JP5496214B2 - 炭素繊維束の製造方法 - Google Patents
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Description
0.8≦P2/P1≦1.0・・・(1)
0.4≦P3/P1≦0.8・・・(2)
を満たす炭素繊維束の製造方法を提供するものである。
該前炭素化炉の加熱処理部の入口における繊維束の走行ピッチをP11、該前炭素化炉の加熱処理部の出口における繊維束の走行ピッチをP12としたとき、
0.40≦(P12/P11)≦0.90・・・(3)
を満足する炭素繊維束の製造方法である。
0.40≦(P14/P13)≦0.90・・・(4)
を満足することが好ましい。
0.40≦(P14/P13)≦0.90・・・(4)
を満足する炭素繊維束の製造方法である。
複数本の前駆体繊維束を横一列に平行に並んだ状態で酸化性ガス雰囲気下、200〜300℃で加熱処理し、耐炎化繊維束とする耐炎化工程。
前記耐炎化繊維束を横一列に平行に並んだ状態で不活性ガス雰囲気下、500〜800℃の最高処理温度で加熱処理し、前炭素化処理繊維束とする前炭素化工程。
前記前炭素化処理繊維束を横一列に平行に並んだ状態で不活性ガス雰囲気下、1000℃以上の最高処理温度で加熱処理して、炭素繊維束とする炭素化工程。
また、第一の発明の炭素繊維束の製造方法は、耐炎化工程における繊維束の走行ピッチをP1、前炭素化工程における繊維束の走行ピッチをP2、炭素化工程における繊維束の走行ピッチをP3としたとき、以下の式を満たす。
0.4≦P3/P1≦0.8・・・(2)
なお、これらの工程を通して、繊維束の本数は変化しない。
まず、100本〜2000本程度の前駆体繊維束を横一列にシート状に並べてシート状前駆体繊維束(11)とし、耐炎化炉(1)で耐炎化して、耐炎化繊維束(12)を作製する。なお、横一列に並べた多数の繊維束は平面を形成しており、これらの繊維束をシート状の繊維束と称する。
多数の炭素繊維前駆体繊維束を横一列に並んだ状態で、耐炎化炉において、酸化性ガス雰囲気下、200〜300℃で加熱処理し、耐炎化繊維束とする耐炎化工程。
前記耐炎化繊維束を横一列に並んだ状態で、前炭素化炉において、不活性ガス雰囲気下、500〜800℃の最高処理温度で加熱処理し、前炭素化処理繊維束とする前炭素化工程。
前記前炭素化処理繊維束を横一列に並んだ状態で、炭素化炉において、不活性ガス雰囲気下、1000℃以上の最高処理温度で加熱処理して、炭素繊維束とする炭素化工程。
炭素化炉の加熱処理部の入口における繊維束の走行ピッチをP13、炭素化炉の加熱処理部の出口における繊維束の走行ピッチをP14とする。
0.40≦(P12/P11)≦0.90・・・(3)
0.40≦(P14/P13)≦0.90・・・(4)
なお、これらの工程を通して、繊維束の本数は変化しない。
また、耐炎化炉内、より具体的には、耐炎化炉の加熱処理部内での繊維束走行ピッチは、生産性及び蓄熱防止の観点から4mm以上20mm以下であることが好ましく、一定の走行ピッチを保つことが好ましい。なお、例えば繊維束の走行ピッチが4mmの場合、隣り合う繊維束の幅方向(図6では、紙面上下方向)の中心間の間隔(距離)が4mmであることを意味する。耐炎化炉の加熱処理部内での繊維束走行ピッチは、耐炎化炉の入口側ロール(111)および出口側ロール(112)での繊維束走行ピッチから幾何学計算により算出することができる。
P12=p1−{(a+b)×(p1−p2)/(a+b+c)} ・・・(6)
なお、式5および6中の符号は以下のものを表す。
P11:前炭素化炉加熱処理部の入口における繊維束の走行ピッチ、
P12:前炭素化炉加熱処理部の出口における繊維束の走行ピッチ、
p1:前炭素化炉の入口側に設置したロール上での繊維束の走行ピッチ、
p2:前炭素化炉の出口側に設置したロール上での繊維束の走行ピッチ、
a:前炭素化炉の入口側に設置したロール上(p1測定地点)から前炭素化炉加熱処理部の入口までの距離、
b:前炭素化炉加熱処理部の入口から出口までの距離、
c:前炭素化炉加熱処理部の出口から前炭素化炉の出口側に設置したロール上(p2測定地点)までの距離。
