CN104395514A - 碳纤维束制造用碳化炉及碳纤维束的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种碳化炉，其不在纤维束上产生紊乱，即使供给被加热的惰性气体也在整个区域没有不匀。一种碳纤维束制造用碳化炉，其具备热处理室、入口密封室及出口密封室、气体喷出喷嘴、以及搬运路径，气体喷出喷嘴(4)具有由空心筒状的内侧管(8)与空心筒状的外侧管(7)构成的双重管结构，沿与该纤维束的搬运方向正交的方向且水平的方向配置，在外侧管上，沿外侧管的长度方向在搬运路径的整个宽度长度上配置多个气体喷出孔(7a)，外侧管的气体喷出孔的孔面积为0.5mm2以上且20mm2以下。在内侧管上，沿内侧管的长度方向在搬运路径的整个宽度长度上配置多个气体喷出孔(8a)，并且在内侧管的圆周方向的两方向以上配置气体喷出孔的气体喷出方向，内侧管的长度方向的内侧管的气体喷出孔的孔间隔是300mm以下。

Description

碳纤维束制造用碳化炉及碳纤维束的制造方法
技术领域
本发明涉及通过烧制纤维束来制造碳纤维束的碳纤维束制造用碳化炉及使用该碳化炉的碳纤维束的制造方法。
背景技术
构成碳纤维束的碳纤维与其他纤维相比，具有优异的比强度及比弹性率。另外，该碳纤维与金属相比，具有优异的比阻力、高耐药性等较多优异的特性。因此，碳纤维束利用其优异的各种特性且作为与树脂的复合材料用加固纤维，广泛地应用于体育、航空宇宙领域等。
碳纤维束通常通过将在氧化性环境中以200～300℃对聚丙烯腈、人造纤维等碳纤维前驱体纤维束(前驱体丝条束)进行加热(预氧化处理)得到的预氧化纤维束在氮、氩等惰性环境中以800～1500℃加热(碳化处理)而得到。另外，也进行以2000～3000℃加热(石墨化处理)该碳纤维束，制造拉伸弹性率更高的碳纤维束、即石墨纤维束的工序。在这些碳化处理工序及石墨化处理工序中，为了提高生产效率，普遍在碳化炉及石墨化炉内排列多个纤维束并同时搬运。
通常，进行碳化处理的碳化炉及进行石墨化处理的石墨化炉分别包括与在惰性环境中进行纤维束的加热的炉主体接触的热处理室、分别在设于该热处理室的前后的纤维束入口(入口部)及纤维束出口(出口部)所具备的、用于保持上述热处理室的惰性环境的密封室。
作为密封室的具体作用，防止通过氧气从外部流入热处理室且热处理室内成为氧化性环境，碳纤维束的品质、品位下降，还防止主要在热处理室中由纤维束产生的反应气体经过热处理室的纤维束入口或纤维束出口流出到外部。尤其在来自热处理室的反应气体流出到炉的入口或出口附近时，有时由于流出的反应气体被冷却而产生的焦油状物质污染行进的纤维束。
另外，向上述密封室供给对热处理室进行密封且用于维持惰性环境的惰性气体，但该惰性气体的供给不匀不仅影响到密封室内的环境不匀，还影响热处理室内的环境不匀。
另一方面，现有的碳纤维束的制造技术要求生产性提高、及成本降低，进行较大的改进。例如，进行通过增加热处理室的机械宽度(纤维束能够行进的热处理室宽度)等而同时排列多个纤维束并进行加热处理的高排列密度化、增加同时进行加热处理的纤维束的级数的多级处理化的改进。在这种状况中，由上述惰性气体的供给不匀引起的密封室内的环境不匀会产生纤维束的加热处理不匀或阻碍热处理室内的对惰性环境的维持。其结果，密封室内的惰性气体的供给不匀有时引起碳纤维束的品质不匀，较大地妨碍碳纤维束的生产性提高。
在专利文献1中，提出了下述方法：使用具备热处理室、惰性气体喷射口、将所喷射的惰性气体向热处理室的方向导入的惰性气体导入部件的碳化炉，通过从上述喷射口喷射预先加热的惰性气体，防止纤维束的污染。
另外，在专利文献2中，提出了下述方案：通过一边采用迷宫结构一边为能卸下的结构，使维修性更优异的密封机构。作为惰性气体的供给方法，使惰性气体至少通过一张以上的多孔板，以面状喷出惰性气体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2007-224483号公报
专利文献2：日本特开2001-98428号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1中，惰性气体的供给方法未特别地限定，但当使喷出孔为狭缝状时，狭缝形状容易变形，容易产生喷出不匀。另外，在以外的技术中，由于由被加热的惰性气体与炉内的环境的温度差引起的散热，有时产生供给的惰性气体的温度不匀。由此，有时产生纤维束的加热处理不匀，结果，有时产生碳纤维束的品质不匀。
另外，在专利文献2的方法中，在使纤维束向水平方向行进的横式碳化炉的情况下，存在惰性气体的喷出流速变慢的倾向，预氧化纤维线头或碳化物容易堆积在上述多孔板上。另外，在向密封室供给加热后的惰性气体的情况下，由于来自密封室表面的散热，容易产生惰性气体的温度下降。尤其在从碳化炉的侧面供给加热后的惰性气体的情况下，产生由散热引起的温度不匀的倾向高，在纤维丝条间产生处理不匀的倾向变高。
另外，伴随以往制造技术的改进及进化，主要由碳化炉的纤维束在出入口的不良状况引起的机械特性及生产稳定性下降、且容易产生品质不匀，在现有的向密封室的惰性气体供给方法中，存在难以维持碳纤维束的机械特性或生产稳定性、抑制品质不匀的情况。
本发明是为了改进这种现象而完成的。本发明的目的在于，提供一种能够不在纤维束的行进中产生紊乱，即使在供给被加热的惰性气体时也能够维持在碳化炉内的整个区域没有不匀的环境的碳纤维束制造用碳化炉及使用该碳化炉的碳纤维束的制造方法。
用于解决课题的方法
为了实现上述目的，本发明采用以下的结构。
[1]一种碳纤维束制造用碳化炉，其具备：
热处理室，其具有纤维束出入的纤维束入口及纤维束出口，并且填充有惰性气体，并加热该纤维束；
入口密封室及出口密封室，其分别与该处理室的纤维束入口及纤维束出口邻接地配置，用于对该热处理室内的气体进行密封；
气体喷出喷嘴，其设于该入口密封室及该出口密封室的至少一方；以及
搬运路径，其在该入口密封室、该热处理室及该出口密封室内沿水平方向设置，用于搬运该纤维束，
该气体喷出喷嘴具有由空心筒状的内侧管与空心筒状的外侧管构成的双重管结构，沿与该纤维束的搬运方向正交的方向且水平的方向配置，
在该外侧管上，沿该外侧管的长度方向在该搬运路径的整个宽度长度上配置多个气体喷出孔，该外侧管的气体喷出孔的孔面积为0.5mm2以上且20mm2以下。
在该内侧管，沿该内侧管的长度方向在该搬运路径的整个宽度长度上配置多个气体喷出孔，并且在该内侧管的圆周方向的两方向以上配置气体喷出孔的气体喷出方向，该内侧管的长度方向的该内侧管的气体喷出孔的孔间隔是300mm以下。
[2]根据[1]记载的碳纤维束制造用碳化炉，上述外侧管的多个气体喷出孔的流道长度L与该气体喷出孔的最长孔长度D的比L/D为0.2以上。
[3]根据[1]或[2]记载的碳纤维束制造用碳化炉，上述外侧管的长度方向的多个气体喷出孔的孔间隔为100mm以下。
