JP2013124437A - 蒸気延伸熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原料繊維に蒸気延伸熱処理して耐炎化繊維製造用、炭素繊維製造用前駆体繊維を得る際し、蒸気が漏出することによる蒸気延伸熱処理中の蒸気消費量が増加するのを抑え、この前駆体繊維を用いて得られる耐炎化繊維、炭素繊維の品質を高く保ち、かつ低コストで前駆体繊維を製造できる蒸気延伸熱処理装置を提供する。
【解決手段】原料繊維入口側及び前駆体繊維出口側にラビリンスシール室１０を有する蒸気延伸熱処理装置２であって、ラビリンスシール室１０内の各仕切板３６，４０，４６，５０間に形成される膨張室４２，５２の一に加圧気体供給配管１６が外部から挿入されてなる蒸気延伸熱処理装置２。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐炎化繊維用、炭素繊維用の前駆体繊維を製造するに際し、特にアクリル系耐炎化繊維用、炭素繊維用の前駆体繊維を製造するに際し、原料繊維を蒸気延伸熱処理して前記前駆体繊維を得る蒸気延伸熱処理装置に関する。

耐炎化繊維用、炭素繊維用の前駆体繊維の製造において、水蒸気を利用して原料繊維を延伸し前記前駆体繊維を得る方法は従来から知られている(例えば、特許文献１参照)。

この蒸気利用の延伸処理は通常、加圧された蒸気雰囲気で行う。この加圧蒸気雰囲気を用いることにより、延伸処理に適した１００℃を超える高温下での加熱が出来る。また、加圧蒸気雰囲気では、加圧蒸気の凝縮が起こり、この凝縮熱を利用して加圧蒸気から原料繊維へ熱伝達されるので、熱伝達は効率の良いものである。このように、加圧蒸気雰囲気では、熱伝達効率の良い加熱を行うことが出来る。また、加圧蒸気雰囲気の水分の存在が繊維の可塑化効果を生み、高倍率の延伸が可能になる。

即ち、加圧蒸気雰囲気で行う蒸気延伸熱処理装置では常に熱処理室内の圧力を高く維持する必要がある。一方、原料繊維が束ねられたストランドは、原料繊維供給用のスリットから連続的に蒸気延伸熱処理装置内に供給された後、熱処理室内で蒸気延伸熱処理され、処理後の前駆体繊維が前駆体繊維排出用のスリットから排出される。

蒸気延伸熱処理装置の内外は、原料繊維供給用のスリット及び前駆体繊維排出用のスリットなどの繊維出入りスリットを介して連通しているので、これら両スリットから蒸気漏出が起こり、熱処理室内の圧力が低下する。よって、蒸気延伸熱処理装置の熱処理室内には、加圧蒸気を供給し続けると共に、蒸気延伸熱処理装置の繊維出入りスリットには、熱処理室内の圧力を高く維持するための機構が必要とされる。

蒸気延伸熱処理装置の繊維出入りスリットにおける熱処理室内の圧力を高く維持するための機構としては通常、ラビリンスシール室が設けられる。

図４は従来のラビリンスシール室を有する蒸気延伸熱処理装置の一例を示す概略側面断面図である。

図４中、８２は蒸気延伸熱処理装置である。原料繊維ストランド８４は、熱処理室８６内を水平にパスを形成して走行し、熱処理室８６内で蒸気延伸熱処理されて前駆体繊維８８が製造される。

蒸気延伸熱処理装置８２において、熱処理室８６の上流側の原料繊維入口部にはラビリンスシール室９０が形成され、同様に熱処理室８６の下流側の前駆体繊維出口部にもラビリンスシール室９２が形成されている。

熱処理室８６の頂部には、熱処理室８６内に加圧蒸気を矢印９４に示す方向に供給するための配管９６が設置され、この配管９６から加圧蒸気が供給されること、並びに、ラビリンスシール室９０及び９２が形成されることにより、熱処理室８６内の高い圧力が維持されている。９８及び１００は、それぞれ原料繊維入口部ラビリンスシール室９０のスリット１０２及び前駆体繊維出口部ラビリンスシール室９２のスリット１０４を通って蒸気延伸熱処理装置２内から外部へ漏出する蒸気の流れ方向を示す矢印である。

図４に示されるように、原料繊維入口部ラビリンスシール室９０と、前駆体繊維出口部ラビリンスシール室９２とは同様の構造を有するので、以下、ラビリンスシール室を代表して原料繊維入口部ラビリンスシール室９０について説明する。