実施例1では、図1に示す構成を有する装置を用いて炭素繊維を製造した。なお、繊維束ブロック数は、図1と異なる。また、実施例1〜12及び比較例1〜3において、図2から図4に示されるロール(21)およびロール(22)の軸と直交する面に対する、この2本のロールの間を走行する各繊維束ブロック内の両端に位置する繊維束の傾き角は同一角度とし、この角度を最大傾き角(θ1)とする。さらに、実施例1〜12及び比較例1〜3において、ロール(22)およびロール(25)の軸と直交する面に対する、角度調整可能なロール間(23〜24)を走行するシート状繊維束の両端に位置する繊維束ブロックの傾き角は同一角度とし、この角度を最大傾き角(θ2)とする。
単糸繊度が0.8dTex、フィラメント数24000のアクリル系前駆体繊維束100本を溝付きガイドロール上に10mmピッチ(P1:10mm)で等間隔に並べたシート状前駆体繊維束(11)を230〜270℃の熱風が循環している耐炎化炉(1)の左右に設置されたロール群によって耐炎化炉内を繰り返し通過させて、50分間の耐炎化処理を行い、シート状耐炎化繊維束(12)とした。
(工程a)
耐炎化炉(1)を出て横一列に平行して走行する100本の繊維束を8ブロックに分割し、互いに平行に配置された2本のロール(フラットロール(21−1)および溝ロール(22−1))を用いて8つの繊維束ブロック毎に、繊維束ブロック内の繊維束走行ピッチを9mmに変更した。なお、溝ロール(22−1)は、9mmピッチで等間隔に溝が刻印されており、フラットロール(21−1)と溝ロール(22−1)との距離は1mになるように配置した。この時、フラットロール(21−1)および溝ロール(22−1)の軸と直交する面に対する、この2本のロールの間を走行する各繊維束ブロック内の両端に位置する繊維束の傾き角(θ1−1)は、いずれも0.4度であった。
前記各繊維束ブロック内の繊維束走行ピッチを9mmに変更した8つの繊維束ブロックについて、図2および3に示したロール配置によって、隣り合う繊維束ブロック間の間隔を狭めて、全ての繊維束の走行ピッチが9mmになるように変更した。より具体的には、第1のロール対(溝ロール(22−1)およびフラットロール(25−1))の間に配された角度調整可能な複数の第2のロール対(フラットロール(23−1)とフラットロール(24−1))を用いて、隣り合う繊維束ブロック同士をより接近させた。なお、第1のロール対および第2のロール対をそれぞれ構成する2本のロールは、互いに平行に配置した。また、フラットロール(23−1)とフラットロール(24−1)との距離はいずれも1mになるように配置した。
次いで、前記走行ピッチ9mmのシート状耐炎化繊維束(12)を窒素で充満された実質的加熱部が300〜600℃の温度分布を有する前炭素化炉(2)に導入して2分間の熱処理を行い、シート状前炭素化繊維束(13)とした。
前炭素化炉(2)を出て横一列に平行して走行するシート状前炭素化繊維束(13)の繊維束走行ピッチを前述の繊維束走行ピッチ変更方法と同様の方法を用いて9mm(P2)から5mm(P3)に変更した。この際、上述した工程(a)および(b)を、ロール(21−1〜25−1)からなるロール群(4)の代わりに同様の構成のロール(21−2〜25−2)からなるロール群(5)を用いて繊維束の走行ピッチの変更を行った。この時、フラットロール(21−2)と溝ロール(22−2)との距離を1mになるように配置した。このとき、フラットロール(21−2)および溝ロール(22−2)の軸と直交する面に対する、この2本のロールの間を走行する各繊維束ブロック内の両端に位置する繊維束の傾き角(θ1−2)はいずれも1.4度であった。また、フラットロール(23−2)とフラットロール(24−2))との距離をいずれも1mになるように配置した。このとき、溝ロール(22−2)およびフラットロール(25−2)の軸と直交する面に対する、角度調整可能なフラットロール(23−2)および(24−2)間を走行する8つの繊維束ブロックからなるシート状繊維束の両端に位置する繊維束ブロックの傾き角(θ2−2)はいずれも11度であった。
次いで、この繊維束走行ピッチを5mm(P3)としたシート状前炭素化繊維束(13)を窒素で充満された実質的加熱部が1000〜1500℃の温度分布を有する炭素化炉(3)に導入して2分間の熱処理を行い、横一列に平行して走行する100本の繊維束(シート状炭素化繊維束(14))とした。さらに電解酸化表面処理、サイジング処理を施し、炭素繊維束とした。前記炭素繊維束は品質が良好なものであった。
・生産性
○:P3/P1≦0.8、すなわち炭素化炉3の幅を耐炎化炉1の幅に対して20%以上削減できたもの。
・品質
○:炭素繊維の品位に優れ全く問題がない。
△:炭素繊維の品位が多少劣るが問題がない。
×:炭素繊維の品位上問題となる。
