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DE2231731A1 - METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING CARBON FIBERS - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING CARBON FIBERS

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Publication number
DE2231731A1
DE2231731A1 DE19722231731 DE2231731A DE2231731A1 DE 2231731 A1 DE2231731 A1 DE 2231731A1 DE 19722231731 DE19722231731 DE 19722231731 DE 2231731 A DE2231731 A DE 2231731A DE 2231731 A1 DE2231731 A1 DE 2231731A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
chamber
oxidation
sliver
fibers
furnace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19722231731
Other languages
German (de)
Inventor
James M Fowler
Arthur F Hobbs
Andrew C Yates
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Quimco GmbH
Original Assignee
Quimco GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Quimco GmbH filed Critical Quimco GmbH
Publication of DE2231731A1 publication Critical patent/DE2231731A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/02Ohmic resistance heating
    • F27D11/04Ohmic resistance heating with direct passage of current through the material being heated
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/20Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products
    • D01F9/21Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F9/22Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments from polyaddition, polycondensation or polymerisation products from macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyacrylonitriles
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
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    • D01F9/14Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
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Description

PatentanwaltPatent attorney

Dr. J. Steffens 28·Dr. J. Steffens 28

8032 Lochham/Ii/Ichn., Mozarttfr. M Quira-28032 Lochham / Ii / Ichn., Mozarttfr. M Quira-2

Tel. (0811) 872551Tel. (0811) 872551

Quimco GmbH, Hegibachstraße 74, GH-8O32 Zürich, SchweizQuimco GmbH, Hegibachstrasse 74, GH-8O32 Zurich, Switzerland

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung vonMethod and device for the production of

Kohlefasern..Carbon fiber ..

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Kohlefasern, insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur teilweisen Oxydation und anschließenden Carbonisierung eines endlosen Bandes oder Bündels von Fasern, deren Molekülketten überwiegend Kohlenstoffatome enthalten.The invention relates to the production of carbon fibers, in particular an apparatus and a method for partial oxidation and subsequent carbonization an endless ribbon or bundle of fibers, the molecular chains of which contain predominantly carbon atoms.

Es sind Verfahren bekannt, bei denen eine beträchtliche Anzahl von kohlenstoffhaltigen Vorprodukten, insbesondere hochorientierte synthetische Polymere, z.B. Polyacrylnitril, zur Herstellung von Kohlefasern eingesetzt werden können. Diese Verfahren bestehen insbesondere aus zwei Stufen, nämlich (a) der Oxydation unter kontrollierten Bedingungen, im allgemeinen mit Luft, bei relativ niedriger Temperatur (beispieLsweise 22O0C), wobei eine exotherme Reaktion erfolgt, deren Chemismus noch nicht vollständig aufgeklärt ist, und (b) der Carbonisierung bei hoher Temperatur (gewöhnlichProcesses are known in which a considerable number of carbon-containing precursors, in particular highly oriented synthetic polymers, for example polyacrylonitrile, can be used for the production of carbon fibers. These methods in particular consist of two stages, namely (a) the oxidation under controlled conditions, generally with air, at a relatively low temperature (for example 22O 0 C), an exothermic reaction occurs whose chemical composition has not been fully elucidated, and ( b) carbonization at high temperature (usually

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bei I5OO O oder sogar darüber) in einer inerten Atmosphäre, wobei eine endotherme Reaktion stattfindet, durch welche das in der Stufe (a) gebildete Zwischenprodukt zu Graphit umgewandelt wird.at 150 O or even above) in an inert atmosphere, whereby an endothermic reaction takes place through which the intermediate product formed in step (a) is converted to graphite.

Derartige dem Stand der Technik angehörende Verfahren lassen sich relativ leicht im Laboratoriumsmaßstab oder halbtechnischen Maßstab durchführen, wobei geeignete Abwandlungen von herkömmlichen Textilverarbeitungsvorrichtungen und -verfahren für die vor der Verkohlung erfolgenden Stufen angewendet werden und wobei die Verkohlung selbst dann diskontinuierlich durchgeführt wird. Es hat sich jedoch als äußerst schwierig erwiesen, diese Vorrichtungen bzw. Arbeitsweise auf ein großtechnisches Verfahren zu übertragen, insbesondere auf ein vollkontinuierliches Verfahren zur Herstellung von •endlosen Kohlefasern. Diese Schwierigkeiten sind hauptsächlich auf die eingangs erwähnte Verfahrensstufe (a) zurückzuführen, da eine gleichmäßige und genau geregelte Einwirkung durch ein oxydierendes Gas auf eine sehr große Oberfläche des Vorprodukts, welches in Form von Strängen, G-ewirken, Vliesen u.a. vorliegen kann, notwendig ist. Außerdem besteht die Gefahr, daß durch eine wechselseitige Oberflächenabdeckung der Fasern durch nahe benachbarte Fasern, eine ungleichmäßige Reaktion stattfindet. Ferner kann man die giftigen Gase innerhalb der Vorrichtung beim kontinuierlichen Durchgang eines Faserbandes oder mehrerer Faserbänder nicht zurückhalten und es nicht verhindern, daß eine schwerwiegende Beeinträchtigung der Temperaturregelung infolge des exothermen Ablaufs der Reaktion erfolgt. Auch resultieren Schwierigkeiten daraus, daß in der Stufe (b) der Hochtemperaturreaktor, durch welchen sich eine große Fasermenge frei und kontinuierlich be-Such prior art methods can be relatively easily performed on a laboratory scale or perform semi-industrial scale, with suitable modifications of conventional textile processing devices and methods are used for the pre-charring stages and wherein charring even then is carried out discontinuously. However, it has proven extremely difficult to transfer these devices or mode of operation to a large-scale process, in particular to a fully continuous process for the production of • endless carbon fibers. These difficulties are major can be attributed to process step (a) mentioned at the beginning, since it is a uniform and precisely regulated one Action by an oxidizing gas on a very large surface of the preliminary product, which is in the form of strands, knitted fabrics, fleeces, etc., is necessary. There is also the risk that by a mutual surface covering of the fibers by closely neighboring fibers, a non-uniform one Reaction takes place. Furthermore, the poisonous gases inside the device can be seen in continuous passage of a sliver or slivers of fiber does not hold back and it does not prevent a serious one The temperature control is impaired as a result of the exothermic course of the reaction. Difficulties also result from the fact that in step (b) the high-temperature reactor, through which a large amount of fiber is freely and continuously

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wegen muß, gegen Sauerstoffeintritt abgeschirmt sein muß und Unterschiede bezüglich der optimalen Geschwindigkeiten in den einzelnen Verfahrensstufen bestehen, so daß für einen Ausgleich bewirkende Speichervorrichtungen innerhalb des Verfahrensganges gesorgt werden muß.must be shielded against the ingress of oxygen must and differences in optimal speeds exist in the individual procedural stages, so that storage devices that effect compensation must be provided within the course of the procedure.

Gemäß der britischen Patentschrift 1 168 619 hat man zwar bereits Antriebs- und Spannungsvorrichtungen (beispielsweise Trommel- oder Rollensätze) innerhalb des Oxydationsofens vorgesehen, in welchen die erwähnte Stufe (a) des Verfahrens durchgeführt wird, aber der- · art angeordnete Antriebs- und Spannungsvorrichtungen nehmen einen unangemessen hohen Volumenanteil des Ofens ein und bewirken somit, daß dieser Vorrichtungstyp für den großtechnischen Maßstab im Hinblick auf seine Abmessungen und die damit verbundenen Kosten ungeeignet ist. Auch die in dieser britischen Patentschrift 1 168 619 gegen den Eintritt von reaktiven Gasen, insbesondere Sauerstoff, in den öarbonisierungsofen beschriebenen Quecksilberdichtungsvorrichtungen sind sehr nachteilig, da sie extrem teuer sind und eine hohe toxische Gefährdung mit sich bringen. Sie sind aus diesen Gründen für den großtechnischen Maßstab gänzlich ungeeignet.According to the British Patent Specification 1,168,619 there is provided indeed already drive and tension devices (e.g., drum or roller sets) within the Oxydationsofens in which the above-mentioned step (a) of the process is carried out, but DER · art arranged drive and tensioning devices occupy an inappropriately high proportion of the volume of the furnace and thus make this type of device unsuitable for the industrial scale in terms of its dimensions and the costs involved. The mercury sealing devices described in this British patent specification 1,168,619 against the entry of reactive gases, in particular oxygen, into the carbonization furnace are also very disadvantageous because they are extremely expensive and pose a high toxic risk. For these reasons, they are completely unsuitable for the industrial scale.

Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung für die kontinuierliche Herstellung von Kohlefasern aus faserigen Vorprodukten, deren Molekülketten überwiegend Kohlenstoff atome enthalten, zur Verfügung gestellt, die sich dadurch auszeichnet, daß (1) die Antriebs- und Spannungsvorriehtungen für die Fasern gänzlich außerhalb der Oxydations- und der Carbonisierungsö'fen angeordnet sind, und (2) die Dichtungsvorrichtungen solche sind, wie sie in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung (entsprechend der briti-According to the invention an apparatus for the continuous production of carbon fibers from fibrous Intermediate products, the molecular chains of which are predominantly carbon Atoms contain, made available, which is characterized in that (1) the drive and voltage devices for the fibers arranged entirely outside the oxidation and carbonization ovens are, and (2) the sealing devices are such as those in the simultaneously filed German Patent application (according to the British

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_ 4 sehen Patentanmeldung 30 254/71) beschrieben sind._ 4 see patent application 30 254/71) are described.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bedient man sich eines länglichen Oxydationsofens und eines länglichen Carbonisierungsofens sowie einer Vorrichtung zum Durchführen eines endlosen Bandes bzw, von endlosen Bändern, die aus Pasern mit einem überwiegenden Gehalt an Kohlenstoffatomen im Molekül bestehen, durch den Oxydationsofen und den Oarbonisierungsofen. Die flachen faserbänder, welche etwa 2 mm dick sein können, werden beispielsweise hergestellt, indem man in horizontaler Ebene nebeneinander Endloslängen von Pasern aus Garn-Packungen durch ein in der Textilbranche übliches Aufsteckgatter führt. Ein Beispiel dafür sind 24 handelsübliche Textilgarne, die jeweils 520 000 Einzelfäden enthalten und die zu einer End-Bandbreite von etwa 1,8 m verarbeitet werden, wodurch eine leichte Kontrolle und Handhabung ermöglicht wird. Von dem Aufsteckgatter wird das Band kontinuierlich durch eine mit geregelter Geschwindigkeit betriebene Mehrfachwalzeneinrichtung hindurch- und in den Oxydationsofen eingeführt. Ein entsprechender Satz von mit geregelter Geschwindigkeit betriebenen Rollen ist am Auslaß aus dem Oxydationsofen vorgesehen, so daß dem Faserband, wenn es aus dem Ofen heraustritt, eine eingestellte Spannung oder Entspannung auferlegt werden kann. Der Ofen ist an jedem Ende mit einer Dichtungsvorrichtung der beschriebenen Art versehen, welche einen Schlitz oder eine schmale rechteckige Öffnung aufweist, durch die einerseits ein Faserband in den Ofen gelangen kann, die jedoch andererseits das Ein- und Auslaßende des Ofens im wesentlichen abdichtet. Ein Gebläse und ein Leitungssystem oder entsprechende Einrichtungen sind dafür vorgesehen, einen Strom einesUsed to carry out the method according to the invention an elongated oxidation furnace and an elongated carbonization furnace and a device for leading through an endless belt or endless belts consisting of lines with a predominant The content of carbon atoms in the molecule is made through the oxidation furnace and the carbonization furnace. The flat fiber ribbons, which can be about 2 mm thick, are produced, for example, by one next to each other in a horizontal plane endless lengths of fibers from yarn packs through one in the textile industry usual slip-on gate leads. An example of this are 24 commercially available textile yarns, each 520 000 single threads contained and leading to an end bandwidth 1.8 m can be processed, which enables easy control and handling. The belt is continuously driven from the slip-on creel by a controlled speed Multiple roller device through and inserted into the oxidation furnace. A corresponding set of regulated with Speed driven rollers are provided at the outlet from the oxidation furnace so that A set tension or relaxation will be applied to the sliver as it exits the oven can. The furnace is provided at each end with a sealing device of the type described, which has a slot or a narrow rectangular opening through which, on the one hand, a sliver into the Oven can get, which, however, on the other hand, essentially seals the inlet and outlet ends of the oven. A blower and a pipe system or equivalent devices are provided for a stream of a

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oxydierenden. Gases in den Oxyd at ions of en einzubringen und das G-as durch das Faserband zirkulieren zu lassen, während dieses den Ofen durchläuft.oxidizing. To introduce gas in the Oxyd at ions furnace and circulating the gas through the sliver as it passes through the oven.

Das die Kammer de3 Oxydationsofens (nachstehend als 11 Oxydati onskammer" bezeichnet) Umschließende Gehäuse kann aus einem oder mehreren Heilen bestehen; im letzteren !'alle sind die verschiedenen Teile so zusammengebaut, daß eine Kammer von jeder beliebigen gewünschten Länge durch Wahl der richtigen Anzahl von Teilen gebildet wird. Längs des für das Faserband bestimmten Weges durch den Oxydationsofen können Stäbe zum Führen des Bandes vorgesehen sein. In der Oxydationskammer können sich UmIenkeinrichtungen befinden, um den Gasstrom durch das Band zu lenken.The casing enclosing the chamber of the oxidation furnace (hereinafter referred to as the oxidation chamber "11 ") may consist of one or more parts; in the latter, the various parts are all assembled to form a chamber of any desired length by choosing the correct number of Along the path through the oxidation furnace intended for the fiber band, rods for guiding the band can be provided.

Die bandförmige Fasermatte besteht am zweckmäßigsten aus orientierten Fasern.Most expediently, the ribbon-shaped fiber mat consists of oriented fibers.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Oxydationskammer in einen die Faser-Trägereinrichtungen enthaltenden oberen Raum und einen Gas-Heizeinrichtungen enthaltenden unteren Raum unterteilt. Es ist eine Einrichtung vorhanden, die es ermöglicht, daß das oxydierende Gas die Oxydationskammer durch eine Einlaßstelle am oder nahe dem Ende des Ofens betritt, dann entlang dem unteren Teil der Oxydationskammer strömt, wo es durch eine Gas-Heizeinrichtung erhitzt wird und anschließend in den oberen Teil der Oxydationskammer einströmt und entlang dieser zurückkehrt, wobei es durch die Fasern hindurchströmt. Ein Großteil des Gases wird am zweckmäßigsten zurückgeführt. Frisches oxydierendes Gas wird durch die Einlaßstelle eingeführt, damit eine oxydierende Atmosphäre in derAccording to one embodiment of the invention, the Oxidation chamber in one of the fiber support devices containing upper space and a lower space containing gas heating devices. It Means are provided to allow the oxidizing gas to pass through the oxidizing chamber enters an inlet point at or near the end of the furnace, then flows along the lower part of the oxidation chamber where it is heated by gas heating means and then flows into the upper part of the oxidation chamber and returns along this, where it flows through the fibers. Most of the gas is most conveniently recycled. Fresh oxidizing gas is introduced through the inlet point to keep an oxidizing atmosphere in the

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Kammer aufrechterhalten wird.Chamber is maintained.

Die Umlenkeinrichtungen sind deshalb vorgesehen, um das Gas mehrmals bei jedem- vollständigen Kreislauf durch das Faserband zu lenken, so daß alle Pasern im Faserband im wesentlichen gleichmäßig oxydiert werden.The deflection devices are therefore provided to to direct the gas several times with each complete cycle through the sliver, so that all the fibers in the Sliver are oxidized substantially uniformly.

Gemäß einer abgewandelten erfindungsgemäßen Ausführungsform verläuft eine Vielzahl von parallelen Kanälen in der Längsrichtung durch die Oxydationskammer, wobei durch jeden Kanal ein getrenntes Faserbündel geführt werden kann. Jeder dieser Kanäle weist an der Unterseite Löcher auf, durch die das Oxydationsgas hindurchgeleitet wird.According to a modified embodiment of the invention runs a plurality of parallel channels in the longitudinal direction through the oxidation chamber, wherein a separate fiber bundle can be passed through each channel. Each of these channels points at the bottom Holes through which the oxidizing gas is passed.

Zur Erzeugung des Gasstroms dient vorzugsweise ein oder mehrere Gebläse. Das Gas kann durch einen Wärme- ■ austauscher oder eine elektrische Heizeinrichtung erhitzt werden. In der Nähe "der schlitzförmigen Öffnungen sind in Reihe geschaltete Dichtungsvorrichtungen gemäß dem in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung (entsprechend der britischenOne or more fans are preferably used to generate the gas flow. The gas can through a heat ■ exchanger or an electrical heater. Near "the slit-shaped openings are sealing devices connected in series according to the German patent application filed at the same time (according to the British

Patentanmeldung 30 254/71) beschriebenen Typ , vorgesehen, welche einerseits das Hindurchlaufen des Faserbandes oder der Faserbänder und der gegebenenfalls darin enthaltenen Knoten oder Verstärkungen gestatten, andererseits jedoch den Gasdurchtritt verhindern. In den Zwischenräumen zwischen den Dichtungsvorrichtungen kann zur Unterstützung ihrer Arbeitsweise ein höherer Gasdruck als Atmosphärendruck aufrechterhalten werden.Patent application 30 254/71) described type, provided which, on the one hand, the passage of the sliver or the slivers and any knots or reinforcements they may contain, on the other hand, however, prevent the passage of gas. In the spaces between the sealing devices a higher gas pressure than atmospheric pressure can be maintained to support their operation.

