JP6729819B1 - 耐炎化繊維束および炭素繊維束の製造方法ならびに耐炎化炉 - Google Patents
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Abstract
Description
引き揃えたアクリル繊維束を、熱処理室外側の両端に配置された折り返しローラー上を走行させながら、熱風を循環させた熱処理室内で熱処理する耐炎化繊維束の製造方法において、第1の熱風を、繊維束の走行方向に対して略平行方向に供給し、第2の熱風を、繊維束の上方のみから、第1の熱風の風向に対して20〜160°の角度で供給し、走行する繊維束の長手方向の少なくとも一部を通過させる耐炎化繊維束の製造方法、である。
上記の耐炎化繊維束の製造方法で得られた耐炎化繊維束を、不活性雰囲気中最高温度300〜1000℃で前炭素化処理して前炭素化繊維束とし、前記前炭素化繊維束を不活性雰囲気中最高温度1000〜2000℃で炭素化処理する炭素繊維束の製造方法、である。
アクリル系繊維束を熱処理するための耐炎化炉であって、
(i)引き揃えられた繊維束が出入できるスリットを有する熱処理室と、(ii)前記熱処理室内に、互いに鉛直方向に離間して配置され、繊維束の走行方向に対して略平行方向に第1の熱風を供給する複数の吹出しノズルと 、
(iii)前記熱処理室内に、互いに鉛直方向に離間して配置され、前記吹出しノズルから供給された熱風を吸引する複数の吸込みノズルと、
(iv)前記吹出しノズルと前記吸込みノズルを通じて熱風を循環させる少なくともの1つの送風装置と、
(v)循環熱風の流路上に配置された少なくとも1つの加熱装置と、
(vi)熱処理室外側に配置され、隣接する前記吹出しノズル間、隣接する前記吸込みノズル間を通って、繊維束を熱処理室内で複数回往復走行させる折り返しローラーと、を有する耐炎化炉であって、
(vii)前記吹出しノズル下面のみに、吹出しノズル間の繊維束の上方のみから、第1の熱風の風向に対して20〜160°の角度で、第2の熱風を供給し、走行する繊維束の長手方向の少なくとも一部を通過させる開口部、を有することを特徴とする耐炎化炉、である。
ここで、Pは隣接繊維束間の接触率(%)、tは隣接する繊維束間の隙間(mm)、p(x)は正規分布N(0、σ2)の確率密度関数、σは振幅の標準偏差、xは振幅の中央をゼロとする確率変数を表す。
ここで、Wpは折り返しローラー等で物理的に規制されるピッチ間隔(mm)、Wyは走行する繊維束の幅(mm)である。
日本カノマックス(株)製アネモマスター高温用風速計Model6162を用いて、1秒毎の測定値30点の平均値を風速とした。第1の熱風については、耐炎化炉1の両側の折り返しローラー5の中央位置の繊維束2の走行位置に、熱処理室3側面の測定孔(図示せず)から測定プローブを挿入し、繊維束2の走行方向に対して略平行方向に流れる第1の熱風の風速を幅方向に5箇所測定した。第2の熱風については、供給位置直下の繊維束2の走行位置に、熱処理室3側面の測定孔(図示せず)から測定プローブを挿入し、第1の熱風の風向に対して、第2の熱風の鉛直下方向に流れる風速を幅方向に5箇所測定した。上記方法により、幅方向5箇所の測定点すべてにおいて、ゼロを超える風速が観測されることは、第2の熱風が繊維束2を通過していることを意味する。また、第2の熱風の風向については、測定プローブを回転させて、各風向での上記測定を行い、最大風速となる風向を第2の熱風の風向とした。
第1の熱風については、吹出しノズル6の吹出し面に、熱処理室3側面の測定孔(図示せず)から測定プローブを挿入し、第1の熱風の風速を幅方向に5箇所測定し、その平均値と吹出しノズル6のノズル吹出し面積によって、供給時の第1の熱風の風量を算出した。第2の熱風については、熱風供給装置11、または、吹出しノズル下面の開口部12の直下に、熱処理室3側面の測定孔(図示せず)から測定プローブを挿入し、第2の熱風の下向き風速を幅方向に5箇所測定し、その平均値と第2の熱風の供給面積によって、供給時の第2の熱風のうち下向きの風量を算出した。
走行する繊維束の振幅が最大になる耐炎化炉1の両側の折り返しローラー5間の中央位置で測定を行った。具体的には、(株)キーエンス製レーザー変位計LJ−G200を、走行する繊維束の上方あるいは下方に設置して特定の繊維束2にレーザーを照射した。その繊維束2の幅方向の両端の距離を糸幅とし、幅方向の一端の幅方向変動量を振幅とした。それぞれ、1回/60秒以上の頻度、0.01mm以下の精度で5分間測定し、繊維束の幅の平均値Wyおよび振幅の標準偏差σを取得して、上記の「隣接繊維束間の接触率P」を算出した。
優:混繊や繊維束切れ等のトラブルが平均1回/日未満であり、極めて良好なレベル。
良:混繊や繊維束切れ等のトラブルが平均数回/日で連続運転を継続できるレベル。
