JPS63135519A - 炭素繊維の製造法 - 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） 本発明は炭素稙維の製造方法に係るものであり、更に詳
しくは繊維トウをバーに吊り下げた状態で炭化処理する
炭素繊維の製造方法に関するものである。

（従来技術） 炭素繊維を製造するには、一般に有機重合体。

例えばポリアクリロニトリル、セルローズ、石油系ピッ
チ又は石炭系ピッチを紡糸し、集束して得られた繊維ト
ウを酸化性雰囲気中で／３０〜ｐｏｏ℃に加熱して耐炎
化処理又は不融化処理を行った後不活性ガス中で１Ｉｏ
ｏ〜ｉｓｏ。

℃に加熱して炭化処理を行い、更に必要に応じて不活性
ガス中で１３００〜３０００℃に加熱して黒鉛化処理が
行われている。

ところがこれらの繊維トウは加熱処理の際に熱収縮を起
す、あるいは脆弱なためガイドでの屈曲、擦過又は機械
的張力等によって簡単に切断するので、これらを回避す
るため、ピッチ繊維の繊維トウをバーの上にすだれ状に
載せ、該バーを不融化装置及び炭化装置に入れて不融化
及び炭化処理を行う方法（特開昭５９−／！；０１１１
１’）。

あるいは、ポリアクリロニトリル繊維、セルローズ系繊
維、フェノール系繊維等の原料繊維を。

織物、編物、不織布あるいは一方向に平面状をなすよう
に引き揃えた複数本のトウ等のようなシート状となし、
該シート状原料繊維な耐炎化炉の一端より炉内へ連続的
に導入し、炉内に於いてシート状の相対する面が平行に
間融を保つように折り返し、その折り返し端をバーで吊
り下げ、該バーを耐炎化炉内を移動し、耐炎化炉の他端
よりシート状の耐炎化繊維を連続的に取り出す方法（特
開昭５ｓ−ｉ３２２）　　が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、前者の方法は回分法であるため。

繊維の長さが制約される、ロット間の品質のバラツキが
生じ、かつバーに対する繊維トウの載置及び取り出しに
時間を要し生産性が悪い等という欠点がある。

また、後者については、ポリアクリルニトリル繊維のよ
うな強靭な繊維トウの耐炎化処理方法としては有用な方
法であるが、耐炎化処理に比べて温度が遥かに高い、高
沸点の分解ガスが発生する、前記繊維に比して機械的強
度が小さい等条件の悪い繊維トウの炭化処理に、該方法
が適用できるということは到底考えられないことである
。

（問題点を解決するための手段） ところが鳶くべきことに、少くとも入口端に、下方もし
くは斜め下方に屈曲した構造の導入部を有するトンネル
炉を用いて複数本の繊維トウな複数本のバーの上に順次
すだれ状に吊り下げ、この吊り下げた状態のま＼炉内を
順次移動する場合は、均一な品質の炭素繊維が生産性よ
く製造できることを見出し、この知見に基づき本発明を
完成した。

すなわち、本発明の要旨は不融化処理又は耐炎化処理を
行った複数本の繊維トウを、少くとも入口端に下方もし
くは斜め下方に屈曲した導入部を有するトンネル炉の入
口端より出口端へ向けて炉内上部を移動する複数本のバ
ーにすだれ状に吊り下げ、この吊り下けた状態のま＼、
ｉｌ　　Ｉ乙　５１−ノ宥し に保持され、かつ不活性ガ スの導入される炉内を移動させて連続的に炭化処理を行
うことを特徴とする炭素繊維の製造法に存する。

以下５本発明の詳細な説明する。先ず、本発明の出発物
質となる繊維トウは、例えばポリアクリロニトリル、セ
ルローズ、石油系ピッチ又は石炭系ピッチを周知の方法
で紡糸し、得られた繊維をＳＯＯ〜３００００本程度集
束したも本捏ある。

