JP2006144167A - 熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理炉の繊維束出入口近辺へのタールの凝縮を防止し、タールの繊維束付着等による生産への悪影響を回避出来る熱処理炉、およびそれを用いた熱処理方法を提供する。
【解決手段】処理室壁に設けられた繊維束の出入口を通し、連続的に走行する繊維束を処理室内に出し入れしながら熱処理を行う熱処理装置において、熱処理手段とは別に該繊維束出入口部分を加熱する手段を設け、該出入口部表面温度を該処理室内温度より高く保つことを特徴とする熱処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は繊維束の連続的熱処理方法および熱処理装置さらに詳しくは、炭素繊維前駆体繊維束の連続的耐炎化方法および耐炎化装置に関するものである。

従来の熱処理炉、特に炭素繊維の製造に用いられる熱処理炉としては、たとえば図３に示すように、繊維束５を熱処理するための熱処理室３と熱源４を持ち、繊維束５を熱処理室内に繊維束出入口２ａ、２ｂを介して出し入れしながら連続的に熱処理を行う、熱処理炉１が知られている。

上記繊維束出入口２ａ、２ｂは、炉内からの熱風漏れや炉外気の吸い込みの発生によるエネルギー損失を防ぐため繊維束の形状に合わせた最小の開口面積となっており、繊維束表面に非常に近接した形状であるのが一般的である。

このような熱処理炉においては、熱処理に伴い処理物よりタールが発生することがあり、これが連続的な熱処理を実施する上で大きな障害となることがよくある。
たとえばそれが耐炎化炉である場合、熱処理炉内に多段に配置された糸道（糸条の通過経路）を糸条が通過することにより耐炎化処理が行われるが、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系のプリカーサ（前駆体繊維）を耐炎化処理する場合、収束性向上の為に使用される油剤等に起因してタールが発生する。発生した時点ではタールは気相であるが、繊維束出入口が炉外気と接触しているため炉内温度より温度が下がり、表面にてタールが凝縮、滴下して糸条に付着し、ロールへの巻き付き等のトラブルを発生させるという問題があった。また、これらトラブルにより、収率が大きく低下するといった問題点が発生していた。

下記特許文献１において、炉内を走行する繊維束に対して平行に熱風を循環させ熱処理を行う熱処理炉に関して、繊維束出入口での炉内からの漏れだし、または外気の吸い込み防止を目的に、吸引／吹きだしを行うシール室を繊維束出入口近辺に個々独立して設置し、上記の炉内からの漏れだし、または外気の吸い込みを相殺するという技術が紹介されている。

その中で、このような熱処理炉で発生しやすい、吸引側シール室におけるタールの凝縮、滴下を防止するため、シール室の外気吸引面に加熱機構を設けるという技術が提供されている。

この技術によれば、上記のような熱処理炉においてシール室から繊維束へタールが滴下することを防ぐことが出来る。しかしながら、繊維束出入口が炉外空気により冷却されるのを防ぐわけではないため、繊維束出入口にタールが凝縮し、繊維束へタールが滴下することを防ぐことはできない。これは、上記の様な熱処理炉に限らず言えることであり、タールによる悪影響を完全には解決できずにいた。
実公平３−４８２２１号公報

本発明の課題は、上記のような問題に着目し、繊維束出入口におけるタール凝縮を回避し、タールに起因するトラブルの発生を防止し、安定した熱処理を行える状況を維持できる熱処理炉、特に炭素繊維製造用に好適な熱処理炉、およびそれを用いた炭素繊維の製造法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の熱処理炉は、連続的に走行する繊維束を処理可能な、繊維束の出入口を有する熱処理装置において、該出入口近辺の温度を該処理室内温度より高く保つ手段を、熱処理手段とは別に有することを特徴とするものからなる。

また、本発明の耐炎化炉では、炉体壁に複数設けられた繊維束の出入口において、該出入口を構成するスリット板を加熱する手段を、耐炎化熱処理手段とは別に設け、スリット板温度を２００℃以上に制御することを特徴とするものからなる。

本発明の熱処理炉および熱処理方法によると、繊維束出入口の温度を炉内温度より高く保つことによって、タールが表面にて冷却、凝縮することを防止し、繊維束へのタール付着等の生産への悪影響を回避することが出来る。

