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HERSTELLUNG EINES GARNES AUS MIT TEILCHENMATERIAL IMPRÄGNIERTEN ARAMIDFASERN - Dokument DE69305853T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69305853T2 03.04.1997
EP-Veröffentlichungsnummer 0646194
Titel HERSTELLUNG EINES GARNES AUS MIT TEILCHENMATERIAL IMPRÄGNIERTEN ARAMIDFASERN
Anmelder E.I. du Pont de Nemours & Co., Wilmington, Del., US
Erfinder HSU, Che-Hsiung, Wilmington, DE 19808, US
Vertreter Abitz & Partner, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69305853
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT, NL
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 14.06.1993
EP-Aktenzeichen 939144465
WO-Anmeldetag 14.06.1993
PCT-Aktenzeichen US9305501
WO-Veröffentlichungsnummer 9325748
WO-Veröffentlichungsdatum 23.12.1993
EP-Offenlegungsdatum 05.04.1995
EP date of grant 06.11.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse D06M 11/55
IPC-Nebenklasse D06M 11/74   D06M 11/79   D01F 6/60   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Garnen aus Aramidfasern, die eingebettet in die Oberfläche der einzelnen Fasern teilchenförmiges Material aufweisen.

Beschreibung des Standes der Technik

Die U.S.-Patentschrift Nr. 3 823 035, ausgegeben am 9. Juli 1974 auf die Anmeldung von Sanders, offenbart das Einschmelzen von Rußteilchen in die Oberfläche von Nylon-Monofilamenten durch Auflösen des Nylon an der Oberfläche des Monofilamentes und Zusammenbringen des aufgelösten Nylon mit dem Ruß.

Die U.S.-Patentschrift Nr. 4 985 046, ausgegeben am 15. Januar 1991 auf die Anmeldung von Hartzler, offenbart die Behandlung der Oberfläche von Aramidfasern init konzentrierter Schwefelsäure, um die Fasern aufnahmefähiger für Farbstoffe und Färbungsbeschleuniger zu machen.

Die U.S.-Patentschrift Nr. 4 525 384, ausgegeben am 25. Juni 1985 auf die Anmeldung von Aoki et al., offenbart ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Garnen aus aromatischen Polyamidfilamenten, welches die Zwischenfilamenthaftung verhindert, indem ein teilchenförmiges Distanzmaterial durch ein Beschichtungsverfahren mit einer wäßrigen Dispersion auf die Oberfläche der Fasern aufgeklebt wird.

Die europäische Patentveröffentlichung Nr. 327 736-A, veröffentlicht am 16. August 1989, offenbart die Herstellung eines Packmaterials, indem ein Endlosfilamentgarn in ein Gebläse zum Verwirren der Filamente eingeführt wird, die verwirrten Filamente in eine wäßrige Dispersion aus Fluorpolymerteilchen eingetaucht und die resultierenden Teilchen-beschichteten Filamente getrocknet werden.

Aufgabe der Erfindung

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Garns aus einer Vielzahl von einzelnen vorgetrockneten Filamenten aus Poly(p-phenylenterephthalamid)-Polymermaterial bereit, welches die Einzelfasern voneinander getrennt aufweist und fein zerteiltes teilchenförmiges Material teilweise eingebettet in der Oberfläche der einzelnen Filamente aufweist, umfassend die Stufen:

a.) Herstellen eines flüssigen Systems aus (i) einer ersten Flüssigkeit aus Schwefelsäure in einer Konzentration von 70 bis 88 %, die in der Lage ist, das Polymermaterial zu quellen jedoch nicht aufzulösen, und (ii) dem fein zerteilten teilchenförmigen Material, das darin in einer Konzentration von 1 bis 10 g auf 100 g der Dispersion dispergiert ist;

b.) Zusammenbringen eines Garns aus einer Vielzahl von einzelnen Filamenten des Polymermaterials mit dem flüssigen System für eine Zeit, die angemessen ist, um das Polymermaterial an der Oberfläche der Filamente zu quellen;

c.) Zusammenbringen des gequollenen Polymermaterials mit einer zweiten Flüssigkeit, die für die erste Flüssigkeit ein Lösungsmittel und ein Nichtlösungsmittel für das Polymermaterial ist.