走行ピッチ変更工程−1および−2の繊維束ブロック数を5ブロックに変更し、θ1−1をいずれも0.6度に変更し、θ1−2をいずれも2.3度に変更した。それら以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。得られた炭素繊維束は品質が良好なものであった。
フラットロール(23−1)とフラットロール(24−1)との距離をいずれも0.75mに変更し、θ2−1をいずれも4度に変更した。また、フラットロール(23−2)とフラットロール(24−2)との距離をいずれも0.75mに変更し、θ2−2をいずれも15度に変更した。それら以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。得られた炭素繊維束は品質が良好なものであった。
走行ピッチ変更工程−1および−2の繊維束ブロック数を4ブロックに変更し、θ1−1をいずれも0.7度に変更した。フラットロール(23−1)とフラットロール(24−1)との距離をいずれも0.5mに変更し、θ2−1をいずれも6度に変更した。また、前炭素化炉(2)を出て横一列に平行して走行するシート状前炭素化繊維束(13)の変更後の走行ピッチ、すなわち炭素化工程における走行ピッチ(P3)を、7mmに変更した。さらに、フラットロール(23−2)とフラットロール(24−2)との距離をいずれも0.5mに変更した。それら以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。得られた炭素繊維束は品質が良好なものであった。
走行ピッチ変更工程−1の繊維束ブロック数を5ブロックに変更し、シート状耐炎化繊維束(12)の変更後の走行ピッチ、即ち前炭素化工程における繊維束の走行ピッチ(P2)を8mmに変更した。また、θ1−1をいずれも1.1度に変更し、θ2−1をいずれも6度に変更した。さらに、炭素化工程における繊維束の走行ピッチ(P3)を8mmに変更し、実施例5では、走行ピッチ変更工程−2は行わずに、前炭素化工程から得られたシート状前炭素化繊維束(13)をそのままの走行ピッチで炭素化工程に供給した。それら以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。得られた炭素繊維束は品質が良好なものであった。
前炭素化工程における繊維束の走行ピッチ(P2)を10mmに変更し、実施例6では、走行ピッチ変更工程−1は行わずに、耐炎化工程から得られたシート状耐炎化繊維束(12)をそのままの走行ピッチで前炭素化工程に供給した。
また、走行ピッチ変更工程−2における、前炭素化炉(2)を出て横一列に平行して走行するシート状前炭素化繊維束(13)を分割するブロック数を5ブロックに変更し、θ1−2をいずれも1.7度に変更し、θ2−2をいずれも9度に変更した。さらに、炭素化工程における繊維束の走行ピッチ(P3)を7mmに変更した。それら以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。得られた炭素繊維束は品質が良好なものであった。
シート状耐炎化繊維束(12)の変更後の走行ピッチ、即ち前炭素化工程における繊維束の走行ピッチ(P2)を7mmに変更した。また、θ1−1をいずれも1.1度に変更し、θ2−1をいずれも9度に変更した。さらに、炭素化工程における繊維束の走行ピッチ(P3)を7mmに変更し、比較例1では、走行ピッチ変更工程−2は行わずに、前炭素化工程から得られたシート状前炭素化繊維束(13)をそのままの走行ピッチで炭素化工程に供給した。それら以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。なお、比較例1の条件では、シート状耐炎化繊維束(12)の繊維束走行ピッチ変更時(走行ピッチ変更工程−1の際)に溝ロール(22−1)において単糸切れが発生し、良好な品質の炭素繊維束を得ることができなかった。
シート状前炭素化繊維束(13)の変更後の走行ピッチ、即ち炭素化工程における繊維束の走行ピッチ(P3)を3mmに変更した。また、θ1−2をいずれも2.1度、θ2−2をいずれも17度に変更した。それら以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。なお、比較例2の条件では、シート状前炭素化繊維束(13)の繊維束走行ピッチ変更時(走行ピッチ変更工程−2の際)に溝ロール(22−2)において単糸切れが発生し、良好な品質の炭素繊維束を得ることができなかった。
