DE69908990T2

DE69908990T2 - Verfahren zur Herstellung von geschlichteten beschichteten keramischen Fasern

Info

Publication number: DE69908990T2
Application number: DE69908990T
Authority: DE
Inventors: John Donald Bay City Blizzard; Andrew Midland Szweda; Gary Michael Midland Wieber
Original assignee: COI Ceramics Inc
Current assignee: COI Ceramics Inc
Priority date: 1998-01-29
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2019-01-22
Also published as: EP0933343B1; EP0933343A1; DE69908990D1; US6251520B1; JPH11269768A

Description

Diese Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer geschlichteten beschichteten keramischen Faser unter Verwendung einer speziellen Schlichtemittelzusammensetzung, die die Faser leichter zu handhaben, aufzuspulen und zu weben macht, bereit.
Keramische Verbundstoffe, die in Hochtemperaturanwendungen verwendet werden, erfordern die Verwendung einer keramischen Faser zur Verstärkung. Kommerziell erhältliche keramische Faser werden typischerweise mit einer Schlichte auf der Faser ausgerüstet. Im Allgemeinen wird jede Schlichte vor Beschichtung der keramischen Faser mit einer Grenzflächenbeschichtung entfernt. Die resultierende Faser ist schwierig zu handhaben, das Filament ist schwierig aufzuspulen oder in ein zweidimensionales Gewebe oder eine dreidimensionale Vorform zu weben. Zusätzlich ist eine ungeschlichtete Faser anfällig für mechanische Schädigung.
US-Patent 5,093,155 offenbart eine Schlichtemittelflüssigkeit, die eine Sulfonverbindung und ein Lösungsmittel, wie etwa Wasser oder ein organisches Lösungsmittel, enthält. Die Schlichte wird auf Fasern, einschließlich Kohlenstoff-, Bor-, keramischer und Metallfasern, aufgetragen. Die Fasern werden dann in ein Matrixharz eingebracht, um einen Verbundstoff herzustellen. Die Schlichte verbessert Haftung zwischen den Fasern und der Matrix. US-Patent 5,130,194 beschreibt eine Beschichtung für keramische Fasern, die in Verbundstoffen verwendet werden. Die Fasern darin werden im Allgemeinen mit einem Silanol und einem difunktionellen organischen Kupplungsmittel in einer Wasser- oder Alkohollösung beschichtet. Das Silanol stellt Hydroxylgruppen auf der Faser bereit und das Kupplungsmittel verbindet die Hydroxylbindungsstellen an ein Harz, um einen Verbundstoff zu bilden. Wässrige Schlichtematerialien jedoch können beschichtete Fasern beschädigen, wenn die Beschichtung feuchtigkeitsemp findlich ist, was in verschlechterten Verbundstoffeigenschaften resultiert.
US-Patent 5,173,367 offenbart einen faserverstärkten keramischen Verbundstoff. Die Faser weist eine zweilagige Schlichte auf, die durch Schlichten der Fasern mit einer Lösung aus einem organischen Lösungsmittel, einem Metalloxid und einer Titanverbindung erhalten wird. Die Fasern werden dann mit einer organischen Lösungsmittellösung eines Polycarbosilans oder Polysilazans geschlichtet. Die Schlichte schützt die Fasern vor oxidativer Schädigung.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine nichtwässrige Schlichte für keramische Fasern bereitzustellen, die die Fasern leichter zu handhaben, aufzuspulen und zu weben macht. Eine andere Aufgabe unserer Erfindung ist es, eine Schlichte bereitzustellen, die leicht durch Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur entfernt wird und die wenig oder keinen Rückstand hinterlässt, wenn sie in einer inerten Atmosphäre zersetzt wird. Ein letztes Ziel dieser Erfindung ist es, eine geschlichtete Faser herzustellen, die weniger empfänglich für Feuchtigkeits- und mechanische Schäden ist.
Die vorliegende Erfindung führt eine nichtwässrige Schlichtmittelzusammensetzung für keramische Fasern ein, worin die keramischen Fasern Grenzflächenbeschichtungen aufweisen. Die Schlichtemittelzusammensetzung, die in dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, enthält sowohl ein Schlichtemittel als auch ein Härtungsmittel.