不可:混繊や繊維束切れ等のトラブルが平均数十回/日で連続運転を継続できないレベル。
優:耐炎化工程を出た後に目視で確認できる繊維束上の10mm以上の毛羽の数が平均数個/m以下であり、毛羽品位が工程での通過性や製品としての高次加工性に全く影響しないレベル。
良:耐炎化工程を出た後に目視で確認できる繊維束上の10mm以上の毛羽の数が平均10個/m以下であり、毛羽品位が工程での通過性や製品としての高次加工性にほとんど影響しないレベル。
不可:耐炎化工程を出た後に目視で確認できる繊維束上の10mm以上の毛羽の数が平均数十個/m以上であり、毛羽品位が工程での通過性や製品としての高次加工性に悪影響を与えるレベル。
優:製造コストが従来対比80%以下、あるいは単位時間当たりの生産量が従来対比120%以上のレベル。
良:製造コスト、単位時間当たりの生産量が従来レベル。
不可:製造コストが従来対比150%以上、あるいは単位時間当たりの生産量が従来対比60%以下のレベル。
単繊維繊度0.11tex、単繊維20000本からなるアクリル系繊維束を100〜200本互いに並行するようにシート状に引き揃え、耐炎化炉1で熱処理することで、耐炎化繊維束を得た。耐炎化炉1は、熱処理室3外側の両端に配置された折り返しローラー5間の水平方向距離Lを20mとし、熱処理室3の中央に吹出しノズル6、両端に吸込みノズル7を配置したCTE方式とし、吹出しノズル6の下面に多孔板13を用いて開口部12を設けた。開口部12は、熱処理室外側の一方の端部に位置する折り返しローラー5から他方の端部に位置する折り返しローラー5までの距離の48%と52%の位置に設け、開口部12に用いた多孔板13は、孔径20mm、開口率30%とした。第1の熱風の風向は、繊維束2の走行方向に対して略平行方向であり、第2の熱風の風向は、第1の熱風に対して、90°であった。繊維束2を通過する第2の熱風のうち、下向きの風速を繊維束2の周囲を流れる第1の熱風の1/2とした。なお、第1および第2の熱風の温度は240〜280℃とした。また、折り返しローラー5は3〜15mmの範囲の所定間隔(物理的に規制すべきピッチ間隔)Wpで溝を設けた溝ローラーとした。繊維束2の走行速度は、耐炎化処理時間が十分に取れるよう、耐炎化炉1の折り返しローラー5間の水平方向距離Lに合わせて1〜15m/分の範囲で調整し、工程張力は0.5〜2.5g/texの範囲で調整した。
第2の熱風の風向を、第1の熱風に対して、45°とした以外は、実施例1と同様にした。
第2の熱風の風向を、第1の熱風に対して、20°とした以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の繊維束2を通過する第2の熱風のうち、下向きの風速を繊維束の周囲を流れる第1の熱風の1/3とし、供給時の第2の熱風のうち下向きの風量を供給時の第1の熱風の風量の1/6とした以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の繊維束2を通過する第2の熱風のうち、下向きの風速を繊維束の周囲を流れる第1の熱風の5/6とし、供給時の第2の熱風のうち下向きの風量を供給時の第1の熱風の風量の1/2とした以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の吹出しノズル6の下面の多孔板13の開口率を80%とし、繊維束2を通過する第2の熱風のうち、下向きの風速を繊維束の周囲を流れる第1の熱風の1/4とした以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の吹出しノズル6の下面の多孔板13の孔径を8mm、開口率を30%とし、繊維束2を通過する第2の熱風のうち、下向きの風速を繊維束の周囲を流れる第1の熱風の7/8とした以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の吹出しノズル6の下面の多孔板13の孔径を8mm、開口率を30%とし、供給時の第2の熱風のうち下向きの風量を供給時の第1の熱風の風量の1/8とした以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の吹出しノズル6の下面の多孔板13の孔径を20mm、開口率を80%とし、供給時の第2の熱風のうち下向きの風量を供給時の第1の熱風の風量の3/5とした以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の折り返しローラー5間の水平方向距離Lを10mとした以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の吹出しノズル6の下面の開口部12の位置を、熱処理室3外側の一方の端部に位置する折り返しローラー5から他方の端部に位置する折り返しローラー5