JPH0333206A - 遠心紡糸用ディスク - 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） この発明は遠心紡糸法によるところの繊維製造分野、な
かでも炭素繊維の原料となるピッチ繊維のような非常に
径の小さな繊維を製造する際に使用するのに有用な遠心
紡糸用ディスクの改良に関するものである。

（従来の技術） 遠心紡糸とは、外周面に原料吐出用のノズル孔を一つ以
上設けた中空状の円板または中空状の円筒あるいはそれ
に類した形状（角錐、角柱、円錐等）のディスクを雰囲
気ガス中において高速回転させ、これによって発生する
遠心力にて、ディスク本体内部に滞留又は供給される溶
融原料を上記ノズル孔から噴出させることによって該溶
融原料を延伸・冷却固化して繊維状に加工する技術であ
って、ガラス繊維の製造や炭素繊維の原料となるピッチ
繊維の製造などに広く利用されている。

一般に遠心紡糸による繊維の製造においては、紡糸温度
での溶融原料の粘度が低くなるほど、また溶融原料およ
び固化繊維の密度が小さなものほど、さらに製品繊維の
径が小さなものほど難しくなる。

その理由は、高速回転するディスク本体のノズル孔から
噴出させた未だ固化が完了していない原料や繊維は、そ
れ自体とディスク本体の回転方向に大きな相対速度を有
するディスク外周近傍の雰囲気ガスによる流体抵抗や摩
擦抵抗を受け、とくに粘度の低い溶融原料の場合には簡
単に引きちぎられるからであり、また密度の小さいもの
や製品繊維の径の小さいものは、密度や径のより大きな
ものに比較して同−質量当たりの表面積が大きいことか
ら、流体抵抗や摩擦抵抗が大きくなって切れ易くなるか
らである。

従って、ガラス繊維やポリマー等の溶融粘度が高く密度
の大きい原料を用いて径の大きい繊維を製造する場合に
は問題はないが、炭素繊維の原料となるピッチ繊維のよ
うに溶融粘度が低く密度の小さい原料にて径の小さい繊
維を製造する場合には上述の如き理由によって糸切れが
多発するのはもちろんであるが、これによるショット（
未繊維化固化原料）が増大したり、繊維の平均長さが小
さくなるのは避は難かったのである。

このような問題の解消のため従来は、ノズル孔から出る
原料や繊維に悪影響を及ぼす雰囲気ガスの流体抵抗や摩
擦による過大な力を低減して原料や繊維のスムーズなノ
ズル離れを促す工夫が施されていて、ここに例えば特開
昭１１４９２２号公報、特開昭６２−２３１００８号公
報には、ノズル孔周辺の雰囲気ガスに、ノズル孔と同等
の回転方向および半径方向において適切な速度を付与す
る技術が、また特開昭５９−１５０１０６号公報には専
用のガス吹き出しノズルを設けて該ノズルから放射状に
離れるガス流を強制的につくり出す技術がそれぞれ提案
されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら上記の先行技術は何れにあっても固化完了
後の繊維をスムーズにディスク本体から引き離すことは
できるものの、雰囲気ガスとしてたとえば粘度の低い空
気や窒素などを用いた場合には、ノズル孔の周辺のガス
にまでは適切な流速を与えることができずショットを低
減したり繊維長さの延長を図ることができなかった。

しかもディスク本体から離れようとするガス流を形威さ
せようとする場合ノズル孔の近傍に負圧域が発生する一
方、それがディスク周辺からの雰囲気ガスを受けて消滅
する現象の繰り返しによってノズル孔近傍のガス流の乱
れが発生する不利があった。

またこれとは別に従来の紡糸用ディスクは、ノズル孔を
形威しである本体の外周面に気流の乱れを発生させない
ように平滑面に仕上げられているが、ノズル孔から吐出
直後の原料や繊維が周辺雰囲気ガスの中を高速で移動す
ることによって発生する渦が、ディスクの円周に沿う後
続に位置する気流を乱すため、ディスク本体の外周に多
数のノズル孔を有するものでは、これが原因でノズル孔
の近傍にて大きな気流の乱れが生じ、上述した問題と合
わせて繊維同志がからみ合うことがしばしばみられた。

