CN115087769A - 碳纤维束的制造方法 - Google Patents
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Abstract
碳纤维束的制造方法，具有：耐燃化工序，在氧化性气氛中在200℃～300℃的范围内对丙烯酸系纤维束进行热处理；预碳化工序，使用热处理炉在300℃～1,000℃的范围内以使送出侧的非活性气体的供给温度比送入侧高的方式进行热处理，热处理炉在纤维束的送入侧和送出侧分别具有1个以上的非活性气体供给口，且在该送入侧与送出侧的非活性气体供给口之间具有1个以上的排气口；和碳化工序，在非活性气体气氛中于1,000℃～2,000℃的温度进行热处理，从热处理炉内的气氛温度成为300℃的机器长度方向上的最靠近送出侧的位置起至送入侧的非活性气体供给口为止，预碳化工序的热处理炉内的非活性气氛的流动在机器长度方向上相对于纤维束的行进方向而言仅为平行流方向的流动。通过防止在碳纤维制造时的预碳化处理时发生的、滞留于热处理炉内的焦油等气化的分解生成物流入析出的温度区，从而提供能长时间连续进行制造的碳纤维束的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及通过防止在进行碳纤维制造时的预碳化处理时产生的、滞留于热处理炉内的焦油等气化的分解生成物流入析出的温度区，从而能够长时间连续进行制造的碳纤维束的制造方法。
背景技术
碳纤维比别的增强用纤维具有高比强度及比弹性模量，因此在航空航天、运动及汽车·船舶·土木建筑等一般工业用途中，在工业上被广泛用作复合材料的增强纤维。通常，作为由丙烯酸系纤维束制作碳纤维束的方法，已知有将丙烯腈系纤维等用作前体的方法。通过在氧化性气氛中在200℃～300℃的范围内进行耐燃化处理，然后在氮气等非活性气体气氛中在300℃～1,000℃的范围内进行预碳化，在1,000℃以上的范围内进行碳化处理，从而得到。
上述预碳化处理中，随着碳化而由被处理纤维束生成氰化氢、氨、氮、水、二氧化碳及焦油等气化的分解生成物，因此通常在炉内设置用于排出这些分解生成物的排气口。这些分解生成物中，特别是焦油成分，粘附于热处理炉的内壁，当堆积一定量以上时，落至行进的耐燃化纤维束上而物性开始降低，如毛羽增大、发生断丝等，导致得到的碳纤维的品质降低、生产率降低。另外，该焦油成分通过在从排气口起至向对排气进行分解或燃烧处理的装置送气为止的管道内壁析出而使生产线堵塞，存在使连续制造的周期变短的问题。
为了解决这些问题，专利文献1中记载了通过规定预碳化处理中在250℃～400℃的范围内纤维束的滞留时间，由此设置成对于包含在上述温度范围所生成的焦油成分的分解生成物而言适合的升温速度，从而能够阻止生成的分解生成物的析出。
另外，专利文献2中记载了通过在进行预碳化处理的热处理炉内以规定的体积导入经预热的非活性气体，能够使包含焦油成分的分解生成物不析出而从排气口排气。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-234557号公报
专利文献2：日本特开昭60-099010号公报。
发明内容
发明要解决的课题
然而，根据本申请的发明人等的发现，专利文献1的方法中，仅规定了低温区域的升温速度，无法完全防止包含高温区域生成的焦油成分的分解生成物的析出。
另外，专利文献2的方法中，对于使包含焦油成分的分解生成物气化并直接排气而言是有效的，但非活性气体的供给温度高，进行处理的温度范围窄，因此得到的碳纤维的品质受限。另外，预热非活性气体的电力成本高而制造成本过高。
因此，本发明的课题在于提供通过防止在进行碳纤维制造时的预碳化处理时发生的、滞留于热处理炉内的焦油等气化的分解生成物流入析出的温度区，从而能够长时间连续进行制造的碳纤维束的制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的碳纤维束的制造方法具有以下构成。
即，本发明为碳纤维束的制造方法，其具有：
耐燃化工序，其中，在氧化性气氛中在200℃～300℃的范围内对丙烯酸系纤维束进行热处理；
