JP2007247130A - 熱処理炉および炭素繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
熱処理室内での耐炎化進行度をより均一に進めることができ、処理効率が高く、しかも、品質、特に目付斑の少ない炭素繊維を得ることができる耐炎化炉を提供する。
【解決手段】
シート状に配列した複数本の糸条を横方向に通過させて熱処理するための熱処理室と、下方に向かって熱風を吹き出す熱風吹き出し口を前記熱処理室の上部に有し、前記熱風吹き出し口は、熱風の風速を熱処理室の機幅方向に可変とする機幅方向風速制御手段を有する、耐炎化炉。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭素繊維の前駆体であるポリアクリロニトリル糸条を耐炎化するに適した耐炎化炉およびそれを用いた炭素繊維の製造方法に関する。

炭素繊維を製造する場合、通常、複数本のポリアクリロニトリル糸条をシート状に耐炎化炉の機幅方向に配列し、２００〜３００℃に加熱された酸化性気体で満たされた耐炎化炉に、複数のローラーで折り返しながら通過させて耐炎化処理することが行われる。

ここで、耐炎化炉内に満たされる酸化性気体は、耐炎化炉の熱処理室上部の吹き出し口から一定量の熱を帯びた熱風として、下方に向かって炭素繊維前駆体糸条に吹き付けられることが多い（特許文献１参照）。熱風の吹き出し口には通常多孔板が設置される。

かかる酸化性気体の熱風を耐炎化炉の上部より、ポリアクリロニトリル糸条に吹き付けることにより、炉内の温度を均一化し、熱処理による耐炎化進行を進めることができる。

これまで、耐炎化処理能力に優れた熱処理炉とするために、熱風による熱処理においてシール部を設けることで炉内平均温度をより均一化させることが提案されている（特許文献２参照）。しかし、単に炉内温度を均一化するだけでは、炉の中央部と走行糸条の両端部とで、得られる炭素繊維において目付（糸条単位長さ当たりの重量）が異なる、いわゆる目付斑が発生するという問題があった。

また、耐炎化処理能力に優れた熱処理炉とするために、耐炎化炉の炉本体をスリットで区画されたシール室を走行糸の入り側と出側へ設けることにより耐炎化炉の上段と下段の温度差を均一化し、炉内平均温度を向上させることも提案されているが（特許文献１参照）、かかる技術を採用しても、炉内平均温度は均一化できたとしても、炉の中央部と走行糸条の両端部とで、得られる炭素繊維の目付斑が発生するという問題を解消することはできなかったのが実状である。

さらに、熱処理室内の機幅方向に複数区画化して、各区画で開口率を変化させた多孔板を上方通気性プレートとして、熱処理室上部に設置することで、熱処理内の機幅方向風速を制御することで熱処理室内を走行する糸条温度が均一となり、安定した生産ができる。しかし、多孔板の孔の位置が固定しており、開孔率が生産時に連続的に調整できずに目付斑が充分に改善できないばかりか、開孔率を調整するために多孔板を新しく作成する必要があるために設備費が増加する問題があった。（特許文献３参照）
炭素繊維の目付斑は、品質の均一性を著しく低下させるばかりか、得られた炭素繊維の高次加工性に悪影響を及ぼす。一般に、炭素繊維の目付は耐炎化熱処理度合いに大きく依存し、従来の技術によれば、炉内の温度を均一にすることはできたとしても、耐炎化炉の機幅方向における耐炎化熱処理度合いを均一にすることができなかったのである。
特開平１１−１７３７６１号公報 特開２００３−３４２８３８公報 特開２００６−１９３８６３公報

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、耐炎化炉での機幅方向における耐炎化処理斑を減少させることができる耐炎化炉および耐炎化繊維の製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、目付斑を軽減した、より品質安定性、生産性に優れ更には高次加工性に優れた炭素繊維の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の耐炎化炉は、前記した目的を達成するため、次の構成を有する。すなわち、シート状に配列した複数本の糸条を横方向に通過させて熱処理するための熱処理室と、下方に向かって熱風を吹き出す熱風吹き出し口を前記熱処理室の上部に有し、前記熱風吹き出し口は、熱風の風速を熱処理室の機幅方向に可変とする機幅方向風速制御手段を有する、耐炎化炉である。

