Tech nisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Carbonfasern sowie von Precur- soren solcher Carbonfasern auf Basis von Polyacrylnitrilpolymeren , die unter Einbeziehung ionischer Flüssigkeiten hergestellt und durch anschließende Carbonisie- rung und gegebenenfalls Graphitisierung in Carbonfasern umgewandelt werden .

Stand der Tech ni k

Angesichts steigender Rohstoff- und Energiekosten werden Carbonfasern aufgrund ihrer einzigartigen mechanischen und funktionellen Eigenschaften zunehmend als Substitutionsmaterialien traditioneller Werkstoffe nachgef ragt. Dies begründet sich im Energieeinsparungspotential der daraus hergestellten carbonfaserverstärkten Strukturbauteile, die eine sehr hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweisen. Vor allem die Luft- und Raumfahrt sowie die Automobilindustrie stellen hohe Anforderungen an die Qualität und Verarbeitungsmerkmale der in Strukturbauteilen verwendeten Carbonfasern .

Carbonfasern werden kommerziell durch Pyrolyse von Polyacrylnitril-Copolymeri- saten und Celluloseregeneraten sowie Pech gewonnen und haben je nach Herstellungsprozessparametern unterschiedliche Eigenschaften. Für den industriellen Einsatz sind Polyacrylnitril-Copolymerisate als Ausgangspolymere für die Herstellung von Carbonfasern besonders geeignet. Da Carbonf asern in immer grö ßeren Anwendungsfeldern zum Einsatz kommen , müssen diese eine höhere Zugfestigkeit als bisher aufweisen . Zur weiteren Ausdehnung der Anwendungsfelder von Carbonfasern müssen diese billiger und umweltfreundlicher hergestellt werden können.

Polyacrylnitril ( PAN) zersetzt sich bei Temperaturen oberhalb von 350 °C, ohne zu schmelzen , so dass Fasern nur über den Lösungszustand hergestellt werden können . Allerdings ist die Löslichkeit des Polyacrylnitrils infolge der starken Nebenva- lenzkräfte zwischen den Makromolekülen sehr gering. Ein Lösen von Polyacrylnitril ist nur in Lösemitteln mit hohem Dipolmoment, wie Dimethylformamid, Dimethy- lacetamid, Dimethylsulfoxid und Ähnlichem , möglich . Die meisten dieser Lösemittel erlauben die Herstellung von Polyacrylnitrilfasern sowohl nach dem Nass- als auch nach dem Trocken-Spinnverfahren.

Die im Stand der Technik angewendeten Verfahren zur Auf lösung, Lagerung und Verarbeitung von PAN-basierten Polymeren aus konventionellen Lösungsmitteln haben technologische oder ökologische Nachteile. So müssen diese Prozesse verfahrensbedingt bei Temperaturen über 80 °C durchgef ührt werden , wobei eine Freisetzung flüchtiger Lösungsmittel nicht vollständig unterbunden werden kann . Eine Rückgewinnung der Lösungsmittel sowohl aus wässrigen Bädern als auch aus der Abluft ist mit gro ßen Aufwendungen verbunden . Meist existieren neben den dazu notwendigen komplizierten technischen und energetisch aufwendigen Verfahren Umweltemissionen sowie Anforderungen zur Gewährleistung des Gesundheitsschutzes des Bedienpersonals der Faserproduktion .

Weiterhin werden beim Nassspinnverfahren aus verfahrenstechnischen Gründen relativ stark verdünnte Polymerlösungen versponnen . Dabei werden in der Regel poröse Faserstrukturen erzeugt, die eine geringe Festigkeit aufweisen . Au ßerdem garantieren die meist nieren- oder hanteiförmigen Faserquerschnitte nicht die notwendige enge und stabile Verbindung zwischen Faser und Matrix. Die herkömmlichen Techniken zur Verbesserung der Zugfestigkeit von Carbonfasern zielen auf eine Verringerung von Makrodefekten , beispielsweise auf eine Verringerung von Verunreinigungen , die in den einzelnen Filamenten , aus denen die Carbonfasern bestehen , enthalten sind, oder auf eine Hemmung der Bildung von Makrohohlräumen , die in den einzelnen Filamenten gebildet werden und auf eine Hemmung der Bildung von Defekten, die an den Oberflächen der einzelnen Filamente gebildet werden , ab (sh . 59-88924 ( Kokai) , Veröffentlichungsnr. 4- 1 2882 ( Kokoku) , j apanisches Patent, Veröffentlichungsnr. 3-41 561 ( Kokoku)) .

Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Makrodefekten wird die Festigkeit auch durch Mikrohohlräume oder Mikrodefekte beeinträchtigt . Eine Technik zur Erhöhung der Dichte von nicht verstreckten Fasern , bei der die Bedingungen des Koagulationsbades optimiert werden , ist im j apanischen Patent mit der Offenle- gungsnr. 59-82420 ( Kokai) offenbart . Eine Technik zur Erhöhung der Dichte von verstreckten Fasern, bei der die Recktemperatur in einem Bad so hoch wie möglich gehalten wird, ist im j apanischen Patent mit der Veröffentlichungsnr. 6- 1 5722 ( Kokoku) beschrieben . Mit diesen Techniken kann zwar eine Erhöhung der Faserdichte erreicht werden , dies kann j edoch dazu f ühren , dass die Sauerstoffdurchlässigkeit in den Fasern im Stabilisierungsverfahren erniedrig wird, so dass die Verbesserung der Zugfestigkeit der erhaltenen Carbonfasern mit starken Nachteile verbunden ist und an Wert verloren hat . Deshalb sind diese Techniken in ihrer Wirkung bei der Verbesserung der Zugfestigkeit eingeschränkt.

Die trocken gesponnenen Fasern weisen dagegen trotz der kompakten Morphologie und runder Querschnittsf lächen eine weniger gleichmäßige Struktur auf und sind daher als Carbonfaser-Precursoren weniger geeignet . Darüber hinaus wird das Trockenspinnverfahren verfahrensbedingt bei hohen Temperaturen durchgeführt, so dass bei der Verwendung von leichtf lüchtigen Lösungsmitteln der Spinn- prozess nur unter einem hohen technischen Aufwand durchgeführt werden kann .