Geeignete Schlichtemittel zur Verwendung hierin sind multifunktionelle Acrylate oder multifunktionelle Methacrylate. Multifunktionelle Acrylate weisen mindestens zwei Acrylatgruppen pro Molekül auf. Multifunktionelle Methacrylate weisen mindestens zwei Methacrylatgruppen pro Molekül auf. Das Schlichtemittel kann entweder ein Monomer oder Polymer sein. Die Menge des Schlichtemittels in unserer nichtwässrigen Schlichtemittelzusammensetzung beträgt typischerweise 1 bis 98%, vorzugsweise 12 bis 38%, bezogen auf Gewicht der nichtwässrigen Schlichtemittelzusammensetzung.
Geeignete multifunktionelle Acrylate und multifunktionelle Methacrylate für das beanspruchte Schlichtemittel werden durch solche veranschaulicht, die in US-Patent 5,626,964 offenbart sind, das weitere Details und Beispiele für multifunktionelle Acrylate und multifunktionelle Methacrylate liefert.
Geeignete multifunktionelle Acrylatmonomere umfassen Diacrylate, Triacrylate, Tetraacrylate und Pentaacrylate. Geeignete Diacrylate umfassen: 1,6-Hexandioldiacrylat, 1,4-Butandioldiacrylat, Ethylenglykoldiacrylat, Diethylenglykoldiacrylat, Tetraethylenglykoldiacrylat. Tripropylenglykoldiacrylat, Neopentylglykoldiacrylat, Poly(butandiol)diacrylat, 1,3-Butylenglykoldiacrylat, Triethylenglykoldiacrylat, Triisopropylenglykoldiacrylat und Polyethylenglykoldiacrylat.
Beispiele für geeignete Triacrylate umfassen Trimethylolpropantriacrylat, Trimethylolpropantriethoxytriacrylat und Pentaerythritolmonohydroxytriacrylat. Trimethylolpropantriacrylat ist bevorzugt, wenn das Schlichtemittel ein multifunktionelles Acrylatmonomer ist.
Beispiele für geeignete Tetraacrylate umfassen Pentaerythritoltetraacrylat und Ditrimethylolpropantetraacrylat. Geeignete Pentaacrylate umfassen Dipentaerythritol(monohydroxy)pentaacrylat.
Geeignete multifunktionelle Methacrylatmonomere umfassen Dimethacrylate, Trimethacrylate, Tetramethacrylate und Pentamethacrylate. Beispiele für geeignete Dimethacrylate umfassen 1,4-Butandioldimethacrylat, Tetraethy- lenglykoldimethacrylat und Bisphenol-A-dimethacrylat. Beispiele für geeignete Trimethacrylate umfassen Trimethylolpropantrimethacrylat.
Das Schlichtemittel, das in dem Verfahren gemäß der Erfindung verwendet wird, kann auch ein multifunktionelles Acrylatpolymer sein. Multifunktionelle Acrylatpolymere sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxyacrylatpolymeren, Urethanacrylatpolymeren, Polyesteracrylatpolymeren und Mischungen derselben.
Geeignete Epoxyacrylatpolymere umfassen Bisphenol-A-epoxydiacrylat, erhältlich von Sartomer Company, Inc. Of Exton, Pa. Bisphenol-A-epoxydiacrylat wird unter der Bezeichnung CN104 vertrieben. CN104 hat eine Viskosität von 3.500 mPa-s bei 65°C und eine spezifische Dichte von 1,15.
Geeignete Urethanacrylatpolymere umfassen hexafunktionelles aromatisches Urethanacrylat mit einem acrylierten Polyolverdünnungsmittel, das unter der Bezeichnung Ebecryl-220 erhältlich ist. Ebecryl-220 hat ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 1.000 und eine Viskosität von 28.000 mPa·s bei 25°C. Ein anderes geeignetes Urethanacrylat ist aliphatisches Urethandiacrylat, das unter der Bezeichnung Ebecryl-230 erhältlich ist. Ebecryl-230 hat ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 5.000 und eine Viskosität von 40.000 mPa·s bei 25°C. Beide diese Urethanacrylate sind von UCB Radcure, Inc. of Louisville, Ky, erhältlich.
