DE1911498C - Graphithaltige Fasern und Faden und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Description

3. Faser oder Faden η .ich einem der vorher- viertem Kohlenstoff bzw. aktivierter Holzkohle in gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. 15 Viskosefasern als adsorbierendes Mittel, z. B. als Luftdaü der darin enthaltene Graphit'40 bis SO Ge- filter, beschrieben. Demgegenüber fand sich bisher wichtspro??nt der Faser oder des Fadens bildet. nirgends eine Anregung zur Verwendung derartiger

4. Verfahren zur Herstellung von graphithaltigen Fasern bei der Herstellung von Kohlenstoffasern. Fasern oder Fäden gemäß einem der vorher- Erfindungsgegenstand sind Fasern oder Fäden, die gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ao ein Grundmaterial aus mindestens einem faserbildendaß man eine Dispersion von Graphitteilchen in den Polymeren mit darin dispergiertem feinzerteiltem einer flüssigen Lösung eines oder mehrerer faser- Graphit enthalten, wobei der Graphit 10 bis 80 Gebildender Polymerer durch mindestens eine öff- wichtsprozent der Fasern bzw. Fäden bildet.

nung in ein Medium sinspinnt. in dem das Poly- Es wurde gefi nden, daß die graphithaltigen Fasern

mere einen festen Zustand annimmt. 25 _und Fäden bemäß der Erfindung einer geringen

5. Verfahren :iach Anspruch 4, dadurch gekenn- Schrumpfung insbesondere bei hohen Graphitgehalten zeichnet, daß man eine Dispersion mit Graphit- während der thermischen Behandlung zur Herstellung teilchen eim maximalen Dimension von 5 Mikron von Kohlenstoffasern sogar im ungespannten Zustand verwendet. unterliegen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, 30 Jn vielen Fällen zeigen die Fasern und Fäden gemäß dadurch gekennzeichnet, d^ man Graphit in der Erfindung einen verbesserten Modul infolge des einer Menge verwendet, welche 40 bis 8ü° ₀ des Vorhandenseins von Graphit; die Verbesserung beGesamtgewichtes von Graphit und Polymerem züglich des Moduls ist im allgemeinen größer als die, in dem zu spinnenden Gemisch darstellt die bei der Verwendung anderer feinzerteilter Materi-

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden 35 alien erhalten wird. In solchen Fällen und aus anderen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Gründen wird bevorzugt, aaC der Graphit eine Orientierung der Fasern oder Fäden einen axialen Teilchengröße von nicht mehr als 1 Mikron und Zug und'oder einen radialen Druck auf eine graphit- vorzugsweise von 500 Millimikron oder weniger haltige Faser bzw. einen graphithaltigen Faden besitzt.

gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche aus- 40 Für optimale Eigenschaften der Fasern, die durch übt. anschließende Carbonisierung und/oder Graphitierung

8. Verwendung der Fasern oder Fäden nach den der Fasern oder Fäden gemäß der Erfindung erhalten Ansprüchen 1 bis 3 zum Carbonisieren oder werden, ist es bevorzugt, daß der Graphit in einer Graphitieren. Menge von 40 bis 80 Gewichtsprozent vorhanden ist.

♦5 Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Er-

findung ist ein Verfahren zur Herstellung von graphithaltigen Fasern oder Fäden vorgesehen, bei dem eine Dispersion von Graphitteilchen in einer flüssigen

Die Erfindung bezieht sich auf graphithaltige Fasern Lösung eines faserbildenden Polymeren (nachstehend und Fäden, die insbesondere zur Verwendung bei der 50 als Bindemittel bezeichnet) durch mindestens eine Düse Herstellung sogenannter Kohlenstoffasern durch nach- in ein Medium gesponnen wird, das bewirkt, daß folgende Carbonisierungs- und Graphitierungsbehand- das Polymere einen festen Zustand annimmt und eine lungen geeignet sind. graphithaltige Faser bzw. ein graphithaltiger Faden

Es ist bekannt, daß Kohlenstoffasern aus synthe- daraus gewonnen wird. Falls gewünscht, kann die tischen Fasern durch Aussetzen der synthetischen 55 Lösung ferner als Dispersion ein zweites faserbildendes Fasern an sehr hohe Temperaturen, z. B. 2000 bis Polymeres enthalten.