Für die industrielle Umsetzung haben sich ionische Flüssigkeiten ( I L) als vielversprechende Lösungsmittel f ür Polymere herausgestellt. I onische Flüssigkeiten sind Salze, die bei Temperaturen unter 1 00 °C im flüssigen Aggregatzustand vorliegen . Die heute am intensivsten untersuchten Verbindungen basieren auf I midazolium- und Pyridinium- Kationen und Anionen, wie Halogenide bzw. komplexere Anionen , wie Acetate, Amide, Borate, Phosphate, I mide und Sulfate. Ionische Flüssigkeiten zeichnen sich durch eine Reihe interessanter Eigenschaften aus: Sie sind thermisch stabil, schwer entzündlich, haben einen sehr niedrigen Dampfdruck und verfügen über spezielle hochselektive Lösungseigenschaften. Darüber hinaus besitzen ionische Flüssigkeiten ein hervorragendes Lösevermögen für zahlreiche faserbildende Polymere, so dass die technisch nutzbaren Polymerkonzentrationen in der Lösung deutlich erhöht werden können (CN 1752302 bis CN 1752305, WO 2007/128268 A2, WO 2007/128268 A3). In der CN 1752302 bis CN 1752305 und DE 102009019 120 A1 sind ionische Flüssigkeiten zur Verarbeitung von Polyacrylnitril zu Fasern aus dem Lösungszustand aufgeführt. Die dabei erhaltenen Fasern haben jedoch durch die angewendeten Nassspinnverfahren und Nachreckprozesse für die Herstellung von Carbonfasern ungünstige Eigenschaftsprofile.

Aufgabe der Erfindung

Bei der Herstellung von Precursoren für Carbonfasern auf Basis von PAN besteht ein Bedarf nach Lösungssystemen und auf diesen aufbauenden Verfahren, welche Faserstoffe mit hohen Festigkeiten bei gleichzeitig ausreichender Dehnung liefern, die für den Einsatz in Verbundstoffen besonders gut geeignet sind. Weiterhin sollten die auf diese Art erhaltenen Fasern optimale Oberflächeneigenschaften aufweisen.

Überraschenderweise wird diese Aufgabe gelöst durch Carbonfasern, die gekennzeichnet sind durch eine Zugfestigkeit (nach DIN 53816) von 3,0 bis 8,5 GPa, b) eine Bruchdehnung (nach DIN 53816) von 0,5 bis 3,0 %, c) einen Elastizitäts- Modul (nach DIN 53816) von 100 bis 600 MPa, insbesondere 100 bis 350 MPa, und d) einen Titer (dtex) von 0,1 bis 3,0 dtex, insbesondere von 0,2 bis 1,5 dtex. Die Dichte dieser Carbonfasern liegt vorzugsweise zwischen 1,70 und 2,00 g/cm ³ . Vorzugsweise liegt die Dichte e) zwischen 1,750 und 1,950 g/cm ³ .

Bevorzugt weist die Zugfestigkeit einen Wert (nach DIN 53816) von 3,5 bis 7,0 GPa, die Bruchdehnung einen Wert (nach DIN 53816) von 1,0 bis 2,5%, der Elastizitätsmodul einen Wert von (nach DIN 53816) 200 bis 400 MPa, insbesondere 200 bis 300 MPa sowie der Titer (dtex) vorzugsweise einen Wert von 0,2 bis 2,0, insbesondere von 0,3 bis 1,2, auf. Die dieser technischen Anweisung folgenden Carbonfasern sind dann besonders vorteilhaft, wenn deren Morphologie möglichst geringe strukturelle Unterschiede zwischen den I nnen- und Au ßenschichten von j edem einzelnen Filament aufweisen als herkömmliche Kohlenstofffasern , ermittelt durch AMF ( Rastersondenmikroskopie) und RAMAN-Mikroskopie. Zudem sind diese Carbonfasern dann als besonders vorteilhaft zu bezeichnen, wenn deren Morphologie eine möglichst geringere Anzahl von Makrodefekten von j edem einzelnen Filament als herkömmliche Carbonfaser- Precursoren aufweist, ermittelt durch REM-Aufnahmen von Filament- querschnitten, die mit Hilfe eines Gallium- I onenstrahls ( Focused I on Beam) freigelegt wurden. Diese gehen zurück auf direkt nach dem Koagulationsbad entnommene Filamente. Es ergibt sich daraus eine besonders vorteilhafte, kompakte und homogene Struktur.

Die oben beschriebenen Carbonfasern zeichnen sich durch eine exzellente Rundheit, gemessen durch das L7 B- Verhältnis, aus. Beim L7 B- Verhältnis handelt es sich um das Verhältnis von Länge zu Breite des Faserquerschnitts. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Carbonfasern ein L/ B- Verhältnis von 2,0 bis 1 ,0, insbesondere von 1 ,5 bis 1 ,0, auf .

Die Aufgabe der vorliegenden Erf indung wird mit besonderem Vorteil durch Carbonfasern in graphitisierter Form gelöst, die gekennzeichnet sind durch a) eine Zugfestigkeit ( nach DI N 5381 6) von 2,5 bis 7,0 GPa, insbesondere von 3,0 bis 6,0 GPa, b) eine Bruchdehnung (nach DI N 5381 6) von 0,2 bis 3,0% , insbesondere von 0,5 bis 2,5% , c) einen Elastizitäts-Modul ( nach DI N 5381 6) von 200 bis 1 .000 MPa, insbesondere von 300 bis 900 MPa, und d) einen Titer (dtex) von 0, 2 bis 1 ,2, insbesondere von 0,5 bis 1 ,0. Die graphitisierten Carbonfasern weisen vorzugsweise e) eine Dichte von 1 ,700 bis 1 ,950 g/cm ³ , insbesondere von 1 ,750 bis 1 ,950 g/cm ³ , auf . Für Carbonfasern in graphitisierter Form ist es bevorzugt , wenn sie die oben f ür Carbonfasern beschriebenen Eigenschaften hinsichtlich der Glätte, Rundheit und/oder Porosität ebenfalls erf üllen . Die oben beschriebenen Carbonfasern bzw. Carbonfasern in graphitisierter Form lassen sich aus Carbonfaser-Precursoren herstellen , die in Form von Precursor- Garnen und -Filamenten eine erhöhte Rei ßfestigkeit bei gleichzeitig ausreichender Dehnung, einen runden Querschnitt sowie eine kompakte Fasermorphologie aufweisen und zur Weiterverarbeitung und Herstellung von hochfesten Carbonf asern für technische Anwendungen in Verbundstoffen besonders gut geeignet sind. I nsbesondere sind solche Carbonfaser-Precursoren zur Herstellung von Carbonfasern , die im Vorstehenden beschrieben sind, durch Stabilisierung, Carbonisierung und gegebenenfalls anschließende Graphitisierung geeignet.