预碳化工序，其中，使用热处理炉在300℃～1,000℃的范围内以使送出侧的非活性气体的供给温度比送入侧的非活性气体的供给温度高的方式进行热处理，上述热处理炉在纤维束的送入侧和送出侧分别具有1个以上的非活性气体供给口，且在该送入侧与送出侧的非活性气体供给口之间具有1个以上的排气口；和
碳化工序，其中，在非活性气体气氛中于1,000℃～2,000℃的温度进行热处理，
上述制造方法中，从热处理炉内的气氛温度成为300℃的机器长度方向上的最靠近送出侧的位置起至送入侧的非活性气体供给口为止，预碳化工序的热处理炉内的非活性气氛的流动在机器长度方向上相对于纤维束的行进方向而言仅为平行流方向的流动。
本发明的碳纤维束的制造方法优选上述预碳化工序在沿机器长度方向具有3个以上可控温区段的热处理炉内进行，当将相对于热处理室的机器长度方向而言最靠近送入侧的区段的在机器长度方向上的中央位置的纤维束高度的气氛温度设为T1[℃]、将相对于热处理室的机器长度方向而言最靠近送出侧的区段的在机器长度方向上的中央位置的纤维束高度的气氛温度设为T2[℃]时，向上述热处理炉供给的非活性气体的温度满足下述记载的2个条件。
送入侧非活性气体供给温度范围[℃]：|T1-(送入侧非活性气体供给温度)|＝ΔT1≤50
送出侧非活性气体供给温度范围[℃]：|T2-(送出侧非活性气体供给温度)|＝ΔT2≤100
本发明的碳纤维束的制造方法优选上述预碳化工序的热处理炉在机器长度方向上的截面积大致相同，下述记载的流速V1和下述记载的流速V2的绝对值比率(|V1|/|V2|)为0.5≤|V1|/|V2|≤2.0。
V1[m/s]：相对于热处理室的机器长度方向而言最靠近送入侧的区段的在机器长度方向上的中央位置的水平方向的非活性气氛的流速
V2[m/s]：相对于热处理室的机器长度方向而言最靠近送出侧的区段的在机器长度方向上的中央位置的水平方向的非活性气氛的流速
发明的效果
本发明通过防止在进行碳纤维制造时的预碳化处理时发生的、滞留于热处理炉内的焦油等气化的分解生成物流入析出的温度区，从而能够得到能长时间连续进行制造的效果。
附图说明
[图1]是本发明涉及的一实施方式中使用的进行预碳化处理的热处理炉的机器长度方向的示意性构成图。
[图2]是图1中的从送入口起至热处理炉内的气氛温度成为300℃的机器长度方向上的最靠近送出侧的位置为止的非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言仅为平行流方向的流动的机器长度方向的示意性截面图。
[图3]是图1中的从送入口起至热处理炉内的气氛温度成为300℃的机器长度方向上的最靠近送出侧的位置为止的非活性气氛的流动相对于纤维束的进行方向而言存在平行流方向和逆向流(counterflow)方向这两个方向的机器长度方向的示意性截面图。
[图4]是图1中的从入口起至排气口为止的非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言为平行流方向的流动的机器长度方向的示意性截面图。
[图5]是沿图1中A-A线的矢视截面图。
[图6]是本发明涉及的热处理炉的送入口的示意性构成图。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
本发明中，丙烯酸系纤维束可使用已知的材料。作为构成丙烯酸纤维束的丙烯腈系聚合物，可使用丙烯腈的均聚物或丙烯腈与其他单体的共聚物。
对丙烯酸纤维束在200～300℃的氧化性气氛中进行热处理而进行耐燃化处理，得到耐燃化纤维束。
对耐燃化纤维束在300℃～1,000℃的非活性气氛中进行预碳化处理而得到预碳化纤维束。作为非活性气体，可采用氮、氩、氦等已知的非活性气氛，但从经济性的方面考虑，优选氮。预碳化处理的最高温度优选为500～1,000℃，进一步地，进一步优选为600～900℃。
预碳化处理的最高温度为500℃以上时，碳纤维的强度及弹性模量的呈现性更加良好。若预碳化处理的最高温度为1,000℃以下，则容易降低热处理炉的成本，工业上有利。作为热处理炉的温度分布，最高温度优选位于炉的送出侧，送出侧的非活性气氛温度高于送入侧的非活性气氛温度。