までの距離の35%と65%の位置に設けた以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の熱処理室3の一方の端部に吹出しノズル6、他方の端部に吸込みノズル7を配置したETE方式とし、吹出しノズル6の下面の開口部12の位置を、熱処理室3外側の一方の端部に位置する折り返しローラー5から他方の端部に位置する折り返しローラー5までの距離の15%の位置に設けた以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の吹出しノズル6の上下両面に開口部12を設けた以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の吹出しノズル6の上面に開口部12を設けた以外は、実施例1と同様にした。
耐炎化炉1の吹出しノズル6の上下両面に開口部12を設けた以外は、実施例12と同様にした。
耐炎化炉1の吹出しノズル6の上面に開口部12を設けた以外は、実施例12と同様にした。
第2の熱風の風向を、第1の熱風に対して、10°とした以外は、実施例1と同様にした。
2 繊維束
3 熱処理室
4 スリット
5 折り返しローラー
6 吹出しノズル
7 吸込みノズル
8 熱風循環流路
9 加熱装置
10 送風装置
11 熱風供給装置
12 開口部
13 多孔板
L 折り返しローラー間の水平方向距離
Wp 物理的に規制されるピッチ間隔
Wy 走行する繊維束の幅
t 隣接する繊維束間の隙間の距離
Claims (10)
- 引き揃えたアクリル繊維束を、熱処理室外側の両端に配置された折り返しローラー上を走行させながら、熱風を循環させた熱処理室内で熱処理する耐炎化繊維束の製造方法において、第1の熱風を、繊維束の走行方向に対して略平行方向に供給し、第2の熱風を、繊維束の上方のみから、第1の熱風の風向に対して20〜160°の角度で供給し、走行する繊維束の長手方向の少なくとも一部を通過させる耐炎化繊維束の製造方法。
- 繊維束を通過する第2の熱風のうち下向きの風速が、繊維束の周囲を流れる第1の熱風の風速の1/3〜5/6である、請求項1に記載の耐炎化繊維束の製造方法。
- 供給時の第2の熱風のうち下向きの風量が、供給時の第1の熱風の風量の1/6〜1/2である、請求項1または2に記載の耐炎化繊維束の製造方法。
- 熱処理室外側の両端に配置された折り返しローラー間の水平方向距離が15m以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の耐炎化繊維束の製造方法。
- 前記第2の熱風が、熱処理室外側の一方の端部に位置する折り返しローラーから他方の端部に位置する折り返しローラーまでの距離の40〜60%の位置で繊維束を通過する、請求項1〜4のいずれかに記載の耐炎化繊維束の製造方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の耐炎化繊維束の製造方法で製造された耐炎化繊維束を、不活性雰囲気中最高温度300〜1000℃で前炭素化処理して前炭素化繊維束とし、前記前炭素化繊維束を不活性雰囲気中最高温度1000〜2000℃で炭素化処理する炭素繊維束の製造方法。
- アクリル繊維束を熱処理するための耐炎化炉であって、
(i)引き揃えられた繊維束が出入できるスリットを有する熱処理室と、
(ii)前記熱処理室内に、互いに鉛直方向に離間して配置され、繊維束の走行方向に対して略平行方向に供給される第1の熱風を含む熱風を供給する複数の吹出しノズルと、
(iii)前記熱処理室内に、互いに鉛直方向に離間して配置され、前記吹出しノズルから供給された熱風を吸引する複数の吸込みノズルと、
(iv)前記吹出しノズルと前記吸込みノズルを通じて熱風を循環させる少なくともの1つの送風装置と、
(v)循環熱風の流路上に配置された少なくとも1つの加熱装置と、
(vi)熱処理室外側に配置され、隣接する前記吹出しノズル間、隣接する前記吸込みノズル間を通って、繊維束を熱処理室内で複数回往復走行させる折り返しローラーと、を有する耐炎化炉であって、
(vii)前記吹出しノズル下面のみに、吹出しノズル間の繊維束の上方のみから、第1の熱風の風向に対して20〜160°の角度で、第2の熱風を供給し、走行する繊維束の長手方向の少なくとも一部を通過させる開口部、を有することを特徴とする耐炎化炉。 - 前記開口部は多孔板で構成されており、多孔板の孔径が10〜30mmである、請求項7に記載の耐炎化炉。
- 前記多孔板の開口率が20〜60%である、請求項8に記載の耐炎化炉。
- 前記吹出しノズルを熱処理室中央に、前記吸込みノズルを熱処理室両端に配置される、請求項7〜9のいずれかに記載の耐炎化炉。
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