JP4513189B2 - 炭素繊維の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、糸切れや毛羽立ちのない炭素繊維の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続的に焼成することにより、炭素繊維を製造する場合、一般に、繊維糸条（繊維及び繊維束）の収縮・伸長を有する工程は複数対のロールを使用し、且つ糸条の走行補助および走行位置を規制するため、その１部に駆動ロールを使用する。特に耐炎化炉はポリアクリロニトリルやピッチ、レーヨン等の前駆体繊維を２００〜４００℃で比較的長時間かけて酸化させるため、上述の構成を採用する場合が多い。従来、駆動ロールの回転速度は、炉内温度に応じた糸条固有な熱収縮による糸条の張力変化に適合する経験的な値を、予め人為的に設定して制御してきた。しかし、この方法では、外気温差による炉内温度の変化あるいは糸かけ作業時等の温度変更に対し、対応が遅れたり、制御精度が不十分となるため、ロール間に懸かる糸条の張力変動に対して、駆動ロールの回転速度がうまく追従できず、溝付ロール面で糸条が隣接糸条と混繊し、蓄熱量が増加するため、糸切れが発生したり、駆動ロールと糸条速度の不適合のため、糸条が擦過したり、糸切れして、炭素繊維製品の毛羽立ち増加等の問題があった。特に製品の毛羽立ちは、高次加工時の欠点やトラブル発生の原因となるため、この問題に対する改善が望まれていた。
【０００３】
例えば特開昭５８−１７４６２９号公報では、耐炎化炉内温度に対応した駆動ロールの回転速度を演算処理して制御することが提案されているが、設備・外気温・品種等の様々な条件に対する詳細な知見を必要とするため、新規品種・新規設備等への対応が困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、糸条の混繊、擦過による糸切れや炭素繊維の毛羽立ちを軽減する炭素繊維の製造方法を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の炭素繊維の製造方法は、耐炎化工程において、該繊維糸条をロール群で搬送する際に、該ロール群のうち、駆動ロールの回転速度を、該繊維糸条方向に隣接する前後のフリーロールの回転速度の平均速度を目標値として制御することを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記課題、つまり糸条の混繊、擦過による糸切れや炭素繊維の毛羽立ちを軽減する炭素繊維の製造方法について、鋭意検討し、該糸条の搬送に使用されるロール群の駆動ロールをフリーロールの平均回転速度を目標値として制御してみたところ、意外にも、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。
【０００７】
図１は、本発明の製造方法を示す概略図である。図において、糸条１は、耐炎化炉２に設けられた少なくとも３個以上の複数対のロールを順次通過する。耐炎化炉で使用されるロール群としては、表面が平坦な平ロールや表面に溝がある溝付ロールなどのいずれで構成してもよいが、糸条混繊を軽減する目的から溝付ロールでロール群を構成するのがより好ましい。更にロール設置位置は、炉外である場合も、炉内にある場合でも、いずれの場合もよい。
【０００８】
このロール群の中に、駆動ロール（駆動設備を有するロール）３があり、該ロールは、以下に示すような速度で回転する。先ず、駆動ロール３の糸道方向に隣接する前後の駆動設備を持たないフリーロール（駆動設備のないロール）４、４’の回転速度を、それぞれ設置した検出器５、５’にて、連続的に速度信号として取り出す。これらの信号は、直ちに演算部６（コンピューター）へ転送される。次に、該演算部では、取り込んだＮ個の速度信号の平均値Ｕを直ちに算出する。該平均値Ｕは、次式(1)により定義する。
【０００９】
Ｕ＝（ｒ1＋ｒ2＋・・・＋ｒ(N-1)＋ｒN）／Ｎ・・・(1)
ここで、Ｕ：Ｎ個の速度信号の平均値
Ｎ：平均値を算出するのに必要な速度信号のサンプリング数［個］
ｒ：演算部に取り込んだ個々の速度信号の値
この平均値を算出する際の該速度信号のサンプリング数Ｎは、ロール回転速度のバラツキを考慮し、ロールが１回転する時間をサンプリング速度（秒／個）で割った値以上の個数をサンプリングすることが好ましい。つまり、
Ｎ≧Ｔ／ｔ・・・(2)
ここで、Ｎ：平均値を算出するのに必要な速度信号のサンプリング数［個］
Ｔ：ロールが１回転するのに要する時間［秒］
ｔ：速度信号を１個検出するために必要な時間［秒／個］
例えば、２０秒で１回転するロールが有り、０．５秒／個で回転速度を検出する検出器を使用した場合、平均値算出に必要な速度信号のサンプリング数は、少なくとも２０／０．５＝４０個以上である。そして求めた該平均値を信号として変速器７に送信し、駆動ロール３を該平均値の速度（以下平均速度と称する）で回転させる。ここで、該平均速度は、上記した(2)式を満足する範囲であれば、どのような値でも差し支えない。