紡糸過程におけるこのような繊維のからみは固化が完了
した繊維が補集過程でからみ合うものとは異なり繊維の
一本一本を単糸にほぐし難く歩留りの低下や作業能率の
低下を余儀なくされた。

紡糸過程で生じる糸切れやそれに起因したショットの発
生、あるいは繊維長さの短縮が生じるのは前述したよう
にディスク本体のノズル孔から噴出した固化がまだ完了
していない原料や繊維に相対速度の大きな雰囲気ガスか
らの流体抵抗や流体摩擦が働くからであり、繊維同志の
からみが生じるのはノズル孔近傍のガス流が乱れるから
であるが、この発明は、気流の乱れをなくすために研磨
仕上げしか施されていなかった従来のディスクの外周面
に工夫を加え、噴出直後の原料や繊維に対する雰囲気ガ
スの相対速度を抑えるとともに、ディスク表面から放射
状にスムーズに離れるガス流をつくることによって上述
したような従来問題を効果的に解消できる新規な紡糸用
ディスクを提案するところにある。

（課題を解決するための手段） ノズル孔から噴出させた原料や繊維にガスの流体抵抗や
摩擦による過大な力がかからないようにするためにはノ
ズル表面近傍のガスをノズル孔、すなわちディスク本体
と同等の回転速度で運動させて流速差をなくすことが重
要であり、一方繊維のからみを防止するには、ノズル孔
の近傍での負圧の発生を抑制することと、その領域にお
けるガス流の乱れをなくし固化がまだ完了していない繊
維に悪影響を与えないようにすることが重要である。

発明者らはこのような従来問題を解消できる手段を実現
すべく種覧実験と検討を重ねた結果、遠心紡糸において
製品品質の改善を図るにはノズル孔から噴出させた固化
完了後の繊維に接触する気流ではなく、繊維が固化する
までの、とくにディスク本体の外周面に近い気流を考慮
することが重要であって、そのためにはノズル孔を前後
に挟むとともに該ディスクの回転軸に沿う障壁を設ける
ことが極めて有効であることを見出した。

この発明は上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、外周面に原料吐出用のノズル孔を
複数設けたディスク本体を高速回転させて、該ディスク
本体内の溶融原料をノズル孔から噴出させて繊維状に加
工するディスクにおいて、ノズル孔を形成したディスク
本体の外周面に、該外周面から垂直に立ち上がって各ノ
ズル孔を前後に挟むとともに、ディスク本体の回転軸に
対して平行になる障壁またディスク本体の回転軸とのな
す角が３０’以下になる障壁を設けたことを特徴とする
遠心紡糸用ディスクである。

さて第１図（ａ）　（ｂ）にこの発明に従うディスクの
概略を示し、同図における番号１は外周面ｆに原料吐出
用のノズル孔１ａを複数設けたディスク本体であり、こ
のディスク本体１はその内部に原料を収容できるように
中空状になっている。

また２はディスク本体１の外周面ｆから立ち上がってそ
の円周に沿って各ノズル孔１ａを前後に挟むとともにデ
ィスク本体１の回転軸ｌに対して平行になる障壁であっ
て、この障壁２は第２図（ａ）（ｂ）に示すようにディ
スク本体１の回転軸ｌとのなす角ｅが±３０’以下にな
るものであってもよい。

（作　用） ディスク本体１の外周面ｒに障壁２を設けた場合にはデ
ィスクが回転したとき、障壁２の間に挟まれた部位のガ
スは第３図（ａ）に示すようにディスク本体１と同じ回
転方向にしかも同じ速度で運動し始めディスクとその周
辺におけるガスとの速度差はゼロに近くなる。