ラビリンスシール室９０は、
(ａ) 原料繊維ストランド８４をスリット１０２を通してラビリンスシール室９０に搬入すると共に同繊維８４が内部を走行する走行路を有するハウジングと、
(ｂ) 前記ハウジング内の走行路に沿って所定間隔互いに離れてハウジング上壁１０６から垂設した複数の仕切板１０８であって各仕切板１０８の板面方向が走行路と直交している仕切板１０８と、
(ｃ) 前記ハウジング内の走行路に沿って所定間隔互いに離れてハウジング下壁１１０から突出した複数の仕切板１１２であって各仕切板１１２の板面方向が走行路と直交している仕切板１１２と、
を有する。

原料繊維ストランド８４は、ラビリンスシール室９０内を、複数本のストランドが水平に並んだパスを形成して走行し、熱処理室８６に搬入される。

ハウジング上壁１０６から垂設した各仕切板１０８間には頂部空洞が多段形成される。同様に、ハウジング下壁１１０から突出した各仕切板１１２間には底部空洞が多段形成される。走行路を挟んで互いに向い合った頂部空洞と底部空洞とで膨張室１１４が多段形成される。

前記ハウジング内の走行路は、前記スリット１０２、互いに向い合った頂部仕切板１０８と底部仕切板１１２との間、並びに、膨張室１１４からなる連続した隙間として形成される。

図４に示されるように、前駆体繊維出口部ラビリンスシール室９２も、原料繊維入口部ラビリンスシール室９０と同様に、ハウジング上壁１１６から垂設した複数の仕切板１１８と、ハウジング下壁１２０から突出した複数の仕切板１２２とを有する。各仕切板１１８、１２２によって膨張室１２４が多段形成される。

原料繊維ストランド８４は、ラビリンスシール室９０内を、複数本のストランドが水平に並んだパスを形成して走行し、熱処理室８６に搬入されて熱処理室８６内を走行し、ここで蒸気延伸熱処理された後、前駆体繊維出口部ラビリンスシール室９２に搬入され、ここを走行した後、スリット１０４から前駆体繊維８８として搬出される。

ここで再度、ラビリンスシール室を代表して原料繊維入口部ラビリンスシール室９０について説明する。

多段の膨張室１１４を有するラビリンスシール室９０において、熱処理室８６内の加圧蒸気はスリット１０２から系外に排出されるまで膨張と収縮の圧力振動が繰り返され、膨張室１１４の段数に応じて圧力振動は減衰する。

この圧力振動の減衰が小さい程、スリット１０２から漏出する蒸気量が多くなり、蒸気延伸熱処理中の蒸気消費量が増加する。蒸気消費量を減少させるためには、ラビリンスシール室９０における膨張室１１４の段数を増やすことが考えられる。

しかし、段数を増やす場合、ストランド８４と、仕切板１０８、１１２との接触回数が増加し、ストランド８４を構成する単繊維が切断したり、切断した単繊維がラビリンスシール室９０内に蓄積され、パスを形成して並走する他のストランドにダメージを誘発することが起こる。ストランドがダメージを受けると、そのダメージは後工程まで潜在し、炭素化工程で毛羽を発生させ、炭素繊維としての品位の低下を招く。

炭素化工程での毛羽発生は、工程の安定性にも影響を及ぼし、炭素化工程で発生した毛羽は炭素化設備のスリット部、排気部、ピンガイドでの閉塞の要因となり、連続生産の妨げとなる。

他方、ストランドへのダメージを抑制するため、ラビリンスシール室における膨張室の段数を削減すると、蒸気が大気へ放出されることを十分抑制出来ず、蒸気の消費量が大きくなり、結果的に製造コストアップの要因となる。

特開２００６−２８３２２８号公報 （特許請求の範囲）

本発明者は、上記問題について鋭意検討しているうちに、ストランドを延伸する蒸気延伸熱処理装置において、ラビリンスシール室の内部に加圧気体を導入することにより、漏出する蒸気量を抑制できることを知得し、本発明を完成するに到った。

従って、本発明の目的とするところは、上述する問題点を解決し、原料繊維に蒸気延伸熱処理して耐炎化繊維製造用、炭素繊維製造用前駆体繊維を得る際に、蒸気消費量を低減でき、この前駆体繊維を用いて得られる耐炎化繊維、炭素繊維の品質を高く保ち、かつ低コストで前駆体繊維を製造できる蒸気延伸熱処理装置を提供することにある。