Geeignete Polyesteracrylatpolymere umfassen tetrafunktionelles Polyesteracrylat, das unter der Bezeichnung Ebecryl-80^TM von UCB Radcure, Inc. erhältlich ist. Ebecryl-80^TM hat ein zahlenmittleres Molekulargewicht von 1.000 und eine Viskosität von 3.500 mPa·s bei 25°C.
Urethanacrylatpolymere sind für das Schlichtemittel dieser Erfindung bevorzugt. Ebecryl-220^TM ist besonders bevorzugt.
Das Härtungsmittel, das für die nichtwässrige Schlichtemittelzusammensetzung verwendet wird, ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus UV-Photoinitiatoren und radikalischen Initiatoren. Vorzugsweise ist das Härtungsmittel ein UV-Photoinitiator.
Wenn das Härtungsmittel ein UV-Photoinitiator ist, beträgt die Menge, die vorhanden ist, 1 bis 20%, vorzugsweise 2 bis 8%, bezogen auf Gewicht der nichtwässrigen Schlichtemittelzusammensetzung. Der UV-Photoinitiator kann jede beliebige Verbindung sein, die eine Reaktion mit dem Schlichtemittel starten wird, wenn sie UV-Strahlung ausgesetzt wird. Der UV-Photoinitiator muss mit den anderen Bestandteilen der Zusammensetzung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, kompatibel sein. Kompatibilität kann bestimmt werden, indem 1 Gew.-% des UV-Photoinitiators mit den anderen Bestandteilen der Zusammensetzung bei Raumtemperatur vermischt wird. Der Photoinitiator ist kompatibel, wenn sich kein Niederschlag bildet. Ein anderes Erfordernis für den Photoinitiator ist, dass es nicht bewirken darf, dass die Zusammensetzung in Abwesenheit von UV-Strahlung reagiert.
Geeignete Verbindungen für diesen UV-Photoinitiator umfassen Benzophenon, Acetonaphthon, Acetophenon, Benzoinmethylether, Benzoinisobutylether, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on, 1-Hydroxycyclohexylphenylketon, Diethoxyacetophenon, Hydroxypropylphenylketon und Hydroxypropylisopropylphenylketon. 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on ist bevorzugt.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Härtungsmittel ein radikalischer Initiator sein. Wenn das Härtungsmittel ein radikalischer Initiator ist, beträgt die Menge, die in der Schlichtemittelzusammensetzung vorhanden ist, 1 bis 20%, vorzugsweise 4 bis 8%, bezogen auf Gewicht der Gesamtzusammensetzung. Geeignete radikalische Initiatoren umfassen Peroxidverbindungen, wie etwa Benzoylperoxid oder 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, und Azoverbindungen, wie etwa Azobisisobutyronitrile.
Die nichtwässrige Schlichtemittelzusammensetzung kann auch ein optionales trockenes Lösungsmittel enthalten. "Trocken" bedeutet, dass das Lösungsmittel weniger als 200 Gewichts-ppm Wasser, vorzugsweise weniger als 100 Gewichts-ppm Wasser enthält. Geeignete Lösungsmittel für die vorliegende Erfindung umfassen Alkohole, wie etwa Methyl, Ethyl, Isopropyl und t-Butyl; aromatische Kohlenwasserstoffe wie etwa Benzol, Toluol und Xylol; aliphatische Kohlenwasserstoffe, wie etwa Heptan, Hexan und Octan; Glykolether, wie etwa Propylenglykolmethylether, Dipropylenglykolmethylether, Propylenglykol-n-butylether, Propylenglykol-n-propylether und Ethylenglykol-n-butylether, und halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie etwa 1,1,1-Trichlorethan und Methylenchlorid. Toluol und Isopropylalkohol sind bevorzugt. Die Menge an Lösungsmittel in der härtbaren Schlichtemittelzusammensetzung beträgt bis zu 98%, vorzugsweise 1 bis 98% und bevorzugter 60 bis 80%, bezogen auf Gewicht.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Herstellung einer geschlichteten Faser bereit, wobei dieses Verfahren Auftragen einer Grenzflächenbeschichtung auf die keramische Faser und nachfolgend Auftragen der nichtwässrigen Schlichtemittelzusammensetzung auf eine Faser und danach Härten des Schlichtemittels, um eine geschlichtete Faser zu bilden, umfasst. Wenn die Schlichtemittelzusammensetzung ein Lösungsmittel enthält, kann das Lösungsmittel nach Aufbringen der nichtwässrigen Schlichtemittelzusammensetzung auf die Faser und vor Härten des Schlichtemittels entfernt werden.
