JP2003342838A - 耐炎化熱処理装置、及び耐炎化熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 炭素繊維前駆体ストランドの耐炎化処理を均
一に行うことができ、品質を損うことなく生産性を向上
させうる耐炎化熱処理装置を提供する。 【解決手段】 折返して水平走行する炭素繊維前駆体ス
トランド４に鉛直方向から熱風を送り耐炎化する耐炎化
炉６であって前記ストランド４が耐炎化炉６内外に出入
する複数のスリットを有する耐炎化炉６と、前記耐炎化
炉６の両側に備えられた折返しローラーであって前記複
数のスリットから出入するストランド４を折返して耐炎
化炉６に戻す折返しローラー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１
０ｄとを具備する耐炎化熱処理装置２において、前記ス
トランド４が耐炎化炉６内外に出入する複数のスリット
のうち、ストランド４が耐炎化炉内に入るスリット８ａ、
８ｄ、８ｅ、８ｈ、８ｉの上流に、ストランドの加熱手段１
２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅを備えた耐炎化熱処
理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炭素繊維の前駆体で
ある繊維を耐炎化する熱処理装置、より詳しくは生産性
に優れた炭素繊維の製造に適した前駆体繊維の耐炎化熱
処理装置、及び耐炎化熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維の製造工程において、炭素繊維
の前駆体である繊維を耐炎化する方法として、酸化雰囲
気中で熱風を循環させ、前駆体繊維を熱処理する方法が
ある。この耐炎化熱処理方法において、前駆体繊維は通
常束ねられたストランドとして耐炎化熱処理装置に投入
される。

【０００３】この耐炎化熱処理装置は、上記ストランド
が耐炎化炉内外に出入する複数のスリットを有する耐炎
化炉を備えており、この耐炎化炉内には多数本のストラ
ンドが水平面に並んだストランド群（パス）を形成して
走行している。このパスを形成しているストランドは、
耐炎化炉の外部に配設された所定組の折返しローラーに
よって折り返されて耐炎化炉に繰り返し供給され、複数
段のパスを形成している。

【０００４】上記パスに高温の酸化性気体を通過させる
ことによって、ストランドの酸化反応を促進すると共
に、ストランドの反応熱を除去して耐炎化繊維を生産す
ることが出来る。

【０００５】耐炎化繊維の安定した生産をするために
は、パスには均一な温度の熱風を与える必要がある。

【０００６】しかし、従来の耐炎化熱処理装置は、耐炎
化炉に投入されるストランドや、折返しローラーによっ
て折り返されて耐炎化炉に繰り返し供給されるストラン
ドが低温であるため、耐炎化炉内におけるパスの温度分
布が不均一であり、特に上記スリット近傍は炉中央部に
比較して低温である。

【０００７】このような部分的な温度の不均一は、耐炎
化炉内におけるストランドの有効反応長が短くなって反
応不足になったり、生産効率の低下を起したり、若しく
は異常な発熱によりストランドが切断する問題を生ず
る。

【０００８】また、生産速度が高い場合、ストランドの
反応開始までの時間が長いと、耐炎化炉内での有効反応
長が短くなるといった問題を生ずる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記問題
について鋭意検討しているうち、耐炎化熱処理装置にお
ける耐炎化炉に投入されるストランドや、折返しローラ
ーによって折り返されて耐炎化炉に繰り返し供給される
ストランドを、耐炎化炉に入る前に加熱することによ
り、又は、耐炎化炉をストランドの走行方向に３室以上
の熱処理室を設け、これら熱処理室のうち耐炎化炉の両
側に位置する熱処理室に設けられた熱風送風手段を、耐
炎化炉の両側以外の熱処理室に設けられた熱風送風手段
よりも高速で送風運転することにより、上記問題を解決
できることを知得した。このようにすることにより、耐
炎化繊維の生産性を上げるためにストランドの走行速度
を上げても、耐炎化炉内におけるパスのスリット近傍が
低温にならず、耐炎化炉内全域で温度分布は均一にな
り、有効反応長が長くなり、熱効率良く、良品質の耐炎
化繊維を製造でき、更には、ストランドの反応開始まで
の時間を短くすることにより、耐炎化炉内での有効反応
長を長く取ることが出来ることを知得し、本発明を完成
するに至った。

【００１０】従って、本発明の目的とするところは、上
述した問題点を解決した、より具体的にはストランドの
耐炎化処理を均一に行うことができ、品質を損うことな
く生産性を向上させうる耐炎化熱処理装置、及び耐炎化
熱処理方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、以下に記載するものである。