Die im Faserband erzeugten Knoten oder Verstärkungen sind in der Längsrichtung im Abstand voneinander angeordnet, so daß die in Reihe geschalteten Dichtungsvorrichtungen nicht gleichzeitig infolge des Hindurchlaufens der Knoten aufgedrückt werden.The knots or reinforcements produced in the sliver are arranged in the longitudinal direction at a distance from each other, so that the sealing devices connected in series are not simultaneously due to the passage the knot will be pushed open.

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Der erfindungsgemäß für die Herstellung der Kohlefasern verwendete Carbonisierungsofen weist eine läng-Iiehe Ofenkammer (nachstehend als "Garbonisierungskammer" bezeichnet) mit geringem Querschnitt und einer Öffnung an jedem Ende auf. Durch diese Bauweise v/erden die für die notwendigen Hochtemperatur-Heizelemente notwendigen flachen, die Carbonisierungskammer umgebenden Zonen geschaffen. Es sind Einrichtungen zur Erzeugung eines Temperaturgradienten längs der Kammer vorgesehen. Ferner sind Rollen vorgesehen, die die endlosen Faserbänder durch die Carbonisierungslmmmer in Richtung der ansteigenden Temperatur hindurchführen. .The carbonization furnace used according to the invention for the production of the carbon fibers has a longitudinal Iiehe Oven Chamber (hereinafter referred to as "Garbonization Chamber" with a small cross-section and an opening at each end. With this construction, the for the necessary high-temperature heating elements necessary flat zones surrounding the carbonization chamber are created. Means are provided for creating a temperature gradient along the chamber. Further Rollers are provided that move the endless slivers through the carbonization sliver in the direction of the rising Pass temperature through. .

Ferner ist eine Einrichtung zum fragen des Faserbandes bei dessen Durchgang durch die Carbonisierungskammer sowie eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer nicht-oxydierenden Atmosphäre innerhalb dieser Kammer vorgesehen.There is also a device to ask about the sliver when it passes through the carbonization chamber and means for maintaining a non-oxidizing atmosphere within this chamber intended.

Außerdem ist vorzugsweise eine Einrichtung für die Gaszufuhr in die Carbonisierungskammer sowie eine Einrichtung für die Gasabfuhr aus der Carbonisierungskammer vorhanden. Außerdem sind die Öffnungen an den Enden der Carbonisierungskammer vorzugsweise mit in Reihe geschalteten Dichtungsvorrichtungen ausgestattet, welche zwar den Durchgang des Faserbandes gestatten, jedoch verhindern, daß ein wesentlicher Gasverlust aus der Carbonisierungskammer erfolgt.In addition, a device for the gas supply into the carbonization chamber and a device are preferred available for the gas discharge from the carbonization chamber. In addition, the openings are on the Ends of the carbonization chamber preferably with in Series-connected sealing devices, which allow the passage of the sliver, but prevent a substantial loss of gas from the carbonization chamber takes place.

Die Einrichtung zum Hindurchziehen der Faserbänder durch die Vorrichtung umfaßt am zweckmäßigsten Antriebswalzen, deren Geschwindigkeit geregelt wird und die sich außerhalb deo Oxydations- und des Garbonisierungsof ens bef iru.· Die Antriebswalz en v/erden dabei auf solchen Geschwindigkeiten angetrieben, daß dem Faserband die jeweils ge-The device for pulling the slivers through the device most expediently comprises drive rollers, the speed of which is regulated and which is located outside the deo oxidation and boning oven. The drive rollers are driven at such speeds that the sliver

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wünschte Spannimg auferlegt werden kann.desired Spannimg can be imposed.

Die Einrichtung zur Erzeugung eines Temperaturgradienten in der Oarbonisierungskamiüer besteht vorzugsweise aus längs dieser Kammer im Abstand angeordneten Heizelementen,The device for generating a temperature gradient in the Oarbonisierungskamiüer preferably consists of along this chamber spaced heating elements,

Eine bevorzugte Ausführungsform eines Carbonisierungsofens v/eist einen in horizontaler Richtung langgestreckten rechteckigen Querschnitt auf. Die Einrichtung zum Tragen der "Fasern umfaßt mehrere horizontale Führungsstangen, die vorzugsweise aus Graphit bestehen und senkrecht auf die Längsachse des Carbonisierungsof ens angeordnet sind.A preferred embodiment of a carbonizing furnace v / eist a rectangular cross-section elongated in the horizontal direction. The establishment to carry the "fibers comprises a plurality of horizontal guide rods, which are preferably made of graphite and perpendicular to the longitudinal axis of the carbonization furnace ens are arranged.

Die Dichtungsvorrichtungen an jedem Ende des Carbonisierungsofens stellen in Reihe geschaltete pneumatische Vorrichtungen dar, wie sie in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeläung ...... (entsprechend der britischen Patentanmeläung 30 254/71) beschrieben sind, wobei der Zwischenraum zwischen den in Reihe geschalteten Verschlüssen mit einem Inertgas, z.B. Stickstoff, "bei einem höheren Druck als Atmosphärendruck und einem höheren Druck als im Carbonisierungsofen gespült'wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Garbonisierungsofens ist das Oberteil abnelimbar.The sealing devices at each end of the carbonization furnace represent series-connected pneumatic devices as they are in the concurrently filed German patent application ...... (corresponding to British patent application 30 254/71) are described, the space between the series-connected closures with an inert gas, e.g. nitrogen, "at a pressure higher than atmospheric pressure and a higher pressure than in the carbonization oven. In a preferred embodiment of the garbonizing oven is the upper part removable.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Oxydationsofen und einen Garbonisierungsofen der vorgenannten Art in Kombination mit einer Auffangeinrichtung zum Sammeln der aus dem 'Carbonisierungsofen austretenden Kohlefasern.The invention relates to an oxidation furnace and a garboning furnace of the aforementioned type in combination with a collecting device for collecting the carbon fibers emerging from the carbonization furnace.

Zwischen dem Oxydationsofen und dem Carbonisierungsofen befindet sich eine Speichervorrichtung, die es währendBetween the oxidation furnace and the carbonization furnace there is a storage device that holds it during

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begrenzter Zeiten ermöglicht, das oxydierte Faserband aufzunehmen, um einen Ausgleich bei unterschiedlichen Verfahrensgeschwindigkeiten in den beiden Öfen zu ermöglichen, ohne dai3 es notwendig ist, das Faserband durchschneiden und wieder zusammenfügen zu müssen.limited times enables the oxidized sliver in order to enable compensation for different processing speeds in the two ovens, without having to cut the sliver and put it back together again.

Die Speichervorrichtung kann aus einem unter dem Oxydationsofen montierten Wagen b:;w. Karren· bestehen, der in der einen Richtung zur Speicherung der Fasern und in der entgegengesetzten Richtung zur Abgabe der gespeicherten Fasern bewegt werden kann.The storage device can consist of a carriage mounted under the oxidation furnace b:; w. Carts exist that in one direction to store the fibers and in the opposite direction to release the stored ones Fibers can be moved.

Alle Elemente der Vorrichtung sind so konstruiert, daß sie sich an grob geknüpften Knoten in den Faserbändern anpassen können und sich für einen kontinuierlichen ununterbrochenen Betrieb eignen.All elements of the device are designed to be tied at roughly knotted knots in the slivers of fiber can adapt and are suitable for continuous uninterrupted operation.

Der Oxydationsofen und der Carbonisierungsofen können mit Einrichtungen (beispielsweise Waschtürmen) zur Reinigung des aus den beiden Öfen abgezogenen G-ases oder mit Einrichtungen zum Verbrennen des Gases ausgestattet oder kombiniert sein.The oxidation furnace and the carbonization furnace can with facilities (e.g. washing towers) for cleaning the gas drawn off from the two ovens or be equipped or combined with devices for burning the gas.