本発明の耐炎化炉においては、前記機幅方向風速制御手段が、２枚の多孔板を重ねてなり、一方の多孔板を並行移動することにより開口面積を可変とする1対の風速制御手段を、機幅方向に複数対配置してなるようにすることが好ましく、熱処理室の機幅方向両側壁には、糸条方向に沿う方向に、側壁下部面と鋭角をなすように風向制御板が設置されてなるようにすることも好ましく、その風向制御板は、側壁下部面との角度を可変とする角度変更手段を有するのがさらに好ましい。

また、本発明の耐炎化繊維の製造方法は、前記した目的を達成するため、次の構成を有する。すなわち、複数本のポリアクリロニトリル糸条をシート状に配列し、前記した耐炎化炉に横方向に通過させて耐炎化処理する、耐炎化繊維の製造方法である。
さらに、本発明の炭素繊維の製造方法は、前記した目的を達成するため、次の構成を有する。すなわち、前記した製造方法で得られた耐炎化繊維を炭化処理する、炭素繊維の製造方法である。

本発明により、耐炎化炉の機幅方向で両端部の糸条と中央部の糸条とで熱処理斑を軽減し熱効率良く、機幅方向において目付斑の少ない耐炎化繊維を製造することができる。また、本発明によれば、熱処理室内の温度をより均一に保つことができるばかりか、安定で効率の高い耐炎化処理を行うことができるようになる。さらに本発明によれば、品質の斑の少ない炭素繊維を得ることが可能になる。

本発明者らは、耐炎化処理における耐炎化熱処理度合いに関し、鋭意検討を重ねた結果、従来の耐炎化炉では、耐炎化途中糸が集中して存在する領域で糸条間の間隔が狭いため風を遮り風速が低下しており、一方、全走行糸条糸の両端と熱処理室両端壁の間の領域では圧力損失がないため風速が大きくなっていることを発見し、耐炎加熱処理度合いが単に雰囲気温度だけでなく、耐炎化炉内を加熱するのに用いる熱風が耐炎化途中糸に当たることにより、耐炎化途中糸が自己発熱により過剰な高温になることを抑制できる効果、すなわち除熱効果があることに着目して本発明に至ったものである。

以下、本発明を図面を参照しつつより詳細に説明する。なお、図１〜６において、片矢印は吹き出し熱風の流れの方向と大きさを、両矢印は可動する方向を示している。

図１、及び、図２は、本発明の一実施態様に係る耐炎化炉を示す透視正面図であり、図６はその透視側面図である。一方、図３は、従来の耐炎化炉を示す透視正面図である。これらの図中において、複数本の前駆体糸条はシート状に、炉体１の機幅方向（図１〜図３において左右方向。図６において、手前から奥行き方向）に配列して、ガイドロール６で折り返されて熱処理室２の中を通過し、熱処理室の向こう側にある、もう片側のガイドロール群で折り返されている。また、空気などの酸化性気体がヒーター８で加熱され熱風循環ファン９で送気され、熱風循環ダクト１０を通って熱処理室の上部に位置する熱風吹き出し口３に設置した多孔板の各孔から下方に向かって吹き出されている。吹き出された熱風は、熱処理室内を流れて熱処理室の下部に位置した熱風吸い込み口４から吸い込まれて熱風循環ダクト１０を通って熱風循環ファン９に循環してくる。なお、図では、酸化性気体が循環する態様となっているが、本発明においては必ずしも酸化性気体は循環している必要はない。

図３に示される従来の耐炎化炉では、上部の多孔板から機幅方向に実質的に均一な風速、たとえば２．０ｍ／秒程度の風速で熱風が排出されているため熱風吹き出し口３から近い地点、たとえば２ｍ程度の地点までは温度と風速のバランスが取れて耐炎化進行度を機幅方向の糸条に対して一定に進めることはできるが、熱風吹き出し口３から離れていくにつれて、機幅方向両端部は、圧力損失が少ないため風速がさほど低下しない一方で、機幅方向中央部は、配列した糸条群による圧力損失のため風速が大きく低下する。したがって、機幅方向両端部の糸条においては、耐炎化進行度が不足してしまう。すなわち、従来の技術では複数本の前駆体糸条がシート状に配列した糸条群に熱風が接触した後、耐炎化炉の機幅方向の両脇に近い端部の糸条群の方へ熱風が逃げだしているのである。また糸条群の最端糸条と耐炎化炉側壁との間にも熱風が逃げ出しているため、たとえば、熱処理室を通過している糸条の最上段から１〜２ｍの地点では両脇に流れる熱風の風速は中央部を流れる風速に対して１．５〜３倍となることがある。前述したとおり、熱風は、熱処理による耐炎化進行を進めるだけでなく、その熱風の風速がもたらす除熱効果のため、耐炎化途中糸が自己発熱により過剰な高温になることが抑制されるので、耐炎化進行度を中央部の糸条で適正なものとした場合には、両端部の糸条は中央部の糸条と比較して十分に耐炎化処理できていないことになる。