Die hier beschriebenen Carbonfaser-Precursoren basieren auf Polyacrylnitril und sind gekennzeichnet durch a) eine Zugfestigkeit (nach DI N 5381 6) von 40 bis 90 cN/tex, insbesondere von 50 bis 80 cN/tex, b) eine Bruchdehnung ( nach DI N 5381 6) von 8 bis 20 % , insbesondere von 1 0 bis 1 8% , c) einen Elastizitäts-Modul (nach DI N 5381 6) von 800 bis 1 .600 cN/tex, insbesondere von 900 bis 1 .500 cN/tex, d) einen Titer von 0,6 bis 3,0, insbesondere von 0,6 bis 2,0, und ganz bevorzugt von 0,8 bis 1 ,5 dtex. Diese Carbonfaser- Precursoren weisen vorzugsweise e) eine Dichte von 1 , 1 60 bis 1 ,200, insbesondere von 1 , 1 70 bis 1 , 1 90 g/cm ³ auf .

Das verwendete Polyacrylnitril kann durch kationische, anionische oder radikalische Polymerisation , bevorzugt durch radikalische Polymerisation , hergestellt werden . Für die Polymerisation kann j edes herkömmliche Polymerisationsverfahren , wie zum Beispiel eine Lösungspolymerisation , eine Suspensionspolymerisation oder eine Emulsionspolymerisation, angewendet werden .

Das verwendete Polyacrylnitril kann sowohl ein Homopolymer als auch ein Copo- lymer sein . Wird als Polyacrylnitril ein Copolymer verwendet, so sollte der Anteil an Polymerisat-Copolymeren im Polyacrylnitril bei weniger als 1 0,0 Mol-% , insbesondere im Bereich von 1 bis 6 Mol-% und besonders bevorzugt im Bereich von 2 bis 5 Mol-% . Als Copolymere zu Acrylnitril können zweckmäßigerweise Acrylamid, Acrylsäure, Butylacrylat, Ethylacrylat und Methyl-methacrylat , Methacrylsäure, I taconsäure, Vinylacetat , Vinylbromid, Vinylchlorid oder Gemische davon eingesetzt werden.

Hinsichtlich des Molekulargewichtes unterliegt das f ür den Carbonfaser-Precursor verwendete Polyacrylnitril keinen relevanten Beschränkungen . Das durchschnittliche Molekulargewicht des Polyacrylnitrils in den Carbonfaser- Precursoren beträgt bevorzugt 50.000 bis 300.000, insbesondere 80.000 bis 250.000 und besonders bevorzugt 1 20.000 bis 1 90.000. Ein höherer Polymerisationsgrad ist unter denselben Spinn- und Reckbedingungen wirkungsvoller bei der Verbesserung der Zugfestigkeit und der Dehnung der Precursorfasern. Andererseits steigt die Viskosität des Polymers mit zunehmendem Polymerisationsgrad an , was mit einer Verschlechterung der Verarbeitungsfähigkeit beim Spinnen und Recken verbunden ist. Somit ist es bevorzugt, den Polymerisierungsgrad unter Berücksichtigung eines Ausgleichs zwischen diesen Eigenschaften auszuwählen . Wenn der Polymerisationsgrad niedrig ist , verbessert sich die Verarbeitungsfähigkeit beim Spinnen und Recken. Da aber die Wärmebeständigkeit des Produktes abnimmt, treten Verschmelzungen zwischen den einzelnen Filamenten im Spinn- und Reckverfahren und im Carbonisierungsverfahren häuf iger auf .

Die Polydispersität des Acrylnitrilpolymers, ermittelt durch Gelpermeationschro- matographie, liegt zweckmäßigerweise im Bereich zwischen 1 ,5 und 3,5, bevorzugt zwischen 1 ,8 und 3,0, und besonders bevorzugt zwischen 1 ,8 und 2,8. Eine engere Verteilung der relativen Molekülmassen ermöglicht eine verbesserte Reckfähigkeit im Spinn- und Reckverfahren und verbessert die Festigkeit der erhaltenen Carbonfasern . Es ist daher bevorzugt , die Verteilung der relativen Molekü lmassen einzuengen.

Die beschriebenen Carbonfaser- Precursoren bestehen nicht notwendigerweise ausschließlich aus Polyacrylnitril oder Copolymeren davon, wie oben beschrieben , sondern können neben Polyacrylnitril weitere Polymere enthalten , insbesondere in Form von Cellulose, Aramiden , Lignin , Polyetheresterketonen und/oder Polyether- sulphonen . Solche zusätzlichen Polymere sind vorzugsweise in einer Menge von bis zu 50 Gew.-% , bezogen auf den Carbonfaser- Precursor, in diesem enthalten , insbesondere bis zu 25. Gew. -% . Darüber hinaus weisen auch die Carbonfaser- Precursoren eine möglichst hohe Rundheit auf , die vorzugsweise charakterisiert ist durch ein L/ B- Verhältnis im Bereich von 2 bis 1 ,0, insbesondere von 1 ,5 bis 1 ,0.

Die obiger technischer Anweisung folgenden Carbonfaser- Precursoren sind dann als besonders vorteilhaft zu bezeichnen , wenn deren Morphologie eine möglichst geringe Porosität bei j edem einzelnen Filament im Vergleich zu herkömmlichen Carbonfaser- Precursoren aufweist , erhalten durch Porositätsmessungen . Alternativ oder zusätzlich zu diesen Eigenschaften weisen die Carbonfaser-Precursoren vorzugsweise eine Porosität, bestimmt nach der Methode der Jodabsorption , von 1 ,5 bis 0, 1 % , insbesondere von 0,8 bis 0, 1 5% , auf . Die Messmethode der Jodabsorption erfolgt , wie sie in der DE 698 28 41 7 T2 (dort S. 1 0, [ 0066] und [ 0067] ) beschrieben wurde.