【００１２】〔１〕 折返して水平走行する炭素繊維前
駆体ストランドに鉛直方向から熱風を送り耐炎化する耐
炎化炉であって前記ストランドが耐炎化炉内外に出入す
る複数のスリットを有する耐炎化炉と、前記耐炎化炉の
両側に備えられた折返しローラーであって前記複数のス
リットから出入するストランドを折返して耐炎化炉に戻
す折返しローラーとを具備する耐炎化熱処理装置におい
て、前記ストランドが耐炎化炉内外に出入する複数のス
リットのうち、ストランドが耐炎化炉内に入るスリット
の上流に、ストランドの加熱手段を備えた耐炎化熱処理
装置。

【００１３】〔２〕 加熱手段が遠赤外線ヒータである
〔１〕に記載の耐炎化熱処理装置。

【００１４】〔３〕 加熱手段が熱風吹出し手段であっ
て熱風の吹出し口がスリット状である〔１〕に記載の耐
炎化熱処理装置。

【００１５】〔４〕 折返して水平走行する炭素繊維前
駆体ストランドに鉛直方向から熱風を送り耐炎化する耐
炎化炉であって前記ストランドが耐炎化炉内外に出入す
る複数のスリットを有する耐炎化炉と、前記耐炎化炉の
両側に備えられた折返しローラーであって前記複数のス
リットから出入するストランドを折返して耐炎化炉に戻
す折返しローラーと、前記耐炎化炉と折返しローラーと
の間に備えられたシール室であって前記ストランドがシ
ール室内外に出入する複数のスリットを有すると共に各
シール室に熱風を循環させる熱風送風手段を有し前記ス
トランドに鉛直方向から熱風を送り加熱するシール室と
を具備してなる耐炎化熱処理装置。

【００１６】〔５〕 折返して水平走行する炭素繊維前
駆体ストランドに鉛直方向から熱風を送り耐炎化する耐
炎化炉であって前記ストランドが耐炎化炉内外に出入す
る複数のスリットを有する耐炎化炉と、前記耐炎化炉の
両側に備えられた折返しローラーであって前記複数のス
リットから出入するストランドを折返して耐炎化炉に戻
す折返しローラーとを具備する耐炎化熱処理装置におい
て前記ストランドを耐炎化熱処理する方法であって、前
記耐炎化炉がストランドの走行方向に３室以上の熱処理
室で形成され、各熱処理室は熱風を循環させる熱風送風
手段が設けられ、前記耐炎化炉の両側の熱処理室に設け
られた熱風送風手段を、他の熱処理室に設けられた熱風
送風手段よりも高速で送風運転することを特徴とする耐
炎化熱処理方法。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至３を参照して本発
明を詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明の一形態を示す耐炎化処理装
置の構造を表した概略断面図である。

【００１９】図１中、２は本発明の一形態の耐炎化熱処
理装置で、この耐炎化熱処理装置２は、炭素繊維前駆体
ストランド４が耐炎化炉６内外に出入する複数のスリッ
ト８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ、
８ｉ、８ｊを有する耐炎化炉６を備えている。この耐炎
化炉６内には多数本のストランド４が水平面に並んだス
トランド群（パス）を形成して走行している。このパス
を形成しているストランド４は、耐炎化炉６の両側に備
えられた所定組の折返しローラー１０ａ、１０ｂ、１０
ｃ、１０ｄによって折り返されて耐炎化炉６に繰り返し
供給され、複数段のパス（本図では５段のパス）を形成
している。

【００２０】折返して水平走行するストランド４は、耐
炎化炉６内において鉛直方向から熱風が送られ耐炎化熱
処理される。

【００２１】本発明の一形態の耐炎化熱処理装置２は、
上記ストランド４が耐炎化炉６内外に出入する複数のス
リット８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８
ｈ、８ｉ、８ｊのうち、ストランド４が耐炎化炉６内に
入るスリット８ａ、８ｃ、８ｅ、８ｇ、８ｉの上流に、
ストランド４の加熱手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２
ｄ、１２ｅが備えられている。

【００２２】上記加熱手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１
２ｄ、１２ｅは、特に限定されるものではないが、熱効
率が高いことから、遠赤外線ヒータ、又は熱風吹出し手
段であって熱風の吹出し口がスリット状のものが好まし
い。