そこで、本発明に係る耐炎化炉では、あらかじめ熱処理室の上部にある熱風吹き出し口に、熱風の風速を熱処理室の機幅方向に可変とする機幅方向風速制御手段（図１、図２における３ａ、及び３ｂ）を設置する。図４に、機幅方向風速制御手段の一例を示す。図４において、多数の開口を有する板、いわゆる多孔板７ａと多孔板７ｂを２枚重ね、一方の多孔板を並行移動することにより開口面積を可変とする1対を風速制御手段として、それを機幅方向に複数対配置すればよい。多孔板は、孔が円形である場合には口径２０〜４０mmφ、１ｍ^２当たり３００〜１０００個の孔を、矩形または正方形である場合には、一辺の長さが１５〜３５mm、１ｍ^２当たり３００〜１０００個の孔を有する。開口位置の位相が同じ多孔板を２枚重ね合わせて片方の多孔板を固定し、固定していないもう片方の多孔板をスライドさせることにより、上下の多孔板の開口の重なり具合により開口率を可変とする風速制御手段とできる。たとえば、図４のような場合には、開口率を０〜１００％に任意に設定することができる。なお、ここで、開口率とは、片方の多孔板の開口面積に対する風速制御手段としての開口面積の割合である。上記のような風速制御手段を、通常は、図４のように、少なくとも、両端部に１対づつ（風向制御手段（端部）３ｂ）と、中央部に１対（風向制御手段（中央部）３ａ）、すなわち３対設置する。機幅方向に４〜９分割に区切って設置することにより機幅方向風速制御手段として機幅方向の風速分布をより精緻に制御することもできる。機幅方向風速制御手段を用いることにより、たとえば、機幅方向中央部の糸条群では、風速を２〜４ｍ／秒に設定制御し、機幅方向の両端部の糸条群、たとえば最端糸条から機幅方向糸条群全幅の１／３程度の幅の両端部を走行する糸条群領域の風速量については、たとえば０．５〜２ｍ／秒に設定制御することができ、それにより両脇に逃げ出す熱風を減少させ熱処理室の中央部と両端部の風速を熱処理の度合いに応じて制御することができる。
また、本発明に係わる耐炎化処理室は、更に図２の１０に示す熱風循環ダクト内、すなわち、熱処理室の上部にある熱風吹き出し口以前のダクト内に、熱風の風速を熱処理室の機幅方向に分割し、それぞれの領域の風速を独立して可変とする上記と同様の機幅方向風速制御手段、いわゆる多孔板を設置する。また、その制御した風量を保ちながら耐炎化処理室へ送り込めるよう、図２の１３に示すような整流板を合わせて設置することも出来る。風速制御手段を、通常は、図５のように、少なくとも、両端部に各１対ずつ（風向制御手段（上部、下部）１２ｂ）と、中央部に１対（風向制御手段（中央部）１２ａ）、すなわち３対設置する。また、少なくとも風向制御手段と同数の領域に分割できる枚数の整流板１３を設置して機幅方向の風速分布を制御することができる。さらには、前記整流板１３の枚数を増し、機幅方向を４〜９分割に区切って設置することにより機幅方向風速制御手段として機幅方向の風速分布をより精緻に制御することもできる。また、このとき、耐炎化処理室上部の吹き出し口３には、可変型の多孔板を必ずしも設置する必要はなく、固定式の多孔板でも良い。
図５に、機幅方向風速制御手段の一例を示す。図５において、多数の開口を有する板、いわゆる多孔板１４ａと多孔板１４ｂを２枚重ね、一方の多孔板を並行移動することにより開口面積を可変とする1対の多孔板を風速制御手段として、それを上下方向（図２における機幅方向と対応する）に複数対配置すればよい。多孔板は、孔が円形である場合には口径１０〜４０mmφ、１ｍ^２当たり３００〜１５００個の孔を、矩形または正方形である場合には、一辺の長さが１０〜３５mm、１ｍ^２当たり３００〜１５００個の孔を有する。このとき、口径が１０mmφあるいは一辺の長さが１０mm未満であると、孔が小さすぎるために、異物が詰まりやすくなり、長期の連続運転が困難となる。また、４０mmφあるいは一辺の長さが３５mmを超えると、整流効果が小さくなり安定した風速を得られなくなることがある。開口位置が同じ多孔板を２枚重ね合わせて片方の多孔板を固定し、固定していないもう片方の多孔板をスライドさせることにより、上下の多孔板の開口の重なり具合により開口率を可変とする風速制御手段とできる。たとえば、図５のような場合には、両矢印で示したように、図中において左右方向に多孔板１４ｂをスライドさせることにより、それぞれの領域の風速を独立して開口率を０〜１００％に任意に設定することができる。なお、図５においては、左右方向に多孔板１４ｂをスライドさせる態様を示したが、装置の構成によっては上下方向に多孔板１４ｂをスライドさせる構成としても良い。上下方向に多孔板１４ｂをスライドさせる場合には、各領域の多孔板１４ｂが移動時に干渉しないように風速制御手段１２ａ，１２ｂを熱風循環ダクト内の上下流にずらして配置すれば良い。本発明は、上記の耐炎化処理室上部の吹き出し部に設置する機幅方向風速制御手段と同等以上の効果が得られる。図１または図２に示すように、耐炎化処理室と比較して、通常はダクトの方が断面積が小さい、すなわち風速が比較的速いところでの制御を行うため、精度良く調整が可能である。また、断面積が小さい部分であるため、多孔板も大幅に小さくすることが出来るため、安価で精度の高いものが設備化できるメリットがある。更に、多孔板を並行移動することによる開口面積を可変とすることが容易に出来るようになるため、困難であった炭素繊維製造中での風速制御を可能とすることが出来るようになった。