预碳化处理中使用的热处理炉没有特别限定。例如，优选如图1所示，热处理炉(1)的一侧具有送入口(2)，另一侧具有排出口(3)，上述送入口、送出口的封闭板上设置开口部且使开口面积最小化，优选使用为了防止氧气等流入热处理室(4)而具有迷宫式密封结构等密封机构的热处理炉。纤维束(被处理物)(5)的送入侧和送出侧具有非活性气体供给口(6)。热处理室(4)优选相对于机器长度方向而言的截面积大致相同、热处理室(4)中存在的非活性气体的流速不会急剧变化的结构。热处理炉(1)通过上下具有的加热器(7)进行非活性气氛的温度控制。为了准确地进行非活性气氛的温度控制，热处理炉优选可控温区段在机器长度方向上具有3个以上。区段少于3个时，有时无法准确地控制非活性气氛的温度。另外，为了将焦油等气化的分解生成物高效地排出炉外而设置排气口(8)，介由被保温的排气管道(9)而利用排气处理炉(10)进行热分解。
预碳化处理中使用的热处理室(4)的气氛温度是用于防止焦油等气化的分解生成物析出的重要的要素。预碳化处理中，生成氰化氢、氨、氮、水、二氧化碳及焦油等气化的分解生成物。焦油成分中存在具有接近300℃的熔点·沸点的化合物。大部分的焦油成分在气氛温度高于300℃的温度生成，因此如果不阻止分解气体从生成部位向气氛温度低于300℃的部位移动、不从气氛温度为300℃以上的部位介由排气口(8)排出炉外，则可能导致焦油成分析出。对于预碳化处理而言，由于逐渐提高处理温度，因此热处理室(4)的送出侧的非活性气氛温度高于送入侧的非活性气氛温度。为了阻止在气氛温度300℃以上生成的分解气体移动至低于300℃的送入侧，至热处理炉内的气氛温度成为300℃的机器长度方向上的最靠近送出侧的位置(P300)为止的炉内气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言必须仅为平行流方向的流动。存在逆向流方向的流动的情况下，可能导致焦油成分移动至低于300℃的部位而析出。为了使至上述气氛温度成为300℃的位置(P300)为止的非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言为平行流方向的流动，优选在气氛温度低于300℃的部位存在非活性气体供给口(6)，在气氛温度为300℃以上的部位具有排气口(8)的装置构成，更优选在气氛温度为350℃以上的部位具有排气口(8)。从送入侧的非活性气体的供给口(6)起至上述气氛温度成为300℃的位置(P300)为止的非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言仅为平行流方向的流动的例子如图2所示，从送入侧的非活性气体的供给口(6)起至上述气氛温度成为300℃的位置(P300)为止的送入侧的非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言存在平行流方向和逆向流方向这两个方向的例子如3所示。更优选图4所示的从送入侧的非活性气体的供给口(6)起至排气口(8)为止，非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言仅为平行流方向。
热处理炉内的非活性气氛的流动随温度而变化，因此当热处理室(4)的气氛在上下方向上存在温度差时，由于浮力而使得热的气氛滞于上部、较冷的气氛滞留于下部。此时，焦油等气化的分解生成物未到达排气口(8)而滞留于热处理室(4)，非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言沿逆向流方向移动，可能导致焦油成分析出。因此，优选热处理室(4)的气氛温度与导入炉内的非活性气体的供给温度不存在较大差异，优选当将相对于热处理室(4)的机器长度方向而言最靠近送入侧的区段的在机器长度方向上的中央位置(13)的纤维束高度的气氛温度设为T1[℃]、将相对于热处理室(4)的机器长度方向而言最靠近送出侧的区段的机器长度方向上的中央位置(14)的纤维束高度的气氛温度设为T2[℃]时，向上述热处理炉供给的非活性气体的温度满足下述记载的2个条件。
送入侧非活性气体供给温度范围[℃]：|T1-(送入侧非活性气体供给温度)|＝ΔT1≤50℃。
送出侧非活性气体供给温度范围[℃]：|T2-(送出侧非活性气体供给温度)|＝ΔT2≤100℃。
上述中央位置(13)的气氛温度适合作为用于与送入侧非活性气体供给温度进行比较的热处理室(4)的气氛温度。另外，送出侧的非活性气体的供给温度也同样地，适合作为上述中央位置(14)的气氛温度。
