JPH0735610B2 - ピツチ系炭素繊維遠心紡糸装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置に関する。

特に、原料ピッチを、回転ノズル内において、回転ノズ
ル内周壁に接触させることなく、高速度で、直接、紡糸
ノズル近傍に飛行、到達させる機構を備え、紡糸ノズル
を閉塞させずに長時間安定して紡糸が可能な遠心紡糸装
置に関する。

（従来技術と問題点） 従来、ピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置としては、その
主要部分の断面図が第３図に示されるような構造の装置
が使用されている。

第３図に基づき説明する。

回転ノズル１を回転させる回転軸３は、垂直方向に設け
られている。

回転軸３の内部には、その中心軸に沿って、原料ピッチ
供給部10が１つ設けられている。

また、回転ノズル１は、回転ノズル固定金具11によって
回転軸３に固定され、水平方向に設けられている。

回転ノズル１の先端中央部には、紡糸ノズル２が形成さ
れている。

回転ノズル固定金具３の頂部平面の高さは、紡糸ノズル
２の水平レベルよりかなり低い高さに形成されている。

回転ノズル１の外周部の上下には、紡糸温度を適正に保
つために、回転ノズル加熱ヒータ７、８が設置されてい
る。

紡糸温度が一定の温度以下になると、紡糸が円滑に行な
えない。また、温度が極端に下がると、紡糸ノズルが紡
出原糸で閉塞する場合がある。

また、回転ノズル１の内部には、原料ピッチが空気との
接触によって酸化、変質することを防止するために、窒
素ガスなどの不活性ガスが吹き込まれている。

上記の構成において、原料ピッチは、原料ピッチ供給部
10を通って、上方から垂直方向に回転ノズル１内の中央
部に落下する。落下地点付近では十分な遠心力が得られ
ないために、原料ピッチはそこで短時間滞留する。

その後、原料ピッチは、遠心力の作用によって、回転ノ
ズル１の内周壁と接触しながら、不活性ガス気流の中で
紡糸ノズル２に向かって移動し、紡糸ノズル２から水平
方向に吐出し、炭素繊維原糸として紡糸される。

ところで、回転ノズル１の外周部は、回転ノズル加熱ヒ
ータ７、８で加熱されている。従って、回転ノズル１の
内周壁は、紡糸ノズル２近傍付近よりもはるかに高温と
なっている。

このため、回転ノズル１の内周壁に接触した原料ピッチ
は、必要以上の温度に加熱され、その一部には脱水素反
応を始めとする炭化反応が進行して、堆積物となる。

この堆積物が回転ノズル１内部に残留、蓄積する結果、
やがて紡糸ノズル２が閉塞してしまうため、その都度、
回転ノズルを分解、清掃しなければならず、従来技術に
よっては長時間の紡糸が困難であった。

紡糸ノズルの閉塞を防止する方法としては、例えば、特
開昭60−173111号がある。

この提案は、回転紡糸皿（回転ノズル）周辺部の紡糸孔
と原料導入孔との間の原料流路の途中にフィルタを設置
し、このフイルタによって、溶融原料中の異物、不純物
を除去するものである。

しかし、特開昭60−173111号では、回転紡糸皿の内周壁
面は、その中央部では紡糸孔の高さより低く、この高さ
のまま紡糸孔まで連続する平面となっている。

また、回転紡糸皿の底面部は、その下方からヒータで加
熱される構成となっている。

このため、この方法によっては、原料ピッチの一部が加
熱炭化反応によって堆積物となることを抑制できない。
また、フイルタが目詰まりする度に装置を停止して、フ
ィルタを変換しなければならない。

本発明は、回転ノズル内部において炭素繊維原料ピッチ
の加熱炭化反応を抑制することによって、紡糸ノズルの
閉塞を防止し、長時間の安定紡糸を可能とすることを目
的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明者らは、回転ノズル内において、原料ピッチの滞
留時間を短くし、原料ピッチが受ける回転ノズル内周壁
の温度影響を最小限にすることができれば、紡糸ノズル
の閉塞問題を抜本的に解決できることに着眼した。

そして、実験と試作を重ねた結果、構成が極めて簡単で
ありながら、円滑、かつ、長時間の紡糸を可能とする本
発明を完成することができた。

本発明の構成は、次のとおりである。

回転ノズルの回転軸が垂直方向で、繊維原糸の吐出方向
が水平方向であり、原料ピッチ供給部が回転軸内部に回
転軸の中心軸に沿って設けられており、回転ノズルの外
周部に加熱器を有するピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置
において、 回転ノズル内の中央部に、原料ピッチ供給部から供給さ
れる原料ピッチを受止める円形平面が、紡糸ノズルの水
平レベルの上下5mmの範囲内のレベルに設ける。

更に、原料ピッチ供給部の一端部を複数分岐させ、この
複数の分岐供給部を、原料ピッチが回転軸の中心線より
5mm以上離れた上記円形平面上の位置に供給される角度
にそれぞれ形成する。

