JPH0122368B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は石炭系または石油系のピツチを加熱溶
融し、加圧押出しあるいは遠心力で紡糸して作つ
たピツチ繊維の不融化および炭化焼成処理方法お
よび処理装置に関する。

従来の技術およびその問題点 ピツチ系炭素繊維を実用に供するには不融化処
理を行なつてから炭化焼成処理を行なわなければ
ならない。ピツチの溶融紡糸によつて得たままの
ピツチ繊維はその強度が極端に弱く、その扱いに
は非常に注意を要する。したがつて、それを不融
化、炭化焼成するのは非常に難しく、従来、種々
の技術が提案されているが、満足できる結果は得
られていない。

たとえば、特開昭55−90621号公報や特開昭59
−192723号公報に開示されている従来技術では、
連続走行しているコンベヤ上に紡糸したままのピ
ツチ繊維を積載し、順次、不融化炉、焼成炉を通
している。しかしながら、これらの従来技術にお
ける焼成炉は開放型であり、焼成用気体の導入量
の制御が難しく、かつ、不融化炉内の不融化用気
体と焼成炉内の焼成用気体に圧力差が生じ易い。
その結果、ピツチ繊維に焼成むらが生じ、均一な
品質を維持することが不可能である。

別の従来技術が特公昭58−53085号公報や特開
昭59−150114号公報に開示されており、この技術
では、断面がＵ字形のトレイを使用し、このトレ
イの上部にバーを渡し、これらのバーに紡糸した
ままのピツチ繊維を掛け渡し、このトレイを不融
化炉と炭化焼成炉に順次投入する。この場合、ト
レイ内部に処理用気体を強制的に送り込むことが
難しく、また、トレイの内部の導入気体の置換を
拡散作用だけに頼つている。したがつて、ピツチ
繊維の不融化工程において、ピツチ繊維間に融着
現象が起こり易く、また、バーに接触しているピ
ツチ繊維部分の断面が自重によつて偏平になつて
しまうという欠点があつた。

さらに別の技術が特開昭59−15517号公報およ
び特開昭60−81320号公報に開示されており、こ
の従来技術では、紡糸したピツチ繊維を巻き取つ
たボビンそのものを不融化炉と炭化焼成炉にその
まま投入する。もちろん、このボビンはピツチ繊
維の処理温度に耐えかつピツチ繊維と化学的に相
溶性を持たない材料で作つてある。この従来技術
では、ボビンに巻取られたピツチ繊維が密である
と、隣接するピツチ繊維フイラメントが融着し易
く、炭化焼成後に焼成むらが生じることになる。
そのために、ボビンへのビツチ繊維の巻取量を少
なくすると、今度は紡糸工程の運転率が低下して
しまう。

さらに別の従来技術が特開昭58−50019号公報
に開示されており、ここでは、紡糸したピツチ繊
維を通気孔を有する容器に高密度で充填し、この
容器を不融化炉、炭化焼成炉を順次通過させる。
しかしながら、この容器は上部が開放されてお
り、容器を通過する気体の流速が均一にならない
ためにピツチ繊維に焼成むらが生じる。

即ち以上の従来技術においては、処理しようと
しているピツチ繊維の集積体または充填体を通つ
て処理用気体が均一に流れないために、蓄熱によ
る熱暴走、融着現象あるいは焼成むらが生じると
いう問題点があることがわかる。

また特開昭60−151316号公報には、ピツチ繊維
を底部に通気孔を有する容器に高さの低い充填量
にて収納し、この容器を下融化炉および／または
焼成炉内で二段以上に重ねて不融化、又は炭化焼
成する技術が開示されている。しかしながらこの
従来技術において通気孔のある底部としては金網
などを使用しているので、処理用気体の流速は中
央部において速くなり周辺に行く程遅くなり、処
理用気体は容器の横断面に対して均一に流れるこ
とはできず、蓄熱による熱暴走、融着現象あるい
は焼成むらを十分に低減することはできない。

またこの特開昭60−151316号公報のものにおい
ては、処理用気体を二段以上に積み重ねた多段容
器の低部から導入し頂部から排出する構成である
ため、処理用気体は多段容器内を上方に移動する
に従つて反応熱により暖められて高温となる。そ
のため容器に収納されるピツチ繊維の嵩高密度を
0.3ないし1.0ｇ／cm³位に高くした場合には、どの
ように処理用気体を流しても、蓄熱が進み、発熱
暴走して燃えてしまうか、または融着してしまう
かのどちらかであり、当然焼成むらを生じ得られ
た炭素繊維の特性にばらつきをもたらしていた。
従つてピツチ繊維の嵩高密度はある程度以上には
大きく出来ず、ピツチ繊維の処理量に限界があつ
た。