3000°C, unter inerter Atmosphäre hergestellt werden Das Produkt des Spinnens der den dispergierten

können. Die synthetischen Fasern können beispiels- Graphit enthaltenden Polymerlösung in ein Medium, weise Polyacrylnitril oder —gemäß USA.-Patentschrift das bewirkt, daß das Polymere einen festen" Zustand 337 301 und deutscher Auslegeschrift 1 242 551 — 60 annimmt, ist eine Faser oder ein Faden, enthaltend celluloseartiges Material sein. Diese bekannten Fasern ein Grundmaterial aus dem Polymeren mit darin besitzen jedoch den Nachteil, daß ihre Umwandlung dispergierten feinzerteilten Graphitteilchen. Wenn die in Kohlenstoffasern umständlich und schwierig ist. Lösung ferner ein zweites faserbildendes Polymeres Insbesondere ist es zur Vermeidung des Schmelzens als Dispersion enthält, enthält das Produkt ein Grundoder der Zersetzung bzw. Zerstörung im allgemeinen 65 material des ersten Polymeren mit sowohl darin dispererforderlich, zuerst die Fasern durch Aussetzen an gierten feinzerteilten Graphitteilchen als auch Teilchen mäßig erhöhte Temperaturen, z. B. 200 bis 300⁰C, in des zweiten Polymeren. Bei dieseir Ausführungsform einer oxydierenden Atmosphäre zu oxydieren, wobei ist es gebräuchlich, die Fasern bzw. Fäden an-

schließ«-*¹^ /u behandeln, um die Teilchen des zweiten teilchen SO Gewichtsprozent uberscnreitet. Aus diesem Polymeren zu verbinden, indem man z. ti. die Käser Grund soll daher die Konzentration der Graphithz\C. den Faden einer Umgebung a-.i-sei/t. die min- teilchen in der zu spinnenden Mischung (bezogen auf destens eine teilweise Solvatisieruncswirkun;; :;uf da-, den gesamten Fesistoffgehalt) diesen Wen nicht uberzweite PuKmere besitzt, oder durch erhitzung der 5 schreiten. Die bevorzugte Konzentration von Graphit-Faser bzw. des Fadens über den Erweichungspunkt teilchen im Grundmaterial (bezogen auf den gesamten _des polymeren. " r-eststoffgehaln betrag·. 4Ü bi> SU Gewichispro/vnt.