従って障壁２に挟まれるノズル孔１ａから噴出する原料
や固化の完了していない繊維には過大な力がかからず、
糸切れを起こしたりこれに起因してショッ）Ｉが増大す
ることはなく、また繊維長さは有利に増大されるとこに
なる。

また障壁２に挾まれた雰囲気ガスはディスク本体１の回
転に合わせてそれ自体が回転することになるから、その
際に生じる遠心力により該ガスはディスクの外周面から
外側すなわちデイクスの半径方向へ流れることとなる。

このようなガスの流れは紡糸された繊維をディスクから
スムーズに離れさせるのに有利である。

また従来のディスクにおいてディスク本体から放射状に
離れる気流を形成させようとする場合には第４図に示す
ようにノズル孔の近傍で負圧域の発生が避けられなかっ
たが、この発明では、ディスクの外周面ｆから雰囲気ガ
スが離脱するときに発生する負圧については第３図（ｂ
）の矢印で示す如く障壁２に挾まれている部位の上下か
らガスを流入させる役目を果たすので、その領域におけ
る気流の乱れが発生することはなく紡糸した際の繊維同
志が絡みあったりするうれいはまったくない。

これは障壁２内に挟まれていない雰囲気ガスはディスク
本体とともに回転することはなく、高速の流れにもなら
ないので、障壁２に挟まれた部位に比べ常に正圧の状態
を保ことができるからである。

また障壁２の間のガスはノズル孔から噴出される原料と
の速度差が上述のように小さくなるから、渦流の発生は
なくなり、また障壁の存在によってディスク本体１の円
周に沿う後方の気流の乱れが生じることもない。従って
障壁２の間における気流の乱れに起因して発生していた
繊維の絡みは有利に回避されることとなる。

二の発明におけてディスク本体１の外周面に形成した障
壁２はディスク本体１の回転軸と平行かまたは回転軸ｌ
とのなす角ｅが３０’以内になるようにするが、とくに
障壁２に角度をつけた場合にはその間に挟まれた雰囲気
ガスは障壁を平行に取りつけた場合と異なり、ガスの流
れがディスクの円周および半径方向以外に、障壁面に沿
って流れることになる。このためノズル孔１ａから噴出
された繊維もこれに沿って流れることになるから障壁２
の取付は角度が３０°よりも大きくなるような場合とか
ディスクの回転が非常に大きくなるようなときには製品
繊維の補集方法に工夫を要する。

なお、ディスク本体ｌの断面形状としは、第５図（ａ）
　（ｂ）に示すような構造のものでもよく、障壁２につ
いてはディスク本体１に一体成形したもの、また既存の
ディスクの外周面に予め製作しておいたブレードの如き
障壁をねし止めしたりはめ合わせて固定設置したものを
用いることができる。

また障壁２の間に設ける溶融原料を噴出させるためのノ
ズル孔１ａの数はとくに限定されないが、二つ以上設け
る場合には第６図（ａ）（ｂ）に示すようにディスクの
円周に沿って配置してもよく、また第７図（ａ）（ロ）
に示すように障壁２に沿って、すなわｐディスクの回転
軸方向に配置するか、あるいはそれらを任意に組合せた
配置としてもよい。

ここで、互いに隣接する障壁２の頂部を結ぶ直線からデ
ィスクの外周面に至るまでの距離Ｈ（障壁の高さ）とし
ては、第８図（ａ）（ｂ）に示すように障壁を備えない
ディスクを使用して紡糸を行ったときに噴出させた原料
の固化完了点ｐからディスク外周面に至るまでの距離り
の１７４以上であるのが望ましいが、障壁２の配置間隔
を広げるとこの条件を満たすのにその高さを高くしなけ
ればならないので注意を要する。