[4]根据[1]～[3]任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，上述外侧管的多个气体喷出孔沿该外侧管的长度方向在该搬运路径的整个宽度长度上以均等间隔配置。
[5]根据[1]～[4]任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，上述内侧管的多个气体喷出孔的各孔面积为50mm2以下。
[6]根据[1]～[5]任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，上述内侧管的多个气体喷出孔沿该内侧管的长度方向在该搬运路径的整个宽度长度上以均等间隔配置。
[7]根据[1]～[6]任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，上述外侧管的多个气体喷出孔配置于不朝向上述纤维束喷出惰性气体的方向。
[8]根据[1]～[7]任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，在上述外侧管配置形状及尺寸相同的多个气体喷出孔，在上述内侧管配置形状及尺寸相同的多个气体喷出孔。
[9]根据[1]～[8]任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，上述外侧管的多个气体喷出孔及上述内侧管的多个气体喷出孔分别配置在上述内侧管的气体喷出孔的气体喷出方向与上述外侧管的气体喷出孔的气体喷出方向一部分也不重合的位置。
[10]根据[1]～[9]任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或双方具有在上述纤维束的搬运方向以一定间隔配置节流片的迷宫结构。
[11]根据[1]～[10]任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或双方具有一组以上配置于隔着上述纤维束在铅垂方向相对的位置的一组上述气体喷出喷嘴。
[12]一种碳纤维束的制造方法，其包括利用[1]～[11]任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉对上述纤维束进行加热处理的工序，
在该工序中，向上述气体喷出喷嘴的内侧管供给200～500℃的惰性气体，从外侧管的多个气体喷出孔喷出该惰性气体，具备上述气体喷出喷嘴的上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或双方的宽度方向的温度差为8％以下。
[13]根据[12]所述的碳纤维束的制造方法，使上述气体喷出喷嘴的长度方向每1m的流量为1.0Nm3/hr以上且100Nm3/hr以下，从上述气体喷出喷嘴喷出惰性气体，对上述纤维束进行加热处理。
发明效果
根据本发明，能提供即使在供给被加热的惰性气体时，也能维持在碳化炉内的整个区域没有不匀的环境的碳纤维束制造用碳化炉及使用该碳化炉的碳纤维束的制造方法。
附图说明
图1是本发明的碳纤维束制造用碳化炉的优选实施方式的前方部分(入口密封室及热处理室)的图，(a)是概略正面剖视图，(b)是概略俯视图。
图2是表示本发明的气体喷出喷嘴的一例的概略结构图。
图3(a)是用于说明在实施例一中使用的气体喷出喷嘴的惰性气体的喷出方向的剖视图，图3(b)是用于说明在比较例三中使用的气体喷出喷嘴的惰性气体的喷出方向的剖视图。
具体实施方式
<碳纤维束制造用碳化炉>
如上所述，通常，碳纤维束由包括以下工序的制造方法制造。(1)通过对碳纤维前驱体纤维束(例如由聚丙烯腈或人造纤维构成的纤维束)在氧化性环境(例如空气)中以200～300℃进行加热处理(预氧化处理)，得到预氧化纤维束的预氧化工序。(2)通过对得到的预氧化纤维束在惰性环境(例如氮、氩)中以800～1500℃进行加热处理(碳化处理)，得到碳纤维束的碳化工序。
另外，在该制造方法中，在预氧化工序与碳化工序之间，能包括在惰性环境中以比预氧化处理高的温度且比碳化处理低的温度(例如300～700℃)进行加热处理(前碳化处理)的前碳化工序。另外，通过相对于得到的碳纤维束在惰性环境中以2000～3000℃进行加热处理(石墨化处理)，也能够转换为拉伸弹性率更高的碳纤维束(石墨化纤维束)。另外，在各工序中，纤维束的根数没有变化，构成各纤维束的单纤维数例如能够为100～100000根。
上述预氧化工序、前碳化工序、碳化工序及石墨化工序中的加热处理分别能够使用预氧化炉、前碳化炉、碳化炉及石墨化炉进行。
本发明的碳纤维束制造用碳化炉能够是用于碳纤维束的制造的、在惰性环境中进行纤维束的加热处理的加热炉，不仅是用于上述的碳化工序的碳化炉，还包括前碳化炉及石墨化炉。即，本发明的碳纤维束制造用碳化炉能作为碳纤维束制造中的、前碳化炉、碳化炉及石墨化炉使用。
本发明的碳纤维束制造用碳化炉具备的入口密封室及出口密封室(以下也表示为密封室)是对普遍使用的密封室(密封装置)进行改进后的密封室，能够不与在炉内行进的纤维束接触地减少惰性气体从热处理室的纤维束入口及纤维束出口的泄漏。
以下，参照附图更详细地说明本发明的碳纤维束制造用碳化炉。另外，通过使用本发明的碳纤维束制造用碳化炉，能够制造品位及强度优异的碳纤维束。
图1表示本发明的碳纤维束制造用碳化炉的优选实施方式。更具体地说，图1(a)是表示热处理室的纤维束入口附近及与该纤维束入口附近邻接的入口密封室的概略的正面剖视图，图1(b)是与图1(a)相同的部分的概略俯视图。另外，图2是用于本发明的气体喷出喷嘴的一例的概略结构图。
碳纤维束制造用碳化炉(碳化炉)1具有填充有惰性气体且用于加热纤维束的热处理室2、以及用于对该热处理室内的气体进行密封的入口密封室3及未图示的出口密封室。
另外，在该入口密封室、热处理室及出口密封室内，沿水平方向设置用于搬运纤维束S的搬运路径5。另外，所谓搬运路径，是纤维束能够行进的空间部分，在本发明的碳纤维束制造用碳化炉中设置沿水平方向贯通入口密封室、热处理室及出口密封室的搬运路径。由此，能够使纤维束在水平方向上行进。其中，水平方向指与铅垂方向垂直的平面内的任意方向。另外，水平方向、铅垂方向及垂直(正交)可以分别是大致水平方向、大致铅垂方向及大致垂直(大致正交)。
用于碳纤维束制造用碳化炉的惰性气体未特别地限定，例如能够使用氮或氩。另外，通常热处理室内(图1(a)中，具体地为热处理室内的搬运路径部分)由该惰性气体填充，但在对沿搬运路径5行进的纤维束S进行加热处理时，可以在热处理室内具有由该纤维束的加热处理产生的反应气体(例如HCN、CO2、低级碳化氢等)。即，各密封室进行密封的热处理室内的气体能够为上述惰性气体及上述反应气体。