【００２３】本発明の一形態の耐炎化熱処理装置は上記
の構成をしているので、ストランドが耐炎化炉内に入る
前に予めストランドを充分に昇温しておくことができ
る。

【００２４】よって、本発明の一形態の耐炎化熱処理装
置を用いて前駆体繊維の耐炎化熱処理をする場合、耐炎
化繊維の生産性を上げるためにストランドの走行速度を
上げても、耐炎化炉内におけるパスのスリット近傍が低
温になったりせず、温度分布は均一であり、有効反応長
が短くなることもなく、熱効率良く、良品質の耐炎化繊
維を製造できる。

【００２５】図２は本発明の他の形態を示す耐炎化処理
装置の構造を表した概略断面図である。

【００２６】図２中、２２は本発明の他の形態の耐炎化
熱処理装置で、この耐炎化熱処理装置２２は、炭素繊維
前駆体ストランド２４が耐炎化炉２６内外に出入する複
数のスリット２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８
ｅ、２８ｆ、２８ｇ、２８ｈ、２８ｉ、２８ｊを有する
耐炎化炉２６を備えている。この耐炎化炉２６内には多
数本のストランド２４が水平面に並んだストランド群
（パス）を形成して走行している。このパスを形成して
いるストランド２４は、耐炎化炉２６の両側に備えられ
た所定組の折返しローラー３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３
０ｄによって折り返されて耐炎化炉２６に繰り返し供給
され、複数段のパス（本図においては５段のパス）を形
成している。

【００２７】折返して水平走行するストランド２４は、
耐炎化炉２６内において鉛直方向から熱風が送られ耐炎
化熱処理される。

【００２８】この耐炎化熱処理装置２２は、上記耐炎化
炉２６が、スリット２８ａ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｈ、
２８ｉを有する炉壁３２ａからスリット２８ｂ、２８
ｃ、２８ｆ、２８ｇ、２８ｊを有する炉壁３２ｂまでス
トランド２４の走行方向に３室以上の熱処理室（本図に
おいては４室の熱処理室３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４
ｄ）を形成している。これら熱処理室３４ａ、３４ｂ、
３４ｃ、３４ｄには熱風を循環させる熱風送風手段がそ
れぞれ設けられている。

【００２９】本発明の一形態の耐炎化熱処理方法は、こ
れら熱処理室３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄのうち耐
炎化炉の両側に位置する熱処理室３４ａ、３４ｄに設け
られた熱風送風手段を、耐炎化炉の両側以外の熱処理室
３４ｂ、３４ｃに設けられた熱風送風手段よりも高速で
送風運転することを特徴とする。両側の熱処理室の熱風
送風速度は、他の熱処理室の熱風送風速度の１．１〜
３．０倍、特に１．２〜１．８倍にすることが好まし
い。

【００３０】本発明の一形態の耐炎化熱処理方法によれ
ば、耐炎化炉の両側に位置する熱処理室における熱風の
風速を高速にしているので、耐炎化炉内におけるパスの
スリット近傍での昇温が速い。その結果、耐炎化繊維の
生産性を上げるためにストランドの走行速度を上げて
も、耐炎化炉内におけるパスのスリット近傍も低温にな
ったりせず、温度分布は均一であり、有効反応長が短く
なることもなく、熱効率良く、良品質の耐炎化繊維を製
造できる。

【００３１】図３は本発明の他の形態を示す耐炎化処理
装置の構造を表した概略断面図である。

【００３２】図３中、４２は本発明の他の形態の耐炎化
熱処理装置で、この耐炎化熱処理装置４２は、炭素繊維
前駆体ストランド２４が耐炎化炉４６内外に出入する複
数のスリット４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８
ｅ、４８ｆ、４８ｇ、４８ｈ、４８ｉ、４８ｊを有する
耐炎化炉４６を備えている。この耐炎化炉４６内には多
数本のストランド４４が水平面に並んだストランド群
（パス）を形成して走行している。このパスを形成して
いるストランド４４は、耐炎化炉４６の両側に備えられ
た所定組の折返しローラー５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５
０ｄによって折り返されて耐炎化炉４６に繰り返し供給
され、複数段のパス（本図においては５段のパス）を形
成している。

【００３３】上記耐炎化炉４６と折返しローラー５０
ｂ、５０ｄとの間、及び耐炎化炉４６と折返しローラー
５０ａ、５０ｃとの間に、それぞれシール室５２ａ及び
５２ｂが耐炎化炉４６の両側壁に取付けられている。こ
れらシール室５２ａ及び５２ｂは、耐炎化炉４６との間
で、スリット４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８
ｅ、４８ｆ、４８ｇ、４８ｈ、４８ｉ、４８ｊを共有
し、外部との間には、スリット５４ａ、５４ｂ、５４
ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈ、５４
ｉ、５４ｊを有する。

