JPH0226921A - ピッチ系の不融化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は石油系または石炭系のピッチを溶融紡糸して得
られるピッチ糸を酸化雰囲気中で１００〜５００℃に加
熱して不融化し、その後不活性ガス雰囲気中で４００〜
２．０００℃で焼成炭素化を行ないピッチ系炭素繊維を
製造する方法に関し、特に、高生産効率で安定した不融
化が行なわれるピッチ糸の不融化方法に関する。

〔従来の技術〕

石油系あるいは石炭系ピッチを溶融紡糸し、このピッチ
糸を不融化炭化して炭素繊維を製造する方法は良く知ら
れている。炭素繊維の製造プロセスには不融化および炭
素化のための熱処理工程が含まれるが従来この工程には
以下の方法が考案または実施されている。すなわち ｆａｔ連続的に糸を延伸しつつ炉内を通過させる方法〜
）糸の束をバーに懸垂し、このバーをトレイに収納し、
またはそのままの状態で炉内を通過させる方法 ｆｃｌメツシュコンベア上に糸をシート状に堆積させ炉
内を通過させる方法 ｆｄｌ糸を容器内に収納し容器ごと炉内を通過させる方
法である。

〔発明が解決しようとする課題〕

ポリアクリロニトリル繊維を前駆体とする場合には、充
分な強度を有するため上記ｉａｌの方法によって熱処理
を施すことが可能であるが、ピッチ系炭素繊維の場合に
は熱処理前のピッチ糸は脆弱なためこの方法を用いるこ
とは困難である。

（ｂ）の方法では糸の充填密度が小さいため炉の容積が
大となり、熱効率、装置スペースの観点から不利なもの
となる。

また、（Ｃ）のメツシュベルトの方法ではベルト上の糸
の堆積量を増加させるとメツシュベルト上のピッチ糸層
内へのガスの流通が不均一となり、どうしても堆積量を
制限せざるを得す、熱効率、装置スペースの観点から不
利となる。また最大の欠点は、ピッチを厚く堆積させた
場合に、ベルト上に堆積した連続糸を解舒するのが困難
な点である。

ベルト上に堆積した糸を連続的に解舒するには堆積層下
部より糸を引き出すか、堆積層を反転し、反転した堆積
層の上部より糸を引き出す方法によるが、いずれも不融
化終了後の不融化糸の強度は２〜２０　ｋｇ　／　ｔｍ
　”程度と弱く、糸条のもつれ、糸切れ、毛羽等が発生
する。

（ｄ）の方法では生産効率を上げる目的で容器内に収納
するピッチ糸充填密度を高めると、沈積層内外で処理条
件に差異が生じたり、はなはだしい場合、不融化反応の
際に生じる反応熱のため反応が暴走し、糸が融着あるい
は燃焼する場合があり、充填密度を高めることが製品品
質上困難であった。

尚不融化の際の酸素濃度を初期で３０％以上、後期では
１５％以下とする方法が考案されているが、この方法を
もってしても高充填密度での安定した不融化は困難であ
った。

本発明は以上のような点に鑑みてなされたもので、その
目的とするところは、石油系、石炭系ピッチを溶融紡糸
して得られるピッチ糸を不融化および炭化を行ない炭素
繊維を製造する方法において、高生産効率でしかも安定
して均質な不融化を成しとげることのできる不融化方法
を提供することである。

〔課題を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に、本願発明は前記請求の範囲記
載の通りの手段を講じたものであって、その作用は次の
通りである。

〔作用〕

ピッチ糸は最初の反応炉室に入れられ、そこで加熱され
る。次にそのピッチ糸は次の反応炉室に入れられ、そこ
で前炉室よりも高い温度に加熱される。さらにそのピッ
チ糸は次の反応炉室に入れられ、より高い温度に加熱さ
れる。このような加熱が繰り返されるに伴ない上記ピッ
チ糸は不融化する。

〔実施例〕

以下本願の実施例を示す図面について説明する。

１は不融化反応炉を示す、該炉１において、２は中空の
炉体を示す、３は入口、４は出口を夫々示し、夫々上方
へ向けて開閉できるようにしである扉５．６でもってガ
スの流通が実質的に遮断されるように閉ざされている。

上記炉体２の内部において、７．７・・・は夫々反応炉
室を示し、最低３室以上が設けられる。８．８・・・は
炉室相互を区画する隔壁で、炉室相互を完全に区画して
炉室相互間における実質的なガスの混合を防ぐようにし
である。これらの隔壁８はいずれも上方へ引き上げるこ
とによって開放できるゲート弁をもって構成しである。