Die erf indungsgemäßen Carbonfaser-Precursoren können durch ein im Folgenden beschriebenes Verfahren hergestellt werden. Nach diesem Verfahren wird ein Homo- oder Copolymer von Polyacrylnitril , gegebenenfalls zusammen mit einem zusätzlichen anderen Polymer, wie vorstehend beschrieben , in einer ionischen Flüssigkeit gelöst , wobei die Konzentration des Polyacrylnitrils gegebenenfalls zusammen mit dem zusätzlichen anderen Polymer, in der ionischen Flüssigkeit mindestens 5 Gew. -% , insbesondere 1 0 bis 25 Gew.-% , wobei unlösliche f lüssige oder feste Additive weitgehend ausgeschlossen sind, beträgt , diese Lösung in einem Fällungsmedium nassversponnen wird und die anfallenden Fasern gereckt werden.

Bei Verwendung von konventionellen Lösungsmitteln nimmt mit steigender Polymerkonzentration das Lösevermögen ab und die Viskosität der Lösung zu , so dass die Temperaturen erhöht werden müssen , um eine Gelbildung in der Spinnlösung zu vermeiden bzw. um die Prozessparameter kontinuierlich zu gestalten. Dadurch werden die Minimaltemperaturen , die f ür die problemlose Auf lösung, Lagerung und Verarbeitung der Polymerlösungen erforderlich sind, erhöht bzw. sie dürfen 80 bis 90 °C nicht unterschreiten. Durch den hohen Dampfdruck der herkömmlichen Lösungsmittel f ührt dies zur Bildung von I nhomogenitäten an der Grenze zwischen der Polymerlösung und Umgebung. I onische Flüssigkeiten besitzen na- hezu keinen Dampfdruck, daher können Polymerlösungen in ionischen Flüssigkeiten problemlos auch bei höheren Temperaturen hergestellt und weiterverarbeitet werden .

Beim Nassverspinnen der Lösung kann das angewandte Spinnverfahren ein Nassverspinnen oder Trocken- Nassverspinnen sein . Unter diesen ist Trocken- Nass- verspinnen bevorzugt, da eine Erhöhung der Faserdichte leichter gewährleistet und Fasern mit höherer Festigkeit einfacher erhalten werden können. Bei diesem Verfahren können die an der Düse austretenden Filamente einen bis zu 1 0 cm langen Luftspalt durchlaufen , bevor sie in einem darunter liegenden Fällmedium ausgefällt werden .

Die Verarbeitung von Polymerlösungen mit Hilfe des Nass-Spinnverfahren wird sehr stark durch die Strömungs- und Druckverhältnisse der Polymerlösung an der Düse beeinflusst . Daher wird die Verarbeitung von stark strukturierten Polymerlösungen unter anderem durch ihre hohe Viskosität begrenzt. I m oben angegebenen Molekulargewichtsbereich der PAN-basierten Polymere können Polymerlösu ngen im Konzentrationsbereich zwischen 1 0 und 1 8 Gew. -% Polymer in ionischen Flüssigkeiten verarbeitet werden.

Ein Verspinnen höher-konzentrierter Lösungen kann nach dem Trocken-Nass- spinnprozess erfolgen . I m oben angegebenen Molekulargewichtsbereich der PAN- basierten Polymere können mit diesem Verfahren Polymerlösungen im Konzentrationsbereich zwischen etwa 1 5 und 30 Gew. -% Polymer in ionischen Flüssigkeiten verarbeitet werden.

Die Viskosität der das Polyacrylnitril enthaltenden Spinnlösung im Nassspinnpro- zess beträgt vorzugsweise 20 bis 200 Pa.s, insbesondere 50 bis 1 20 Pa.s, im Tro- cken- Nassspinnprozess hingegen vorzugsweise 500 bis 50.000 Pa.s, insbesondere 1 .000 bis 20.000 Pa.s.

Eine Lösung des Polyacrylnitrils in der ionischen Flüssigkeit kann entweder durch direktes Auf lösen des Polyacrylnitrils in der ionischen Flüssigkeit oder durch Suspendieren des Polyacrylnitrils in einer verdünnten wässrigen bzw. organischen Lösung der ionischen Flüssigkeit erhalten werden, wobei anschließend das Wasser bzw. das organischen Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur mit oder ohne Einwirkung eines Vakuums aus der Suspension entfernt wird. Dabei wandelt sich die zunächst erhaltene Suspension in eine Lösung um.

Die Polyacrylnitrillösung wird vorzugsweise mit Hilfe einer Spinndüse in ein Fällungsmedium eingebracht. Als Spinndüse wird zweckmäßigweise eine Spinndüse mit kreisförmigen Löchern verwendet, um koagulierte Fasern mit einer kreisförmigen oder Kreisform-ähnlichen Querschnittsform zu erhalten. Koagulierte Fasern mit einer Querschnittsform, die sich von der Kreisform unterscheidet, wie zum Beispiel mit einer Querschnittsform in Form eines Dreieck, Vierecks oder Fünfecks, können erhalten werden, indem eine Vielzahl von Filamenten kombiniert wird, die aus einem Schlitzsatz oder einem Satz mit kleinen kreisrunden Löchern erhalten werden.

Es ist bevorzugt, dass die Spinndüsenplatte einen Durchmesser von etwa 160 μηι oder weniger aufweist. Insbesondere beträgt der Durchmesser bevorzugt 100 μηι oder weniger und besonders bevorzugt 40 μηι oder weniger.

Bei der Auswahl der ionischen Flüssigkeit unterliegt die vorliegende Erfindung keinen relevanten Beschränkungen. So kommen ganz allgemein solche ionischen Flüssigkeiten in Frage, wie sie in der DE 10 2006 035 830 A9 (dort S. 3, [0015] bis S. 17, [0088]) beschrieben werden. Es hat sich gezeigt, dass das Polyacryl- nitril in bestimmten ionischen Flüssigkeiten sehr gut löslich ist.

Die bevorzugten ionischen Flüssigkeiten weisen die allgemeine Form [Q+] _n [Z-] _n auf, wobei das Kation [Q+] _n ein quartäres Ammonium-[R R ² R ³ R ⁴ N+], Phosphoni- um-[R R ² R ³ R ⁴ P+] oder ein tertiäres Sulfonium-[R R ² R ³ S+] -Kation oder ein analoger quaternierter Stickstoff-, Phosphor- oder ein tertiärer Schwefel-Heteroaromat der folgenden Formeln (I), (II), (III), (IV), (V) und (VI)

darstellt. Bei den Resten R R ² , R ³ , R ⁴ bzw. R ¹ bis R ⁸ in den Formeln ( I ) bis (VI ) handelt es sich unabhängig voneinander um lineare, zyklische, verzweigte, gesättigte oder ungesättigte Alkylreste, mono- oder polycyclische, aromatische, heteroaromatische Reste oder mit weiteren f unktionellen Gruppen substituierte Derivate dieser Reste, wobei R ¹ , R ² , R ³ und R ⁴ bzw. R ¹ bis R ⁸ in den Formeln ( I ) bis (VI ) untereinander verbunden sein können. Bei dem Anion [ Z] ^n- handelt es sich vorzugsweise um ein Halogenid, Pseudohalogenid, Amid, insbesondere Dicyana- mid, I mid, eine Phosphorbindung oder eine Nitroverbindung.