In der Zeichnung bedeuten:In the drawing:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 shows a schematic representation of an embodiment of the device according to the invention;

Fig. 2 einen fragmentarischen Längsschnitt einer Ausführungsform eines Oxydationsofens, der einen Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellt;Fig. 2 is a fragmentary longitudinal section of an embodiment of an oxidizing furnace having a Represents part of the device according to the invention;

Fig. 3 einen fragmentarischen schematischen Querschnitt durch den in Fig. 2 gezeigten Ofen;Figure 3 is a fragmentary schematic cross-section through the furnace shown in Figure 2;

Fig. 4 eine schematische Endansicht der Ausführungsform von Fig. 3; Figure 4 is a schematic end view of the embodiment of Figure 3;

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- ίο -- ίο -

Pig. 5 einen fragmentarischen Längsschnitt einer Auaführungsforra durch den erfindungsgemäßen Carbonisierungsofen; Pig. Fig. 5 is a fragmentary longitudinal section of a guide shape by the carbonization furnace according to the invention;

Fig. 6 eine graphische Darstellung des Temperaturgradienten in der Carboniaierungskami/ier des in Fig. 5 gezeigten Ofenc;6 shows a graph of the temperature gradient in the carbonation chamber of in Fig. 5 ovenc shown;

Fig. 7 eine graphische Darstellung deo Temperaturgradient en im Kühlteil des Carbonisierungsofens;7 is a graph of the temperature gradient en in the cooling section of the carbonization furnace;

Fig. 8 eine Seitenansicht der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform; undFigure 8 is a side view of the embodiment shown in Figure 5; and

Fig. 9 eine Draufsicht auf die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform. FIG. 9 is a plan view of the embodiment shown in FIG. 8.

Fig. 1 zeigt einen Oxydationsofen, der eine längliche Oxydationskammer 40 mit rechteckigem Querschnitt aufweist. Die Oxydationskammer 40 ist in Fig. 2 schematisch im Längsschnitt dargestellt. Die andere Ofenhälfte stellt im wesentlichen ein Spiegelbild der gezeigten Hälfte dar. Die Oxydationskammer ist durch eine Trennwand 43 in einen oberen Kammerraum 41 und einen unteren Kammerraum 42 unterteilt. Die Trennv/and 43 ist am Mittelpunkt ihrer L'dnge unterbrochen, um einen Zwischenraum oder eine Lücke 44 auszusparen, durch welche Gas vom unteren Kammerraum 42 in den oberen Kammerraum 41 strömen kann.Fig. 1 shows an oxidation furnace which has an elongate oxidation chamber 40 with a rectangular cross-section. The oxidation chamber 40 is shown schematically in longitudinal section in FIG. The other half of the furnace is essentially a mirror image of the half shown. The oxidation chamber is divided by a partition wall 43 into an upper chamber space 41 and a lower chamber space 42. The partition 43 is interrupted at the midpoint of its length in order to leave out a gap or gap 44 through which gas can flow from the lower chamber space 42 into the upper chamber space 41.

Zwei Dichtungjvorrichtungen 100 (siehe Fig. 1) befinden sich vor dem Einlaß zur Oxydationskammer 40. Ein zwischen den Dichtungsvorrichtungen und der Oxydationskammer befindliches schlitzartiges Durchgangsstück 45 (siehe Fig.2) besitzt eine so ausreichende Länge, daß die Dichtungs-Two sealing devices 100 (see Fig. 1) are located before the inlet to the oxidation chamber 40. An between the sealing devices and the oxidation chamber slot-like passage piece 45 (see Fig. 2) has such a sufficient length that the sealing

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vorrichtungen in gewissem Abstand vor dem Ofen angeordnet sind, wodurch bewirkt wird, daß die Hitze im Ofen die Dichtungsvorrichtung 100 nicht beschädigt. Ein zusammenhängendes Faserband 46 (Pig. 2) oder mehrere solche Bänder können durch den oberen Kammerraum 41 des Ofens laufen.devices arranged at a certain distance in front of the furnace thereby preventing the heat in the oven from damaging the sealing device 100. A continuous fiber band 46 (Pig. 2) or several such bands can pass through the upper chamber space 41 of the furnace are running.

Ein Rohr 47 (Mg. 4) am Ende des Oxydationsofens bildet einen Einlaß für ein oxydierendes Gas in den unteren Kammerraum 42, so daß das oxydierende Gas längs dieses Raumes strömen kann, bis es das Mittelstück des Ofens erreicht« Dort strömt das oxydierende Gas durch die in der Trennwand 43 befindliche Lücke 44 in den oberen Kammerraum 41 des Ofens. Das oxydierende Gas wird durch elektrische Heizelemente (Heizbänder) 48 (Pig* 2) erhitzt, welche im unteren Kammerraum 42 des Ofens angeordnet sind und sich über die Breite des Ofens erstrecken. A tube 47 (Mg. 4) at the end of the oxidizing furnace provides an inlet for an oxidizing gas into the lower one Chamber space 42, so that the oxidizing gas along this Room can flow until it reaches the middle of the furnace «There the oxidizing gas flows through the In the partition 43 located gap 44 in the upper chamber space 41 of the furnace. The oxidizing gas is through electric heating elements (heating bands) 48 (Pig * 2) heated, which are arranged in the lower chamber space 42 of the furnace and extend across the width of the oven.

Das oxydierende Gas wird durch Ventilatoren 49 (Pig* 2) längs des oberen Kammerraums 41 des Ofens zu den Enden des Ofens zurückgesaugt und verläßt den Ofen an jedem Ende über Leitungen 50. Die Ventilatoren 49 erzeugen einen unteratmosphärischen Druck und vermindern somit wesentlich die Gefahr, daß das Gas aus den Enden des Ofens durch die Dichtungsvorrichtungen austritt.The oxidizing gas is released by fans 49 (Pig * 2) along the upper chamber space 41 of the furnace to the ends of the oven is sucked back and leaves the oven at each End via lines 50. The fans 49 generate a sub-atmospheric pressure and thus reduce it there is a substantial risk that the gas will escape from the ends of the Oven through the sealing devices.

Die Ventilatoren bewirken eine Rückführung des oxydierenden Gases durch die Rohre 47. Sämtliche während des Verfahrens entstandenen flüssigen oder festen Stoffe werden in den Kühlfallen 51 (Pig. 4) aufgefangen. Die verunreinigte Luft wird durch die Rohre 52 (Pig. 4) abgezogen. Die verschmutzte Luft und die Verunreinigungen werden in eine Verbrennungseinrichtung übergeführt.The fans cause a return of the oxidizing gas through the pipes 47. All during Liquid or solid substances resulting from the process are caught in the cold traps 51 (Pig. 4). The polluted air is withdrawn through tubes 52 (Pig. 4). The polluted air and the impurities are transferred to an incinerator.

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Frischluft kann über zusätzliche Rohre 52 a (Fig. 2) sowie -infolge eines Hindurchdringens durch die Dichtungsvorrichtung zugeführt werden.Fresh air can via additional tubes 52 a (Fig. 2) as well - as a result of penetration through the sealing device are fed.

Der Oxydationsofen ist aus vorfabrizierten zusammengeschraubten Teilstücken aufgebaut, so daß man die Länge des Ofens nach Wahl einstellen kann. Das Dach des Ofens kann in üeilstücken abnehmbar sein, um ein anfängliches Einziehen des Faserbandes oder der Faserbänder zu ermöglichen« Der Oxydationsofen ist hitzeisoliert. The oxidation furnace is made of prefabricated screwed together Sections built so that you can adjust the length of the oven to your choice. The roof of the furnace can be detachable in parts in order to allow the sliver or slivers to be drawn in initially to enable «The oxidation oven is heat insulated.

Der Oxydationsofen ist ferner mit einer Vielzahl von Führungsstaben 53 aus poliertem korrosionsbeständigem Stahl ausgestattet, die auf V-förmigen Klammern 54 montiert sind, um das Faserband zu tragen, welches abwechselnd unter und über den Stäben 53 geführt wird. An jeder Seite jedes Führungsstabes 53 sind zwei Umlenkeinrichtungen 55 aus poliertem korrosionsbeständigem Stahl montiert, deren Konstruktion das Vorbeilaufen von Knoten im Faserband oder in den Faserbändern erlaubt, jedoch das Vorbeiströmen von oxydierendem Gas längs der Oxydationskammer - ausgenommen durch die Fasern hindurch - verhindert. Alternierende Führungsstäbe 53 sind am Dach des Ofens bzw. an der Trennwand angebracht, ebenso wie alternierende Paare von Umlenkeinrichtungen 55·The oxidation furnace is also available with a variety of Guide rods 53 made of polished corrosion-resistant Steel, which are mounted on V-shaped brackets 54 to support the sliver, which is alternately guided under and over the bars 53. On each side of each guide rod 53 are two deflection devices 55 assembled from polished corrosion-resistant steel, the construction of which is passing by of knots in the sliver or slivers allowed, but the passage of oxidizing gas along the oxidation chamber - except through the fibers - prevented. Alternating management staff 53 are attached to the roof of the furnace or to the partition wall, as are alternating pairs of deflectors 55 ·

Die Umlenkeinrichtungen 55 erstrecken sich über die volle Breite des Oxydationsofens. Der Strom des oxydierenden Gases verläuft im wesentlichen in der schematisch durch die Pfeile in Flg. 2 angezeigten V/eise. Somit wird das oxydierende Gas veranlaßt, mehrmals mit langsamer Geschwindigkeit durch das Faserband oder die Faserbänder während ihres Durchlaufens durch den Ofen zu strömen.The deflectors 55 extend over the full width of the oxidation furnace. The stream of the oxidizing Gas runs essentially in the schematic by the arrows in Flg. 2 displayed V / eise. So that becomes oxidizing gas causes it to pass several times at slow speed through the sliver or slivers to flow through the furnace as it passes.