Das teilchenförmige Material ist vorzugsweise Graphit, Ton oder Siliciumdioxid. Die zweite Flüssigkeit ist vorzugsweise Wasser.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine vereinfachte Darstellung einer Apparatur, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Fig. 2 ist eine Photographie eines Querschnittes von mehreren einzelnen Filamenten, die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt worden sind.

Fig. 3 ist eine Photographie eines Querschnittes von mehreren einzelnen Filamenten, die durch ein Verfahren außerhalb des Umfangs der Erfindung behandelt worden sind.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung betrifft Fasern, die teilchenförmige Materialien eingebettet in eine sehr dünne Schicht in der Oberfläche aufweisen. Für eine Vielzahl von Zwecken besteht Bedarf an solchen Fasern. Schleifmittelteilchen können in die Fasern zur Vergrößerung des Reibungskoeffizienten oder der Schleiffähigkeit der Fasern eingebettet werden. Schmiermittelteilchen können zur Verringerung des Reibungskoeffizienten eingebettet werden. Leitende Teilchen können zur Erzeugung einer elektrisch leitenden Oberfläche eingebettet werden. Die Erfindung betrifft insbesondere Fasern, die darin eingebettet leitende Fasern aufweisen, um Fasern mit einer leitenden Oberfläche zu ergeben. Solche Fasern sind als Vorstufen für Hochfrequenz- Energieabsorber, elektrolytisches Plattieren, Kraftfahrzeugzündkabel und als antistatische Fasern geeignet.

"Fasern" bedeutet Endlos- oder Kurzfasern oder Filamente. Die ungeschnittenen erfindungsgemäßen Fasern werden mit Endlosfilamentgarnen hergestellt, und die erfindungsgemäßen Fasern werden anschließend zur Herstellung von Stapel oder Flocke oder Pulpe durch Schneiden und falls notwendig Feinmahlen verwendet. Der so hergestellte erfindungsgemäße Stapel oder Flocke oder Pulpe wird zur Herstellung derselben Produkte verwendet, die üblicherweise aus Kurzfasern hergestellt werden, die nicht durch das erfindungsgemäße Verfahren modifiziert worden sind.

"Aramid" bedeutet ein Polyamid, worin wenigstens 85 % der Amid(-CO-NH-)-Bindungen direkt mit zwei aromatischen Ringen verknüpft sind. Additive können mit dem Aramid verwendet werden, und es wurde gefunden, daß zur Durchführung der Erfindung bis zu 20 Gew.-% eines anderen Polymermaterials mit dem Aramid vermischt oder Copolymere verwendet werden können, die bis zu 10 % eines anderen Diamins als Ersatz für das Diamin des Aramids oder bis zu 10 % eines anderen Disäurechlorides als Ersatz für das Disäurechlond des Aramids aufweisen können. PPD-T umfaßt auch eine Kombination von Polyvinylpyrrolidon mit Poly(p-phenylenterephthalamid), wie gelehrt in der U.S.-Patentschrift Nr. 5 073 440.

Para-Aramide sind die Haupt-Aramide in den erfindungsgemäßen Fasern, und Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPD-T) ist das bevorzugte para-Aramid. PPD-T bedeutet das Homopolymer, das sich aus der Mol-zu-Mol-Polymerisation von p-Phenylendiamin und Terephthaloylchlorid ergibt. PPD-T bedeutet auch die Copolymere, die sich aus der Einarbeitung anderer aromatischer Diamine und anderer aromatischer Disäurechloride wie beispielsweise Oxydianilin, 2,6-Naphthaloylchlorid oder Chlor- oder Dichlorterephthaloylchlorid ergeben, nur mit der Maßgabe, daß die anderen aromatischen Diamine und aromatischen Disäurechloride in Mengen vorhanden sind, die die Herstellung von anisotropen Spinnlösungen erlauben. Die Herstellung von PPD-T wird in den U.S.-Patentschriften Nr. 3 869 429, 4 308 374 und 4 698 414 beschrieben.

Die erfindungsgemäßen Fasern werden üblicherweise aus einer flüssigen Lösung des gewünschten Polymermaterials ersponnen. Im Falle von Aramiden ist das Spinnen üblicherweise ein Naßspinnen in ein Koagulationsbad, und im Falle von para-Aramiden ist Naßspinnen das, was üblicherweise als Luftspaltspinnen bekannt ist. Im Falle von para-Aramiden sind die Spinnlösungen im allgemeinen anisotrop.

