WO2013011133A1 - Ultrathin carbon fibers - Google Patents

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WO2013011133A1 PCT/EP2012/064318 EP2012064318W WO2013011133A1 WO 2013011133 A1 WO2013011133 A1 WO 2013011133A1 EP 2012064318 W EP2012064318 W EP 2012064318W WO 2013011133 A1 WO2013011133 A1 WO 2013011133A1
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Definitions

  • the present invention relates to an endless ultra-thin carbon fiber, a method for producing such an ultra-thin carbon fiber, the use of such a carbon fiber and a corresponding carbon precursor fiber.
  • Ultrathin fibers also called microfibers, are used in many technological applications. These include, for example, applications in medical technology both for implants and for medical devices, in filter technology for filtering ultrafine dusts or in textile technology for producing textiles.
  • microfibers are used in a variety of applications. Examples include the use of polymer microfibers for functional textiles in the clothing industry and for industrial applications in filter technology, where such textiles are used because of their high specific reactive surface area.
  • microfibers made of glass or carbon or carbon are used for the production of fiber composite components for lightweight structural components that have to provide supporting functions with low weight.
  • carbon fibers are of great importance for the production of highly stable, eg highly rigid fiber composite lightweight components, which will increase in the future.
  • composite components made from carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) are now used in aircraft construction, in automotive engineering and in the manufacture of rotor blades for wind power plants.
  • microfibers with a fineness of 1 dtex or less by means of electrospinning.
  • electrospinning has the disadvantage that it is difficult to control and less productive and is therefore mainly used for special products, especially in the field of filter technology for ultrafine dusts.
  • Another object of the present invention is to provide a method by which such a carbon fiber can be easily and inexpensively manufactured.
  • a carbon fiber which comprises at least one monofilament, wherein at least one of the at least one filament according to DIN EN ISO 1973 certain filament diameter of 4 ⁇ or less.
  • At least one of the at least one filament of the carbon fiber which comprises at least one monofilament, has a filament diameter of 4 ⁇ m or less determined according to DIN EN ISO 1973. If the carbon fiber has two or more filaments, such as 6,000 filaments, therefore, at least one of these 6,000 filaments has a filament diameter of 4 ⁇ or less.
  • At least one of and preferably all of the monofilaments of the carbon fiber has a tensile strength of 50 cN / tex or more, preferably 65 cN / tex or more, and particularly preferably determined according to DIN EN ISO 5079 of 70 cN / tex or more.
  • FIG. 4 shows an SEM cross-sectional image of the carbon precursor fiber shown in FIG. An evaluation of the cross sections reveals that the carbon precursor fiber according to the invention has a length to width ratio L / B of 1.22, i. the individual filaments have a nearly circular cross-sectional area.

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Abstract

The invention relates to a carbon fiber which comprises at least one monofilament. At least one of the at least one filament has a filament diameter of 4 µm or less, said diameter being determined in accordance with DIN EN ISO 1973. The invention additionally relates to a method for producing such a carbon fiber, to the use thereof, and to a carbon precursor fiber.

Description

Ultradünne Carbon-Fasern  Ultrathin carbon fibers

Die vorliegende Erfindung betrifft eine endlose ultradünne Carbon-Faser, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen ultradünnen Carbon- Faser, die Verwendung einer solchen Carbon-Faser sowie eine entsprechende Carbon- Precursor- Faser. The present invention relates to an endless ultra-thin carbon fiber, a method for producing such an ultra-thin carbon fiber, the use of such a carbon fiber and a corresponding carbon precursor fiber.

Ultradünne Fasern, auch Mikrofasern genannt, werden für viele technologische Anwendungen eingesetzt. Zu nennen sind beispielsweise Anwendungen in der Medizintechnik sowohl für Implantate als auch für medizinische Geräte, in der Filtertechnik zur Filterung von Feinststäuben oder in der Textiltechnik zur Herstellung von Textilien. Ultrathin fibers, also called microfibers, are used in many technological applications. These include, for example, applications in medical technology both for implants and for medical devices, in filter technology for filtering ultrafine dusts or in textile technology for producing textiles.

In der Textiltechnik kommen Mikrofasern wiederum in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten zum Einsatz. Zu nennen ist hier beispielsweise die Verwendung von Polymermikrofasern für Funktionstextilien in der Bekleidungsindustrie und für industrielle Anwendungen in der Filtertechnik, wo solche Textilien wegen ihrer hohen spezifischen reaktiven Oberfläche eingesetzt werden. In textile technology, microfibers are used in a variety of applications. Examples include the use of polymer microfibers for functional textiles in the clothing industry and for industrial applications in filter technology, where such textiles are used because of their high specific reactive surface area.

Mikrofasern aus Glas oder Carbon bzw. Kohlenstoff werden bspw. zur Herstellung von Faserverbundbauteilen für Leichtbaustrukturbauteile verwendet, die tragende Funktionen bei geringem Gewicht bereitstellen müssen. Insbesondere Carbon-Fasern kommt für die Herstellung von hochstabilen, bspw. hochsteifen Faserverbund-Leichtbauteilen eine hohe Bedeutung zu, die sich zukünftig noch erhöhen wird. So werden Verbundbauteile aus Carbon-Faser verstärktem Kunststoff (CFRP) beispielsweise heute im Flugzeugbau, im Automobilbau und zur Herstellung von Rotorblätter für Windkraftanlagen verwendet. For example, microfibers made of glass or carbon or carbon are used for the production of fiber composite components for lightweight structural components that have to provide supporting functions with low weight. In particular, carbon fibers are of great importance for the production of highly stable, eg highly rigid fiber composite lightweight components, which will increase in the future. For example, composite components made from carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP) are now used in aircraft construction, in automotive engineering and in the manufacture of rotor blades for wind power plants.

Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, Mikrofasern mit einer Feinheit von 1 dtex oder weniger mittels Elektrospinnen herzustellen. Das Ergebnis des Elektrospinnens hat aber den Nachteil, dass es schlecht beherrschbar und wenig produktiv ist und wird daher hauptsächlich für Spezialprodukte vor allem im Bereich der Filtertechnik für Feinststäube verwendet. For example, it is known from the prior art to produce microfibers with a fineness of 1 dtex or less by means of electrospinning. However, the result of electrospinning has the disadvantage that it is difficult to control and less productive and is therefore mainly used for special products, especially in the field of filter technology for ultrafine dusts.

Zudem sind die aus dem Stand der Technik bekannten Carbon-Fasern hinsichtlich ihrer Eigenschaften verbesserungsbedürftig. Insbesondere besteht ein Bedarf nach Carbon-Fasern mit - im Vergleich zu den bekannten Carbon-Fasern - besseren mechanischen Eigenschaften und insbesondere auch mit einer verbesserten Faser-Matrix-Haftung in einem Verbundwerkstoff, d.h. mit einer verbesserten Anbindung der die Stabilität bereitstellenden Carbon-Fasern an das Matrixsystem des Verbundwerkstoffs . In addition, the known from the prior art carbon fibers in terms of their properties are in need of improvement. In particular, there is a need for carbon fibers having better mechanical properties than the known carbon fibers and, in particular, improved fiber matrix adhesion in a composite, i. with improved bonding of the stability providing carbon fibers to the matrix system of the composite.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Carbon-Faser mit exzellenten mechanischen Eigenschaften und mit einer hervorragenden Faser-Matrix-Haftung bereitzustellen, welche sich aus diesen Gründen insbesondere zur Herstellung von hochsteifen und leichten Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen eignet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens, mit dem eine derartige Carbon-Faser einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. It is therefore the object of the present invention to provide a carbon fiber with excellent mechanical properties and with excellent fiber-matrix adhesion, which is suitable for these reasons, in particular for the production of highly rigid and lightweight components made of fiber composites. Another object of the present invention is to provide a method by which such a carbon fiber can be easily and inexpensively manufactured.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Carbon-Faser, welche wenigstens ein Monofilament umfasst, wobei wenigstens eines des wenigstens einen Filaments einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 4 μπι oder weniger aufweist. According to the invention this object is achieved by a carbon fiber, which comprises at least one monofilament, wherein at least one of the at least one filament according to DIN EN ISO 1973 certain filament diameter of 4 μπι or less.