Zweckmäßigerweise wird die Dispersion'.oil Graphit Die Konzentration des Bindemittels soll andcrerin der Bi"demittellösung durch Visier, einer .or- s_CI,_s nicht so hoch sein, daß die Viskosität der /u % ergebildeten flüssigen Dispersion %on ι ir.iphitu-iLhen :o spinnenden Dispersion auf einen derartigen Wert mit einer flüssigen Lösung de- Bindemittels hergestellt, erhöht wird, daß sie aufhört, bei einem Spinnverfahren Es ibt bevorzugt, die gleiche Hussite:! sowohl al> beuuem handhabbai /u sein, und /war soll sie nicht Dispergierungsmittel für die Graphitteiichen .ils .r.^ch viskoser sein a!> dicker Sirup. Die obere Gren/e der ₃|_S L.-'.ingsmittel tür das Bindemittel /u \ er wer Jen. Viskosität der zu verspinnenden Dispersion beträgt _es ist ledoch auch möglich, zwei verschiedene I lusvg- _{I5 in ücr} ρ_ΤΛΧ\_Λ etwa ilV.il'bis 2U(K) I'Mse. Dies repräsenkeiten zu verwenden, vorausgesetzt, ei.::·. -;e m den tier; z. B. eine Konzentration von Natriumalginat _an£-:v-.endeten Mengen mischbar sjnj. [ ■-,· geeignc.e in einem wäßrigen Lösungsmittel Dispergierungsmittel Flüssigkeit ist Wasser, jedoch kennen ._:-.:cii andere _VOn etwa 5 bislö Gewichtsprozent. flüssigkeiten. z.B. Kohlenwasserstoff-! osur.gsmittel. /u geeicneten Materialien, die als Bindemittel ververvve: det werden. _ao wendet werden körnen. gt..e>ren z. B. Natriumalginat Alt :>-nativ können feine Graphitteii'hen unmittelbar oder Polyvin)!alkohol, die aus wäßrigen Lösungen in die Bindemittellösung eingemischt werden. gesponnen werden können, oder Polyisobuten, da-Be: .!ner weiteren Alternative kann das Hi:-.demittc! aus einer Lösung in einem KohlenwaserstofflösungN-inein«.! vorgebildeten flüssigen Dispersion \ on firaphit- mittel gesponnen werden kann. z.B. Petroläther. Zu teilchen gelöst werden. 25 anderen geeigneten Bindemitteln gehören /. B. PoIy-Wcrn die Bindemittellösung ferner ein zweites acrylnitril unter Verwendung von z. B. Dimethvlformfaser-iidendes Polymeres als Dispersion enthält wird amid oder einer wäßrigen Salzlösung, wie Calciiirndas .iZtere zweckmäßigerweise als ν irgebildete Di- thiocyanat, als Lösungsmitte¹. Acetatrayon, pelo-t in spers.,.η zu der Bindemittellösung gegeben. einem organischen Lösungsmittel, wie Aceton oder Das flüssige Medium, in dem das Bindemitte! 30 Methylenchlorid, in Wasser gelöstes Viskoseray(>n gelöst ist und die Graphitteilchen lund das /weite oder Kupferoxydammoniakrayon. Wo ferner ein faser^ildende Polymere, falls geeignet) dispergiert sind. zweites faserbildendes Polymeres verwendet wird, wird nachstehend als »Lösungsmitte! Dispergierung«.- kann dies zweckmäßigerweise ein Mischpolymeres von mine; aus Zweckmäßigkeitsgründen bezeichnet. Vinylidenchlorid und Acrylnitril sein, das z. B. aus Di Graphitteilchen müssen klein genug sein, um 35 einer Dispersion des Mischpolymeren in einer wäßrigen eine Dispersion in dem Lösungsmittel Dispereierungs- Lösung von Natriumalginat gesponnen werden kann, mitte! /u bilden. Ferner sollen die Teilchen klein genug Die zu verwendende Natriumalginatnienge soll natürsein. ; m leicht durch die verwendete Spinndüse zu üch ausreichend sein, um als Träger für den Graphit gehen. Eine zweckmäßige obere Grenze der Größe und die Teilchen des Mischpolymeren zu wirken. Die beträgt etwa 5 Mikron bei der maximalen Dimension. 40 Teilchen des Mischpolymeren in der gesponnenen Um eine stabile Dispersion zu gewährleisten, kann es Faser oder im gesponnenen Faden können anschlieerforderlich sein, ein dispergierendes Mittel dem ßend verbunden werden, z. B., indem die Faser bzw. Lösungsmittel/Dispergierungsmittel einzuverleiben, der Faden in Aceton geführt *ird. Zum leichten Spinnen ist es bevorzugt, Graphitteilchen Die Fasern oder Fäden gemäß der Erfindung eines derartigen Größenbereichs zu verwenden, daß 45 können durch ein Trocken- oder Naßspinnverfahren sie leicht eine kolloidale Suspension in dem Lösungs- erhalten werden. Das erstere umfaßt eine Verdampfung mittel 'Dispergierungsmittel bilden können, d. h., ihre des Lösungsmittels Dispergierungsmittels aus dem aus Größe beträgt vorzugsweise etwa 1 bis 500 Millimikron. der Spinndüse austretenden Strom, während beim Eine anschließende Carbonisierung und oder Gra- letzteren Verfahren das Bindemittel durch Einleiten phitierung der gesponnenen Fasern oder Fäden wird 50 der Dispersion von Graphitteiichen in ein flüssiges wirkungsvoller vermittels der Verwendung von Ma- Medium verfestigt wird, das ein Nicht-Lösungsmittel terial mit erhöhter Konzentration von Graphit- für das Bindemittel ist und das das Lösungsmittel teilchen in der gesponnenen Struktur. Ferner wird die Dispergieiungsmittel aufnehmen kann. Das nussige Schrumpfung der gesponnenen Fasern oder Fäden Medium wird aus Zweckmäßigkeitsgrunden nachbei der Carbonisierung und/oder Graphiticrung mit 55 stehend als Koagulierungsmittel bezeichnet. Erhöhung der Konzentration von Graphitteiichen in Das Trockenspinnen ist insbesondere vorteiinaii, der gesponnenen Struktur vermindert. Bezuglich der wenn das Bindemittel in einem sehr fluchtigen 1.0-Konzentration von Graphitteiichen im Lösungsmittel/ sungsmittel gelöst worden ist, z.B. beim '«*Ken-Dispergierungsmittel ist es daher bevorzugt, daß sie spinnen einer Kohlenwasserstofflosung von Polyso hoch wie möglich ist. Gleichzeitig muß jedoch die 60 isobuten oder einer Acetonlosung von Aatotrayon. Konzentration des Bindemittels bezüglich des durch Zweckmäßigerweise wird das Losu"Bsmittel/Disper-Spinnen hergestellten festen Grundmaterials für eine gierungsmntel verdampft, indem der aus der apinn selbsttragende Struktur ausreichend hoch sein. In der düse austretende Strom durch warme Luft geieiici Praxis muß ein Kompromiß zwischen diesen beiden wird.

entgegengesetzten Faktoren erzielt werden, und es ist 65 Bei einem Nafepuinverf*$™

gefunden worder, daß die gesponnenen Strukturen Koagul.erungsmittel von dem

dazu neigen, daß die Handhabung schwierig oder mittel ab. Wäßrige Losungen von N

unmöglich wird, wenn die Konzentration der Graphit- oder Polyvinylalkohol können z. B. in

sungen von Mctallsalzen oder Mineralsäuren, wie gehalte von 20 bis 40 Gewichtsprozent zu verwenden,

Zinkchloiid, Caiciumthiocyanat, Calciumchlorid, Na- wenn eine Orientierung durch Streckung angestrebt

triumsulfat oder Salzsäure, gesponnen werden. Alter- wird.