【００１０】
上記動作を繰り返すことにより、駆動ロールの回転速度が、糸条の張力変動に自動的に適合し、その効果により、擦過・糸条混繊が減少するため、操業は安定し、且つ炭素繊維の毛羽立ちも減少するものである。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例により、さらに本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
被耐炎化繊維として２４０００フィラメントからなるポリアクリロニトリル系前駆体繊維を図１の耐炎化炉に供給した。耐炎化温度は２５０℃、糸条速度は該耐炎化炉入り部（Ａ）で１０ｍ／分に設定した。該耐炎化炉のロール数は５０本、そのうちの３本を駆動ロールとし、これらの駆動ロールは、フリーロール本数がほぼ均等数になるよう、１３、２６、３９番目に配置した。また、駆動ロールの回転速度算出に必要な速度信号のサンプリング数は、上記計算式より算出して、１０個とした。
【００１２】
上記条件で耐炎化処理したものを公知の炭素繊維製造方法にて製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が適合し、糸条混繊や擦過が少なく、安定して操業することができ、耐炎化工程での糸切れ、巻付き等のトラブルは皆無に近く、耐炎化工程以降の工程でも、糸切れ、巻付き等のトラブルが約４分の１以下に減少した。また、炭素繊維の毛羽数も０〜１個／ｍと良好であり、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
（実施例２）
耐炎化炉の駆動ロール数を１本にした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が適合し、糸条混繊や擦過が少なく、安定して操業することができ、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルは皆無に近く、耐炎化工程以降の工程でも、糸切れや巻付き等のトラブルが約４分の１以下に減少した。また、炭素繊維製品の毛羽数も０〜１個／ｍと良好であり、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は、目標とする数値を達成した。
（実施例３）
サンプリング数を２５個にした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が適合し、糸条混繊や擦過が少なく、安定して操業することができ、耐炎化工程での糸切れ、巻付き等のトラブルは皆無に近く、耐炎化工程以降の工程でも、糸切れや巻付き等のトラブルが約４分の１以下に減少した。また、炭素繊維の毛羽数も０〜１個／ｍと良好であり、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
（実施例４）
サンプリング数を５個にした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が若干適合せず、糸条混繊や擦過が実施例１に比較して約１．２倍程度となったが、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルは発生しなかった。また、炭素繊維の毛羽数は１〜２個／ｍであり、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
（実施例５）
生産条件前の準備段階で、耐炎化炉入り部（Ａ）での糸条速度を４ｍ／分から１０ｍ／分まで段階的に変更し、糸条速度の変更に合わせて、耐炎化温度を２４０℃から２５０℃に変更した。耐炎化炉のロール本数、駆動ロール本数、駆動ロールの配置箇所は、実施例１と同様にした。サンプリング数は４ｍ／分でのロール回転時間で上記計算式より算出し、２５個とした。
【００１３】
上記条件にて生産機を稼働させたところ、糸条混繊や擦過が少なく、耐炎化工程での糸切れ、巻付き等のトラブルは皆無に近く、耐炎化工程以降の工程でも糸切れや巻付き等のトラブルが約２分の１以下となり、準備段階から生産条件までの移行時間が、従来に比較して、約３分の２程度に短縮した。
（比較例１）
実施例１において、１３、２６、３９に設置した駆動ロールの回転速度を、それぞれ９．２ｍ／分、８．８ｍ／分、８．６ｍ／分に、予め設定した値とした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が若干適合せず、糸条混繊、擦過が実施例１に比較して約１．５倍程度となり、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルが数回発生した。また、炭素繊維の毛羽数は２〜３個／ｍであったが、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