Bei den Halogeniden oder Pseudohalogeniden kann es sich insbesondere um solche mit der Formel

Bei den in den oben bezeichneten Kationen gegebenenfalls enthaltenen Alkyl- resten handelt es sich vorzugsweise um Ci_i ₈ -Alkylreste, insbesondere Alkylreste mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, wie vorzugsweise Methyl-, Ethyl-, 1-Propyl, 2- Propyl-, 1-Butyl-, 2-Butylreste, cyclische Alkylreste mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere in Form von Cyclopropyl-, Cyclobutyl-, Cyclopentyl- sowie Cyc- lohexyl-Resten, ungesättigte Alkylreste in Form von Vinyl, 2-Propenyl, 3-Butenyl, cis-2-butenyl, trans-2-butenyl-Resten, aromatische Reste in Form von Phenyl oder Naphthyl-Resten, die mit 1 bis 3 Halogenatomen, Alkylresten mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen oder Phenyl-Resten substituiert sein können, und heteroaromatische Reste in Form von O-, S- oder Kn-Enthaltenden heterocyclischen Resten mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen oder Gemische davon.

Die molekulare Struktur der polymeren Moleküle der Homo- und Copolymeren des Polyacrylnitrils führt zu starken Dipolwechselwirkungen zwischen den Ketten. Für das Aufbrechen der starken Wechselwirkungen zwischen den Polymerketten eignen sich insbesondere ionische Flüssigkeiten, die aus Kationen und Anionen mit hoher Ladungsdichte bestehen. Hierzu sei auf das HSAB-Konzept verwiesen: Das HSAB-Konzept, auch Pearson- Konzept genannt, ist das Akronym für "Hard and Soft Acids and Bases", also das Konzept der "Harten und weichen Säuren und Basen", und zählt zu den Säure- Base- Konzepten. Es wird in vielen Bereichen der Chemie benutzt, um die Stabilität von Verbindungen und deren Reaktivität abzuschätzen (sh. Ralph G. Pearson: The HSAB Principle - more quantitative aspects. In: Inorganica Chimica Acta. Vol. 240, No. 1/2, 1995, ISSN 0020-1693, S. 93-98).

Die nachfolgend bezeichneten ionischen Flüssigkeiten erweisen sich für die erfindungsgemäße Verarbeitung als besonders gut geeignet.

1-Ethyl-3-methylimidazolium-chlorid [EMIM] [Cl],

1-Butyl-3-methylimidazolium-chlorid [BMI M] [Cl],

1-Ethyl-3-methylimidazolium-bromid [EMIM] [Br],

1-Butyl-3-methylimidazolium-bromid [BMIM] [Br],

1-Ethyl-3-methylimidazolium-thiocyanat [EMIM] [SCN], 1-Butyl-3-methylimidazolium-thiocyanat [ BMI M] [SCN],

1-Ethyl-3-methylimidazolium-cyanat [EMIM] [OCN],

1-Butyl-3-methylimidazolium-cyanat [BMIM] [OCN],

1-Ethyl-3-methylimidazolium-dicyanamid [EMIM] [DCA],

1-Butyl-3-methylimidazolium-dicyanamid [BMIM] [DCA],

1 ,3-Dimethylimidazolium-dimethylphosphat [MMIM] [DMP],

1-Ethyl-3-methylimidazolium-diethylphosphat [EMIM] [DEP],

1-Butyl-3-methylimidazolium-dibutylphosphat [BMIM] [DBF ³ ].

Für die mit der Erfindung angestrebten Effekte sind besonders folgende konkrete Verbindungen von Wert: [EMIM] [Cl], [EMIM] [DCA] (DCA = Dicyanamid = • N(CN) ₂ ), [MMIM] [DMP] und/oder [EMIM] [SCN].

Unter Berücksichtigung der vorstehend gegebenen konkreten Angaben zur vorliegenden Erfindung ist es dem Fachmann leicht möglich, hier geeignete Optimierungen vorzunehmen, so beispielsweise durch die Variation der Kationen und Ani- onen der ionischen Flüssigkeit, wodurch die resultierenden Strukturparameter und die weiteren Eigenschaften der Precursorfasern begünstigt werden. Infolgedessen kann durch die Verwendung bestimmter ionischer Flüssigkeit das Erfindungsziel in optimaler Form erreicht werden, wobei insbesondere der Fadenbildungsprozess an der Düse bzw. im Luftspalt optimal steuerbar ist. Auch können unterschiedliche wünschenswerte Eigenschaften der Precursorfasern erhalten werden, indem die Diffusionsprozesse bei der Regeneration/Koagulation des Fadens und die Reckbedingungen vorteilhaft gesteuert werden.

Die während des Fällens bzw. der Koagulation der Polyacrylnitrilfäden gewählten Bedingungen haben einen großen Einfluss auf die Struktur und die Zugfestigkeitseigenschaften der Precursorfasern und der aus diesen herstellbaren Carbonfasern. Es ist daher bevorzugt, diese Bedingungen unter Berücksichtigung sowohl der Zugfestigkeitseigenschaften als auch der Produktivität festzulegen. Um insbesondere dichte Precursorfasern mit wenigen Hohlräumen zu erhalten, ist eine geringere Koagulationsgeschwindigkeit bevorzugt, was sich durch Koagulieren bei niedriger Temperatur, insbesondere von -10 bis 40°C, bei hoher Konzentration des Lösemittels im Koagulationsbad, insbesondere von 40 bis 80 Gew.-% , erreichen lässt .

Dabei ist vorzugsweise eine Temperatur der Spinnlösung von 1 00 °C oder weniger bevorzugt, besonders bevorzugt 60 °C oder weniger und insbesondere 40 °C oder weniger einzustellen . Weiterhin ist es bevorzugt , dass die Temperatur des Koagulationsmediums 1 00 °C oder niedriger ist . Besonders bevorzugt sind 60 °C oder niedriger und noch mehr bevorzugt sind 20 °C oder niedriger.

