DD279907A5 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von kohlenstoff-fasern - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Kohlenstoff-Fasern aus Kohlenteerpech, insbesondere Steinkohlenteerpech, wonach das Kohlenteerpech vor dem Verspinnen durch Filtration von unschmelzbaren Bestandteilen befreit wird, anschliessend das Pechfiltrat einer Destillation zum Entfernen fluechtiger Bestandteile unterzogen wird, dann die aus der gewonnenen Pechschmelze versponnenen Pechfasern bei vorgegebener Oxidationstemperatur oxidiert und bei vorgegebener Carbonisationstemperatur carbonisiert werden. Erfindungsgemaess wird das Pechfiltrat zur Erhoehung seines Erweichungspunktes ueber 260C in einem Duennschichtverdampfer destilliert. Dadurch entsteht ein reines und homogenes Hartpech ohne Rueckbildung von unschmelzbaren, chinolinunloeslichen Bestandteilen, so dass sich die schwierigste und kostenintensivste Verfahrensstufe im Zuge der Faserherstellung, naemlich die thermische Nachbehandlung der ersponnenen Pechfasern besonders schnell und einfach durchfuehren laesst. - Die thermische Nachbehandlung findet in einer zyklisch arbeitenden Behandlungsanlage statt. Fig. 1
Description
Die Erfindung betrifft ein Vorfahren zum Herstellen von Kohlenstoff-Fasern aus Kohlcnteerpech, insbesondere Steinkohlenteerpech, wonach das Kohlenteerpech vor dem Verspinnen durch Filtration von unschmelzbaren Bestandteilen befreit wird, anschließend das Pechfiltrat einer Destillation zum Entfernen flüchtiger Bestandteile unterzogen wird, dann die aus der gewonnenen Pechschmelze versponnenen Pechfasern bei vorgegebener Oxidationstemperatur oxidiert und oei vorgegebener Carbonisationstemperatur carboniert werden. - Die Erfindung umfaßt in gleicher Weise das Herstellen von Kohlenstoff-Fäden. Aus den hergestellten Kohlenstoff-Fasern oder -fäden lassen sich in bekannter Weise auch Graphitfasern oder -fäden herstellen.
Es ist ein Verfahren zur Herstellung von Kohlenstoff- oder Graphitfasern oder -fäden aus Kohlenteerpech bekannt, wonach man das Kohlenteerpech aus der Schmelze verspinnt und die erhaltenen Pechfasern einer Oxidation, dann einer Carbonisierung und ggf. Graphitierung unterwirft. Das Kohlenteerpech weist einen Erweichungspunkt von maximal 190°C (KS bzw. Krämer-Sarnow) auf und wird vor dem Verspinnen auf eine Temperatur bis 1000C über dem Erweichungspunkt erhitzt. Die erhaltene Pechschmelze wird bei dieser Temperatur durch Filtration unter einem erhöhten Druck im wesentlichen von den festen Bestandteilen befreit. Die festen bzw. unschmelzbaren Bestandteile sind mit chinolinunlöslichen Bestandteilen identisch. Zum Entfernen flüchtiger bzw. niedermolekularer Bestandteile wird die filtrierte Pechschmelze entweder einer Destillation bis 350°C unterworfen oder nach Abkühlung zu kleinen Pechteilen vermahlt, die man mit einem aliphatischen Lösungsmittel mit einem Siedepunkt bis 7O0C in Berührung bringt. Das Lösungsmittel mit den darin gelösten Pechbestandteilen wird von den unlöslichen Pechteilen abgetrennt. Die aus der Pechschmelze versponnenen Kohlenstoff-Fasern bzw. -fäden werden vor der Carbonisierung mit fein gemahlener Aktivkohle, die mit flüssigen Oxidationshilfsmitteln imprägniert ist, bestäubt und in oxidierender Atmosphäre bis auf 4000C erhitzt. Die nachfolgende Carbonisierung der oxidierten Kohlenstoff-Fäden erfolgt bei einer Temperatur von etwa 10000C (vergl. DE-PS 2419659).-Nach diesem bekannten Verfahren will man Kohlenstoff-Fasern bzw. -fäden aus Kohlenteerpech herstellen, die in kürzerster Zeit oxidiert und carbonisiert werden können. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die angegebenen Destillationsmöglichkeiten zur Rückbildung störender chinolinunlöslicher bzw. unschmelzbarer Bestandteile führen und in ihrer Effizienz beschränkt sind. Tatsächlich ist die thermische Nachbehandlung Oxidation und Carbonisierung der ersponnenen Pechfasern - um so unkomplizierter und schneller durchführbar, je weniger flüchtige Pechbestandteile vorhanden sind.
