JP4693172B2 - 炭素化炉及びこれを用いた炭素繊維の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐炎化繊維を不活性雰囲気下で加熱して炭素化するために使用する炭素化炉及び炭素繊維の製造方法に関する。

耐炎化繊維を炭素化する炭素化工程で使用されている従来の炭素化炉の概略を図４に示す。従来の炭素化炉では、複数の耐炎化繊維束は平行にシート状に配列され耐炎化繊維束シートとして炭素化炉内を移送される。耐炎化繊維束シート入口８及び出口９の近傍には不活性ガス供給口７が形成されている。前記耐炎化繊維束シート入口及び出口の近傍には、炭素化炉内の不活性雰囲気を保持するためのシール機構が設けられている。

炭素化工程において耐炎化繊維が炭素化される際に発生するガス（以下発生ガスという）中には、耐炎化繊維の分解生成物であるシアン化水素、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、気化したタール成分等が含まれている。発生ガスは、図４に示す炭素化炉では上壁に形成された排気口や、シール機構を備えた耐炎化繊維束シート入口及び出口から排出される。

発生ガスは、発生ガス処理装置へと送られ、燃焼処理がなされる。かかる炭素化炉は、必要に応じて設定温度が異なる複数段を連結して使用することもある。

発生ガスがスムーズに炭素化炉外に排出されず、炭素化炉内の上方に滞留すると、気化したタール成分等が炭素化炉の上壁面において凝縮固化し、移送される耐炎化繊維束シート上に落下して、フィラメント切れや糸切れ等の要因となっていた。

また発生ガスを炭素化炉の排気口から発生ガス処理装置へと導くための配管は、保温、加熱しないときは管の内壁の温度が冷えやすく、凝縮固化しタール状物となって内壁面に付着し易いので、排気口が炉の上壁に形成されている場合には、付着したタール状物が剥がれ落ち、炉内を走行している耐炎化繊維束シート上に落下する場合があった。

耐炎化繊維束シート上にタール状物が落下することを防止するため、特許文献１には、炭素化炉上壁に配置された排気口の内壁にタール状物を受止める樋をつけることが開示されている。しかしながら特許文献１の受止め樋をつけても、この受止め樋自体にもタール状物が付着し、そこから耐炎化繊維束シート上に落下する不具合があった。

特開２００４−１６２１８４公報

本発明はかかる従来の問題点を解決し、炭素化炉内から発生ガスをスムーズに炭素化炉外に排出することができ、フィラメント切れや糸切れがない高品質の炭素繊維を製造可能である炭素化炉及びこれを用いた炭素繊維の製造方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために発明者らは鋭意検討を行い、発生ガスをより円滑に外部へと排気できると共に、タール状物の落下によるフィラメント切れを効果的に防止できる方法を見出した。
即ち、本発明の第一の要旨は、複数の耐炎化繊維束をシート状に配列した耐炎化繊維束シートを、不活性ガス雰囲気下にて加熱処理する炭素化炉であって、前記耐炎化繊維束シートの走行位置の鉛直方向上部となる位置以外に排気口を有する炭素化炉である。

発生ガスを燃焼処理する発生ガス処理装置と前記排気口とを連結する配管を有し、前記排気口が前記炭素化炉の下壁にあり、前記排気口が前記炭素化炉内に開口する部位に、前記配管よりも断面積が大きいプール部を有することが好ましい。

本発明の第二の要旨は、前記炭素化炉に、複数の耐炎化繊維束をシート状に配列した耐炎化繊維束シートを供給し、不活性ガス雰囲気下にて加熱処理する炭素繊維の製造方法である。

本発明の炭素化炉では、発生ガスを炭素化炉内に滞留させることなく、排気口から炭素化炉外にスムーズに排出することが可能である。また、タール状物が耐炎化繊維束シート上に落下する懸念がなく、フィラメント切れや糸切れが大幅に抑制され、歩留りが向上すると共に毛羽等の発生もなく品質が向上する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の好適な実施形態にかかる、耐炎化繊維の走行方向に沿った炭素化炉の断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。炭素化炉１には、耐炎化繊維束シート入口８及び出口９が設けられ、これらの近傍には炭素化炉１内の不活性雰囲気を保持するためのシール機構６が設けられている。炭素化炉１の長手方向に、複数の耐炎化繊維が平行に配列された耐炎化繊維束シート１０が走行する走行路２が、炭素化炉１の全長にわたって形成されている。耐炎化繊維束シート１０は、シート面を略水平にしてその長手方向に移送される。

前記炭素化炉１には不活性ガス供給口７から不活性ガスが供給され、炭素化炉１内の不活性雰囲気が保持されている。この不活性雰囲気にある炭素化炉１内を移送される間に、耐炎化繊維は炭素化がなされるが、その際に発生ガスとして、分解生成物であるシアン化水素、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、気化したタール成分等を含むガスが生じる。

炭素化炉１はこれら発生ガスを排気するための排気口３を有する。発生ガスは、図示しない発生ガス処理装置によって燃焼処理して無害化し、大気中に放出する。発生ガス処理装置と排気口とは、配管によって連結される。

ここで、耐炎化繊維束シートの走行位置の鉛直方向上部となる位置以外に排気口３を設けると、排気口３の直下に耐炎化繊維束シートが走行していないので、仮にタール状物が排気口３で凝縮固化したとしても、耐炎化繊維束シート上に落下することがない。

更に図１に示すように排気口３が炭素化炉１の下壁４にあることがより好ましい。かかる構成にすると、上述の効果に加えて、発生ガスが炭素化炉１内の上部に滞留することなくスムーズに排出されるので、炭素化炉１内にタール状物が凝縮固化し難くなり、かつ炭素化炉１内部に温度斑が生じ難くなる。