【００３４】上記シール室５２ａ及び５２ｂには、熱風
を循環させる熱風送風手段が設けられている。

【００３５】この図３に示す耐炎化熱処理装置も、前述
した図１に示す耐炎化熱処理装置と同様に、ストランド
が耐炎化炉内に入る前に予めストランドを充分に昇温し
ておくことができる。

【００３６】よって、図３に示す耐炎化熱処理装置を用
いて前駆体繊維の耐炎化熱処理をする場合も、耐炎化繊
維の生産性を上げるためにストランドの走行速度を上げ
ても、耐炎化炉内におけるパスのスリット近傍が低温に
なったりせず、温度分布は均一であり、有効反応長が短
くなることもなく、熱効率良く、良品質の耐炎化繊維を
製造できる。

【００３７】なお、シール室５２ａ及び５２ｂ内を循環
させる熱風温度は、耐炎化炉４６内の最高温度とほぼ同
じ温度とすることが好ましいが、このより耐炎化炉４６
内の最高温度も下がっても、その温度降下は８℃以内と
することが好ましい。

【００３８】炭素繊維前駆体としては、レーヨン系、ピ
ッチ系、アクリル系等の任意の繊維が使用できる。耐炎
化炉の温度は従来と同様で２００〜３００℃程度が好ま
しい。熱風風速等の運転条件は公知の条件による。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の耐炎化熱処理装置及び耐炎化
熱処理方法等を実施例及び比較例を用いて説明するが、
本発明はこれら実施例及び比較例に限定されるものでは
ない。

【００４０】（実施例１）耐炎化炉内に入るスリットの
上流におけるストランドの加熱手段として遠赤外線ヒー
タを備えた図１に示す耐炎化熱処理装置を用い、熱風風
速０．８ｍ／秒、熱風温度２５０℃、ストランド供給量
５ｋｇ／分、耐炎化炉の寸法：幅２ｍ×長さ１２ｍ、パ
ス数７の条件で炭素繊維前駆体を耐炎化熱処理した。

【００４１】その結果、耐炎化炉内において、最高温度
２５０℃、最低温度２４４℃と均一な温度分布が得られ
た。なお、得られた耐炎化繊維は比重１．３５と良品質
のものであった。

【００４２】（実施例２）熱処理室数が４室である図２
に示す耐炎化熱処理装置を用い、両側の熱処理室の熱風
風速１．４ｍ／秒、中央の熱処理室の熱風風速０．８ｍ
／秒、熱風温度２５０℃、ストランド供給量５ｋｇ／
分、耐炎化炉の寸法：幅２ｍ×長さ１２ｍ、パス数７の
条件で炭素繊維前駆体を耐炎化熱処理した。

【００４３】その結果、耐炎化炉内において、最高温度
２５０℃、最低温度２４６℃と均一な温度分布が得られ
た。なお、得られた耐炎化繊維は比重１．３５と良品質
のものであった。

【００４４】（実施例３）耐炎化炉両側にシール室を有
する図３に示す耐炎化熱処理装置を用い、両側のシール
室における熱風風速１．５ｍ／秒、熱風温度２６０℃、
中央の耐炎化炉における熱風風速０．８ｍ／秒、熱風温
度２５０℃、ストランド供給量５ｋｇ／分、シール室の
寸法：幅２ｍ×長さ０．８ｍ、耐炎化炉の寸法：幅２ｍ
×長さ１２ｍ、パス数７の条件で炭素繊維前駆体を耐炎
化熱処理した。

【００４５】その結果、耐炎化炉内において、最高温度
２５０℃、最低温度２４５℃と均一な温度分布が得られ
た。なお、得られた耐炎化繊維は比重１．３５と良品質
のものであった。

【００４６】（比較例１）図１に示す耐炎化熱処理装置
において耐炎化炉内に入るスリットの上流におけるスト
ランドの加熱手段を備えていない以外は、実施例１と同
様の条件で炭素繊維前駆体を耐炎化熱処理した。

【００４７】その結果、耐炎化炉内において、最高温度
２５０℃、最低温度２３８℃と均一な温度分布が得られ
なかった。なお、得られた耐炎化繊維は比重１．２５と
良品質のものではなかった。

