JPH06235123A - ピッチ系炭素繊維の製造装置および方法 - Google Patents

ピッチ系炭素繊維の製造装置および方法

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JPH06235123A
JPH06235123A JP2104293A JP2104293A JPH06235123A JP H06235123 A JPH06235123 A JP H06235123A JP 2104293 A JP2104293 A JP 2104293A JP 2104293 A JP2104293 A JP 2104293A JP H06235123 A JPH06235123 A JP H06235123A
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Fumikazu Machino
史和 町野
Takayuki Mine
孝之 峯
Hiroaki Negishi
浩明 根岸
Kaoru Ikeda
薫 池田
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Osaka Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 渦流法によるピッチ系炭素繊維の製造におい
て、不融化処理能力の高い製造装置および方法を提供す
ること。 【構成】 渦流法によって溶融ピッチを紡糸する前に、
すなわち、溶融ピッチが流出ノズルから流出する前に、
溶融ピッチに旋回流を付与することで、上記目的を達成
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はピッチ系炭素繊維の製造
装置または方法に関するものであり、特にピッチ系炭素
繊維の不溶化に有効な溶融紡糸装置または方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、ピッチ系炭素繊維の製造方法
の1つとして渦流法が知られている。例えば「炭素原料
有効利用V」(1987年発行、CPC研究会)の第1
73〜181頁にその概要が記載されており、また、特
公昭58−57374号公報にはその原理が記載されて
いる。渦流法はノズルから吐出される溶融ピッチ糸に熱
ガスのジェット流を吹き当て、効率よく延伸する方法で
あり、直径が数μmから数10μmの繊維が作製でき
る。図1に渦流法の原理を示す。図1(a)はノズルの
縦断面図であり、図1(b)は図1のA−A’線からみ
たノズルの底面を見た図面である。溶融ピッチ用ノズル
導入孔2を経て溶融ピッチ流出ノズル3から吐出される
溶融ピッチに旋回ガスジェット導入孔1を経て旋回ガス
ジェット用ノズル4から噴出する熱ガスを吹き当て効率
よく延伸する方法である。この渦流法により、溶融ピッ
チの繊維化コストが安価な上に不織布マット製品が連続
生産できるとして期待されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記渦流法により繊維
化されたピッチ繊維はマット状に捕集されて、マット状
のまま不溶化される。しかし、この不溶化工程では、生
産能力を上げる目的で不溶化目付量を上げると、ピッチ
繊維が燃焼を起こすトラブルが多発し、問題となってい
る。そこで、マットのかさ密度を下げる、すなわち、マ
ットの通気性を上げることにより、上記トラブルを解決
することをねらい、渦流法のジェットノズルを絞ること
を試みたが、繊維長が短くなり、かさ密度は逆に上昇す
るため、解決するに到らなかった。そこで、本発明の目
的はピッチ繊維をマット状のまま不溶化する工程で、ピ
ッチ繊維の燃焼を防止しながら、その目付量を増加させ
るピッチ系炭素繊維の製造装置と方法を提供することで
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、溶融ピッチを流出
させる流出ノズルの周りから直線状高速気体流を吹き出
させる渦流法により、溶融ピッチを紡糸し、不溶化、炭
化させるピッチ系炭素繊維の製造方法において、予め溶
融ピッチに旋回流を付与した後に溶融ピッチを流出ノズ
ルより流出させることを特徴とするピッチ系炭素繊維の
製造方法、または、溶融ピッチ導入孔を経て溶融ピッチ
を流出させる流出ノズルの周りに周方向に間隔を置いて
配置した、少なくとも3本の気体噴出ノズルから直線状
高速気体流を吹き出させる渦流法により、溶融ピッチを
紡糸し、不溶化、炭化させるピッチ系炭素繊維の製造装
置において、溶融ピッチ導入孔内に溶融ピッチに旋回流
を付与する手段を設けたことを特徴とするピッチ系炭素
繊維の製造装置である。本発明の上記溶融ピッチに旋回
流を付与する手段は溶融ピッチ導入孔内の溶融ピッチ流
路をら旋状の環状流路とすることにより形成することが
できる。また、溶融ピッチ導入孔のら旋状の環状流路は
該溶融ピッチ導入孔内に入れられた挿入物と溶融ピッチ