上記した機幅方向風速制御手段を用いて、中央部に熱風を集中させても圧力損失の少ない両端方向に熱風が逃げてしまう場合がある。そのような場合には、図１または図２に示すように、熱処理室の機幅方向両側壁に、糸条方向に沿う方向に、側壁下部面と鋭角をなすように風向制御板１１を設置するとよい。かかる風向制御板は、熱処理室内を走行している糸条の最上部から下方に向かって０．５〜１ｍの間隔で設置するのがよく、風向制御板の幅は１０〜１５ｃｍとするのが良い。かかる風向制御板により熱風が両端に逃げ出すのを防ぎ機幅方向の除熱効果を均一に保ち耐炎化進行度斑を減少させることができる。また、風向制御板は、側壁下部面との角度を可変とする角度変更手段を有することとすれば、製造条件に応じて、その角度を変更することができ、中央部と両端部の風速を熱処理の度合いに応じて適宜調整することができる。

本発明では、複数本のポリアクリロニトリル糸条をシート状に配列し、前記した耐炎化炉に横方向に通過させて耐炎化処理して、耐炎化繊維を製造する。

従来、機幅方向における熱処理を均一にしようとすると、両端部で耐炎化進行度が不足する糸条のために熱処理室内の端部において温度を高めに設定する必要があったが、端部の温度だけを高めに設定制御することは困難であり、中央部の温度も高めになることがあり、それにより中央部の糸条では蓄熱による暴走反応が起きることがあったが、本発明の耐炎化繊維の製造方法により、熱風温度を変えることなく、両端部と中央部の糸条の耐炎化進行度を均一な方向とすることができ、前記した蓄熱による暴走反応を抑えることができ生産性の向上につながる。また温度による制御を行う必要が無いため、自己発熱を起こす耐炎化途中の糸条において、局所的な高温部分が発生して暴走反応を起こすことをより低減でき、防災上、非常に有利であるということが言える。また、耐炎化処理の耐炎化進行度の指標として、通常、糸条の密度が用いられるが、本発明により、機幅方向にわたって、得られる全ての耐炎化繊維を、その密度が、好ましくは１．２〜１．５ｇ／ｃｍ^３、より好ましくは１．３〜１．４ｇ／ｃｍ^３の範囲内のものとすることができるようになる。