Diese Lösung basiert auf der überraschenden Erkenntnis, dass Carbon- Fasern aus derart dünnen Monofilamenten außerordentlich wenige Fehlstellen aufweisen und sich aufgrund dessen durch außerordentlich hohe mechanische Eigenschaften, insbesondere eine exzellente Zugfestigkeit und ein hohes E-Modul, auszeichnen. Aus diesem Grund weisen die erfindungsgemäßen Carbon-Fasern bessere mechanische Eigenschaften und insbesondere eine höhere Zugfestigkeit und ein höheres E-Modul auf als aus dem gleichen Material mit demselben Verfahren hergestellte Carbon-Fasern mit einem größeren Filamentdurchmesser. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Carbon-Fasern ist deren hervorragende Faser-Matrix- Haftung, so dass die erfindungsgemäßen Carbon-Fasern zu Faserverbundwerkstoffen mit einer besonders hohen Steifigkeit und mit außerordentlich guten anderen mechanischen Eigenschaften verarbeitet werden können. Eine weitere Erkenntnis der vorliegenden Erfindung ist es, dass es überraschenderweise überhaupt möglich ist, durch ein Extrusionsverfahren Carbon-Fasern mit einem Filamentdurchmesser von 4 μπι oder weniger herzustellen, und zwar ohne dass die einzelnen Monofilamente der Faser unmittelbar nach deren Bildung miteinander verkleben oder abreißen. This solution is based on the surprising finding that carbon fibers of such thin monofilaments have extremely few defects and are therefore characterized by extremely high mechanical properties, in particular an excellent tensile strength and a high modulus of elasticity. For this reason, the carbon fibers according to the invention have better mechanical properties and in particular a higher tensile strength and a higher modulus of elasticity than carbon fibers with a larger filament diameter made of the same material by the same process. A further advantage of the carbon fibers according to the invention is their excellent fiber-matrix adhesion, so that the carbon fibers according to the invention can be processed into fiber composites having a particularly high rigidity and with exceptionally good other mechanical properties. A further finding of the present invention is that, surprisingly, it is even possible at all to produce carbon fibers having a filament diameter of 4 μm or less by means of an extrusion method, without the individual monofilaments of the fiber adhering or tearing off one another immediately after their formation.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter einer Carbon-Faser jedes Kohlenstoff enthaltende und bevorzugt aus Kohlenstoff bestehende, im Verhältnis zu seiner Länge dünne und flexible Gebilde verstanden, welches wenigstens ein Monofilament enthält. Unter dem Begriff Carbon-Faser werden mithin alle Einzelfasern sowie alle Carbon- Faserbündel bzw. Carbon- Faser-Rovings verstanden. In the context of the present invention, a carbon fiber is understood to mean any carbon-containing and preferably carbon-containing, thin and flexible structure which contains at least one monofilament. The term carbon fiber is therefore understood to mean all individual fibers as well as all carbon fiber bundles or carbon fiber rovings.

Erfindungsgemäß weist wenigstens eines des wenigstens einen Filaments der Carbon-Faser, welche wenigstens ein Monofilament umfasst, einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 4 μπι oder weniger auf. Sofern die Carbon- Faser zwei oder mehr Filamente, wie beispielsweise 6.000 Filamente, aufweist, weist mithin wenigstens eines dieser 6.000 Filamente einen Filamentdurchmesser von 4 μπι oder weniger auf. According to the invention, at least one of the at least one filament of the carbon fiber, which comprises at least one monofilament, has a filament diameter of 4 μm or less determined according to DIN EN ISO 1973. If the carbon fiber has two or more filaments, such as 6,000 filaments, therefore, at least one of these 6,000 filaments has a filament diameter of 4 μπι or less.

Im Hinblick auf besonders gute mechanische Eigenschaften und eine hervorragende Faser-Matrix-Haftung wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 80%, weiter bevorzugt wenigstens 90%, besonders bevorzugt wenigstens 95%, ganz besonders bevorzugt wenigstens 99% und höchst bevorzugt alle Filamente der Carbon-Faser einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 4 μπι oder weniger aufweisen. With regard to particularly good mechanical properties and excellent fiber-matrix adhesion, it is proposed in a further development of the inventive concept that at least 50%, preferably at least 80%, more preferably at least 90%, particularly preferably at least 95%, more preferably at least 99%, and most preferably all filaments of the carbon fiber have a filament diameter of 4 μm determined according to DIN EN ISO 1973 or less.

Besonders gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn wenigstens eines der Filamente und bevorzugt alle der Filamente der Carbon-Faser einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von maximal 3,5 μπι, bevorzugt von maximal 3,25 μπι, weiter bevorzugt von maximal 3,0 μπι, insbesondere bevorzugt von maximal 2,75 μπι, besonders bevorzugt von maximal 2,5 μπι, ganz besonders bevorzugt von maximal 2,25 μπι und höchst bevorzugt von maximal 2,0 μπι aufweisen. Particularly good results are obtained, in particular, if at least one of the filaments and preferably all of the filaments of the carbon fiber has a filament diameter of at most 3.5 μm determined according to DIN EN ISO 1973, preferably of not more than 3.25 μm, more preferably of not more than three , 0 μπι, particularly preferably of at most 2.75 μπι, more preferably of at most 2.5 μπι, most preferably of at most 2.25 μπι and most preferably of at most 2.0 μπι.

Ferner ist es bevorzugt, dass wenigstens eines der die Carbon-Faser ausbildenden Filamente und bevorzugt alle der die Carbon- Faser ausbildenden Filamente einen Filamentdurchmesser von mindestens 1 μπι aufweisen. Beispielsweise können die einzelnen Filamente der Carbon-Faser einen Filamentdurchmesser von 3,5 bis 1 ,0 μπι, bevorzugt von 3,25 bis 1 ,25 μπι, besonders bevorzugt von 3,0 bis 1 ,5 μηι und ganz besonders bevorzugt von 2,75 bis 2,0 μπι aufweisen. Furthermore, it is preferred that at least one of the carbon fiber forming filaments and preferably all of the carbon fiber forming filaments have a filament diameter of at least 1 μπι. For example, the individual filaments of the carbon fiber can have a filament diameter of from 3.5 to 1.0 μm, preferably from 3.25 to 1.25 μm, more preferably from 3.0 to 1.5 μm, and very particularly preferably from 2, Have 75 to 2.0 μπι.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Carbon-Faser durch Carbonisieren einer Precursor- Faser aus einem Polyacrynitril-Hompolymer, einem Polyacrylnitril-Copolymer oder einer Mischung davon erhältlich. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung hat es sich herausgestellt, dass sich insbesondere aus Polyacrylnitril gebildete Carbon-Fasern mit einem Filamentdurchmesser von 4 μπι oder weniger durch besonders gute mechanische Eigenschaften und durch eine hervorragende Faser-Matrix-Haftung für in Faserverbundwerkstoffen üblicherweise eingesetzten Matrixmaterialien auszeichnen. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the carbon fiber is obtainable by carbonizing a precursor fiber of a polyacrylonitrile homopolymer, a polyacrylonitrile copolymer or a mixture thereof. In the context of the present invention, it has been found that carbon fibers formed in particular of polyacrylonitrile and having a filament diameter of 4 μm or less are distinguished by particularly good mechanical properties and excellent fiber-matrix adhesion for matrix materials commonly used in fiber composites.

Dabei kann die Herstellung des Polyacrynitrils durch eine Lösungspolymerisation erfolgen, bei der das Monomer, also Acrylnitril, in einem Lösungsmittel gelöst wird, oder durch eine Dispersionspolymerisation, bei der das Monomer in Wasser emulgiert wird. Der Lösung oder Emulsion können ein oder zwei Comonomere, wie beispielsweise Itacon- oder Methacrylsäure, sowie Initiatoren oder Redoxsysteme zur Steuerung der Polymerisationsreaktion zugesetzt werden, um einerseits den Spinnprozess zu erleichtern, und um andererseits die für die spätere thermische Stabilisierung der polymeren Fasern an Luft erforderliche Temperatur herabzusetzen. In this case, the preparation of the polyacrylonitrile can be carried out by a solution polymerization, in which the monomer, ie acrylonitrile, is dissolved in a solvent, or by a dispersion polymerization, in which the monomer is emulsified in water. To the solution or emulsion may be added one or two comonomers, such as itaconic or methacrylic acid, as well as initiators or redox systems to control the polymerization reaction, on the one hand to facilitate the spinning process and, on the other hand, those required for later thermal stabilization of the polymeric fibers in air To lower the temperature.

Im Hinblick auf eine besonders gute Faser-Matrix-Haftung und besonders gute mechanische Eigenschaften hat es sich zudem als vorteilhaft erwiesen, dass die Carbon-Faser durch Carbonisieren einer Precursor-Faser aus einem Polyacrylnitril-Copolymer erhältlich ist, welches i) einen Acrylnitrilgehalt von mehr als 90 Gew.-% und bevorzugt zwischen 94 und 99 Gew.-% aufweist und ii) einen Gehalt an Itacon- oder Methacrylsäure von maximal 10 Gew.-% und bevorzugt zwischen 6 und 1 Gew.-% aufweist. Alternativ zu oder anstelle von Itacon- oder Methacrylsäure kann als Comonomer Methylacrylat und/ oder Vinylacetat eingesetzt werden. With regard to a particularly good fiber-matrix adhesion and particularly good mechanical properties, it has also proved to be advantageous that the carbon fiber is obtainable by carbonizing a precursor fiber of a polyacrylonitrile copolymer which i) has an acrylonitrile content of more as 90 wt .-% and preferably between 94 and 99 wt .-% and ii) has a content of itaconic or methacrylic acid of not more than 10 wt .-% and preferably between 6 and 1 wt .-%. Alternatively to or instead of itaconic or methacrylic acid can be used as comonomer methyl acrylate and / or vinyl acetate.