热处理室2能够具有用于使纤维束S进出的纤维束入口(入口部)2a、未图示的纤维束出口(出口部)及排气口(未图示)。在本发明的碳纤维束制造用碳化炉中，能够在入口部连续地导入进行加热处理的纤维束，并且，能够从出口部连续地导出加热处理后的纤维束。
另外，在将本发明的碳纤维束制造用碳化炉作为用于碳化工序的碳化炉使用的情况下，导入入口部的纤维束是预氧化纤维束(在不进行前碳化工序的情况下)或前碳化纤维束(进行前碳化工序的情况下)，从出口部导出的纤维束是碳纤维束。即，本发明的碳纤维束制造用碳化炉能够是利用高温的惰性气体在加热炉内将预氧化纤维束或前碳化纤维束转换为碳纤维束的炉。
另外，在将本发明的碳纤维束制造用碳化炉用作前碳化炉的情况下，导入入口部的纤维束是预氧化纤维束，从出口部导出的纤维束是前碳化纤维束。另外，在将本发明的碳纤维束制造用碳化炉用作石墨化炉的情况下，导入入口部的纤维束是碳纤维束，从出口部导出的纤维束是石墨化纤维束。
另外，在本发明中，密封室(密封装置)与热处理室的入口部及出口部分别邻接地配置。具体地说，与热处理室的入口部邻接地配置入口密封室(相当于图1的符号3)，与热处理室的出口部邻接地配置出口密封室。这些密封室的至少一方具有用于喷出惰性气体的气体喷出喷嘴(双重喷嘴)4。另外，入口密封室及出口密封室的结构(形状或尺寸等)可以相同，也可以不同。
另外，如图1(b)所示，在本发明中，能够将从气体喷出喷嘴4喷出的惰性气体原样导入热处理室内，在热处理室内填充该惰性气体。从入口密封室及出口密封室的至少一方供给且填充到热处理室内的惰性气体能够从设于入口密封室与出口密封室之间的排气口输送到规定的废气处理设备并排出。该排气口例如能够是使热处理室内的惰性环境在铅垂方向上均匀的形状，气体的抽出部位也未特别地限定。作为该排气口，例如使用在热处理室的顶部或底的部分沿铅垂方向埋设的狭缝形状的排气口。
纤维束S通过在碳化炉1、更具体地说在热处理室2中通过，在惰性环境中被加热处理(例如碳化处理)。纤维束的加热处理方法或加热处理条件能够使用在碳纤维领域公知的方法或条件。例如，如图1(a)所示，通过在热处理室2的顶部或底的部分分别配置加热器6，能够将热处理室内(具体地说为填充到热处理室内的惰性气体)维持为例如800℃以上的温度地进行纤维束的加热处理。
与行进的纤维束的纤维轴垂直地切断本发明的碳纤维束制造用碳化炉(具体地说为各密封室或热处理室)时的炉的截面形状能够根据行进的纤维束的排列数适当设定，例如，能够为正方形或长方形。另外，炉的开口部分(例如热处理室的纤维束入口或纤维束出口)的截面形状也能够相同地适当设定。
另外，在本发明中，在制造碳纤维束时，如图1(b)所示，能够在将多个纤维束揉搓为薄片状的状态、更具体地在以等间隔将多个纤维束在同一平面上排列的状态下使纤维束S行进。因此，在本发明中，能够在碳纤维束制造用碳化炉的中心，沿薄片宽度方向(纤维束构成的薄片的宽度方向：图1(b)的纸面上下方向)设置具有与该薄片的宽度相应的长度的开口部(入口部及出口部)的热处理室2。另外，构成薄片的纤维束的数量能够适当选择，例如能够为10～2000束。
密封室的至少一方所具备的气体喷出喷嘴4如图2所示，具有由空心筒状的外侧管(外侧喷嘴)7与空心筒状的内侧管(内侧喷嘴)8构成的双重管结构(双重喷嘴结构)。另外，在气体喷出喷嘴4中，外侧管7配置于比内侧管8靠气体喷出喷嘴的表面侧。另外，这些管的形状在可得到本发明的效果的范围内，只要是空心的筒状即可。通过使气体喷出喷嘴为双重管结构，即使在供给加热后的惰性气体时，也能够容易地抑制以由散热产生的温度下降引起的温度不匀(例如薄片宽度方向的温度不匀)，作为结果，能够均匀地处理纤维束。另外，即使使气体喷出喷嘴为三重管以上的结构，也能得到温度不匀抑制效果，但压力损失增加，还导致结构复杂，因此，在本发明中采用双重管结构。
另外，从抑制喷出的惰性气体的喷出不匀或温度不匀的观点来看，优选外侧管的中心轴与内侧管的中心轴一致。另外，在密封室中，气体喷出喷嘴4配置于与纤维束的搬运方向(在图1中为纸面左右方向)正交的方向且水平的方向，例如能够延伸设置为上述搬运路径的宽度W以上的长度。
在气体喷出喷嘴中，在外侧管7上，沿该外侧管的长度方向在上述搬运路径的整个宽度长度配置多个气体喷出孔7a。另外，在气体喷出孔的间隔极不一致的情况下，由于产生惰性气体的供给不匀，因此，优选气体喷出孔7a在搬运路径的整个宽度长度以均等间隔配置。另外，当从气体喷出喷嘴喷出的惰性气体与纤维束直接接触时，存在产生绒毛的情况，因此，优选不直接与纤维束接触。例如，能够在不朝向纤维束喷出惰性气体的方向配置气体喷出孔。
另外，在外侧管的气体喷出孔的排列比上述搬运路径的宽度W短的情况下，即，未在搬运路径的整个宽度长度设置气体喷出孔的情况下，在从气体喷出喷嘴喷出惰性气体时，在搬运路径内的搬运路径的宽度方向，存在未供给惰性气体的部位。因此，即使在外侧管的气体喷出孔附近在搬运路径的整个宽度方向均匀地供给惰性气体，惰性气体也依次扩散到未供给惰性气体的部位。其结果，在惰性气体的扩散过程中，在各密封室或热处理室中，有可能产生温度不匀或流量不匀。即，通过在上述搬运路径的宽度W的整个长度排列外侧管的气体喷出孔，能够在整个与纤维束的行进方向正交的方向且水平的方向均匀地供给被加热为例如200℃～500℃的惰性气体。也可以在气体喷出喷嘴上，从薄板宽度方向的两侧在搬运路径的整个宽度方向配置气体喷出孔。
另外，未朝向纤维束喷出惰性气体的方向为下述方向：在惰性气体保持直行性从气体喷出孔喷出时，所喷出的惰性气体不与行进的纤维束直接接触，在惰性气体至少一次与其他部件(例如密封室的壁面)接触后，供给(接触)到纤维束。由此，由于惰性气体未向纤维束直接喷出，因此，能够不在纤维束的行进上产生紊乱地供给加热后的惰性气体。另外，通过使外侧管的气体喷出孔不朝向纤维束的方向，能够防止由于预氧化纤维线头或焦油状物质因热变性而产生的碳化物附着到外侧管的孔上。其结果，能实现炉的长期稳定运转。
另外，优选外侧管的气体喷出孔的方向是不朝向纤维束喷出惰性气体的方向，并且，为朝向密封室的顶板或底板的方向。由此，能够容易地抑制由纤维束的振动及摩擦引起的品质下降。另外，密封室的顶板及底板能够分别与纤维束(纤维束构成的薄片面)平行地配置。另外，不朝向纤维束喷出惰性气体的方向且朝向密封室的顶板或底板的方向只要是从外侧管的气体喷出孔喷出的惰性气体与该顶板或底板至少接触一次后供给到纤维束的方向，则可以是任意的方向。例如，可以使惰性气体相对于顶板面或底板面斜着喷出，也可以垂直地喷出。
但是，此时，在本发明中，从密封性的观点来看，尤其优选与顶板面或底板面垂直地喷出惰性气体。例如，在相对于与纤维束平行地配置的顶板或底板垂直地朝向外侧管的气体喷出孔的方向喷出惰性气体的情况下，所喷出的惰性气体与顶板或底板接触，之后，根据情况与气体喷出喷嘴等接触后，供给到纤维束。
