JP6713994B2 - 連続的炭化法及び炭素繊維生産システム - Google Patents
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Description
a)第1の速度(V1)で回転する一連のローラーを担持する第1の駆動スタンド12;
b)予備炭化炉13;
c)V1以上の第2の速度(V2)で回転する(即ちV2≧V1)一連のローラーを担持する第2の駆動スタンド14;
d)炭化炉15;及び
e)V2以下の第3の速度(V3)で回転する(V3≦V2)一連の駆動ローラーを担持する第3の駆動スタンド16
を含む。
炭化法を、封入された駆動スタンド#4(27)を有する図5に示される設定を用いて実行した。3000のフィラメントからなる炭化繊維トウを、2.8ft/分(85.34cm/分)の速度V1で動作する駆動スタンド#1に、次いで第1の予備炭化炉(22)に通過させ、そこで繊維を約460℃から約700℃の温度範囲に加熱するとともに、繊維トウに窒素ガスを当てた。第1の予備炭化炉を通過する間に、トウは前駆体繊維トウの元の長さに対して約7.1%伸張した。駆動スタンド#2(23)は、3.0ft/分(91.44cm/分)の速度V2で動作させた。次いで繊維トウを、室温で動作する第2の予備炭化炉(24)に通過させた。
比較のために、実施例1の方法を、図5の駆動スタンド#4のカバーを開放して繰り返した。結果として得られた炭素繊維のトウは、平均(n=6)引張強度約782000psi(5.39Gpa)と、平均(n=6)引張係数約43000000psi(296.5Gpa)を有していた。この結果から分かるように、実施例2で生成された炭素繊維トウの引張強度は実施例1で生成されたものより低い。
Claims (16)
- 連続的な酸化ポリアクリロニトリル(PAN)前駆体繊維を炭化システムに通過させることを含む連続的炭化法であって、前記炭化システムが:
a)第1の速度(V1)で回転する一連の駆動ローラーを備える第1の駆動スタンド;
b)不活性ガスを含有し、300℃から700℃の温度範囲の熱を供給するように構成された予備炭化炉;
c)不活性ガスを含有し、700℃を上回る温度範囲、好ましくは800℃から2800℃の熱を供給するように構成された炭化炉;
d)予備炭化炉と炭化炉の間に位置して両炉に接続する第1の実質的に気密のチャンバーであって、周囲大気由来の空気が予備炭化炉、炭化炉又は気密チャンバーに入らないようにする、気密チャンバー;
e)V1以上の第2の速度(V2)で回転する(即ちV2≧V1)一連の駆動ローラーを備え、予備炭化炉と炭化炉の間に配置される第2の駆動スタンドであって、その駆動ローラーが前記気密のチャンバーにより封入されている、第2の駆動スタンド
を備え、
酸化PAN繊維は、予備炭化炉に入る前に第1の駆動スタンドのローラーに直接巻き付いて接触し、次いで予備炭化炉を出た前駆体繊維は、炭化炉に入る前に第2の駆動スタンドのローラーに直接巻き付いて接触し、
炭化炉を出た繊維は、予備炭化炉から炭化炉まで通過する間に、5体積%以下、好ましくは0.1体積%以下の酸素を含む雰囲気に曝された炭化繊維である、連続的炭化法。 - V2以下である第3の速度(V3)で回転する一連の駆動ローラーを含み、繊維の進行経路に沿って炭化炉の下流に配置される第3の駆動スタンド
を更に備える、請求項1に記載の連続的炭化法。 - 第1の予備炭化炉及び炭化炉の各々が複数の温度勾配ゾーンを含む、請求項1又は2に記載の連続的炭化法。
- 第1の実質的に気密のチャンバーが、大気圧に対して正圧差を維持するようにシールされる、請求項1から3のいずれか一項に記載の連続的炭化法。
- 第1の気密のチャンバーが、チャンバー内の圧力増大を防止するために、制御下での不活性ガスの大気への漏出を可能にするように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の連続的炭化法。
- 第1の実質的に気密のチャンバーが、開放可能なアクセスドアを有するように構成される、請求項1から5のいずれか一項に記載の連続的炭化法。
- 第1の実質的に気密のチャンバーが真空圧下にない、請求項1から6のいずれか一項に記載の連続的炭化法。
- 不活性ガスを含有し、700℃を上回る温度範囲、好ましくは900℃から2800℃の熱を供給するように構成された黒鉛化炉;及び
炭化炉と黒鉛化炉の間に位置して両炉に接続する第2の実質的に気密のチャンバーであって、周囲大気由来の空気が炭化炉、黒鉛化炉、又は第2の実質的に気密のチャンバーに入ることを不能にする、第2の実質的に気密のチャンバー
を更に備える、請求項1から7のいずれか一項に記載の連続的炭化法。 - 第2の実質的に気密のチャンバーが、開放可能なアクセスドアを備える、請求項8に記載の連続的炭化法。
- 予備炭化炉及び炭化炉内の不活性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム、及びこれらの混合物から選択される、請求項1から9のいずれか一項に記載の連続的炭化法。
- 予備炭化炉が、連続的に温度が上昇する少なくとも四つの加熱ゾーンを有するマルチゾーン型炉であり、炭化炉が、連続的に温度が上昇する少なくとも五つの加熱ゾーンを有するマルチゾーン型炉である、請求項1から10のいずれか一項に記載の連続的炭化法。
- 黒鉛化炉内の不活性ガスが、窒素、アルゴン、ヘリウム、及びこれらの混合物から選択される、請求項8又は9に記載の連続的炭化法。
- 前駆体繊維を炭化するための連続処理システムであって:
a)第1の速度(V1)で回転可能な一連の駆動ローラーを含む第1の駆動スタンド;
b)連続的な酸化ポリアクリロニトリル(PAN)前駆体繊維を第1の駆動スタンドに供給するためのクリール;
c)複数の温度勾配ゾーンを含み、300℃から700℃の温度範囲の熱を供給するように動作可能な予備炭化炉;
d)複数の温度勾配ゾーンを含み、700℃を上回る温度範囲、好ましくは800℃から2800℃の熱を供給するように動作可能な炭化炉;
e)予備炭化炉と炭化炉の間に位置して両炉に接続する実質的に気密のチャンバーであって、周囲大気由来の空気が予備炭化炉、炭化炉又は実質的に気密のチャンバーに入ることを不能にする、気密チャンバー;
f)第2の速度(V2)で回転可能な一連の駆動ローラーを含み、予備炭化炉と炭化炉の間に配置される第2の駆動スタンドであって、その駆動ローラーが前記気密のチャンバーにより封入されている、第2の駆動スタンド;
g)第3の速度(V3)で回転する一連の駆動ローラーを含み、繊維の進行経路に沿って炭化炉の下流に配置される第3の駆動スタンド;及び
h)予備炭化炉、炭化炉、及び駆動スタンドを通して前駆体繊維をガイドするための運搬経路に沿って配置された複数のアイドラローラー
を備える連続処理システム。 - 予備炭化炉が、連続的に温度が上昇する少なくとも四つの加熱ゾーンを有するマルチゾーン型炉であり、炭化炉が、連続的に温度が上昇する少なくとも五つの加熱ゾーンを有するマルチゾーン型炉である、請求項13に記載の連続処理システム。
- 実質的に気密のチャンバーが、開放可能なアクセスドアを有するように構成されている、請求項13又は14に記載の連続処理システム。
- 請求項1に記載の連続的炭化法を含む、炭素繊維を製造するための方法。
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