（比較例２）
実施例１において、駆動ロールの駆動設備を取り外し、５０本全てのロールをフリーな状態（ロールが糸条の走行速度で回転する）にした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が若干適合せず、糸条混繊、擦過が実施例１に比較して約１．５倍程度となり、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルが数回発生した。また、炭素繊維の毛羽数は２〜３個／ｍであったが、強度・弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、炭素繊維を、糸条混繊や擦過が少なく、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルが極めて少なくなり、もって、安定して操業することができ、生産性の向上をはかることができ、しかも炭素繊維製品の毛羽立ちも軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法で用いられる耐炎化炉での駆動ロールの制御方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１：糸条
２：耐炎化炉
３：駆動ロール
４,４’：フリーロール
５,５’：ロール速度検出器
６：演算部（コンピュータ）
７：変速器
Ａ：炉入り部
【発明の属する技術分野】
本発明は、糸切れや毛羽立ちのない炭素繊維の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
連続的に焼成することにより、炭素繊維を製造する場合、一般に、繊維糸条（繊維及び繊維束）の収縮・伸長を有する工程は複数対のロールを使用し、且つ糸条の走行補助および走行位置を規制するため、その１部に駆動ロールを使用する。特に耐炎化炉はポリアクリロニトリルやピッチ、レーヨン等の前駆体繊維を２００〜４００℃で比較的長時間かけて酸化させるため、上述の構成を採用する場合が多い。従来、駆動ロールの回転速度は、炉内温度に応じた糸条固有な熱収縮による糸条の張力変化に適合する経験的な値を、予め人為的に設定して制御してきた。しかし、この方法では、外気温差による炉内温度の変化あるいは糸かけ作業時等の温度変更に対し、対応が遅れたり、制御精度が不十分となるため、ロール間に懸かる糸条の張力変動に対して、駆動ロールの回転速度がうまく追従できず、溝付ロール面で糸条が隣接糸条と混繊し、蓄熱量が増加するため、糸切れが発生したり、駆動ロールと糸条速度の不適合のため、糸条が擦過したり、糸切れして、炭素繊維製品の毛羽立ち増加等の問題があった。特に製品の毛羽立ちは、高次加工時の欠点やトラブル発生の原因となるため、この問題に対する改善が望まれていた。
【０００３】
例えば特開昭５８−１７４６２９号公報では、耐炎化炉内温度に対応した駆動ロールの回転速度を演算処理して制御することが提案されているが、設備・外気温・品種等の様々な条件に対する詳細な知見を必要とするため、新規品種・新規設備等への対応が困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、糸条の混繊、擦過による糸切れや炭素繊維の毛羽立ちを軽減する炭素繊維の製造方法を提供せんとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の炭素繊維の製造方法は、耐炎化工程において、該繊維糸条をロール群で搬送する際に、該ロール群のうち、駆動ロールの回転速度を、該繊維糸条方向に隣接する前後のフリーロールの回転速度の平均速度を目標値として制御することを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、前記課題、つまり糸条の混繊、擦過による糸切れや炭素繊維の毛羽立ちを軽減する炭素繊維の製造方法について、鋭意検討し、該糸条の搬送に使用されるロール群の駆動ロールをフリーロールの平均回転速度を目標値として制御してみたところ、意外にも、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。
【０００７】
図１は、本発明の製造方法を示す概略図である。図において、糸条１は、耐炎化炉２に設けられた少なくとも３個以上の複数対のロールを順次通過する。耐炎化炉で使用されるロール群としては、表面が平坦な平ロールや表面に溝がある溝付ロールなどのいずれで構成してもよいが、糸条混繊を軽減する目的から溝付ロールでロール群を構成するのがより好ましい。更にロール設置位置は、炉外である場合も、炉内にある場合でも、いずれの場合もよい。
【０００８】