円形平面としては、回転ノズル内の中央部に位置する回
転ノズル固定金具の頂部に設置された円形平面板で、か
つ、その直径が回転ノズル固定金具の頂部平面直径より
大きいことが好ましい。

また、円形平面として、回転ノズル固定金具の頂部平面
を利用することができる。

この場合、回転ノズル固定金具の頂部上端面と側面とが
成す角度が鋭角、つまり逆円錐台状に形成したものが最
適である。

（作用） 従来技術は、原料ピッチを原料ピッチ供給部から回転ノ
ズル内の中央部に垂直に落下させている。

ところで、回転軸の回転によって生じる遠心力は、回転
ノズルの中央部では小さく、回転ノズルの周縁部ほど大
きくなる。

このため、従来技術では、回転ノズル中央部に落下した
原料ピッチは、回転ノズル内の中央部で短時間滞留した
後、遠心力によって移動するため、落下地点から紡糸ノ
ズルまでの到達時間、つまり回転ノズル内での滞留時間
が長い。

これに対し、本発明の構成によれば、原料ピッチを回転
軸の中心線より5mm以上離れた位置に落下させるため、
原料ピッチに加わる遠心力が強まり、回転ノズル内での
滞留時間が短くなる。

例えば、回転ノズルが3000rpmで回転している場合に
は、重力加速度の50倍もの加速度がかかり、原料ピッチ
の紡糸ノズルに向かう飛行速度は極めて速くなる。

また、本発明は、原料ピッチを円形平面上に落下させる
が、この円形平面は加熱器によって加熱され高温となっ
ている回転ノズルの内周壁から離れた位置に設けられて
いる。

このため、円形平面上に落下する原料ピッチは、回転ノ
ズル内周壁の温度影響を受けることが少ない。

しかも、この円形平面は、紡糸ノズルの水平レベルの上
下5mmの範囲内のレベルに設置されている。

以上の結果、原料ピッチは、回転ノズル内周壁の高温の
影響を受けることが少ない状態で、回転ノズルの内周壁
に接触することなく、円形平面上の落下地点から水平方
向に高速度で、直接、紡糸ノズル近傍に飛行、到達す
る。

従って、本発明によれば、回転ノズル内周壁の高温によ
る原料ピッチの炭化反応が抑制され、従来技術では避け
ることのできなかった紡糸ノズルの閉塞を防止すること
ができる。

また、従来技術と異なり、回転ノズル内の複数の位置に
原料ピッチが供給されるため、回転ノズルの全周にわた
って設置されている多数の紡糸ノズルへの原料ピッチ到
達量及び到達条件がすべて一様になる。

このため、従来技術のように、紡糸ノズルによって繊維
原糸の吐出量に偏りが生ずることもなく、繊維にむらを
生じることなく、均一に紡糸することができる。

なお、原料ピッチは粘着性があるため、円形平面の外周
部が鈍角または直角の場合は、その外周部に付着し易く
なる。このため、外周部の成す角度を鋭角とすることが
好ましい。

（実施例） 以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこれに限
定されるものではない。

実施例１ 第１図に示すような、回転ノズル１（直径:200mm、紡糸
ノズル口径:0.3mm×ノズル長さ:1.2mm、ノズル穴数:100
ホール）の内部中央部に、実質的に紡糸ノズル２の水平
レベルと一致する位置に、直径46mmの円形平面板５を設
けた。

この円形平面板５は、直径40mmの円柱状の回転ノズル固
定金具６の頂部上に設置した。

回転ノズル１の外側上下には、加熱ヒータ７、８が設置
されている。

また、回転ノズル１内には、高温窒素ガス供給部９か
ら、加熱窒素ガスを導入した。

円形平面板５上の２箇所（回転軸３の中心線より10mm離
れた位置）に、原料ピッチを原料ピッチ供給部４より供
給し、紡糸ノズル部の温度を370℃、回転ノズル底面の
温度を410℃に制御して、回転数3000rpmの条件で紡糸し
た。

この結果、12時間、円滑に連続紡糸することができた。

試験終了後、回転ノズル部を解放したところ、内部の汚
れは少なく、原料ピッチの残留量は20gであった。

実施例２ 第２図に示すような、回転ノズル１（直径:200mm、紡糸
ノズル口径:0.3mm×ノズル長さ:1.2mm、ノズル穴数:100
ホール）の内部中央部に、実質的に紡糸ノズル２の水平
レベルと一致する位置に、回転ノズル固定金具６の頂部
の円形平面を設けた。

