DD215591A1 - PROCESS FOR PREPARING POLYACRYLNITRILE FILAMENTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitril-Filamenten, die als Ausgangsstoffe fuer voroxydierte und waermestabilisierte Acrylfasern oder Kohlenstoffasern verwendet werden. Ziel u. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, nach dem sich hochfeste Filamente aus konventionellen Acrylnitrilpolymerisaten auf energieguenstige Weise ohne grossen zusaetzlichen apparativen Aufwand herstellen lassen. Durch gleichzeitiges Trocknen, Nachrecken und Stabilisieren in einer Prozessstufe wird diese Aufgabe geloest. Die erhaltenen Filamente sind als Ausgangsmaterialien fuer voroxydierte Acrylfasern oder Kohlenstoffasern geeignet.The invention relates to a process for the production of polyacrylonitrile filaments, which are used as starting materials for voroxidized and thermostabilized acrylic fibers or carbon fibers. Target u. The object of the invention is to develop a method by which high-strength filaments of conventional acrylonitrile polymers can be produced in an energy-efficient manner without much additional expenditure on apparatus. By simultaneous drying, post-stretching and stabilization in a process step, this task is solved. The resulting filaments are suitable as starting materials for pre-oxidized acrylic fibers or carbon fibers.
Description
Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitril-FilamentenProcess for the preparation of polyacrylonitrile filaments
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Polyacrylnitril-Filamenten, die sich durch hohe Festigkeiten auszeichnen und als Ausgangsstoffe für viännestabilisierte Acrylfasern und/oder Kohlenstoffasern verwendet werden. . ' .. . The invention relates to a process for the production of polyacrylonitrile filaments, which are distinguished by high strengths and are used as starting materials for vinyl-stabilized acrylic fibers and / or carbon fibers. , '...
Es ist bekannt, aus Polymeren des Acrylnitrils durch Trocken- oder ITaSverspinnung Filamente herzustellen, die als Ausgangsstoffe für wärmestabilisierte Acrylfasern oder Kohlenstoffasern verwendet werden. Die mechanischen Eigenschaften dieser Fasern, wie z.B. die Festigkeit und der Elastizitätsmodul hängen u.a. vom Orientierungsgrad der diese Fasern aufbauenden Strukturelemente ab, wobei eine Korrelation zu dem Orientierungsgrad, den die Strukturelemente in den Polyacrylnitril-Ausgangsfilamenten aufweisen, besteht. \It is known to produce from acrylonitrile polymers by dry or ITa spinning filaments used as starting materials for thermally stabilized acrylic fibers or carbon fibers. The mechanical properties of these fibers, e.g. the strength and modulus of elasticity depend i.a. from the degree of orientation of the structural elements constituting these fibers, with a correlation to the degree of orientation that the structural elements have in the starting polyacrylonitrile filaments. \
Der Orientierungsgrad dieser Filamente wiederum ist hauptsächlich eine Funktion des Reckfäktors, so daß letzlich die Höhe der Filamentreckung das ITiveau der mechanischen Eigenschaften der Kohlenstoffasern bestimmt. : Die Reckbarkeit der Polyacrylnitril-Filamente ist von mehreren Faktoren abhängig, z.3. von der Zusammensetzung des Polymeren, der Qualität der Lösung, dem Spinnverzug, dem Polymerisationsgrad (DD-PS 100 980, DD-PS 135 509,· DD-PS 151 079) sowie von der Recktemperatur und demThe degree of orientation of these filaments, in turn, is primarily a function of the stretching tuft, so that ultimately the height of the filament stretch determines the IT level of the mechanical properties of the carbon fibers. : The stretchability of the polyacrylonitrile filaments depends on several factors, z.3. from the composition of the polymer, the quality of the solution, the spinning delay, the degree of polymerization (DD-PS 100 980, DD-PS 135 509, DD-PS 151 079) and of the stretching temperature and the
Reckmedium an sich..Stretching medium in itself ..