繊維束走行ピッチを変更せずに(走行ピッチ変更工程−1および−2を行わずに、耐炎化工程から得られたシート状耐炎化繊維束(12)をそのままの走行ピッチで前炭素化工程に供給し、この前炭素化工程から得られたシート状前炭素化繊維束(13)をそのままの走行ピッチで炭素化工程に供給した)、前炭素化炉および炭素化炉に、耐炎化炉と同じ幅の物を使用した点以外は、実施例1と同様の条件で炭素繊維束の製造を行った。比較例3の条件では、炭素繊維束の品質が良好なものが得られるが、必要以上に幅の広い炭素化炉で炭素化をおこなうため、実施例に比べ生産性が低下した。
走行ピッチ変更工程−1および2の代わりに、以下の走行ピッチ変更工程−3および4をそれぞれ行った以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。
耐炎化炉(1)を出て横一列に平行して走行する100本の繊維束の走行ピッチ(P1:10mm)を図5に示すような2本の溝ロール(10mmピッチおよび9mmピッチでそれぞれ等間隔に溝が刻印された2本の溝ロール)を用いて9mm(P2)に変更した。なお、この2本の溝ロール間の距離は1mとした。これにより、横一列に平行して走行する走行ピッチ9mmの100本の繊維束(走行ピッチ9mmのシート状耐炎化糸繊維束)が得られた。
前炭素化炉(2)を出て横一列に平行して走行するシート状前炭素化繊維束を上記2本の溝ロールを用いた走行ピッチ変更方法と同様の方法を用いて繊維束走行ピッチを9mm(P2)から5mm(P3)に変更した。このとき、2本の溝ロール(9mmピッチおよび5mmピッチでそれぞれ等間隔に溝が刻印された2本の溝ロール)間の距離は4mであった。これにより、繊維束走行ピッチ(P3)が5mmの横一列に平行して走行する100本の繊維束(走行ピッチ5mmのシート状前炭素化繊維束)が得られた。
走行ピッチ変更工程−1および−2の繊維束ブロック数を3ブロックに変更し、θ1−1をいずれも1.0度に変更した。また、θ1−2をいずれも3.8度に変更した。それら以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。なお、実施例8の条件では、繊維束走行ピッチ変更時(走行ピッチ変更工程−2の際)に溝ロール(22−2)において若干撚りが発生し、実施例1から6と比較すると、炭素繊維束の品質はやや低下したが、比較例に対しては良好な品質であった。
フラットロール(23−1)とフラットロール(24−1)との距離をいずれも0.5mに変更し、θ2−1をいずれも6度に変更した。また、フラットロール(23−2)とフラットロール(24−2)との距離をいずれも0.5mに変更し、θ2−2をいずれも22度に変更した。それら以外は実施例1と同様にして、炭素繊維束を作製した。なお、実施例9の条件では繊維束走行ピッチ変更時(走行ピッチ変更工程−2の際)にフラットロール(23−2および24−2)において若干撚りが発生し、実施例1から6と比較すると炭素繊維束の品質はやや低下したが、比較例に対しては良好な品質であった。
アクリル系前駆体繊維束の本数を600本に変更した。また、走行ピッチ変更工程−1の互いに平行に配置された2本のロール(フラットロール(21−1)および溝ロール(22−1))との距離を9mに変更し、θ1−1を0.2°に変更、また、フラットロール(23−1)とフラットロール(24−1)との距離は実施例1と同様の1mとしてθ2−1は17°に変更した。さらに走行ピッチ変更工程−2のフラットロール(21−2)と溝ロール(22−2)との距離を9mに変更しθ1−2を1.0°、フラットロール(23−2)とフラットロール(24−2)との距離を5mに変更しθ2−2を13°に変更した。それら以外は実施例1と同様にして炭素繊維束を作製した。得られた炭素繊維束は品質が良好なものであった。
アクリル系前駆体繊維束の本数を600本に変更した。また、走行ピッチ変更工程−1の互いに平行に配置された2本のロール(フラットロール(21−1)および溝ロール(22−1))との距離を12mに変更し、θ1−1を0.2°に変更、また、フラットロール(23−1)とフラットロール(24−1)との距離は実施例1と同様の1mとしてθ2−1は17°に変更した。さらに走行ピッチ変更工程−2のフラットロール(21−2)と溝ロール(22−2)との距離を12mに変更しθ1−2を0.7°、フラットロール(23−2)とフラットロール(24−2)との距離を5mに変更しθ2−2を13°に変更した。それら以外は実施例1と同様にして炭素繊維束を作製した。得られた炭素繊維束は品質が良好なものであった。
