een inert gas voor het niet-oxyderend maken van de atmosfeer in de kamer, het vanuit althans een gedeelte tussen de vezelinlaat en de gasinlaat inspuiten van een inert gas voor het vormen van een gordijninertgas door de verwarmingskamer voor het voorkomen van het opstijgen van in de verwarmingskamer 20 gevormde ontleidingsgassen, het vanuit althans een uitlaat, voorzien aan het onderste gedeelte van elk inspuitgedeelte voor inert gas afvoeren van de ontledingsgassen met het inerte gas, en het vanuit een vezeluitlaat, aangebracht aan het onderste gedeelte van de verwarmingskamer, winnen van verkoolde vezel.A method of producing carbon fibers using the apparatus according to any one of the preceding claims, characterized by heating the chamber such that the temperature gradually increases from the top end to the bottom end, starting from a introducing a fiber to be charred at the top end of the chamber, introducing an inert gas from a gas inlet provided at the bottom end to render the atmosphere non-oxidizing in the chamber, section between the fiber inlet and the gas inlet injecting an inert gas to form a curtain inert gas through the heating chamber to prevent the rise of flue gases formed in the heating chamber 20, from at least one outlet provided at the lower section of each injection section for inert gas discharging the decomposition gases with the inert gas and introduced from a fiber outlet t at the bottom part of the heating chamber, recovering carbonized fiber.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de vezels door de verwarmingskamer bewegen onder een trekkracht, die althans voldoende is om het in aanraking van de wand met de kamer komen van de vezels te voorkomen.Method according to claim 8, characterized in that the fibers move through the heating chamber under a tensile force which is at least sufficient to prevent the fibers from coming into contact with the wall.

10. Werkwij2e volgens conclusie 9, 30 met het kenmerk, dat de trekkracht tussen 1 en 600 mg/d ligt.Method according to claim 9, 30, characterized in that the tensile force is between 1 and 600 mg / d.

11. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de vezels door de verwarmingskamer bewegen met een snelheid die'ligt tussen 0,02 en 0,20 m/s.11. A method according to claim 8, characterized in that the fibers move through the heating chamber at a speed between 0.02 and 0.20 m / s.

12. Werkwijze volgens conclusie 8, 35 met het kenmerk, dat de vezels in de verwarmingskamer worden gebracht 8301239 in de vorm van een streng, werk, weefsel of vlies.Method according to claim 8, 35, characterized in that the fibers are introduced into the heating chamber 8301239 in the form of a strand, work, fabric or fleece.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de streng of het werk bestaat uit 100 - 500.000 vezels.Method according to claim 12, characterized in that the strand or work consists of 100-500,000 fibers.

14. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat een aantal strengen of werken in de verwar-mingskamer wordt gébracht.Method according to claim 12, characterized in that a number of strands or works are introduced into the heating chamber.

15. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat strengen of werken in een vertikaal vlak zijn 10 aangebracht, waarbij een inert gas vanuit beide zijwanden van de verwarmingskamer wordt ingespoten.15. Method as claimed in claim 13, characterized in that strands or works are arranged in a vertical plane, wherein an inert gas is injected from both side walls of the heating chamber.

16. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de strengen 1000 - 50.000 vezels omvatten, en zijn aangebracht met een strengafstand van 50 - 400 strengen/m. 15Method according to claim 12, characterized in that the strands comprise 1000 - 50,000 fibers and are arranged with a strand distance of 50 - 400 strands / m. 15

17. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de stromingssnelheid van het inerte gas in de richting loodrecht op de vezel 0,3 - 3 Nm/s is.Method according to claim 8, characterized in that the flow velocity of the inert gas in the direction perpendicular to the fiber is 0.3-3 Nm / s.

18. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de werken zijn uitgespreid tot een mate van 20 222-1111 ktex/m.Method according to claim 12, characterized in that the works are spread to a degree of 222-1111 ktex / m.

19. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de vezels worden toegevoerd in de vorm van een weefsel of een vlies tot 500 g/m2.Method according to claim 12, characterized in that the fibers are supplied in the form of a fabric or fleece up to 500 g / m2.

20. Werkwijze volgens conclusie 8, 25 met het kenmerk, dat de vezels voorgeoxydeerde vezels zijn, verkregen van vezels, gekozen uit de groep, bestaande uit acryl·vezels en cellulosevezels.20. A method according to claim 8, characterized in that the fibers are pre-oxidized fibers obtained from fibers selected from the group consisting of acrylic fibers and cellulose fibers.

21. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de verwarmingskamer wordt verwarmd tot een 30 temperatuur met een helling van 300°C tot ten hoogste 950°C.21. A method according to claim 8, characterized in that the heating chamber is heated to a temperature with a slope of 300 ° C to a maximum of 950 ° C.

22. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het inerte gas een gas is, gekozen uit de groep, bestaande uit stikstof, argon, helium en mengsels daarvan.A method according to claim 8, characterized in that the inert gas is a gas selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium and mixtures thereof.

23. Werkwijze volgens conclusie 21, 35 met het kenmerk, dat de vezels verder worden behandeld in een tem- 8301239 * 18 » peratuur tot 1500°C onder een atmosfeer van een inert gas.23. A process according to claim 21, characterized in that the fibers are further treated in a temperature of up to 1500 ° C under an inert gas atmosphere.

24. Inrichting in hoofdzaak zoals in de beschrijving beschreven en in. de tekening weergegeven.24. Device substantially as described in the description and in. the drawing.

25. Werkwijze in hoofdzaak zoals' in de be-5 schrijving beschreven en in de tekening weergegeven. 830123925. Method substantially as described in the description and shown in the drawing. 8301239