そして、繊維トウの加熱処理も周知の方法に従って行わ
れる。即ち、繊維の耐炎化又は不融化処理は、繊維トウ
を例えば酸素、オゾン、空気、窒素酸化物、ハロゲン、
亜硫酸ガス等の酸化性雰囲気中で／！；０−’１００ｃ
ｔＩＣ加熱することによって行われる。また、繊維の炭
化処理は、１ｓｏｏｃに加熱することによって行われる
。

さらに必要に応じて繊維の黒鉛化を行う場合は。

炭化した繊維トウを不活性ガス雰囲気下で７５００〜３
０００℃に加熱することによって行われる。

次に、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図及び第一図は本発明に用いる炭化炉の一例の説明
図である。図中ｌは繊維トウ、ユはバー、グ及び／４は
繊維トウ導入部開口及び導出部開口、乙、１９はコンベ
ア、ＩＩはトンネル炉の直胴部である。

トンネル炉は、水平に設置されている直胴部に繊維トウ
導出部開口１６を有している。なお、両開ログ及び１６
の上端位置は直胴部ｉｉの床９の位置と同一乃至は床９
の位置より下に、好壕しくは０．５〜ＩＯｍ低い位置と
なるよう構成される。ｌ０１ｉｏ’は加熱用及び／又は
雰囲気用の不活性ガスの導入口であり、直胴部１／の上
面及び／又は側面に開口するよう設けられる。

コンベア６は、繊維トウｌをすだれ状に吊り下げたバー
２を開口弘からトンネル炉内に導入移動するためのもの
で、開口弘から導入部りを経て直胴部／／の入口端Ｓの
間に架設される。

ガイドレール１２は、トンネル炉の一端より他端ヘバー
コを移動させるためのもので、直胴部ＩＩの上部に張架
される。

コンベア１９は、バー２を出口端／４’［おける繊維ト
ウ脱離部Ｂから繊維トウ載置部Ａへ移送するためのもの
で、トンネル炉のシュート１３の出口ｌりと開ログの間
のトンネル炉外に架設される。

バースとしては、周知のもの例えば横断面が円形又は星
形をした棒状のものも使用できるが。

水平切断面の周縁形状が凹凸状乃至は蛇行状をなし、横
断面の形状が円形、楕円形、多角形、星形等のものを使
用するのが好ましい。このような構造のバーを用いる場
合は、繊維トウのすだれ状の表面が平面とならず凹凸状
となり、繊維列間にすき間が生じる。そして炉内へ供給
した不活性ガス及び加熱により発生したガスは生成した
すき間からも流通できるので、均質な炭化処理を行うこ
とができる。

（作用） 次に、このように構成された炭化炉を用いて耐炎化又は
不融化処理された繊維トウの炭化処理を行う方法を説明
する。

第１図に於いて、トンネル炉は、導入口ｌθ、ｌθ′・
・・よシ供給され、開ログ及びＩＡより排出される加熱
された不活性ガス及び他の熱源により所定の温度及び雰
囲気ガス濃度に保持される。コンベア乙及び１９は矢印
の方向に駆動される。繊維トウｌは、水平方向に複数本
（例えばコ０〜ＳＯＯ本）並んだ状態で繊維トウ載置部
Ａへ供給され、核部に於いて、コンベア１９で搬送され
てきたバースで下方からすくわれるようにして折りたた
まれ、バー２にすだれ状に吊り下げられる。繊維トウｌ
を吊り下げたバースは、コンベア／ｑとコンベア４との
交差点３でコンベア１９からコンベア６へ移動され、直
胴部１／の入口端５に於いてプッシャーｇＫよりコンベ
ア６からガイドレール１２へ移動される。ガイドレール
１２上では、プッシャーｇのｌ動作毎にバー２が１個分
ずつ右方向へ移動される。繊維トウ脱離部Ｂへ到達した
バースからは、ローラ１５の駆動により繊維トウｌが順
次引きげられる。繊維トウｌが脱離されたバーユは、プ
ッシャーｇの作動によりシュート１３へ落され、該シュ
ートの出口ｌりに於いてコンベア１９のバー係止具ｉｇ
Ｋ係止され、繊維トウ載置部Ａの方向へ移動される。

