JP2013147545A - 再生炭素繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】廃ＣＦＲＰから工業的に実用可能な、高品位な再生炭素繊維を連続的に取り出せ、廃ＣＦＲＰの熱分解のために必要とするエネルギーをできるだけ小さくできるとともに、廃ＣＦＲＰのマトリックス樹脂の熱分解によって生じる未燃ガスによる爆燃を起こらなくすることができる再生炭素繊維の製造方法を提供する。
【解決手段】ロータリーキルン１ａのキルン本体３内を加熱バーナー６によってマトリックス樹脂の熱分解処理温度まで昇温するとともに、投入タイミングに合せて閉じた状態の投入口シャッターを開放して投入部４ａから廃ＣＦＲＰ９ａを投入し、キルン本体の出口側まで廃ＣＦＲＰが搬送される間にマトリックス樹脂を熱分解して炭素繊維からなる熱分解処理残渣９ｂを得、熱分解処理残渣がキルン本体の排出口５１ｂまできたとき、排出タイミングに合せて閉じた状態の排出口シャッター５２を開放し、熱分解処理残渣を排出口から排出するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、再生炭素繊維の製造方法に関する。

高分子系の複合材料である炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」と記す）は、炭素繊維（ＣＦ）がマトリックス樹脂中に分散されていて、軽量である上、比強度や比剛性が高いため、身近なところでは、ゴルフシャフトやテニスラケット、釣竿などに幅広く利用されている。また、最近では大型航空機の翼や胴体など主要構造部材にも使用されている。
かかるＣＦＲＰ製品は、たとえば、手編み法やＲＴＭ（レジントランスファーモールド）法や半硬化状態で提供されるプリプレグをホットプレスすることによって成形・製造される。
しかし、航空機の場合、安全性が非常に重要であるため、特に品質が第一に考えられるため、ＣＦＲＰの歩留まりは５０％と言われる。すなわち、トリミングのため、廃棄される部位も少なくない。また、型に合せて切断された、あるいは期限切れの硬化状態のプリプレグも廃棄される。

上記廃棄されるＣＦＲＰ（以下、「廃ＣＦＲＰ」と記す）は、炭素繊維が通常の状態では不燃であるため、その最終廃棄処理は極めて面倒である。したがって、従来は破砕され、埋め立て処分されていた。
しかし、炭素繊維はその製造時に多くのエネルギーを消費するだけに、上記のように処分するのは、非常に無駄が多く、再利用が望まれている。

そこで、廃ＣＦＲＰから再生炭素繊維を得る方法として、廃ＣＦＲＰを高温不活性ガス雰囲気中に放置し、無酸素状態で廃ＣＦＲＰ中のマトリックス樹脂を熱分解する方法（たとえば、特許文献１）や、内部に予熱ゾーン、加熱ゾーン、冷却ゾーンを順に備え、予熱ゾーン側に設けられた導入口から冷却ゾーン側に設けられた排出口まで貫通するように、無端のメッシュベルトが配置されトンネル状をした電気炉内を有酸素雰囲気の状態で導入口からメッシュベルトを介して廃ＣＦＲＰを電気炉内に導入し、導入された廃ＣＦＲＰがメッシュベルトによって排出口まで搬送される間に廃ＣＦＲＰのマトリックス樹脂を熱分解する方法（たとえば、特許文献２，３）が既に提案されている。

特開2005-307121号公報 特開2008-285600号公報 特開2008-285601号公報

しかしながら、特許文献１の方法の場合、８００℃にも達する高温下で熱分解させた場合、得られる熱分解処理残渣（ＣＦＲＰ残材）に、炭素繊維以外にマトリックス樹脂を構成していた炭素（Ｃ）が多量に残り、この残った炭素が、熱分解処理残渣中の炭素繊維を互いにくっ付けてしまう。そのため、後工程で炭素繊維を一本一本解すことができず、塊状のものを多く含むものとなってしまう。したがって、上記方法では、再生炭素繊維（ＲＣＦ）の回収歩留まりが悪いものとなってしまう。
また、燃焼を避ける程度の低／無酸素下でのマトリックス樹脂の熱分解は極めて時間を有する。しかも、連続的に処理しようとした場合、廃ＣＦＲＰの投入、排出口からの空気の流入が避けられず、酸素濃度を緻密に制御することは難しい。加えて、高温・低酸素状態の未燃ガスが充満した炉中に酸素が流入した場合、急速な燃焼（＝爆燃）も避けられず、時として炉の破損や、人身事故も起こる危険がある。

一方、特許文献２，３の方法の場合のように、有酸素雰囲気下で、熱分解温度を４００℃以上にすれば、炭素（Ｃ）と酸素(Ｏ)で構成されるマトリックス樹脂の多くは、二酸化炭素（ＣＯ₂）もしくは一酸化炭素（ＣＯ）となって炭素繊維表面から霧散する。したがって、熱分解完了後に残った熱分解処理残渣を解繊機械にかければ、うまく一本一本が解繊された状態の再生炭素繊維として取り出すことができる上、繊維強度の低下は小さい。また、熱分解温度を５５０℃以上にすれば、解繊機械を用いることなく、手もみによっても解繊できる。そして、８００℃までなら酸化による炭素繊維表面の損傷も小さく、剛性低下も少ない。因みに、廃ＣＦＲＰの電気炉を用いた高温雰囲気下での熱分解試験によれば、７００℃、大気圧下（酸素濃度２１重量％）でもバージン材（たとえば、東レ社製トレカT800 ）の１／５〜１／３である７００〜１０００ＭPa程度の引張り強度を有する。
しかし、電気炉中、この条件で廃ＣＦＲＰのマトリックス樹脂を安定的かつ連続的に熱分解することは難しい。すなわち、特許文献２，３のような電気炉中では、廃ＣＦＲＰ表面の、電気ヒーターから放射される熱線があたる部分が集中的に加熱され、廃ＣＦＲＰの内部までなかなか加熱されない。その上、大気圧条件下（酸素濃度２１重量％）では爆発の危険性さえ存在する熱分解ガスの急激な燃焼を避けることができない。そして、このような燃焼が始まれば、炉内の温度は急激に高くなり、９００℃以上にも達し、得られる炭素繊維は、再生炭素繊維としての使用に性能を満足しないおそれがでてくる。