従つて本発明の目的は、ピツチ繊維の嵩高密度
が高くても、蓄熱による熱暴走、融着現象あるい
は焼成むらが生じることがなく、したがつて均一
な特性の炭素繊維を大量に得ることの出来るピツ
チ繊維の不融化および炭化焼成処理方法および処
理装置を提供することである。

問題点を解決するための手段 この目的を達成すべく、本発明によれば、ピツ
チ繊維の処理方法において、通気性の材料ででき
たバスケツトにピツチ繊維をバスケツトの高さよ
り低い15mm以下の高さに収納し、前記バスケツト
を複数個積み重ねて多段バスケツトとしたものを
密封容器に収納し、前記密封容器に処理用気体を
導入すると共にこの気体がバスケツトの底面に平
行に上下のバスケツト内を均一に流れるように整
流し、前記密封容器を加熱炉内に置いて多段バス
ケツト全体を必要温度に加熱することを特徴とす
る処理方法が提供される。

また本発明によれば、ピツチ繊維の処理装置に
おいて、通気性の材料でできた複数個のバスケツ
トと、前記複数個のバスケツトを積み重ねて多段
バスケツトとしたものを収納する密封容器とを有
し、前記密封容器は、処理用気体の導入口および
排出口をそれぞれ備えた相対する側壁を有すると
共に、導入口を備えた側壁と前記多段バスケツト
の相対する側面のそれに面するものとの間、およ
び排出口を備えた側壁と前記多段バスケツトの相
対する側壁のそれに面するものとの間にそれぞれ
各バスケツトに共通の導入通路および排出通路を
形成するように構成されていると共に、前記導入
通路内および排出通路内にそれぞれ前記多段バス
ケツトの相対する側面に隣接するよう配置された
処理用気体の整流板を備えており、かつ前記密封
容器は加熱炉内に置かれていることを特徴とする
処理装置が提供される。

実施例 図面を参照して本発明の好適実施例を説明する
と、第１図および第２図において本発明のピツチ
繊維の不融化および炭化焼成処理装置１０が示さ
れており、処理装置１０は通気性の材料、例えば
適当なメツシユのステンレス製金網、孔あきのア
ルミナ板などでできた複数個の横断面長方形また
は正方形のバスケツト１２ａ−１２ｇを有し、こ
れらバスケツトは図示の使用状態において上下に
積み重ねられて多段バスケツト１４の形にされて
いる。各バスケツトの積み重ね係合部分には、積
み重ねを容易にしかつ安定性を増すために図示し
ないはめ合い段部を形成するのが好ましい。この
多段バスケツト１４は密封容器１６に収容され、
この密封容器１６は容器本体１８と蓋板２０とか
らなつている。蓋板２０は容器本体１８の頂縁に
設けられた外向きのフランジ２２にボルト・ナツ
ト手段２４により取り付けられており、これによ
り蓋板２０は容器本体１８に対して着脱自在にさ
れている。容器本体１８は４つの側壁１８ａ，１
８ｂ，１８ｃ，１８ｄを有するやはり横断面長方
形をしており、一方の相対する側壁１８ａ，１８
ｂにはそれぞれの高さ方向および幅方向の中央部
分に処理気体の導入口を提供する導入管２６およ
び排出口を提供する排出管２８が取り付けられて
いる。またそれら側壁１８ａ，１８ｂの幅方向長
さは多段バスケツト１４のそれらに面する相対す
る側面１４ａ，１４ｂの幅方向長さとほぼ同じに
され、他方の相対する側壁１８ｃ，１８ｄの幅方
向長さは、多段バスケツト１４のそれらに面する
相対する側面１４ｃ，１４ｄの幅方向長さよりも
ある程度大きくされ、その結果多段バスケツト１
４は、側壁１８ｃ，１８ｄに対してはほとんど隙
間のない状態で収納されるが、側壁１８ａ，１８
ｂにたいしては、多段バスケツト１４のそれらに
面する側面１４ａ，１４ｂとの間にそれぞれ各バ
スケツトに共通の導入通路３０および排出通路３
２が形成されるようになつている。