Die DE-OS 2 1p6 884 beschreibt ein Verfahren, bei dem die naßgereckten Fäden unter Zulassung von freiem Schrumpf in erhitztem Gas getrocknet und anschließend einer Trockenheißreckung um 40 % unterzogen werden. Die dabei erreichten Einzelfadenfestigkeiten von maximal 42 cU/tex sind für die Herstellung hochwertiger Kohlenstoffasern ungeeignet. Prinzipiell ähnliche Yerfahrensschritte werden auch in DE-PS 2 836 075, US-FS 3 135 812, ÜS-PS 3 097 053 vorge- , schlagen. ·./ '.DE-OS 2 1p6 884 describes a process in which the wet-drawn threads are dried under the admission of free shrinkage in heated gas and then subjected to a dry heat drawn by 40 % . The monofilament strength of 42 cU / tex achieved in this case is unsuitable for the production of high-quality carbon fibers. In principle similar Yerfahrensschritte are also in DE-PS 2,836,075, US-PS 3,135,812, ÜS-PS 3 097 053 vorge- beat. ·. / '.
In der 1DE-OS 3 027 844 werden hochfeste und hochmodulige Fäden beansprucht, die nach der technologischen Reihenfolge ITaßrecken, Hei3viialzentrocknung und Kontaktnachreckung .um mindestens 15 % bei einem Gesamtreckverhältnis von über 900 % hergestellt werden. 1 in the DE-OS 3,027,844 high strength and high modulus filaments are claimed which ITaßrecken after the technological sequence, and Hei3viialzentrocknung Kontaktnachreckung .to be prepared at least 15%, at a total stretch ratio of more than 900%.
Dagegen werden in DE-OS 2 851 273 die Fäden nach der 2Iaßreckung in einer Dampfzone bei Temperaturen vsn 110 bis 140 G unter Einwirkung von Sattdampf und Druck nachgereckt und anschließend getrocknet. Sine Dampfnachreckung vor dem 'Trocknen beschreibt auch die DD-PS 151 079.In contrast, in DE-OS 2,851,273 the threads are stretched after 2Iaßreckung in a vapor zone at temperatures vsn 110 to 140 G under the action of saturated steam and pressure and then dried. Sine steam stretching before 'drying also describes the DD-PS 151 079.
In der EP-PS 61 117 vje^den die ersponnenen Fäden vor oder, nach dem Waschen haßgereckt, unter Spannung getrocknet, bei 140-2000O trockenhitzenachgereckt und schließlich bei 180-25O0G unter Spannung trockenhitzefixiert. Hierbei werden spezielle, für die konventionelle Fasererspinnung nicht übliche·'Acrylnitrilpolymerisat« verwendet. Weitere Varianten der Kombinationen llachrecken/Trocknen bzia. Trocknen/l-Tachrecken sind in JP-PS 7 222 664, 7 245 618, 7 328 986 und 7 447 622 beschrieben.In EP-PS 61 117, the spun threads before or, after the washing haßgereckt, dried under tension, dry-heated at 140-200 0 O and finally dry-heat-set at 180-25O 0 G under tension. Here, special, not conventional for conventional fiber spinning '' acrylonitrile "is used. Other variants of the combinations llachrecken / drying bzia. Dry / I taching are described in JP-PS 7 222 664, 7 245 618, 7 328 986 and 7 447 622.
Die verschiedenen Varianten des Heißluft- oder Dampfnachreckens vor oder'nach'der Trocknung zur. Herstellung: von Filamenten mit hohen Festigkeiten haben den !'lachteil, daß energieauf-siendige Prozeß stufen und ein zusätzlicher hoherThe different variants of the hot air or Dampfnachreckens before oder'nach'der drying to. Production of filaments with high strengths have the disadvantage that energy-consuming process stages and an additional high
apparativer Aufwand notwendig sind, um die erforderlichen Reckgrade und Festigkeiten4zu erhalten. Die angewandten Verfahrensachritte können außerdem dazu führen, daß an den Filamentoberflächen Mikrodefekte.entstehen, die Fadenbrüche und Flüsigkeit bei der späteren Verarbeitung zur Folge haben. 'Apparative effort is necessary to obtain the required degree of stretching and strength 4 . The process steps used can also lead to microdefects on the filament surfaces which result in yarn breaks and liquid during later processing. '
Ziel der Erfindung , Aim of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, rolyacrylnitril-Filamente mit verbesserten Festigkeiten auf energiebebewußte und ökonomisch vorteilhafte Weise aus konventionellen Polymerisaten herzustellenThe object of the invention is to produce rolyacrylonitrile filaments with improved strengths in an energy-conscious and economically advantageous manner from conventional polymers
Das Verfahren soll technisch einfach sein. The process should be technically simple.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Möglichkeiten aufzuzeigen, aus Acrylnitrilpolymerisaten mit geringstmöglichen Prozeßstufen Filamente mit hohen Festigkeiten_ herzustellen. . ·The invention is based on the object of demonstrating possibilities of producing filaments with high strengths from acrylonitrile polymers having the lowest possible process stages. , ·
Die Filamente sollen im Kabel keine Elementarfadenbrüche aufweisen und zur weiteren.Verarbeitung au thermostabilisierten Acrylfasern oder zu'Kohlenstoffasern geeignet sein. . .The filaments should have no filament breaks in the cable and be suitable for further processing on thermostabilized acrylic fibers or carbon fibers. , ,
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß naßersponnene rolyacrylnitril-Filamente naßgereckt, gewaschen und. gegebenfalls nochmals naßgereckt werden und anschließend während 20 bis 300 s bei Temperaturen von 130 bis 280 C in erhitztem Gas oder auf rotierenden Formkörpern gleichzeitig getrocknet und um 25- bis 55 % nachgereckt und stabilisiert werden.According to the invention this is achieved in that wet-spun rolyacrylonitrile filaments wet-set, washed and. optionally again wet-set and subsequently dried for 20 to 300 s at temperatures of 130 to 280 C in heated gas or on rotating moldings simultaneously and be readjusted and stabilized by 25 to 55 % .