本発明は、上記事情に鑑みて、廃ＣＦＲＰから工業的に実用可能な、高品位な再生炭素繊維を連続的に取り出せ、廃ＣＦＲＰの熱分解のために必要とするエネルギーをできるだけ小さくできるとともに、廃ＣＦＲＰのマトリックス樹脂の熱分解によって生じる未燃ガスによる爆燃を起こらなくすることができる再生炭素繊維の製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる再生炭素繊維の製造方法（以下、「本発明の製造方法」と記す）は、炭素繊維をマトリックス樹脂中に含む廃ＣＦＲＰを加熱して、この廃ＣＦＲＰ中のマトリックス樹脂を熱分解処理し、処理後に残った炭素繊維を再生炭素繊維として得る再生炭素繊維の製造方法であって、ロータリーキルンの投入口側から筒状をしたキルン本体内に前記廃棄炭素繊維強化プラスチックを投入し、キルン本体内で前記廃棄炭素繊維強化プラスチックを転動させながらキルン本体の排出口側へ搬送する間に前記マトリックス樹脂を加熱分解処理することを特徴としている。

本発明の製造方法において、マトリックス樹脂としては、特に限定されないが、ＵＰ（不飽和ポリエステル）樹脂、ＥＰ（エポキシ）樹脂、ＰＦ（フェノール）樹脂、ＶＥ（ビニルエステル）樹脂等の熱硬化性樹脂、ＰＰ（ポリプロピレン）樹脂、ＰＥ（ポリエチレン）樹脂、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）樹脂、ＰＡ（ポリアミド）樹脂、及びＰＣ（ポリカーボネート）樹脂等の熱可塑性樹脂が挙げられる。

本発明の製造方法において、マトリックス樹脂を加熱分解処理するとは、マトリックス樹脂が燃焼する以外に低分子の燃焼性ガスに分解されることを含む。
ロータリーキルンは、外燃式でも内燃式でも構わない。

本発明の製造方法は、特に限定されないが、キルン本体内でマトリックス樹脂の燃焼温度が８００℃以下に抑止するように制御しながら加熱分解処理することが好ましい。
すなわち、有酸素雰囲気下で廃ＣＦＲＰが１０分以上８００℃を超えた雰囲気に晒されると、再生炭素繊維の品質低下を招く恐れがある。また、加熱分解によって発生した未燃ガスがキルン本体内あるいは投入口や排出口付近で爆燃して作業者を危険にさらす恐れがある。

本発明の製造方法において、上記のように、燃焼温度を８００℃以下に制御する方法としては、特に限定されないが、投入口や排出口からの空気の入り込みを制限してキルン内の酸素濃度を１５％以下、好ましくは１２．５％以下に保持する方法や、キルン本体内に空気等の冷却ガスや冷却水を必要に応じて供給する方法、これらを併用する方法などを用いることができる。
なお、冷却水を供給する方法としては、特に限定されないが、例えば、キルン本体内を臨むように噴霧ノズルを備えた冷却水配管を設け、噴霧ノズルから霧状にして噴霧する方法が挙げられる。

キルン本体内に投入される廃ＣＦＲＰは、投入口を介してキルン本体内に投入できれば、その大きさは特に限定されない。したがって、投入口を通過しない大きなものに関しては、あらかじめ裁断または破砕して投入口を通過可能な大きさにしておく必要がある。
投入口の大きさは、特に限定されないが、その開口面積が、キルン本体を中心軸に直交する面で切断したキルン本体の内断面積の１０〜７０％が好ましく、２０〜５０％がより好ましい。すなわち、開口面積が小さすぎると、投入される廃ＣＦＲＰの大きさを小さくせざるを得ず、再生炭素繊維の製造効率が悪くなるおそれがあり、開口面積が大きすぎると、投入口から大気が大量に入り込み、マトリックス樹脂の燃焼温度が必要以上に高温になる恐れや、投入口で未燃ガスが爆燃する恐れがある。