Die Verwendung von ionischen Flüssigkeiten, wie oben beschrieben , zusammen mit einem verdampfbaren Lösungsmittel hat den Vorteil , dass die ionische Flüssigkeit aus dem Koagulationsmedium zurückgewonnen werden kann . Das Verfahren wird demnach zweckmäßigerweise so geführt , dass die ionische Flüssigkeit aus dem herangezogenen Koagulationsmedium zurückgewonnen wird. Der Einsatz von Wasser als Koagulationsmedium ist in diesem Zusammenhang mit besonderen Vorteilen verbunden . I nsbesondere kann Wasser mit einer einbezogenen Menge eines weiteren Lösungsmittels, insbesondere in Form des eingesetzten Polyacryl- nitrillösemittels, verwendet werden , um die Koagulationsgeschwindigkeit zu optimieren . Vorzugsweise verbleibt eine zur Optimierung der Koagulationsgeschwindigkeit angepasste Menge an ionischer Flüssigkeit im Koagulationsmedium.

Wenn die Konzentration des Polymers, das zum Spinnen verwendet wird, höher ist, wird die Menge, die durch ein Lösungsmittel und durch ein Fällmittel während der Koagulation ersetzt wird, niedriger, wodurch die Dichte der Precursorfasern erhöht werden kann. Dies führt insbesondere beim Trocken- Nassspinnverfahren zur Ausbildung einer kompakten Morphologie bei den resultierenden Precursorfasern. Auf der anderen Seite j edoch nimmt wegen der höheren Polymerspinnlö- sungsviskosität die Verarbeitungsfähigkeit beim Spinnen und Recken ab, wodurch es wahrscheinlicher wird, dass es bei der Verarbeitung der Polymerlösung zu Gelbildung kommt und dass die Spinnfähigkeit beeinträchtigt wird.

Wenn der Koagulationsvorgang abgeschlossen ist , können die nach dem Nassverspinnen erhaltenen Fasern gewaschen werden , vorzugsweise mit Wasser, und gereckt werden , wobei beides vorzugsweise gleichzeitig erfolgt. Dabei ist die Temperatur beim Recken für die Beschleunigung der Verdichtung von hoher Bedeutung. So ist es zweckmäßig, wenn die Höchsttemperatur beim Recken in Bädern 60 bis 1 00 °C beträgt. Ein bevorzugter Bereich ist 70 bis 1 00 °C und ein besonders bevorzugter Bereich ist 80 bis 1 00 °C. Gegebenenfalls können die aus dem Koagulationsmedium abgezogenen Fasern auch getrocknet werden , insbesondere in einem Umluftofen , und ein Recken kann anschließend in trockenem Zustand durchgef ührt werden.

Es ist bevorzugt , dass das Recken nach dem Trocknen der Fasern , insbesondere bei einer Temperatur von 1 20 bis 1 50 °C, in ein , zwei oder in drei Stufen , vorzugsweise mit Heizgaletten oder in Heizkanälen durchgeführt wird, um so die Festigkeit der erhaltenen Fasern zu verbessern . Um ein Verkleben der Fasern zu verhindern , wird vorzugsweise vor der Verstreckung der getrockneten Fasern eine Schutzsubstanz aufgebracht. Es ist bevorzugt , diese in einer Konzentration von 0, 1 bis 4,0 Gew. -% und besonderes bevorzugt in einer Konzentration von 0,3 bis 1 ,0 Gew. -% aufzubringen. Hierzu sind die gängigen Spinnpräparationen und die gängigen Auftragsaggregate geeignet

Als Gesamtreckverhältnis im Spinn- und Reckverfahren , einschließlich des Reckens in hei ßen Wasserbädern , ist zweckmäßigerweise eine 3-fache Reckung oder mehr, insbesondere eine 7-fache Reckung oder mehr bevorzugt . Ganz besonders bevorzugt ist eine 1 0-fache Reckung oder mehr, um die Orientierung der Carbon- faser-Precursoren und auch die Produktivität beim Spinnen und Recken zu verbessern . I m Hinblick auf die Qualität, wie zum Beispiel das Ausfransen , ist eine geeignete obere Grenze des Gesamtreckverhältnisses im Spinn- und Reckverfahren eine 1 0-fache Reckung oder weniger. Dies ermöglicht eine Verwendung von Hochtemperatur-Wärmeträgern, wie Glycol und Ähnlichem. Wenn notwendig, wird nach der Vollendung des Reckens in Dampf unter Druck oder unter Zuhilfenahme des Hochtemperaturwärmeträgers ein Decköl auf die Precursorfasern angewendet.

I m Hinblick auf die Produktivität ist es bevorzugt , dass der Titer der einzelnen Fasern in Form der Carbonfaser- Precursoren etwa 0,6 dtex oder mehr beträgt , besonders bevorzugt etwa 1 , 1 dtex oder mehr. Wenn die Feinheit der einzelnen Filamente, bei gleichbleibender Anzahl der Filamente, zu gro ß ist , ist der Wärmewert in Wärmebehandlungsverfahren , insbesondere im Stabilisierungsverfahren zu hoch und die Stabilisierungstemperatur kann nicht erhöht werden , wodurch sich die Produktivität vermindert . Somit ist es bevorzugt, dass die obere Grenze der Feinheit bzw. des Titers bei etwa 3,0 dtex oder weniger liegt , insbesondere bei etwa 2,0 dtex oder weniger.

Die Anzahl der einzelnen Filamente, aus denen die Carbonfaser- Precursoren aufgebaut sind, ist nicht eingeschränkt. I m Hinblick auf die Produktivität ist eine Zahl von etwa 1 .000 Filamenten oder mehr bevorzugt , insbesondere von etwa 1 0.000 oder mehr und besonders bevorzugt von etwa 20.000 oder mehr. Die vorliegende Erf indung kann auch wirkungsvoll auf einen dicken Strang von etwa 500.000 Filamenten oder mehr angewendet werden. Für die Spinndüse ist es bevorzugt , dass die Anzahl der Spinnlöcher pro Spinndüse bei etwa 3.000 oder höher, insbesondere bei etwa 6.000 oder höher liegt . Die geeignete obere Grenze der Anzahl der Löcher liegt bei etwa 1 00.000 oder weniger, da eine sehr gro ße Spinndüse die Einfachheit bei der Handhabung verschlechtert .