導入孔内壁との間で形成される旋回流路とすることがで
きる。
【0005】本発明での紡糸方法である渦流法とは、特
公昭57−17855号公報、特公昭57−19065
号公報、特公昭57−21498号公報、特公昭57−
44614号公報、特公昭58−57374号公報など
に詳述されているように、溶融ガスなどの熱軟化性物質
を繊維化する方法、いわゆる旋回ガスジェット法として
提案されたものを示す。例えば、特公昭58−5737
4号公報では熱軟化性物質を流出させ、前記流出ノズル
の周りに周方向に間隔を置いて配置した渦流法の構成が
記載されている。その一例を図1に示す。少なくとも3
本の気体噴出ノズル4から直線状高速気体流を吹き出さ
せ、ここにおいて前記気体流の各々は、溶融ピッチ(図
示せず)の中心軸線H0を横断する断面の外周に沿う接
線方向の成分と、溶融ピッチの流出方向に向かって、ま
ず溶融ピッチの中心軸線H0に徐々に接近し、次に前記
中心軸線H0から徐々に離れて行く成分とを有してお
り、それにより熱軟化性物質の流出開始部から気体流が
溶融ピッチの中心軸線H0に最も接近する部分までの範
囲にある第1の区域R1において溶融ピッチをその中心
軸線H0のまわりに自転させるとともに、その流出方向
に向かって断面が徐々に減少する実質上円錐形状にさせ
る。そして第1の区域R1につづく第2の区域R2におい
て、熱軟化性物質を円錐形状の先端から繊維状にして、
前記溶融ピッチの流出方向および半径方向外方に渦巻き
状に飛び出させ、その後、この繊維状の溶融ピッチを前
記中心軸線H0から徐々に離れて行く気体流に接触させ
て、更に引き伸ばしを行う。溶融ピッチの繊維化方法で
ある。ここで気体流が溶融ピッチの中心軸線H0に最も
接近する位置と溶融ピッチ流出ノズル3先端の位置との
間の距離は、前記流出ノズル3の内径の0.2〜10倍
であり、かつ隣り合う気体流の間の角度は、溶融ピッチ
の中心軸線H0に垂直な面で測定して135度より小さ
い角度である。また、溶融ピッチ流出ノズル3の内径は
0.05〜1.0mm、旋回ガスジェット用のノズル4
の内径は0.1〜3.0mmの範囲であれば、特に限定
されない。
【0006】本発明では渦流法で紡糸するに際し、にあ
らかじめ溶融ピッチに旋回流を付与した後に流出するこ
とを特徴とする。溶融ピッチにあらかじめ旋回流を付与
する手段は、溶融ピッチ導入孔内の溶融ピッチ流路をら
旋状の環状流路とすることにより形成することができ
る。その具体例として、例えば、図1に示す通常の溶融
ピッチ流出ノズル3の導入孔2に、その内壁との間に旋
回流路となる空間を形成するための挿入物を入れること
により達成される。前記旋回流路は挿入物表面または溶
融ピッチ導入孔2の内壁面の少なくともいずれかに旋回
流路用の溝を形成することで行う。本発明で用いる前記
挿入物は、その形状に本質的な制限はなく、円筒、多角
柱、板状等、及びその組み合わせでも適用可能である。
挿入物は多面に溝もしくは突起を有してもよい。溝とし
ては、ドリルやネジのようなら旋状のものが好ましい。
かかる挿入物は図1の溶融ピッチ導入孔2に配置され、
該導入孔2の内壁との間に溶融ピッチの流路となる空間
を形成する。本発明に用いる該挿入物の一例を図2に示
す。図2(a)、(b)、(c)にはそれぞれストレー
トシャンクドリル、木工用ドリル、四つ溝コアドリルの
平面図を示し、図2(d)には四つ溝コアドリルの側面
図を示す。前記挿入物等で形成される溶融ピッチにあら
かじめ旋回流を付与する溶融ピッチ導入孔内のら旋状の
環状流路となる空間の断面積は、図1に示す溶融ピッチ
流出ノズル3の断面積以上であればよい。また、この流
路の長さは流出ノズル3の長さの3〜100倍が好まし
い。また、本発明の溶融ピッチの旋回流付与手段は前記
挿入物を用いないで、図1に示す通常の溶融ピッチ導入
孔2自体の壁面を、前記挿入物を入れたと同様な環状ら
旋状の溝を持つ構造としても良い。
【0007】本発明では熱軟化性物質としてピッチが適
用される。具体的には石炭系、石油系、ナフタリン縮合
物、塩化ビニール誘導体の合成系など各種ピッチ類、ま
たこれらの等方性、異方性ピッチのいずれにも適用でき
る。また、等方性ピッチと異方性ピッチとは単独もしく
は混合物として用いる。本発明では溶融時における粘度
が10〜数百ポイズの範囲で安定であれば、有機高分子
材料、無機材料、ガラス等の種類を問わず、適用可能で
ある。また、本発明で用いる気体としては空気、窒素、
アルゴン、燃焼廃ガス、過熱水蒸気等が適用される。
【0008】
【作用】気体の渦流法によって溶融ピッチを紡糸する前
に、すなわち、溶融ピッチが流出ノズルを流出する前
に、溶融ピッチに旋回流を付与することにより、気体流
による渦流紡糸時のピッチ繊維のカール度合を上げられ
るため、マット状に捕集されるピッチ繊維の不溶化目付
量を上げることができる。
【0009】
【実施例】以下に本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。 実施例1 軟化点280℃(メトラー法微量融点測定による)の石