本発明の製造方法は、特に限定されないが、上記ロータリーキルンが、開閉自在な投入口シャッターを有し、前記キルン本体入口への廃ＣＦＲＰの投入口と、開閉自在な排出口シャッターを有し、前記キルン本体出口まで送られてきた前記熱分解処理残渣を外部に排出する排出口と、前記キルン本体内を加熱する加熱バーナーとを備える内燃式であって、前記投入口からの廃ＣＦＲＰの投入タイミングに合せて前記投入口シャッターを開放し、前記排出口からの熱分解処理残渣の排出タイミングに合せて前記排出口シャッターを開放する構成とすることが好ましい。
すなわち、上記構成とすれば、廃ＣＦＲＰの投入口からの投入時あるいは熱分解処理残渣の排出口からの排出時以外、キルン本体内をほぼ閉空間とすることができるので、以下のようなより優れた効果を期待できる。
なお、投入口からの空気流入が少なく、廃ＣＦＲＰが８００度を超えない範囲で燃焼し、爆燃の発生する恐れがない場合、開閉自在なシャッターは除くことができる。排出口についても、その付近のキルン内酸素濃度が１５％を超えることなく、爆燃の発生する恐れがない場合、開閉自在なシャッターは除いてもよい。
（１）キルン本体内の雰囲気を管理でき、廃ＣＦＲＰから、剛性の劣化が小さい、工業的に実用可能な、高品位な再生炭素繊維を連続的に取り出すことができる。
（２）廃ＣＦＲＰのマトリックス樹脂の熱分解のために必要とするエネルギーをできるだけ小さくすることができる。
（３）廃ＣＦＲＰのマトリックス樹脂の熱分解によって生じる未燃ガスによる爆燃を防止することができ、作業員の安全を確保することができる。

本発明の製造方法は、特に限定されないが、上記ロータリーキルンを、キルン本体の中心軸が傾斜し、キルン本体の傾斜上端側が投入口を有する投入部に、傾斜下端側が排出口を有する排出部にそれぞれ前記中心軸周りに回転自在に支持され、前記投入部の内部空間および排出部の内部空間とキルン本体内とが連通するように形成するとともに、
前記キルン本体側から前記投入部の内部空間内に入り込んだガスを投入部の投入口より上方から排気する構成としてもよい。
すなわち、上記構成とすることによって、キルン本体内から投入部に入ったガス中に含まれる未燃ガスが投入口付近で爆燃することを回避でき、作業者の安全性をより高くすることができる。
また、ロータリーキルンには、必要に応じて、キルン本体内の酸素濃度を調整するためにキルン本体内に外気を供給する空気供給経路を設けるもようにしてもよい。

また、上記投入部は、キルン本体の傾斜上端側を回転自在に支持し上記内部空間を形成する繋ぎ筒と、一部に投入口を有するとともに、前記繋ぎ筒の筒中心より中心軸が下方にオフセットされた状態で一端部が前記繋ぎ筒内に臨むように設けられた筒状をした投入部本体とを備えている構成とすることが好ましい。
すなわち、上記構成とすることによって、回転するキルン本体内で廃ＣＦＲＰが安定的に螺旋状に回転しながら搬送されるとともに、未燃ガスを含む排ガスが投入口から大気中に漏れ出ることを防止することができる。

また、本発明の製造方法は、投入部の投入口より上方に設けられた排気口から排気された未燃ガスをキルン本体外で燃焼させて燃焼熱を燃焼ガスとともにキルン本体内に送り、キルン本体内を加熱することが好ましい。
すなわち、キルン本体内の加熱するエネルギー効率を向上させることができる。

また、本発明の製造方法は、５０℃以下かつ酸素濃度が１５％以下の人体に無害な冷却ガスを排出部の内部空間に供給し、前記内部空間内で熱分解処理残渣を冷却するとともに、少なくとも排出口近傍をロータリーキルン外より正圧にする構成としてもよい。
すなわち、上記冷却ガスによって、排出口近傍を温度が低く燃焼しにくい雰囲気にするとともに、熱分解処理残渣をロータリーキルン外に排出する際に排出口から空気の入り込みを防止して、排出口近傍での爆燃を防止して、作業者の安全性をより高くすることができる。

上記冷却ガスとしては、特に限定されないが、コスト面を考慮すると、上記排気口から排気された未燃ガスをキルン本体外で燃焼させて得られた完全燃焼ガスおよび前記未燃ガスとともに前記排気口から排気された完全燃焼ガスを用いることが好ましい。

本発明の製造方法は、上記加熱バーナーを、キルン本体内の廃ＣＦＲＰに、炎が直接当たらない位置に設けることが好ましい。
すなわち、炎が廃ＣＦＲＰに直接あたると、廃ＣＦＲＰが必要以上に加熱されて再生炭素繊維の品質低下を招くおそれがある。

なお、加熱バーナーによる加熱は、キルン本体内の廃ＣＦＲＰの燃焼温度にあわせてＯＮ―ＯＦＦさせてもよい。
すなわち、先にキルン本体内で自燃状態になった廃ＣＦＲＰの燃焼熱によってキルン本体内が加熱されて加熱バーナーによる加熱が不要になる場合がある。

また、本発明の製造方法においては、固形燃料をキルン本体内で燃焼させてキルン本体内を加熱処理温度まで昇温したのち、廃ＣＦＲＰをキルン本体内に投入するようにしてもよい。
すなわち、キルン本体を処理温度まで速く加熱することができる。

なお、本発明の製造方法において、熱分解処理残渣排出口から排出された熱分解処理残渣は、通常、塊状になっているので、塊を手でほぐす、あるいは、カード機や解繊機にかけて一本一本に解いて再生炭素繊維とする。