Die Fasern der vorliegenden Erfindung sind ausgewählt aus Siliciumcarbidfasern, Siliciumoxycarbidfasern, Siliciumoxynitridfasern, Siliciumcarbidfasern, die Titan enthalten, Siliciumoxycarbonitridfasern, Siliciumnitridfasern. Vorzugsweise sind die keramischen Fasern Siliciumoxycar bonitridfasern. Keramische Fasern sind nützlich in Verbundstoffen, wie etwa Harzmatrix-, Metallmatrix- und Keramikmatrixverbundstoffen, und solche Fasern sind in der Technik wohlbekannt.
Verfahren zur Herstellung von keramischen Fasern, die sich von Hydridopolysilazanen ableiten, sind auch in der Technik bekannt. Zum Beispiel führt US-Patent 5,547,623 ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Fasern aus einem Hydridopolysilazanharz durch Schmelzspinnen des Harzes zu einer Faser, dann Härten der äußeren Oberfläche der Faser und anschließend kontinuierliches Pyrolysieren der Faser auf. Verfahren zur Herstellung dieser keramischen Faser sind nicht speziell beschränkt.
Kommerziell erhältliche Fasern können mit einer Oberflächenschlichte versehen werden. Vorzugsweise wird die Schlichte hierin entfernt und nachfolgend wird eine Grenzflächenbeschichtung auf die Fasern aufgebracht. Diese Grenzflächenbeschichtung verbessert Festigkeit und Zähigkeit eines Verbundstoffes und/oder einer Matrix, die aus diesen Fasern gemacht sind. Die Grenzflächenbeschichtung auf den keramischen Fasern, die durch das Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt werden, wird durch Kohlenstoff, Bornitrid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid und Mischungen derselben veranschaulicht. Die Fasern werden für die meisten kommerziellen Anwendungen vorzugsweise mit Bornitrid beschichtet. Einige Grenzflächenbeschichtungen reagieren mit Wasser; deshalb muss die Schlichtemittelzusammensetzung nichtwässrig sein.
Verfahren zur Beschichtung der Fasern mit Grenzflächenbeschichtungen sind in der Technik bekannt und sind nicht entscheidend. Zum Beispiel können Fasern durch Aufdampfen von Borazin bei Temperaturen von weniger als 1.000°C beschichtet werden, siehe z. B. US-Patent 4,642,271. Die Menge an Beschichtung hängt von der Art und dem Durchmesser der Fasern ab; die Menge an Beschichtung auf unseren Fasern beträgt jedoch vorzugsweise 0,1 bis 0,7 μm in der Dicke. Die beschichteten keramischen Fasern, die durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, haben typischerweise Durchmesser von 9 bis 20 μm, vorzugsweise 15 bis 20 μm. Die beschichteten keramischen Fasern dieser Erfindung haben auch typischerweise eine Feinheit von 900 bis 1.800 g pro 9.000 m.
Die Schlichtemittelzusammensetzung kann dann auf unsere beschichteten keramischen Fasern durch Tauchen, Sprühen, Walzenbeschichtung, Extrudieren, Pultrusion oder Aufdampfen aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die Zusammensetzung auf die beschichteten Fasern kontinuierlich aufgebracht. Wenn die härtbare Schlichtemittelzusammensetzung kontinuierlich aufgebracht wird, wird die Zusammensetzung typischerweise mit einer Geschwindigkeit von 0,5 bis 2,0, vorzugsweise 0,8 bis 1,5 g/min aufgebracht.