Das Polyacrylnitril-Polymer kann etwa 2.000 bis 10.000 Acrylnitrileinheiten pro Polyacrylnitril-Molekül enthalten. Daraus ergibt sich ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht des Polymers zwischen 50.000 und 250.000 g/mol und bevorzugt zwischen 100.000 und 160.000 g/mol. The polyacrylonitrile polymer may contain about 2,000 to 10,000 acrylonitrile units per polyacrylonitrile molecule. This results in a weight average molecular weight of the polymer between 50,000 and 250,000 g / mol and preferably between 100,000 and 160,000 g / mol.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eines der und weisen bevorzugt alle der Monofilamente der Carbon-Faser eine gemäß der DIN EN 1007 Teil 4 bestimmte Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr, bevorzugt von 3,5 GPa oder mehr, besonders bevorzugt von 5,5 GPa oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 5,5 bis 10,0 GPa auf. According to a further particularly preferred embodiment of the present invention, at least one of and preferably all of the monofilaments of the carbon fiber has a tensile strength of 3 GPa or more, preferably 3.5 GPa or more, particularly preferably determined according to DIN EN 1007 part 4 of 5.5 GPa or more, and most preferably from 5.5 to 10.0 GPa.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens eines der und bevorzugt alle der Monofilamente der Carbon-Faser ein gemäß der DIN EN 1007 Teil 4 bestimmtes E-Modul von 150 GPa oder mehr, bevorzugt von 200 GPa oder mehr, besonders bevorzugt von 250 GPa oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 300 GPa oder mehr aufweist bzw. aufweisen. An advantageous development of the invention provides that at least one of and preferably all of the monofilaments of the carbon fiber have an E modulus of 150 GPa or more determined according to DIN EN 1007 Part 4, preferably of 200 GPa or more, more preferably of 250 GPa or more, and most preferably of 300 GPa or more.

Des Weiteren ist es gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, dass wenigstens eines der und bevorzugt alle der Monofilamente der Carbon-Faser eine gemäß der DIN EN 1007 Teil 4 gemessene Höchstkraftzugdehnung von 1 ,0% oder mehr, bevorzugt von 1 ,2% oder mehr und besonders bevorzugt von 1 ,3% oder mehr aufweist bzw. aufweisen. Furthermore, it is provided according to a further advantageous embodiment of the present invention that at least one and preferably all of the monofilaments of the carbon fiber measured according to DIN EN 1007 Part 4 maximum tensile strain of 1, 0% or more, preferably 1, 2 % or more and more preferably of 1.3% or more.

Gemäß einer ganz besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Monofilamente der erfindungsgemäßen Carbon-Faser folgende Eigenschaften auf: According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the monofilaments of the carbon fiber according to the invention have the following properties:

Durchmesser: 1 ,5 bis 3,5 μπι,  Diameter: 1, 5 to 3.5 μπι,

Zugfestigkeit: 3,5 bis 5,5 GPa,  Tensile strength: 3.5 to 5.5 GPa,

E-Modul: 250 bis 350 GPa und  Modulus of elasticity: 250 to 350 GPa and

Höchstkraftzugdehnung: 1 ,2- 1 ,7%.  Maximum tensile strain: 1, 2- 1, 7%.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass wenigstens eines der und bevorzugt alle der Monofilamente der Carbon- Faser in dem Querschnitt betrachtet eine Längenausdehung L und eine Breitenausdehung B aufweisen, wobei das Verhältnis von Länge zu Breite (L/B) zwischen weniger als 2 und 1 und bevorzugt zwischen weniger als 1 ,5 und 1 beträgt. Dadurch werden nicht nur hervorragende mechanische Eigenschaften erhalten, sondern insbesondere auch die Faser-Matrix- Anbindung der Carbon-Faser vorteilhaft beeinflusst. In a further development of the inventive concept, it is proposed that at least one of and preferably all of the monofilaments of the carbon fiber viewed in the cross-section have a length dimension L and a width dimension B, wherein the ratio of length to width (L / B) is less than 2 and 1 and preferably between less than 1, 5 and 1. As a result, not only excellent mechanical properties are obtained, but in particular also the fiber-matrix connection of the carbon fiber is advantageously influenced.

Vorzugsweise weist die Carbon-Faser 1.000 bis 100.000 Monofilamente, besonders bevorzugt 6.000 bis 90.000 Monofilamente und ganz besonders bevorzugt 12.000 bis 64.000 Monofilamente auf. Beispielsweise kann die Carbon-Faser 1.000, 3.000, 6.000, 12.000, 24.000 oder 50.000 einzelne Monofilamente aufweisen. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Carbon- Precursor-Faser, welche wenigstens ein Monofilament umfasst, wobei wenigstens eines des wenigstens einen Filaments einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 12 μπι oder weniger aufweist. Preferably, the carbon fiber has 1,000 to 100,000 monofilaments, more preferably 6,000 to 90,000 monofilaments, and most preferably 12,000 to 64,000 monofilaments. For example, the carbon fiber may have 1,000, 3,000, 6,000, 12,000, 24,000 or 50,000 individual monofilaments. Another object of the present invention is a carbon precursor fiber comprising at least one monofilament, wherein at least one of the at least one filament according to DIN EN ISO 1973 certain filament diameter of 12 μπι or less.

Aus einer solchen Carbon-Precursor-Faser lassen sich einfach, schnell und kostengünstig zum Zeitpunkt der vorliegenden Erfindung nicht herstellbare Carbon-Fasern aus wenigstens einem Monofilament mit einem Durchmesser von 4 μπι oder weniger herstellen, die eine exzellente Faser-Matrix-Haftung sowie exzellente mechanische Eigenschaften aufweisen und daher eine völlig neue Generation von Carbon- Fasern mit vielfältigen neuen Anwendungsgebieten sind. From such a carbon precursor fiber can be easily, quickly and inexpensively at the time of the present invention produce non-producible carbon fibers from at least one monofilament with a diameter of 4 μπι or less, which has excellent fiber-matrix adhesion and excellent mechanical Properties and are therefore a completely new generation of carbon fibers with a variety of new application areas.

Im Hinblick auf besonders gute mechanische Eigenschaften und eine hervorragende Faser-Matrix-Haftung, wird es in Weiterbildung des Erfindungsgedankens vorgeschlagen, dass wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 80%, weiter bevorzugt wenigstens 90%, besonders bevorzugt wenigstens 95%, ganz besonders bevorzugt wenigstens 99% und höchst bevorzugt alle Filamente einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 12 μπι oder weniger aufweisen. With regard to particularly good mechanical properties and excellent fiber-matrix adhesion, it is proposed in a development of the invention that at least 50%, preferably at least 80%, more preferably at least 90%, particularly preferably at least 95%, most preferably at least 99% and most preferably all filaments have a determined according to DIN EN ISO 1973 filament diameter of 12 μπι or less.

Besonders gute Ergebnisse werden insbesondere erhalten, wenn wenigstens eines der Filamente und bevorzugt alle der Filamente der Carbon-Precursor- Faser einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 10 μπι oder weniger, bevorzugt von 8 μπι oder weniger, besonders bevorzugt von 6 μπι oder weniger und ganz besonders bevorzugt von 5 μπι oder weniger aufweisen. Particularly good results are obtained, in particular, if at least one of the filaments and preferably all of the filaments of the carbon precursor fiber has a filament diameter of 10 .mu.m or less, preferably 8 .mu.m or less, particularly preferably 6 .mu.m, determined in accordance with DIN EN ISO 1973 or less and most preferably of 5 μπι or less.

Vorzugsweise enthält die erfindungsgemäße Carbon-Precursor-Faser ein Polyaciynitril-Hompolymer, ein Polyacrynitril-Copolymer oder eine Mischung davon. Besonders bevorzugt besteht die erfindungsgemäße Carbon- Precursor- Faser aus einem Polyacrynitril-Hompolymer, einem Polyacrynitril- Copolymer oder einer Mischung davon. Preferably, the carbon precursor fiber of the present invention contains a polyacrylonitrile homopolymer, a polyacrylonitrile copolymer, or a mixture thereof. Particularly preferably, the carbon Precursor fiber of a polyacrylonitrile homopolymer, a polyacrylonitrile copolymer or a mixture thereof.

Im Hinblick auf eine besonders gute Faser-Matrix-Haftung und besonders gute mechanische Eigenschaften hat es sich zudem als vorteilhaft erwiesen, dass die Carbon-Precursor-Faser aus einem Polyacrylnitril-Copolymer besteht, welches i) einen Acrylnitrilgehalt von mehr als 90 Gew.-% und bevorzugt zwischen 94 und 99 Gew.-% aufweist und ii) einen Gehalt an Itacon- oder Methacrylsäure von maximal 10 Gew.-% und bevorzugt zwischen 6 und 1 Gew.-% aufweist. Alternativ zu oder anstelle von Itacon- oder Methacrylsäure kann als Comonomer Methylacrylat und/ oder Vinylacetat eingesetzt werden. With regard to a particularly good fiber-matrix adhesion and particularly good mechanical properties, it has also proved to be advantageous that the carbon precursor fiber consists of a polyacrylonitrile copolymer which i) has an acrylonitrile content of more than 90% by weight. % and preferably between 94 and 99 wt .-% and ii) has a content of itaconic or methacrylic acid of not more than 10 wt .-% and preferably between 6 and 1 wt .-%. Alternatively to or instead of itaconic or methacrylic acid can be used as comonomer methyl acrylate and / or vinyl acetate.