本発明では、前記した製造方法で得られた耐炎化繊維を炭化処理して炭素繊維を製造する。炭化処理は、一般的には、窒素、アルゴン等の不活性気体中、実質的に無酸素状態で４００〜２５００℃、好ましくは４００〜２２００℃、より好ましくは４００〜１８００℃、さらに好ましくは４００〜１５００℃に加熱することにより行う。耐炎化繊維の密度に機幅方向で斑があると、炭化処理を経て得られる炭素繊維において、機幅方向で目付斑となって現れる。本発明により、耐炎化繊維の密度に機幅方向斑が低減することにより、得られる炭素繊維において、機幅方向で目付斑が低減することとなり、それにより品質安定性、生産安定性に優れた製造方法とすることができる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。尚、本実施例で用いた個々の特性値は以下の方法で測定したものである。
（１）熱風吹き出し口での気体風速
熱風吹き出し口の多孔板から５０ｃｍ下に離れた位置で、風速計として、日本カノマックス社製ANEMOMASUTERMODEL６１６２を使用し、常温下で、測定しようとする位置で５点測定し、その平均値を用いた。
（２）炉内平均温度
炉内平均温度は、上部の入側と出側、下部の入側と出側及び耐炎化炉の幅方向中心部の図６の１５に示す５箇所の温度を熱電対で５分間連続測定した平均温度を示している。

具体的にここで、上部の入側とは、耐炎化炉内の最上段の走行糸条の２０ｃｍ上の方へ、図６の１６に示す入側の炉壁から、１．５ｍ内側に離れたところを測定している。上部の出側についても、同じように耐炎化炉内の最上段の走行糸条の２０ｃｍ上の方へ、図６の１７に示す出側の炉壁から、１．５ｍ内側に離れたところを測定している。また、下部の入側とは、耐炎化炉内の最下段の走行糸条の２０ｃｍ下の方へ図６の１６に示す入側の炉壁から、１．５ｍ内側に離れたところを測定している。下部の出側についても、同じように耐炎化炉内の最上段の走行糸条の２０ｃｍ下の方へ図６の１７に示す出側の炉壁から、１．５ｍ内側に離れたところを測定している。
（３）炭化収率
以下に示す方法により、炭化炉に供給するポリアクリロニトリル糸条の供給速度と目付、及び、巻取られる炭素繊維の巻取り速度と目付を測定した後、下記式により算出した。

（炭素繊維巻き取り速度×炭素繊維の目付）／（ポリアクリロニトリル糸条の供給速度×ポリアクリロニトリル糸条の目付）×１００
ここでいう、炭素繊維の巻き取り速度とポリアクリロニトリルの供給速度は以下の方法で測定した。炭素繊維を巻き取る装置の直前にある駆動ローラー及びポリアクリロニトリルを供給する駆動ローラーを、アドバンテスト社ユニバーサルカウンター（ＴＲ５８２１）を用いて、１回転当たりに要する時間を１０点測定して、その平均値を得た。その平均値と、ローラーの直径から速度を算出した。

また、サンプリング位置は次のとおりとした。炭素繊維は、最終的に製品として巻き取られる巻き取り機で採取し、ポリアクリロニトリルは、ポリアクリロニトリルを供給する駆動ローラーの後で巻き取り機で採取した。

更に、それぞれの目付測定方法は、１ｍの長さをカット出来る台上にそれぞれを引き揃え、カットし、サンプルとした。
（４）耐炎化繊維の密度
ＪＩＳ Ｒ７６０１（１９８６）記載の方法に準拠する。すなわち、１．０〜１．５ｇの繊維を採取し、熱風乾燥機を用い、空気中１２０℃で２時間絶乾し、絶乾質量Ｂ（ｇ）を測定した後、密度既知（密度ρ）のジクロロベンゼンに含浸して、ジクロロベンゼン中の繊維質量Ｂ（ｇ）を測定する。そして、次式、繊維密度＝（Ａ×ρ）／（Ａ−Ｂ）により繊維密度を求める。それを５点分実施した平均値を耐炎化糸の密度とした。なお、本実施例では、ジクロロベンゼンとして、和光純薬（株）製特級を精製せずに用いた。
（５）炭素繊維の引張強度
ＪＩＳ Ｒ７６０１（１９８６）「樹脂含浸ストランド試験法」に従って求める。測定する炭素繊維の樹脂含浸ストランドは、３、４−エポキシシクロヘキシルメチル−３、４−エポキシ−シクロヘキシル−カルボキシレート（１００重量部）／３フッ化ホウ素モノエチルアミン（３重量部）／アセトン（４重量部）を、炭素繊維または黒鉛化繊維に含浸させ、１３０℃、３０分で硬化させて作製する。また、ストランドの測定本数は６本とし、各測定結果の平均値を、引張強度とする。なお、本実施例では、３、４−エポキシシクロヘキシルメチル−３、４−エポキシ−シクロヘキシル−カルボキシレートとして、ユニオンカーバイド（株）製”ベークライト（登録商標）”ＥＲＬ４２２１を用いた。
（実施例１）
図２に示した耐炎化炉を用い、炭素繊維の前駆体繊維であるポリアクリロニトリル糸条（単繊維繊度：１．１ｄｔｅｘ、単繊維数：１２，０００本）を３００本併走させて、炉内平均温度２５０℃の空気中で耐炎化処理して耐炎化繊維を得た。ポリアクリルロトリル糸条を出入りさせる炉本体の機幅方向は２．５ｍ、長手方向の距離は８ｍであった。また、熱風の循環速度は熱風吸い込み口の熱風循環ファン９の出側の風速を４ｍ／秒となるように設定した。