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。

〔１〕 水平にパスを形成して走行する原料繊維ストランドを蒸気延伸熱処理して炭素繊維製造用前駆体繊維を製造する熱処理室と、その原料繊維入口側及び前駆体繊維出口側に形成したラビリンスシール室とを有する蒸気延伸熱処理装置であって、各ラビリンスシール室が、
(ａ) 原料繊維又は前駆体繊維がラビリンスシール室に出入りすると共に同繊維が内部を走行する走行路を有するハウジングと、
(ｂ) 前記ハウジング内の走行路に沿って所定間隔互いに離れてハウジング上壁から垂設した複数の頂部仕切板であって各頂部仕切板の板面方向が走行路と直交してなる頂部仕切板と、
(ｃ) 前記ハウジング内の走行路に沿って所定間隔互いに離れてハウジング下壁から突出した複数の底部仕切板であって各底部仕切板の板面方向が走行路と直交してなる底部仕切板と、
を有し、
(ｂ)及び／又は(ｃ)において、各仕切板間に形成される膨張室の一に加圧気体供給配管が外部から挿入されてなる蒸気延伸熱処理装置。

〔２〕 加圧気体が加圧空気である〔１〕に記載の蒸気延伸熱処理装置。

〔３〕 原料繊維入口側のラビリンスシール室における加圧気体供給配管が挿入された膨張室の位置が、原料繊維入口からラビリンスシール室の全長に対して８０％以内の位置であり、且つ、前駆体繊維出口側のラビリンスシール室における加圧気体供給配管が挿入された膨張室の位置が、前駆体繊維出口からラビリンスシール室の全長に対して８０％以内の位置である〔１〕に記載の蒸気延伸熱処理装置。

〔４〕 加圧気体供給配管が挿入された膨張室は、その水平方向における断面積が、加圧気体供給配管が挿入されていない膨張室の水平方向における断面積の二倍以上である〔１〕に記載の蒸気延伸熱処理装置。

本発明の装置の原料繊維入口側及び前駆体繊維出口側にラビリンスシール室を有する蒸気延伸熱処理装置は、ラビリンスシール室内の各仕切板間に形成される膨張室の一に加圧気体供給配管がラビリンスシール室の外部から挿入されてなるため、ラビリンスシール室の原料繊維入口側及び前駆体繊維出口スリットから漏出する蒸気量を抑制できると共に、この前駆体繊維を用いて得られる耐炎化繊維、炭素繊維の品質を高く保ち、かつ低コストで前駆体繊維を製造することができる。

本発明のラビリンスシール室を有する蒸気延伸熱処理装置の一例を示す概略側面断面図である。 本発明のラビリンスシール室を有する蒸気延伸熱処理装置の他の例を示す概略側面断面図である。 本発明のラビリンスシール室を有する蒸気延伸熱処理装置の更に他の例を示す概略側面断面図である。 従来のラビリンスシール室を有する蒸気延伸熱処理装置の一例を示す概略側面断面図である。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

図１は本発明のラビリンスシール室を有する蒸気延伸熱処理装置の一例を示す概略側面断面図である。

図１中、２は蒸気延伸熱処理装置である。複数の原料繊維ストランド４は、熱処理室６内を水平にパスを形成して走行し、熱処理室６内で延伸率３〜６倍まで蒸気延伸熱処理されて前駆体繊維８が製造される。

蒸気延伸熱処理装置２において、熱処理室６の上流側の原料繊維入口部にはラビリンスシール室１０が形成され、同様に熱処理室６の下流側の前駆体繊維出口部にもラビリンスシール室１２が形成されている。

熱処理室６の頂部には、１０５〜１２５℃で飽和状態の０．０２〜０．１３ＭＰａの加圧蒸気を矢印１４に示す方向で熱処理室６内に供給するための配管１６が接続されている。この配管１６から加圧蒸気が熱処理室６内に供給されること、並びに、ラビリンスシール室１０及び１２が形成されていることにより、熱処理室６内は、高い圧力、好ましくは０．０４〜０．１ＭＰａ、温度１１０〜１２０℃に維持される。