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Dieses System ist derart ausgebildet, daß einerseits die Strömungsgeschwindigkeit des oxydierenden Gases durch das Faserband oder die Faserbänder dazu ausreicht, die durch die exotherme Reaktion'-gebildete Hitze zu verteilen und andererseits genug oxydierendes Gas zur Oxydation der innersten Fasern des Bandes zur Verfugung steht. Das System vermeidet daher, daß das oxydierende Gas mit hoher Geschwindigkeit durch die Fasern strömt, wodurch hohe Druckabfälle erzeugt und der Einsatz einer außerordentlich hohen Yentilatorleistung erforderlich werden wurden. Gleichzeitig gewährleistet das System eine hohe Strömungsgeschwindigkeit des oxydierenden Gases in der Längsrichtung, welche zur Erzeugung einheitlicher Temperaturen über die Ofenlänge hinweg sowie für eine leichte Temperaturkontrolle notwendig ist.This system is designed in such a way that, on the one hand, the flow rate of the oxidizing gas through the sliver or slivers is sufficient to increase the heat generated by the exothermic reaction and on the other hand enough oxidizing gas to oxidize the innermost fibers of the tape stands. The system therefore prevents the oxidizing gas from flowing through the fibers at high speed, which creates high pressure drops and requires the use of an extremely high fan output will be. At the same time, the system ensures a high flow rate of the oxidizing Gas in the longitudinal direction, which is used to produce uniform temperatures across the length of the furnace as well is necessary for easy temperature control.

Die Gasströmungsgeschwindigkeit längs des Oxydationsofens kann im Bereich von 7,5 bis 12,5 m/sek liegen, während die Geschwindigkeit durch das Band oder die Bänder 0,15 bis 0,6 m/sek betragen kann. Die Gasgeschwindigkeit durch das Band oder die Bänder ist geringer als die entsprechende Geschwindigkeit längs des Ofens, da die Strömung durch das Band oder die Bänder bei jedem Hindurchgang über im wesentlichen die gesamte Fläche des zwischen zwei Führungstäben liegenden Bandes erfolgt.The gas flow velocity along the oxidation furnace can be in the range from 7.5 to 12.5 m / sec, while the speed through the belt or belts can be 0.15 to 0.6 m / sec. The gas velocity through the belt or belts is less than the corresponding speed along the Oven, since the flow through the belt or belts with each passage over substantially the entire Surface of the tape lying between two guide rods takes place.

Die glatte Ausbildung der Führungsstäbe 53 und der Umlenkeinrichtungen 55 trägt dazu bei, ein Brechen'der einzelnen Fäden im Faserband oder in den Faserbändern während des Durchgangs durch den Oxydationsofen zu verhindern".The smooth design of the guide rods 53 and the deflection devices 55 contributes to breaking the individual threads in the sliver or slivers during the passage through the oxidation furnace impede".

Der Oxydationsofen ist an seinem Hittelpunkt befestigt und auf Trägereinrichtungen montiert, welche eine Äus-The oxidation furnace is attached to its center and mounted on support devices that have an exterior

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dehnung und Zusammenziehung in der Längsrichtung ge- . statten. Durch dieses Montagesystem, wird die Verwendiin'g von Ausdehnungs-Bindegliedern im Ofengehäuse vermieden und die Ausbildung eines glatten Ofen-Innenprofils ermöglicht .elongation and contraction in the longitudinal direction. equip. With this mounting system, the use Avoided expansion links in the furnace housing and enables the formation of a smooth inner oven profile.

Eine Ausführungsform eines Carbonisierungsofens ist in Pig. 5 dargestellt. Ein Gehäuse umschließt eine längliche rechteckige Garbonisierungslcammer 56, die in einen oberen Kammerraum 57"und einen unteren Kammerraum 58 unterteilt ist. Jedes Ende der Garbonisierungskammer 56 weist eine längliche schlitzartige Öffnung auf, damit die Faserbänder 59 durch den oberen Kammerraum 57 hindurchlaufen können. In Reihe geschaltete doppelte Dichtungsvorrichtungen 60 und 61, die nachstehend näher beschrieben werden, sind an jedem Ende des Carbonisierungsofens angebracht. Zwischen den Dichtungsvorrichtungen am Auslaßende und dem rechteckigen Teil des Ofens befindet sich ein kegelförmiger Kühlabschnitt 69.One embodiment of a carbonization furnace is shown in FIG Pig. 5 shown. A housing encloses an elongated rectangular garbonization chamber 56 which is shown in FIG an upper chamber space 57 "and a lower chamber space 58 is divided. Each end of the garbonization chamber 56 has an elongated slot-like opening so that the slivers 59 can pass through the upper chamber space 57. Connected in series double sealing devices 60 and 61, hereinafter are attached to each end of the carbonization furnace. Between Sealing devices at the outlet end and the rectangular part of the furnace is a cone-shaped one Cooling section 69.

Elektrische Heizelemente 62 aus G-raphitgarn sind in einer inerten Atmosphäre in "dem unteren Kammerraum 58 des Carbonisierungsofens angeordnet, um den in Pig. 6 gezeigten'Temperaturgradienten zu erzeugen. In dieser Pigur ist auf der Abszisse der Prozentanteil.der Länge des rechteckigen Teils des Carbonisierungsofens und auf der Ordinate die Temperatur (in C) des Carbonisierungsofens aufgetragen.Electric heating elements 62 made of graphite yarn are shown in FIG an inert atmosphere in "the lower chamber space 58 of the carbonizing furnace in order to avoid the in Pig. 6 to generate temperature gradients shown. In this Pigur is the percentage of length on the abscissa of the rectangular part of the carbonization furnace and on the ordinate the temperature (in C) of the carbonization furnace applied.

Der Kühlabschnitt 69 dient zur Kühlung der Pasern auf eine Temperatur unterhalb 100°0, wobei die Wärme an die Atmosphäre-abgegeben v/ird. Der Temperaturgradient innerhalb des Kühlabschnitts 69 ist in Pig. 7 darge-The cooling section 69 serves to cool the fibers a temperature below 100 ° 0, the heat being given off to the atmosphere. The temperature gradient inside the cooling section 69 is in Pig. 7 shown

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stellt, wobei auf der Abszisse die Länge (in mm) und auf der Ordinate die Temperatur (in 0G) aufgetragen ist.represents the length (in mm) on the abscissa and the temperature (in 0 G) on the ordinate.

Im Carboiiisierungsof en wird eine Stickst off atmosphäre aufrechterhalten, wobei.das Gas durch die Rohre 63 (Fig. 9) am Einlaß- und Auslaßende in den Ofen einströmt und aus dem Ofen durch das in seiner Mitte befindliche Rohr 67 zμsamπlen mit den Produkten der Garbonisierungsreaktion, wie Cyanwasserstoff, abzieht. Die Gase werden durch eine Kühlfalle geleitet.und anschließend einer Wäsche unterworfen oder verbrannt..A nitrogen atmosphere is created in the carbonization furnace maintained with the gas flowing into the furnace through tubes 63 (Fig. 9) at the inlet and outlet ends and from the furnace through the tube 67 located in its center zμsamπlen with the products of Carbonization reaction, such as hydrogen cyanide, withdraws. The gases are passed through a cold trap. And then washed or burned ..

Der Zwischenraum 65 zwischen den in Reihe geschalteten Dichtungsvorrichtungen 60 und 61 wird mit Stickstoff bei einem höheren Druck als Atmosphäreridruck und als der Druck im Carbonisierungsofen gespült. Der Stickstoff wird in den Zwischenraum zwischen den Einlaß-Dichtungsvorrichtungen über das Rohr 64 eingespeist und über das Rohr 66 aus diesem Zwischenraum abgezogen (Pig. 9). Das aus dem Rohr 66 abziehende Gas wird entweder einer Wäsche unterworfen oder in der Verbrennungseinrichtung verbrannt. Der Zwischenraum zwischen den Auslaß-Dichtungsvorrichtungen ist lediglich mit einem Einlaßrohr 64 ausgestattet.The space 65 between the series-connected sealing devices 60 and 61 is filled with nitrogen at a pressure higher than atmospheric pressure and than flushed the pressure in the carbonization furnace. The nitrogen becomes in the space between the inlet sealing devices fed in via the pipe 64 and withdrawn from this space via the pipe 66 (Pig. 9). The gas withdrawn from the pipe 66 is either scrubbed or burned in the incinerator. The space between the Outlet sealing device is only equipped with an inlet pipe 64.