Im übrigen ist es für die Herstellung von Kohlenstoff-Fasern bzw. Graphitfasern aus petrolstämmigem Pech bekannt, zur Destillation einen Dünnschichtverdampfer einzusetzen, jedoch sind dadurch die Probleme um die Herstellung von Kohlenstoff-Fasern oder -fäden aus kohlesiämmiyem Pech nicht maßgebend beeinflußt worden, vielmehr wird deren Herstellung auf diesem Wege abgelehnt (vergl. EP-OS 0084237).
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens zum Herstellen von Kohlenstoff-Fasern.
Der Eifindung liegt die Aufgabe zugrundo, ein Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoff-Fasern aus Kohlenteerpech, insbesondere Steinkohlenteerpech, der eingangs beschriebenen Art anzugeben, wonach sich die thermische Nachbehandlung extrem einfach und schnell durchführen läßt, S" daß die Herstellung der Kohlenstoff-Fasern bzw. -Fäden im ganzen besonders rationell und wirtschaftlich wird.
Diese Aufgabe löst die Erfindung hei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß das Pechfiltrat zur Erhöhung seines Erwsichungspunktes bis aufwerte über 2000C (KS = Krämer-Sarnow) in einem Dünnschichtverdampfer destilliert wird. Nach bp\orzugter Ausführungsform wird das Pechfiltrat in dem Dünnschichtverdampfer bei Temperaturen über 2000C und unter Vakuum bis 1 mbar zur Erhöhung seines Erweichungspunktes über 260°C (KS) behandelt. - Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich dann der Erweichungspunkt für kohlestämmiges Pech bzw. Kohlenteerpech überraschenderweise bis über 260°C erhöhen läßt, wenn die Destillation in einem Dünnschichtverdampfer erfolgt. Kohlenteerpech mit hohem Erweichungspunkt ist insofern vorteilhaft, als im Zuge der thermischen Nachbehandlung eine erhöhte Vernetzung bzw. mechanische Festigkeit erreicht wird. Ferner wird eine erhebliche Verringerung der flüchtigen Pechbestandteile erzielt. Aufgrund der sehr kurzen Verweilzeiten im Dünnschichtverdampfer werden keine störenden, d. h. unschmelzbaren, chinolinunlöslichen Feststoffe zurückgebildet, so daß eine homogene und hochreine Pechechmelze entsteht, welche als Ausgangsstoff für die Herstellung von Kohlenstoff-Fasern besonders geeignet ist und sich überraschenderweise selbst bei einem Erweichungspunkt >200°C verspinnen läßt.
Außerdem werden im Zuge der thermischen Nachbehandlung der Pechfasern zu Kohlenstoff-Fasern ebenfalls sehr kurze Verweilzeiten sowie ein äußerst geringer Inertgas- und Energieverbrauch erreicht. Tatsäcnlich läßt sich die thermische Nachbehandlungszeit und insbesondere Oxidationszeit erheblich verkürzen. Dazu tragen auch die weiteren Maßnahmen der Erfindung boi, wonach die Kohlenstoff-Fasern nach dem Carbonisieren durch Zufuhr von kaltem Inertgas, z. B. Stickstoff, auf Temperaturen unter 6000C abgekühlt werden und dann eine weitere Abkühlung mit kalter Luft vorgenommen wird. Im Ergebnis entstehen in wirtschaftlicher Hinsicht rationell gefertigte Kohlenstoff-Fasern bzw. -Fäden von hoher Qualität und insbesondere Zugfestigkeit.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens, welche insbesondere zur thermischen Nachbehandlung der Pech asern geeignet ist und zumindest eine Faserablage, einen Oxidationsofen und einen Orbonisationsofen aufweist. Diese Vorrchtung ist gekennzeichnet durch