以下に、本発明の望ましい実施の１形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は熱処理炉の一例を簡略化して示した概略側面構成図である。図１において、１は熱処理室３、ダクト内ヒータ４、ファン６を有する熱処理炉全体を示しており、熱処理炉１は、炉壁の繊維束出入口２ａ、２ｂを介して熱処理室３に繊維束５を通過させ熱処理を行う熱処理炉に構成されている。

繊維束５は炉外に配置された折返しローラ８ａ、８ｂによって走行方向を１８０°折り返されながら、連続して熱処理炉１内を通過し、熱処理される構造となっている。

熱処理室３への熱供給に関しては、熱処理室に直接熱源を設置する等どのような方法によっても構わないが。好ましくは図１に示すとおり、ダクト内ヒータ４とファン６による熱風供給による方式が好ましい。

この耐炎化炉１の炉壁繊維束出入口近辺に、熱処理室への熱供給機構とは別に、スリット部加熱手段７ａ、７ｂが設置されている。このスリット部加熱手段により、繊維束出入口近辺の温度を熱処理室内温度より高くすることで、タールの発生を防止することができる。なお、本発明において熱処理室内温度とは、室内の最低部温度を指すものである。

図２は図１に示した熱処理炉の処理物走行方向に垂直な面の（図１：Ａ矢印の方向）断面図の一例を示している。１は耐炎化炉を示しており、２ａはスリット状の繊維束出入口である。繊維束５は繊維束出入口２ａを通って熱処理炉１内に供給される。また、繊維束出入口周辺を囲う様にスリット部加熱手段７ａが設置されている。

この熱処理炉は、いわゆる縦型炉に適用することも可能であるが、好ましくは、繊維束を水平方向に通過させるいわゆる横型熱処理炉に適用するのが良い。構造上繊維束出入口に凝縮したタールが処理物に直接落下しやすい横型処理炉に適用することにより、設備トラブル防止の大きな効果を得ることが出来る。

繊維束出入口２ａ、２ｂの開口幅、開口高さは処理物の形状に合わせ、処理物との接触が起こらない範囲で出来るだけ最小化することが望ましい。図２では、複数の繊維束が横方向にシート状に引き揃えられている場合を想定して、横方向に細長い形状のスリットを図示している。

この熱処理炉は、炭素繊維製造工程において、炉体壁に複数設けられた繊維束の出入口を通し、炭素繊維前駆体繊維束を折返しローラにより繰り返し炉内へ出入りさせながら、炉内に熱風を循環させ、連続的に前駆体繊維束に耐炎化処理を行う、いわゆる耐炎化炉に好適である。特に耐炎化処理時タールの発生が多いポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系のプリカーサ（前駆体繊維）を耐炎化処理する場合に有効である。この場合繊維束出入口温度を２００℃以上に保つことが望ましい。繊維束出入口の温度を、耐炎化処理時発生タールの凝縮温度以上に保つことによって、タールが表面にて冷却、凝縮することを防止し、繊維束へのタール付着等の生産への悪影響を回避することが出来る。

実施例１
ＰＡＮ系のプリカーサ（単糸繊度：１．１デシテックス、フィラメント数：６，０００本 トータル繊度６，６００デシテックス）５０本を揃えて、熱処理室内の平均熱風循環速度３ｍ／秒、熱処理室内平均温度２５０℃、プリカーサ通過部の開口幅が２，０００ｍｍの横型耐炎化炉を用い、走行速度３ｍ／分でガイドローラを介して１５回折返し、ジグザグに炉内に出入りさせ、耐炎化処理した。