Die Gesamtreckung der Filamente mit Endelenientarfadenfeinheiten von 0,5 bis 5 dtex beträgt 1000 bis 1600 % . The total elongation of the filaments with final fiber finenesses of 0.5 to 5 dtex is 1000 to 1600 %.
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Das gleichzeitige Trocknen, Nachrecken und Stabilisieren kann dabei als letzte Verfahrensstufe bei der Herstellung von hochfesten Polyacrylnitril-Filamenten für technische Einsat ζ z\i ecke1, ^ie Verstärkungsmaterialien oder nähfaden .zur Anwendung kommen. ,The simultaneous drying, post-stretching and stabilization can be used as the last process step in the production of high-strength polyacrylonitrile filaments for technical inserts 1 , ie reinforcing materials or sewing threads. .
Für die Weiterverarbeitung zu voroxydierten bz?j. thermostabilisierten Acryl- oder Kohlenstoffasem kann das gleichzeitige Trocknen, Hachrecken und Stabilisieren vorteilhafterweise in die erste Voroxydationsstufe integriert werden, so da3 das konventionelle Hachrecken und Trocknen der Ausgangsmaterialien gänzlich entfällt. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, mit vermindertem Energie- und apparativem Aufwand, .Filamente mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften herzustellen. Die apparativen Ausrüstungen entsprechen denen, die zur Erspinnung herkömmlicher Fasern für'textile Einsatzgebiete üblich sind. . ' ,For further processing to preoxygenated bz? J. thermally stabilized acrylic or carbonase, the simultaneous drying, quenching and stabilizing can be advantageously integrated into the first pre-oxidation stage so that conventional quenching and drying of the starting materials is completely eliminated. The process according to the invention makes it possible, with reduced expenditure on energy and equipment, to produce filaments with excellent mechanical properties. The equipment is similar to those used to make conventional fibers for textile use. , ',
Die erhaltenen Fäden können in bekannter Weise aufgespult, zu Stapelfasern geschnitten oder z.B. als Verstärkungsmaterial lcarz geschnitten oder aber auch direkt weiteren 'Vorosiydationsprozessen zugeführt werden. . -The resulting yarns can be wound in a known manner, cut into staple fibers or e.g. as a reinforcing material lcarz cut or else be supplied directly to further 'Vorosiydationsprozessen. , -
Ausführungsbeispiel . ?, Embodiment . ?,
Eine 23,2 iSige'Lösung eines Acrylnitrilpolymeren, bestehend aus 93,4 Masse-% Acrylnitril, 5,3 ϊ-iasse-^ Acryl säur eme thy 1-'ester und 1,3 Lüasse-% xTatriumallylsulfonat, in Dimethylformamid wurde durch eine 3000 Lochdüse in ein öe 50 LIasse-% Dimethylformamid und Wasser enthaltendes Koagulationsbad ^ zu einem Filamentverband versponnen und in einem Reckbad gleicher Konzentration bei 1000C um 900 % gereckt.A 23.2% solution of an acrylonitrile polymer consisting of 93.4% by weight of acrylonitrile, 5.3 % of oleic acid of 1'-ester and 1.3% of laxate of toluenesulfonate in dimethylformamide was replaced by a 3000 hole nozzle 50 LIasse-% dimethylformamide and water containing coagulation bath ^ stretched in a ö e to a Filamentverband spun and the same in a concentration Reckbad at 100 0 C to 900%.