Die Dichtungsvorrichtungen 60 und 61 weisen jeweils zwei aneinander anstoßende aufblasbare Rippen bzw. Wülste 80 und 81 auf, die über die Einlasse 83 (Mg. 8) aufgeblasen werden. Diese Dichtungsvorrichtungen sind in der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung .'...... .{entsprechend der britischen Patentanmeldung 30 254/71) beschrieben.; Im Inneren des Carbonisierungsofens wird ein unteratmosphärischer Druck aufrechterhalten, um die Gefahr eines Gasaustritts ■ in die Atmosphäre zu verringern.The sealing devices 60 and 61 each have two abutting inflatable ribs or beads 80 and 81, which are inflated via inlets 83 (Mg. 8) will. These sealing devices are in the German patent application filed at the same time .'....... {corresponding to British patent application 30 254/71); Internally the carbonization furnace becomes a sub-atmospheric one Maintain pressure to reduce the risk of gas leakage ■ into the atmosphere.

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Graphitstangen 68 erstrecken sich quer in der oberen Hälfte des Carbonisierungsofens, um das durch diese Hälfte laufende Faserband zu tragen.Graphite rods 68 extend transversely in the upper Half of the carbonization furnace to get that through this Bear half running sliver.

Beim Betrieb der Vorrichtung werden die Fasern aus den Vorratsbehältern 11 (Fig. 1) mit Hilfe von Zuführwalzen 12 heraus- und mit Hilfe von Antriebswalzen 13 durch den Oxydationsofen 40 hindurchgezogen. Üie laufen dann durch eine Faser-Speichervorrichtung 105, die nachstehend geneaier beschrieben wird, und von dort über Zufuhrwalzen 13 und Antriebswalzen 25 durch den Carbonisierungsofen 56 zu den Aufwiekeleinrichtungen 26a.When operating the device, the fibers are from the Storage containers 11 (Fig. 1) with the aid of feed rollers 12 out and through with the help of drive rollers 13 the oxidation furnace 40 pulled through. Then you run through a fiber storage device 105, which follows geneaier is described, and from there over Feed rollers 13 and drive rollers 25 through the Carbonization furnace 56 to the whitening devices 26a.

Die Faser-Speichervorrichtung 105 weist eine Walze 90 auf, um welche die aus dem Oxydationsofen austretenden Fasern herumlaufen. Die V/alze 90 kann durch geeignete herkömmliche Antriebseinrichtungen (nicht gezeigt) unter dem Ofen nach rückwärts und vorwärts von ihrer in Fig. 1 gezeigten Stellung zu einer Stellung längs den gestrichelten Linien bewegt werden, um die Fasern unter dem Oxydationsofen zu speichern.The fiber storage device 105 has a roller 90 around which the exiting from the oxidation furnace Fibers running around. The roller 90 can be driven by suitable conventional drive means (not shown) under the furnace backwards and forwards from its position shown in Fig. 1 to a position longitudinally the dotted lines to store the fibers under the oxidizer.

Die Speichervorrichtung 105 ermöglicht es, daß die relativen Durchlaufgeschwindigkeiten durch den Oxydationsund Oarbonisierungsofen variiert v/erden. Während die V/alze 90 gemäß Fig. 1 nach links bewegt wird, ist die Durchlaufgeschwindigkeit durch den Carbonisierungsofen geringer als jene durch den Oxydationsofen. Während die Walze 90 dagegen gemäß Fig. nach rechts bewegt wird, werden die gespeicherten Fasern abgegeben und die Durchlaufgeschwindjgkeit durch den Carbonisierungsofen ist höher als jene durch den Oxydati ons ofen.The memory device 105 allows the relative flow rates through the oxidation and Carbonization furnace varies v / ground. While the roller 90 is moved to the left as shown in FIG. 1, the rate of passage through the Carbonization furnace lower than that by the oxidation furnace. While the roller 90, however, according to FIG. is moved to the right, the stored fibers are released and the throughput speed through the Carbonization furnace is higher than that by the Oxydati on the oven.

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Die Speichervorrichtung 105 wirkt somit als Zwischenspeicher für ein Faserband oder Faserbänder. Die Geschwindigkeit der Aufnahme und Abgabe der Pasern ist einstellbar.The storage device 105 thus acts as an intermediate store for a sliver or slivers. The speed the pick-up and release of the pastes is adjustable.

Die Verwendung des Oxydationsofens und des Carbon! sierungsofens zur Herstellung von Kohlefasern wird nun mit Bezug auf Mg. 1 beschrieben.The use of the oxidation oven and the carbon! heating furnace for making carbon fibers will now be described with reference to Mg.

Eine Anzahl νυύ Faser-Werggarnen, die mehrere Faserbänder bilden, von denen jedes vorzugsweise aus einer Vielzahl von Werggarnen, insbesondere aus Polyacrylnitril, besteht, werden aus den Vorratsbehältern 11 herausgezogen und über ein Aufsteckgatter 26 zu den Walzen 12 geführt. Die Werggarne werden den Walzen in Form eines flachen Faserbandes bzw. flacher Faserbänder zugeführt, welche aus den Seite an Seite angeordneten Werggarnen bestehen. Jedes Werggarn kann ein Bündel aus mehreren hunderttausend Polyacrylnitril-Endlosfäden darstellen.A number of νυύ fiber tows that contain several slivers form, each of which is preferably made from a large number of tow yarns, in particular from polyacrylonitrile, consists, are pulled out of the storage containers 11 and via a slip-on gate 26 to the Rollers 12 out. The tow yarns are fed to the rollers in the form of a flat sliver or flat sliver fed, which consist of the tow yarns arranged side by side. Every tow can represent a bundle of several hundred thousand polyacrylonitrile filaments.

Das flache Faserband oder die flachen Faserbänder werden mit Hilfe der Walzen 12, 13 und 25 durch den Oxydationsofen und den tfarbonisierungsofen hindurchbewegt, wobei die Geschwindigkeit der Walzen einstellbar ist, so daß das Faserband bzw. die Faserbänder beim Durchgang durch die Vorrichtung einer Spannung oder Entspannung unterworfen werden können.The flat sliver or slivers of fiber are with the help of the rollers 12, 13 and 25 by the The oxidation furnace and the coloring furnace moved through it, the speed of the rollers being adjustable so that the sliver or slivers may be subjected to tension or relaxation in passage through the device.

Das Faserband bzw. die Faserbänder werden in den Oxydationsofen eingeführt und beim Durchgang durch diesen Ofen von den Führungsstäben 53 und den Umlenkeinrichtungen 55 getragen.The sliver or slivers are introduced into the oxidation furnace and when passing through it Oven carried by the guide rods 53 and the deflectors 55.

Erhitztes oxydierendes Gas wird mehrmals mit Hilfe derHeated oxidizing gas is several times with the help of

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Ventilatoren und Umlenkeinrichtungen 55 durch das Faser band oder die Faserbänder bindurebbewegt, wodurch eine kontrollierte Oxydation der Fasern bewirkt wird. Die Temperatur des oxydierenden Gases beträgt vorzugsweise mehr als 2000O.Fans and deflectors 55 through the fiber ribbon or ribbons bindureb moves, whereby a controlled oxidation of the fibers is effected. The temperature of the oxidizing gas is preferably more than 200 0 O.

Die Geschwindigkeit j mit welcher das oxydierende Gas durch die Fasern hindurchbewegt wird, ist so bemessen, daß die Hitzeaufstauung in den Fasern auf Grund der exothermen Reaktion verhindert, die Regelung der Tempera tur innerhalb £ 20G in Bezug auf die gewählte Temperatur ermöglicht und die gleichmäßige Verteilung des oxydierenden Gases auf alle Fasern sichergestellt wird.The speed j with which the oxidizing gas is moved through the fibers is such that the heat build-up in the fibers due to the exothermic reaction is prevented, the temperature can be regulated within £ 2 0 G in relation to the selected temperature and the uniform distribution of the oxidizing gas on all fibers is ensured.