Überraschenderweise zeichnen sich die derartig erhaltenen Fasern bzw. Filamente neben einer erhöhten Rei ßfestigkeit und ausreichender Dehnung durch eine sehr kompakte Fasermorphologie bei einem runden Querschnitt aus. Diese Eigenschaften sind vor allem bei einer Weiterverarbeitung der erhaltenen PAN- Faser bzw. Faserkabel zur Erzeugung von Kohlenstoff - bzw. Graphitfasern von immensem Vorteil .

Wenn die Faserdichte, wie vorstehend beschrieben, erhöht wird, werden dichte Carbonfaser- Precursoren erhalten , die keine Mikrohohlräume in der Au ßenschicht von j edem einzelnen Filament aufweisen . Wenn j edoch die Dichte höher ist, wird die Sauerstoffdurchlässigkeit in die I nnenschicht beim Stabilisierungsverfahren geringer, wodurch die I nnenschicht ungenügend stabilisiert wird ; dadurch wird der strukturelle Unterschied zwischen den I nnen- und Au ßenschichten der erhaltenen Carbonfasern vergrö ßert. Als Ergebnis entstehen Probleme, wie zum Beispiel eine Abnahme der Festigkeit, eine Abnahme des Moduls und Faserbruch im Carbon isierungsverfahren . Wenn die Dichte der Precursorfasern grö ßer ist , ist eine Förderung der Sauerstoffdurchlässigkeit in die Carbonfaser- Precursoren wichtig, um die Festigkeit der erhaltenen Carbonfasern zu verbessern.

Die Eigenschaften der hergestellten Carbonfaser-Precursoren bei ihrer Stabilisierung, Carbonisierung und Graphitisierung haben entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften der resultierenden Carbonfasern . Es ist bevorzugt, dass die Stabilisierungstemperatur 200 bis 300 °C, insbesondere 200 bis 230 °C, beträgt. Die Stabilisierung wird in einer oxidierenden Atmosphäre, wie zum Beispiel in Luft, durchgef ührt, aber im Hinblick auf eine höhere Produktivität ist eine Stabilisierung in einer I nertgasatmosphäre, wie zum Beispiel in Stickstoff , teilweise zu Beginn oder später während des Verfahrens wirkungsvoll. Da die Stabilisierung aus thermaler Cyclisierung und Ungesättigtheit durch Sauerstoff besteht, kann die Cyclisierung zur Sicherstellung einer höheren Produktivität in einer I nertatmosphäre bei einer höheren Temperatur durchgeführt werden , f rei von einer außer Kontrolle geratenen Umsetzung, die ansonsten , möglicherweise durch die Gegenwart von Sauerstoff , verursacht würde.

Die so erhaltenen stabilisierten Carbonfaser-Precursoren werden anschließend carbonisiert und darüber hinaus, wenn notwendig, graphitisiert , um Carbonfasern zu erhalten .

Bei der Carbonisierung, die bei allmählich steigenden Temperaturen zwischen 300 und 1 700 °C, insbesondere 1 250 bis 1 500 °C, in der Stickstoffatmosphäre stattf indet , nimmt der Kohlenstoffgehalt stetig zu und erreicht etwa 95% . Durch die sich anschließende Graphitisierung lässt sich der Kohlenstoffgehalt der Fasern auf etwa 99% erhöhen. Die Graphitisierung erfolgt durch eine thermische Behandlung bei 1 700 bis 3000 °C, insbesondere 2000 bis 2500 °C, unter Schutzgas, bevorzugt in einer Argonatmosphäre. Die graphitisierten Fasern weisen einen höheren Modul als herkömmlich carbonisierte Fasern auf .

Das vorstehend beschriebene Verfahren zur Herstellung von Carbonfaser- Precursoren weist gegenüber dem Stand der Technik vielfältige Vorteile auf . So können Polyacrylnitrilpolymere in ionischen Flüssigkeiten in hohen Konzentrationen gelöst und die Spinnlösung durch eine Düse in ein Koagulationsbad gepresst werden. Nach der Extrusion der Spinnlösung in das Koagulationsmedium, was vorzugsweise über einen Luftspalt erfolgt, und Ausfällung der Garne und Filamente können diese gewaschen , getrocknet und anschließend auf Galetten gewickelt werden . Darüber hinaus können die Eigenschaften der Spinnlösung mit Hilfe unterschiedlicher ionischer Flüssigkeiten präzise eingestellt werden und bieten unzählige Möglichkeiten zur Variation des Fadenbildungsprozesses. Diese beinhalten unterschiedliche Spinnverfahren , unterschiedliche Spinnbedingungen sowie Unterschiede im Koagulationsverhalten, was wiederum f ür die Auswahl des Koagulationsmediums und die Koagulationsbadzusammensetzung viele Vorteile bietet. Die vorliegende Technologie zur Herstellung von Precursoren für Carbonfasern auf der Basis von Polyacrylnitril mit Hilfe ionischer Flüssigkeiten zeichnen sich im Vergleich zu im Stand der Technik verwendeten Technologien der Faserherstellung mit herkömmlichen Lösungsmitteln durch ihre gro ße Variationsbreite in der Prozessf ührung und damit der Möglichkeit , die Precursor-Fasereigenschaften in einem gewissen Bereich verändern zu können , aus.

Anhand der Angaben zu vorliegender Erf indung können mit Hilfe ionischer Flüssigkeiten Carbonfasern hergestellt werden , die eine besonders günstige Faserstruktur aufweisen , wobei geringe strukturelle Unterschiede zwischen den I nnen- und Au ßenschichten von j edem einzelnen Filament vorliegen. Beispielsweise kann durch Verwendung sperriger Anionen in der ionischen Flüssigkeit der Spinnpro- zess der Regenerations-Koagulations- Prozesse verzögert werden , was eine optimale Diffusion des Lösungsmittels aus dem Faden ins Koagulationsbad bzw. des Fällmediums in den Fasern bewirkt und damit eine besonders homogene Faserstruktur erzeugt wird.