１８ａ、１８ｂ及び２０ａ、２０ｂは、それぞれ原料繊維入口部ラビリンスシール室１０及び前駆体繊維出口部ラビリンスシール室１２に外部(上方、下方)から挿入されてなる加圧気体供給配管である。これら加圧気体供給配管１８ａ、１８ｂ及び２０ａ、２０ｂから熱処理室６内の圧力よりも低い圧力の加圧気体を矢印２２及び２４に示す方向に供給し、熱処理室６内からラビリンスシール室１０、１２内に漏出してくる蒸気の漏出量を低減させるものである。

２６及び２８は、それぞれ原料繊維入口部ラビリンスシール室１０のスリット３０及び前駆体繊維出口部ラビリンスシール室１２のスリット３２を通って蒸気延伸熱処理装置２内から外部へ漏出する気体の流出方向を示す矢印である。

即ち、スリット３０及び３２から漏出する気体は、加圧気体供給配管１８ａ、１８ｂ及び２０ａ、２０ｂからそれぞれ供給される加圧気体と、加圧蒸気供給配管１６から供給される加圧蒸気との混合物である。スリット３０及び３２から外部に漏出する気体中の蒸気の割合が減るために、蒸気延伸熱処理中の蒸気消費量が減少する。

図１に示されるように、原料繊維入口部ラビリンスシール室１０と、前駆体繊維出口部ラビリンスシール室１２とは同様の構造を有するので、以下、ラビリンスシール室を代表して原料繊維入口部ラビリンスシール室１０について説明する。

ラビリンスシール室１０は、
(ａ) 原料繊維４をラビリンスシール室１０に搬入するスリット３０と、同繊維４が内部を走行する走行路を有するハウジングと、
(ｂ) 前記ハウジング内の走行路に沿って所定間隔互いに離れてハウジング上壁３４から垂設した複数の仕切板３６であって各仕切板３６の板面方向が走行路と直交している仕切板３６と、
(ｃ) 前記ハウジング内の走行路に沿って所定間隔互いに離れてハウジング下壁３８から突出した複数の仕切板４０であって各仕切板４０の板面方向が走行路と直交している仕切板４０と、
を有する。

ハウジング上壁３４から垂設した各仕切板３６間には頂部空洞が多段形成される。同様に、ハウジング下壁３８から突出した各仕切板４０間には底部空洞が多段形成される。走行路を挟んで互いに向い合った頂部空洞と底部空洞とで膨張室４２が多段形成される。この膨張室４２の段数は４０〜１２０段が好ましく、６０〜１００段がより好ましい。

膨張室４２の段数が１２０段を超える場合は、ストランド４と、仕切板３６、４０との接触回数が増加し、ストランド４を構成する単繊維が切断したり、切断した単繊維がラビリンスシール室１０内に蓄積され、パスを形成して並走する他のストランドのダメージを誘発することが起こる。ストランドがダメージを受けると、そのダメージは後工程まで潜在し、炭素化工程で発現して毛羽を発生させ、炭素繊維としての品位の低下を招く。

炭素化工程での毛羽発生は、工程の安定性にも影響を及ぼし、炭素化工程で発生した毛羽は炭素化設備のスリット部、排気部、ピンガイドでの閉塞の要因となり、連続生産の妨げとなる。

膨張室４２の段数が４０段未満の場合は、ストランド４へのダメージは抑制されるが、蒸気が大気へ放出することを充分抑制出来ず、蒸気の消費量が大きくなり、結果的に製造コストアップの要因となる。

前記ハウジング内の走行路は、前記スリット３０、互いに向い合った頂部仕切板３６と底部仕切板４０との間、並びに、膨張室４２からなる連続した隙間として形成される。この連続した隙間をストランドが走行する。走行路は、隙間が最も狭くなっている箇所の、向い合った頂部仕切板３６と、底部仕切板４０との間、並びに、前記スリット３０において、２〜５ｍｍの間隙が確保されている。この隙間が最も狭くなっている箇所の形状は、ストランドを円滑に走行させるため、走行路に直交する面における仕切板間の形状で矩形若しくは台形とすることが好ましい。

多段の膨張室４２の一(膨張室４２ａ)には、加圧気体供給配管１８ａ、１８ｂが外部(上方、下方)から挿入されている。配管１８ａ、１８ｂから加圧供給する気体としては、空気、窒素、二酸化炭素などが挙げられるが、窒素、二酸化炭素は製造コストが高いので、最も安価な空気が好ましい。