另外，能够适当选择顶板及底板的形状。例如，顶板及底板能够如图1(a)所示那样具有凹部，能够在该凹部内配置气体喷出喷嘴4。通过在凹部内配置气体喷出喷嘴，能够不妨碍纤维束行进地容易地供给惰性气体。并且，也能朝向该凹部的底部分(在图1(a)中，在隔着气体喷出喷嘴4与纤维束相对的位置与纤维束平行地配置的顶板部3a或底板部分3b)从气体喷出喷嘴喷出惰性气体。另外，在图1(a)中与该凹部内的底部分垂直地喷出惰性气体。
在气体喷出喷嘴中，外侧管的气体喷出孔7a的孔面积为0.5mm2以上且20mm2以下。如果孔面积为0.5mm2以上，则压力损失不会过大，加工变得容易。孔面积在这方面优选为1mm2以上，从孔的清扫作业的观点来看更优选3mm2以上。另外，如果孔面积为20mm2以下，则充分地得到整流效果，容易抑制斜流。孔面积在该方面更优选15mm2以下，更优选10mm2以下。在此，斜流可以说为供给气体相对于纤维束的搬运方向朝向纤维束宽度方向(在图1(b)中为纸面上下方向)倾斜地喷出的状态。另外，在外侧管的气体喷出孔7a的孔面积在各气体喷出孔7a不同的情况下，使各气体喷出孔7a的孔面积的平均值为外侧管的气体喷出孔7a的孔面积。
在气体喷出喷嘴中，优选在外侧管的长度方向(在图1(b)中，纸面上下方向)的、气体喷出孔7a的孔间隔d1为100mm以下。如果孔间隔为100mm以下，则难以产生惰性气体的供给不匀。孔间隔d1更优选50mm以下，进一步优选30mm以下。另外，气体喷出孔7a优选以均等间隔排列。另外，气体喷出孔7a的孔间隔d1从抑制制造成本的增加、抑制相邻的气体喷出孔彼此的干涉的观点来看，优选5mm以上，更优选10mm以上。
另外，在图2中，在外侧管的长度方向配置的一列气体喷出孔在圆周方向配置一列，但外侧管的圆周方向的气体喷出孔7a的列数及各列的配置能够在满足上述要件，得到本发明的效果的范围适当设定。
在气体喷出喷嘴中，多个气体喷出孔7a的形状未特别地限定，从加工容易等观点来看，优选为圆孔形状(例如气体喷出孔的开口面的形状为椭圆形或圆形)。另外，气体喷出孔7a的孔面积优选在气体喷出孔的流道方向一定。另外，配置于外侧管的各气体喷出孔7a的形状及尺寸可以相同，也可以不同，优选相同。
在气体喷出喷嘴中，优选外侧管的气体喷出孔的流道长度L与外侧管的气体喷出孔的最长孔长度D的比L/D为0.2以上。如果L/D为0.2以上，则能够抑制在外侧管的长度方向产生斜流，作为结果，容易抑制炉宽方向的不匀。因此，更优选L/D为0.5以上，进一步优选为1以上。L/D越大，抑制斜流的效果越好，但同时具有压力损失增加的倾向，并且，由于外侧管的厚度增加，还存在制造费用也增加的倾向。由此，从兼具充分的整流效果与压力损失及制造费用的抑制效果的观点来看，优选L/D为5以下，更优选4以下，进一步优选3以下。通常，外侧管的厚度在外侧管的长度方向一定。另外，如图2所示，在气体喷出孔7a的形状为圆孔形状的情况下，气体喷出孔7a的最大直径为气体喷出孔7a的最长孔长度D。
在气体喷出喷嘴中，在内侧管8上，沿该内侧管的长度方向在该搬运路径的整个宽度长度且气体喷出孔8a的气体喷出方向为该内侧管的圆周方向的两方向以上地配置多个气体喷出孔8a。另外，在内侧管8上，沿内侧管的长度方向在上述搬运路径的整个宽度长度配置多个气体喷出孔8a的列优选在内侧管的圆周方向上配置两列以上。另外，配置于内侧管8的各气体喷出孔8a的形状及尺寸可以相同也可以不同，优选相同。
在气体喷出孔8a的排列沿圆周方向为一列的情况下，由于外侧管的一面被从内侧管喷出的被加热的高温的惰性气体加热，因此，产生热变形。由于将气体喷出喷嘴插入设置在密封室，因此，当在外侧管产生热变形时，气体喷出喷嘴与炉(例如炉的壁面)接触而导致炉或气体喷出喷嘴破损、或者气体喷出喷嘴与纤维束接触，从而导致产生绒毛或妨碍稳定的生产。因此，在本发明中，优选将内侧管的气体喷出孔沿圆周方向均等地排列两列以上。但是，如果未在外侧管产生热变形，则排列不需要均等。另外，内侧管的气体喷出孔的圆周方向的排列数从更均匀地加热外侧管的观点来看，优选三列以上，从制造成本的观点来看，优选六列以下。
另外，从使惰性气体均匀地向外侧管内喷出的观点来看，优选内侧管的气体喷出孔8a沿长度方向以均等间隔配置。另外，从抑制惰性气体的供给不匀的观点来看，内侧管的气体喷出孔8a优选沿内侧管的长度方向在上述搬运路径的整个宽度长度上以均等间隔排列。
在气体喷出喷嘴中，多个气体喷出孔8a的形状未特别地限定，但优选为相同形状，从加工的容易性等来看，优选为圆孔形状(例如气体喷出孔的开口面的形状为椭圆形或圆形)。另外，气体喷出孔8a的孔面积优选在内侧管的气体喷出孔的流道方向上一定。
在气体喷出喷嘴中，优选内侧管的气体喷出孔8a的孔面积为50mm2以下。如果气体喷出孔8a的孔面积为50mm2以下，则能抑制内侧管供给口的斜流，能抑制在外侧管与内侧管的间隙以斜流为起因的温度不匀。作为结果，能抑制从外侧管的气体喷出孔喷出的惰性气体的温度不匀。气体喷出孔8a的孔面积从进一步抑制斜流的观点来看更优选40mm2以下。另外，气体喷出孔8a的孔面积从抑制伴随压力损失增大的运转成本的观点来看优选3mm2以上，从抑制制造成本的观点来看优选10mm2以上。
在气体喷出喷嘴中，内侧管的长度方向的气体喷出孔8a的孔间隔d2为300mm以下。如果内侧管的长度方向的孔间隔为300mm以下，则外侧管的加热不匀变少，内侧管与外侧管之间的惰性气体的温度容易均匀。其结果，容易使向炉内喷出的惰性气体的温度均匀化。气体喷出孔8a的孔间隔d2的每一个孔的喷出量从成为大风量的观点来看优选50mm以下，更优选30mm以下。另外，气体喷出孔8a的孔间隔d2从制造加工的观点来看优选5mm以上，从制造成本的观点来看优选10mm以上。
另外，在气体喷出喷嘴中，外侧管的气体喷出孔的形状及尺寸与内侧管的气体喷嘴孔的形状及尺寸可以相同，也可以不同。
在气体喷出喷嘴中，内侧管的气体喷出孔的位置与外侧管的气体喷出孔的位置优选不一致。所谓不一致是指，在从惰性气体内侧管的气体喷出孔的喷出方向上没有外侧管的气体喷出孔。由此，能够容易地防止从内侧管的各气体喷出孔喷出的惰性气体以未在外侧管的内周面与内侧管的外周面之间的间隙混合的状态从外侧管喷出，能容易地抑制惰性气体的温度不匀的产生。另外，外侧管的多个气体喷出孔及内侧管的多个气体喷出孔优选分别配置在内侧管的气体喷出孔的气体喷出方向与外侧管的气体喷出孔的气体喷出方向一部分也不重合的位置。例如如图2所示，通过使气体喷出孔7a的圆周方向的位置与气体喷出孔8a的圆周方向的位置偏离，能将两孔配置在一部分也不重合的位置。
另外，在入口密封室及出口密封室双方均具备气体喷出喷嘴的情况下，就入口密封室及出口密封室的任一方具有的气体喷出喷嘴而言，可以使内侧管的气体喷出孔的位置与外侧管的气体喷出孔的位置为上述配置，但从抑制碳化炉内全部区域的不匀的观点来看，优选两密封室具有的气体喷出喷嘴采用上述配置。