本発明の製造方法で得られる再生炭素繊維は、特に限定されないが、たとえば、以下のようなものに利用できる。
（ａ）高分子系バインダーと混織された不織布
（ｂ）紙漉き技術により製造される不織布
（ｃ）ＰＡやＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）樹脂など、熱可塑性エンジニアリングプラスチックスの射出成形用ペレットの強化材
（ｄ）紙漉き技術により製造される不織布を用いたＳＭＣ（シートモールディングコンパウンド）
（ｅ）解繊工程で得られる、長さ１ｍｍ以下の短繊維を用いたＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）

本発明の製造方法は、以上のように、炭素繊維をマトリックス樹脂中に含む廃棄炭素繊維強化プラスチックを加熱して、この廃棄炭素繊維強化プラスチック中のマトリックス樹脂を熱分解処理し、処理後に残った炭素繊維を再生炭素繊維として得る再生炭素繊維の製造方法であって、ロータリーキルンの投入口側から筒状をしたキルン本体内に前記廃棄炭素繊維強化プラスチックを投入し、キルン本体内で前記廃棄炭素繊維強化プラスチックを転動させながらキルン本体の排出口側へ搬送する間に前記マトリックス樹脂を加熱分解処理するようにしたので、廃ＣＦＲＰが全周からほぼ均一に近い状態で加熱される。したがって、廃ＣＦＲＰの表面だけではなく内部まで迅速に加熱して安定した熱分解状態を維持することができる。

本発明の製造方法の第１の実施の形態に用いる内燃式ロータリーキルンの概略説明図である。 図１の内燃式ロータリーキルンを投入部側から見た図である。 本発明の製造方法の第２の実施の形態に用いる内燃式ロータリーキルンの概略説明図である。

以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明の製造方法の第１の実施の形態に用いる再生炭素繊維製造装置を模式的にあらわしている。

図１に示すように、この再生炭素繊維製造装置Ａは、内燃式ロータリーキルン１ａ、搬送コンベアー２を備えている。
内燃式ロータリーキルン１ａは、キルン本体３と、投入部４ａと、排出部５とを備えている。

キルン本体３は、回転軸である中心軸３ｃが傾斜し、この中心軸３ｃを中心にして回転するように、架台３０，３０によって回転自在に支持されている。
また、キルン本体３の傾斜上端側には、加熱バーナー６が、その炎噴出し口を後述する投入部本体４２より上方に配置した状態で、投入部４ａの繋ぎ筒４１を貫通して設けられている。

加熱バーナー６は、後述する投入部本体４２の上方位置で、すなわち、その先端の炎噴出し口から出る炎がキルン本体３内に投入された廃ＣＦＲＰ９ａに直接当たらない位置に配置されている。
加熱バーナー６の燃料は、天然ガスなどの気体燃料や重油などの液体燃料が用いられる。

投入部４ａは、繋ぎ筒４１と、投入部本体４２とを備えている。
繋ぎ筒４１は、キャップ状をしていて、キルン本体３の傾斜上端側が中心軸３ｃを中心に回転可能に嵌り込んでいる。
すなわち、キルン本体３と繋ぎ筒４１の内部空間４１ａとは連通した状態になっている。
また、繋ぎ筒４１は、その上端に内部空間４１ａと連通する排気口４１ｂを備えている。

投入部本体４２は、キルン本体３より小径で、一端が開放され、他端が蓋部４２ａで閉じられた有底筒状をしている。
そして、投入部本体４２は、蓋部４２ａ側が投入部本体４２より外側に突出し、開放端側が内部空間４１内を介してキルン本体３内を臨むとともに、筒の中心軸がキルン本体３の中心軸３ｃより下側にオフセットされた状態となるように設けられている。すなわち、投入部本体４２は、廃ＣＦＲＰ９ａが、投入部本体４２からキルン本体３の加熱バーナー６の炎が直接当たらない位置に，常に投入できる。また、排ガスが投入口４４から排出されることが防止される。

投入部本体４２は、突き出し具４３と、図２に示す投入口４４とを備えている。
突き出し具４３は、蓋部４２ａを貫通して外部に突出する突き出し棒４３ａを操作することによって、作用部４３ｂがキルン本体３側に進退するようになっている。
投入口４４は、投入部本体４２の筒の側壁面に設けられていて、開閉自在なシャッター４４ａを備えている。

排出部５は、排出部本体５１と、シャッター５２とを備えている。
排出部本体５１は、下方に排出口５１ｂを備えた筒状をしていて、キルン本体３の傾斜下端が、筒の上端側壁面を貫通し、内部空間５１ａ内に臨み、中心軸３ｃを中心に回転可能に嵌り込んでいる。
シャッター５２は、排出口５１ｂを下方から閉鎖するとともに、熱分解処理残渣９ｂが排出部本体５１内に一定レベル以上貯まると開放されて、一定レベル以下（０を含む）になると閉鎖状態に戻るように設けられている。
なお、レベルは、図示していないが、例えば、耐熱性を備えた光学センサーを排出部本体５１に設けることで検出することができる。

搬送コンベアー２は、搬送面が排出口５１ｂを下方から臨み、排出口５１ｂから排出された熱分解処理残渣９ｂを受けて、解繊機等に搬送するようになっている。

また、この再生炭素繊維製造装置Ａは、アフターバーナー７ａと、燃焼ガス供給配管７ｂと、クーラー７ｃと、水噴霧配管７ｄと、冷却空気供給配管７ｅとを備えている。
アフターバーナー７ａは、排気口４１ｂに接続されていて、排気口４１ｂから排気された未燃ガスを完全燃焼させるようになっている。