このロール群の中に、駆動ロール（駆動設備を有するロール）３があり、該ロールは、以下に示すような速度で回転する。先ず、駆動ロール３の糸道方向に隣接する前後の駆動設備を持たないフリーロール（駆動設備のないロール）４、４’の回転速度を、それぞれ設置した検出器５、５’にて、連続的に速度信号として取り出す。これらの信号は、直ちに演算部６（コンピューター）へ転送される。次に、該演算部では、取り込んだＮ個の速度信号の平均値Ｕを直ちに算出する。該平均値Ｕは、次式(1)により定義する。
【０００９】
Ｕ＝（ｒ1＋ｒ2＋・・・＋ｒ(N-1)＋ｒN）／Ｎ・・・(1)
ここで、Ｕ：Ｎ個の速度信号の平均値
Ｎ：平均値を算出するのに必要な速度信号のサンプリング数［個］
ｒ：演算部に取り込んだ個々の速度信号の値
この平均値を算出する際の該速度信号のサンプリング数Ｎは、ロール回転速度のバラツキを考慮し、ロールが１回転する時間をサンプリング速度（秒／個）で割った値以上の個数をサンプリングすることが好ましい。つまり、
Ｎ≧Ｔ／ｔ・・・(2)
ここで、Ｎ：平均値を算出するのに必要な速度信号のサンプリング数［個］
Ｔ：ロールが１回転するのに要する時間［秒］
ｔ：速度信号を１個検出するために必要な時間［秒／個］
例えば、２０秒で１回転するロールが有り、０．５秒／個で回転速度を検出する検出器を使用した場合、平均値算出に必要な速度信号のサンプリング数は、少なくとも２０／０．５＝４０個以上である。そして求めた該平均値を信号として変速器７に送信し、駆動ロール３を該平均値の速度（以下平均速度と称する）で回転させる。ここで、該平均速度は、上記した(2)式を満足する範囲であれば、どのような値でも差し支えない。
【００１０】
上記動作を繰り返すことにより、駆動ロールの回転速度が、糸条の張力変動に自動的に適合し、その効果により、擦過・糸条混繊が減少するため、操業は安定し、且つ炭素繊維の毛羽立ちも減少するものである。
【００１１】
【実施例】
以下、実施例により、さらに本発明を詳細に説明する。
（実施例１）
被耐炎化繊維として２４０００フィラメントからなるポリアクリロニトリル系前駆体繊維を図１の耐炎化炉に供給した。耐炎化温度は２５０℃、糸条速度は該耐炎化炉入り部（Ａ）で１０ｍ／分に設定した。該耐炎化炉のロール数は５０本、そのうちの３本を駆動ロールとし、これらの駆動ロールは、フリーロール本数がほぼ均等数になるよう、１３、２６、３９番目に配置した。また、駆動ロールの回転速度算出に必要な速度信号のサンプリング数は、上記計算式より算出して、１０個とした。
【００１２】
上記条件で耐炎化処理したものを公知の炭素繊維製造方法にて製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が適合し、糸条混繊や擦過が少なく、安定して操業することができ、耐炎化工程での糸切れ、巻付き等のトラブルは皆無に近く、耐炎化工程以降の工程でも、糸切れ、巻付き等のトラブルが約４分の１以下に減少した。また、炭素繊維の毛羽数も０〜１個／ｍと良好であり、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
（実施例２）
耐炎化炉の駆動ロール数を１本にした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が適合し、糸条混繊や擦過が少なく、安定して操業することができ、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルは皆無に近く、耐炎化工程以降の工程でも、糸切れや巻付き等のトラブルが約４分の１以下に減少した。また、炭素繊維製品の毛羽数も０〜１個／ｍと良好であり、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は、目標とする数値を達成した。
（実施例３）
サンプリング数を２５個にした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が適合し、糸条混繊や擦過が少なく、安定して操業することができ、耐炎化工程での糸切れ、巻付き等のトラブルは皆無に近く、耐炎化工程以降の工程でも、糸切れや巻付き等のトラブルが約４分の１以下に減少した。また、炭素繊維の毛羽数も０〜１個／ｍと良好であり、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
（実施例４）
サンプリング数を５個にした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が若干適合せず、糸条混繊や擦過が実施例１に比較して約１．２倍程度となったが、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルは発生しなかった。また、炭素繊維の毛羽数は１〜２個／ｍであり、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
（実施例５）