Wenn Lösungsmittel in der beanspruchten nichtwässrigen Schlichtemittelzusammensetzung vorhanden ist, wird das Lösungsmittel entfernt, nachdem diese Zusammensetzung auf die Faser aufgebracht wurde und vor ihrer Härtung. Das Lösungsmittel kann entfernt werden, indem die Faser erhitzt wird, um das Lösungsmittel zu verdampfen, indem man das Lösungsmittel bei Umgebungstemperatur und Druck verdampfen lässt oder indem die Faser Vakuum ausgesetzt wird. Wenn das Lösungsmittel durch Erwärmen entfernt wird, wird die benötigte Temperatur in Abhängigkeit von dem Lösungsmittel und der Art der verwendeten Faser variieren. Keramische Fasern werden vorzugsweise auf eine Temperatur bis zu 100°C erwärmt, wenn das Lösungsmittel Toluol ist. Die Temperatur, auf welche die Faser erwärmt wird, muss jedoch geringer als der Siedepunkt des Lösungsmittels sein. Das Lösungsmittel wird vorzugsweise kontinuierlich entfernt, z. B., indem die Faser durch eine Heizvorrichtung, wie etwa einen Röhrenofen, geführt wird. Die Zeit, die benötigt wird, um das Lösungsmittel zu entfernen, wird in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Lösungsmittel variieren; die benötigte Zeit wird jedoch typischerweise einige Sekunden bis einige Stunden und vorzugsweise 10 bis 20 Sekunden betragen.
Das Schlichtemittel wird dann gehärtet, um eine geschlichtete beschichtete Faser zu bilden. Wenn das Härtungsmittel ein UV-Photoinitiator ist, härtet das Schlichtemittel durch Aussetzen an UV-Strahlung. Quellen für UV-Strahlung sind in der Technik wohlbekannt und sind nicht entscheidend. Zum Beispiel kann die UV-Strahlungsquelle eine Quecksilberlampe, wie etwa eine Colight, Modell UV-G^TM sein. Die Intensität der UV-Strahlung, die benötigt wird, um das Schlichtemittel zu härten, beträgt 100 bis 4.000, vorzugsweise 400 bis 2.000 mJ/cm². Die Zeit, die benötigt wird, um das Schlichtemittel zu härten, hängt von der Geschwindigkeit ab. Üblicherweise beträgt die Zeit, die benötigt wird, um das Schlichtemittel zu härten, 0,01 bis 10, vorzugsweise 0,5 bis 5 Sekunden, bei einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s.
Wenn das Härtungsmittel ein radikalischer Initiator ist, härtet das Schlichtemittel durch Erwärmen. Die Temperatur, die benötigt wird, um das Schlichtemittel zu härten, hängt von dem radikalischen Initiator und der Art der verwendeten Faser ab. Normalerweise beträgt die benötigte Temperatur bis zu 400°C. Wenn der radikalische Initiator Benzoylperoxid ist, reicht die Temperatur bis zu 120°C, vorzugsweise von 100 bis 120°C. Wenn der radikalische Initiator ein Azobisisobutyronitril ist, beträgt die verwendete Temperatur 120 bis 400°C, vorzugsweise 150 bis 250°C. Die Zeit, die benötigt wird, um das Schlichtemittel zu härten, ist geschwindigkeitsabhängig und reicht von 0,1 bis 30 Sekunden, vorzugsweise von 1 bis 20 Sekunden, bei einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s.
Die resultierenden geschlichteten beschichteten Fasern dieser Erfindung werden vorzugsweise kontinuierlich gesammelt. Zum Beispiel können die Fasern auf eine Spule unter Verwendung eines Kamitsu^TM Faseraufwicklers aufgewickelt werden. Für die meisten Anwendungen wird die Faser mit einer Geschwindigkeit von bis zu 0,3 m/s gesammelt.