另外，密封室优选具有节流片在纤维束的搬运方向以一定间隔配置的迷宫结构。通过采用迷宫结构，能够容易且较高地维持密封室内的压力，其结果，能极力防止外部气体混入。另外，也可以入口密封室及出口密封室的任一方采用上述迷宫结构，但从防止外部气体混入的观点来看，优选在两密封室采用。
另外，作为节流片的结构，例如列举矩形、梯形、三角形等，但只要能够较高地维持热处理室的压力，则可以为任意形状。但是，从密封性的观点来看，优选节流片的形状为矩形。纤维束的搬运方向的节流片的配置间隔通常根据导入的纤维束(例如预氧化纤维束)或导出的纤维束(例如碳纤维束)的厚度、摇摆的大小调整，例如能够为10mm以上且150mm以下。另外，各密封室的节流片(膨胀室)的级数优选为五级以上且二十级以下。
另外，入口密封室及出口密封室的至少一方如图1(a)所示，优选具有一组以上配置在隔着纤维束S在铅垂方向(在图1(a)中为纸面上下方向)相对的位置的一组气体喷出喷嘴4。通过在隔着纤维束在铅垂方向相对的位置设置一组以上气体喷出喷嘴，能够有效地抑制垂直方向(与纤维束构成的薄片面正交的方向)的风(惰性气体)的流动，能进一步减少对行进的纤维束的影响，进行纤维束的更稳定的行进。
配置于隔着纤维束在铅垂方向相对的位置的气体喷出喷嘴的组数从密封性的观点来看优选为一组以上。另外，气体喷出喷嘴的组数从装置复杂的观点来看优选四组以下，从制造成本增加的观点来看优选三组以下。这些各气体喷出喷嘴的组能够在纤维束的行进方向例如以等间隔配置。
另外，在入口密封室及出口密封室双方均具备气体喷出喷嘴的情况下，可以在入口密封室及出口密封室的任一方使气体喷出喷嘴为上述配置，但从使纤维束更稳定地行进的观点来看，优选在两密封室中使气体喷出喷嘴为上述配置。
另外，本发明的碳纤维束制造用碳化炉能具备将例如以200～500℃被加热的惰性气体向上述气体喷出喷嘴(具体为内侧管)供给的装置(机构)。本发明的碳纤维束制造用碳化炉尤其适于喷出200～500℃的高温气体。作为惰性气体的喷出机构，例如能够使用加压泵、鼓风机等。另外，本发明的碳纤维束制造用碳化炉能够具备调节从气体喷出喷嘴喷出的惰性气体的喷出量的装置(机构)。作为该机构，例如能够使用阀式或孔式等。
<纤维束的制造方法>
本发明的碳纤维束的制造方法具有利用上述本发明的碳纤维束制造用碳化炉对纤维束进行加热处理的工序。另外，该工序例如能够是从上述前碳化工序、碳化工序及石墨化工序中选择的工序。并且，在本发明中，在这些加热处理工序中，向气体喷出喷嘴的内侧管供给预先加热的惰性气体，从该气体喷出喷嘴喷出该惰性气体。在本发明所用的气体喷出喷嘴中，即使是将未加热的惰性气体向内侧管供给的情况，也能减少喷出的惰性气体的风速不匀，能更有效地减少供给预先加热的惰性气体并喷出的情况下产生的温度不匀。
向内侧管供给的惰性气体的加热温度是200～500℃。如果加热温度为200℃以上，则不仅能够防止由惰性气体带来的从热处理室外的氧气的流入或从热处理室内部的反应气体的流出，即使在纤维束的处理速度快的情况下，也能充分地对行进的纤维束进行预热，能够防止纤维束在温度低的状态下通过密封室进入热处理室。因此，能够防止热处理室内的反应气体由于温度低的纤维束而被冷却焦油化而污染纤维束。另一方面，如果惰性气体的加热温度为500℃以下，则能够防止在纤维束进入热处理室前对纤维束进行热处理，能够防止在入口密封室产生反应气体。另外，向内侧管供给的惰性气体的加热温度从抑制由于对纤维束进行预热而由焦油状物质带来的纤维束的污染的观点来看优选250℃以上，从抑制纤维束反应的观点来看优选400℃以下。
根据本发明的制造方法，能够使具备气体喷出喷嘴的密封室的宽度方向的温度不匀为8％以下。如果能够使温度不匀为8％以下，则能均匀地进行前驱体纤维束的烧制，容易得到良好的品质的碳纤维束。温度不匀越少越好，优选5％以下，更优选3％以下。
另外，根据本发明的制造方法，能够使具备气体喷出喷嘴的密封室的宽度方向的压力不匀为5％以下。如果使压力不匀为5％以下，则能均匀地进行前驱体纤维束的烧制，容易得到良好的品质的碳纤维束。压力不匀越少越好，优选3％以下，更优选2％以下。
另外，此时，优选从气体喷出喷嘴以该气体喷出喷嘴的长度方向(与外侧管的长度方向相同方向)每一米为1.0Nm3/hr以上且100Nm3/hr以下的流量喷出惰性气体。如果流量为1.0Nm3/hr以上，则能容易地维持碳纤维束制造用碳化炉内的内压，能容易地将该碳化炉的纤维束的行进空间即热处理室内维持为惰性环境。从上述观点来看，流量更优选为10Nm3/hr以上，更优选20Nm3/hr以上。
另一方面，如果流量在气体喷出喷嘴的长度方向每一米为100Nm3/hr以下，则能容易地防止在纤维束的行进状态上产生紊乱或纤维束彼此摩擦而相互产生损害。另外，能够容易地防止由纤维束与炉壁接触产生的损害或由于使用大量的惰性气体而导致成本增大。其结果，能容易且较低地抑制制造成本，容易地实现工序生产性的提高。从上述观点来看，优选流量为70Nm3/hr以下，更优选为50Nm3/hr以下。另外，Nm3表示标准状态(0℃、1atm(1.0×105Pa))下的体积(m3)。
另外，在入口密封室及出口密封室双方均具备气体喷出喷嘴的情况下，能够将入口密封室及出口密封室的任一方的惰性气体的加热温度或流量设定为上述范围，但优选将两密封室设定为上述范围。
实施例
以下，列举具体的实施例说明本发明。另外，在各例(实施例及比较例)中，使在同一平面上以等间隔排列的薄片状态的纤维束在沿水平方向贯通碳化炉内的搬运路径内行进。此时，构成该薄片的纤维束的行进间距为10mm。另外，该碳化炉(各密封室及热处理室)的开口宽度(与纤维轴垂直地切断碳化炉时的碳化炉的开口部的长度)为1200mm。
[实施例一]
将总织度1000特的预氧化纤维束(构成各纤维束的单纤维数：10000根)100束投入图1所示的碳化炉1、更具体地投入入口密封室3。此时，由纤维束构成的薄片宽度为1000mm。另外，特(tex)表示每单位长度1000m的质量(g)。
在该密封室3中，在隔着预氧化纤维束在铅垂方向相对的位置配置一组由空心圆筒状的外侧管7及空心圆管状的内侧管8构成的相同结构的气体喷出喷嘴(双重喷嘴)4。另外，如图1(b)所示，各气体喷出喷嘴4在与预氧化纤维束的搬运方向正交的方向且水平的方向、即图1(b)的纸面上下方向配置。
在外侧管7中，在惰性气体未向预氧化纤维束喷出的方向配置的、形状及尺寸相同的60个气体喷出孔7a沿外侧管的长度方向(搬运路径的宽度方向)在搬运路径的宽度1200m的整个长度均等且在外侧管的圆周方向以一列配置。另外，该气体喷出孔7a的形状是圆孔形状。外侧管的气体喷出孔7a的孔面积为1mm2。
另外，在内侧管8中，沿内侧管的长度方向在搬运路径的宽度1200m的整个长度以均等间隔且沿内侧管的圆周方向均等地配置四列共计96个气体喷出孔8a。另外，该内侧管的长度方向的气体喷出孔8a的孔间隔为50mm。