燃焼ガス供給配管７ｂは、一端がアフターバーナー７ａに接続され、他端が排出部本体５１を貫通して、キルン本体３の傾斜下端側でキルン本体３の内部に臨んでいる。
また、燃焼ガス供給配管７ｂは、アフターバーナー７ａ近傍で第１バルブ７１を介して排気筒７１ａに分岐接続されているとともに、中間部で第２バルブ７２を介して、不活性ガス供給配管７３に分岐されている。

不活性ガス供給配管７３は、中間部にクーラー７ｃを備えているとともに、先端部が排出部本体５１内に臨んでいる。
第１バルブ７１および第２バルブ７２は、三方弁になっている。

水噴霧配管７ｄは、排出部本体５１を介して噴霧部がキルン本体３内に臨み、必要に応じて、水をキルン本体３内に細かい霧状にして噴霧できるようになっている。
冷却空気供給配管７ｅは、排出部本体５１を介して供給口が、キルン本体３内に臨み、必要に応じて冷却空気をキルン本体３内に供給できるようになっている。

次に、上記再生炭素繊維製造装置Ａを用いた再生炭素繊維の製造方法の一例をその工程順に説明する。
（１）加熱バーナー６を用いて、キルン本体３内を、平均酸素濃度（キルン本体３の中央部と排出口側端部での測定データの平均）が１２．５％以下の雰囲気に保ちながら熱分解処理温度まで昇温する。
なお、このとき、第１バルブ７１および第２バルブ７２を操作して排気口４１ｂを介して排気された高温の燃焼ガスが、燃焼ガス供給配管７ｂを介してキルン本体３内に供給されるようにしておく。すなわち、燃焼ガスの廃熱がキルン本体３内に入り込んで、昇温が早まるようにしておく。
熱分解処理温度は、廃ＣＦＲＰ９ａがキルン本体３の入口からキルン本体３の全長の１／３〜１／２位置まで送られてきたときに、廃ＣＦＲＰ９が自燃を始め、キルン本体３の出口に達したときに安定的に熱分解が持続する状態となっているように設定され、マトリックス樹脂の種類や炭素繊維の配合割合等によって適宜決定されるが、５５０℃〜６００℃とすることが好ましい。
（２）昇温後、第２バルブ７２を切り替え、完全燃焼ガスが５０℃以下になるようにクーラー７ｃで冷却したのち、排出部本体５１内に供給されるようにするとともに、アフターバーナー７ａを点火する。
なお、完全燃焼ガスは、排出部本体５１内がロータリーキルン１ａ外の大気圧より正圧となるように排出部本体５１内に供給される。
（３）投入タイミングにあわせて閉じられた状態の投入口シャッター４４ａを開放状態とし、廃ＣＦＲＰ９ａを投入部本体４２内に投入する。
（４）廃ＣＦＲＰ９ａの投入部本体４２内への投入完了後、直ちに投入口シャッター４４ａを閉じる。
（５）突き出し具４３の突き出し棒４３ａを操作して、廃ＣＦＲＰ９ａを投入部本体４２側からキルン本体３方向に突き出して、キルン本体３内に廃ＣＦＲＰ９ａを投入する。
投入された廃ＣＦＲＰ９ａは、キルン本体３の回転に伴って、キルン本体３の出口側（排出部５側）に向かって搬送される間にキルン本体３内で熱分解処理温度まで加熱され、マトリックス樹脂が熱分解処理され、キルン本体３の出口側に達した時点では、マトリック樹脂が分解処理されて、ほぼ炭素繊維のみからなる塊状をした熱分解処理残渣９ｂとなる。
なお、キルン本体３内では、加熱バーナー６の炎が廃ＣＦＲＰ９ａに直接当たらないので、マトリックス樹脂は、加熱バーナー６の炎によって、熱分解処理温度を超える高温になって燃え上がることがない。
（６）キルン本体３出口まで達した熱分解処理残渣９ｂを排出部本体５１内に落とし込むとともに、排出部本体５１内に熱分解処理残渣９ｂが落とし込まれて排出部本体５１内に一定レベル以上の熱分解処理残渣９ｂが貯まると、不活性ガス配管７３から排出部本体５１内に不活性ガスを供給すると同時に閉じられた状態の排出口シャッター５２を開放状態とし、排出口５１ｂを介して内燃式ロータリーキルン１ａ外に排出して搬送コンベアー２上に受けさせる。
（７）貯まっていた熱分解処理残渣９ｂが搬送コンベアー２上に受けられると同時に排出口シャッター５２を閉じる。
（８）搬送コンベアー２に受けられた熱分解処理残渣９ｂを解繊機等に搬送し、塊をほぐしてほぼ１本１本の繊維（素線）に分離された再生炭素繊維を得る。
なお、搬送コンベアー２に受けられた熱分解処理残渣９ｂは、その温度が８０℃を超えている
場合、８０℃以下に空冷された後、解繊機により素線化される。

この再生炭素繊維の製造方法は、以上のように構成されているので、以下のような効果を備えている。
（１）廃ＣＦＲＰ９ａがキルン本体３内を転動搬送されるので、廃ＣＦＲＰ９ａのサイズが大きい場合においても、表面から内部にかけて部位の違いによる熱分解温度の差が少なくなる。したがって、均質かつ長繊維の再生炭素繊維を得ることができる。特に廃ＣＦＲＰ９ａがキルン本体３内で自燃状態になった際にその効果が大きくなる。