进而，对于热处理炉内的非活性气氛的流动而言，送入侧与送出侧的非活性气体的流速平衡是重要的。送入侧与送出侧的水平方向的非活性气氛的流速的绝对值比率(|V1|/|V2|)优选为0.5以上2.0以下(0.5≤|V1|/|V2|≤2.0)。当送入侧的水平方向的非活性气氛的流速(V1)与送出侧的水平方向的非活性气氛的流速(V2)的绝对值比率|V1|/|V2|在上述优选范围内时，从送出侧供给的非活性气体被排出至排气口而不会向送入侧逆流，不会有焦油成分流入送入侧的可能。需要说明的是，非活性气体的流动与纱线的行进方向为相同方向的情况下，V1及V2的值为正值，与纱线的行进方向为相反方向的情况下，V1及V2的值为负值。上述流速比优选实际流速，对于成为送入侧及送出侧的流速基准的位置而言，优选送入侧为位于上述最靠近送入侧的区段的机器长度方向上的中央位置(13)，送出侧为位于上述最靠近送出侧的区段的机器长度方向上的中央位置(14)，上述位置(13及14)的水平方向的非活性气氛的流速优选由被供给的非活性气体的流量和热处理炉的送入口(2)、送出口(3)的开口部的风速而算出。
在1,000℃～2,000℃的非活性气氛中对预碳化纤维束进行碳化处理，得到碳化纤维束。
对于碳纤维束，可以根据需要，以提高与纤维增强复合材料基体树脂的亲和性及粘接性为目的而进行电解氧化处理、氧化处理。
实施例
以下，举出实施例对本发明进行具体说明，但本发明不局限于这些实施例。实施例中进行的各种测定方法如下所示。
＜动压测定＞
将连接了数字差压计(testo制商品名testo512-3测定范围：0Pa～200Pa)的直型皮托管(冈野制作所制，商品名：2孔式皮托管定制产品外形：Φ10mm)从送入口的开口部(11)插入炉内，在图5所示的机器长度方向的炉内截面的5点测定点(机器宽度方向3点，高度方向3点)(12)，将皮托管的前端平行于机器长度方向移动，进行压力测定。皮托管的前端测定总压，侧面测定静压，由其压力差判断有无动压。至上述气氛温度为300℃的位置(P300)为止未检测到动压的情况下，判断为非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言仅为平行流方向的流动，检测到动压的情况下，判断为非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言存在平行流方向和逆向流方向这两个方向。
＜热处理炉内的非活性气氛温度测定＞
将铠装热电偶(福电制外形：Φ1.6mm材质：SUS316)安装在从送入口起至送出口为止的开口部(11)上贴附的金属线上，在图5所示的机器长度方向上的热处理炉截面的5点的测定点(12)，使作为测定部位的热电偶的前端沿机器长度方向移动而进行气氛温度测定(测定间隔为每100mm)。另外，纤维束高度的气氛温度测定时，使安装有上述热电偶的金属线处于纤维束的高度，使热电偶的前端与测定点对齐，测定图6所示的机器宽度方向的3点。在金属线的前端连接重物而施加张力，以使金属线·热电偶不下垂。
＜热处理炉内的水平方向的非活性气氛的流速(V1及V2)的算出方法＞
采用高温用Anemomaster风速计(日本Kanomax制产品编号：6162耐热温度：500℃)，在图6所示的机器宽度方向的3点测定点(12)对最接近送入口(2)的开口部(11)的风速进行测定。将15秒间的测定结果的平均值作为从开口部(11)向炉外排出的非活性气氛的风速(Vout)。由上述测定的风速(Vout)和开口部的面积求出从开口部(11)向炉外排出的单位时间的非活性气氛的流量，由其与来自送入侧的非活性气体供给口的单位时间的非活性气氛的流量的差值，算出热处理炉内的纤维束的行进方向上的单位时间的流量。由上述流量与热处理炉(1)的机器长度方向的截面积，算出送入侧的水平方向的非活性气氛的流速(V1)。送出侧的水平方向的非活性气氛的流速(V2)也采用同样的方法算出。
＜碳纤维束毛羽品质基准＞
实施例、比较例中的品质的判断基准分别如下所示。
优：离开预碳化工序后能够目视确认的纤维束上的10mm以上的毛羽数为平均5个/m以下，毛羽品质为对工序中的通过性、作为产品的高阶加工性完全没有影响的水平。