導入通路３０および排出通路３２内には、好ま
しくは、多段バスケツト１４の対応する側面１４
ａ，１４ｂに隣接してそれらの全面にわたつて延
在する整流板３４，３６が配置されている。これ
ら整流板３４，３６は多孔板で構成することが出
来、それぞれその通気孔の開口率は整流板の中央
付近で小さく周辺で大きくなるように位置によつ
て異なつている。なお通気孔の大きさおよび開口
率の変化は段階的に行つてもよいし、連続的に行
つてもよい。これらのパラメータはその時に処理
するピツチ繊維の嵩高密度、寸法、性質等に合わ
せて選定すればよい。

密封容器１６および整流板３４，３６はバスケ
ツトと同様、ステンレス、アルミナなどの適当な
金属で作ることが出来る。

以上の構成の処理装置１０で処理を行うには、
まずバスケツト１２ｂ−１２ｇの各々に、高嵩高
密度、例えば0.3ないし1.0ｇ／cm³位の嵩高密度の
ピツチ繊維をバスケツトの高さよりも低い例えば
１／２から1/3の高さ、好ましくは15mm以下の高さに
収納し、それらを空のバスケツト１２ａを一番下
に積み重ねて多段バスケツト１４を構成する。つ
いで多段バスケツトを密封容器１６の２つの整流
板３４，３６の間に設置し蓋板２０をかぶせて、
ボルト・ナツト手段２４で固定する。ついで導入
管２６より処理用気体を密封容器１６内に導入し
ながら、密封容器全体を必要温度に加熱する。密
封容器１６内に導入された処理用気体は導入通路
３０内を流れ、そこから各バスケツト内をバスケ
ツトの底面に平行に流れ、排出通路３２内に流入
し、そこから排出管２８をへて排出される。この
時処理用気体は各バスケツトに分流して流れ、か
つ各バスケツト内においてピツチ繊維の上面から
直接その中に浸入し、下面及び側面からはバスケ
ツトの側壁および底壁の細孔を通つてピツチ繊維
内に浸入し、これらピツチ繊維に十分接触して、
不融化あるいは炭化焼成のための一様な反応が得
られる。また各バスケツト内においてピツチ繊維
の上側には空間が形成されておりかつその空間は
処理用気体で通気されているので、適度な放熱作
用があり、ピツチ繊維内の蓄熱を防止している。
従つて、嵩高密度の高いピツチ繊維であつても、
蓄熱による熱暴走、融着現象あるいは焼成むらを
生じることはほとんどない。

さらに図示実施例の場合、整流板３４，３６を
設けているので、導入通路３０内の処理用気体は
多段バスケツト１４の側面１４ａに対して均一に
分流され、各バスケツト内を均一に流れるように
なる。従つて各バスケツト内のピツチ繊維に接触
する処理用気体の流量も均一になり、これらピツ
チ繊維は常にほぼ同じ温度に保たれる。従つて高
嵩高密度のピツチ繊維であつてもより効果的に一
様に処理される。

なお整流板３４，３６を用いずに、その代わり
に各バスケツトの通気性材料の細孔の大きさに変
化を持たせることにより、各バスケツト自身に整
流作用をさせることも出来る。即ち、バスケツト
側壁の細孔の大きさを、導入管２６に近い部分で
は小さくし、遠い部分では大きくする。ただしこ
の場合、バスケツトを積み重ねる順番が決められ
てしまうので、積み重ね作業に注意を要する。ま
たバスケツト側壁のピツチ繊維の存在していない
高い位置の部分では、通気性を良くするために、
ピツチ繊維の存在する低位部分よりも細孔の大き
さを大きくすることも出来る。

前記処理装置１０の密閉容器１６に不融化、炭
化焼成のための異なつた処理用気体を選択的に導
入するための好ましい気体供給装置４０が第３図
に示されている。第２図において、密閉容器１６
は、その排出管２８を排出管路４２に接続され、
導入管２６を供給管路４４を通して３方向弁４６
に接続されている。この３方向弁４６はモータ駆
動式のものであり、モータによつて不融化用気体
供給系統４８と炭化焼成用気体供給系統５０に密
封容器１６の導入管２６を供給管路４４を介して
選択的に接続できるようになつている。