nativ kann eine mit Wasser mischbaie organische Alternativ kann eine Orientierung durch Anwendung

Flüssigkeit, z. B. Aceton oder Methanol, als Koagu- 5 von radialem Druck bewirkt werfen. Dies ist ins-

licrungsmittel verwendet werden. Aceton oder eine besondere bei hohen Graphitgehalten nützlich und

Mischung von Aceton und Dimethylformamid in kann bewirkt werfen, indem die gesponnene Faser

etwa gleichen Gewichtsanteilen sind auch als Koagu- oder der gesponnene Faden zwischen Rollen geführt

licrungsmittel für das Spinnen von Kohlenwasserstoff- wird. Die Arbeitsweise kann, wenn gewünscht, wiedcr-

lösungen von Bindemitteln, wie Polyisobuten, nützlich. io holt werfen, in welchem Fall der Spalt zwischen den

Ein saures Medium, z. B. eine wäßrige Lösung von Rollen nach jedem Durchlauf progressiv vermindert Schwefelsäure, Natriumsulfatdccahydrat und Zink- werfen kann. Alternativ kann die gesponnene Faser

sulfid, kann als Koagulierungsmittel beim Spinnen oder det gesponnene Faden auf einer ebenen Fläche

einer wäßrigen Lösung von Viskoserayon verwendet angeordnet werfen und kann eine Rolle längs der

werden. »5 Faser bzw. des Fadens so oft geführt werfen wie

Zur Verbesserung des Moduls der Fasern und gewünscht Fäden, die durch Carbonisierung und oder Graphi- Gemäß der Erfindung werfen die Fasern und Fäden

tierung der graphithaltigen Fasern und Fäden gemäß in einer inerten Atmosphäre erhitzt, um das Grund-

der Erfindung erhalten werfen, können die Fasern material zu carbonisieren.

und Fäden behandelt werden, um die Graphitteilchen ao Die Carbonisierung kann z. B. durch ausreichend

längs der Faser- oder Fadenachse zu orientieren, d. h. lange Erhitzung der gesponnenen Struktur in einer

die Teilchen derart zu orientieren, daß die Normale auf inerten Atmosphäre auf eine Carbonisierungstempera-

der Ebene der Graphitplättchen »ich zur Normalen tür, z. B. auf eine Temperatur von etwa 1000 wie 800

auf der Fasetachse neigt. Ferner verbessert in vielen bis 1400 C. bewirkt werfen, um das Grundmaterial

Fällen eine derartige Orientierung auch den Modul as zu carbonisieren, und gemäß einer weiteren Aus-

der graphithaltigen Fasern oder Fäden gemäß der führungsform der Erfindung ist eine Faser bzw. ein

Erfindung. Hohe Orientierungsgrade sind erwünscht. Faden mit einem Grundmaterial aus carbonisiertem

wenn große Verbesserungen bezüglich physikalischer faserbildendem Polymeren! mit darin dispergiertem

Eigenschaften erhalten werfen sollen. fcin/ci iciliem Graphit vorgesehen.

Eine Orientierung kann durch Anwendung von 30 Die Fasern oder Fäden enthalten ein zusammenaxialem Zug oder radialem Druck auf die Fasei oder hängendes Grundmaterial aus Kohlenstoff mit darin den Faden oder durch eine Kombination derselben dispergiertem feinzerteiltem Graphit, bewirkt werfen. Zum Beispiel kann die Anwendung Wenn die gesponnene Faser oder der gesponnene eines axialen Zugs zweckmäßigerweise durch Streckung Faden mit einem Fehalt an Graphitteilchen orientiert der Faser oder des Fadens bewirkt werfen. Eine 35 worden ist, z. B. durch Anwendung eines axialen Streckung kann bewirkt werfen, indem die gesponnene Zugs oder eines radialen Drucks auf die Faser bzw. Faser oder der gesponnene Faden um eine Auf- den Faden oder durch eine Kombination derselben, nahmerolle bei einer Geschwindigkeit an der Peripherie sind die fein/erteilten Graphitteilchen in dem carbonigeführt wirf, die größer als die Geschwindigkeit ist, sierten Produkt längs der Faser- bzw. Fadenachse mit der die Bindcmittellösung die Spinndüse verläßt. 40 orientiert: d.h., die Normale auf der Ebene jedes Alternativ kann die gesponnene Faser oder der ge- Graphitplättchens neigt sich zur Normalen auf der sponnene Faden, die Spinndüse verlassend, um zwei Achse der Faser bzw. des Fadens. Rollen geführt werfen, wobei die Umfangsgeschwindig- Die carbonisierten Strukturen, hergestellt, wie vorkeit der zweiten Rolle größer als die der ersten ist. stehend beschrieben, können durch Erhitzung auf eine