配管１８ａ、１８ｂから加圧供給される気体の圧力は、熱処理室６内の圧力の９８〜４０％が好ましく、９０〜５０％がより好ましい。配管１８ａ、１８ｂから加圧供給される気体の圧力が、加圧蒸気供給配管１６から加圧供給される蒸気の圧力よりも高いと、配管１８ａ、１８ｂからラビリンスシール室１０内に供給した気体が熱処理室６内に逆流して飽和蒸気中に混入する。

熱処理室６内において飽和蒸気中に配管１８ａ、１８ｂからの気体が混入することは、熱処理室６内の温度斑の原因になると共に、加圧蒸気の凝縮による伝熱が不十分となり、ストランド４は十分に可塑化されていない状態で蒸気延伸熱処理され、後工程における短繊維の切断の要因となる。

加圧気体の温度は、１０５〜１３５℃が好ましく、１１０〜１２０℃がより好ましい。

加圧気体供給配管１８ａ、１８ｂが挿入された膨張室４２ａは、他の膨張室(加圧気体供給配管１８ａ、１８ｂが挿入されていない膨張室)４２と同一形状であっても良い。しかし、その水平方向における断面積が、他の膨張室４２の水平方向における断面積の二倍以上であることが好ましく、４〜１５倍であることがより好ましい。

加圧気体が供給される本例の膨張室４２ａのように、その水平方向における断面積が大きい場合、ストランド４の蒸気延伸熱処理工程においては、不適正な圧力バランスに由来する蒸気噴出量が低く抑えられる。その結果、スリット３０から噴出する蒸気は少なくなり、作業環境上も良好な状態を維持することが出来る。

ラビリンスシール室１０における加圧気体供給配管１８ａ、１８ｂが挿入された膨張室４２ａの位置は、原料繊維入口部のスリット３０からラビリンスシール室１０の全長に対して８０％以内の位置であることが好ましく、５０〜２０％の位置であることがより好ましい。

原料繊維ストランド４の加熱延伸は、熱処理室６内だけでなく、ラビリンスシール室１０内でも起きる。そのため、ラビリンスシール室１０における膨張室４２ａの位置が、スリット３０からラビリンスシール室の全長に対して８０％を超える位置にある場合は、ラビリンスシール室１０内における有効加熱延伸長さが短くなる。

また、この８０％を超える位置の場合は、配管１８ａ、１８ｂからの加圧気体が熱処理室６内に流入し、ひいては加熱不足による単繊維の切断を誘発し、この条件で得られる前駆体繊維を焼成して得られる炭素繊維は、毛羽品位が低いものとなるので好ましくない。

ラビリンスシール室１０における加圧気体供給配管１８ａ、１８ｂが挿入された膨張室４２ａの位置が、スリット３０からラビリンスシール室の全長に対して２０％未満の位置の場合は、配管１８ａ、１８ｂから供給する加圧気体が、ラビリンスシール室１０の抵抗を殆ど受けることなく、スリット３０を通して外部に放出される。その結果、加圧蒸気の漏出を抑制する効果が損なわれる。

図１に示されるように、前駆体繊維出口部ラビリンスシール室１２も、原料繊維入口部ラビリンスシール室１０と同様に、ハウジング上壁４４から垂設した複数の仕切板４６と、ハウジング下壁４８から突出した複数の仕切板５０とを有する。各仕切板４６、５０によって膨張室５２が多段形成される。多段の膨張室５２の一(膨張室５２ａ)には、加圧気体供給配管２０ａ、２０ｂが外部(上方、下方)から挿入されている。

複数の原料繊維ストランド４は、ラビリンスシール室１０内を、複数本のストランドが水平に並んだパスを形成して走行し、熱処理室６に搬入されて熱処理室６内を走行し、ここで蒸気延伸熱処理された後、前駆体繊維出口部ラビリンスシール室１２に搬入され、ここを走行した後、スリット３２から前駆体繊維８として搬出される。

前駆体繊維出口部ラビリンスシール室１２の構成も、原料繊維入口部ラビリンスシール室１０と同様である。即ち、スリット３２から漏出する気体は、配管２０ａ、２０ｂから供給される加圧気体と、加圧蒸気供給配管１６から供給される加圧蒸気との混合物である。スリット３２から外部に漏出する気体中の蒸気の割合が減るために、蒸気延伸熱処理中の蒸気消費量が増加するのが抑えられる。