Zusammenfassend lässt sich die Erf indung abstrakt wie folgt darstellen : Sie betrifft u .a. ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von hochfesten Endlosf i- lamentgarnen mit kompakter, besonders homogener Strukturmorphologie auf der Basis von Polyacrylnitril f ür Carbonfaser-Precursoren, die auf Basis dieses Verfahrens hergestellt werden , sowie Carbonfasern , die nach Carbonisierung der Carbonfaser-Precursoren erhältlich sind. Die Faserbildung erfolgt im Rahmen eines Nass- oder Trocken-Nass- Verfahrens aus Polymerlösungen in ionischen Flüssigkei- ten . Bei der Herstellung von Garnen und Filamenten erfolgt unmittelbar nach Ausfällung in einem organischen Lösungsmittel bzw. einer verdünnten wässrigen Lösung der betreffenden ionischen Flüssigkeit oder in einer Sattdampfzone ein Nachverstrecken der f risch gesponnenen Formkörper. Die erhaltenen Precursor- Garne und -Filamente besitzen vorrangig erhöhte Rei ßfestigkeit bei gleichzeitig ausreichender Dehnung, einen runden Querschnitt sowie eine kompakte, besonders homogene Fasermorphologie und sind zur Weiterverarbeitung und Herstellung von hochfesten Carbonfasern f ür technische Anwendungen in Verbundstoffen besonders gut geeignet. Derart hergestellte Carbonfasern zeichnen sich darüber hinaus durch eine Zugfestigkeit von 3,0 bis 8,5 GPa, eine Bruchdehnung von 0,5 bis 3,0% , einen Elastizitätsmodul von 1 00 bis 600 MPa und einen Titer von 0, 1 bis 3,0 dtex aus. Die Dichte liegt vorzugsweise zwischen 1 ,70 und 1 ,95, insbesondere zwischen 1 ,70 und 1 ,90 g/cm ³ .

Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erf indung besteht auch darin, dass die umweltf reundliche und ressourcenschonende Herstellung von Carbonfasern möglich ist, dies auch durch den Einsatz von stabilen nicht-toxischen Lösungsmitteln , die keinen Dampfdruck aufweisen .

I m Folgenden wird die vorstehend beschriebene Erfindung anhand von Beispielen eingehender illustriert , die j edoch nicht den Anwendungsumfang der vorstehenden Erfindung in irgendeiner Weise beschränken sollen .

Beispiel 1

Ein Copolymer, bestehend aus 98,0 Mol% Acrylnitril , 1 ,0 Mol% Met hacryl säure und 1 ,0 Mol% I taconsäure wurde durch radikalische Polymerisation hergestellt, um eine Spinnlösung in [ EMI M] [ Cl] mit einer Konzentration von 22% zu erhalten. Das Molekulargewicht des Copolymers betrug 1 67.000 und die Polydispersität lag bei 2,8. Die erhaltene Spinnlösung wurde bei kontrollierten 1 05 °C unter Verwendung einer Spinndüse mit 32 Löchern , j eweils mit einem Durchmesser von 0, 1 0 mm , mit einem Luftspalt von 50 mm versponnen, unter Einbeziehung eines auf 20 °C temperierten Koagulationsbades einer wässrigen 20% -igen [ EMI M] [ Cl] - Lösung. Die koagulierten Filamente wurden mit Wasser gewaschen und in 90°C heißem Wasser in drei Bädern gereckt. Das Recken in den Bädern betrug 700%. Anschließend wurden die Filamente mit Hilfe beheizter Galetten bei 150°C zum Trocknen und Recken verwendet. Das Recken auf beheizten Galetten betrug 200% .

Es wurden Precursorfasern aus 32 Filamenten mit einer Einzelfilamentfeinheit von 1.1 dtex und einem kreisförmigen Querschnitt (L/B=1) erhalten. Die Prozessendgeschwindigkeit betrug 65 m/min. Die Bruchoberfläche der Precursorfasern wurde mit REM begutachtet. Es wurden keine Mikrohohlräume in den Faserquerschnitten von jedem einzelnen Filament vorgefunden. Die Porosität der koagulierten Filamente betrug 29% und die lodabsorptionsmessungen ergaben 0,17%.

Um stabilisierte Fasern zu erhalten, wurden die Precursorfasern in einem Ofen bei Atmosphärendruck bei 250°C für 15 Minuten stabilisiert. Ferner wurde bei 270°C für 15 Minuten stabilisiert.

Die erhaltenen Faserbündel wurden in Luft bei allmählich steigenden Temperaturen zwischen 230 und 250°C bei einem Reckverhältnis von 0,90 stabilisiert. Die stabilisierten Fasern wurden in einer Stickstoffatmosphäre, bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 400°C/min, in einem Temperaturbereich zwischen 300 und 500°C und bei einer Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von 500°C/min, in einem Temperaturbereich zwischen 1.000 und 1.200°C, bis zu 1.350°C, bei einem Reckverhältnis von 0,90 carbonisiert. Die Geschwindigkeit der Carbonisie- rung betrug 9 m/min.

Die so erhaltenen Carbonfasern wiesen einen Einzelfilamentdurchmesser von 8,0 μηι, eine Zugfestigkeit von 6,0 GPa, ein Elastizitätsmodul von 250 MPa und eine Bruchdehnung von 2,50% auf. Die erhaltenen Carbonfasern zeigen nur geringe strukturelle Unterschiede zwischen den Innen- und Außenschichten von jedem einzelnen Filament, erhalten durch RAMAN- und Rastersondenspektroskopie. REM-Aufnahmen von Filamentquerschnitten, die mit Hilfe eines Gallium- lonenstrahls freigelegt wurden, zeigen keine Makrodefekte von jedem einzelnen Filament.

Beispiel 2

Carbonfasern wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, erhalten, außer dass [EMIM] [SCN] als Lösungsmittel verwendet und die Verarbeitungstemperatur der Spinnlösung auf 110°C erhöht wurde. Die erhaltenen Carbonfasern wiesen einen Einzelfilamentdurchmesser von 8,4 μηι, eine Zugfestigkeit von 5,9 GPa, ein Elastizitätsmodul von 240 GPa und eine Bruchdehnung von 2,6% auf.

Beispiel 3

Carbonfasern wurden, wie in Beispiel 1 beschrieben, erhalten, außer dass ein Co- polymer, bestehend aus 98,0 Mol% Acrylnitril und 2,0 Mol% Itaconsäure, durch radikalische Polymerisation hergestellt und eine Spinnlösung in [MMIM] [DMP] mit einer Konzentration von 22% verwendet wurde. Das Molekulargewicht des Copo- lymers betrug 172.000 und die Polydispersität lag bei 2,9.

Die so erhaltenen Carbonfasern wiesen einen Einzelfilamentdurchmesser von 8,9 μηι, eine Zugfestigkeit von 5,2 GPa, ein Modul von 230 MPa und eine Dehnung von 2,5% auf.

Tabelle 1: Textilmechanische Eigenschaften der Carbonfasern

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