【００４８】

【発明の効果】本発明の耐炎化熱処理装置を用いて前駆
体繊維の耐炎化熱処理をする場合、又は本発明の耐炎化
熱処理方法によって前駆体繊維の耐炎化熱処理をする場
合、ストランドが耐炎化炉内に入る直前、又は入った直
後にストランドを充分に昇温することができるので、耐
炎化炉内におけるパスのスリット近傍が低温にならず、
耐炎化炉内全域で温度分布は均一になり、有効反応長が
長くなり、熱効率良く、良品質の耐炎化繊維を製造でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一形態を示す耐炎化処理装置の構造を
表した概略断面図である。

【図２】本発明の他の形態を示す耐炎化処理装置の構造
を表した概略断面図である。

【図３】本発明の他の形態を示す耐炎化処理装置の構造
を表した概略断面図である。

【符号の説明】

２ 耐炎化熱処理装置 ４ 炭素繊維前駆体ストランド ６ 耐炎化炉 ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ、８
ｉ、８ｊ スリット １０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 折返しローラー １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ ストラン
ドの加熱手段 ２２ 耐炎化熱処理装置 ２４ 炭素繊維前駆体ストランド ２６ 耐炎化炉 ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ、２
８ｇ、２８ｈ、２８ｉ、２８ｊ スリット ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ 折返しローラー ３２ａ、３２ｂ 炉壁 ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ 熱処理室 ４２ 耐炎化熱処理装置 ４４ 炭素繊維前駆体ストランド ４６ 耐炎化炉 ４８ａ、４８ｂ、４８ｃ、４８ｄ、４８ｅ、４８ｆ、４
８ｇ、４８ｈ、４８ｉ、４８ｊ、５４ａ、５４ｂ、５４
ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈ、５４
ｉ、５４ｊ スリット ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 折返しローラー ５２ａ、５２ｂ シール室

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 折返して水平走行する炭素繊維前駆体ス
   トランドに鉛直方向から熱風を送り耐炎化する耐炎化炉
   であって前記ストランドが耐炎化炉内外に出入する複数
   のスリットを有する耐炎化炉と、前記耐炎化炉の両側に
   備えられた折返しローラーであって前記複数のスリット
   から出入するストランドを折返して耐炎化炉に戻す折返
   しローラーとを具備する耐炎化熱処理装置において、前
   記ストランドが耐炎化炉内外に出入する複数のスリット
   のうち、ストランドが耐炎化炉内に入るスリットの上流
   に、ストランドの加熱手段を備えた耐炎化熱処理装置。
2. 【請求項２】 加熱手段が遠赤外線ヒータである請求項
   １に記載の耐炎化熱処理装置。
3. 【請求項３】 加熱手段が熱風吹出し手段であって熱風
   の吹出し口がスリット状である請求項１に記載の耐炎化
   熱処理装置。
4. 【請求項４】 折返して水平走行する炭素繊維前駆体ス
   トランドに鉛直方向から熱風を送り耐炎化する耐炎化炉
   であって前記ストランドが耐炎化炉内外に出入する複数
   のスリットを有する耐炎化炉と、前記耐炎化炉の両側に
   備えられた折返しローラーであって前記複数のスリット
   から出入するストランドを折返して耐炎化炉に戻す折返
   しローラーと、前記耐炎化炉と折返しローラーとの間に
   備えられたシール室であって前記ストランドがシール室
   内外に出入する複数のスリットを有すると共に各シール
   室に熱風を循環させる熱風送風手段を有し前記ストラン
   ドに鉛直方向から熱風を送り加熱するシール室とを具備
   してなる耐炎化熱処理装置。
5. 【請求項５】 折返して水平走行する炭素繊維前駆体ス
   トランドに鉛直方向から熱風を送り耐炎化する耐炎化炉
   であって前記ストランドが耐炎化炉内外に出入する複数
   のスリットを有する耐炎化炉と、前記耐炎化炉の両側に
   備えられた折返しローラーであって前記複数のスリット
   から出入するストランドを折返して耐炎化炉に戻す折返
   しローラーとを具備する耐炎化熱処理装置において前記
   ストランドを耐炎化熱処理する方法であって、前記耐炎
   化炉がストランドの走行方向に３室以上の熱処理室で形
   成され、各熱処理室は熱風を循環させる熱風送風手段が
   設けられ、前記耐炎化炉の両側の熱処理室に設けられた
   熱風送風手段を、他の熱処理室に設けられた熱風送風手
   段よりも高速で送風運転することを特徴とする耐炎化熱
   処理方法。