-· eine untere Drehbühne mit dem Oxidationsofen, einer Vakuumretorte, dem Carbonisationsofen und einer Kühlretorte, sämtliche Behandlungseinrichtungen in oben offener Bshälterbaiiweise,
- eine unabhängig von der unteren Drehbühne drehbare obere Dr^Dühne mit einer Changiereinrichtung für Behandlungsretorten zur vorübergehenden Aufnahme der Faserablage bzw. Faserablagen mit den zu behandelnden Pechfasern,
- eine Beschickebene oberhalb der oberen Drehbühne mit zumindest einer Beschicköffnung und zumindest einer Retortendeckolaufnahme für Retortendeckel mit Anschluß für Luft- und Inertgaszufuhr, Vakuum und Abluft,
wobsi die Changiereinrichtung die Behandlungsretorten zum Anschluß an den jeweiligen Retortendeckel von der oberen Drehbühne unter dem betreffenden Retortendeckel überführt und umgekehrt, und wobei die untere Drehbühne zumindest eine Hubvorrichtung für jeweils den Oxidationsofen, die Vakuumretorte, den Carbonisationsofen und die Kühlretorte aufweist und diese Behandlungseinrichtungsn zur Aufnahme der Behandlungsretorten unter die Retortendeckelaufnahme bzw. den betreffenden Retortendeckel verfahrbar und hochfahrbar sind sowie ungekehrt. - Damit gleichzeitig unter jedem Retortendeckel jeweils einer der vier Prozesse Oxidation, Evakuierung, Carbonisation und Kühlung ablaufen kann, sieht die Erfindung weiter vor, daß die Behandlungseinrichtungen auf der unteren Drehbühne um 90° zueinander versetzt und auf einem Drehkreis angeordnet sind, der in vertikaler Projektion den Außenumfang der oberen Drehbühne zum seitlichen Passieren der hochzufahrenden Behandlungseinrichtungen übersteigt und zum Anschluß der hochgefahrenen Behandlungseinrichtungon an den jeweiligen Retortendeckel unterhalb der in gleicher Weise um 90° zueinander versetzten Retortendeckelaufnahmen verläuft, wobei jeder Behandlungseinrichtung eine eigene Hubvorrichtung zugeordnet ist. Auf die obere Drehbühne sind zumindest zwei um 180° zueinander versetzte Behandlungsretorten gleichzeitig aufsetzbar, damit dem Behandlungssystem wechselweise eine Behandlungsretorte mit zu behandelnden Pechfasern zugefi' hrt und eine Behandlungsretorte mit fertig behandelten Kohlenstoff-Fasern abgeführt werden kann. Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß aie Faserablage als zusammenschiebbares Scherengatter für an waagerechten Stäben freihängende Faserschlaufen ausgebildet und in zusammengeschobenem Zustand in eine Behandlungsretorte einsetzbar ist. Ein derartiges Scherengatter ermöglicht die Ablage eines aus einer Vielzahl einzelner Pechfasern oder Pechfäden bestehenden Stranges, und zwar derart, daß während der thermischen Nachbehandlung keine Faser- bzw. Fadanverklebungen auftreten und ein freier Schrumpf ermöglicht wird. Durch das Zusammenschieben des Scherengatters wird eine hohe Dichte ä 0,03 g/cm3 erreicht.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert. In der beiliegenden Zeichnung zeigen:
Fig. 1: ein schematisches Verfahrensfließbild zur Herstellung von Kohlenstoff-Fasern; Fig.2: die Vorrichtung zur thermischen Nachbehandlung in schematischer Aufsicht unterhalb der Beschickebene; Fig.3 bis 17: einen Behandlungszyklus mit dem Gegenstand nach Fig. 2 in Seitenansicht.