Das erfindungsgemäße Faserbehandlungsverfahren wird an Garnen aus einer Vielzahl von Fasern durchgeführt, und die einzelnen Fasern bleiben von den benachbarten Fasern getrennt und unverklebt. Es ist sehr wichtig in der Lage zu sein, die einzelnen Fasern in einem Garn aus einer Vielzahl von Fasern zu behandeln, da oft Bedarf besteht nach einer Behandlung eines hohen Volumens an Fasern und Bedarf besteht, um die Fasern getrennt und einzeln voneinander zu halten. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt die Behandlung von einzelnen Fasern in einem Multifilamentgarn ohne Zwischenfilamenthaftung bereit.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand von Aramidfasern durchgeführt, die vorgetrocknet worden sind. Aramidfasern, die ersponnen, jedoch niemals getrocknet wurden, können durch Verfahren vom Stand der Technik behandelt werden, jedoch einmal getrocknet, fällt die Struktur der Aramidfasern in sich zusammen und schließt sich. Sind sie einmal getrocknet, können die Garne aus Aramidfasern nicht mit teilchenförmigen Feststoffen imprägniert werden, es sei denn, die Faserstruktur wird etwas geöffnet.

Um die Oberfläche der einzelnen Fasern in einem Garn oder Kabel zu imprägnieren, während die getrennte Beziehung der Fasern durch das erfindungsgemäße Verfahren aufrechterhalten wird, ist es wichtig, daß die Oberfläche der Fasern, die imprägniert wird, gequollen werden muß und nicht bei der Vorbereitung der Imprägnierstufe aufgelöst werden darf. Im Falle von PPD-T ist das flüssige System, das zum Quellen der Oberfläche der Fasern verwendet wird, Schwefelsäure von sorgfältig kontrollierter Konzentration. Es wurde gefunden, daß die Exposition von PPD-T gegenüber Schwefelsäure von über 88 % zur Auflösung des PPD-T führt, und die Exposition von PPD-T gegenüber Schwefelsäure im Bereich von 70 % bis 88 % führt zum Quellen des PPD-T. Es wird angenommen, daß die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Verwendung von Schwefelsäure mit einer Konzentration von über 88 % zu Garnen aus Fasern führt, worin die Oberflächen der einzelnen Fasern bis zu dem Punkt aufgelöst worden sind, an dem die Fasern an den benachbarten Fasern haften. Wenn die Schwefelsäurekonzentration im Bereich von 70 % bis 88 % liegt, wird die Oberfläche der PPD-T-Fasern nur gequollen, und die benachbarten Fasern haften nicht aneinander. Bei oder unterhalb einer Konzentration von 70 % ist die Schwefelsäure anscheinend ein ungenügendes Quellmittel für PPD-T.

Bei der Herstellung des flüssigen Systems zum Quellen der Fasern wird eine Flüssigkeit gewählt, die bekanntlich das Polymermaterial der Fasern quillt ohne es aufzulösen. Schwefelsäure in dem Konzentrationsbereich von 70 % bis 88 % ist ein solches flüssiges System zum Quellen von PPD-T. Das flüssige System kann aus einer Kombination von Flüssigkeiten hergestellt werden, falls die Kombination den Anforderungen des Systems anderweitig genügt. Gemäß einer Denkweise ist die Schwefelsäure eine Kombination der Säure und Wasser.

Das teilchenförmige Material zur Einbettung in die gequollenen Faseroberflächen wird ausgewählt, um den beabsichtigten Zweck zu erfüllen. Das teilchenförmige Material sollte mit dem flüssigen System unreaktiv sein, sollte in der Lage sein, eine glatte fluide Dispersion mit dem flüssigen System zu bilden und sollte von kleiner Teilchengröße sein, vorzugsweise weniger als 1 µm. Die durchschnittliche Teilchengröße, die für Graphit erfindungsgemäß verwendet wird, liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 µm. Das teilchenförmige Material sollte in dem flüssigen System in einer Konzentration von 1 bis 10 g auf 100 g Dispersion dispergiert werden. Obwohl die Vorteile der Erfindung bei Verwendung der teilchenförmigen Materialien bei allen Konzentrationen realisiert werden können, bestehen praktische Grenzen, die eingehalten werden sollten. Beispielsweise wurde gefunden, daß Graphitkonzentrationen von weniger als 5 g auf 100 g Dispersion im allgemeinen Fasern ergeben, die einen nicht hinnehmbaren hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Eine obere Konzentration für das teilchenförmige Material ist im allgemeinen eine Frage der Zweckmäßigkeit. Es wurde gefunden, daß bei Konzentrationen von mehr als etwa 10 g Graphit auf 100 g Dispersion die Dispersion für eine wirksame Verwendung zu viskos wird.