（２）廃ＣＦＲＰ９ａの投入口４４からの投入時あるいは熱分解処理残渣９ｂの排出口５１ｂからの排出時以外、キルン本体３内をほぼ閉空間とすることができる。
すなわち、キルン本体３内の雰囲気を緻密に管理できるので、廃ＣＦＲＰ９ａから、剛性の劣化は小さい、工業的に実用可能な、高品位な再生炭素繊維を連続的に安定して取り出すことができる。
また、廃ＣＦＲＰ９ａのマトリックス樹脂の熱分解のために必要とするエネルギーをできるだけ小さくすることができる。

（３）廃ＣＦＲＰ９ａのマトリックス樹脂の熱分解によってキルン本体３内で発生する未燃ガスを、繋ぎ筒４１の排気口４１ｂから排気するようにしたので、投入口４４での未燃ガスの急速な燃焼による爆燃を防止することができ、作業員の安全を確保することができる。

（４）排気口４１ｂから排出された未燃ガスをアフターバーナー７ａで完全燃焼させるようにしたので、環境にやさしい。

（５）キルン本体３内の燃焼ガスをキルン本体３内に再び戻すようにしたので、燃焼熱を有効利用することができ、エネルギーコストを低減できる。

（６）キルン本体３内で発生する未燃ガスをアフターバーナー７ａで完全燃焼させたガスおよびキルン本体３内で発生する完全燃焼ガスを不活性ガスとして用いたので、別途不活性ガスを用意する必要がなく、低コスト化を図ることができる。

（７）排出部本体５１内を大気圧より正圧としたので、排出口５１ｂを開放しても酸素を含む外気が排出部本体５１内に入り込まない。すなわち、もし、万一、排出部本体５１内に未燃ガスが残っていても、排出部本体５１内で未燃ガスの急速な燃焼による爆燃を防止することができ、作業員の安全を確保することができる。
なお、図１中、３３はキルン本体３内の温度を測定する温度測定装置（たとえば、熱電対）である。

（８）シャッター５２が開放されるタイミングに合わせて不活性ガス配管７３から排出部本体５１内に不活性ガスが供給されるので、排出口５１ｂからキルン本体３側へ不必要に空気がはいるのをより防止することができる。

図３は、本発明の製造方法の第２の実施の形態に用いる再生炭素繊維製造装置を模式的にあらわしている。

図３に示すように、この再生炭素繊維製造装置Ｂは、内燃式ロータリーキルン１ｂが、以下に説明する点で上記再生炭素製造装置Ａの内燃式ロータリーキルン１ａと相違し、その他の点では、上記再生炭素繊維製造装置Ａと基本的に同じ構成をしている。したがって、上記再生炭素繊維製造装置Ａと同じ構成部分は、再生炭素繊維製造装置Ａと同じ符号を付し、説明を省略する。

すなわち、図３に示すように、この内燃式ロータリーキルン１ｂは、投入部本体４６が本体の後端に投入口４６ａを備え、この投入口４６ａがシャッター４６ｂを備えるとともに、投入部本体４６に突き出し具４４が設けられていない点で、内燃式ロータリーキルン１ａと相違する。
なお、投入口４６ａは、キルン本体３の内断面の１０〜５０％(好ましくは１５〜２０％)の開口面積を備えている。

また、この内燃式ロータリーキルン１ｂは、燃焼ガス供給配管７ｆが排気口４１ｂに直接接続され、排気筒７４が燃焼ガス供給配管７ｆの排気口４１ｂの近傍に設けられた三方バルブ７３を介して燃焼ガス供給配管７ｆに分岐接続されていて、アフターバーナー７ａが排気筒７４の中間部に設けられている点で、内燃式ロータリーキルン１ａと相違する。

さらに、この内燃式ロータリーキルン１ｂは、クーラー７ｃおよび水噴霧配管７ｄが設けられていない点で、内燃式ロータリーキルン１ａと相違する。
なお、図３中、７ｇは冷却空気供給配管である。

つぎに、この再生炭素繊維製造装置Ｂを用いた再生炭素繊維の製造方法の一例を説明する。
この製造方法は、図３に示すように、キルン本体３の出口側に火のついた固形燃料Ｆおよび廃ＣＦＲＰ９ａを投入し、固形燃料Ｆによって廃ＣＦＲＰ９ａを自燃させて、キルン本体３内を加熱するとともに、加熱バーナー６を点火するようになっているとともに、昇温後、三方バルブ７３を切り替えて、未燃ガスをアフターバーナー７ａで燃焼させて大気中に放出させ、完全燃焼ガスを不活性ガスとして排出部本体５１内に供給しない以外は、上記再生炭素繊維製造装置Ａを用いた再生炭素繊維の製造方法とほぼ同じになっている。

本発明は、上記の実施の形態に限定されない。例えば、上記の実施の形態では、排出部本体５１の排出口５１ａを開閉するシャッター５２を設けていたが、このシャッター５２とともに、排出部本体５１内を上下に仕切る仕切りシャッターを別途設け、この仕切りシャッター上に熱処理済み廃ＣＦＲＰ９ｂが一定レベル以上貯まると、仕切りシャッターが開放されて、貯まった熱処理済み廃ＣＦＲＰ９ｂをシャッター５２上に落とし、仕切りシッターが再び閉じた後に、シャッター５２が開放されるようにしてもよい。

