JPS61289132A - 炭素繊維用耐炎繊維の製造法および耐炎化炉 - 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、炭素繊維用耐炎繊維の製造法および耐炎化
炉に関し、さらに詳しく言うと、炭素化炉内で連続繊維
を高温に加熱して炭素化する際に連続繊維が急速に反応
することによる連続繊維の切断を防止するために、炭素
化前に、連続繊維を空気中あるいは不活性ガス中で高温
に加熱し、しかも細径化および高張力化を図った耐炎繊
維を製造する炭素繊維用耐炎繊維の製造法およびその製
造法に専ら使用する耐炎化炉に関する。

［従来の技術］ 従来、炭素繊維の工業的な製造法において、連続繊維の
必要な耐炎処理時間を確保するために、耐炎繊維を製造
する炉（以下、耐炎化炉と称する。）は、連続ｍ！ｌが
、その耐炎化炉外または炉内に多数配置したローラでＵ
ターンして再び耐炎化炉内に入るようにして、ジグザグ
に往復走行する構成となっている。

一方、高強度の炭素繊維を得るためには、耐炎化工程で
は連１ｒｃｍ維に張力（以下、テンションと称すること
も有る。）をかけることが必要とされている。しかも、
前記ローラ上を連続繊維が走行する際、連続繊維の損傷
９毛羽立ち、連続の切断が発生しないことも要求される
。

これらの要求に対し、この出願人は、ローラ上での連続
ａｍの損傷９毛羽立ち等の発生防止のために、昭和５９
年特許願第１９５９２３号に係る発明を提案した。前記
発明は、耐炎化炉内を走行する連続繊維のテンションを
一定に保持することをその内容とするものである。

［解決すべき問題点］ 前記昭和５９年特許願第１９５９２３号に係る発明では
、毛羽立ち、糸切れの少ない、しかもある程度の高強度
の耐炎繊維を確かに製造することができるのであるけれ
ども、さらに高強度の炭素繊維を製造することが要望さ
れて来た。高強度の炭素繊維を製造するためには、出来
るだけ細径かつ高張力の耐炎繊維を製造しなければなら
ない。

そのためには、前記特許願に添付する明細書に開示した
テンションよりもさらに大きなテンションたとえば破断
伸度以上のテンションを連続ｍ維にかけなければならな
い、そうすると、当然のことなから、破断伸度以上のテ
ンションをかけると連続繊維の破断が生じ、前記特許願
の明細書に記載したのよりも高強度、細径の耐炎繊維を
得ることができない。

一方、この発明者らは、一定テンションで耐炎処理中の
繊維の伸度を測定したところ、炉の入口側よりも出口側
の伸度が大きいことを見出していた。

この発明は、前記事情に基づいてなされたものである。

すなわち、この発明は、より細径の、かつ高強度の炭素
繊維となる耐炎繊維を製造する新規な方法を提供すると
共にそのような方法を好適に実現する耐炎化炉を提供す
ることを目的とするものである。　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　１［＊ＷＥ、、Ｂ　：
つ、−オ６、。。、つ１１“前記問題点を解決するため
のこの発明の概要は、加熱した耐炎化炉中に連続ｍｌ１
１を走行させることにより耐炎繊維を製造する耐炎処理
工程において、耐炎処理終期の連続繊維のテンションを
、耐炎処理初期の連続繊維のテンションよりも高めるこ
とを特徴とする炭素繊維用耐炎繊維の襲造法であり、ま
た、耐炎処理工程中の連続繊維のテンションを制御する
ために、耐炎処理開始端に第１テンション制御手段を、
耐炎処理終了端に第２テンション制御手段をそれぞれ備
えた耐炎化炉において、連続繊維の走行途中に、走行す
る連続繊維のテンションを高めるテンション可変手段を
少なくとも１基配置することを特徴とする耐炎化炉であ
る。

さらに図面を用いて詳述すると、第１図に示すように、
耐炎化炉ｌは、その耐炎化炉１外にあってその耐炎化炉
１を挟むと共にその長手方向に沿って配置した第１フリ
ーロール群２および第２フリーロール群３と、繊維走行
路の入口近傍に配置した第１テンション制御手段４と、
繊維走行路の出口近傍に配置した第２テンション制御手
段５と、第１テンション制御手段４から第２テンション
制御手段５までの繊維走行路の中間であって耐炎化炉ｌ
外に配置した少なくとも１基のテンション可変手段６と
を有する。： そして、連続繊維７は、前記第１テンシヨン制　　　　
　（′制 御手段４を通過してから、たとえば１番目の第１フリー
ロール２ａを介して耐炎化炉１内に入り、　　　　　　
ネん 耐炎化炉ｌを出てからは１番目の第２フリー・−１″、
１ ル３ａでＵターンして再度耐炎化炉Ｉ内に入り、　　　
　　　−１，１ このようにして第１フリーロール群２と第２〕　　　　
　１；・′；□。