アクリル系前駆体繊維束の本数を600本に変更した。また、走行ピッチ変更工程−1の互いに平行に配置された2本のロール(フラットロール(21−1)および溝ロール(22−1))との距離を15mに変更し、θ1−1を0.1°に変更、また、フラットロール(23−1)とフラットロール(24−1)との距離は実施例1と同様の1mとしてθ2−1は17°に変更した。さらに走行ピッチ変更工程−2のフラットロール(21−2)と溝ロール(22−2)との距離を15mに変更しθ1−2を0.6°、フラットロール(23−2)とフラットロール(24−2)との距離を5mに変更しθ2−2を13°に変更した。それら以外は実施例1と同様にして炭素繊維束を作製した。得られた炭素繊維束は品質が良好なものであった。
以上の実施例、比較例における評価結果を表1に示す。
単糸繊度が0.8dTex、フィラメント数24000のアクリル系前駆体繊維束50本を溝付きロール(111)上に10mmピッチで等間隔に並べたシート状前駆体繊維束を230〜270℃の熱風が循環している耐炎化炉(51)の左右に設置された折返しロール群(119)によってジグザグに走行して50分間の耐炎化処理を行い、シート状耐炎化繊維束とした。なお、耐炎化炉内では、繊維束の走行ピッチの変更は行わなかった。
○:炭素化炉の生産性が走行ピッチを変更しない場合に対して10%以上向上。
×:炭素化炉の生産性の走行ピッチを変更しない場合に対する向上が10%未満。
・品質
○:炭素繊維の品位に優れ全く問題がない。
△:炭素繊維の品位が多少劣るが問題がない。
×:炭素繊維の品位上問題となる。
シート状耐炎化繊維束を10mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉入口側ロール(113)と6mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉出口側ロール(114)を用いて前炭素化炉内(2)で走行ピッチを変更する条件とした以外は実施例13と同様の条件で炭素繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内および炭素化炉内では、繊維束の走行ピッチの変更は行わず、それぞれ10mmピッチおよび6mmピッチにて繊維束を走行させた。
シート状耐炎化繊維束を10mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉入口側ロール(113)と4mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉出口側ロール(114)を用いて前炭素化炉内(52)で走行ピッチを変更する条件とした以外は実施例13と同様の条件で炭素繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内および炭素化炉内では、繊維束の走行ピッチの変更は行わず、それぞれ10mmピッチおよび4mmピッチにて繊維束を走行させた。
シート状耐炎化繊維束を10mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉入口側ロール(113)と5mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉出口側ロール(114)を用いて前炭素化炉(52)内で走行ピッチを変更する条件とした以外は実施例13と同様の条件で炭素繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内および炭素化炉内では、繊維束の走行ピッチの変更は行わず、それぞれ10mmピッチおよび5mmピッチにて繊維束を走行させた。
得られた炭素繊維束の生産性は良好であるのに対し、一部の繊維束に撚りの発生により品位の低下傾向は見られたが、問題はないレベルであった。
シート状耐炎化繊維束を10mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉入口側ロール(113)と10mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉出口側ロール(114)を用いて、前炭素化炉内(52)で走行ピッチの変更をおこなわない条件とした以外は実施例13と同様の条件で炭素繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内および炭素化炉内でも繊維束の走行ピッチの変更は行わず、いずれも10mmピッチにて繊維束を走行させた。得られた炭素繊維束は品質が良好なものであったが、炭素化工程での生産性が実施例と比較して不十分であった。