なお、第１図に於いて、例えばプッシャーｇに代えて爪
を設けたローラを用い、核部にてバーｌをガイドレール
１２上へ移動させることができるし、また、ガイドレー
ル１２に代えて、コンベア６を直胴部／／迄延長したも
の等を種々のバリエーションを場合に応じて用いること
ができる。

次に、本発明に用いる炭化炉の他の例を第２図に基づい
て説明する。第２図は第１図における導入部りとはソ同
様形状の導出部２０を直胴部ｌ／の出口端１ｌＩＫ設け
てトンネル炉の両端部をはソ対称形にした例であり、第
２図中第１図と同一番号及び記号は第１図と同一の意義
を有する。

第一図に於いて、コンベア２１は繊維トウ／をすだれ状
に吊り下げたハーニをトンネル炉内から取り出すための
もので、導出部：ｌＯ内に架設される。

第２図に示す炭化炉に於いては、第１図の場合と同様の
方法でガイドレール１２上を移動してきたハーニは、コ
ンベア：ｔｌへ載せられて繊維トウ脱離部Ｂへ送られる
。コンベア２１のスピードはコンベア乙と同一乃至は数
倍の速さくすなわち、繊維トウが導出部２θ内をはソ直
線状で引き出されるようになるまでの速さ）である。繊
維トウ脱離部Ｂへ到達したハーニからは、ローラ１５の
駆動により繊維トウｌが順次引上げられ、次いで、コン
ベア／ｑとの交差点コ２に於いて、下方から上昇するコ
ンベア１９のバー係止具ｉｇｙ（係止され、繊維トウ載
置部Ａの方向へ移動される。

なお、第２図に於いて、第１図の場合と同様にプッシャ
ーｇｙ代えて爪を設けたローラを用い、核部にてハーニ
をガイドレール１２上へ移動させることができる。また
、ガイドレール１２に代えて、コンベア６及び２１を直
胴部１／迄延長し、かつ一体化したコンベアを用いる等
の種々のバリエーションを採用できることは勿論である
。

更に、本発明に用いる炭化炉の他の例を第３図〜第６図
に基づいて説明する。第３図及び第７図は繊維トウ導入
部とその開口及び導出部とその開口の構成を示すための
炭化炉の概略説明図であり１図中第１図と同一の番号は
第１図と同一の意義を有する。

第３図は、開ログ及び１６をＬ形の導入部クム 及び導丞部２０を介して直胴部／ｌに設けた場合である
。第を図は、開ログ及び／４を鉛直下方の直筒状の導入
部り及び導出部２０を介して直胴部／／に設けた場合で
ある。第Ｓ図は、第２図に示す様なトンネル炉を２基連
接し、一方を不融化炉（又は耐炎化炉）２９、他方を炭
化炉３１として使用する場合を示す。この場合は両者の
接続部で導管３０．３０’等によシ排気し、不融化炉（
又は耐炎化炉）２ｑ内のガス及び炭化炉３１内のガスが
それぞれ他方の炉へ侵人するのを防止するのがよい。第
６図は、直筒状の加熱炉を不融化炉（又は耐炎化炉）２
ｑ、第２図に示すトンネル炉を炭化炉３１として連接し
て使用する場合を示す。この場合も前述したと同じ理由
から、導管３０及び／又は３０′より排気するのがよい
。