Ein Großteil des oxydierenden Gases wird nach seinem Hindurchströmen durch die Fasern zurückgeführt. Die Oxydationsreaktion ist exotherm, und die Temperaturregelung wird durch Heizelemente und kontrollierte Y/ärmeabgabe durch das Ofengehäuse aufrechterhalten.Much of the oxidizing gas is returned after it has passed through the fibers. the Oxidation reaction is exothermic, and temperature control is maintained by heating elements and controlled heat dissipation through the furnace housing.

Die während der Oxydationsreaktion entwickelten Gase werden in ein Gas-Y/aschsystem oder in eine Verbrennungseinrichtung in einem Seitenstrom des aus dem Oxyäationsofen abziehenden oxydierenden. Gases übergeführt. Das Abziehen des oxydierenden Gases wird so geregelt,- daß der benötigte Sauerstoffgehalt im zurückgeführten oxydierenden Gas aufrechterhalten wird. Nötigenfalls kann man Stickstoff in die Luft einmischen oder diese Luft im Falle einer "durchgehenden" Reaktion durch Stickstoff ersetzen, um die Oxydationsreaktion unter Kontrolle zu halten.The gases evolved during the oxidation reaction are in a gas / ash system or in an incinerator in a side stream of the oxyäationsofen peeling oxidizing. Gas transferred. The removal of the oxidizing gas is regulated so that the required oxygen content in the recycled oxidizing gas is maintained. If necessary you can mix nitrogen into the air or, in the case of a "continuous" reaction, this air through Replace nitrogen to suppress the oxidation reaction To keep control.

Die Fasern laufen mit einer so eingestellten Geschwindigkeit durch den Ofen, daß sie, wenn sie aus dem Ofen austreten, bis zum benötigten Grad oxydiert sind.The fibers run through the oven at a set speed so that when they leave the oven they will leak, are oxidized to the required degree.

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Die oxydierten 'Fasern werden, wie erwähnt, in den Carbonisierungsofen übergeführt, wo sie infolge des Durchlaufens des Temperaturgefälles τοη Raumtemperatur bis su einer Temperatur in der Größenordnung von 1500° C carbonisiert werden. Die Carbonisierung erfolgt zwecks Verhinderung einer Verbrennung in einem Inertgas. Das Inertgas, beispielsweise Stickstoff," wird kontinuierlich in den Carbonisierungsofen eingebi*acht und vom Mittelteil des Ofens zusammen mit den während der Carbonisierung gebildeten Gasen abgezogen. Die gebildeten Gase, welche Cyanwasserstoff und Ammoniak enthalten, werden zu Wascheinrichtungen oder Verbrennungseinrichtungen übergeführt.The oxidized 'fibers are, as mentioned, transferred to the carbonization furnace, where they as a result of Running through the temperature gradient τοη room temperature to su a temperature in the order of magnitude of 1500 ° C are carbonized. The carbonization takes place for the purpose of preventing combustion in an inert gas. The inert gas, for example nitrogen, " is fed continuously into the carbonization furnace and withdrawn from the central part of the furnace along with the gases formed during carbonization. The gases formed, which contain hydrogen cyanide and ammonia, are used as scrubbing devices or incinerators.

Die vom Ende der Carbonisierungskammer austretenden Kohlefasern werden in einer inerten Atmosphäre in einem Kühlabschnitt 69 auf eine Temperatur abgekühlt, bei v/elcher sie nicht oxydiert v/erden, wenn' sie in die Atmosphäre eintreten. Die Fasern laufen durch den Carbonisierungsofen mit einer derart eingestellten Geschwindigkeit, daß die von Kohlenstoff unterschiedlichen chemischen Elemente im wesentlichen entfernt werden.Those exiting from the end of the carbonization chamber Carbon fibers are cooled in an inert atmosphere in a cooling section 69 to a temperature in some cases they will not be oxidized when they enter the atmosphere. The fibers run through the carbonizing furnace at a speed set so that that different from carbon chemical elements are essentially removed.

Die Erfindung ist nicht auf die Merkmale der obigen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise müssen die angewendeten Temperaturen und die Zeiten nicht notv/enäig die erwähnten Werte aufweisen. Die End-Carbonioierungstoraperatur kann z.B. 1500 bis 3000 0 betragen.The invention is not limited to the features of the above embodiments. For example must the temperatures and times used do not necessarily have the values mentioned. The final carbonation door opening can be 1500 to 3000 0, for example.

Die oben beschriebene Vorrichtung kann auch zur Herstellung von Kohlefasern aus Pasern angewendet werden,The device described above can also be used for the production of carbon fibers from fibers,

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die nicht aus Polyacrylnitril bestehen. Es können beispielsweise beliebige Fasern des herkömmlich zur Kohlefasernhersteilung verwendeten Typs verarbeitet werden.which are not made of polyacrylonitrile. For example any fibers conventionally used for carbon fiber production used type are processed.

Die Faser-Antriebseinrichtungen 12 und 13 sowie insbesondere 25 (alle Fig. 1) brauchen nicht notwendig die gezeigte Form aufweisen und können als flache Treibriemen ausgebildet sein, welche sich mit derselben Geschwindigkeit wie die Faser bewegen und welche mit der Faser * durch Gewichte oder Walzen in Berührung gehalten werden; durch diese Anordnung wird die Fortbewegung des Faserbandes oder der Faserbänder bewirkt, ohne daß die Bänder einer Durchbiegung unterworfen werden.The fiber drive devices 12 and 13 as well as in particular 25 (all Fig. 1) need not necessarily have the shape shown and can be used as flat drive belts which move at the same speed as the fiber and which move with the fiber * kept in contact by weights or rollers; by this arrangement, the advancement of the sliver or the fiber ribbons are effected without the ribbons being subjected to a deflection.

Obwohl die Vorrichtung des obigen Beispiels zur Verarbeitung von Faser-Werggarnen, wie Faser-Werggarnen für die Stapelfaserherstellung, angewendet wird, betrifft die Erfindung im gleichen Maße eine Vorrichtung zur Verarbeitung eines Garns aus Endlosfäden und anderen Fasermaterialien. Zur.Verarbeitung eines solchen Garns kann man die Vorrichtung z.B. so konstruieren, daß sie mehrere hundert parallele Kettgarne in einer horizontalen Ebene aufnimmt.Although the apparatus of the above example for processing fiber tow, such as fiber tow for the staple fiber production is applied, the invention relates to the same extent an apparatus for processing a yarn made from continuous filaments and other fiber materials. In order to process such a yarn, for example, the device can be constructed so that there are several a hundred parallel warp yarns in a horizontal plane.

Alle Teile des Oxydationsofens, welche mit Cyanwasserstoff oder Ammoniak in Berührung kommen,-können mit Polytetrafluoräthylen ausgekleidet sein.All parts of the oxidation furnace which contain hydrogen cyanide or ammonia come into contact, -can be lined with polytetrafluoroethylene.

Die erfindungagemäße Vorrichtung stellt ein zweckmäßiges Mittel für die kontinuierliche Umwandlung von großen Mengen im Handel erhältlicher Fasern in Kohlefasern mit hoher Festigkeit zur Verfügung.The inventive device provides a convenient means for the continuous conversion of large Amounts of commercially available fibers are available in high strength carbon fibers.

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Claims (11)