Dabei kann das Polyacrylnitril-Polymer etwa 2.000 bis 10.000 Acrylnitrileinheiten pro Polyacrylnitril-Molekül enthalten. Daraus ergibt sich ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht des Polymers zwischen 50.000 und 250.000 g/mol und bevorzugt zwischen 100.000 und 160.000 g/mol. In this case, the polyacrylonitrile polymer may contain about 2,000 to 10,000 acrylonitrile units per polyacrylonitrile molecule. This results in a weight average molecular weight of the polymer between 50,000 and 250,000 g / mol and preferably between 100,000 and 160,000 g / mol.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist wenigstens eines der und weisen bevorzugt alle der Monofilamente der Carbon-Faser eine gemäß der DIN EN ISO 5079 bestimmte Zugfestigkeit von 50 cN/tex oder mehr, bevorzugt von 65 cN/tex oder mehr und besonders bevorzugt von 70 cN / tex oder mehr auf. According to a further advantageous embodiment of the present invention, at least one of and preferably all of the monofilaments of the carbon fiber has a tensile strength of 50 cN / tex or more, preferably 65 cN / tex or more, and particularly preferably determined according to DIN EN ISO 5079 of 70 cN / tex or more.

Ferner weist wenigstens eines der und weisen bevorzugt alle der Monofilamente der Carbon-Faser vorzugsweise ein gemäß der DIN EN ISO 5079 bestimmtes E-Modul von 1.100 cN/tex oder mehr, bevorzugt von 1.200 cN/tex oder mehr, besonders bevorzugt von 1.300 cN/tex oder mehr und ganz besonders bevorzugt 1.500 cN/tex oder mehr auf. Further, at least one of and preferably all of the monofilaments of the carbon fiber preferably has an E modulus of 1,100 cN / tex or more, preferably 1,200 cN / tex or more, particularly preferably 1,300 cN /, determined according to DIN EN ISO 5079. tex or more, and most preferably 1,500 cN / tex or more.

Darüber hinaus sieht eine weitere bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Carbon-Precursor-Faser vor, dass wenigstens eines der und bevorzugt alle der Monofilamente der Carbon-Faser eine gemäß der DIN EN ISO 5079 bestimmte Höchstzugkraftdehnung von 10% oder mehr und besonders bevorzugt von 12% oder mehr aufweist bzw. aufweisen. In addition, a further preferred development of the carbon precursor fiber according to the invention provides that at least one of, and preferably all of the monofilaments of the carbon fiber, one according to DIN EN ISO 5079 has a maximum tensile elongation at break of 10% or more and more preferably 12% or more.

Aus den erfindungsgemäßen Carbon-Precursor-Fasern lassen sich aufgrund deren vorgenannten vorteilhaften mechanischen Eigenschaften ultradünne Carbon-Fasern mit einem Durchmesser der einzelnen Monofilamente von 4 μπι oder weniger herstellen, deren mechanische Eigenschaften im sog. Hochmodulbereich (sog. HM-Fasern) liegen und aus denen bspw. hochsteife und, aufgrund der besseren Faser-Matrix-Haftung gegenüber der Verwendung von Standard Carbon-Fasern, filigranere Strukturbauteile aus carbonfaserverstärktem Kohlenstoff (CFRC) hergestellt werden können, als dies mit Standard Carbon-Fasern möglich ist. From the carbon precursor fibers according to the invention, ultrathin carbon fibers with a diameter of the individual monofilaments of 4 μm or less, whose mechanical properties lie in the so-called high modulus range (so-called HM fibers), can be produced on the basis of their abovementioned advantageous mechanical properties which, for example, highly rigid and, due to the better fiber-matrix adhesion compared to the use of standard carbon fibers, more filigree structural components made of carbon fiber reinforced carbon (CFRC) can be produced than is possible with standard carbon fibers.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass die Monofilamente der Carbon-Precursor-Faser in ihrem Querschnitt betrachtet eine Längenausdehung L und eine Breitenausdehung B aufweisen, wobei das Verhältnis der Länge zu der Breite (L/B) vorzugsweise zwischen weniger als 2 und 1 und bevorzugt zwischen weniger als 1 ,5 und 1 beträgt. In a further development of the inventive concept, it is proposed that the monofilaments of the carbon precursor fiber have a length dimension L and a width dimension B viewed in their cross section, the ratio of the length to the width (L / B) preferably being between less than 2 and 1 and preferably between less than 1, 5 and 1.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ist ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung einer vorstehend beschriebenen Carbon- Faser, welches die nachfolgenden Schritte umfasst: A further subject of the present patent application is a continuous process for the preparation of a carbon fiber described above, which comprises the following steps:

a. Bereitstellen einer Spinnlösung, die i) ein Polyacrynitril-Hompolymer, ein Polyacrylnitril-Copolymer oder eine Mischung davon und ii) zumindest ein Lösungsmittel enthält, a. Providing a spinning solution which contains i) a polyacrylonitrile homopolymer, a polyacrylonitrile copolymer or a mixture thereof and ii) at least one solvent,

b. Bereitstellen einer Spinndüse, welche zumindest ein Düsenloch mit einem Durchmesser von 35 μπι oder weniger aufweist, b. Providing a spinneret which has at least one nozzle hole with a diameter of 35 μπι or less,

c. kontinuierliches Extrudieren der Spinnlösung durch das zumindest eine Düsenloch der Spinndüse in ein Fällbad zum Erhalt einer Carbon-Precursor-Faser und c. continuously extruding the spinning solution through the at least one nozzle hole of the spinneret into a precipitation bath to obtain a carbon precursor fiber and

d. Carbonisieren der in dem Schritt c. erhaltenen Carbon-Precursor- Faser bei einer Temperatur von bis zu 1.500°C. Dabei bildet das zumindest eine Düsenloch der Spinndüse einen Spinnkanal, an dessen Anfang die Spinnlösung bei der Extrusion eingepresst wird und an dessen Ende die gebildete Faser aus dem Düsenloch austritt. Der Spinnkanal kann eine über die Länge des Spinnkanals variierende Querschnittsfläche haben. Unter dem Begriff Durchmesser des Düsenlochs wird im Rahmen dieser Erfindung der Durchmesser der Querschnittsfläche des Düsenlochs am Ende des Spinnkanals verstanden. d. Carbonizing the in step c. obtained carbon precursor fiber at a temperature of up to 1,500 ° C. In this case, the at least one nozzle hole of the spinneret forms a spinning channel, at the beginning of which the spinning solution is pressed in during extrusion and at the end of which the fiber formed emerges from the nozzle hole. The spin channel may have a varying over the length of the spin channel cross-sectional area. The term diameter of the nozzle hole is understood in the context of this invention, the diameter of the cross-sectional area of the nozzle hole at the end of the spinning channel.

Zur Herstellung des zumindest einen Düsenlochs mit dem Durchmesser von 35 μπι oder weniger kann beispielsweise das sog. Laserwendelbohrverfahren angewendet werden, bei dem ein Laserstrahl zur Erzeugung des Düsenlochs auf ein zu bearbeitendes Werkstück gerichtet auf einer vorgegebenen Bahnkurve geführt wird. Der Laserstrahl kann hierbei eine Wellenlänge im sichtbaren oder ultravioletten Bereich haben und gepulst sein, wobei die Pulsdauer bspw. zwischen 1 ps und 100 ps liegen kann. Um den Materialabtrag beim Wendelbohren kontrolliert durchzuführen, kann die Pulsenergie hierzu vorzugsweise auf einen Wert im Bereich von 1 μJ bis 50 μJ eingestellt werden, wobei die Repetitionsrate aufeinander folgender Pulse des Laserstrahls auf einen Wert im Bereich von 10 bis 100 kHZ gesetzt werden kann. To produce the at least one nozzle hole with the diameter of 35 μm or less, for example, the so-called laser spiral drilling method can be used in which a laser beam is directed onto a workpiece to be machined to produce the nozzle hole on a predetermined trajectory. In this case, the laser beam can have a wavelength in the visible or ultraviolet range and be pulsed, wherein the pulse duration can be, for example, between 1 ps and 100 ps. In order to carry out the material removal during helical drilling in a controlled manner, the pulse energy for this purpose can preferably be set to a value in the range from 1 μJ to 50 μJ, whereby the repetition rate of successive pulses of the laser beam can be set to a value in the range from 10 to 100 kHz.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Durchmesser des zumindest einen Düsenlochs der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Spinndüse 30 μπι oder weniger, bevorzugt 25 μπι oder weniger und besonders bevorzugt 20 μπι oder weniger. Damit können besonders dünne Carbon-Precursor-Fasern und daraus besonders dünne Carbon-Fasern hergestellt werden. Versuche der Erfinder haben gezeigt, dass zur Herstellung einer außerordentlich dünnen Faser im Nassspinnverfahren überraschenderweise sehr kleine Spinndüsen verwendet werden können, und zwar ohne das es zum Verkleben oder Abreißen der Faser im Fällbad oder bei nachfolgenden Prozessschritten kommt. So kann beispielsweise durch eine Spinndüse mit Düsenlöchern mit einem Durchmesser von 30 μπι nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine endlose Carbon-Precursor-Faser gesponnen werden, deren Monofilamente einen Durchmesser von 5,2 μπι aufweisen. Eine solche Carbon-Precursor-Faser kann zu einer Carbon-Faser weiterverarbeitet werden, deren einzelne Monofilamente einen Durchmesser von 3,07 μπι aufweisen. According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the diameter of the at least one nozzle hole of the spinneret used in the method according to the invention 30 μπι or less, preferably 25 μπι or less and more preferably 20 μπι or less. This makes it possible to produce particularly thin carbon precursor fibers and particularly thin carbon fibers. Experiments by the inventors have shown that surprisingly very small spinnerets can be used for the production of an extremely thin fiber in the wet spinning process, and without sticking or tearing off of the fiber in the precipitation bath or during subsequent process steps. Thus, for example, by a spinneret with nozzle holes with a diameter of 30 μπι be spun by the novel process, an endless carbon precursor fiber whose monofilaments have a diameter of 5.2 μπι. Such a carbon precursor fiber can be further processed into a carbon fiber whose individual monofilaments have a diameter of 3.07 μm.

