JPH03104928A - 熱処理装置 - 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］ 本発明は熱処理装置に関する。ざらに詳しくは炭素繊維
製造用熱処理装置における炉内外ガスの効率的なシール
機構に関する。

［従来の技術］ 炭素繊維ないし黒鉛繊維の製造において、ます耐炎化繊
維はポリアクリ日二トリル（以下、ＰＡＮと略す）系繊
維、再生セルローズ系繊維、フェノール系繊維、ピッチ
系繊維等の有機重合体から或る前駆体１維を空気または
他の酸化性ガス雰囲気（通常は空気）中にて、約２００
〜３　０　０　’Ｃで耐炎化処理（ビツチ系繊維では一
般に不融化と称しており、更に高温の４５０℃程度まで
の処理を行なっている）して得られる。このように耐炎
化された繊維は、次いで窒素、アルゴン等の不活性ガス
雰囲気中にて約８００〜２０００℃で炭化せしめて炭素
Ｉ！維としたり、またざらに２　０　０　０　’Ｃ以上
の不活性ガス雰囲気中で黒鉛化を行ない、弾性率が一段
と高い黒鉛繊維とすることも行なわれる。

ところで、上記耐炎化工程は酸化と環化を伴う反応であ
って、高温で処理する程反応速度を上げて耐炎化に必要
な処理時間を短縮できる。しかしながら、該耐炎化工程
は発熱反応を伴うため、処理温度を高温にし過ぎたり、
前駆体ｌｌｉ維を高密度に多数充填したりすると、反応
熱が該繊維内に蓄熱して単糸間の融着や糸切れ、場合に
よっては発火現象を生じる。そのため、耐炎化工程の生
産効率を上げるためには、当該繊維の反応発熱を効率良
く除去しつつ可能な限り高温で処理できるプロセスとす
ることが重要である。

このような目的に合致した耐炎化方法としては、前駆体
繊維に熱風を吹き付けて、アクリル系前駆体繊維の場合
には処理時間２０〜１２０分程度で耐炎化処理する方法
（以下、オーブン方式という）がある。

一方、前駆体繊維を流動層中で耐炎化処理する方法（以
下、流動層方式という）がある（例えば、特公昭４４−
２５３７５号公報）。

いずれの方法にせよ、耐炎化処理装置にお【プる被処理
系条の出入口は開放されており、装置内への外気の侵入
、あるいは装置内ガスが外部へ漏出する等のため、エネ
ルギーロスが大きくなる問題や、耐炎化反応に伴って発
生するタール類が炉およびその周辺へ付着する等の問題
があることは、一般によく知られているところである。

かかる炭素繊維製造における熱処理装置，持に耐炎化処
理装置のガスシールの問題は、これまで種々検討されて
いる。

例えば、特公昭５４−１８１５号公報により、竪型熱処
理装置のシール手段として、熱処理室の上下に糸条の通
過するスリットを備えたシール室Ａ，Ｂを設け、上部シ
ール室に気体を供給する一方、下部シール室からは気体
を吸引排気するよう構或されたものが知られている。し
かしながら、被処理系条の出入口が開放されているため
、装置内への外気侵入や、雰囲気ガスの流出によるエネ
ルギーロスが大きくなる、あるいは耐炎化反応に伴って
発生するタール類が炉内や周辺装置に付着する等の問題
があった。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、上記従来技術の問題点、即ち，熱処理
装置における被処理系条出入口からの外気の侵入や、装
置内雰囲気ガスの漏出を防止することにより、省エネル
ギーを図ることにある。また他の課題は、炭素繊維製造
時、就中耐炎化工程で発生するタール類による炉および
その周辺装置の汚染防止を図ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の上記課題は、繊維糸条を連続的に処理する熱処
理装置において、被処理系条の出入口部、を被処理系条
と耐熱繊維とで接触シールすることを特徴とする熱処理
装置によって解決することができる。

以下、本発明装置を、耐炎化炉を例にとって、図面を参
照しながら具体的に説明する。

第１図は本発明に係る酌炎化炉の一例を示Ｖ概略図、第
２図は第１図の耐炎化炉出入口部における被処理系条と
耐熱繊維との接触シール状態を示す概略図である。

図において、１は耐炎化炉、２は被処理系条、３は熱媒
粒子、４はヒータ、５は被処理系条出入口部（シール部
）、６は耐熱繊維の支持具、７は耐熱繊維である。なお
、８は給気ブロワー、８゜は排気ブロワー、９は本装置
の耐炎化方式をオーブン方式（熱媒なしで酸化処理）と
して使用する場合の雰囲気ガス循環ラインである。

本発明装置の要部は、耐炎化炉１の被処理系条出入口部
５を該被処理系条２と耐熱繊維７とで接触シールとする
点である。

すなわち、まず耐炎化炉には、オーブン方式と流動層方
式を最も代表的な装置として挙げることができる。この
うち、オーブン方式とは、前駆体繊維を温度が好ましく
は２００′Ｃ以上、より好ましくは２４０’Ｃ以上、風
速が好ましくは０．５〜５ｍ／秒の酸化性気体中で酸化
処理する方式である。一方、゛流動層方式とは、前駆体
繊維を固体熱媒粒子が酸化性気体で流動化した状態で加
熱辺理する手段であり、前記熱媒粒子が酸化性気体で流
動化した状態と、所定の温度、好ましくは２００℃以上
、より好ましくは２４０’Ｃ以上に加熱ざれた状態が、
この流動層内で共存する状態となっている。