リーロ〜ル群３とでＵターンを繰返しなから耐炎　　　
　　［゛・イ５や、１□□ケ１、よい７、ヵ２９．７□
　　　１１：゛、・） −ｆ−＃６１ｍｉＭＬｒｔ＞ｅ、Ｍ（７＠１−ｙ”−°
−ル１１；１．２と第２フリーロール群３とでＵターン
を繰返し　　　　　°□ｌ（ なから耐炎化炉１内を往復走行し、最後に第２テ　　　
　　１゛ンシヨン制御段５を通過するａ　　　　　　　
　　　　　　　ｌ“この発明の方法で重要れとは・耐炎
化炉１を　　　　　シ１９肘″′Ｉ“Ｉ、ｆｆＥ８い１
・＃　＆　％　３１　＃　Ｍ　ｔｙ＞　　　　　　、、
１連続繊維７のテンションを、耐炎処理初期の連続　　
　　　ｉ）繊維７のテンションよりも高めることである
“、したがって、この発明の耐炎化炉ｌでは、第１テン
ション制御手段４とテンション可変手段６とで決まるテ
ンションよりもテンション可変手段６と第２テンション
制御手段５とで決まるテンションを高くすることが重要
である。

ここで、前記連続繊維７としては、有機繊維を使用する
ことができ、たとえば、ポリアクリロニトリル系、レー
ヨン、ポリビニルアルコール、ポリアセチレン、リグニ
ン・ポバール、カイノール、アラミド、ポリアミド、ポ
リイミド等の有機高分子系繊維；合成物系９石油系、コ
ールタール系、液化石炭等のピッチ系およびフルフリル
アルコール系等の有機低分子系繊維が挙げられる。これ
らの中でも、ポリアクリロニトリル系所謂ＰＡＮ系が好
ましい。

前記第１テンション制御手段４および第２テンション制
御手段５としては、ニップローラー、テンションバー等
を使用することができる。もっとも、糸切れの発生を考
慮するならば、テンション制御手段として、ニップロー
ラーが好ましい。

また、前記テンション可変手段６としては、たとえばニ
ップローラーを好適に使用することができる。

また、前記テンション可変手段６の配置個数は、前記第
１テンション制御手段４と第２テンション制御手段５と
の間の繊維走行路中で、１基に限らず、複数基であって
も良い、と言っても、第１テンシヨン制御手段４．第２
テンション制御手段５およびテンション可変手段６の条
件設定を考慮すると、テンション可変手段６の数は、４
基程度までで十分であり、通常は１基である。

連続繊維７としてポリアクリロニトリル系を使用する場
合に１基のテンション可変手段６を使用するとき、前記
テンション可変手段６の好適な設定位置は、連続繊維７
の少なくとも２往復目、好ましくは３．５往復目である
。このテンション可変手段６の最適設定位置は、連続繊
維７の種類、第１フリーローラ一群２および第２フリー
ローラ一群３の数その他の条件により相違するのであっ
て、前記設定位置に限定されるものではない、そして、
テンション可変手段６の最適設定位置は、その都度実験
的に適宜に決定し得るものである。

また、第１テンション制御手段４とテンション可変手段
６とで決まるテンション（Ａ）は、ポリアクリロニトリ
ル系の場合、通常、１〜８Ｋｇ／ｍｒｎ’であり、好ま
しくは、２〜５Ｋｇ／ｍｒｎ’である。そして、第１テ
ンション制御手段４とテンション可変手段６とで決まる
テンション（Ａ）とテンション可変手段６とｔ５２テン
ション制御手段５とで決まるテンション（Ｂ）との比（
Ｂ）　／（Ａ）は、ポリアクリロニトリル系の場合、通
常、１．１〜２であり、好ましくは、１．２〜１．５で
ある。比（Ｂ）　／（Ａ）が１．１よりも小さいと、炭
素繊維の温度上昇が不充分となって好ましくないことが
あり、２よりも大きくすると、毛羽の発生、毛羽のロー
ラへの巻き付き、糸切が発生して好ましくないことがあ
る。

また、前記比（Ｂ）　／（Ａ）の範囲は、連続繊維７の
種類に応じて変化し得るのであって、どのような連続８
＃Ｉ７について前記比（Ｂ）　／（Ａ）の範囲をどのよ
うにすべきかは、実験的に容易に決定することができる
。