不融化用気体供給系統４８は不融化用気体、た
とえば、空気あるいは酸素の供給源５２を有し、
この供給源５２は圧力調整弁５４に接続されてい
る。この圧力調整弁５４の出口側には保守、修理
に便利なように通常開の閉止弁５６が設けられて
おり、この閉止弁５６の下流側には流量計５８が
設けられており、さらにその下流側には圧力計６
０も設けられている。そして、その下流が前記の
３方向弁４６に接続されている。

炭化焼成用気体供給系統５０はこの不融化用気
体供給系統４８とまつたく同じ構造であり、それ
ぞれ相当する部分を同じ参照数字にアルフアベツ
ト大文字の「Ａ」を付して示してある。ただし供
給源５２Ａは処理用気体として窒素を供給するよ
うになつている。

以上の構成において、処理装置１０は図示して
いない移動可能な加熱炉内に置かれ、加熱炉を付
勢してまず150℃まで温度を上げる。次いで、３
方向弁４６をモータ駆動して不融化用気体供給系
統４８を密閉容器１６の導入管２６に接続する。
こうして、不融化のための処理用気体たとえば、
空気が圧力調整弁５４によつてその圧力従つてそ
の流量を調節されながら密閉容器１６内に流入さ
れ、予め定められた昇温プログラムに従つて約
300℃〜400℃まで処理容器１０内の温度を上げて
ピツチ繊維を加熱し、その表面を硬化させて不融
化する。

次に、３方向弁４６を切換えて同様の手順で炭
化焼成処理用不活性気体、たとえば、窒素を炭化
焼成用気体供給系統５０から密閉容器１６に導入
し、所定の昇温プログラムに従つて処理容器１０
内を800℃〜1500℃まで加熱して不融化済のピツ
チ繊維を炭化焼成処理する。

第２図に示すこの気体供給装置に処理容器１０
を接続して処理すれば、不融化処理から炭化焼成
処理に移行するに際して、処理容器を移動させる
ことが不要であり、異なる処理用気体の導入が容
易かつ連続的に行なわれ、ピツチ繊維処理作業の
能率が向上する。

以下に本発明の実験例を説明する。

実験例 １ 等方性ピツチを溶融し、押出溶融紡糸して得た
ピツチ繊維を第１図に示すようなバスケツトに収
納し、多段に積み重ねて、それを第１図に示すよ
うな密閉容器１６に収容した。このとき用いたバ
スケツトは10メツシユのステンレス金網製で、一
辺400mmの正方形、高さ25mmをもち、これらを７
段積み重ね、上の６段のみにピツチ繊維を収納し
た。ピツチ繊維の堆積高さは８mm、重量約500ｇ
で、嵩高密度は約0.4ｇ／cm³であつた。整流板は
中央付近に約５mmの孔があいており、上下の端部
で径15mmに拡大させた。整流板、密閉容器共にス
テンレス製であつた。また密閉容器の寸法は巾
480mm、長さ680mm、高さ180mmであつた。密閉容
器全体を室温から150℃まで10℃／分で昇温し、
不融化用気体供給系統４８から不融化用気体とし
て空気を流量計４６の読みにより容器内流速が１
ｍ／秒となるように圧力調整弁４２で調整して供
給し、その後、容器を320℃まで0.5℃／分の率で
昇温させ、不融化処理を終える。次いでこの容器
を320℃に約10分間維持しながら、炭化焼成用気
体供給系統５０から窒素を容器に導入し、空気を
追出して完全に窒素と置換した。このとき流量計
４６Ａの読みにより容器内の窒素の流速が0.01
ｍ／秒となるように圧力調整弁４２Ａで調整し、
次いで、容器を10℃／分の率で320℃から1000℃
まで加熱し、30分間1000℃に容器を維持して炭化
焼成処理をしてから室温まで冷却した。こうして
得たピツチ繊維は、燃えることもなく融着もせ
ず、均一に炭化されており、その抗張力は90Kg／
mm²であり、弾性率は4.5ton／mm²であつた。