Vorzugsweise wird die Faser nach Schritt c. aus dem Fällbad herausgeführt und nachfolgend gewaschen, getrocknet und verstreckt. Die bei der Extrusion gebildete Faser wird bevorzugt so lange in dem Fällbad belassen, bis ein wesentlicher Teil des in der Faser enthaltenen Lösungsmittels aus der Faser heraus in das Fällbad diffundiert ist und sich das Polymer derart im Spinnfaden angereichert hat, dass sich die Faser ausreichend verfestigt hat. Preferably, the fiber after step c. led out of the precipitation bath and subsequently washed, dried and stretched. The fiber formed in the extrusion is preferably left in the precipitation bath until a substantial part of the solvent contained in the fiber has diffused out of the fiber into the precipitation bath and the polymer has accumulated in the filament in such a way that the fiber solidifies sufficiently Has.

Vorzugsweise wird die Faser in einem ersten Verstreckungsschritt, der sog. Nassverstreckung verstreckt, wobei die Nassverstreckung vor und/ oder während und/ oder nach dem Waschen in nassem Zustand der Faser durchgeführt wird. In einem weiteren Verstreckungsschritt, der sog. Trockenverstreckung, die während und/ oder nach dem Trocknen der Faser durchgeführt wird, wird die Faser dann weiter verstreckt. Preferably, the fiber is drawn in a first drawing step, the so-called wet drawing, wherein the wet drawing is carried out before and / or during and / or after the washing in the wet state of the fiber. In a further stretching step, the so-called dry drawing, which is carried out during and / or after the drying of the fiber, the fiber is then further drawn.

Überraschenderweise kann eine endlose Carbon-Precursor-Faser hergestellt werden, bei der die einzelnen Monofilamente einen Durchmesser von maximal 12 μπι, bevorzugt von maximal 10 μπι, besonders bevorzugt von maximal 8 μπι, ganz besonders bevorzugt von maximal 6 μπι und höchst bevorzugt von maximal 5 μπι aufweisen, und die hervorragende Festigkeitswerte für die Weiterverarbeitung zur Carbon-Faser aufweist, wenn die Faser gegenüber dem Zustand, den diese beim Herausführen aus dem Fällbad hat, beim Nassverstrecken insgesamt um einen Faktor zwischen 4 und 8, bevorzugt um einen Faktor zwischen 4 und 6, besonders bevorzugt um einen Faktor zwischen 4,5 und 5,5 verstreckt wird und beim Trockenverstrecken gegenüber dem Zustand, den die Faser nach dem Nassverstrecken hat, insgesamt um den Faktor 1 ,5 oder mehr, bevorzugt um den Faktor 1 ,7 oder mehr, besonders bevorzugt um einen Faktor zwischen 1 ,7 - 2,2 weiter verstreckt wird. Surprisingly, an endless carbon precursor fiber can be produced in which the individual monofilaments have a diameter of at most 12 μm, preferably of not more than 10 μm, more preferably of not more than 8 μm, very particularly preferably of not more than 6 μm and most preferably of not more than 5 μm μπι, and has the excellent strength values for further processing to carbon fiber, when the fiber compared to the state that it has when leading out of the precipitation bath, when wet drawn in total by a factor between 4 and 8, preferably by a factor between 4 and 6, more preferably stretched by a factor of between 4.5 and 5.5, and in dry drawing versus the state that the fiber is after Wet stretching has a total of a factor of 1, 5 or more, preferably by a factor of 1, 7 or more, more preferably by a factor between 1, 7-2.2 further stretched.

Standard Carbon-Precursor-Fasern, d.h. Precursor- Fasern mit einem Filamentdurchmesser von 10 μπι oder mehr, werden üblicherweise bei der Nassverstreckung um mehr als den Faktor 6 und bei der Trockenverstreckung nicht mehr als um den Faktor 1 ,2 verstreckt, da es sonst zum Faserabriss kommen kann. Für die Erfinder ist es eine überraschende Erkenntnis, dass durch Reduzierung des Verstreckungsfaktors bei der Nassverstreckung bei gleichzeitiger Erhöhung des Verstreckungsfaktors bei der Trockenverstreckung gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, eine Faser mit sehr kleinem Filamentdurchmesser mit hohen Festigkeitswerten hergestellt werden kann, ohne dass es zum Faserabriss kommt und dies trotz der Tatsache, dass die durch die durch die Extrusion durch die „sehr feine Spinndüse" erzeugte Faser vor dem Vertreckungsprozess bereits sehr dünn ist. Standard carbon precursor fibers, i. Precursor fibers with a filament diameter of 10 μm or more are usually stretched by more than a factor of 6 in the case of wet drawing and no more than by a factor of 1.2 in the case of dry drawing, since otherwise fiber breakage can occur. For the inventors, it is a surprising finding that by reducing the draw factor in wet drawing while increasing the draw factor in dry drawing over the prior art methods, a fiber having a very small filament diameter with high strength values can be produced without This leads to fiber breakage despite the fact that the fiber produced by the extrusion through the "very fine spinneret" is already very thin before the stretching process.

Versuche der Anmelderin haben gezeigt, dass besonders gute Ergebnisse für die Carbon-Precursor-Faser sowie die daraus hergestellte ultradünne Carbon-Faser erzielt werden können, wenn das Verhältnis des Verstreckungsgrads von Trockenverstreckung zu Nassverstreckung 0,25 oder mehr, bevorzugt 0,3 oder mehr, besonders bevorzugt zwischen 0,35 und 0,45 ist. Applicant's experiments have shown that particularly good results for the carbon precursor fiber as well as the ultra-thin carbon fiber made therefrom can be achieved when the ratio of the stretch ratio of dry drawing to wet drawing is 0.25 or more, preferably 0.3 or more , more preferably between 0.35 and 0.45.

Die Verstreckung wird hierbei vorzugsweise bei einer Temperatur oberhalb der Glastemperatur des Polymers durchgeführt, wobei die Trockenverstreckung und/ oder die Nassverstreckung vorzugsweise jeweils in mehreren Stufen erfolgen. The drawing is preferably carried out at a temperature above the glass transition temperature of the polymer, wherein the dry drawing and / or the wet drawing are preferably carried out in each case in several stages.

Vorzugsweise beträgt der Polymeranteil in der Spinnlösung zwischen 5 und 30 Gew.% und der Lösungsmittelanteil zwischen 70 und 95 Gew.%. Die Herstellung des eingesetzten Polyacrylnitril-Homo- und/ oder Copolymers kann beispielsweise durch eine Lösungspolymerisation erfolgen, bei der das Monomer, also Acrylnitril, in einem Lösungsmittel gelöst wird, oder durch eine Dispersionspolymerisation, bei der das Monomer in Wasser emulgiert wird. Der Lösung oder Emulsion können ein oder zwei Comonomere, wie beispielsweise Itacon- oder Methacrylsäure, sowie Initiatoren oder Redoxsysteme zur Steuerung der Polymerisationsreaktion zugesetzt werden, um einerseits den Spinnprozess zu erleichtern, und um andererseits die für die spätere thermische Stabilisierung der polymeren Fasern an Luft erforderliche Temperatur herabzusetzen. Preferably, the polymer content in the spinning solution is between 5 and 30% by weight and the solvent content between 70 and 95% by weight. The preparation of the polyacrylonitrile homo- and / or copolymer used can be carried out, for example, by a solution polymerization in which the monomer, ie acrylonitrile, is dissolved in a solvent, or by a dispersion polymerization in which the monomer is emulsified in water. To the solution or emulsion may be added one or two comonomers, such as itaconic or methacrylic acid, as well as initiators or redox systems to control the polymerization reaction, on the one hand to facilitate the spinning process and, on the other hand, those required for later thermal stabilization of the polymeric fibers in air To lower the temperature.