炭系等方性ピッチを用い、溶融ピッチ用ノズル導入孔2
の径3mm、溶融ピッチ流出ノズル3の径0.3mm、
旋回ガスジェット用ノズル4の径0.5mmからなるノ
ズル構造に、2.8mm×30mmLの図2(a)に示
すストレートシャンクドリル(右振り角35°、旋回が
同方向)5を上記ノズル導入孔2に挿入して、ノズル温
度320℃、旋回ガスジェット温度320℃で紡糸し、
繊維直径15μmのピッチ繊維を得た。該ピッチ繊維を
吸引装置を備えたネットで捕集し、ピッチ繊維マットと
した。この捕集時間を徐々に変え、各々目付量を600
g/m2、800g/m2、1000g/m2に調整され
たマットを得て、バッチ式空気循環不融化炉で不融化
し、発熱燃焼の有無を調べた。また、該不融化繊維を窒
素雰囲気下で1000℃に加熱して引張強度を測定し
た。その結果を表1に示す。
【0010】比較例1 溶融ピッチ用ノズル導入孔2に図2に示すドリル類を挿
入しないで、実施例1と同様に軟化点280℃の石炭系
等方性ピッチの紡糸、不融化、炭化を行った。その結果
を表1に示す。
【0011】
【表1】
【0012】実施例2 軟化点305℃(メトラー法微量融点測定による)の石
炭系異方性ピッチを用い、実施例1と同様のノズルとド
リルを使用して、ノズル温度350℃、旋回ガスジェッ
ト温度350℃にて紡糸し、繊維直径10μmのピッチ
繊維をかさ密度60kg/m3、目付量500g/m2
マットとして得た。これを実施例1と同様にして、不融
化、炭化したところ、不融化発熱は認められず、炭化糸
の引張強度も20kgf/mm2であった。
【0013】
【発明の効果】本発明によると、ピッチ繊維マットの不
融化処理量を上げることができるため、ピッチ系炭素繊
維の製造コストを低下させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に用いる熱軟化性物質の渦
流法による紡糸装置のノズル構造の概略図である。
【図2】 図1のノズル導入孔への挿入物の図である。
【符号の説明】
1…旋回ガスジェット導入孔、2…溶融ピッチ用ノズル
導入孔、3…溶融ピッチ流出ノズル、4…旋回ガスジェ
ット用ノズル、5…ストレートシャンクドリル、6…木
工用ドリル、7…四つ溝コアドリル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 町野 史和 大阪府大阪市中央区平野町4丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 峯 孝之 奈良県奈良市南登美丘29−15 (72)発明者 根岸 浩明 大阪府泉大津市東助松3−3−31 (72)発明者 池田 薫 大阪府大阪市中央区道修町3丁目5番11号 日本板硝子株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融ピッチを流出させる流出ノズルの周
    りから直線状高速気体流を吹き出させる渦流法により、
    溶融ピッチを紡糸し、不溶化、炭化させるピッチ系炭素
    繊維の製造方法において、 予め溶融ピッチに旋回流を付与した後に溶融ピッチを流
    出ノズルより流出させることを特徴とするピッチ系炭素
    繊維の製造方法。
  2. 【請求項2】 溶融ピッチ導入孔を経て溶融ピッチを流
    出させる流出ノズルの周りに周方向に間隔を置いて配置
    した、少なくとも3本の気体噴出ノズルから直線状高速
    気体流を吹き出させる渦流法により、溶融ピッチを紡糸
    し、不溶化、炭化させるピッチ系炭素繊維の製造装置に
    おいて、 溶融ピッチ導入孔内に溶融ピッチに旋回流を付与する手
    段を設けたことを特徴とするピッチ系炭素繊維の製造装
    置。
  3. 【請求項3】 溶融ピッチに旋回流を付与する手段は溶
    融ピッチ導入孔内の溶融ピッチ流路をら旋状の環状流路
    とすることにより形成されることを特徴とする請求項2
    記載のピッチ系炭素繊維の製造装置。
  4. 【請求項4】 溶融ピッチ導入孔のら旋状の環状流路は
    該溶融ピッチ導入孔内に入れられた挿入物と溶融ピッチ
    導入孔内壁との間で形成される旋回流路であることを特
    徴とする請求項3記載のピッチ系炭素繊維の製造装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101279890B1 (ko) * 2012-03-02 2013-06-28 오씨아이 주식회사 곡선형의 등방성 피치계 탄소섬유 제조장치 및 이를 이용한 섬유매트 제조방법
CN105200542A (zh) * 2015-09-14 2015-12-30 陕西天策新材料科技有限公司 中间相沥青纤维的连续纺丝方法

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