另外，如图2及图3(a)所示，在气体喷出喷嘴4中，内侧管的气体喷出孔8a的圆周方向的位置与外侧管的气体喷出孔7a的圆周方向的位置不一致。即，气体喷出孔7a与气体喷出孔8a分别配置在一部分也不一致的位置。更具体地说，将内侧管的气体喷出孔8a沿圆周方向等间隔地配置在从外侧管的气体喷出孔7a的圆周方向的位置沿圆周方向偏离45°的位置。由此，内侧管的喷出方向与外侧管的喷出方向不一致。
将预先加热为300℃的氮气向气体喷出喷嘴的内侧管供给，以气体喷出喷嘴的长度方向每一米为30Nm3/hr，将氮气朝向图1(a)所示的顶板部分3a或底板部分3b，更具体地，向纤维束垂直反向喷出。另外，作为将该加热为300℃的氮气向气体喷出喷嘴的内侧管供给的机构，使用压缩泵。另外，作为调节该氮气的喷出量的机构，使用调节阀。另外，纤维束垂直反向是指与纤维束构成的薄片面垂直的方向中从纤维束离开(远离)的方向。
接着，从纤维束入口2a将预氧化纤维束导入热处理室内，以1000℃进行1.5分钟的加热处理(碳化处理)。并且，从热处理室的纤维束出口导出该纤维束，在与纤维束出口邻接地配置且与入口密封室3相同结构的出口密封室(未图示)内行进，得到碳纤维束。另外，在各密封室内从气体喷出喷嘴供给的氮气原样导入热处理室内，由此，将热处理室内维持为氮气环境。
接着，为了检验各例子的上述碳化处理的差异，利用以下方法计算密封室内的温度不匀及压力不匀。另外，评价气体喷出喷嘴的热变形与得到的碳纤维的强度及品位。另外，碳纤维的强度也根据预氧化纤维束的状态或其他条件变化，因此，相对地比较使用相同的预氧化纤维束时的这些的结果。
[密封室的宽度方向的温度不匀及压力不匀的计算]
在热处理室的入口及出口的、宽度方向(在图1(b)中为纸面上下方向)的全部宽度中，利用鞘套热电偶测定均等间隔的10点位置的温度，算出温度不匀。同样地，利用皮托管测定压力，算出压力不匀。在本发明中，温度不匀为以测定的10点的温度内、(最大温度-最低温度)/10点的平均温度×100[％]算出的值。另外，压力不匀为以测定的10点的压力内、(最大压力-最低压力)/10点的平均压力×100[％])算出的值。将入口密封室及出口密封室的各不匀的最大值作为密封室宽度方向的温度不匀及压力不匀。
[气体喷出喷嘴的热变形评价]
气体喷出喷嘴的热变形用以下的方法评价。在气体喷出喷嘴的任意点，以卡尺测定在运转(使用)前后变化为最大的点，将设置于入口密封室及出口密封室的各气体喷出喷嘴的测定值(各最大变化量)的平均值作为变形量。从得到的测定结果并基于以下基准进行评价。
A：变形量小于2mm。
B：变形量为2mm以上且小于20mm。
C：变形量为20mm以上。
[碳纤维束绞合强度(CF强度)]
根据JIS-R-7601所规定的含环氧树脂绞合法测定制成的碳纤维束的绞合强度。另外，测定次数为10次，基于以下基准评价其平均值。
A：绞合强度为4903N/cm2(500kgf/cm2)以上，碳纤维的强度高。
B：绞合强度为4707N/cm2(480kgf/cm2)以上且小于4903N/cm2(500kgf/cm2)，碳纤维的强度稍低。
C：绞合强度为小于4707N/cm2(480kgf/cm2)，碳纤维强度低。
[碳纤维的品位]
碳纤维的品位由以下的方法评价。在薄片宽度方向全部区域用LED灯照射从出口密封室导出的碳纤维束60分钟并观察，基于以下的基准评价该薄片宽度方向的绒毛状况。
A：在薄片宽度方向，绒毛共计只发现数根左右，品位良好。
B：在薄片宽度方向的一部分发现数十根单位的绒毛。
C：在薄片方向的整个区域发现数十根单位的绒毛。
在实施例一中，密封室宽度方向的压力不匀及温度不匀均小，为3％，由热变形引起的气体喷出喷嘴的变形小于2mm。另外，得到的碳纤维的强度及品位均良好。
[实施例二]
除了将各密封室改变为具有迷宫结构的密封室以外，与实施例一相同地制造碳纤维束。具体地说，在隔着纤维束的密封室上部与密封室下部分别在纤维束的搬运方向以等间隔各设置五个与纤维束构成的薄片面垂直的节流片，在各密封室内形成五级的膨胀室。此时，使纤维束的搬运方向的节流片的配置间隔为150mm。其结果，密封室宽度方向的压力不匀及温度不匀均小，为2％以内，由热变形引起的气体喷出喷嘴的变形小于2mm。另外，得到的碳纤维的强度及品位均良好。
[实施例三]
除了将内侧管的长度方向的内侧管的气体喷出孔的孔间隔改变为150mm以外，与实施例一相同地制造碳纤维束。另外，此时的内侧管的气体喷出孔的孔数共计32个，气体喷出孔在喷嘴长度方向均等地排列四列。密封室宽度方向的压力不匀为3％，温度不匀为8％。另外，由于碳纤维束宽度方向的温度历史不同，也稍微产生碳纤维的强度不匀及品位不匀，在宽度方向的一部分也产生绒毛，但是为没有问题的程度。
[比较例一]
作为设于各密封室的相同结构的气体喷出喷嘴，除了使用由用于实施例一的外侧管构成的单重管的气体喷出喷嘴以外，与实施例一相同地制造碳纤维束。其结果，密封室宽度方向的压力不匀小，为3％，但在气体喷出喷嘴的长度方向(喷嘴长度方向)发现由散热引起的温度下降，密封室宽度方向的温度不匀大，为20％。另外，由于碳纤维束的宽度方向的温度历史不同，产生强度不匀或品位不匀，也发现较多绒毛。
[比较例二]
除了将外侧管的气体喷出孔的孔面积改变为50mm2以外，与实施例一相同地制造碳纤维束。其结果，在喷嘴长度方向发现斜流，密封室宽度方向的压力不匀大，为20％，温度不匀也大，为10％。另外，得到的碳纤维的强度稍低，在宽度方向全部区域发现数十根单位的绒毛。
[比较例三]
如图3(b)所示，除了将内侧管的圆周方向的气体喷出孔的列数改变为一列以外，与实施例一相同地制造碳纤维束。另外，此时的内侧管的气体喷出孔的孔数是24个，气体喷出孔在喷嘴长度方向均等地排列一列。其结果，从内侧管喷出的热风(被加热的氮气)吹向外侧管的一面，产生热变形，压力不匀大，为10％，温度不匀也大，为10％。得到的纤维束强度低，在宽度方向全部区域发现数十根单位的绒毛。运转后，拔出气体喷出喷嘴进行确认后，发现由于变形使气体喷出喷嘴与密封室的壁面接触，一部分被损害。
[比较例四]
除了将内侧管的长度方向的内侧管的气体喷出孔的孔间隔改变为400mm以外，与实施例一相同地制造碳纤维束。另外，此时的内侧管的气体喷出孔的孔数是16个，气体喷出孔在喷嘴长度方向上均等地排列四列。其结果，在从内侧管的氮气的喷出中产生不匀，密封室宽度方向的压力不匀是3％，但温度不匀稍大为10％。另外，由于碳纤维束宽度方向的温度历史不同，还发现产生碳纤维的强度及品位不匀，以及绒毛。
[表1]
根据以上，通过使用具有密封性能高且维修性也好的密封室的本发明的碳纤维束制造用碳化炉，能够在碳化炉内的整个区域为没有不匀的环境，能够得到性能、外观及处理性优异的碳纤维。
符号说明