上記横型耐炎化炉のプリカーサ出入口を形成しているスリット板に電熱ヒーターを沿わせ、スリット板各部温度が全て２００℃以上となるように加熱を行いながら運転を実施した。（スリット板各部温度は２５０℃〜２８０℃間で分布）
１０日間に渡る連続運転の結果、スリット板へのタールの凝縮は全く見られず。タール滴下の危険無く運転継続することが出来た。
実施例２
ＰＡＮ系のプリカーサ（単糸繊度：１．１デシテックス、フィラメント数：６，０００本 トータル繊度６，６００デシテックス）５０本を揃えて、熱処理室内の平均熱風循環速度３ｍ／秒、熱処理室内平均温度２５０℃、プリカーサ通過部の開口幅が２，０００ｍｍの横型耐炎化炉を用い、走行速度３ｍ／分でガイドローラを介して１５回折返し、ジグザグに炉内に出入りさせ、耐炎化処理した。（上記実施例１と全く同条件）
上記横型耐炎化炉のプリカーサ出入口を形成しているスリット板に電熱ヒーターを沿わせ、スリット板各部が全て２００℃以上となるように加熱を行いながら運転を実施した。（スリット板各部温度は２００℃〜２３０℃間で分布）
１０日間に渡る連続運転の結果、上記比較例１同様に、スリット板へのタールの凝縮は全く見られず。タール滴下の危険無く運転継続することが出来た。
比較例１
ＰＡＮ系のプリカーサ（単糸繊度：１．１デシテックス、フィラメント数：６，０００本 トータル繊度６，６００デシテックス）５０本を揃えて、熱処理室内の平均熱風循環速度３ｍ／秒、熱処理室内平均温度２５０℃、プリカーサ通過部の開口幅が２，０００ｍｍの横型耐炎化炉を用い、走行速度３ｍ／分でガイドローラを介して１５回折返し、ジグザグに炉内に出入りさせ、耐炎化処理した。（上記実施例１と全く同条件）
上記横型耐炎化炉のプリカーサ出入口を形成しているスリット板への加熱は実施せず運転を実施した。（スリット板各部温度は約１３０℃〜１９０℃の間で分布）
１０日間に渡る連続運転の結果、比較的スリットが低温となる端部においてタールの凝縮が見られ、タール滴下による糸条のロールへの付着、製品の毛羽立ちが発生し、いつ巻き付きが発生してもおかしくない運転状態であった。

このように、通常の運転ではタールの凝縮が発生する繊維束出入口付近を、運転中を通じて加熱してやることにより、タールの凝縮を防止し、生産への悪影響を回避することが出来ることが分かった。

本発明は、炭素繊維の製造に用いて好適なものであり、上記繊維束を、炭素繊維の製造に供される糸条、つまり、耐炎化処理に供される前駆体繊維や、炭化処理に供される耐炎化糸とすることができる。すなわち、前記熱処理炉は、炭素繊維の製造において、耐炎化炉や、炭化炉、工程油剤付与後の乾燥機等、処理物出入口付近への炉内気体成分の凝縮が問題となる設備に好適であり、特に耐炎化炉として好適なものであるが、その応用範囲がこれらに限られるものではない。

本発明の一実施形態に係る熱処理炉の概略構成断面図である。 本発明の一実施形態に係る熱処理炉の概略構成外観図である。 一般的な熱処理炉の一形態に係る熱処理炉の概略構成断面図である。

符号の説明

１ ：熱処理炉（耐炎化炉）
２ａ、２ｂ ：繊維束出入口
３ ：熱処理室
４ ：熱源
５ ：繊維束（プリカーサ）
６ ：ファン
７ａ、７ｂ ：繊維束出入口加熱機構
８ａ、８ｂ ：繊維束折返しローラ

Claims (4)

1. 処理室壁に設けられた繊維束の出入口を通し、連続的に走行する繊維束を処理室内に出し入れしながら熱処理を行う熱処理装置において、熱処理手段とは別に該繊維束出入口部分を加熱する手段を設け、該出入口部表面温度を該処理室内温度より高く保つことを特徴とする熱処理装置。
2. 請求項１に記載の熱処理装置を用いた、繊維束の連続的熱処理方法。
3. 炉体壁に複数設けられた繊維束の出入口を通し、炭素繊維前駆体繊維束を折返しローラにより繰り返し炉内へ出入りさせながら、炉内に熱風を循環させ、連続的に耐炎化処理を行う耐炎化炉において、前記出入口を構成するスリット板を加熱する手段を、耐炎化熱処理手段とは別に設け、スリット板温度を２００℃以上に制御することを特徴とする耐炎化炉。
4. 請求項３に記載の耐炎化炉を用いた、炭素繊維前駆体繊維束の連続的耐炎化方法。
   

Images