良：离开预碳化工序后能够目视确认的纤维束上的10mm以上的毛羽数为平均超过5个/m以上且平均少于10个/m，毛羽品质为对工序中的通过性、作为产品的高阶加工性几乎没有影响的水平。
不良：离开预碳化工序后能够目视确认的纤维束上的10mm以上的毛羽数为平均10个/m以上，毛羽品质对工序中的通过性、作为产品的高阶加工性产生不良影响的水平。
＜热处理炉内·排气管道的环境基准＞
实施例、比较例中的热处理炉内·排气管道的环境的判断基准分别如下所示。
优：热处理炉内、排气管道中完全没有焦油成分固化附着的迹象，完全不影响运行的水平。
良：热处理炉内、排气管道中存在少量焦油成分固化附着的迹象，几乎不影响运行的水平。
不良：热处理炉内、排气管道中大量存在焦油成分固化附着的迹象，引起炉内、管道的堵塞而影响运行的水平。
＜实施例1＞
将包含20,000根单纤维纤度为0.11tex的单纤维的纤维束100根拉齐，使在空气中于240℃～280℃进行了热处理而得的耐燃化纤维束在图1所示的形状的有效热处理长度4m、最高温度保持在700℃的热处理炉内以1.0m/分钟的纱线速度连续地通过而得到预碳化纤维束。作为充满热处理炉的非活性气体，将氮气在送入侧、送出侧均预热，从各自设置的非活性气体供给口供给，将排气口位置的气氛温度设为500℃。然后，对得到的预碳化纤维束在碳化炉中于1,500℃的最高温度进行热处理，在电解表面处理后涂布上浆剂，得到碳纤维束。
此时，由上述动压测定结果，判断从热处理炉内的气氛温度成为300℃的机器长度方向上的最靠近送出侧的位置(P300)起至送入侧的非活性气体供给口为止的非活性气氛的流动相对于纤维束的行进方向而言仅为平行流方向。另外，最靠近送入侧的区段的机器长度方向上的中央位置的纤维束高度的气氛温度(T1)与送入侧的氮气的供给温度的差值(ΔT1)为150℃，最靠近送出侧的区段的机器长度方向上的中央位置的纤维束高度的气氛温度(T2)与送出侧的氮气的供给温度的差值(ΔT2)为150℃。送入侧与送出侧的水平方向上的非活性气氛的流速的绝对值比率(|V1|/|V2|)为2.5。在上述条件下，连续运行10天而生产中没有发生重大问题。另外，对得到的预碳化纤维束和碳纤维束进行目视确认的结果为，碳纤维束的毛羽品质以上述判断基准为良，炉内·排气管道的环境也为良，排气管道没有堵塞。
＜实施例2＞
设定上述氮气的预热温度以使最靠近送入侧的区段的机器长度方向上的中央位置的纤维束高度的气氛温度(T1)与送入侧的氮气的供给温度的差值(ΔT1)成为40℃，设定上述氮气的供给温度以使最靠近送出侧的区段的机器长度方向上的中央位置的纤维束高度的气氛温度(T2)与送出侧的氮气的供给温度的差值(ΔT2)成为80℃，除此之外，进行与实施例1同样的操作。在上述条件下，连续运行10天而生产中没有发生重大问题。另外，对得到的预碳化纤维束和碳纤维束进行目视确认的结果为，碳纤维束的毛羽品质以上述判断基准为良，炉内·排气管道的环境为优，排气管道中没有附着物。
＜实施例3＞
设定送入侧的氮气的流量以使送入侧与送出侧的水平方向上的非活性气氛的流速的绝对值比率(|V1|/|V2|)成为1.5，除此以外，进行与实施例2同样的操作。在上述条件下，连续运行10天而在生产中没有发生重大问题。另外，对得到的预碳化纤维束和碳纤维束进行目视确认的结果为，碳纤维束的毛羽品质以上述判断基准为优，炉内·排气管道的环境也为优，排气管道中没有附着物。
＜实施例4＞
设定上述氮气的预热温度以使最靠近送入侧的区段的机器长度方向上的中央位置的纤维束高度的气氛温度(T1)与送入侧的氮气的供给温度的差值(ΔT1)成为150℃，除此之外，进行与实施例3同样的操作。在上述条件下，连续运行10天而在生产中没有发生重大问题。另外，对得到的预碳化纤维束和碳纤维束进行目视确认的结果为，碳纤维束的毛羽品质以上述判断基准为优，炉内·排气管道的环境为良，排气管道没有堵塞。
＜比较例1＞