Im Zuge der Herstellung von Kohlenstoff-Fasern 1 aus Kohlenteerpech und insbesondere Stsinkohlenteerpech wird das Kohlenteerpech vor dem Verspinnen durch Filtration von unschmelzbaren bzw. chinolinunlöslichen Bestandteilen befreit. Anschließend wird das Pechfiltrat einer Destillation zum Entferner flüchtiger bzw. niedermolekularer Bestandteile unterzogen. Dann werden die aus der gewonnenen Pechschmelze bzw. Hartpechschmelze versponnen Pechfasern 2 unter Verwendung eines Oxidationshilfsmittel wie Aktivkohle bei vorgegebener Oxidationstemperatur zum Unschmelzbarmachen oxidiert. Schließlich werden die oxidierten Pechfasern 2 unter Verwendung eines Inertgases bei vorgegebener Carbonlsationstemperatur zum Austreiben flüchtiger Nebenprdukte carbonisiert. Pechfiltrat wird im Zuge der Destillation kontinuierlich in einen Dünnschichtverdampfer eingetragen und durch einen rotierenden Verteilerring gleichmäßig auf dem inneren Umfang verteilt. Die sich entlang der Verdampferzone bewogenden Rotor-Wischblätter erfassen das Pechfiltrat und breiten einen dünnen Film über der Heizwand aus. Dabei verdampft unter dem Einfluß eines angelegten Vakuums der flüchtige Produktanteil und wird auf einem Kondensator niedergeschlagen. Der nichtverdampfte Produktanteil, nämlich Hartpech, verläßt den Dünnschichtverdampfer. Eine Vakuumpumpe fördert das Hartpech zum Granulieren ab. Das alles ist nicht gezeigt. Das Pechgranulat wird in einem Extruder 3 aufgeschmolzen. Die Pechschmelze läuft über ein Filter 4 und wird mittels einer Dosierpumpe 5 einem Zentrifugalspinnkopf 6 zugeführt. Die Spinnzentrifuge, die an ihrem unteren Teil mit Düsenbohrungen versehen ist, drückt die Pechschmelze durch die Düsenbohrungen. Es entstehen zunächst endlose Filamente, die auf einem langsam rotierenden Fangring abgelegt werden. Der Fangring ist mit einer Schneidvorrichtung versehen, welche die Endlosfilamente auf die gewünschte Faserlänge schneidet. Da man für dio nachfolgende thermische Nachbehandlung eine Lunte haben möchte, wird eine entsprechende Anzahl von Einzelfasern, die den gewünschten Luntenquerschnitt ergeben, am Fangring übereinander abgalegt. Die Luntenablage erfolgt in einem Coiler 7. Die Faserlunte wird über Umlenkrolleri 8 in freihängenden Schlaufen auf einem auseinandergezogenen Scherengatter 9 abgelegt. Nach beendeter Ablage wird das Scherengatter 9, um eine hohe Raumausnutzung des Oxidationsofens 10 bzw. Carbonisationsofens 11 zu gewährleisten, zusammengeschoben und in eine Behandlungsretorte 12 gegeben. Während des sich anschließenden Oxidationsprozesses befindet sich eine Vakuumretorto 13 im Untergeschoß, und der Oxidationsofen 10 wird von unten über die Behandlungsretorte 12 gefahren. Nach ei iem abgestuften Temperaturprogramm wird die Behandlungsretorte 12 auf 350°C aufgeheizt. Während dieses Oxidationspi ozesses zur Unschmelzbarmachung der Pechfasern 2 wird über ein Filter durch eine Pumpe 14 Luft über einen elektrischen Wärmetauscher 15 geleitet und durchströmt als heiße Oxidationsluft die Behandlungsretorte 12 von unten nach oben. Da während des Oxidationsprozesses flüchtige Pechbestandteile entweichen, wird die Abluft zunächst einem Wärmetauscher 16 zugeführt. Nichtkondensierbare Schadstoffe werden anschließend in einer fremdflammengeschützten Abluftverbrennungsanlage verbrannt. - Der nachfolgende Carbonisationsprozeß muß, um ein Verbrennen der Pechfasern 2 zu vermeiden, unter Inertgas ausgeführt werden. Um den Sauerstoff möglichst quantitativ aus der Faserlunte zu entfernen, wird die Behandlungsretorte 12 zunächst evakuiert. Da die Behandlungsretorte 12 zwecks gutem
Wärmedurchgangsmassearm aus nichtvakuumfestem Dünnblech hergestellt ist, wird der Carbonisationsofen 11 hinabgefahren jnd auf 10000C aufgeheizt, während die Vakuumretorte 13 aus dem Untergeschoß unter die Behandlungsretorte 12 gehoben wird. Anschließend wird ein Vakuumaggregst 17 in Betrieb gesetzt. Nach einigen Minuten kann die Vakuumretorte 13 bzw. Behandlungsretorte 12 mit Stickstoff auf Normaldruck entspannt werden. Zur Sicherheit wird noch einmal mit Stickstoff gespült. Anschließend wird die Vakuumretorte 13 wieder in das Untergeschoß herabgelassen und gegen d3n mittlerweise auf 1000 "C aufgeheizten Carbonisationsofen 11 ausgetauscht. Die Carbonisation erfordert zehn Minuten Vorweilzeit, wobei flüchtige Verbindungen durch vorgeheizten Stickstoff über die Bchandlungsretorte 12 zur Kondensation bzw. Abluftverbrennung transportiert werden. Nach beendeter Carbonisation wird der Carbonisationsofen 11 hinabgefahren, der Wärmetauscher 15 außer BetrhD genommen und der Innenraum der Dehandlungsretorte 12 mit kaltem Stickstoff auf Temperaturen unter 600'C gekühlt. Nun kann das Scherengatter 9 entnommen, auseinandergezogen und zum Kühlstand transportiert werden, wo die Abkühlung der Kohlenstoff-Fasern 1 bis auf Raumtemperatur vollzogen wird.