この発明に係る方法で使用する耐炎化炉１およびこの発
明に係る耐炎化炉ｌでの加熱温度は、連続繊維７がポリ
アクリロニトリル系のとき、通常、１８０〜３５０℃、
好ましくは２２０〜２８０℃である。また、耐炎化炉１
内は、一定温度である必要はなく、耐炎化炉１内で温度
勾配を設けても良い。

したがって、この発明に係る方法で使用する耐炎化炉ｌ
およびこの発明に係る耐炎化炉１は、１個の炉室を有す
るものに限定されず、複数の炉室を有する構成であって
も良い、たとえば第２図に示すように、第１耐炎化炉１
ａと第２耐炎化炉１ｂとで耐炎化炉１を構成し、この場
合は、第１酎炎化炉１ａを出た連続繊維７が第２耐炎化
炉１ｂに入るまでの途中にテンション可変手段６を配置
することとなる。

また、この耐炎処理は、空気中であっても、窒素等の不
活性ガス中で行なっても良いのは言うまでもない、いず
れにしても、耐炎化炉の出口付近では、酸素含有ガス雰
囲気であるのが好ましい。

以上に詳述したように、この発明に係る方法およびこの
発明に係る耐炎化炉ｌによると、連続繊維７が耐炎化炉
ｌ内を走行する間に、酸化反応および／または環化反応
が進行し、しかも、連続繊維７は、走行途中で、耐炎処
理開始時のテンションよりも高いテンションがかけられ
ることとなる。

［実施例］ 次にこの発明の何時実施例を示してさらにこの発明を具
体的に説明する。

（実施例１） 第１図において、底面側に、直径１５ｃｍの第１フリー
ローラを８個配置すると共に天井側に直径５ｃｍの第２
フリーローラーを８個配置し、連続繊維の走行方向にお
いて、耐炎処理開始端には第１デンシヨン制御手段とし
て表面速度が２２ＣｍＺ分である第１ニツプローラーを
配置し、耐表面速度が３５ｃｍ／分である第２ニツプロ
ーラーを配置すると共に、第２フリーローラーの４番目
のロールのかわりにテンション可変手段として表面速度
が２７ｃｍ／分である第３ニツプローラーを配置し、耐
炎化炉の有効高さが０．７ｍであり、炉内を仕切板によ
り４分割して、各炉室の温度を第１ニツプローラー側か
ら２２０℃、２４０”０．２６０℃、２８０℃とした耐
炎化炉を使用した。そして、メチルアクリレート２％お
よびイタコン酸１％を共重合したポリアクリロニトリル
系繊維（フィラメント数３０００、フィラメント径８．
５ｐｍ、比重１．１８、伸度２０％）を、１０本掛けと
して前記耐炎化炉内を走行させた。なお、第１ニツプロ
ーラーと第３ニツプローラーとによる繊維張力は７６０
ｇであり、第３ニツプローラーと第２ニツプローラーと
による繊維張力は９５０ｇであった。

得られた耐炎繊維を、純窒素を流した１３５０℃の炭素
化炉に、張力１００ｇを掛けつつ、滞留時間３分で流通
して炭素繊維を製造した。得られた炭素繊維の強度は、
５６５Ｋｇ／ｍｍ″であり。

また炭素繊維の径は３．８牌ｍであり、繊維の毛羽は１
．３ケ／ｍであった。

なお、繊維強度の測定はＪＩＳ　　Ｒ７６０１のストラ
ンド法により、繊維径の測定は同ＪＩＳの繊度密度法に
よった。

（比較例） 第３ニツプローラーを使用せず、また、第１゜ニップロ
ーラーの表面速度を２２ｃｍ／分、第２ニツプローラー
の表面速度を３０ｃｍ／分とした外は前記実施例と同様
の耐炎化炉を使用した。そして、前記実施例で使用した
のと同じポリアクリロニトリル系繊維を使用し、繊維を
１０本掛けとし、耐炎化炉内での繊維張力を７６０ｇ±
３０ｇの一定として、耐炎化処理をした。