设定送入侧的氮气的流量以使送入侧与送出侧的水平方向上的非活性气氛的流速的绝对值比率(|V1|/|V2|)成为0.5时，由上述动压测定结果判断，从热处理炉内的气氛温度成为300℃的机器长度方向上最靠近送出侧的位置(P300)起至送入侧的非活性气体供给口为止的非活性气氛的流动存在纤维束的行进方向和逆向流方向这两个方向。除此之外，进行与实施例3同样的操作，但在上述条件下，生产中进行预碳化处理的热处理炉的炉内压不断上升，从送入口、送出口的开口部喷出焦油等气化的分解生成物，判断无法作业而停机。对得到的预碳化纤维束和碳纤维束进行目视确认的结果为，碳纤维束的毛羽品质以上述判断基准为不良，炉内·排气管道的环境也不良，排气管道堵塞。
【表1】
产业上的可利用性
本发明可适用于碳纤维束的制造，由本发明得到的耐燃化纤维束、碳纤维束适合应用于飞机用途、压力容器·风车等工业用途、高尔夫球杆等运动用途等，但其应用范围不局限于此。
附图标记说明
1 进行预碳化处理的热处理炉
2 进行预碳化处理的热处理炉的送入口
3 进行预碳化处理的热处理炉的送出口
4 进行预碳化处理的热处理炉的热处理室
5 纤维束
6 非活性气体供给口
7 加热器
8 排气口
9 排气管道
10 排气处理装置
11 进行预碳化处理的热处理炉的送入口的开口部
12 各测定的测定点
13 进行预碳化处理的热处理炉内的最靠近送入侧的区段的机器长度方向上的中央位置
14 进行预碳化处理的热处理炉内的最靠近送出侧的区段的机器长度方向上的中央位置
P300 热处理炉内的气氛温度成为300℃的机器长度方向上的最靠近送出侧的位置
Claims (3)
1.碳纤维束的制造方法，其具有：
耐燃化工序，其中，在氧化性气氛中在200℃～300℃的范围内对丙烯酸系纤维束进行热处理；
预碳化工序，其中，使用热处理炉在300℃～1,000℃的范围内以使送出侧的非活性气体的供给温度比送入侧的非活性气体的供给温度高的方式进行热处理，所述热处理炉在纤维束的送入侧和送出侧分别具有1个以上的非活性气体供给口，且在该送入侧与送出侧的非活性气体供给口之间具有1个以上的排气口；和
碳化工序，其中，在非活性气体气氛中于1,000℃～2,000℃的温度进行热处理，
所述制造方法中，从热处理炉内的气氛温度成为300℃的机器长度方向上的最靠近送出侧的位置起至送入侧的非活性气体供给口为止，预碳化工序的热处理炉内的非活性气氛的流动在机器长度方向上相对于纤维束的行进方向而言仅为平行流方向的流动。
2.根据权利要求1所述的碳纤维束的制造方法，其中，所述预碳化工序在沿机器长度方向具有3个以上可控温区段的热处理炉内进行，当将相对于热处理室的机器长度方向而言最靠近送入侧的区段的在机器长度方向上的中央位置的纤维束高度的气氛温度设为T1[℃]、将相对于热处理室的机器长度方向而言最靠近送出侧的区段的在机器长度方向上的中央位置的纤维束高度的气氛温度设为T2[℃]时，向所述热处理炉供给的非活性气体的温度满足下述记载的2个条件，
送入侧非活性气体供给温度范围[℃]：|T1-(送入侧非活性气体供给温度)|＝ΔT1≤50
送出侧非活性气体供给温度范围[℃]：|T2-(送出侧非活性气体供给温度)|＝ΔT2≤100。
3.根据权利要求1或2所述的碳纤维束的制造方法，其中，所述预碳化工序的热处理炉在机器长度方向上的截面积大致相同，下述记载的流速V1和下述记载的流速V2的绝对值比率(|V1|/|V2|)为0.5≤|V1|/|V2|≤2.0，其中，
V1[m/s]：相对于热处理室的机器长度方向而言最靠近送入侧的区段的在机器长度方向上的中央位置的水平方向的非活性气氛的流速；
V2[m/s]：相对于热处理室的机器长度方向而言最靠近送出侧的区段的在机器长度方向上的中央位置的水平方向的非活性气氛的流速。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN104395514A (zh) * | 2012-06-27 | 2015-03-04 | 三菱丽阳株式会社 | 碳纤维束制造用碳化炉及碳纤维束的制造方法 |
| CN105074065A (zh) * | 2013-03-27 | 2015-11-18 | 三菱丽阳株式会社 | 碳纤维的制造方法 |
| JP2014234557A (ja) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | 三菱レイヨン株式会社 | 炭素繊維の製造方法 |
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