Vorzugsweise wird ein Po ly acrylnitril- Copolymer eingesetzt, dessen Acrylnitrilgehalt beispielsweise mehr als 90 Gew.-% und bevorzugt zwischen 94 und 99 Gew.-% betrag. Das Polymer kann dabei bis zu 6 Gew.-% und bevorzugt etwa 2 Gew.-% Itacon- oder Methacrylsäure enthalten. Weitere Copolymere, die in dem Polymer enthalten sein können, sind Methylacrylat und Vinylacetat. Vorzugsweise wird in dem Schritt a. ein Polyacrylnitril- Copolymer eingesetzt, welches einen Acrylnitrilgehalt zwischen 94 und 99 Gew.-% und einen Gehalt an Itacon- oder Methacrylsäure zwischen 6 und 1 Gew.-% aufweist. Preferably, a poly-acrylonitrile copolymer is used whose acrylonitrile content, for example, more than 90 wt .-% and preferably between 94 and 99 wt .-% amount. The polymer may contain up to 6% by weight and preferably about 2% by weight itaconic or methacrylic acid. Other copolymers which may be included in the polymer are methyl acrylate and vinyl acetate. Preferably, in step a. a polyacrylonitrile copolymer is used, which has an acrylonitrile content between 94 and 99 wt .-% and a content of itaconic or methacrylic acid between 6 and 1 wt .-%.

Das Polyacrylnitril-Polymer kann etwa 2.000 bis 10.000 Acrylnitrileinheiten pro Polyacrylnitril-Molekül enthalten. Daraus ergibt sich ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht des Polymers zwischen 50.000 und 250.000 g/mol und bevorzugt zwischen 100.000 und 160.000 g/mol. The polyacrylonitrile polymer may contain about 2,000 to 10,000 acrylonitrile units per polyacrylonitrile molecule. This results in a weight average molecular weight of the polymer between 50,000 and 250,000 g / mol and preferably between 100,000 and 160,000 g / mol.

Vorzugsweise wird die in dem Schritt c. erhaltene Carbon-Precursor-Faser vor dem Carbonisieren gemäß dem Schritt d. stabilisiert. Preferably, in step c. obtained carbon precursor fiber before carbonization according to the step d. stabilized.

Gute Ergebnisse werden bei der in dem Schritt d. durchgeführten Carbonisierung insbesondere erhalten, wenn diese bei einer Temperatur zwischen 800°C und 1.500°C durchgeführt wird. Optional kann die in dem Schritt d. gebildete Carbon-Faser anschließend graphitiert werden, und zwar bevorzugt bei einer Temperatur von über 1.500°C und besonders bevorzugt bei einer Temperatur von über 2.000°C. Good results are obtained in the step d. Carbonization obtained in particular, if this is carried out at a temperature between 800 ° C and 1500 ° C. Optionally, in step d. formed carbon fiber are then graphitized, preferably at a temperature of about 1500 ° C and more preferably at a temperature of about 2,000 ° C.

Insbesondere zur Herstellung einer Faser, die eine Vielzahl von einzelnen Monofilamenten enthält, wie dies beispielsweise bei einer Carbon-Precursor- Faser der Fall ist, ist es bevorzugt, dass die Spinndüse 1.000 bis 100.000, besonders bevorzugt 6.000 bis 90.000 und ganz besonders bevorzugt 12.000 bis 64.000 Düsenlöcher mit einem Durchmesser von jeweils 35 μπι oder weniger aufweist und somit durch das erfindungsgemäße Verfahren eine endlose Faser hergestellt wird, die 1.000 bis 100.000, besonders bevorzugt 6.000 bis 90.000 und ganz besonders bevorzugt 12.000 bis 64.000 Monofilamente aufweist. In particular for producing a fiber containing a plurality of individual monofilaments, as is the case, for example, with a carbon precursor fiber, it is preferred that the spinnerette be from 1,000 to 100,000, more preferably from 6,000 to 90,000, and most preferably from 12,000 to 64,000 nozzle holes with a diameter of 35 μπι or less, and thus by the inventive method, an endless fiber is prepared which has from 1,000 to 100,000, more preferably 6,000 to 90,000 and most preferably 12,000 to 64,000 monofilaments.

Bei der vorstehend genannten Spinndüse mit der Vielzahl an Düsenlöchern mit einem Durchmesser von jeweils 35 μπι oder weniger beträgt der von Lochmitte zu Lochmitte gemessene Abstand zwischen zwei benachbarten Düsenlöchern bevorzugt zwischen 20 und 200 μπι, besonders bevorzugt zwischen 30 und 100 μπι und ganz besonders bevorzugt zwischen 40 und 100 μπι. Eine Anordnung so vieler Düsenlöcher auf kleinster Fläche wird beispielsweise fertigungstechnisch dadurch möglich, indem das anfänglich beschriebene Wendelbohrverfahren eingesetzt wird, bei dem während des Bohrens nur eine lokal auf die Stelle des Materialabtrags konzentrierte Belastung des Materials des Werkstücks stattfindet. In the aforementioned spinneret with the plurality of nozzle holes with a diameter of 35 μπι or less measured from hole center to hole center distance between two adjacent nozzle holes preferably between 20 and 200 μπι, more preferably between 30 and 100 μπι and most preferably between 40 and 100 μπι. An arrangement of so many nozzle holes on the smallest surface is made possible, for example, by manufacturing technology, by using the initially described helical drilling method in which only a locally concentrated on the location of the material removal load of the material of the workpiece takes place during drilling.

Bei der für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Spinndüse bildet das zumindest eine Düsenloch vorzugsweise einen Spinnkanal mit einer Länge von maximal 500 μπι und bevorzugt von maximal 300 μπι aus. Hierbei kann der Spinnkanal zumindest über einen Teil seiner Tiefe zumindest im Wesentlichen zylindrisch, konisch, bikonisch oder trichterförmig ausgebildet sein. In Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird es vorgeschlagen, dass der Spinnkanal zumindest im Wesentlichen konisch ausgebildet wird, und zwar bevorzugt mit einem Konizitätsfaktor zwischen mehr als 1 : 1 und 1 :3 und besonders bevorzugt zwischen mehr als 1 : 1 und 1 :2. In the spinneret used for the method according to the invention, the at least one nozzle hole preferably forms a spin channel with a maximum length of 500 μm and preferably of a maximum of 300 μm. In this case, the spinning channel may be at least substantially cylindrical, conical, biconical or funnel-shaped over at least part of its depth. In a further development of the concept of the invention, it is proposed that the spin channel is formed at least substantially conically, preferably with a conicity factor between more than 1: 1 and 1: 3 and more preferably between more than 1: 1 and 1: 2.

Da für die Herstellung einer Faser mit 1.000 oder 12.000 oder mehr einzelnen Monofilamenten die Dichte der Düsenlöcher pro Flächeneinheit sehr groß ist und die einzelnen Düsenlöcher mit einem Durchmesser von 35 μπι oder weniger sehr klein sind, tendieren diese sehr leicht dazu zu Verstopfen. Um eine reibungslose Produktion zu gewährleisten, ist es daher wichtig, dass die Spinndüsen einfach gereinigt werden können, was nur durch sehr aggressive Reinigungsmittel möglich ist. Um die Spinndüsen bei der Reinigung vor Korrosion zu schützen, sieht eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Spinndüse aus einem metallischen Werkstoff, bevorzugt aus einer Metalllegierung, besonders bevorzugt aus einer ein oder mehrere Edelmetalle enthaltenden Metalllegierung gebildet ist. Denkbar sind bspw. Legierungen, die Platin oder Gold oder Iridium oder mehrere der vorgenannten Edelmetalle enthalten. Since the density of the nozzle holes per unit area is very large and the individual nozzle holes with a diameter of 35 μπι or less are very small for the production of a fiber with 1,000 or 12,000 or more individual monofilaments, these tend very easily to clogging. To ensure a smooth production, it is therefore important that the spinnerets can be easily cleaned, which is only possible with very aggressive cleaning agents. In order to protect the spinnerets from corrosion during cleaning, a preferred embodiment of the invention provides that the spinneret is formed from a metallic material, preferably from a metal alloy, particularly preferably from a metal alloy containing one or more noble metals. For example, alloys containing platinum or gold or iridium or several of the abovementioned noble metals are conceivable.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer zuvor beschriebenen Carbon-Faser in einem textilen Flächengebilde, in einem Prepreg oder in einem Faserverbundbauteil. Finally, the present invention relates to the use of a previously described carbon fiber in a textile fabric, in a prepreg or in a fiber composite component.

Bei dem textilen Flächengebilde kann es sich beispielsweise um ein Gewebe, ein Gelege, ein Gewirk, ein Gestrick oder eine Mischung davon handeln. The textile fabric may be, for example, a fabric, a scrim, a knit, a knit or a mixture thereof.

Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele weiter erläutert. Es zeigen The invention will be further elucidated with reference to the following non-limiting examples. Show it

Figur 1 eine REM-Aufnahme eines Düsenlochs einer Spinndüse zur 1 shows an SEM image of a nozzle hole of a spinneret for

Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 eine Darstellung einzelner Verfahrensschritt einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, Carrying out the method according to the invention, FIG. 2 shows an illustration of a single method step of a preferred embodiment of the method according to the invention,

Figur 3 REM -Aufnahme einer erfindungsgemäßen Carbon-FIG. 3 shows a SEM image of a carbon fiber according to the invention

Precursor- Faser, Precursor fiber,

Figur 4 eine REM -Querschnittsaufnahme der in der Figur 3 gezeigten FIG. 4 shows an SEM cross-sectional view of that shown in FIG

Carbon-Precursor-Faser und  Carbon precursor fiber and

Figur 5 eine REM-Aufnahme einer erfindungsgemäßen Carbon-Faser. FIG. 5 shows an SEM image of a carbon fiber according to the invention.