PatentansprücheClaims 1. Vorrichtung zur Herstellung von Kohlefasern durch Oxydation und Carbonisierung von Fasern, deren Molekülketten überwiegend Kohlenstoffatome enthalten, bestehend aus1. Device for the production of carbon fibers by Oxidation and carbonization of fibers whose molecular chains mainly contain carbon atoms, consisting of a) einem Oxydationsofen, der ein eine längliche Oxydationskammer einschließendes erstes Gehäuse, Dichtungsvorrichtungen des in der Patentanmeldung (entsprechend der britischen Patentanmeldung 30 254/71) beschriebenen Typs am Einlaß- und Auslaßende der Oxydationskammer, die einerseits das Hindurchlaufen eines Faserbandes gestatten und andererseits die Enden der Oxydationskammer im wesentlichen abdichten, und e.ine Einrichtung zum Hindurchführen von erhitztem oxydierendem Gas durch das Faserband in der Oxydationskammer aufweist,a) an oxidation furnace which has a first housing enclosing an elongated oxidation chamber, Sealing devices of the type described in the patent application (corresponding to British Patent application 30 254/71) described type at the inlet and outlet ends of the oxidation chamber, the on the one hand allow the passage of a sliver and on the other hand the ends of the oxidation chamber substantially seal, and e.a means for passing heated oxidizing agent therethrough Has gas through the sliver in the oxidation chamber, b) einem mit dem Oxydationsofen nachgeschalteten Oarbonisierungsofen, der ein eine längliche Oarbonisierungskammer einschließendes zweites Gehäuse, Dichtungsvorrichtungen des in der Patentanmeldung (entsprechend der britischen Patentanmeldung 30 254/71) beschriebenen Type an jedem Ende des Gehäuses, die das Hindurchlaufen eines Faserbändes .gestatten und andererseits das Einlaß- und Auslaßende der Carboni3ierungskammer im wesentlichen abdichten, eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer inertenb) an oxygenation furnace connected downstream of the oxidation furnace, which is an elongated one Second housing enclosing carbonization chamber, sealing devices of the patent application (corresponding to British patent application 30 254/71) Type at each end of the case that the traverse a sliver .gestatten and on the other hand the inlet and outlet ends of the carbonation chamber substantially seal, a means of maintaining an inert 209883/1iU 9209883 / 1iU 9 Atmosphäre in der Carbonisierungskammer, eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer die Carbonisierung bewirkenden Temperatur in der Carbonisierungskammer und eine zwischen dem Ausläßende des zweiten Gehäuses und der Dichtungsvorrichtung befindliche Einrichtung zum Abkühlen des erhaltenen Bandes aus Kohlefasern bis auf eine keine Oxydation mehr bev/irkende Temperatur aufweist, sowieAtmosphere in the carbonization chamber, a device for maintaining a die Carbonization causing temperature in the carbonization chamber and one between the Cooling means located at the outlet end of the second housing and the sealing device of the strip of carbon fibers obtained except for a temperature which no longer causes oxidation has, as well as c) gänzlich außerhalb des Oxydationsofens und der Carbonisierungskammer angeordnete Einrichtungen, um die Faserbänder bei geregelten, vorgewählten Geschwindigkeiten und Spannungen in Längsrichtung durch die Dichtungsvorrichtungen, die Oxydationskammer und die Carbonisierungskammer zu bewegen.c) completely outside the oxidation furnace and the Carbonization chamber arranged devices to the slivers at regulated, preselected Velocities and tensions in the longitudinal direction through the sealing devices, the Oxidation chamber and the carbonization chamber to move. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsteckgatter zur Herstellung des Bandes oder der Bänder aus abgepackten V/erggarnen oder aus in Packungen aufgewickelten Fäden dient und eine Verzögerungskraft durch die Reibung erzeugt wird, welche durch das Herstellen der Bänder über konvexe, konkave und flache Ablenkungsstangen bewirkt wird, welche in einem Rahmen angeordnet sind, der sich vor der ersten mit geregelter Geschwindigkeit betriebenen Rollenanordnung befindet.2. Device according to claim 1, characterized in that that the slip-on creel for the production of the tape or tapes from packaged V / erggarnen or is made of threads wound in packs and creates a retarding force through friction which is effected by making the ribbons via convex, concave and flat deflector rods which are arranged in a frame that is in front of the first at a regulated speed operated roller assembly is located. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxydationsofen eine sich in der Längsrichtung erstreckende, die Oxydationskammer in einen oberen und einen unteren Kammerraum aufteilende3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the oxidation furnace is located in the Extending longitudinally, dividing the oxidation chamber into an upper and a lower chamber space 209883/itUn209883 / itUn ^Trennwand aufweist, die in zwei Längsstücke mit einem Zwischenraum zwischen diesen Stücken in der Uähe des Längsachsen-Mittelpunkts der Oxyda-' tionskammer für das Strömen eines Gases aus dem unteren Kammerraum in den oberen Kainmerraum unterteilt ist, daß die Dichtungsvorrichtung von der Oxydationskammer durch eine spaltartige Öffnung getrennt ist, welche ein durch sie hindurchlaufendes Faserband in den oberen Kammerraum einführt und daß eine Einrichtung an jedem Ende der Oxydationsakmmer zum Einführen von oxydierendem Gas in den unteren Kammorraum und eine Einrichtung zum Entfernen des Gases aus dem oberen Kammerraum vorgesehen sind, wobei das Gas eine Kühlfalle durchströmt, welche die Abtrennung von Verunreinigungen vom zurückgeführten Oxydationsgas gestattet, welches anschließend durch den unteren Kainmerraum, durch die Zwischenräume zwischen den Abschnitten der Trennwände und durch das Faserband hindurch sowie aus dem oberen Kammerraum herausströmt. ^ Has partition that is divided into two longitudinal pieces a space between these pieces near the center of the longitudinal axis of the oxyda- ' tion chamber divided for the flow of a gas from the lower chamber space in the upper Kainmerraum is that the sealing device is separated from the oxidation chamber by a gap-like opening which introduces a sliver running through it into the upper chamber space and that means at each end of the oxidizing chamber for introducing oxidizing gas into the lower chamber space and a device for removing the gas from the upper chamber space are provided, wherein the gas flows through a cold trap, which the separation of impurities allowed by the returned oxidizing gas, which then through the lower Kainmerraum, through the spaces between the sections of the partition walls and through the sliver flows through and out of the upper chamber space. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß Umlenkeinriclitungen im oberen Kammerraum das Gas vom Raum oberhalb des Faserbandes durch das Faserband hindurchlenken.4. Apparatus according to claim 1 to 3> characterized in that that Umlenkeinriclitungen in the upper chamber space the gas from the space above the sliver guide through the sliver. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsstäbe q.uer durch den Oxydationsofen verlaufen.5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that guide rods q.uer through the oxidation furnace get lost. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Beheizen der Carbp-6. Apparatus according to claim 1 to 5, characterized in that that facilities for heating the carbp 209883/1049209883/1049 .. nisierungskammer sowie Gtützeinrichtungen in Längsabständen über die gesarate Länge der Carbonisierungskammer vorgesehen sind... nization chamber as well as support devices at longitudinal intervals are provided over the entire length of the carbonization chamber. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, kombiniert mit einer Einrichtung zwischen dem Auslaßende der Oxydationskammer und dem JJinlaßende der Carbonisierungskammer sum Führen eines Faserbandes von einer Kammer in die andere, wobei die iJinrichtung mehrere im Abstand voneinander angeordnete Walzen, um die ein Faserband herumgeschlungen werden kann, sowie eine .Einrichtung zum Bewegen der mittleren von drei der V/alzen in Hin- und Herrichtung bezüglich der anderen beiden benachbarten Walzen und somit zum Erhöhen der Distanz, die vom Band zwischen den beiden äußeren Walzen durchlaufen werden muß, aufweist.7. Device according to claim 1 to 6, combined with a device between the outlet end of the Oxy dationskammer and the JJinlaßende said carbonization sum guiding a sliver from one chamber to the other, wherein the wound is a sliver, the iJinrichtung a plurality of spaced-apart rollers, can be, as well as a device for moving the middle of three of the V / alzen back and forth with respect to the other two adjacent rollers and thus to increase the distance that must be traversed by the belt between the two outer rollers. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bev/egliche Walze unter den drei V/alzen nach rückwärts und vorwärts unter der Oxydationskammer bewegt werden kann.8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the moving roller under the three V / alzen after can be moved backwards and forwards under the oxidation chamber. 9. Verfahren zur Herstellung von Kohlefasern, dadurch gekennzeichnet, daß man ein endloses Faserband, das vorwiegend aus Kohlenstoffatome enthaltenden Fasern besteht, längs eines im geschlossenen Raum verlaufenden Weges bewegt, ein oxydierendes Gas durch das Band strömen läßt, anschließend das Band durch eine inerte Atmosphäre bei einer Venperatur führt, bei v/elcher die Pasern carbonisiert werden, und die Fasern unter die Oxydationstemperatur abkühlt, bevor man sie einer oxydierenden Atmosphäre aussetzt.9. Process for the production of carbon fibers, thereby characterized in that one is an endless sliver consisting predominantly of fibers containing carbon atoms consists, moved along a path in the closed space, an oxidizing gas through the Lets tape flow, then leads the tape through an inert atmosphere at a Venperatur where the fibers are carbonized, and the fibers cools below the oxidation temperature before exposing it to an oxidizing atmosphere. 209883/ IfU fl209883 / IfU fl 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die fasern in der inerten Atmosphäre auf Temperaturen von etwa 1500 bis etwa 3000 0 erhitzt und sie Ms auf etwa 100° G oder darunter abkühlt, bevor man sie einer oxydierenden Atmosphäre aussetzt,10. The method according to claim 9, characterized in that that the fibers are heated to temperatures of about 1500 to about 3000 0 in the inert atmosphere and it cools Ms to about 100 ° G or below, before exposing them to an oxidizing atmosphere, 11. Vorfahren nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verkohlenden Fasern Polyacrylnitrilfasern sind.11. Ancestors according to claim 9 and 10, characterized in that that the fibers to be carbonized are polyacrylonitrile fibers are. 2 η ώ π κ rw 1 ru a2 η ώ π κ rw 1 ru a
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