シート状耐炎化繊維束を10mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉入口側ロール(113)と3mmピッチで等間隔に溝が刻印された前炭素化炉出口側ロール(114)を用いて、前炭素化炉内(52)で走行ピッチを変更する条件とした以外は実施例13と同様の条件で炭素繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内および炭素化炉内では、繊維束の走行ピッチの変更は行わず、それぞれ10mmピッチおよび3mmピッチにて繊維束を走行させた。
単糸繊度が0.8dTex、フィラメント数24000のアクリル系前駆体繊維束50本を溝付きロール(111)上に10mmピッチで等間隔に並べたシート状前駆体繊維束を230〜270℃の熱風が循環している耐炎化炉(51)の左右に設置された折返しロール群(119)によってジグザグに走行して50分間の耐炎化処理を行い、シート状耐炎化繊維束とした。なお、耐炎化炉内では、繊維束の走行ピッチの変更は行わなかった。
○:黒鉛化炉の生産性が走行ピッチを変更しない場合に対して10%以上向上。
×:黒鉛化炉の生産性の走行ピッチを変更しない場合に対する向上が10%未満。
・品質
○:黒鉛繊維の品位に優れ全く問題がない。
△:黒鉛繊維の品位が多少劣るが問題がない。
×:黒鉛繊維の品位上問題となる。
実施例13と同様の条件で製作したシート状前炭素化繊維束を8mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉入口側ロール(115)と5mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉出口側ロール(116)を用いて炭素化炉内(3)で走行ピッチを変更する条件とした以外は実施例17と同様の条件で黒鉛化繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内、および黒鉛化炉内では、繊維束の走行ピッチの変更は行わず、耐炎化炉内では、10mmピッチ、黒鉛化炉内では、5mmピッチにて繊維束を走行させた。
実施例14と同様の条件で製作したシート状前炭素化繊維束を6mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉入口側ロール(115)と4mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉出口側ロール(116)を用いて炭素化炉内(53)で走行ピッチを変更する条件とした以外は実施例17と同様の条件で黒鉛化繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内、および黒鉛化炉内では、繊維束の走行ピッチの変更は行わず、耐炎化炉内では、10mmピッチ、黒鉛化炉内では、4mmピッチにて繊維束を走行させた。
シート状前炭素化繊維束を10mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉入口側ロール(115)と5mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉出口側ロール(116)を用いて、炭素化炉(3)内で走行ピッチを変更する条件とした以外は実施例17と同様の条件で黒鉛化繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内、前炭素化炉内および黒鉛化炉内では、繊維束の走行ピッチの変更は行わず、耐炎化炉内および前炭素化炉内では、10mmピッチ、黒鉛化炉内では、5mmピッチにて繊維束を走行させた。
シート状前炭素化繊維束を10mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉入口側ロール(115)と10mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉出口側ロール(116)を用いて、炭素化炉内(53)で走行ピッチの変更をおこなわない条件とした以外は実施例17と同様の条件で黒鉛化繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内、前炭素化炉内および黒鉛化炉内でも繊維束の走行ピッチの変更は行わず、いずれも10mmピッチにて繊維束を走行させた。得られた黒鉛化繊維束は品質が良好なものであったが、炭素化工程での生産性が実施例と比較して不十分であった。