Teilchenförmige Materialien können irgendeines von folgendem sein: Ruß, Graphit und dergleichen für Elektro- und Schmieranwendungen, Zeolite und dergleichen für Katalysatorträgeranwendungen und Bleisilicat, Vermiculit und dergleichen für mechanische Anwendungen.

Endlosgarne, die durch das erfindungsgemäße Verfahren behandelt werden sollen, können jede Gesamtfeinheit aufweisen und aus jeder Anzahl von Einzelfilamenten hergestellt werden. Der Hauptvorteil der Erfindung besteht in der Tatsache, daß dieses Verfahren die Ausführungsform der Fasern mit teilchenförmigem Material ermöglicht, während die Fasern sich in einem Garn oder in einer Kabelform befinden und das behandelte Garnprodukt einzelne Filamente aufweist, die getrennt voneinander sind und nicht an den benachbarten Filamenten haften. Garne, die zur Behandlung durch dieses Verfahren auswählbar sind, sind in der Größe nur durch die Anforderung eingeschränkt, daß alle Filamente in dem Garn mit dem flüssigen System in Kontakt gebracht werden. Garne zur Behandlung weisen im allgemeinen 50 bis 15 000 Denier auf und werden im allgemeinen aus Einzelfilamenten mit 1,25 bis 2,25 Denier hergestellt. Die durch das erfindungsgemäße Verfahren zu behandelnden Fasern wurden vorgetrocknet.

Das zu behandelnde Garn wird mit dem flüssigen System zusammengebracht, vorzugsweise durch Eintauchen in das flüssige System. Das Zusammenbringen kann auch durch Sprühen, Aufbürsten, Bestreichen und dergleichen erreicht werden, wobei Vorsicht angebracht ist, um die Dispersion des teilchenförmigen Materials beizubehalten und um das disperse teilchenförmige Material mit den gequollenen Fasern zusammenzubringen. Die Kontaktzeit des Garns mit dem flüssigen System ist die Zeit, die notwendig ist, um das Polymermaterial der Faser zu quellen. Die Quellzeit ist etwas verknüpft mit der Temperatur des flüssigen Systems und mit dem Werdegang der Faser selbst.

Im Falle von aus PPD-T hergestellten Fasern ist die Quellzeit auch mit der Konzentration der Schwefelsäure verbunden -- je höher die Konzentration und je höher die Temperatur desto kürzer ist die Quellzeit. Es wurde gefunden, daß PPD-T-Fasern in 87%iger Schwefelsäure bei 25 ºC durch Eintauchen für 30 sec ausreichend gequollen werden. Ein Kontakt für längere Zeiten (beispielsweise mehr als 5 min) neigt dazu, etwas Auflösung zu verursachen, was zur Klebrigkeit in den Fasern und zur Faser-auf-Faser-Haftung führt.

Als Demonstration des Unterschiedes zwischen Quellen und Auflösen wurden die PPD-T-Fasern mit Schwefelsäure verschiedener Konzentrationen behandelt, und der Gewichtsverlust der Fasern wurde bestimmt. Die Faserproben wurden mit Ethanol und Aceton gewaschen, getrocknet und gewogen. Die Proben wurden in ein Säurebad gegeben und vorsichtig in einem Fall für 1 min und im anderen Fall für 5 min gerührt. Die Proben wurden anschließend mit Wasser gewaschen, getrocknet und gewogen. Die Testergebnisse sind nachstehend gezeigt:

Für PPD-T-Fasern ist ersichtlich, daß Schwefelsäurekonzentrationen von etwa 89 Gew.-% und höher zur Auflösung des Polymermaterials führen und für die Praxis der Erfindung nicht annehmbar sind.