Wenn die Faser oder der Faden dutch Naßspinnen 45 Graphitierungstemperatur, z. B. auf eine Temperatur gebildet ist, ist es. bevorzugt, daß die Streckung be- von etwa 2500 bis 3000 C, graphitiert werfen. Mterwirkt wirf während die gesponnene Faser bzw. der nativ kann die Graphitierung der Fasern oder Fäden, gesponnene Faden noch etwas Lösungsmittel Dtsper- die in der Spinnstufe des Verfahrens gemäß der Frgieningsmittel enthalt, z. B. durch Streckung der findung hergestellt wurden, unauttetbar durch ErFaser bzw. des Fadens, wenn letztere sich im Bad des Jo hiuung auf die Graphitiening>tcmperatur bewirki Koagulieningsmittcls befinden. Alternativ kann eine werfen, ohne sie zuerst zu carbonsieren. und daher i»i Streckung durch Erhitzung der Faser oder des Fadens bei einer weiteren Ausführungsfunn gemäß der Lr bewirkt werden. 1. B., indem let/tcte durch einen findung eine Faser bzw. ein Faden vorgesehen, dei Dampfbehälter oder über eine heiße Stange geführt ein Grundmaterial aus graphitiertetn faserbildcndcrr werden. Si Polymeren mit darin dispergiertem feiruerteilten

Wenn die Streckung bewirkt wirf, nachdem das Graphit enthält. Bindemittel völlig verfestigt ist. z. B., nachdem beim Die Fasern oder Fäden enthalten ein zusammen Feuchtspinnen die Faser oder der Faden vom Bad des hängendes Grundmaterial von Kohlenstoff in Farn

KoaguKeningsmittels entfernt ist. muß Sorgfalt an- von Graphit mit darin dispergiertcn feiiuerteiltei gewendet werden, daß das Streckmaß nicht so groß 60 Graphitteilchen.

ist, daß die Faser bricht. Besondere Sorgfalt kann bei Wenn die gesponnene Faser oder der gesponnen hohen Graphitgehalten der gesponnenen Faser oder Faden mit einem Gehalt an Graphitteilchen, 7. B

des gesponnenen Fadens erforderlich sein. Wenn z. B. durch Anwendung eines axialen Zugs oder eine

Graphit iri einer Faser eines Mischpolymerer. von ndialen Drucks oder einer Kombination derselben

Vinylidenchlorid und Acrylnitril dispergiert ist. sol! 65 vor der Graphitierung orientiert wordrn ist. sind di eine Streckung nicht versucht werden, wenn der feinzerteilten Graphitteilchen in dem graphierte Graphitgehalt größer als 40Gewichtsprozent ist. und Produkt längs der Faser- bzw. Fadenachse orientier

im allgemeinen wird als vorteilhaft gefunden. Graphu- Die Ge^hwindigkcit, mit der die graphithaltige

Fasern oder Fäden gemäß der Erfindung auf die Graphit zu 19,1 Gewichtsteilen der im Beispiel 1 ver-Carbonierungs- oder Graphitierungstemperatur er- wendeten 6%igen wäßrigen Lösung von Natriumhitzt werden können, kann in gewissem Ausmaß von alginat gegeben, Die Mischung wurde */i Stunde lang der Natur des Grundmaterials, dem Anteil des gerührt und in Methanol bei 2O⁰C durch eine 150-Mi-Graphits im Grundmaterial und von der bestimmten 5 kron-Einlochspinndüse gesponnen. Die gebildete Faser Eigen schaft abhängen, deren Verbesserung gewünscht wurde 0,915 m durch das Methanol geleitet und auf ist. Wu jedoch im allgemeinen die Fasern oder Fäden eine Spule gewunden, die mit einer Umfangsge-25 Gewichtsprozent oder mehr Graphit enthalten, ist schwindigkeit von 15,2 m/Min, lief, gemäß der Erfindung gefunden worden, daß sie sogar Die gesponnene Faser besaß die folgenden Eigen-■nmittelbar in einen Ofen gebracht werden können, io schäften: Durchmesser 34,2 Mikron; Zugfestigkeit 4er bei einer Temperatur von 3000⁰C gehalten wird, 0,091 · 10* kg/cm¹; Anfangsmodul 0,12 · 10· kg/cm¹; wobei sie trotzdem noch Faserform beibehalten. Je- Dehnung bis zum Bruch 1,4°/_D. doch können noch größere Verbesserungen bezüglich Auf die beschriebene Weise hergestellte Fasern Eigenschaften in einigen Fällen erhalten werden, wenn wurden in einem Ofen in einer Stickstoffatmosphäre die graphithaltige Faser oder der graphithaltige Faden 15 auf 1000°C im Verlauf von 18 Stunden erhitzt; die fcuf eine Carbonisierungstemperatur von etwa 1000⁰C Temperatur wurde danach schnell auf 28OO°C erhöht Im Verlauf von 6 Stunden oder sogar bis zu 18 Stunden und bei diesem Wert 1 Stunde lang gehalten. Man erhitzt wird. Danach kann eine schnelle Erhitzung ließ die Fasern abkühlen und zog sie aus dem Ofen ab. auf die Graphitierungstemperatur vorgenommen wer- Die anfallenden graphitierten Fasern besaßen die den, obgleich es zur Herstellung einer graphitierten so nachstehenden Eigenschaften: Durchmesser 32,4 Mi-Faser mit optimalen Eigenschaften erwünscht sein krön; Zugfestigkeit 0,041 · 10* kg/cm*; Anfangsmodul kann, die Faser bei der Graphitierungstemperatur eine 0,34 · 10* kg/cm¹; Dehnung bis zum Bruch 0,9"V₀. Zeit von z. B. 1 Stunde zu halten. In zwei weiteren Versuchen wurden gesponnene