Die geschlichteten Fasern können dann in jede beliebige gewünschte Form gewoben werden, z. B. zu zweidimensionalen Geweben und dreidimensionalen Vorformen. Nach Weben kann die Schlichte entfernt werden, indem bei einer relativ niedrigen Temperatur (weniger als 500°C) in einer inerten Atmosphäre erhitzt wird. Die inerte Atmosphäre enthält vorzugsweise Argon oder Stickstoff, wobei inert definiert ist, weniger als 500 ppm Sauerstoff zu enthalten. Erwärmen in einer inerten Atmosphäre hinterlässt wenig oder keinen Rückstand auf unseren Fasern. Verkohlungsrückstand ist der Gewichtsprozentsatz an Rückstand, der auf der Faser nach Erhitzen verbleibt. Typischerweise beträgt der Verkohlungsrückstand 5 Gew.-% oder sogar weniger. Vorzugsweise beträgt der Verkohlungsrückstand weniger als 1 Gew.-% ohne Kohlenstoff oder andere reaktive Spezies, wie etwa Sulfide, Metalle und Nitride.
Diese Beispiele sind vorgesehen, um den Fachleuten unsere Erfindung zu veranschaulichen und klarzumachen. In den folgenden Beispielen bedeutet BN Bornitrid und SiC bedeutet Siliciumcarbid.
Vergleichsbeispiel
Zwei Mischungen werden zur Verwendung als nichtwässrige Schlichtemittelzusammensetzungen bewertet. Die Bestandteile von Vergleichsmischungen 1 und 2 sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Thermogravimetrische Analyse wurde an jeder Mischung durchgeführt, indem die Mischung in strömendem Stickstoff auf 1.200°C erhitzt wurde. Gewichtsverlust und Verkohlungsrückstand für jede Mischung wurden bestimmt und sind in Tabelle 2 angegeben. Verkohlungsrückstand war größer als 5 für beide Mischungen.
Beispiel
Zwei weitere Mischungen wurden zur Verwendung als nichtwässrige Schlichtemittelzusammensetzungen bewertet. Die Bestandteile der Mischungen 1 und 2 sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Thermogravimetrische Analyse wurde an jeder Mischung durchgeführt, indem die Mischung in strömendem Stickstoff auf 1.200°C erhitzt wurde. Gewichtsverlust und Verkohlungsrückstand für jede Mischung sind in Tabelle 2 angegeben. Beide Mischungen hatten Verkohlungsrückstande von weniger als 5%
Tabelle 1
Tabelle 2
Beispiel 2
Mischung 2 aus Tabelle 1 wurde dann auf ein bornitridbeschichtetes Siliciumoxycarbonitridfaser-Spinnkabel (1000 g/9.000 m) gemäß dem folgenden kontinuierlichen Verfahren aufgebracht: Die beschichtete Faser, die auf einer Spule aufgewickelt war, wurde durch einen Schlichteauftragungsapparat gefädelt. Eins 17%ige Konzentration von Mischung 2 wurde dann in den Schlichteauftragungsapparat durch eine peristaltischen Pumpe mit einer Geschwindigkeit gepumpt, die ausreichend war, um 0,8 g/min Schlichte auf die Faser aufzutragen. Die Faser wurde als nächstes durch einen Röhrenofen bei 100°C geführt, um das Toluol zu entfernen. Die Faser wurde nachfolgend durch eine UV-Einheit (Colight^TM, Modell UV-6, 300 Watt) geführt, um die Beschichtung zu härten. Die Faser wurde danach auf eine Pappspule unter Verwendung eines Kamitsu^TM Faseraufwicklers mit einer Geschwindigkeit von 0,3 m/s aufgewickelt.
Die geschlichtete beschichtete Faser wurde erfolgreich zu einer dreidimensionalen Vorform verwoben, die nach üblichen Verfahren weiter zu einem keramischen Matrixverbundstoff verarbeitet wurde.