Der Kontakt der Fasern mit dem flüssigen System führt zum Quellen des Polymermaterials an der Faseroberfläche und durch nicht völlig verstandene Mechanismen zum Einbau des teilchenförmigen Materials in die gequollene Oberfläche.

Nach dem Kontakt der Fasern mit dem flüssigen System werden die Fasern mit einer zweiten Flüssigkeit zum Quellen gebracht, die für die erste Flüssigkeit ein Lösungsmittel und für das Polymermaterial ein Nichtlösungsmittel ist. Es wird angenommen, daß die Wirkung dieses Kontaktes so ist, daß die erste Flüssigkeit aus dem Quellvolumen des Polymermaterials herausabsorbiert wird und das Polymermaterial folglich schrumpft oder in seinen ungequollenen Zustand zusammenfällt. Bei einem solchen Zusammenfallen schrumpft das Polymermate rial um die einzelnen Teilchen des teilchenförmigen Materials und umschließt oder bettet sie teilweise ein. Die Zeit, die für diese Absorption der ersten Flüssigkeit erforderlich ist, ist sehr kurz - in der Größenordnung von 1 sec - und ist zu einem geringeren Ausmaß eine Funktion der Temperatur der zweiten Flüssigkeit. Während die Temperatur der zweiten Flüssigkeit unkritisch ist, ist es üblich, daß die Temperatur der zweiten Flüssigkeit bei 5 bis 25 ºC gehalten wird.

Als spezielle Beschreibung der Praxis der Erfindung wird auf Fig. 1 Bezug genommen.

Garn zur Behandlung wird von Spule 1 abgezogen und über und unter den Zapfen 10 und 11 nach oben durch Eingang 4 von Rohr 2 hindurchgeführt, das die Graphit/Schwefelsäure-Dispersion 3 enthält. Der Eingang 4 ist verengt, was es ermöglicht, daß das Garn hindurchtritt, jedoch im wesentlichen verhindert, daß die Dispersion 3 die recht viskos ist, austritt. Das Garn nimmt eine Beschichtung aus der Dispersion 3 auf, wenn es durch das Rohr 2 hindurchwandert und wandert durch den verengten Ausgang 5, welcher überflüssige eingeschlossene Dispersion 3 von dem Garn abstreift, weiter in Kammer 6. Anschließend läuft das Garn über die Walze 7, die das Garn ausbreitet und einen innigen Kontakt der Dispersion 3 mit den Filamenten des Garns gewährleistet. Eine Stickstoffdecke kann in Rohr 2 und Kammer 6 aufrecht gehalten werden, um eine Verunreinigung des flüssigen Systems durch Feuchtigkeit zu verhindern. Das Garn wird durch das Loch 8 über den Zapfen 12 und in Bad 9 geführt, wo es auf den Walzen 13 weitergeleitet wird, wiederholt durch das Bad mit permanent neu nachgefülltem Wasser geführt wird, um ein sorgfältiges Waschen zu gewährleisten. Im Falle von Aramidfasern und einem flüssigen System aus Schwefelsäure wird das gewaschene Garn anschließend zur Neutralisation und zur Winde 14, nicht gezeigt, weiterführt, wo es mit etwa 8 Gew.-% Natriumbicarbonatlösung und Wasser zum Neutralwaschen zusammengebracht wird, und wird anschließend durch ein Spanngitter und über eine Antriebswalze geführt, und auf eine Spule aufgewickelt wird.

Testverfahren Elektrischer Widerstand

Eine nasse Probe, herausgeschnitten aus einem Abschnitt des behandelten Garnes, wird an zwei Stellen im Abstand von 15 cm (6 in.) mit einem dünnen Streifen (2 mm breit) Aluminiumfolie umwickelt. Die Probe wird an jedem Aluminiumfolienstück festgeklemmt, und die Klemmen dienen als elektrische Widerstandsmeßstellen. Die nasse Probe wird stramm zwischen den Klemmen gehalten, während sie trocknet, um zu gewährleisten, daß die einzelnen Filamente einander eng berühren. Der Widerstand wird mit einem Elektrometer gemessen. Die Widerstandsmeßwerte werden erst aufgezeichnet, wenn die Probe trocken ist. Ist einmal der Widerstand "wie hergestellt" aufgezeichnet, so wird die Probe, während sich die Klemmen noch daran befinden, mit einem Tuch gegen eine Glasplatte gerieben, und der Widerstand "nach Reiben" wird bestimmt. Der elektrische Widerstand wird ausgedrückt in kΩ/15 cm (kΩ/6 in.).