図１の例は、膨張室４２ａ及び５２ａの水平方向における断面積が、それぞれ他の膨張室４２及び５２の水平方向における断面積の５倍である。

図２は本発明の蒸気延伸熱処理装置の他の例を示す概略側面断面図であり、膨張室５４ａ及び５６ａの水平方向における断面積が、それぞれ他の膨張室５４及び５６の水平方向における断面積の１２倍であるラビリンスシール室５８及び６０を備えた蒸気延伸熱処理装置６２の例を示す。

なお、図２において、その他の部分は図１と同様であるので、同一部分に同一符号を付けてその説明を省略する。

また、図１の例は、膨張室４２ａが、原料繊維入口からラビリンスシール室の全長に対して２５％の位置にあり、且つ、膨張室５２ａが、前駆体繊維出口からラビリンスシール室の全長に対して２５％(１／４)の位置にある蒸気延伸熱処理装置２の例を示す。

図３は本発明の蒸気延伸熱処理装置の更に他の例を示す概略側面断面図であり、膨張室６４ａ(多段の膨張室６４の一)が、原料繊維入口からラビリンスシール室の全長に対して６７％(２／３)の位置にあり、且つ、膨張室６６ａ(多段の膨張室６６の一)が、前駆体繊維出口からラビリンスシール室の全長に対して６７％(２／３)の位置にあるラビリンスシール室６８及び７０を備えた蒸気延伸熱処理装置７２の例を示す。

なお、図３において、その他の部分は図１と同様であるので、同一部分に同一符号を付けてその説明を省略する。

以下、本発明の蒸気延伸熱処理装置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。

(実施例１)
アクリル系前駆体繊維を製造するにあたり、図１に示す構成の蒸気延伸熱処理装置２を用いた。

この蒸気延伸熱処理装置２は、原料繊維ストランド４の走行路が蒸気延伸熱処理装置２内を通過するように構成されたものであって、円筒型の熱処理室６と、その上流側及び下流側にそれぞれ設置されたラビリンスシール室１０及び１２とから構成されている。

原料繊維ストランド４は、以下の方法により調製した。

アクリロニトリル９５質量％、メタクリル酸４質量％、イタコン酸１質量％を塩化亜鉛水溶液中で共重合して得られたアクリロニトリル系ポリマーの塩化亜鉛ドープを、１２０００ホールのノズル１２個を用いて塩化亜鉛水溶液中に吐出して凝固させる湿式紡糸により、凝固糸を得た。この凝固糸について、浴中で脱溶剤の水洗を行いつつ、前延伸処理を行った。次いで、油剤付与、乾燥処理を行い、１２本の原料繊維ストランド４を得た。

この１２本の原料繊維ストランド４を、熱処理室６の上流側に設置された原料繊維入口部ラビリンスシール室１０のスリット３０から蒸気延伸熱処理装置２内へ導入した後、蒸気延伸熱処理装置２の全体に亘って水平にシート状のパスを形成して走行させた。この蒸気延伸熱処理装置２内でストランド４を、必要な延伸率の４倍まで延伸した後、熱処理室６の下流側に設置された前駆体繊維出口部ラビリンスシール室１２のスリット３２から前駆体繊維８として導出した。

ラビリンスシール室１０内のストランド走行路において、走行路の隙間が最も狭くなっている箇所は、スリット３０の位置、及び、互いに向い合った頂部仕切板３６と底部仕切板４０との間で形成される隙間の位置であり、その位置における走行路に直交する面での隙間の形状は矩形であり、スリット３０の間隙、及び、前記隙間の間隙は何れも２ｍｍであった。また、ラビリンスシール室１０の膨張室４２の段数は、ストランド走行方向において１００段であった。

ラビリンスシール室１２の構造も、ラビリンスシール室１０と同様であった。

ラビリンスシール室１０を走行したストランドを、熱処理室６に搬入した。熱処理室６の頂部には、原料繊維ストランド４を加熱するための加圧蒸気供給配管１６を設けた。この配管１６から、加圧蒸気を矢印１４に示す方向で熱処理室６内に供給した。この加圧蒸気は、１２０℃で飽和状態の蒸気であり、その圧力はゲージ圧で０．１ＭＰａとした。

蒸気延伸熱処理装置２においては、熱処理室６内に加圧蒸気を矢印１４に示す方向に供給すると共に、ラビリンスシール室１０及び１２に、それぞれ矢印２２及び２４に示す方向に供給する加圧気体として１１５℃の加圧空気を供給し、ラビリンスシール室１０及び１２から漏出する蒸気量を抑制した。この時の矢印２２及び２４に示す方向に供給する加圧空気の圧力は何れもゲージ圧で０．１５ＭＰａとした。