Im einzelnen weist die Vorrichtung zur thermischen Nachbehandlung der Pechfasern 2 eine untere Drehbühne 18 mit dem Oxidationsoferi Iu, der Vakuumretorte 13, dem Carbonisationsofen 11 und einer Kühlretorte 19 auf. Sämtliche 3phandlunj>s^inrichtungen 10; 11; 13; 19 sind in oben offener Behälterbauweise zur Aufnahme von Behandlungsretorten 12 ausgeführt. Ferner ist eine unabhängige von der unteren Drehbühne 18 drehbare obere Drehbühne 20 mit einer Changiereinrichtung für Behandlungsretorten 12 zur vorübergehenden Aufnahme der Faserablagen 9 mit den zu behandelnden Pechfasern 2 vorgesehen. Oberhalb der oberen Drehbühne 20 befindet sich eine Beschickebene 21 mit zumindest einer Beschicköffnung 22 und zumindest einer Retortendeckelaufnahme 23 für Retortendeckel 24 mit Anschluß für Luft- und Inertgaszufuhr, Vakuum und Abluft. Die Changiereinrichtung überführt die Behandlungsretorten 12 zum Anschluß an den jeweiligen Retortendeckel 24 von der oberen Drehbühne 20 unter den betreffenden Retortendeckel 24 und umgekehrt. Die untere Drehbühne 18 weist zumindest eine Hubvorrichtung 25 für jeweils den Oxidationsofen 10, die Vakuumretorte 13, den Carbonisationsofen 11 und die Kühlretorte 19 auf. Diese Behandlungseinrichtung sind zur Aufnahme der Behandlungsretorten 12 unter die Retortendeckelaufnahme 23 bzw. den betreffenden Retortendeckel 24 verfahrbar und hochfahrbar bzw. umgekehrt. Die Behandlungseinrichtungen 10,11,13,19 sind auf der unteren Drehbühne 18 um 90° zueinander versetzbar und auf einem Drehkreis angeordnet, der in vertikaler Projektion den Außenumfang der oberen Drehbühne 20 zum seitlichen Passieren der hochzufahrenden Behandlungseinrichtungen 10,11,13,19 übersteigt und zum Anschluß der hochgefahrenen Behandlungseinrichtungen an den jeweiligen Retortendeckel 24 unterhalb der in gleicher Weise um 90° zueinander versetzten Retortendeckelaufnahmen 23 verläuft. Jeder Behandlungseinrichtung 10,11,13,19 ist eine eigene Hubvorrichtung 25 zugeordnet, so daß jeweils gleichzeitig unter jedem Retortendeckel 24 einer der vier Prozesse Oxidation, Evakuierung, Carbonisation und Kühlung ablaufen kann. Auf die obere Drehbühne 20 sind zumindest zwei um 180° zueinander versetzte Sehandlungsretorten 12 gleichzeitig aufsetzbar. Die Faserablage is! als zusammenschiebbares Scherengatter 9 für an waagerechten Stäben freihängende Faserschlaufen ausgebildet und in zusammengeschobenem Zustand in jeweils eine Behandlungsretorte 12 einsetzbar.