この場合の酸化性気体は通常空気である。また熱媒粒子
としては、前駆体繊維の耐炎化に必要な加熱温度に耐え
得る耐熱性を有するもので、例えば、主成分として炭素
、アルミナ、炭化ケイ素、ジルコニア、シリカ等が単独
あるいは共存して構或されるセラミックスやガラス等の
無ぽ物粒子かある。特に前記熱媒粒子のうち、炭素を主
成分とする粒子であることが好ましく、さらには重量の
８０％以上が２８メッシュより小さい粒径の黒鉛粒子が
好ましい。

次に、耐炎化炉の出入口部には、第２図に示すように、
被処理系条と耐熱繊維との接触シール部を設けるが、こ
の際，両繊維は充分接触させておくことが重要で、その
接触状態が充分でないと、装置内気体の外部への漏出、
あるいは外気の装置内への侵入を防止することができな
い。このため耐熱繊維としては、被処理系条と接触擦過
しても、被処理系条には全く損傷を与えず、かつ約３０
０〜４００℃の耐炎化温度に耐え得るような耐熱繊維で
あることが必要であり、例えば．フッ素系繊維、アラミ
ド繊維およびガラス繊維等を用いることができる。

またこれらの耐熱繊維は通常布帛あるいは編織物の形態
で用いるが、ざらに該耐熱繊維の布帛あるいは編織物が
、装置の出入口部で被処理系条と常に充分な接触状態か
保てるように、適当な支持具６を用いる等は効果的であ
る。

なお、本発明装置にあける被処理系条（前駆体繊維）と
しては、ＰＡＮ系ｌＩｉＩ′Ｉ、再生セル口ーズ系、フ
ェノール系等に代表ざれる有機重合体を紡糸して得られ
るフィラメント、ストランド、トウ状の連続体が例示で
きるが、これらに限定ざれるものではない。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

実施例１、比較例１ 前駆体繊維として、単糸１，Ｏデニール、１２０００本
のＰＡＮ系繊維を１０糸条用い、第１図に示す装置、即
ち，流動層加熱炉内を粒径１００〜２００メッシュの黒
鉛粉末を静置熱媒深さ４００Ｉ１ｍ，風速４．　０　１
４ｃｍ／秒の圧空で流動化した炉内にて温度２５０／２
７０’Ｃ、耐炎化時間１０分で耐炎化した。この装置の
出入口シール部には、耐熱繊維としてフッ素繊維を用い
た。

この際の消費電力は４ＱＫＷであった。また約゛１カ月
の連続運転において、炉およびその周辺のタールによる
汚れは殆ど認められなかった。

一方、比較のため炉内出入口部のシール部を開放した以
外、上記と同一条件で耐炎化したが、その際の消費電力
は６０ＫＷであった。また炉およびその周辺のタールに
よる汚れは７日間の運転で顕著となり、半月で停機し掃
除を必要とした。

実施例２、比較例２ 実施例１と同様のＰＡＮ系繊維を用い、第１図に示す装
置において、流動層方式の熱媒粒子を除去してオーブン
方式とし、風速２．０　Ｈｍｌ秒の，温度２４０／２６
０’Ｃで、３０分間耐炎化処理した。この装置の出入口
シール部には、耐熱繊維としてフッ素繊維を用いた。

この際の消費電力は６０ＫＷであり、また約１カ月の連
続運転において、炉およびその周辺のタールによる汚れ
は殆ど認められなかった。

一方、比較のため炉内出入口部のシール部を開放した以
外、上記と同条件で耐炎化したが、その際の消費電力は
１００ＫＷであり、また炉およびその周辺のタールによ
る汚れは、比較例１と同様に７日間の運転で顕著となり
、半月で停機し掃除を必要とした。

実施例３、比較例３ 実施例２の嗣熱繊維、フッ素繊維をアラミド繊維および
ガラス繊維に変更した以外、実施例２と全く同一条件で
耐炎化し、耐炎糸とした。

得られた耐炎糸の毛羽の個数を目視で数えた。

またこの耐炎糸を常法どおり炭化して炭素繊維とし、そ
の単繊維強度および同弾性率を測定した。

これらの結果を次表に示した。

一方、比較のため、耐熱繊維によるシールを実施しなか
った場合について調べ、その結果を次表に併記した。

この結果が示すように、被処理系条と耐熱繊維との接触
シールは、炭素繊維の品位および品質に全く悪影響を及
ぼさないことが確認できた。

（以下、余白〉 ［発明の効果］ 耐炎化炉は、熱処理装置の被処理系条出入口部を該被処
理系条と耐熱繊維とで接触シールとしたものであり、こ
れにより装置内気体の外部への漏出、あるいは外気の装
置内への侵入が著しく減少したため、熱処理時の消費電
力が耐熱繊維との接触シール部を設けなかった場合に比
べ、約２０〜４０％節減できる。

また、耐炎化処理時に発生するタール類による、炉およ
びその周辺装置の汚染問題が一挙に解消し、連続運転期
間の延長が図れるばかりか、炭素繊維の製造コストが低
減できる等、炭素ｍ維製造上、顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る耐炎化炉の一例を示す概略図、第
２図は第１図の耐炎化炉出入口部における被処理系条と
耐熱繊維との接触シール状態を示す概略図である。 １；耐炎化炉 ２゛被処理系条　　３：熱媒粒子 ４；ヒータ ５；被処理系条出入口部（シール部〉 ６；耐熱繊維の支持具　　７：耐熱繊維８；給気ブロワ
ー　　８“；排気ブロワー９゜本装置の耐炎化方式をオ
ーブン方式（熱媒なしで酸化処理〉として使用する場合
の雰囲気ガス循環ライン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維糸条を連続的に処理する熱処理装置において、被処
   理系条の出入口部を、被処理系条と耐熱繊維とで接触シ
   ールすることを特徴とする熱処理装置。