生産条件前の準備段階で、耐炎化炉入り部（Ａ）での糸条速度を４ｍ／分から１０ｍ／分まで段階的に変更し、糸条速度の変更に合わせて、耐炎化温度を２４０℃から２５０℃に変更した。耐炎化炉のロール本数、駆動ロール本数、駆動ロールの配置箇所は、実施例１と同様にした。サンプリング数は４ｍ／分でのロール回転時間で上記計算式より算出し、２５個とした。
【００１３】
上記条件にて生産機を稼働させたところ、糸条混繊や擦過が少なく、耐炎化工程での糸切れ、巻付き等のトラブルは皆無に近く、耐炎化工程以降の工程でも糸切れや巻付き等のトラブルが約２分の１以下となり、準備段階から生産条件までの移行時間が、従来に比較して、約３分の２程度に短縮した。
（比較例１）
実施例１において、１３、２６、３９に設置した駆動ロールの回転速度を、それぞれ９．２ｍ／分、８．８ｍ／分、８．６ｍ／分に、予め設定した値とした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が若干適合せず、糸条混繊、擦過が実施例１に比較して約１．５倍程度となり、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルが数回発生した。また、炭素繊維の毛羽数は２〜３個／ｍであったが、強度、弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
（比較例２）
実施例１において、駆動ロールの駆動設備を取り外し、５０本全てのロールをフリーな状態（ロールが糸条の走行速度で回転する）にした以外は、実施例１と同様にして、炭素繊維を製造したところ、糸条の張力変動と駆動ロールの回転速度が若干適合せず、糸条混繊、擦過が実施例１に比較して約１．５倍程度となり、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルが数回発生した。また、炭素繊維の毛羽数は２〜３個／ｍであったが、強度・弾性率等の炭素繊維の特性値は目標とする数値を達成した。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、炭素繊維を、糸条混繊や擦過が少なく、耐炎化工程での糸切れや巻付き等のトラブルが極めて少なくなり、もって、安定して操業することができ、生産性の向上をはかることができ、しかも炭素繊維製品の毛羽立ちも軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法で用いられる耐炎化炉での駆動ロールの制御方法の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
１：糸条
２：耐炎化炉
３：駆動ロール
４,４’：フリーロール
５,５’：ロール速度検出器
６：演算部（コンピュータ）
７：変速器
Ａ：炉入り部
Claims (3)
- 耐炎化工程において、該繊維糸条をロール群で搬送する際に、該ロール群のうち、駆動ロールの回転速度を、該繊維糸条方向に隣接する前後のフリーロールの回転速度の平均速度を目標値として制御することを特徴とする炭素繊維の製造方法。
- 該ロール群が、少なくとも３個以上のロールを有し、その中に１個以上の駆動ロールを有することを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維の製造方法。
- 該ロール群が、溝付ロールで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の炭素繊維の製造方法。
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| JP2000247297A JP4513189B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 炭素繊維の製造方法 |
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|---|---|
| JP2002061034A JP2002061034A (ja) | 2002-02-28 |
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| JP2000247297A Expired - Fee Related JP4513189B2 (ja) | 2000-08-17 | 2000-08-17 | 炭素繊維の製造方法 |
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2000
- 2000-08-17 JP JP2000247297A patent/JP4513189B2/ja not_active Expired - Fee Related
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