Die Figur 1 zeigt eine REM-Aufnahme eines Düsenlochs einer Spinndüse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die in der Figur 1 gezeigte Spinndüse weist 3.000 Düsenlöcher auf, von denen vorliegend ein Düsenloch zu sehen ist. Das Düsenloch hat einen Durchmesser von 30 μηι. Mit der gezeigten Spinndüse wurde eine in der Figur 3 gezeigte Carbon- Precursor-Faser mit dem in der Figur 2 näher beschriebenen erfindungsgemäßen Nassspinnverfahren hergestellt. Die in den Figuren 3 und 4 gezeigte Carbon-Precursor-Faser wurde nachfolgend zu einer in der Figur 5 gezeigten Carbon-Faser weiterverarbeitet. 1 shows a SEM image of a nozzle hole of a spinneret for carrying out the method according to the invention. The spinneret shown in FIG. 1 has 3,000 nozzle holes, of which one nozzle hole can be seen in the present case. The nozzle hole has a diameter of 30 μηι. With the spinneret shown, a carbon precursor fiber shown in FIG. 3 was produced with the wet spinning process according to the invention described in more detail in FIG. The carbon precursor fiber shown in FIGS. 3 and 4 was subsequently processed further into a carbon fiber as shown in FIG.

Bei der in der Figur 2 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Polyacrylnitril und N,N- Dimethylformamid-Lösungsmittel enthaltende Spinnlösung 1 durch eine Spinndüse 2 in ein eine Mischung aus DMF und Wasser enthaltendes Fällbad 3 kontinuierlich extrudiert, wodurch eine Faser 4 gebildet wird. In the embodiment of the process according to the invention shown in FIG. 2, a spinning solution 1 containing polyacrylonitrile and N, N-dimethylformamide solvent is continuously extruded through a spinneret 2 into a precipitation bath 3 containing a mixture of DMF and water, whereby a fiber 4 is formed.

Die Spinndüse 2 weist 3.000 Düsenöffnungen mit jeweils einem Durchmesser von 30 μπι auf. Die erhaltene Faser 4 besteht somit aus 3.000 einzelnen endlosen Monofilamenten. The spinneret 2 has 3,000 nozzle openings, each with a diameter of 30 μπι. The obtained fiber 4 thus consists of 3,000 individual endless monofilaments.

Anschließend wird die Faser 4 aus dem Fällbad 3 herausgeführt und nachfolgend in mehreren Schritten gewaschen, getrocknet und verstreckt. In der vorliegend dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Faser 4 in mehreren hintereinander angeordneten Bädern 5, 6, 7 und 1 1 einem Waschprozess unterzogen und vor bzw. zwischen den Bädern 5, 6 und 7 bzw. in dem Bad 1 1 jeweils an Verstreckstationen 8, 9, 10 und 12 in nassem Zustand nass verstreckt. Subsequently, the fiber 4 is led out of the precipitation bath 3 and subsequently washed, dried and drawn in several steps. In the presently illustrated embodiment of the method according to the invention, the fiber 4 is subjected to a washing process in a plurality of successively arranged baths 5, 6, 7 and 11, and before or between the baths 5, 6 and 7 or in the bath 11, respectively, at draw stations 8, 9, 10 and 12 wet-laid in the wet state.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Faser 4 somit vor und während dem Waschprozess in nassem Zustand verstreckt, wobei die Faser 4 beim Nassverstrecken um den Faktor 4,5 gegenüber dem Zustand verstreckt wird, den diese beim Austritt aus dem Fällbad 3 hat. In the present embodiment, the fiber 4 is thus stretched before and during the washing process in the wet state, wherein the fiber 4 is stretched in the wet drawing by a factor of 4.5 compared to the state that it has on exit from the precipitation bath 3.

Im nachfolgenden Prozessschritt wird die Faser zuerst durch mehrere hintereinander angeordnete, auf 150 bis 160°C geheizte Verstreckstationen 13 bis 17 geführt. Daran anschließend wird die Faser 4 durch einen Trockenofen 18 und darauf folgend wieder durch eine Verstreckstation 19 geführt, bevor die nun als Carbon-Precursor-Faser ausgebildete Faser 4, mittels einer Wickeleinrichtung 20 auf eine Spule gewickelt wird. In the subsequent process step, the fiber is first passed through several successively arranged, heated to 150 to 160 ° C draw stations 13 to 17. Following this, the fiber 4 is passed through a drying oven 18 and then again through a drawing station 19, before the fiber 4, which is now in the form of a carbon precursor fiber, is wound onto a bobbin by means of a winding device 20.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Faser 4 somit vor, während und nach dem Trocknungsprozess verstreckt, wobei die Faser 4 beim Trockenverstrecken um den Faktor 1 ,9 gegenüber dem Zustand verstreckt wird, den diese nach dem Nassverstrecken hat. In the present embodiment, the fiber 4 is thus stretched before, during and after the drying process, wherein the fiber 4 is stretched in the dry drawing by a factor of 1, 9 compared to the state that it has after wet stretching.

Das Verhältnis des Verstreckungsgrads von Trockenverstreckung zu Nassverstreckung beträgt somit vorliegend 0,42. The ratio of the degree of stretching from dry drawing to wet drawing is thus presently 0.42.

Die aufgewickelte Carbon-Precursor-Faser 4 wurde dann durch Stabilisieren und Carbonisieren zu einer Carbon-Faser weiterverarbeitet, die in der Figur 4 zu sehen ist. Die Stabilisierung wird hierbei bei einer Temperatur von 220 bis 280°C durchgeführt, während die Carbonisierung, bei einer Temperatur von 1.350°C durchgeführt wird. The coiled carbon precursor fiber 4 was then further processed by stabilization and carbonization to form a carbon fiber, which can be seen in FIG. The stabilization is carried out at a temperature of 220 to 280 ° C, while the carbonation, at a temperature of 1350 ° C is performed.

Die Figur 3 zeigt die mit dem in Figur 2 beschriebenen Verfahren hergestellte Carbon-Precursor-Faser, bei der die einzelnen Monofilamente einen Durchmesser im Bereich von ca. 6,0 μπι bis 7,2 μπι aufweisen. FIG. 3 shows the carbon precursor fiber produced by the process described in FIG. 2, in which the individual monofilaments have a diameter in the range from approximately 6.0 μm to 7.2 μm.

Die Figur 4 zeigt ein REM -Querschnittsbild der in der Figur 3 gezeigten Carbon-Precursor-Faser. Eine Auswertung der Querschnitte ergibt, dass die erfindungsgemäße Carbon-Precursor-Faser ein Längen- zu Breitenverhältnis L/B von 1 ,22 aufweist, d.h. die einzelnen Filamente weisen eine nahezu kreisrunde Querschnittsfläche auf. FIG. 4 shows an SEM cross-sectional image of the carbon precursor fiber shown in FIG. An evaluation of the cross sections reveals that the carbon precursor fiber according to the invention has a length to width ratio L / B of 1.22, i. the individual filaments have a nearly circular cross-sectional area.

Die Figur 5 zeigt die auf Basis der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Carbon- Precursor-Faser hergestellte Carbon-Faser, bei der die einzelnen Monofilamente einen Durchmesser im Bereich von ca. 3,2 bis 3,9 μπι aufweisen. FIG. 5 shows the carbon fiber produced on the basis of the carbon precursor fiber shown in FIGS. 3 and 4, in which the individual monofilaments have a diameter in the range of approximately 3.2 to 3.9 μm.

Die nachfolgende Tabelle 1 zeigt eine vergleichende Darstellung der Herstellung und mechanischen Eigenschaften zwischen einer erfindungsgemäßen Carbon-Precursor-Faser bzw. Carbon-Faser und einer aus dem Stand der Technik bekannten feinen Carbon-Precursor-Faser bzw. Carbon-Faser. Table 1 below shows a comparative representation of the production and mechanical properties between a carbon precursor fiber or carbon fiber according to the invention and a fine carbon precursor fiber or carbon fiber known from the prior art.