Nachstehend wird die Erfindung durch die folgenden Fasern, hergestellt wie vorstehend angegeben, unBeispiele näher erläutert, in denen alle Konzentrationen as mittelbar in Öfen getaucht, die auf Temperaturen von von Lösungen oder Dispersionen auf Gewichtsbasis 1000 bzw. 280O⁰C erhitzt waren, und bei diesen ausgedrückt sind; die Messungen der Zugeigenschaften Temperaturen 1 Stunde lang gehalten. Man ließ die de Fasern wurden mit einem »Instront-Tensometer Fasern danach abkühlen und zog sie aus den öfen ab; ausgeführt, wobei eine Ausgangsprobenlänge von 5 cm in jedem Fall wurde gefunden, daß sie in Faserform verwendet und eine Zuggcschwiiidigksit von 0,5 cm »0 überdauert hatten. Min.¹ angewendet wurde. Der Titer der Faser, aus- R e i s ti i e 1 3 gedrückt in den. wurde durch Wiegen einer abge- ^p

messenen Länge der Faser und der Faserdurchmesser Es wurde eine wie im Beispiel 2 hergestellte Suspcndurch direkte Messung unter Verwendung eines ' sion von kolloidalem Graphit in wäßrigem Natriumoptischen Mikroskops bestimmt. 35 alginat in Aceton bei Raumtemperatur durch eine

150-Mikron-Einlochspinndüsc gesponnen. Nach einem

Beispiel 1 Durchgang von 0,914 m durch das Aceton wurde die Es wurden 14,4 Gewichtsteile einer 25%igen wäß- gebildete Faser auf eine Spule aufgewickelt, üe mit

rigen Susreision eines kolloidalen Gtaphits mit einer einer Umfangsgeschwindigkeit von 17,7 m/Min, lief;

maximalen Teilchengröße von 4 bis 5 Mikron, wobei 40 die Faser besaß die folgenden Eigenschaften: Durch-

die Hauptmasse der Teilchen im Bereich von 1 bis messer 55.0 Mikron; Zugfestigkeit 0.012 · 10⁴ kg/cm¹;

2 Mikron lag. zu 60 Gewichtstcilen einer 6⁰Z₀IgCn Anfangsmodul 0,025 · 10· kg/cm¹; Dehnung bis zum

wäßrigen Lösung von Natriumalginat gegeben; die Bruch weniger als 0,2%.

Mischung wurde sorfältig gerührt. Wie vorstehend angegeben hergestellte Fasern

Die Mischung wurde in Aceton bei 20°C unter 45 wurden in einem Ofen in einer Stickstoffatmosphäre Verwendungeinei lSO-Mikron-Einlochdüsegesponnen. auf eine Temperatur von 1000 C im Verlauf von Die so gebildete Faser wurde 0.915 m durch Aceton 18 Stunden erhitzt. Man ließ die Fasern danach abgeführt und danach kontinuierlich auf eine Spule kühlen und entfernte sie aus dem Ofen. aufgewickelt, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit Die anfaltenden carbonisieren Fasern besaßen die Von 11,3 m Min.¹ Het. *· folgenden eigenschaften: Durchmesser 31,8 Mikron;

Es wurde gefunden, daß die Faser die folgenden Zugfestigkeit 0.028 · 10* kg/cm¹; Anfangsmodul (Ul ·

Eigenschaften besaß: Durchmesser 35.4 Mikron; Zug- 10» kg cm*; Dehnung bis zum Bruch 2,2% festigkeit 0,042 · 10« kg cm¹; Anfangsmodul 0,035·

10* kg cm»; Dehnung bis zum Bruch 3,5% Beispiel 4

Es wurden wie vorstehend angegeben hergestellte ss Fasern in einem Ofen in einer Stkkstoffatmosphäre Fs wurden lOGewkhtsteile der im Beispiel 1 v_cr-

auflOOOC im Verlauf von 18 Stunden erhitzt, wonach wendeten wäßrigen Suspension von kolloidalem

man sie abkühlen ließ und aus dem Ofen entfernte. Graphit zu 100 Gewichtsteilen Viskoserayon mit