ヒーター８出側の熱風温度を２６２℃に設定するとともに、熱風吹き出し口に、図４に示すような、機幅方向に０．８３ｍ幅で３分割された機幅方向風速制御手段を設置した。機幅方向風速制御手段を構成する多孔板は、口径３０ｍｍΦの円孔（孔面積７００ｍｍ^２）が、１ｍ^２当たり６２５個穿孔されたものを用いた。３分割された個々の風速制御手段の開口率を、耐炎化炉長手方向中央部の風速制御手段を構成する多孔板から下へ１ｍ離れた位置（多孔板の出口近傍ともいう）において、耐炎化炉側壁から１００ｍｍ離れた位置で１．５ｍ／秒、耐炎化炉側壁から中心側へ１．２５ｍ離れた位置（すなわち、機幅方向中央）で３ｍ／秒になるように調整した。

また、このときに図２に示す熱処理室の上部にある熱風吹き出し口上流のダクト内に、熱風の風速を熱処理室の機幅方向に可変とする図５に示すような、機幅方向に０．２５ｍ幅で３分割された機幅方向風速制御手段を設置した。機幅方向風速制御手段を構成する多孔板は、口径２０ｍｍΦの円孔（孔面積７００ｍｍ^２）が、１ｍ^２当たり１２００個穿孔されたものを用いた。

また、風向制御板は、熱処理室内を走行している糸条の最上部から下方に向かって幅１５cmの風向制御板を側壁下部面に対して４５°の角度の条件で１ｍの間隔で５段設置した。

このようにして耐炎化処理を実施したところ耐炎化炉内の上部の入側と出側、下部の入側と出側と耐炎化炉の中心部へ設置した５箇所の温度計の測定結果から平均温度は２５０℃であった。風速は、図１の４に示す熱風吸い込み口から上に０．５ｍ離れた位置である耐炎化炉長手方向中央部の耐炎化炉内下部において、耐炎化炉側壁から１００ｍｍ離れた位置で２．０ｍ／秒、耐炎化炉側壁から中心方向へ１．２５ｍ離れた位置で１．８ｍ／秒であり、機幅方向中央部と側壁近傍との風速差は、０．２ｍ／秒であった。また、同箇所における耐炎化炉内下部の側壁近傍の温度は２３１℃であり、耐炎化炉内下部の機幅方向中央部の温度は２３４℃であった。