シート状前炭素化繊維束を10mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉入口側ロール(115)と3mmピッチで等間隔に溝が刻印された炭素化炉出口側ロール(116)を用いて、炭素化炉内(53)で走行ピッチを変更する条件とした以外は実施例17と同様の条件で黒鉛化繊維束の製作をおこなった。なお、耐炎化炉内、前炭素化炉内および黒鉛化炉内では繊維束の走行ピッチの変更は行わず、耐炎化炉内および前炭素化炉内では10mmピッチ、黒鉛化炉内では3mmピッチにて繊維束を走行させた。
2 前炭素化炉
3 炭素化炉
4 ロール群
5 ロール群
11 シート状前駆体繊維束
12 シート状耐炎化糸繊維束
13 シート状前炭素化糸繊維束
14 シート状炭素繊維束
21 フラットロール
22 溝ロール
23 角度調整可能なフラットロール
24 角度調整可能なフラットロール
25 フラットロール
26 溝ロール
27 溝ロール
31 分割前のシート状繊維束群
32 繊維束ブロック内の最端繊維束
B1〜B3 繊維束ブロック
θ1 フラットロール(21)および溝ロール(22)の軸と直交する面に対する各ブロック内の繊維束の最大傾き角
θ2 溝ロール(22)およびフラットロール(25)の軸と直交する面に対する、角度調整可能なフラットロール(23〜24)の間を走行するシート状繊維束内の繊維束ブロックの走行方向の最大傾き角
51 耐炎化炉
51a 耐炎化炉加熱処理部
52 前炭素化炉
52a 前炭素化炉加熱処理部
53 炭素化炉
53a 炭素化炉加熱処理部
54 黒鉛化炉
54a 黒鉛化炉加熱処理部
111 耐炎化炉入口側ロール
112 耐炎化炉出口側ロール
113 前炭素化炉入口側ロール
114 前炭素化炉出口側ロール
115 炭素化炉入口側ロール
116 炭素化炉出口側ロール
117 黒鉛化炉入口側ロール
118 黒鉛化炉出口側ロール
119 折返しロール
Claims (14)
- 複数本の前駆体繊維束を横一列に平行に並んだ状態で酸化性ガス雰囲気下、200〜300℃で加熱処理し、耐炎化繊維束とする耐炎化工程と、
該耐炎化繊維束を横一列に平行に並んだ状態で不活性ガス雰囲気下、500〜800℃の最高処理温度で加熱処理し、前炭素化処理繊維束とする前炭素化工程と、
該前炭素化処理繊維束を横一列に平行に並んだ状態で不活性ガス雰囲気下、1000℃以上の最高処理温度で加熱処理して、炭素繊維束とする炭素化工程とを含む炭素繊維束の製造方法であって、
耐炎化工程における繊維束の走行ピッチをP1、前炭素化工程における繊維束の走行ピッチをP2、炭素化工程における繊維束の走行ピッチをP3としたとき、
0.8≦P2/P1≦1.0・・・(1)
0.4≦P3/P1≦0.8・・・(2)
を満たす炭素繊維束の製造方法。 - (a)耐炎化工程から得られる耐炎化繊維束、および、前炭素化工程から得られる前炭素化処理繊維束の少なくとも一方の繊維束について、2以上20以下の繊維束ブロック毎に、繊維束ブロック内の繊維束の走行ピッチをより小さくする工程と、
(b)工程(a)において繊維束の走行ピッチをより小さくした全ての繊維束ブロックについて、隣り合う繊維束ブロック同士をより接近させる工程と、
を含む請求項1記載の炭素繊維束の製造方法。 - 前記工程(a)において、走行ピッチを小さくするために、溝ロール又はコームガイドを使用する請求項2に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 工程(a)を、互いに平行に配置された2本のロールを用いて行う請求項2に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 前記工程(a)において、走行ピッチを小さくするために、少なくとも互いに平行に配置された2本のロールを使用し、
その際、該2本のロールの他にコームガイドを使用するか、