Es wurde erfunden, daß die Kohlenstoffasein. her- einem Gehalt von 8·/, ^-Cellulose gegeben

gestellt mitteb einer derartigen Wärmebehandlung. 60 1>κ Mischung wurde sorgfältig gerührt und durch

die folgenden Eigenschaften besaßen: Durchmesser eine 20-Lochspinndüse in eine wäßrige Lösung mit

260 Mikron- Zugfestigkeit 0.36 · 10« kg cm«; An- einem Gehalt von 1 i.5% Schwcfel-aurc. 20% Nairi-

fangsmodul 0.20· 10»kg^;cm*; Dehnung Ns zum umsulfatdecahydrat und 1 % /inUillki gesponnen

Bruch 0 3·/ ^l)ic ϊ*¹*"*¹⁰¹⁰¹¹ t""a«"> wurden aufgewickelt und

'*" „ · · , -> ⁶S «>^urch Waschen mit einer Nairiumcarboiutlosune

^Beispiel2 bei W I im Verlauf von ·/, Stunde cnisrfmeWl D? Fs wurden ll.OCicwichlstcilc der im Beispiel I I asern wurden danach mil Haw gewaschen und in

verwendeten wäßrigen Suspension »on koll.Ndak.-in l.ufl κΙγ.κΛικ-Ι und K-saBen J_K Ma-nden I igen-

schäften: 15,3 den; Zugfestigkeit 0,83 g den-'; Anfangsmodul 54,3 g den ': Dehnung bis zum Bruch 42°/₀.

Beispiel 5

Die Arbeitsweise von Beispiel 4 wurde unter Verwendung der wäßrigen Suspension von kolloidalem Graphit in einer Lösung von Viskoserayon wiederholt. Die Anteile von Graphit und Viskoserayon waren derart gewählt, daß Spinnfasern mit einem Gehalt von 25,50 bzw. 75 Gewichtsprozent Graphit hergestellt wurden. Eine Probe jeder Faser von gemessener Länge wurde danach in einen Ofen gebracht und auf eine Temperatur von lOOOT im Verlauf von 6 Stunden erhitzt. Man ließ die Fusern danach abkühlen und entfernte sie aus dem Ofen, und es wurde gefunden, daß sie 80,9, 88,9 bzw. 97,3 ⁰Z₀ ihrer Originallänge zurückbehalten hatten.

Zum Vergleich wurde eine Viskoserayonfaser, die. wie vorstehend angegeben, hergestellt wurde, jedoch keinen Graphit enthielt, gemäß der vorstehend angegebenen Arbeitsweise erhitzt. Nach Entfernung aus dem Ofen wurde gefunden, daß die Faser nur 75,3 °'„ ihrer Originallänge zurückbehalten hatte.

Beispiel 6

Es wurde Beispiel 4 wiederholt, mit der Ausnahme, daß die Menge der Suspension von kolloidalem Graphit auf 32 Gewichtsteile erhöht wurde.

Die Spinnfaser haue die folgenden Eigenschaften: 20,1 den; Zugfestigkeit 0,66 g den '; Anfangsmodul 60,6g den-'; Dehnung bis zum Btuch l,5°'_o.

Beispiel 7

Es wurden 15 Gewichtsteile einer 10⁰Zoigen Suspension von kolloidalem Graphit in Terpentinersatz zu 35 Gewichtsteilen einer 4°/₀igen Lösung von Polyisobuten in Toluol gegeben.

Die Mischung wurde sorgfältig 1 Stunde lang gerührt und durch eine 100-Mikron-Einlochspinndüse in ein Koagulierungsbad. das eine Mischung aus gleichen Gewichtsteilen von Dimethylformamid und Aceton enthielt, bei einer Temperatur von 25° C ge spönnen. Nach einem Durchgang von 1,22 m durch das Bad wurde die auf diese Weise gebildete Faser kontinuierlich auf eine Spule aufgewickelt, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 15,2m'Min. lief.

Beispiel 8

Ls wurden 14,5 (iewichl>teile einer 40* ,igen wäßrigen Emulsion eines Vinylidenchlorid-Acrvlm'r·¹-MischpoKmercn. enthaltend gleiche Gewichtsteile Vinylidenchlorid und Acrylnitril, mit 14 Gcwk!,u- teilen der im Beispiel 1 verwendeten wäßrigen Suspension von kolloidalem Graphit gemacht; die Mischung wurde zu 14 Gewichtsteilen einer 5° „igen wäßrigen Lösung von Natriumalginat gegeben. Die anfallende Mischung wurde 1 Stunde larg gerührt und wurde durch eine 150-Mikron-Spinndüseinein Acetotibad bei 25 C gesponnen. Die anfallende Faser wurde 0,914 m durch Aceton geführt und auf eine Spule aufgewunden, die mit einer t'mfangsgeschwindigkeit von 18,3 m/Min, lief. Die Faser enthielt 35 Gewichtsptozent Graphit.