得られた耐炎化繊維は、機幅方向全糸条において、密度の平均値が１．３４ｇ／ｃｍ^３であり、密度の変動率（標準偏差／平均値×１００）が０．３％であった。また、得られた耐炎化繊維を、窒素雰囲気中にて１，４００℃で炭化処理し炭素繊維を得た。得られた炭素繊維は、機幅方向全糸条の平均で、炭化収率が４８％、引張強度が５，５００ＭＰａであり、機幅方向全糸条において、目付の平均値が０．８０４ｇ／ｍ、目付の変動率（標準偏差／平均値×１００）が０．３％であった。
（実施例２）
熱風吹き出し口に、図４に示すような機幅方向風速制御手段を用いない以外は、実施例１と同様にして耐炎化繊維および炭素繊維を得た。また、図４に示すような機幅方向風速手段が取り付けられていた位置から、下へ１ｍ離れた長手方向中央部の風速において、耐炎化炉上部の風速は、実施例１と同位置である耐炎化炉側壁から１００ｍｍ離れた領域で１．５ｍ／秒、耐炎化炉側壁から１．２５ｍ離れた領域（すなわち機幅方向中央部）で３ｍ／秒になるように調整した。実施例１と同様の耐炎化炉内の上部の糸条の入側と出側、下部の糸条の入側と出側と耐炎化炉の中心部へ設置した５箇所の温度計の測定結果から耐炎化炉内の平均温度は２５０℃であり、熱風吸い込み口から上に０．５ｍ離れた位置である耐炎化炉長手方向中央部の耐炎化炉内下部において、耐炎化炉側壁から１００ｍｍ離れた位置で２．０ｍ／秒、耐炎化炉側壁から中心方向へ１．２５ｍ離れた位置で１．７ｍ／秒であり、機幅方向中央部と側壁近傍との風速差は、０．３ｍ／秒であった。また、同箇所における耐炎化炉内下部の側壁近傍の温度は２３６℃であり、耐炎化炉内下部の機幅方向中央部の温度は２３２℃であった。

得られた耐炎化繊維は、機幅方向全糸条において、密度の平均値が１．３４ｇ／ｃｍ^３であり、密度の変動率（標準偏差／平均値×１００）が０．４％であった。また、得られた炭素繊維は、機幅方向全糸条の平均で、炭化収率が４８％、引張強度が５，５００ＭＰａであり、機幅方向全糸条において、目付の平均値が０．８０４ｇ／ｍ目付の変動率（標準偏差／平均値×１００）が０．４％であった。
（実施例３）
熱風循環ダクトに、図５に示すような機幅方向風速制御手段を用いない以外は、実施例１と同様にして耐炎化繊維および炭素繊維を得た。また、図４に示すような機幅方向風速手段が取り付けられていた位置から、下へ１ｍ離れた長手方向中央部の風速において、耐炎化炉上部の風速は、実施例１と同様耐炎化炉側壁から１００ｍｍ離れた領域で１．５ｍ／秒、耐炎化炉側壁から１．２５ｍ離れた領域（すなわち機幅方向中央部）で３ｍ／秒になるように調整した。耐炎化炉内の上部の糸条の入側と出側、下部の糸条の入側と出側と耐炎化炉の中心部へ設置した５箇所の温度計の測定結果から耐炎化炉内の平均温度は２５０℃であり、熱風吸い込み口から上に０．５ｍ離れた位置である耐炎化炉長手方向中央部の耐炎化炉内下部において、耐炎化炉側壁から１００ｍｍ離れた位置で２．２ｍ／秒、耐炎化炉側壁から中心方向へ１．２５ｍ離れた位置で１．８ｍ／秒であり、機幅方向中央部と側壁近傍との風速差は、０．４ｍ／秒であった。また、同箇所における耐炎化炉内下部の側壁近傍の温度は２３５℃であり、耐炎化炉内下部の機幅方向中央部の温度は２３０℃であった。

得られた耐炎化繊維は、機幅方向全糸条において、密度の平均値が１．３４ｇ／ｃｍ^３であり、密度の変動率（標準偏差／平均値×１００）が０．４％であった。また、得られた炭素繊維は、機幅方向全糸条の平均で、炭化収率が４８％、引張強度が５，５００ＭＰａであり、機幅方向全糸条において、目付の平均値が０．８０４ｇ／ｍ目付の変動率（標準偏差／平均値×１００）が０．５％であった。
（比較例１）
図２に示す耐炎化炉に代えて、図３に示した耐炎化炉を用いた以外は、実施例１と同様にして耐炎化繊維および炭素繊維を得た。多孔板としては、口径３０ｍｍΦ円孔（孔面積：７００ｍｍ^２）が１ｍ^２当たり６２５個穿孔されている機幅方向において風速制御されない多孔板を用い、図４に示すような機幅方向風速手段が取り付けられていた位置から、下へ１ｍ離れた長手方向中央部の風速において、耐炎化炉上部の風速は、耐炎化炉側壁から１００ｍｍ離れた領域で２．０ｍ／秒、耐炎化炉側壁から１．２５ｍ離れた領域（すなわち機幅方向中央部）で２．０ｍ／秒となった。耐炎化炉内の上部の入側と出側、下部の入側と出側と耐炎化炉の中心部へ設置した５箇所の温度計の測定結果から平均温度は２４５℃であり、熱風吸い込み口から上に０．５ｍ離れた位置である耐炎化炉長手方向中央部の耐炎化炉内下部において、耐炎化炉側壁から１００ｍｍ離れた位置で２．６ｍ／秒、耐炎化炉側壁から中心方向へ１．２５ｍ離れた位置で１．４ｍ／秒であり、耐炎化炉内下部における側壁近傍部と、機幅方向中央部との風速差は、１．２ｍ／秒であった。また、同箇所における耐炎化炉内下部の側壁近傍の温度は２４６℃であり、耐炎化炉内下部の機幅方向中央部の温度は２２０℃であった。