ラビリンスシール室１０及び１２に供給する加圧空気の圧力を、熱処理室６に供給する加圧蒸気の圧力よりも低くした結果、供給した加圧空気が熱処理室６内に進入する可能性が低くなり、熱処理室６内における飽和蒸気中への空気の混入が抑えられ、熱処理室６内の温度斑を生ずることなく、加圧蒸気の凝縮による伝熱は充分であり、ストランド４は充分に可塑化された状態で延伸され単繊維の切断も生じなかった。

なお、ラビリンスシール室１０に加圧空気が供給される膨張室４２ａとして、幅(ストランド走行方向の長さ)２０ｍｍ、奥行(ストランド走行路の幅)４００ｍｍ、高さ４０ｍｍ、水平方向における断面積７．６ｃｍ²(他の膨張室４２の水平方向における断面積の５倍)の空洞を設け、且つ、ラビリンスシール室１２に加圧空気が供給される膨張室５２ａとして、幅(ストランド走行方向の長さ)２０ｍｍ、奥行(ストランド走行路の幅)４００ｍｍ、高さ４０ｍｍ、水平方向における断面積７．６ｃｍ²(他の膨張室５２の水平方向における断面積の５倍)の空洞を設けた。

また、膨張室４２ａは、原料繊維入口部のスリット３０の位置からラビリンスシール室１０の全長に対して２５％(１／４)の位置に設け、且つ、膨張室５２ａも、前駆体繊維出口部のスリット３２の位置からラビリンスシール室１２の全長に対して２５％(１／４)の位置に設けた。

即ち、ストランド４の加熱延伸は、熱処理室６内だけでなく、ラビリンスシール室でも起きるため、膨張室４２ａ及び５２ａの設置位置は、ラビリンスシール室での加熱を有効に利用するために、それぞれ原料繊維入口部のスリット３０になるべく近い位置及び前駆体繊維出口部のスリット３２になるべく近い位置にした。その結果、蒸気延伸熱処理装置２での蒸気消費量は４２１ｋｇ／ｈと少量に抑えることが出来た。

この飽和蒸気での延伸熱処理を行った後、得られた前駆体繊維８を１８０℃のローラーに接触させ、熱セットを行い、冷却ローラーにて降温した後に、ワインダーによりボビンに巻き取った。

(実施例２)
図２に示すように、ラビリンスシール室５８に加圧空気が供給される膨張室５４ａとして、幅(ストランド走行方向の長さ)４７ｍｍ、奥行(ストランド走行路の幅)４００ｍｍ、高さ４０ｍｍ、水平方向における断面積１８ｃｍ²(他の膨張室５４の水平方向における断面積の１２倍)の空洞を設け、且つ、ラビリンスシール室６０に加圧空気が供給される膨張室５６ａとして、幅(ストランド走行方向の長さ)４７ｍｍ、奥行(ストランド走行路の幅)４００ｍｍ、高さ４０ｍｍ、水平方向における断面積１８ｃｍ²(他の膨張室５６の水平方向における断面積の１２倍)の空洞を設けたこと以外は、実施例１と同様にして蒸気延伸熱処理装置の評価を行った。

その結果、蒸気延伸熱処理装置６２での蒸気消費量は３５３ｋｇ／ｈｒと、実施例１よりも更なる改善が見られた。

即ち、矢印２２及び２４に示す方向に加圧空気が供給される膨張室５４ａ及び５６ａとして大きな空洞を設けたことにより、この膨張室５４ａ及び５６ａ内では、供給された加圧空気の圧力を高く保つことが出来るようになると共に、ストランド走行路の幅方向に亘って均一に加圧空気の圧力を保つことが出来るようになり、熱処理室６に供給された加圧蒸気の圧力との圧力バランスが、ストランド走行路の幅方向に亘って適正になった。

このように、加圧空気が供給される膨張室５４ａ及び５６ａとして大きな空洞を設けたことにより、ストランド４の蒸気延伸熱処理工程においては、不適正な圧力バランスに由来する蒸気噴出量が抑えられた。その結果、スリット３０及び３２から噴出する蒸気は少なくなり、作業環境上も良好な状態を維持することが出来た。