以下に、本発明の具体的な実施例を比較例と対比させて説明する。

（実施例１）
キルン本体３が、以下のような構成となった図１に示すようなロータリーキルン１ａを用いて以下の条件で再生炭素繊維を製造した。
〔キルン本体〕
内径３０ｃｍ、長さ２２０ｃｍ、傾斜角１５度
〔製造条件〕
廃ＣＦＲＰ：１ｃｍの厚さの炭素繊維入りプリプレグ（マトリックス樹脂は不飽和ポリエステル樹脂）を重ね合わせて成形した角材（カーボン繊維体積含有率＝ 65 %）から１０ｃｍ （幅）× ２０ｃｍ （高さ）× 長さ１０ｃｍに切り出したもの
キルン本体内の熱処理温度：５００℃
キルン本体の回転速度：１５rpm
廃ＣＦＲＰのキルン本体内滞留時間：２５分
キルン本体内の平均酸素濃度： １１％
キルン本体内投入口酸素濃度： １３％
上記製造条件で排出口から排出された熱分解処理残渣は、不完全ではあるが、上記プリプレグの接合界面で層分離した状態になっていた。しかし、完全に層分離させるには、手作業による補助が必要であった。また、マトリックス樹脂未燃残渣がある程度残っており、通常のピンローラ式解繊機（(有)竹内製作所製）を用いて解繊したところ、解繊には大きな力を必要とした。ただし、回収できた再生炭素繊維は、バージン材の８０％以上の強度を有するものであった。

（実施例２）
キルン本体内の熱処理温度を５５０℃、キルン本体の回転速度を２０rpm、廃ＣＦＲＰのキルン本体内滞留時間を２０分とした。
キルン本体内の平均酸素濃度： １３％
キルン本体内投入口酸素濃度： １８％
以外は、実施例１と同様にして再生炭素繊維を製造した。
排出口から排出された熱分解処理残渣は、実施例１のものより層分離が進んでいた。しかし、マトリックス樹脂未燃残渣が実施例１のものに比べ少ないものの残っており、完全に層間剥離するには、少し手作業による補助が必要であった。
また、熱分解処理残渣を、上記ピンローラ式解繊機を用いて解繊したところ、容易に１０ｃｍ以上の再生炭素繊維が回収できた。回収できた再生炭素繊維は、バージン材の４０％以上の強度を有するものであった。

（実施例３）
キルン本体内の熱処理温度を６００℃とした以外は、実施例２と同様にして再生炭素繊維を製造した。
排出口から排出された熱分解処理残渣は、実施例２のものより層分離が進んでおり、手で容易に層間剥離できた。また、マトリックス樹脂未燃残渣は実施例２のものに比べ少ないものの少し残っていた。
また、熱分解処理残渣を、上記ピンローラ式解繊機を用いて解繊したところ、１５ｃｍ以上の再生炭素繊維が容易に回収できた。回収できた再生炭素繊維は、バージン材の３０％以上の強度を有するものであった。

（実施例４）
キルン本体内の熱処理温度を７００℃、キルン本体の回転速度を２５rpm、廃ＣＦＲＰのキルン本体内滞留時間を１５分とした以外は、実施例２と同様にして再生炭素繊維を製造した。
排出口から排出された熱分解処理残渣は、実施例３のものよりさらに層分離が進んでおり、マトリックス樹脂未燃残渣は幾らか認められるが、自然に層間剥離した。
また、熱分解処理残渣を、上記ピンローラ式解繊機を用いて解繊したところ、５ｃｍ以上の再生炭素繊維が容易に回収できた。回収できた再生炭素繊維は、バージン材の２５％以上の強度を有するものであった。

（比較例１）
実施例１と同様に廃ＣＦＲＰを初期温度が５００℃に保持された電気炉（５０ｃｍ×５０ｃｍ×５０ｃｍ ）内に投入したところ、マトリックス樹脂の熱分解により 、未燃ガスが大量に発生し、空気（酸素）の遮断が無いので、１０分後にマトリックス樹脂に着火して廃ＣＦＲＰが自燃状態となり、その結果熱分解温度の制御ができず、炉内温度は ８５０℃ 以上に上昇した。２５分後熱分解処理残渣を炉内から取り出し、熱分解処理残渣を、上記ピンローラ式解繊機を用いて解繊したところ、回収できた再生炭素繊維は、バージン材の２０％以下の強度しかなかった。解繊された再生炭素繊維の長さも２０ｍｍ以下が９０％以上となった。

（比較例２）
廃ＣＦＲＰを初期温度が６００℃に保持された比較例１と同様に電気炉内に投入したところ、マトリックス樹脂の熱分解により 、未燃ガスが大量に発生し、空気（酸素）の遮断が無いので、５分後にマトリックス樹脂に着火して廃ＣＦＲＰが自燃状態となり、その結果熱分解温度の制御ができず、炉内温度は ８５０℃ 以上に上昇した。２０分後熱分解処理残渣を炉内から取り出し、熱分解処理残渣を、上記ピンローラ式解繊機を用いて解繊したところ、回収できた再生炭素繊維は、バージン材の２０％以下の強度しかなかった。解繊された再生炭素繊維の長さも２０ｍｍ以下が９０％以上となった。

本発明は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態では、加熱バーナーの炎がキルン本体内の廃ＣＦＲＰに直接当たらないようになっていたが、短時間であれば、炭素繊維の特性をそれほど損なうことがないので、一時的にあたるような構造であっても構わない。
また、上記の実施の形態では、ロータリーキルンが内燃式であったが、外燃式のものを用いることも可能である。また、外燃式ロータリーキルンを用いる場合、加熱手段は電熱式でよい。