-p--p
Nach Auswaschen des Lösungsmittels wurden die Filamente in einem Mehm»alzenv?erk bei Walzenoberflächentemperaturen von 1950C getrocknet, gleichzeitig in z"v?ei Stufen- . um 36 % nachgereckt und stabilisiert. Die insgesamt um 1224 % gereckten Filamente wurden im Anschluß an die Trocknungsreckung in bekannter Weise aufgespult.After washing out the solvent, the filaments were in a Mehm "alzenv? Erk dried at roll surface temperature of 195 0 C, at the same time afterstretched in z" v? Ei staged. 36% and stabilized. The drawn a total of 1224% filaments were at the terminal the drying stretch wound in a known manner.
Die Filamente sind durch folgende mechanische Eigenschaften charakterisiert:The filaments are characterized by the following mechanical properties:
Elementarfadenfeinheit: 0,202 tes:Filament fineness: 0.202 tes:
Reißfestigkeit: , . 68,8 clT/tex Heißdehnung: 10,6 % Tear resistance:,. 68.8 clT / tex hot stretch: 10.6 %
Knotenfestigkeit: 11,2 cll/texKnot strength: 11.2 cll / tex
Schiingenfestigkeit: 6,8 clJ/texSchingen strength: 6.8 clJ / tex
Anfangsmodul: 2025· cll/texInitial module: 2025 · cll / tex
Die Lösung-eines Acrylnitrilcopolymeren entsprechend Beispiel 1 wurde durch eine 3000 Lochdüse in ein je 50 Masse-% Dimethylformamid und Wasser enthaltendes Koagulationsbad su einem Filamentverband versponnen und anschließend in einem Reckbad bei 1000C um 900 % gereckt. Hach Auswaschen des Lösungsmittels \iurde das feuchte Kabel in einen Vorosydation3ofen eingeführt, in der ersten Temperaturzone bei 2450C in Luft in einer Stufe um 1,3 nachgereckt, gleichzeitig getrocknet und stabilisiert. Das Kabel wurde noch 35 min auf einer Temperatur von 2450C gehalten und anschließend bei 27O0C im Luftstrom unter einer aolchen Spannung, die sowohl eine weitere Dehnung als auch eine Schrumpfung verhindert, über einen Zeitraum von 120 min 5ie it erbehandelt.The solution-of an acrylonitrile copolymer in Example 1 was passed through a 3,000 hole die in a 50% by weight of dimethylformamide and water containing coagulation bath su stretched a Filamentverband spun and then in a Reckbad at 100 0 C to 900%. Hach leaching of the solvent \ iurde the wet cable in a Vorosydation3ofen introduced afterstretched in the first temperature zone, at 245 0 C in air in a step 1.3, is simultaneously dried and stabilized. The cable was held for a further 35 minutes at a temperature of 245 0 C and then treated at 27O 0 C in the air stream under aaochhen tension, which prevents both further elongation and a shrinkage, over a period of 120 min itie it.
Die erhaltenen thermostabilisierten Fäden sind -flexibel, brennen bei Berührung mit einer Flamine nicht und sind durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:The resulting thermally stabilized filaments are flexible, do not burn on contact with flames and are characterized by the following properties:
Elementarfadenfeinheit: Reißfestigkeits He ißdehnung: Anfang srnodul: Feuchteaufnahme:Filament Thickness: Tear Resistance Height Expansion: Initial Modulus: Moisture Absorption:
ΙΟΙ-Wert: Dichte: .ΙΟΙ value: Density:.
0,135 tex 22 cH/tex 11,5 % cH/tez 12,5 % (bei 81 % rel.0.135 tex 22 cH / tex 11.5 % cH / tez 12.5% (at 81 % rel.
Luftfeuchte) 58 1,41 g/cm3 Humidity) 58 1.41 g / cm 3
Claims (3)
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Family Applications (1)
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DD25104583A DD215591A1 (en) | 1983-05-19 | 1983-05-19 | PROCESS FOR PREPARING POLYACRYLNITRILE FILAMENTS |
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1983
- 1983-05-19 DD DD25104583A patent/DD215591A1/en unknown
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