Im einzelnen arbeitet die Vorrichtung wie folgt, wenn gleichzeitig unter jedem Retortendeckel 24 jeweils einer der vier Prozesse Oxidation, Evakuierung, Carbonisation und Kühlung abläuft:
Fig. 3:) Auf der oberen Drehbühne 20 wird eine leere Behandlungsretorte 12 von oben mit einem zusammengezogenen
Scherengatter 9 gefüllt
Fig. 4: Die obere Drehbühne 20 dreht sich um 180°. Während aus der anderen Behandlungsretorte 12 ein Scherengatter 9 mit fertigen Kohlenstoff-Fasern 1 entnommen wird, dreht sich die untere Drehbühne 18 um 90°, so daß die Kühlretorte 19
gegen den Oxidationsofen 10 ausgetauscht wird
Fig. 5: Die Behandlungsretorte 12 mit den unbehandelten Pechfasern 2 wird durch die Changiereinrichtung unter den
zugeordneten Retortendeckel 24 transportiert
Fig. 6: Durch die Hubvorrichtung 25 wird der Oxidationsofen 10-ein Niedertemperaturofen-von unten über die Behandlungsretorte 12 gefahren. Während des nun folgenden Oxidationsprozesses wird heiße Oxidationsluft durch die Behandlungsretorte 12 geleitet und der Oxidationsofen 10 entsprechend dem optimierten Temperaturprofil aufgeheizt. Die heißen Prozeßgase werden der Abluftreinigung zugeführt.
Fig. 7: Nach beendeter Oxydation wird der Oxidationsofen 10 auf die untere Drehbühne 18 herabgefahren. Fig. 8: Die untere Drehbühne 18 dreht um 90°, so daß die Vakuumretorte 13 unter der Behandlungsretorte 12 zu stehen
kommt
Fig. 9: Die Vakuumretorte 13 wird über die Hubvorrichtung 25 von unten über die Behandlungsretorte 12 gehoben. Das
angelegte Vakuum evakuiert den Oxidationsofen 10
Fig. 10: Zur Sicherheit wird die Behandlungsretorte 12 noch mit Stickstoff unter gleichzeitiger Druckentspannung gespült. Die
Vakuumretorte 13 wird auf die untere Drehbühne 18 hinabgefahren. Fig. 11: Die untere Drehbühne 18 dreht um 90°, so daß der inzwischen 1 0000C heiße Carbonisationsofen 11 -ein
Hochtemperaturofen-unter der Behandlungsretorte 12 steht
Fig. 12: Der Carbonisationsofen 11 wird mittels der Hubvorrichtung 25 von unten ür er die Behandlungsretorte 12 gefahren.
Während des nun folgenden Carbonisationsprozesses wird vorgeheizter Stickstoff durch die Behandlungsretorte 12
geleitet und transportiert die flüchtigen Verbindungen zum Abluftsystem. Fig.13: Der Carbonisationsofen 11 wird auf die untere Drehbühne 18 hinabgefahren. Fig. 14: Die untere Drehbühne 18 dreht um 90°, so daß die Kühlretorte 19 unter der Behandlungsretorte 12 zu stehen kommt.
Die Pechfasern 2 werden durch Zufuhr von kaltem Stickstoff auf Temperaturen unter 600 0C gekühlt. Fig. 15: Die weitere Abkühlung kann in der Kühlstation 19 mit kalter Luft erfolgen. Fig. 16: Die Kühlstation 19 wird auf die untere Drehbühne 18 hinabgefahren. Fig. 17: Durch die Changiervorrichtung wird die Behandlungsretorte 12 auf die obere Drehbühne 20 transportiert. Ein neuer Zyklus beginnt.
Die charakteristischen Daten eines in einem Dünnschichtverdampfer destillierten Steinkohlenteerpechs sind im folgenden aufgeführt:
chinolinunl. <0,1%
chinolinlösl.-
toluolunl. 56,0%
toluollösl,-
n-hexanunl. 36,6%
n-hexanlösl. 7,4%
EP(KS) 2280C
Asche
FI.Be'.t.wf 31,5%
Koks 68,5%
Elementaranalyse (%)
C 93,4
H 4,05
N 1,32
O 0,8
S 0,38
C/H 1,92.
Dieses durch Dünnschichtverdampfung gewonnene hochschmelzende Steinkohlenteerpech (EP (KS]: 2280C) wurde zu Pechfasern 2 versponnen. Die erhaltenen Pechfasern wurden hängend in einem Oxidationsofen 10 in 16 Minuten auf eine Oxidationstemperatur von 34O0C aufgeheizt. Ein kritischer Oxidationsbereich (Erweichungspunkt ±25°C) wurde dabei mit einer maximalen Aufheizrate von 20°C/min durchfahren. Der Luftdurchsatz betrug dabei 2000 bis 3000l/h. Die Pecnfasern verschmolzen während des Oxiderens nicht, wiesen auch keine äußerlichen Beschädigungen auf. Die erreichte Unschmelzbarkeit erlaubte ein anschließendes rasches Carbonisieren nach der üblichen Methode. Im übrigen wurde Aktivkohle (ohno H2SO4) als Oxidationshilfsmittel verwendet.