９は上記扉５．６あるいは隔壁８の開閉を行なうように
した開閉装置で、シリンダをもって構成しである。

次に上記各反応炉室７において、第３図に示される１１
は炉内レールで、ピッチ糸の入れられた容器１２を入口
３から出口４へ向けて順次移動させることの案内と、炉
室７内においてはその容器１２を安定に支えることとの
両機能を果たすようにしである。１３は循環ファン、１
４はファン駆動用のモータ、１５は炉内ガスの案内部材
を示す、１６は炉内ガスの加熱用のヒータ、１７は遮熱
板で、ヒータ１６からの熱が直接に上記容器１２に伝わ
ることを防止する為のものである。１８は炉内ガスの測
温部材で、例えば熱電対が用いられる。

次に第１図における矢印１９は各炉室７内へ向けての酸
化性フレッシュガスの供給を示し、夫々供給ダクト２０
を用いて行なうようになっている。尚２１は上記酸化性
ガスの昇温用のヒータを示す、矢印２２は排ガスの排出
を示し、各炉室７から夫々排出用ダクト２３を通して行
なうようになっている。排出された排ガスは周知の排ガ
ス処理装置によって処理される。

次に上記不融化反応炉１によるピッチ糸の不融化を説明
する。第１図において、ピッチ糸２４は容器１２に充填
される。容器１２は底部を通気孔を有する構造に形成（
例えば多孔板、金ｍ）されている。

上記充填は充填層密度が５０〜３００Ｋｇ／　ｒｄ好、
ましくは９０〜２００Ｋｇ／　ｒｄとなるように行なう
。また充填層厚みが２０〜２００ｎとなるように行なう
、更にまた、充填層の段数は縦方向に単段又は多段にす
る。ピッチ糸２４を充填した容器１２は、扉５を開放し
た状態において、図示外の周知のトレイブツシャにより
入口３から最初の炉室７内に送り込む。この場合、隔壁
８や扉６を同時に開放しておくことによって、各炉室７
に既に入っている容器１２を、上記トレイブツシャの作
動により連動的に夫々次段に押し進める。そのような移
動の完了後、扉５，６、隔壁８を全て閉じ、炉室７相互
間を隔絶する。

この状態において、各炉室７内では夫々に送り込まれた
酸化性ガスがファン１３の作動及び案内部材１５の存在
によって第３図に矢印で示されるように循環され、容器
１２内のピッチ糸２４が存在する場所を上方から下方へ
向けて流れる。上記ガスは又、ヒータ１６によって各々
の炉室７に予め設定された温度に加温される。上記のよ
うな加熱されたガスの流通により、容器１２内のピッチ
糸２４は不融化反応を生じて次第に不融化する。尚反応
によって生じた熱は上記流通するガスにより除去される
。

上記容器１２内を上方から下方へ向けて流れるガスの流
速は０．１〜１．５ｍ／ｓの範囲内で設定するのがよい
。それが０．１ｓ／ｓ以下であると反応熱の除去が困難
となり、ピッチ糸の融着や燃焼を招く。また１゜５ｍ／
ｓを越えると糸が動き、不融化糸を焼成した後の解舒が
困難となる。

上記炉室７内のガス温の制御は測温部材１８の温度測定
値を基にして通常の如く行なう、尚各炉室７のガス温は
、ピッチ糸２４が溶融しない範囲で高（設定し、ピッチ
糸の不融化反応を促進させるのがよい、またその温度は
、ピッチ糸の不融化反応が進むにつれピッチ糸が溶融し
にくくなる（熔融温度が高（なる）為、炉の出口４に近
い側の炉室７ほど高く設定する。

上記状態での不融化処理を所定時間例えば３０分継続し
たならば、再び隔壁８を開き、ピッチ糸の入った容器１
２を次の炉室７へ進め、上記と同様の操作を再び行なう
。

上記の操作を操り返し行なうことによっ、て、容器１２
内のピッチ糸２４の不融化が完了し、出口４がら送り出
される。

次に、上記各炉室７でのピッチ糸の不融化処理の場合、
各炉室７相互間は完全に隔絶されている為、各々におい
て温度を相違させるのみでなく、酸化性ガス例えば０！
　ＳＯ□、ＮＯ２０，などの組成をも相違させ、各温度
に応じ最適な酸化性ガスを用いることが可能である。ま
た不融化反応中、各室からの排ガスの温度、組成から反
応暴走の有無を知り、それに基づいて酸化性ガスの組成
を変化させるという、反応制御を可能にすることもでき
る。

次に上記容器１２内のピッチ糸２４の充填層は、その密
度が３００Ｋｇ／　ｎ？を越えたり、厚みが２００　ｖ
ａを越すと得られる不融化糸の充填層上下部での品質の
差が生ずる為、各々それ以下が良い。

次に、上記炉１内における容器１２の移動は、上記トレ
イプッシャ一方式に代えて既知のローラーハース方式の
技術で行なってもよい。

次に具体例及びその比較例について説明する。

（具体例） 軟化点１８０℃の石油系等方性ピッチを温度３１０℃で
１０００孔を有する紡糸装置を用いて溶融紡糸し、底部
に金網を張った直径４７５φ高さ２２Ｏｎの容器に、充
填層高さ１４０　ｍ、充填層密度１００Ｋｇ／　ｒｄで
収納した。