1—碳纤维束制造用碳化炉(碳化炉)，2—热处理室，2a—热处理室的纤维束入口(入口部)，3—入口密封室，3a—在隔着气体喷出喷嘴与纤维束相对的位置与纤维束平行地配置的顶板部分，3b—在隔着气体喷出喷嘴与纤维束相对的位置与纤维束平行地配置的底板部分，4—气体喷出喷嘴(双重喷嘴)，5—搬运路径，6—加热器，7—外侧管(外侧喷嘴)，7a—外侧管的气体喷出孔，8—内侧管(内侧喷嘴)，8a—内侧管的气体喷出孔，S—纤维束，W—搬运路径的宽度，L—外侧管的气体喷出孔的流道长度，D—外侧管的气体喷出孔的最长孔长度，d1—外侧管的气体喷出孔的孔间隔，d2—内侧管的气体喷出孔的孔间隔。

Claims (13)

1.一种碳纤维束制造用碳化炉，其具备：
热处理室，其具有纤维束出入的纤维束入口及纤维束出口，并且填充有惰性气体，用于加热该纤维束；
入口密封室及出口密封室，其分别与该处理室的纤维束入口及纤维束出口邻接地配置，用于对该热处理室内的气体进行密封；
气体喷出喷嘴，其设于该入口密封室及该出口密封室的至少一方；以及
搬运路径，其在该入口密封室、该热处理室及该出口密封室内沿水平方向设置，用于搬运该纤维束，
该碳纤维束制造用碳化炉的特征在于，
该气体喷出喷嘴具有由空心筒状的内侧管与空心筒状的外侧管构成的双重管结构，沿与该纤维束的搬运方向正交的方向且水平的方向配置，
在该外侧管上，沿该外侧管的长度方向在该搬运路径的整个宽度长度上配置多个气体喷出孔，该外侧管的气体喷出孔的孔面积为0.5mm2以上且20mm2以下，
在该内侧管上，沿该内侧管的长度方向在该搬运路径的整个宽度长度上配置多个气体喷出孔，并且在该内侧管的圆周方向的两方向以上配置气体喷出孔的气体喷出方向，该内侧管的长度方向的该内侧管的气体喷出孔的孔间隔是300mm以下。
2.根据权利要求1所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
上述外侧管的多个气体喷出孔的流道长度(L)与该气体喷出孔的最长孔长度(D)的比(L/D)为0.2以上。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
上述外侧管的长度方向的多个气体喷出孔的孔间隔为100mm以下。
4.根据权利要求1～3任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
上述外侧管的多个气体喷出孔沿该外侧管的长度方向在该搬运路径的整个宽度长度上以均等间隔配置。
5.根据权利要求1～4任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
上述内侧管的多个气体喷出孔的各孔面积为50mm2以下。
6.根据权利要求1～5任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
上述内侧管的多个气体喷出孔沿该内侧管的长度方向在该搬运路径的整个宽度长度上以均等间隔配置。
7.根据权利要求1～6任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
上述外侧管的多个气体喷出孔配置于不朝向上述纤维束喷出惰性气体的方向。
8.根据权利要求1～7任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
在上述外侧管配置形状及尺寸相同的多个气体喷出孔，在上述内侧管配置形状及尺寸相同的多个气体喷出孔。
9.根据权利要求1～8任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
上述外侧管的多个气体喷出孔及上述内侧管的多个气体喷出孔分别配置在上述内侧管的气体喷出孔的气体喷出方向与上述外侧管的气体喷出孔的气体喷出方向一部分也不重合的位置。
10.根据权利要求1～9任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或双方具有在上述纤维束的搬运方向以一定间隔配置节流片的迷宫结构。
11.根据权利要求1～10任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉，其特征在于，
上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或双方具有一组以上配置于隔着上述纤维束在铅垂方向相对的位置的一组上述气体喷出喷嘴。
12.一种碳纤维束的制造方法，其特征在于，
包括利用权利要求1～11任一项所述的碳纤维束制造用碳化炉对上述纤维束进行加热处理的工序，
在该工序中，向上述气体喷出喷嘴的内侧管供给200～500℃的惰性气体，从外侧管的多个气体喷出孔喷出该惰性气体，具备上述气体喷出喷嘴的上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或双方的宽度方向的温度差为8％以下。
13.根据权利要求12所述的碳纤维束的制造方法，其特征在于，
使上述气体喷出喷嘴的长度方向每1m的流量为1.0Nm3/hr以上且100Nm3/hr以下，从上述气体喷出喷嘴喷出惰性气体，对上述纤维束进行加热处理。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110184428A (zh) * 2018-02-22 2019-08-30 光洋热系统股份有限公司 热处理装置
CN112888806A (zh) * 2018-10-26 2021-06-01 杰富意钢铁株式会社 狭缝喷嘴和高硅钢带的制造方法
CN115087769A (zh) * 2020-03-30 2022-09-20 东丽株式会社 碳纤维束的制造方法

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014106135A1 (de) * 2014-04-30 2015-11-05 Thyssenkrupp Ag Düseneinrichtung und Verfahren zur Behandlung eines Stahlflachproduktes
DE102014009244B4 (de) * 2014-06-20 2016-07-28 Eisenmann Se Oxidationsofen
WO2019084618A1 (en) * 2017-11-02 2019-05-09 Furnace Engineering Pty Ltd Controlled atmosphere recirculation oven
KR102245796B1 (ko) * 2019-01-04 2021-04-28 주식회사 비아트론 기판 열처리 장치
KR102324641B1 (ko) * 2019-12-11 2021-11-10 동우에이치에스티 주식회사 가스 공급유닛 및 이를 포함하는 가스 오븐
CN112503952A (zh) * 2020-11-26 2021-03-16 东北大学 一种加热炉内气体供给装置