Tabelle 1 : Table 1 :

Figure imgf000020_0001
Filamentdurchmesser PAN-Faser [pm] 11 ,4 6,2-7,2
Figure imgf000020_0001
Filament diameter PAN fiber [pm] 11, 4 6.2-7.2

Höchstzugdehnung PAN-Faser [%] 13,5 1 1,9Maximum tensile strain PAN fiber [%] 13.5 1 1.9

Zugfestigkeit PAN-Faser [cN/tex] 52 70Tensile strength PAN fiber [cN / tex] 52 70

EModul 1 PAN-Faser [cN/tex] 1080 1510EModule 1 PAN fiber [cN / tex] 1080 1510

Filamentdurchmesser C-Faser [pm] 7,5 <4μπιFilament diameter C fiber [pm] 7.5 <4μπι

Höchstzugdehnung C-Faser [%] 1,7 1,3Maximum tensile strain C fiber [%] 1.7 1.3

Zugfestigkeit C-Faser [GPa] 4, 1 5,5Tensile strength C-fiber [GPa] 4, 1 5,5

E-Modul C-Faser [GPa] 240 265 Modulus of elasticity C-fiber [GPa] 240 265

Claims

Patentansprüche : Claims: 1. Carbon-Faser, welche wenigstens ein Monofilament umfasst, wobei wenigstens eines des wenigstens einen Filaments einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 4 μπι oder weniger aufweist. 1. carbon fiber, which comprises at least one monofilament, wherein at least one of the at least one filament according to DIN EN ISO 1973 certain filament diameter of 4 μπι or less. 2. Carbon- Faser nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, wenigstens 50%, bevorzugt wenigstens 80%, weiter bevorzugt wenigstens 90%, besonders bevorzugt wenigstens 95%, ganz besonders bevorzugt wenigstens 99% und höchst bevorzugt alle Filamente einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 4 μπι oder weniger aufweisen. 2. Carbon fiber according to claim 1, characterized in that at least 50%, preferably at least 80%, more preferably at least 90%, more preferably at least 95%, most preferably at least 99% and most preferably all filaments one according to DIN EN ISO 1973 certain filament diameter of 4 μπι or less. 3. Carbon-Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichn e t, dass das wenigstens eine Filament einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von maximal 3,5 μπι, bevorzugt von maximal 3,25 μπι, weiter bevorzugt von maximal 3,0 μπι, insbesondere bevorzugt von maximal 2,75 μπι, besonders bevorzugt von maximal 2,5 μπι, ganz besonders bevorzugt von maximal 2,25 μπι und höchst bevorzugt von maximal 2,0 μπι aufweist. 3. Carbon fiber according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one filament has a filament diameter determined according to DIN EN ISO 1973 of not more than 3.5 μm, preferably of not more than 3.25 μm, more preferably of not more than 3, 0 μπι, more preferably of at most 2.75 μπι, more preferably of at most 2.5 μπι, most preferably of at most 2.25 μπι and most preferably of a maximum of 2.0 μπι. 4. Carbon-Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n nzeichnet, dass diese durch Carbonisieren einer Precursor-Faser aus Polyacrynitril-Hompolymer, Polyacrylnitril-Copolymer oder einer Mischung davon erhältlich ist. 4. Carbon fiber according to one of the preceding claims, characterized in that it is obtainable by carbonizing a precursor fiber of polyacrylonitrile homopolymer, polyacrylonitrile copolymer or a mixture thereof. 5. Carbon- Faser nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass diese durch Carbonisieren einer Precursor-Faser aus einem Polyacrylnitril-Copolymer erhältlich ist, welches einen Acrylnitrilgehalt zwischen 94 und 99 Gew.-% und einen Gehalt an Itacon- oder Methacrylsäure zwischen 6 und 1 Gew.-% aufweist. 5. Carbon fiber according to claim 4, characterized in that it is obtainable by carbonizing a precursor fiber of a polyacrylonitrile copolymer having an acrylonitrile content between 94 and 99 wt .-% and a content of itaconic or methacrylic acid between 6 and 1 wt .-%. 6. Carbon-Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n nzeichnet, dass wenigstens eines des wenigstens einen Filaments der Carbon-Faser eine gemäß der DIN EN 1007 Teil 4 bestimmte Zugfestigkeit von 3 GPa oder mehr, bevorzugt von 3,5 GPa oder mehr, besonders bevorzugt von 5,5 GPa oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 5,5 bis 10,0 GPa aufweist. 6. carbon fiber according to any one of the preceding claims, characterized Porsche Style nzeichnet that at least one of the at least one filament of the carbon fiber determined according to DIN EN 1007 Part 4 tensile strength of 3 GPa or more, preferably 3.5 GPa or more , more preferably from 5.5 GPa or more, and most preferably from 5.5 to 10.0 GPa. 7. Carbon-Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n nzeichnet, dass wenigstens eines des wenigstens einen Filaments der Carbon-Faser ein gemäß der DIN EN 1007 Teil 4 bestimmtes E-Modul von 150 GPa oder mehr, bevorzugt von 200 GPa oder mehr, besonders bevorzugt von 250 GPa oder mehr und ganz besonders bevorzugt von 300 GPa oder mehr aufweist. 7. carbon fiber according to any one of the preceding claims, characterized Porsche Style nzeichnet that at least one of the at least one filament of the carbon fiber according to DIN EN 1007 Part 4 certain modulus of elasticity of 150 GPa or more, preferably 200 GPa or more , more preferably 250 GPa or more, and most preferably 300 GPa or more. 8. Carbon-Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n nzeichnet, dass wenigstens eines des wenigstens einen Filaments der Carbon-Faser eine gemäß der DIN EN 1007 Teil 4 gemessene Höchstkraftzugdehnung von 1,0% oder mehr, bevorzugt von 1,2% oder mehr und besonders bevorzugt von 1,3% oder mehr aufweist. 8. Carbon fiber according to claim 1, characterized in that at least one of the at least one filament of the carbon fiber has a maximum tensile elongation of 1.0% or more, preferably of 1.2%, measured according to DIN EN 1007 Part 4 or more, and more preferably 1.3% or more. 9. Carbon-Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n nzeichnet, dass wenigstens eines des wenigstens einen Filaments der Carbon-Faser in seinem Querschnitt betrachtet eine Längenausdehung L und eine Breitenausdehung B aufweist, wobei das Verhältnis von Länge zu Breiten (L/B) zwischen weniger als 2 und 1 und bevorzugt zwischen weniger als 1,5 und 1 beträgt. 9. carbon fiber according to any one of the preceding claims, characterized Porsche Style nzeichnet that at least one of the at least one filament of the carbon fiber considered in its cross section has a length dimension L and a width dimension B, wherein the ratio of length to width (L / B ) is between less than 2 and 1, and preferably between less than 1.5 and 1. 10. Carbon-Faser nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass diese 1.000 bis 100.000 Monofilamente, bevorzugt 6.000 bis 90.000 Monofilamente und bevorzugt 12.000 bis 64.000 Monofilamente aufweist. 10. Carbon fiber according to one of the preceding claims, characterized in that it has 1,000 to 100,000 monofilaments, preferably 6,000 to 90,000 monofilaments and preferably 12,000 to 64,000 monofilaments. 1. Carbon-Precursor-Faser, welche wenigstens ein Monof lament umfasst, wobei wenigstens eines des wenigstens einen Filaments einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 12 μπι oder weniger aufweist. 1. carbon precursor fiber, which comprises at least one Monof lament, wherein at least one of the at least one filament has a determined according to DIN EN ISO 1973 filament diameter of 12 μπι or less. Carbon-Precursor-Faser nach Anspruch 1 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass das wenigstens eine Filament einen gemäß der DIN EN ISO 1973 bestimmten Filamentdurchmesser von 10 μπι oder weniger, bevorzugt von 8 μπι oder weniger, besonders bevorzugt von 6 μπι oder weniger und ganz besonders bevorzugt von 5 μπι oder weniger aufweist. Carbon precursor fiber according to claim 1 1, characterized in that the at least one filament determined according to DIN EN ISO 1973 filament diameter of 10 μπι or less, preferably of 8 μπι or less, more preferably of 6 μπι or less and very particularly preferably of 5 μπι or less. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung einer Carbon- Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfassend die Schritte: A continuous process for producing a carbon fiber according to any one of claims 1 to 10, comprising the steps of: a. Bereitstellen einer Spinnlösung, die i) ein Polyacrynitril- Hompolymer, ein Polyacrylnitril-Copolymer oder eine Mischung davon und ii) zumindest ein Lösungsmittel enthält, b. Bereitstellen einer Spinndüse, welche zumindest ein Düsenloch mit einem Durchmesser von 35 μπι oder weniger aufweist,  a. Providing a spinning solution containing i) a polyacrylonitrile homopolymer, a polyacrylonitrile copolymer or a mixture thereof and ii) at least one solvent, b. Providing a spinneret which has at least one nozzle hole with a diameter of 35 μπι or less, c. kontinuierliches Extrudieren der Spinnlösung durch das zumindest eine Düsenloch der Spinndüse in ein Fällbad zum Erhalt einer Carbon-Precursor-Faser und  c. continuously extruding the spinning solution through the at least one nozzle hole of the spinneret into a precipitation bath to obtain a carbon precursor fiber and d. Carbonisieren der in dem Schritt c. erhaltenen Carbon- Precursor-Faser bei einer Temperatur von bis zu 1.500°C.  d. Carbonizing the in step c. obtained carbon precursor fiber at a temperature of up to 1,500 ° C. Kontinuierliches Verfahren nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Durchmesser des zumindest einen Düsenlochs der Spinndüse 30 μπι oder weniger, bevorzugt 25 μπι oder weniger und besonders bevorzugt 20 μπι oder weniger beträgt. Continuous method according to claim 13, characterized in that the diameter of the at least one nozzle hole of the spinneret 30 μπι or less, preferably 25 μπι or less and more preferably 20 μπι or less. 5. Verwendung einer Carbon-Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem textilen Flächengebilde, in einem Prepreg oder in einem Faserverbundbauteil. 5. Use of a carbon fiber according to one of claims 1 to 10 in a textile fabric, in a prepreg or in a fiber composite component.
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