Denier

Das Denier eines Garnes wird bestimmt, indem eine bekannte Gamlänge abgewogen wird. Denier ist definiert als Gewicht in Gramm von 9 000 m Garn.

Beschreibung der bevorzgten Ausführungsformen Beispiele 1-7

Ein Multifilament-Aramidgarn wurde einem Reservoir zugeführt, das eine Dispersion von Graphit in Schwefelsäure enthielt. Das Garn besaß 1 000 Filamente, etwa 1 500 Denier und war das PPD-T-Produkt, verkauft von der Firma E.I. du Pont de Nemours und Company unter dem Warenzeichen Kevlar 29. Das Garn wurde über Walzen geführt, um zu gewährleisten, daß jedes Filament durch die Dispersion benetzt wird, und die Geschwindigkeit des Garns wurde eingestellt, um die Kontrolle der Kontaktzeit des Garns mit der Dispersion aufrecht zu halten. Auf diesen Kontakt folgte das Eintauchen des Garns in ein Neutralisationsbad mit etwa 8 Gew.-% Natriumbicarbonat und anschließend das intensive Waschen des Garns mit Wasser. Das behandelte Garn wurde durch ein Spanngitter und über eine Antriebswalze geführt und auf eine Spule aufgewickelt.

Die vorstehend beschriebenen Stufen erfolgten nacheinander kontinuierlich. Es wurde gefunden, daß die Spannung zwischen Spanngitter und Antriebswalze wenigstens 0,3 g pro Denier betragen sollte, um die Homogenität der elektrischen Leitfähigkeit des imprägnierten Garnes zu verbessern. Es wurde gefunden, daß die Säurekonzentration höher als 70 Gew.-% sein muß, um Fasern zu ergeben, die einen elektrischen Widerstand von annehmbar niedrigen Werten (etwa 300 kΩ/15 cm (300 kg/Ohm/6 in.)) aufweisen. Es wurde gefunden, daß das Graphit-beschichtete Garnprodukt des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens 4 Gew.-% Graphit enthält, um einen Widerstand von weniger als 300 kΩ/15 cm (300 kΩ/6 in.) aufzuweisen. Es wurde ferner gefunden, daß das Graphitbeschichtete Garnprodukt, das unter den drastischsten Bedingungen (87 % H&sub2;SO&sub4; 60 sec) behandelt worden war, immer noch wenigstens 85 % der ursprünglichen (unbehandelten) Garnbruchlast beibehielt.

Die behandelten Filamente sind vollständig trennbar, solange die Säurekonzentration etwa 88 Gew. -% entspricht oder geringer ist und jedes Filament mit Graphit imprägniert wird. Der elektrische Widerstand des behandelten Garns war nicht stark beeinträchtigt, wenn die Garne einem Reiben gegen eine trockene harte Oberfläche unterzogen wurden. Die Beobachtung unter einem optischen Mikroskop ergab, daß die Filamentoberflächen distinkte Längsrisse aufwiesen, wobei Graphit in den Rissen eingeschlossen war, wenn die Säurekonzentration zwischen 85 und 88 Gew.-% gehalten wurde.

Die Ergebnisse der Beispiele 1-7 sind in der Tabelle nachstehend gezeigt:

Zur Bestimmung der Verschlechterung des Garns als Ergebnis der Behandlung wurde die Bruchlast für die Garne aus den Beispielen 1 und 2 bestimmt. Das unbehandelte Kontrollgarn zeigte eine Bruchlast von 32,7 kg (72,1 Pfund). Die behandelten Garne der Beispiele 1 und 2 zeigten Bruchlasten von 29,2 und 28,2 kg (64,5 und 62,1 Pfund). Die Werte für A und B stellen Werte für unabhängige Proben in getrennten Versuchen dar. Fig. 2 ist eine fotografische Darstellung der behandelten Fasern von Beispiel 1 im Querschnitt und bei 630facher Vergrößerung. Die breite dunkle Umrandung um jede Faser ist Graphit, welches teilweise in die Faseroberfläche durch das erfindungsgemäße Verfahren eingebettet worden ist. Fig. 3 ist eine fotografische Darstellung der behandelten Fasern von Beispiel 5, ebenfalls im Querschnitt und 630fach vergrößert. Die Abwesenheit einer deutlichen Umrandung zeigt, daß wenig oder kein Graphit eingebettet worden ist oder im Laufe des Behandlungsverfahrens anhaftete.

