JP4138368B2 - 耐炎化熱処理装置、及び耐炎化熱処理方法 - Google Patents

Description

【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、１０ｃ、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、８ｈ、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、１２ｄ、１２ｅが備えられている。
【００２２】
上記加熱手段１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、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、２８ｅ、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、３０ｄ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、２８ｃ、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、３４ｄ）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、４８ｅ、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、５０ｄ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５０ｂ、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、４８ｅ、４８ｆ、４８ｇ、４８ｈ、４８ｉ、４８ｊを共有し、外部との間には、スリット５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈ、５４ｉ、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、８ｉ、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、２８ｇ、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、４８ｇ、４８ｈ、４８ｉ、４８ｊ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ、５４ｅ、５４ｆ、５４ｇ、５４ｈ、５４ｉ、５４ｊ スリット
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 折返しローラー
５２ａ、５２ｂ シール室

Claims (1)

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、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を用い、シール室内を循環させる熱風温度を、耐炎化炉内の最高温度から前記最高温度より１０℃高い温度までの範囲に制御することを特徴とする耐炎化繊維の製造方法。

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