(比較例１)
図４に示すように、ラビリンスシール室に加圧気体の供給をしない従来法のラビリンスシール室９０及び９２が設置された蒸気延伸熱処理装置８２を用いたこと以外は、実施例１と同様にして蒸気延伸熱処理装置の評価を行った。その結果、蒸気延伸熱処理装置８２での蒸気消費量は７３５ｋｇ／ｈと、多く、また、スリット１０２及び１０４から噴き出す蒸気量も多く、周囲の作業環境雰囲気も温度が高く、作業環境は悪化した。

(実施例３)
図３に示すように、蒸気延伸熱処理装置７２において、加圧空気が供給される膨張室６４ａを、原料繊維入口部のスリット３０の位置からラビリンスシール室９０の全長に対して６７％(２／３)の位置に設け、且つ、加圧空気が供給される膨張室６６ａを、前駆体繊維出口部のスリット３２の位置からラビリンスシール室９２の全長に対して６７％(２／３)の位置に設けたこと以外は、実施例１と同様にして蒸気延伸熱処理装置の評価を行った。

その結果、ラビリンスシール室９０及び９２での有効加熱延伸長さがやや短くなった。また、熱処理室内に加圧空気の一部が流入し、加熱がやや不足し、これによる単繊維の切断が誘発された。この条件で得られた前駆体繊維から焼成された炭素繊維は、毛羽品位がやや低いものとなった。

この不具合はあるものの、実施例３の蒸気消費量は３２３ｋｇ／ｈｒと低減でき、実施例１よりも更に改善された。

２、６２、７２、８２ 蒸気延伸熱処理装置
４、８４ 原料繊維ストランド
６、８６ 熱処理室
８、８８ 前駆体繊維
１０、１２、５８、６０、６８、７０、９０、９２ ラビリンスシール室
１４、９４ 加圧蒸気の供給方向を示す矢印
１６、９６ 加圧蒸気供給配管
１８ａ、１８ｂ、２０ａ、２０ｂ 加圧気体供給配管
２２、２４ 加圧気体の供給方向を示す矢印
２６、２８、９８、１００ 漏出する気体(又は蒸気)の流れ方向を示す矢印
３０、３２、１０２、１０４ スリット
３４、４４、１０６、１１６ ハウジング上壁
３６、４０、４６、５０、１０８、１１２、１１８、１２２ 仕切板
３８、４８、１１０、１２０ ハウジング下壁
４２、５２、５４、５６、６４、６６、１１４、１２４ 膨張室
４２ａ、５２ａ、５４ａ、５６ａ、６４ａ、６６ａ 加圧気体供給配管が挿入された膨張室

Claims (4)

1. 水平にパスを形成して走行する原料繊維ストランドを蒸気延伸熱処理して炭素繊維製造用前駆体繊維を製造する熱処理室と、その原料繊維入口側及び前駆体繊維出口側に形成したラビリンスシール室とを有する蒸気延伸熱処理装置であって、各ラビリンスシール室が、
   (ａ) 原料繊維又は前駆体繊維がラビリンスシール室に出入りすると共に同繊維が内部を走行する走行路を有するハウジングと、
   (ｂ) 前記ハウジング内の走行路に沿って所定間隔互いに離れてハウジング上壁から垂設した複数の頂部仕切板であって各頂部仕切板の板面方向が走行路と直交してなる頂部仕切板と、
   (ｃ) 前記ハウジング内の走行路に沿って所定間隔互いに離れてハウジング下壁から突出した複数の底部仕切板であって各底部仕切板の板面方向が走行路と直交してなる底部仕切板と、
   を有し、
   (ｂ)及び／又は(ｃ)において、各仕切板間に形成される膨張室の一に加圧気体供給配管が外部から挿入されてなる蒸気延伸熱処理装置。
2. 加圧気体が加圧空気である請求項１に記載の蒸気延伸熱処理装置。
3. 原料繊維入口側のラビリンスシール室における加圧気体供給配管が挿入された膨張室の位置が、原料繊維入口からラビリンスシール室の全長に対して８０％以内の位置であり、且つ、前駆体繊維出口側のラビリンスシール室における加圧気体供給配管が挿入された膨張室の位置が、前駆体繊維出口からラビリンスシール室の全長に対して８０％以内の位置である請求項１に記載の蒸気延伸熱処理装置。
4. 加圧気体供給配管が挿入された膨張室は、その水平方向における断面積が、加圧気体供給配管が挿入されていない膨張室の水平方向における断面積の二倍以上である請求項１に記載の蒸気延伸熱処理装置。

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