得られた耐炎化繊維は、機幅方向全糸条において、密度の平均値が１．３２ｇ／ｃｍ^３であり、密度の変動率（標準偏差／平均値×１００）が１．２％であった。また、得られた炭素繊維は、機幅方向全糸条の平均で、炭化収率が４９％、引張強度が５，５００ＭＰａであり、機幅方向全糸条において、目付の平均値が０．８０２ｇ／ｍ、目付の変動率（標準偏差／平均値×１００）が１．４％であった。

本発明の一実施態様に係る耐炎化炉の概略透視正面図である。 本発明の一実施態様に係る耐炎化炉の概略透視正面図である。 従来の耐炎化炉の概略透視正面図である。 本発明における機幅方向風速制御手段の一例を示す概略透視斜視図である。 本発明における機幅方向風速制御手段の一例を示す概略透視斜視図である。 本発明の一実施態様に係る耐炎化炉の概略透視側面図である。

符号の説明

１ ：炉体
２ ：熱処理室
３ ：熱風吹き出し口
３ａ：風速制御手段（中央部）
３ｂ：風速制御手段（端部）
４ ：熱風吸い込み口
５ ：前駆体糸条
６ ：ガイドロール
７ａ：移動側多孔板
７ｂ：固定側多孔板
８ ：ヒーター
９ ：熱風循環ファン
１０ ：熱風循環ダクト
１１ ：風向制御板
１２ａ：風速制御手段（中央部）
１２ｂ：風速制御手段（端部）
１３ ：整流板
１４ａ：固定側多孔板
１４ｂ：移動側多孔板
１５ ：耐炎化炉内温度測定点
１６ ：入側の炉壁
１７ ：出側の炉壁

Claims (7)

1. シート状に配列した複数本の糸条を横方向に通過させて熱処理するための熱処理室と、下方に向かって熱風を吹き出す熱風吹き出し口を前記熱処理室の上部に有し、前記熱風吹き出し口は、熱風の風速を熱処理室の機幅方向に可変とする機幅方向風速制御手段を有する、耐炎化炉。
2. シート状に配列した複数本の糸条を横方向に通過させて熱処理するための熱処理室と、下方に向かって熱風を吹き出す熱風吹き出し口と、熱風を吸い込む熱風吸い込み口と、熱風吸い込み口から熱風吹き出し部に熱風加熱手段および熱風送風手段を具備した熱風を循環する循環部からなる耐炎化炉において、熱風送風手段と熱風吹き出し口の間の循環部に熱風の風速を熱処理室の機幅方向に可変とする機幅方向風速制御手段を有する、耐炎化炉。
3. 前記機幅方向風速制御手段が、２枚の多孔板を重ねてなり、一方の多孔板を並行移動することにより開口面積を可変とする1対の風速制御手段を、機幅方向に複数対配置してなる、請求項１または２に記載の耐炎化炉。
4. 熱処理室の機幅方向両側壁には、糸条方向に沿う方向に、側壁下部面と鋭角をなすように風向制御板が設置されてなる、請求項１〜３のいずれかに記載の耐炎化炉。
5. 前記風向制御板は、側壁下部面との角度を可変とする角度変更手段を有する、請求項４に記載の耐炎化炉。
6. 複数本のポリアクリロニトリル糸条をシート状に配列し、請求項1〜５のいずれかに記載の耐炎化炉に横方向に通過させて耐炎化処理する、耐炎化繊維の製造方法。
7. 請求項６に記載の製造方法で得られた耐炎化繊維を炭化処理する、炭素繊維の製造方法。

Images