Beispiel 8

Als Beweis für die Wirkung der mechanischen Arbeit der naßimprägnierten Fasern auf die Einbettung von Teilchen bei der Durchführung der Erfindung wurde das Verfahren von Beispiel 1 wiederholt, außer daß ein Paar von Keramikstangen zwischen dem Spanngitter und der Antriebswalze angeordnet wurde, um die Garnspannung während des Kontaktes mit dem flüssigen Graphit-Dispersionssystem zu verstärken. Das Garn von Beispiel 1 wurde mit demselben flüssigen System verwendet, und die Kontaktzeit betrug 60 sec. Die Garnspannung zwischen den Keramikstangen und der Antriebswalze betrug etwa 800 g (etwa 0,5 g pro Denier). Das behandelte Garn enthielt 8,9 Gew.-% Graphit. Die elektrischen Widerstände (kΩ/15 cm (kΩ/6 in.)) von drei ungestörten Proben, d.h. die Filamente berührten einander leicht, herausgeschnitten aus einem Abschnitt des behandelten Garns, betrugen 4,5, 4,8 und 4,6. Die elektrischen Widerstände waren praktisch bei 5,3, 4,8 und 4,6 unverändert, wenn die Garne leicht gestört wurden, um die Filamente vollständig zu trennen. Die Unterschiede im elektrischen Widerstand zwischen ungestörten und gestörten Proben waren sehr gering.

Zum Vergleich wurde ein Graphit-beschichtetes Garn ohne Spannen über die Keramikstangen hergestellt. Die Garnspannung betrug in diesem Fall etwa 190 g (0,12 g pro Denier). Das behandelte Garn enthielt 9,6 Gew.-% Graphit. Die elektrischen Widerstände der drei ungestörten Proben, herausgeschnitten aus einem Abschnitt des behandelten Garns, betrugen 6,1, 6,3 und 6,7. Die elektrischen Widerstände stiegen an bis auf 11,0, 11,5 und 11,7, wenn die Garne zur vollständigen Trennung der Filamente leicht gestört wurden. Es wurde gefunden, daß die vergrößerte Spannung nach dem Zusammenfallen des gequollenen Polymeren, das Neutralisieren und Waschen den elektrischen Widerstand sogar noch weiter verringerten.


Anspruch[de]

1. Verfahren zur Herstellung eines Garnshaus einer Vielzahl von einzelnen vorgetrockneten Filamenten aus Poly(p-phenylenterephthalamid)-Polymermaterial, das die einzelnen Filamente getrennt voneinander und fein zerteiltes teilchenförmiges Material teilweise eingebettet in der Oberfläche der einzelnen Filamente aufweist, welches die Stufen umfaßt:

a) Herstellen eines flüssigen Systems aus (i) einer ersten Flüssigkeit aus Schwefelsäure in einer Konzentration von 70 bis 88 %, die in der Lage ist, das Polymermaterial zu quellen jedoch nicht aufzulösen, und (ii) dem fein zerteilen teilchenförmigen Material, das darin in einer Konzentration von 1 bis 10 g auf 100 g der Dispersion dispergiert ist;

b) Zusammenbringen eines Garns aus einer Vielzahl von einzelnen Filamenten des Polymermaterials mit dem flüssigen System für eine Zeit, die angemessen ist, um das Polymermaterial an der Oberfläche der Filamente zu quellen;

c) Zusammenbringen des gequollenen Polymermaterials mit einer zweiten Flüssigkeit, die ein Lösungsmittel für die erste Flüssigkeit und ein Nichtlösungsmittel für das Polymermaterial ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das teilchenförmige Material Ton, Siliciumdioxid oder Graphit ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin die zweite Flüssigkeit Wasser ist.







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