KR102498060B1 (ko) * 2021-04-12 2023-02-10 동우에이치에스티 주식회사 가스 공급유닛

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS608640Y2 (ja) * 1981-01-12 1985-03-27 三菱レイヨン株式会社 炭素繊維製造用焼成炉のガスシ−ル装置
JPS6284288A (ja) * 1985-10-07 1987-04-17 三菱化学株式会社 高温焼成炉
CN1075932A (zh) * 1993-02-25 1993-09-08 东北工学院 纤维活性碳连续制造方法及生产炉
JP2010007209A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Mitsubishi Rayon Co Ltd 炭素繊維製造用炭化炉のシール装置
CN101956248A (zh) * 2010-09-17 2011-01-26 西安航科等离子体科技有限公司 用于生产连续碳纤维的低温碳化炉

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5590621A (en) * 1978-12-26 1980-07-09 Kureha Chem Ind Co Ltd Production of carbon fiber
US4543241A (en) * 1983-04-18 1985-09-24 Toho Beslon Co., Ltd. Method and apparatus for continuous production of carbon fibers
JPS608640A (ja) 1983-06-28 1985-01-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱交換換気装置
US5193996A (en) * 1983-10-13 1993-03-16 Bp Chemicals (Hitco) Inc. Method and system for producing carbon fibers
JPS62211383A (ja) 1986-03-12 1987-09-17 Mitsubishi Electric Corp 表面処理装置
JPS62263971A (ja) 1986-05-12 1987-11-16 Babcock Hitachi Kk 気相成長装置
JPH01207421A (ja) * 1988-02-12 1989-08-21 Toray Ind Inc 耐炎化装置及び耐炎化方法
JPH0796714B2 (ja) * 1990-02-17 1995-10-18 住友電気工業株式会社 プラズマｃｖｄ装置
JP3373615B2 (ja) 1993-09-30 2003-02-04 株式会社ブリヂストン 空気入りタイヤ
JP3722323B2 (ja) * 1997-02-14 2005-11-30 東レ株式会社 炭素繊維とその製造方法および製造装置
JP4377007B2 (ja) 1999-09-30 2009-12-02 三菱レイヨン株式会社 炭素繊維の製造方法
JP3952873B2 (ja) * 2002-06-18 2007-08-01 東レ株式会社 炭素繊維製造用横型炭化炉およびそれを用いてなる炭素繊維の製造方法
JP3764917B2 (ja) 2004-03-26 2006-04-12 関西ティー・エル・オー株式会社 高周波微小振動測定装置
JP4587859B2 (ja) * 2005-03-29 2010-11-24 東邦テナックス株式会社 シール室
JP2007224483A (ja) 2006-01-30 2007-09-06 Toray Ind Inc 炭素繊維束の製造装置および炭素繊維の製造方法
JP4838700B2 (ja) * 2006-12-25 2011-12-14 三菱レイヨン株式会社 熱処理装置および熱処理方法
ES2532576T3 (es) * 2010-07-27 2015-03-30 Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Método para producir haces de fibras de carbono
KR101412767B1 (ko) * 2010-08-19 2014-07-02 주식회사 엘지화학 유체 공급 장치 및 이를 이용한 박판 세정 시스템 및 방법
DE102011010298B3 (de) * 2011-02-03 2012-06-14 Eisenmann Ag Oxidationsofen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS608640Y2 (ja) * 1981-01-12 1985-03-27 三菱レイヨン株式会社 炭素繊維製造用焼成炉のガスシ−ル装置
JPS6284288A (ja) * 1985-10-07 1987-04-17 三菱化学株式会社 高温焼成炉
CN1075932A (zh) * 1993-02-25 1993-09-08 东北工学院 纤维活性碳连续制造方法及生产炉
JP2010007209A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Mitsubishi Rayon Co Ltd 炭素繊維製造用炭化炉のシール装置
CN101956248A (zh) * 2010-09-17 2011-01-26 西安航科等离子体科技有限公司 用于生产连续碳纤维的低温碳化炉

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110184428A (zh) * 2018-02-22 2019-08-30 光洋热系统股份有限公司 热处理装置
CN110184428B (zh) * 2018-02-22 2021-03-12 光洋热系统股份有限公司 热处理装置
CN112888806A (zh) * 2018-10-26 2021-06-01 杰富意钢铁株式会社 狭缝喷嘴和高硅钢带的制造方法
CN115087769A (zh) * 2020-03-30 2022-09-20 东丽株式会社 碳纤维束的制造方法
CN115087769B (zh) * 2020-03-30 2023-12-12 东丽株式会社 碳纤维束的制造方法

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