この円形平面は、上端部が逆円錐台状に形成された回転
ノズル固定金具６の頂部の円形平面（直径52mm）であ
る。

なお、回転ノズル固定金具６の逆円錐台状頂部の上部両
端の角度は60°である。

回転ノズル１の外側上下には、加熱ヒータ７、８が設置
されている。

また、回転ノズル１内には、高温窒素ガス供給部９か
ら、加熱窒素ガスが導入されている。

回転ノズル固定金具６の頂部の円形平面上の３箇所（回
転軸３の中心線より15mm離れた位置）に、原料ピッチを
原料ピッチ供給部４より供給し、紡糸ノズル部の温度を
375℃、回転ノズル底面の温度を415℃に制御して、回転
数3500rpmの条件で紡糸した。

この結果、14時間、円滑に連続紡糸することができた。

試験終了後、回転ノズル部を解放したところ、内部の汚
れは少なく、原料ピッチの残留量は15gであった。

比較例１ 第３図に示すような、回転ノズル１（半径:100mm、紡糸
ノズル口径:0.3mm×ノズル長さ:1.2mm、ノズル穴数:100
ホール）の内部中央部に、紡糸ノズル２の水平レベルよ
り10mm低い位置に、回転ノズル固定金具11の頂部の円形
平面を設けた。

この円形平面は、上端部が円錐台状に形成された回転ノ
ズル固定金具11の頂部の円形平面（直径52mm）である。

なお、回転ノズル固定金具11の円錐台状頂部の上部両端
の角度は160°である。

回転ノズル１の外側上下には、加熱ヒータ７、８が設置
されている。

回転軸３の中央部に、原料ピッチを原料ピッチ供給部10
（１つ）より供給し、紡糸ノズル部の温度を370℃、回
転ノズル底面の温度を410℃に制御して、回転数3500rpm
の条件で紡糸した。

0.5時間紡糸を行なったところ、紡糸ノズルが閉塞し
て、繊維原糸の吐出が停止した。

試験終了後、回転ノズル部を解放したところ、ノズルの
底面ならびに側面など全面に炭化の進んだ原料ピッチが
残存していた。この重量は、180gもあった。

（発明の効果） 本発明の遠心紡糸装置では、回転ノズル内に供給された
原料ピッチは、高温に加熱された回転ノズル内周壁面の
影響を受けることが少ない状態で、回転ノズル内周壁に
接触することなく、従来装置よりも高速度で、しかも、
直接、紡糸ノズル近傍に飛行、到達する。

このため、回転ノズル内において、加熱炭化反応によっ
て生ずる堆積物の生成が抑制され、紡糸ノズルの閉塞を
防止することができる。

従って、本発明の遠心紡糸装置を用いれば、長時間安定
してピッチ系炭素繊維原糸を紡糸することができる。

また、原料ピッチは回転ノズル内の複数の位置に供給さ
れるため、多数の紡糸ノズルへの到達量、到達条件が一
様となり、従来技術のように繊維原糸の吐出量に偏りが
生ずることもなく、均一に紡糸できる効果もある。

更に、本発明は、構造が極めて簡単であり、従来装置の
構造を複雑化することなく設置することができるため、
経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明の実施例１のピッチ系炭素繊維遠心紡糸
装置主要部分の断面図。 第２図：本発明の実施例２のピッチ系炭素繊維遠心紡糸
装置主要部分の断面図。 第３図：従来技術によるピッチ系炭素繊維遠心紡糸装置
主要部分の断面図。 １……回転ノズル ２……紡糸ノズル ３……回転軸 ４……原料ピッチ供給部（複数） ５……円形平面板 ６……回転ノズル固定金具 ７……回転ノズル加熱ヒータ（下） ８……回転ノズル加熱ヒータ（上） ９……高温窒素ガス供給部 10……従来技術の原料ピッチ供給部（単数） 11……従来技術による回転ノズル固定金具

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転ノズルの回転軸が垂直方向で繊維原糸
   の吐出方向が水平方向であり、原料ピッチ供給部が回転
   軸の中心軸に沿って設けられ、回転ノズルの外周部に加
   熱器を有するピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置におい
   て、 回転ノズル内の中央部に、原料ピッチ供給部から供給さ
   れる原料ピッチを受止める円形平面が、紡糸ノズルの水
   平レベルの上下5mmの範囲内のレベルに設けられてお
   り、 原料ピッチ供給部の一端部に、原料ピッチ供給部から分
   岐する供給部が、原料ピッチを上記円形平面上の、回転
   軸の中心線より5mm以上離れた位置に供給する角度で、
   複数設けられていることを特徴とする、ピッチ系炭素繊
   維遠心紡糸装置。
2. 【請求項２】円形平面が、回転ノズル内の中央部に位置
   する回転ノズル固定金具の頂部に設置された円形平面板
   であり、かつ、該円形平面板の直径が該回転ノズル固定
   金具の頂部平面直径より大きいことを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項に記載のピッチ系炭素繊維遠心紡糸装
   置。
3. 【請求項３】円形平面が、回転ノズル内の中央部に位置
   する回転ノズル固定金具の頂部平面であり、かつ、該回
   転ノズル固定金具の頂部が逆円錐台状であることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載のピッチ系炭素繊
   維遠心紡糸装置。