（実施例） 障壁数３６枚、障壁高さ５ｍｍ、ノズル孔数３６本。

ノズル孔径０．５閣になる上掲第１図（ａ）　（ｂ）お
よび第５図（ａ）（ロ）に示したようなディスクをそれ
ぞれ第９図に示すような遠心紡糸装置に組み込んで、こ
こに石炭系ピッチを原料として炭素繊維用ピッチ繊維を
表−１に示す条件に従って製造し、得られた繊維の径、
平均繊維長さ、ショット含有率、糸のからみ率について
調査した。その結果を表−１に合わせて示す。

表−工より明らかなようにこの発明に従うディスクでは
、同一条件で紡糸を行った第１０図（ａ）（ｂ）に示す
如き構造になる従来のディスクと比ベショット量が極め
て小さく、また繊維長さの延長が顕著で雰囲気ガスによ
るところの流体抵抗や摩擦による糸切れなどが少ないこ
とが確かめられた。繊維同志のからみについても、非常
に少なくノズル孔近傍での気流の乱れが抑制されている
のがわかる。

とくに試験Ｎａ２のディスクにおける繊維同志のからみ
が少ないのは、ノズル孔近傍で生じる負圧の解消がスム
ーズでその領域の気流が安定しているためと考えられる
。

（発明の効果） 遠心紡糸技術を適用して製造される炭素繊維の如きは、
通常樹脂やカーボン、モルタル等と組み合わせ複合材と
して使用されることが多いが、−般嘔繊維径の小さい方
が、比表面積の増大によりマトリックスとの接合力が増
して製品強度が向上するので有利である。ところが前述
のとおり径の小さい繊維を製造しようとするほどショッ
ト量が増大したり、繊維長さが短くなるのが避けられず
品質のよい製品は得難い、しかしながらこの発明によれ
ば、とくに径の小さい繊維の製造においても上述したよ
うな問題はもとより製造コストを伴わずに良好な製品を
製造できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　（ｂ）、第２図（ａ）　（ｂ）はコノ発
明に従来ディスクの構成説明図、 第３図（ａ）（ｂ）はディスク本体周辺のガス流を示す
図、 第４図は従来ディスクのディスク本体周辺のガス流を示
す図、 第５図（ａ）＠〜第７図（ａ）Ｃｂ’）はこの発明に従
うディスクの他の例を示す図、 第８図（ａ）（ｂ）は障壁の高さと噴出させた原料の固
化完了点からディスク外周面に至るまでの距離との関係
の説明図、 第９図は遠心紡糸装置の概略を示す図、第１０図（ａ）
　（ｂ）は従来ディスクの構成を示した図である。 ｌ・・・ディスク本体　　　Ｉｓ・・・ノズル孔２・・
・障壁　　　　　　　３・・・ノズル駆動モーター４・
・・原料供給管　　　　５・・・ギヤポンプ６・・・原
料供給槽 ７・・・原料供給槽加熱用ヒーター ８・・・ディスク加熱用ヒーター ｆ・・・外周面　　　　　　ｌ・・・回転軸Ｃ・・・負
圧域　　　　　　ｄ・・・原料ｐ・・・固化完了点 θ・・・障壁と回転軸とのなす角度 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図 （ａ） （ｂ） 第３図 （ａ） （ｂ） 第５図 （ａ） 第６図 （ａ） （ｂ＞ ２ ！ 第７図 （ａ） ＜ｂ＞ 第８図 （ａ） （ｂ） 第９図 σ子′イスクｈσ炉ボと一ゲー 第１Ｏ図 （ａ） ｎ （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、外周面に原料吐出用のノズル孔を複数設けたディス
   ク本体を高速回転させて、該ディスク本体内の溶融原料
   をノズル孔から噴出させて繊維状に加工するディスクに
   おいて、 ノズル孔を形成したディスク本体の外周面 に、該外周面から垂直に立ち上がって各ノズル孔を前後
   に挟むとともに、ディスク本体の回転軸に対して平行に
   なる障壁またはディスク本体の回転軸とのなす角が３０
   ゜以下になる障壁を設けたことを特徴とする遠心紡糸用
   ディスク。