Dieses Verfahren wurde dann wiederholt, um das bornitridbeschichtete Siliciumcarbidfaser-Spinnkabel (1.800 Denier) (1.980 × 10^–7 kg/m) anstelle des bornitridbeschichteten Siliciumoxycarbonitridfaser-Spinnkabels zu schlichten. Das geschlichtete beschichtete Siliciumcarbidfaser-Spinnkabel wurde erfolgreich zur Filamentaufwicklung von Verbundstoffröhren verwendet.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer geschlichteten keramischen Faser, umfassend die Schritte: 1) Auftragen einer Grenzflächenbeschichtung auf die keramische Faser und nachfolgend 2) Auftragen einer nichtwässrigen Schlichtemittelzusammensetzung, bestehend im Wesentlichen aus: (a) 1 bis 98 Gew.-% eines Schlichtemittels, ausgewählt aus multifunktionellen Acrylatmonomeren, multifunktionellen Methacrylatmonomeren und multifunktionellen Acrylatpolymeren, und (b) 1 bis 20 Gew.-% eines Härtungsmittels, ausgewählt aus Ultraviolett-Photoinitiatoren und Radikalinitiatoren, auf die keramische Faser, ausgewählt aus Siliciumcarbidfasern, Siliciumoxycarbidfasern, Siliciumoxynitridfasern, titanhaltigen Siliciumcarbidfasern, Siliciumoxycarbonitridfasern und Siliciumnitridfasern, und danach 3) Härten des Schlichtemittels, um eine geschlichtete keramische Faser zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 1, worin diese Grenzflächenbeschichtung aus Kohlenstoff, Bornitrid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid und Mischungen derselben ausgewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin Bestandteil (a) ein multifunktionelles Acrylatmonomer, ausgewählt aus Diacrylaten, Triacrylaten, Tetraacrylaten und Pentaacrylaten, ist.
Verfahren nach Anspruch 3, worin das multifunktionelle Acrylatmonomer Trimethylolpropantriacrylat ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin Bestandteil (a) ein multifunktionelles Acrylatpolymer, ausgewählt aus Epoxyacrylatpolymeren, Urethanacrylatpolymeren, Polyesteracrylatpolymeren und Mischungen derselben, ist.
Verfahren nach Anspruch 5, worin das multifunktionelle Acrylatpolymer hexafunktionelles aromatisches Urethanacrylat mit einem acrylierten Polyolverdünnungsmittel ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin Bestandteil (b) ein Ultraviolett-Photoinitiator, ausgewählt aus Benzophenon, Acetonaphthon, Acetophenon, Benzoinmethylether, Benzoinisobutylether, 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on, 1-Hydroxycyclohexylphenylketon, Diethoxyacetophenon, Hydroxypropylphenylketon und Hydroxypropylisopropylphenylketon ist.
Verfahren nach Anspruch 7, worin der Ultraviolett-Photoinitiator 2-Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-on ist, das zu 2 bis 8 Gew.-% der Schlichtemittelzusammensetzung vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Schlichtemittelzusammensetzung weiter 1 bis 98 Gew.-% der Zusammensetzung eines trockenen Lösungsmittels enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, worin dieses Lösungsmittel entfernt wird, nachdem die Zusammensetzung auf die keramische Faser aufgetragen wird und bevor das Schlichtemittel gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, worin das Lösungsmittel Toluol ist und es durch Erwärmen auf eine Temperatur bis zu 100°C entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, worin die nichtwässrige Schlichtemittelzusammensetzung auf die keramische Faser durch ein Verfahren, ausgewählt aus Tauchen, Sprühen, Walzenbeschichtung, Extrudieren, Pultrusion und Ausscheidung aus der Dampfphase, aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, worin das Schlichtemittel durch Aussetzen an ultraviolette Strahlung mit einer Intensität von 100 bis 4000 mJ/cm² härtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, das weiterhin das Erhitzen der geschlichteten keramischen Faser auf eine Temperatur bis 500°C in einer inerten Atmosphäre, um das Schlichtemittel zu entfernen, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, worin die Verkohlungsausbeute nach diesem Erhitzen bis zu 5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Schlichtemittels, das auf die Faser aufgetragen wird, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 15, worin die Verkohlungsausbeute ≤ 1 Gew.-% ist.