又は、該2本のロールのうちの少なくとも一方のロールとして溝ロールを使用する請求項2に記載の炭素繊維束の製造方法。 - 工程(a)を、互いに平行に配置された2本のロールを用いて行い、その際、該2本のロールの軸方向と直交する面に対する、該2本のロールの間を走行する各繊維束ブロック内の繊維束の最大傾き角を、0.1°より大きく、3.0°より小さくする請求項2に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 前記工程(a)で用いる互いに平行に配置された2本のロール間の距離が750mm以上である請求項4から6のいずれか一項に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 工程(b)を、第1のロール対の間に配された角度調整可能な複数の第2のロール対を用いて行い、ただし、第1および第2のロール対はいずれも、互いに平行に配置された2本のロールからなり、第1のロール対を構成する2本のロールの軸と直交する面に対する、第2のロール対の間を走行する全ての繊維束ブロックの傾き角のうちの最大傾き角を20°より小さくする請求項2から7のいずれか一項に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 多数の炭素繊維前駆体繊維束を横一列に並んだ状態で、耐炎化炉において、酸化性ガス雰囲気下、200〜300℃で加熱処理し、耐炎化繊維束とする耐炎化工程と、
該耐炎化繊維束を横一列に並んだ状態で、前炭素化炉において、不活性ガス雰囲気下、500〜800℃の最高処理温度で加熱処理し、前炭素化処理繊維束とする前炭素化工程と、
該前炭素化処理繊維束を横一列に並んだ状態で、炭素化炉において、不活性ガス雰囲気下、1000℃以上の最高処理温度で加熱処理して、炭素繊維束とする炭素化工程とを含む炭素繊維束の製造方法であって、
該前炭素化炉の加熱処理部の入口における繊維束の走行ピッチをP11、該前炭素化炉の加熱処理部の出口における繊維束の走行ピッチをP12としたとき、
0.40≦(P12/P11)≦0.90・・・(3)
を満足する炭素繊維束の製造方法。 - 該前炭素化炉の加熱処理部を走行する繊維束の走行ピッチの変更を、該前炭素化炉の入口側と出口側とに1本ずつ配置された互いに平行な2本のロールを用いて行い、該2本のロールの軸方向と直交する面に対する、該2本のロールの間を走行する横一列に並んだ多数の繊維束の傾き角度のうちの最大傾き角度を、0.1°より大きく、3.0°より小さくする請求項9に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 該炭素化炉の加熱処理部の入口における繊維束の走行ピッチをP13、該炭素化炉の加熱処理部の出口における繊維束の走行ピッチをP14としたとき、
0.40≦(P14/P13)≦0.90・・・(4)
を満足する請求項9または10に記載の炭素繊維束の製造方法。 - 該炭素化炉の加熱処理部を走行する繊維束の走行ピッチの変更を、該炭素化炉の入口側と出口側とに1本ずつ配置された互いに平行な2本のロールを用いて行い、この2本のロールの軸方向と直交する面に対する、この2本のロールの間を走行する横一列に並んだ多数の繊維束の傾き角度のうちの最大傾き角度を、0.1°より大きく、3.0°より小さくする請求項11に記載の炭素繊維束の製造方法。
- 多数の炭素繊維前駆体繊維束を横一列に並んだ状態で、耐炎化炉において、酸化性ガス雰囲気下、200〜300℃で加熱処理し、耐炎化繊維束とする耐炎化工程と、
該耐炎化繊維束を横一列に並んだ状態で、前炭素化炉において、不活性ガス雰囲気下、500〜800℃の最高処理温度で加熱処理し、前炭素化処理繊維束とする前炭素化工程と、
該前炭素化処理繊維束を横一列に並んだ状態で、炭素化炉において、不活性ガス雰囲気下、1000℃以上の最高処理温度で加熱処理して、炭素繊維束とする炭素化工程とを含む炭素繊維束の製造方法であって、
該炭素化炉の加熱処理部の入口における繊維束の走行ピッチをP13、該炭素化炉の加熱処理部の出口における繊維束の走行ピッチをP14としたとき、
0.40≦(P14/P13)≦0.90・・・(4)
を満足する炭素繊維束の製造方法。 - 該炭素化炉の加熱処理部を走行する繊維束の走行ピッチの変更を、該炭素化炉の入口側と出口側とに1本ずつ配置された互いに平行な2本のロールを用いて行い、該2本のロールの軸方向と直交する面に対する、該2本のロールの間を走行する横一列に並んだ多数の繊維束の傾き角度のうちの最大傾き角度を、0.1°より大きく、3.0°より小さくする請求項13に記載の炭素繊維束の製造方法。
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