Claims (8)
1. Verfahren zum Herstellen von Kohlenstoff-Fasern aus Kohlenteerpech, insbesondere Steinkohlenteerpech, wonach das Kohlenteerpech vor dem Verspinnen durch Filtration von unschmelzbaren Bestandteilen befreit wird, anschließend das Pechfiltrat einer Destillation zum Entfernen flüchtiger Bestandteile unterzogen wird, dann die aus der gewonnenen Pechschmelze versponnenen Pechfasern bei vorgegebener Oxidationstemperatur oxidiert und bei vorgegebener Carbonisationstemperatur carbonisiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Pechfiltrat zur Erhöhung seines Erweichungspunktes bis aufwerte über 2000C (KS) in einem Dünnschichtverdampfer destilliert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekonnzeichnet, daß das Pechfiltrat in dem Dünnschichtverdampfer bei Temperaturen über 200°C und unter Vakuum bis 1 mbar zur Erhöhung seines Erweichungspunktes über 26O0C (KS) behandelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-Fasern nach dem Carbonisieren durch Zufuhr von kaltem Inertgas, ζ. B. Stickstoff, auf Temperaturen unter 6000C abgekühlt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Abkühlung mit kalter Luft vorgenommen wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, im Zuge der thermischen Nachbehandlung der Pechfasern, mit zumindest einer Faserablage, einem Oxidationsofen und einem Carbonisationsofen, gekennzeichnet durch
- eine unter Drehbühne (18) mit dem Oxidationsofen (10), einer Vakuumretorte (13), den Carbonisationsofen (11) und einer Kühlretorte (19), sämtliche Behandlungseinrichtungen in oben offener Behälterbauweise,
- eine unabhängig von der unteran Drehbühe (18) drehbare obere Drehbühne (20) mit einer Changiereinrichtung für Behandlungsretorten (12) zur vorübergehenden Aufnahme der Faserablage (9) mit den zu behandelnden Pechfasern (2),
- eine Beschickebene (21) oberhalb der oberen Drehbühne (20) mit zumindest einer Beschicköffnung (22) und zumindest einer Retortendeckelaufnahme (23) für Retortendeckel (24) mit Anschluß für Luft- und Inertgaszufuhr, Vakuum und Abluft,
wobei die Changiereinrichtung die Behandlungsretorten (12) zum Anschluß an den jeweiligen Retortendeckel (24) von der oberen Drehbühne (20) unter den betreffenden Retortendeckel (24) überführt und umgekehrt, und wobei die untere Drehbühne (18) zumindest eine Hubvorrichtung (25) für jeweils den Oxidationsofen (10), die Vakuumretorte (13), den Carbonisationsofen (11) und die Kühlretorte (19) aufweist und diese Behandlungseinrichtungen (10,11,13,19) zur Aufnahme der Behandlungsretorten (12) unter die Retortendeckelaufnahme (23) bzw. den betreffenden Retortendeckel (24) verfahrbar und hochfahrbar sind sowie umgekehrt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungseinrichtungen (10,11, 13,19) auf der unteren Drehbühne (18) um 90° zueinander versetzt und auf einem Drehkreis angeordnet sind, der in vertikaler Projektion den Außenumfang der oberen Drehscheibe (20) zum seitlichen Passieren der hochzufahrenden Behandlungseinrichtungen (10,11,13,19) übersteigt und zum Anschluß der hochgefahrenen Behandlungseinrichtungen an den jeweiligen Retortendeckel (24) unerhalb der in gleicher Weise um 90° zueinander versetzten Retcrtendeckelaufnahmen (23) vorlauft, wobei jeder Behandlungseinrichtung (10,11,13,19) eine eigene Hubvorrichtung (25) zugeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, daduich gekennzeichnet, daß auf die obere Drehscheibe (20) zumindest zwei um 180°zueinanderversetzte Behandlungsretorten (12) gleichzeitig aufsetzbarsind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserablage als zusammenschiebbares Scherengatter (9) für an waagerechten Stäben freihängende Faserschlaufen ausgebildet und in zusammengeschobenem Zustand in eine Behandlungsretorte (12) einsetzbar ist.
Hierzu 6 Seiten Zeichnungen
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