この容器を６室から構成される第１図に示したごときの
不融化炉に入れ、第１表の条件で各室３０分で不融化処
理を行なった。この際各室間の隔壁は存在し、各室間は
完全に独立隔離した状態で処理第１表　各炉室の不融化
条件 各室に３０分、容器内ガス流速を０．６ｖ／ｓで不融化
処理した。

容器からの不融化糸は５０ｍ／分の速度で問題なく解舒
でき、融着や燃焼も生じていなかった。

この不融化糸を最高温度１２００’Ｃで炭化処理した炭
素化糸の物性を第２表に挙げたが容器内位置にょ第２表
　炭素化糸の物性値 不融化終了後糸を解舒し炭化処理したのち物性を測定し
た結果を第３表に挙げた。

第３表　炭素化糸の物性値 （比較例−１） 具体例と同様な条件で隔壁を開けた状態で不融化処理を
行なった。不融化条件は第１表のごとき条件で行なった
が、ガス組成に関し、導入ガス組成は同一であるものの
、各室内のガス組成は成り行きであった。

他の条件を具体例と同条件で行なったが第４室で反応が
暴走し、不融化終了後の糸は燃焼し損傷しており、解舒
は不能であった。

（比較例−２） 具体例の条件で容器への糸の収納条件を、充填層厚み１
０ｆｉ、充填層密度４０ｋｔｌｒｄで収納し、他条件を
比較例−１と同様に不融化を行なった。

物性に顕著な差は見られなかったが若干下部が上部より
物性の低下があった。

〔発明の効果〕

以上のように本発明にあっては、ピッチ糸を不融化する
場合、後段の炉室ほど温度を高（しているから、ピッチ
糸の融着を防止しながら不融化反応を促進することがで
き、比較的短い時間で迅速にピッチ糸の不融化を行ない
得る効果がある。

しかも上記のピッチ糸を不融化する場合、容器内のピッ
チ糸の充填層密度は高くしであるので、容器は小嵩のも
のを用いることができ、結局、小容積の炉で多量のピッ
チ糸の不融化処理ができる特長がある。このことは生産
効率を高める上に大きい効果がある。

更にまた上記の小容積の炉を用いることができるという
ことは、各炉室７へのガスの供給量も少なくてよく、そ
のガスの費用やそれを加熱する為のエネルギーを節減で
きる副次効果があり、また各炉室から排出されるガスの
量もその分少なくて、排ガスの処理も楽に行ない得る副
次効果がある。

更に本発明にあっては、炉室相互でのガスの混合を防止
しているから、各炉室におけるガスは夫々良質に保つこ
とができる特長がある。このことは上記の如く充填密度
を高くしても、夫々各炉室７においては良質なガスの維
持により均質な不融化処理を安定して行ない得る効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

図面は本願の実施例を示すもので、第１図は不融化反応
炉の暗示縦断面図、第２図は一つの反応炉室の拡大断面
図、第３図はｍ−ｍ線断面図。 ７・・・炉室、１２・・・容器、２４・・・ピッチ糸。 図 〒−一 糎 第２図 し亘 第３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、石油系または石炭系のピッチを溶融紡糸して得られ
   るピッチ糸を不融化及び炭化して炭素繊維を製造する方
   法において、３室以上でしかも前段よりも後段ほど室内
   温度を高くした多室の反応炉室から構成される不融化反
   応炉を用いることを特徴とするピッチ糸の不融化方法。 ２、ピッチ糸が通気孔を有する容器に、充填層密度５０
   〜３００Ｋｇ／ｍ＾３で単段もしくは多段に装入した状
   態において不融化が行なわれる請求項１記載のピッチ糸
   の不融化方法。 ３、ピッチ糸が通気孔を有する容器に、充填層厚み２０
   〜２００ｍｍで単段もしくは多段に装入した状態におい
   て不融化が行なわれる請求項１又は２記載のピッチ糸の
   不融化方法。 ４、不融化炉内におけるピッチ糸を入れた容器の移動は
   、トレイプッシャー方式またはローラーハース方式で行
   ない、ピッチ糸の不融化反応中は各室内のガスの相互の
   混合を防止する為に各室相互を開閉自在の隔壁によって
   完全に分割することを特徴とする請求項１、２又は３記
   載のピッチ糸の不融化方法。 ５、ピッチ糸を入れた容器内においてガスを上方から下
   方へ向けて流し、しかもそのガスの流速を０．１ｍ／ｓ
   〜１．５ｍ／ｓとすることを特徴とする請求項１、２又
   は３記載のピッチ糸の不融化方法。