Fine Probe der wie vorstehend angegeben hergeslell'en Spinnfaser wurde auf eine ebene Glasplatte gebracht, und es wurde ein kleiner zylindrischer Stahlstab wiederholt von Hand in Richtung der Faseilänge gerollt.

Eine Röntgenstrahlenfotografie der Faser, die vor dem Rollen mit der Faser in einer senkrechten Anordnung aufgenommen wurde, ist in F i g. 1 wiedergegeben. F i g. 2 gibt eine Röntgenstrahlenfotografie der Faser wieder, die nach dem Rollen aufgenommen

ίο wurde und anzeigt, daß die Graphitteilchen längs der Faserachse orientiert worden waren.

Eine weitere Probe der wie vorstehend angegeben hergestellten Spinnfaser wurde durch einen Dampfbehälter geleitet und mit Streckverhältnissen von bis Z.U 3,1 gestreckt. Die Wirkung des Streckverhältnisses auf den Anfangsmodul ist in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

Streckverhältnis

1,0
1.4
2.0
3.1

Anfangsmodul I0^ekg/cnv'

0,070
0,077
0,082
0,102

Zum Vergleich wurde ein Spinnfaser gemäß der vorstehend angegebenen Arbeitsweise mit der Ausnahme hergestellt, daß der Graphit aus der Mischung weggelassen wurde. Die Faser wurde mit Streckverhäitnissen hm zu 4,0 gestreckt, und die Wirkung auf den Anfangsmodul ist in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

Streckverhältnis	Anfangsmodul 10· kg/cm!
1,0	0,042
2,0	0,059
2.7	0,060
3.0	0,068
4.0	0,077

Beispiel9

Die Arbeitsweise von Beispiel 8 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß 8,8 Gewichtsteile der wäßrigen Suspension von kolloidalem Graphit verwendet wurden. Die anfallende Faser enthielt 25 Gewichtsprozent Graphit und wurde gemU der Arbeitsweise von Beispiel 8 mit Streckverhältnissen von bis zu 2,5 gestreckt. Die Wirkung auf den Anfangsmodul dct Faser ist in der nachstehenden Tabelle gezeigt

Streckverhältnis

1,0
2,0

2,1
2,5

Anfangsmodul 10* kg cm*

0,068
0,074
0.080
0.092

*5 Zum Vergleich wurde eine Spinnfaser »cinäß dei vorstehend angegebenen Arbeitsweise mit der Au* nähme hergestellt, daß di·· wäßrige Suspension vor kolloidalem Graphit durch 8.8 Gewichtsteile einei

2o^a/_oigen wäßrigen Suspension von TiO₁ (Anatas) ersetzt wurde. Die anfallende Faser mit einem Gehalt von 25 Gewichtsprozent TiO₄ wurde gemäß der vorstehend angegebenen Arbeitsweise mit Streckverhältnissen bis zu 4,0 gestreckt. Die Wirkung auf den Anfangsmodul der Fasern ist in der nachstehenden Tabelle gezeigt.

12

Streckverhältnis

1.0
1,9
2,4
4,0

Anfangsmodul 10« kg/cm*

0,046 0.066 0,070 0,077

Hierzu 1 Blatt Zeichnungeü

Claims (2)

der Nachteil auftritt, daß die Fasern während dieser Patentansprüche: Behandlung beträchtlich schrumpfen, wenn sie nicht unter Spannune gehalten werden. Anschließend

1. Faser oder Faden, dadurch ge kenn- können die Fasern im aligemeinen nicht in einer zeichnet, daß sie ein Grundmaterial aus 5 Stufe ohne Zersetzung graphitiert werden. Es wurde mindestens einem faserbildenden Polymeren mit - gefunden, daß es im allgemeinen erforderlich ist. sie darin dispergiertem feinzerteiltem Graphit ent- zuerst durch Aussetzen an mittlere Temperaturen, halten, wobei der Graphit 1(1 bis SO Gewichts- z. B. SOO bis 1200"C, zu carbonisieren.

Prozent der Faser oder des Fadens bildet. Ferner sind Fasern in Form von Ruß oder HoIz-

2. Faser oder Faden nach Anspruch 1. dadurch m kohle bekannt. Beispielsweise ist die Verwendung von gekennzeichnet, daß sie einen feinzerteilten Graphit Ruß als Pigment in Viskosefasern in der britischen enthalten, der eine Teilchengröße von nicht mehr Patentschrift ÜS9 795 beschrieben. In der USA.- ::ls 1 Mikron aufweist. " Patentschrift 2 925 S79 ist die Verwendung von akti-