また、炭素化炉１内の温度が最高となる位置に排気口３があると、温度低下によって、気化したタール状物に凝縮固化することがないのでより好ましい。

凝縮固化するとタール状物となる発生ガスの量は、温度によって異なるので、これが多量に発生する温度領域となる位置に排気口３を設けることが好ましい。更に、炭素化炉内の温度が最高となる位置の温度を、凝縮固化するとタール状物となる発生ガスの量が最大となる温度となるようにし、この位置に排気口３を設けることが好ましい。かかる構成とすることによって、発生ガスが炭素化炉内を排気口まで移動する際に、その温度が低下することを効果的に防ぐことができ、タール状物に凝縮固化させることなくスムーズに排気することができる。

耐炎化炉１の下壁４に形成された排気口３の幅（耐炎化繊維束シートの移送方向に直交する方向の長さ）は、前記方向の耐炎化繊維束シートの幅全体にわたるようにすることが好ましい。これは、シート中央部分に配された耐炎化繊維束とシート端縁部分に配された耐炎化繊維束との間で処理温度に差が生じさせることなく、全体を均一に処理することができるためである。

排気口３は、炭素化炉の幅全体が開口していることが好ましいが、均一な間隔で配置さた複数個の排気口であってもよい。図３は排気口を２つ有する場合の例を示す断面図であり、排気口３、３´は、耐炎化繊維束シートの移送方向と直交する方向に並んで形成されている。

排気口３の開口部の形状は特に限定されず、円形、楕円形、正方形、長方形、台形等にすることができるが、耐炎化繊維束シートの移送方向に直交する方向の長さを同じにして、耐炎化繊維束シート全体を均一に処理することができるようにすることが好ましく、長方形のスリット状であることが好ましい。

排気口３が炭素化炉１内に開口する部位には、発生ガス処理装置と排気口３とを連結する配管よりも断面積が大きいプール部５を有することが好ましい。係るプール部５を有すると、タール状物が排気口３内に固化した場合でも、炭素化炉１内を走行する耐炎化繊維束シートとタール状物との接触を回避することができる。

排気口３の炭素化炉１内への開口部の形状は、少なくとも耐炎化繊維束シート走行方向に直行する方向の部位において、炭素化炉１の内部方向に向かって幅が広くなるようにすることが好ましい。係る形状とすることにより、発生ガスを円滑に耐炎化炉１の外に排気することができる。開口部の具体的形状は特に限定されず、直線的或いは段階的に幅を変えても良いが、図１に示すような円弧状とすることがより好ましい。

また排気口３の近傍において、炭素化炉１の側壁に開閉可能な扉部１２を有することが好ましい。排気口３の近辺にはタール状物が付着しやすい。従って排気口３の形成位置の近傍に扉部１２を形成し、内部の壁面を清掃可能とし、適当な間隔で清掃することで、タール状物の耐炎化繊維束シートへの接触を効果的に阻止できる。

以下実施例により本発明を更に説明する。

図２に示す炭素化炉を用いて、アクリル繊維を耐炎化した耐炎化繊維の炭素化を行った。炭素化炉内部の温度範囲は、耐炎化繊維束シート入口から出口に向かって順に３００〜４００、４００〜６００、６００〜８００℃の３段階となるように設定した。排気口は、炉内温度が６００〜８００℃となる位置に形成した。

かかる炭素化炉を用いて３０日間連続して加熱処理を行ったところ、凝縮固化したタール状物によるフィラメント切れや糸切れはなく、また、運転停止後に炭素化炉内上部、プール部、排気口を点検したところ、それらの内壁面にはタール状物の付着が殆どなかった。

（実施例２）
図３に示す炭素化炉を用いた以外は、実施例１と同等の条件にて加熱処理を行った。運転中に、固化したタール状物によるフィラメント切れや糸切れはなく、また、運転停止後に炉内上部、プール部、排気口を点検したところ、それらの内壁面にはタール状物の付着が殆どなかった。

（比較例１）
図４に示す炭素化炉を用いた以外は、実施例１と同等の条件にて加熱処理を行った。運転開始後１０日目に固化したタール状物が、炭素化炉内を走行する耐炎化繊維束シート上に落下し、フィラメント切れが発生した。

本発明の炭素化炉の一例を示す耐炎化繊維束シート走行方向に沿った断面図である。 排気口を耐炎化シート幅方向全体に亘って一つ設けた場合の図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。 円管状の排気口を２箇所設置した場合の図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。 炭素化工程にて使用される従来の炭素化炉の概略を示す耐炎化繊維束シート走行方向に沿った断面図である。

符号の説明

１ 炭素化炉
２ 走行路
３、３´ 排気口
４ 下壁
５ プール部
６ シール機構
７ 不活性ガス供給口
８ 耐炎化繊維束シート入口
９ 耐炎化繊維束シート出口
１０ 耐炎化繊維束シート
１１ 側壁
１２ 扉部
１３ 上壁

Claims (2)

1. 複数の耐炎化繊維束をシート状に配列した耐炎化繊維束シートを、不活性ガス雰囲気下にて加熱処理する炭素化炉であって、前記炭素化炉の下壁であって、炭素化炉内の温度が最高となる位置に排気口を有し、発生ガスを燃焼処理する発生ガス処理装置と前記排気口とを連結する配管を有し、前記排気口が前記炭素化炉内に開口する部位に、前記配管よりも断面積が大きいプール部を有する炭素化炉。
2. 請求項１に記載の炭素化炉に、複数の耐炎化繊維束をシート状に配列した耐炎化繊維束シートを供給し、不活性ガス雰囲気下にて加熱処理する炭素繊維の製造方法。

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