Ａ，Ｂ 再生炭素繊維製造装置
１ａ，１ｂ 内燃式ロータリーキルン
２ 搬送コンベアー
３ キルン本体
３ｃ 中心軸（キルン本体３）
３０ 架台
３３ 温度測定装置
４ａ，４ｂ 投入部
４１ 繋ぎ筒
４１ａ 内部空間
４１ｂ 排気口
４２ 投入部本体
４２ａ 蓋部
４３ 突き出し具
４３ａ 突き出し棒
４３ｂ 作用部
４４ 投入口
４４ａ シャッター
４６ 投入部本体
４６ａ 投入口
４６ｂ シャッター
５ 排出部
５１ 排出部本体
５１ａ 内部空間
５１ｂ 排出口
５２ シャッター
６ 加熱バーナー
７ａ アフターバーナー
７ｂ 燃焼ガス供給配管
７ｃ クーラー
７ｄ 水噴霧配管
７ｅ 冷却空気供給配管
７ｆ 燃焼ガス供給配管
７ｇ 冷却空気供給配管
７１ 第１バルブ
７１ａ 排気筒
７２ 第２バルブ
７３ 不活性ガス供給配管
７４ 三方バルブ
７５ 排気筒
９ａ 廃ＣＦＲＰ
９ｂ 熱分解処理残渣

Claims (10)

1. 炭素繊維をマトリックス樹脂中に含む廃棄炭素繊維強化プラスチックを加熱して、この廃棄炭素繊維強化プラスチック中のマトリックス樹脂を熱分解処理し、処理後に残った炭素繊維を再生炭素繊維として得る再生炭素繊維の製造方法であって、
   ロータリーキルンの投入口側から筒状をしたキルン本体内に前記廃棄炭素繊維強化プラスチックを投入し、キルン本体内で前記廃棄炭素繊維強化プラスチックを転動させながらキルン本体の排出口側へ搬送する間に前記マトリックス樹脂を加熱分解処理することを特徴とする再生炭素繊維の製造方法。
2. キルン本体内でマトリックス樹脂の燃焼温度が８００℃以下に抑止するように制御しながら加熱分解処理する請求項１に記載の再生炭素繊維の製造方法。
3. 上記ロータリーキルンが、
   開閉自在な投入口シャッターを有し、前記キルン本体入口への廃棄炭素繊維強化プラスチックの投入口と、
   開閉自在な排出口シャッターを有し、前記キルン本体出口まで送られてきた前記熱分解処理残渣を外部に排出する排出口と、
   前記キルン本体内を加熱する加熱バーナーと、を備える内燃式であって、
   前記投入口からの廃棄炭素繊維強化プラスチックの投入タイミングに合せて前記投入口シャッターを開放し、前記排出口からの熱分解処理残渣の排出タイミングに合せて前記排出口シャッターを開放する請求項１または請求項２に記載の再生炭素繊維の製造方法。
4. 上記ロータリーキルンを、キルン本体の中心軸が傾斜し、キルン本体の傾斜上端側が投入口を有する投入部に、傾斜下端側が排出口を有する排出部にそれぞれ前記中心軸周りに回転自在に支持され、前記投入部の内部空間および排出部の内部空間とキルン本体内とが連通するように形成するとともに、
   前記キルン本体側から前記投入部の内部空間内に入り込んだガスを投入部の投入口より上方から排気する請求項１〜請求項３のいずれかに記載の再生炭素繊維の製造方法。
5. 上記投入部が、キルン本体の傾斜上端側を回転自在に支持し上記内部空間を形成する繋ぎ筒と、
   一部に投入口を有するとともに、前記繋ぎ筒の筒中心より中心軸が下方にオフセットされた状態で一端部が前記繋ぎ筒内に臨むように設けられた筒状をした投入部本体と
   を備えている請求項４に記載の再生炭素繊維の製造方法。
6. 上記投入口より上方に設けられた排気口から排気された未燃ガスをキルン本体外で燃焼させて燃焼熱を燃焼ガスとともにキルン本体内に送り、キルン本体内を加熱する請求項１〜請求項５のいずれかに記載の再生炭素繊維の製造方法。
7. ５０℃以下かつ酸素濃度が１５％以下の人体に無害な冷却ガスを排出部の内部空間に供給し、前記内部空間内で熱分解処理残渣を冷却するとともに、少なくとも排出口近傍をロータリーキルン外より正圧にする請求項４〜請求項６のいずれかに記載の再生炭素繊維の製造方法。
8. 上記冷却ガスが、上記排気口から排気された未燃ガスをキルン本体外で燃焼させて得られた完全燃焼ガスおよび前記未燃ガスとともに前記排気口から排気された完全燃焼ガスである請求項７に記載の再生炭素繊維の製造方法。
9. 上記加熱バーナーを、キルン本体内の廃棄炭素繊維強化プラスチックに、炎が直接当たらない位置に設ける請求項３〜請求項８のいずれかに記載の再生炭素繊維の製造方法。
10. 固形燃料をキルン本体内で燃焼させてキルン本体内を加熱処理温度まで昇温したのち、廃棄炭素繊維強化プラスチックをキルン本体内に投入する請求項１〜請求項９のいずれかに記載の再生炭素繊維の製造方法。

Images