実験例 ２ メソフエース系ピツチを加圧押出紡糸して得
た、固定潤滑剤の付着しているピツチ繊維を実験
例１と同様に第１図に示す密閉容器１６に充填し
た。このとき用いたバスケツト、整流板、密閉容
器の材質は全てアルミナ製であつた。バスケツト
は一辺200mmの正方形、高さ30mm、厚さ10mmで、
10段重ねとした。ピツチ繊維の堆積高さは15mm約
800ｇ収納し、嵩高密度は約0.8ｇ／cm³であつた。
またバスケツトには直径５mmの孔を８mm間隔であ
けたものを用いた。整流板は中央が径10mm、端部
で径30mmの孔をもつていた。密閉容器の寸法は巾
220mm、高さ325mm、長さ340mmであつた。密閉容
器を室温から10℃／分で150℃に加熱したあと、
空気を0.8ｍ／秒で密封容器内に導入した。次に、
150℃から210℃までは２℃／分で昇温し、210℃
で20分保持した後210℃から250℃までは５℃／
分、250℃から350℃までは10℃／分で昇温した。
ここで導入気体を完全に窒素と置換してから1300
℃まで窒素を流速0.005ｍ／秒で導入し炭化焼成
処理を行なつた。1300℃に達して10分保持したあ
と、10℃／分の速度で降温して室温まで冷却し
た。こうして得た炭素長繊維にはまつたく融着が
見られず、抗張力が250Kg／mm²弾性率は22ton／mm²
であつた。

発明の効果 こうして、本発明によれば、通気性の材料でで
きたバスケツトにその高さよりも低い高さにピツ
チ繊維を充填し、そのようなバスケツトを複数個
積み重ねた多段バスケツトに処理用気体を導入
し、処理容器体をバスケツトの底面に平行に各バ
スケツト内を流れるようにしたので、処理用気体
が各バスケツト毎に分流して流れるようになり、
かつその処理用気体が各バスケツト内のピツチ繊
維の上面、下面および側面の全面から内部に侵入
するので均一な処理反応が得られ、さらにピツチ
繊維の上側には処理用気体が通気する空間が存在
することにより放熱作用があり、従つてピツチ繊
維の嵩高密度が高くても特定の部位に蓄熱が生じ
ることが防止され、蓄熱による熱暴走、融着現象
あるいは焼成むらが生じることがほとんどなく、
大量のピツチ繊維を均一に処理することが出来る
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適実施例によるピツチ繊維
の不融化および炭化焼成処理装置の垂直断面図で
ある。第２図は第１図の−線に沿つた処理装
置の横断面図である。第３図は第１図に示す処理
装置に処理用気体を供給するのに用いて好適な気
体供給装置の概略図である。 図面において、符号１０……処理装置、１２ａ
−１２ｇ……バスケツト、１４……多段バスケツ
ト、１６……密封容器、２６……導入口、２８…
…排出口、３０……導入通路、３２……排出通
路、３４，３６……整流板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ピツチ繊維の処理方法において、通気性の材
   料でできたバスケツトにピツチ繊維をバスケツト
   の高さより低い15mm以下の高さに収納し、前記バ
   スケツトを複数個積み重ねて多段バスケツトとし
   たものを密封容器に収納し、前記密封容器に処理
   用気体を導入すると共にこの気体がバスケツトの
   底面に平行に上下のバスケツト内を均一に流れる
   ように整流し、前記密封容器を加熱炉内に置いて
   多段バスケツト全体を必要温度に加熱することを
   特徴とする処理方法。 ２ ピツチ繊維の処理装置において、通気性の材
   料でできた複数個のバスケツトと、前記複数個の
   バスケツトを積み重ねて多段バスケツトとしたも
   のを収納する密封容器とを有し、前記密封容器
   は、処理用気体の導入口および排出口をそれぞれ
   備えた相対する側壁を有すると共に、導入口を備
   えた側壁と前記多段バスケツトの相対する側面の
   それに面するものとの間、および排出口を備えた
   側壁と前記多段バスケツトの相対する側壁のそれ
   に面するものとの間にそれぞれ各バスケツトに共
   通の導入通路および排出通路を形成するように構
   成されていると共に、前記導入通路内および排出
   通路内にそれぞれ前記多段バスケツトの相対する
   側面に隣接するよう配置された処理用気体の整流
   板を備えており、かつ前記密封容器は加熱炉内に
   置かれていることを特徴とする処理装置。 ３ 前記導入口および排出口はそれぞれ前記密封
   容器の相対する側壁の中央部分に設けられ、前記
   整流板はそれぞれ通気孔の開口率が整流板の中央
   付近で小さく周辺で大きくなるように位置によつ
   て異なつている特許請求の範囲第２項記載の処理
   装置。