得られた耐炎繊維を前記実施例と同様にして炭素化炉に
より炭素化して、炭素繊維を得た。得られた炭素繊維の
強度は５１３Ｋｇ／ｍｍ”であり。

繊維径は４．２　ｇｍであり、毛羽立ちは１．２ケ／ｍ
であった。

前記実施例および比較例から、この発明によると、細径
で高強度の炭素繊維となる耐炎繊維を製　　　　　ｌし 造することのできることがわかる。［ ［発明の効果］１．１ この発明の方法によると、耐炎処理工程において、耐炎
処理終期の連続繊維のテンションを、耐　　　　　；１
牡 ′ｊ″％ＪＩａｊｔｌｌ°ｉｉｔａｍｍ°？ｙｙ：ｉｙ
Ｊ’ＪｔｓＸ“［。

いるの１・一定のテア′・′を掛２すて耐炎処理す　　
　　　１、）、□ る場合よりもはるかに細径の、かつ高強度の耐炎　　　
　　：・１′ 繊維を得ることができる。したがって、この方法　　　
　　ト・：；“ により得られた耐炎繊維を炭素化すると、高強度　　　
　　１．．１フ で細径の炭素繊維を得ることができる。　　　　　　　
　　　。

また、この発明に係る耐炎化炉によると、簡単　　　　
　、［な構成でありながら、この発明に係る方法を好適
　　　　　トウ に実施することができ、前述のように、一定のテ　　　
　　［）［） ンションを掛けて耐炎処理する場合よりもはるか　　　
　　・１、−′ に細径の、かつ高強度の耐炎繊維を得ることかで　　　
　　”′□゛ｉｌｌ・ きる　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　ｌ）４、ウラ。ッ、いや、　　　　　　　　　
　　　　　　　　１□゛ｊ第１図はこの発明の構成を示
すための概略説明図および第２図はこの発明の変形例を
示す概略説明図である。

ｌ・・拳耐炎化炉、４・・・第１テンション制御手段、
５・・・第２テンション制御手段、６・・・テンション
可変手段、７・・番連続繊維。

特許出願人　　　日機装株式会社 手続補正書 昭和６０年７月１６日 昭和６０年特許願第１２９４２０号 ２　発明の名称 炭素繊維用耐炎繊維の製造法および耐炎化炉３　補正を
する者 事件との関係　　特許出願人 住所　　　　　東京都渋谷区恵比寿３丁目４３番２号名
称　　　　　日機装株式会社 代表者　　　音　桂二部 ４　代理人 住所　　　　　東京都新宿区西新宿６丁目３番２号唐川
ビル２階 ８　補正の内容 （１）　　明細書の第４ページ第１行から第１２行に記
載の「そ　　　　　　ラ５゜のためには、〜見出してい
た。」を「そのためには、前記特許願に　　　　　　　
□ン 木。

添付する明細書に開示した引伸し倍率よりも太きく引き
伸ばさなけ　　　　　　　□；・ ればならない、引伸し倍率よりも大きく引き伸ばそうと
すると、炉　　　　　　　：、。

内で一定テンシ、ンで走行し反応しつつある連続繊維の
ある部分に　　　　　　　ｉ“より７．よ、□カヨよ。

７７つ４．ヵ９゜、わ１．工。あ、エヶ、　　　１１１
　寸 °”′″゛′″゛′″パ°゛”゛“°“°゛″゛″°゛
”″　　ｉ１′る。

一方、この発明者らは一定テンションで耐炎処理中の繊
維の伸度　　　　　　　′を測定したところ、炉の入口
側よりも出口側の伸度が大きいこと、　　　　　　　　
：；：ｉ すなわち出口ではもっと引き伸ばせることを見出してい
た。すなわ　　　　　　　′、ｉ □ ち、炉内の出口側では入口側よりテンションを上げられ
るというこ　　　　　　　・′、・ ビ とである、」に補正する。　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　１・９：、１゜ ｊ。

【１ 、′− ”。

□１ １゛）９． １・ ：ｉ・ □ζ。

＃ １１Ｘニ ジ１

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱した耐炎化炉中に連続繊維を走行させること
   により耐炎繊維を製造する耐炎処理工程において、耐炎
   処理終期の連続繊維のテンションを、耐炎処理初期の連
   続繊維のテンションよりも高めることを特徴とする炭素
   繊維用耐炎繊維の製造法。
2. （２）耐炎処理工程中の連続繊維のテンションを制御す
   るために、耐炎処理開始端に第１テンション制御手段を
   、耐炎処理終了端に第２テンション制御手段をそれぞれ
   備えた耐炎化炉において、連続繊維の走行途中に、走行
   する連続繊維のテンションを高めるテンション可変手段
   を少なくとも１基配置することを特徴とする耐炎化炉。
3. （３）前記第１テンション制御手段、第２テンション制
   御手段およびテンション可変手段がニップロールである
   前記特許請求の範囲第２項に記載の耐炎化炉。