なお、第Ｓ図及び第６図に於いて、不融化又は耐炎化処
理をバーに吊り下げて行う場合は、炭化処理はバーに掛
は直すことなくそのまま行えばよい。

以上、例示した本発明の種々の具体例からも明らかな様
に、本発明では使用するトンネル炉の少くとも入口端に
下方もしくは斜め下方に屈折もしくは一部になだらかな
曲線部を含んで屈曲（本発明ではこれらいずれの場合も
総称して「屈曲」という。）している導入部を設けるこ
とが重要であり、この構造と炉内に不活性ガスを導入す
ることとが相俟って逆煙突効果とでも称すべき現象によ
シトンネル炉の導入部りの開ログが相当大きい場合でも
外気の流入をはソ完全に遮断でき、炉内の炭化帯域の酸
素濃度を５０　ｐｐｍ以下に抑制することが可能となる
。このことは、従来、炭素繊維用の炭化炉では外気との
シールが極めて重要との認識の下に種々の精妙功緻なシ
ール方式が工夫、提案されている月旦 ことを考えれば極めて大ｌにして画期的な炭化炉を提供
するものであることが理解されよう。

この様な外気の遮断効果をより完全にする為に′、好１
しくは例えば第二図の如く炉の出口端にも下方もしくは
斜め下方に屈曲していても良い導出部を設けることがで
きる。

この様なトンネル炉を用いて不融化繊維もしくは耐炎化
繊維を炭化する際、炉の直胴部が炭化帯域となるが、そ
の帯域の設定には次のコ方式が好壕しく選択される。即
ち、まず第一には炉の入口端（及び出口端）、つまり導
入部（及び導出部）が直胴部と接続する部位迄約ｙｏ。

℃〜８００℃から選択されたはソ炭化反尾が実質的に進
行する温度に保持することである。この場合は直胴部の
はソ全領域が炭化帯域となるが、その結果、炉長を最大
限有効に利用出来るほか、入口端（及び出口端）と外気
との温度差を大きくすることが出来るので外気を遮断す
る為に炉内に導入する不活性ガスの量を大幅に削減でき
ると共にそのシール効果が極めて高い為に直胴部、つま
り炭化帯域の酸素濃度を著しい低水準に抑制することが
できる。

第二には、直胴部の炭化帯域を中央部のみとし、その末
端を予熱及び放熱帯域として構成すること、具体的には
トンネル炉の入口端及び出口端の温度を４００℃以下、
より好ましくは３５０℃以下、特に入口端については最
も好ましくは３００℃以下にすることである。この場合
は相対的に酸素濃度の高い導入部及び導出部において繊
維の酸化反応が起り始める温度、入口側でおよそｉ３ｏ
℃、出口側でおよそ３００℃以下とすることにより、繊
維の酸化を防止し、より高特性の炭素繊維を得ることが
できると共に、炉の入口端及び出口端に設けられている
繊維の搬送機構を特段の耐熱グレードにする必要がなく
設備経済上有利となる。

又、以上２方式のいずれにおいても炉腹胴部に対する熱
エネルギーの供給を直胴部の実質的な炭化帯域の中央部
よりはその中央部を挾んだ両端部の方を大とする様に構
成すると外的条件が変動しても常に安定して一定長さの
炭化帯域を確保でき、製品々質の安定化を向上せしめ得
るので好適である。

又、不活性ガスの導入についても種々の態様を工夫でき
ようが、好ましくは第１図及び第２図に例示した如く、
入口端の近辺と出口端の近辺の少くともコケ所で導入し
、更にはその際に。

炉内の最高湯度帯域を挾む様なλケ所１例えば具体的に
は該最高温度よｐ／　００〜ＳＯＯ℃低い温度帯域の前
後コケ所で導入することができる。

この様な不活性ガスの分割供給によね、炉内で加温され
た不活性ガスが導入部及び導出部の開口から流出するの
で常流の不活性ガスの場合より大巾に少ないガス量でよ
シ効果的に外気と−１６＝ のシールが達成され、炉内の酸素濃度をＳ　ｐｐｍ以下
に抑制することも可能となる。又、出口端側では、炭素
繊維をはじめ、バー等の搬送機器の冷却も兼ねることが
できるので製品々質及び機器の維持にも貢献する。更に
は最高温度領域での熱エネルギーを徒らに消費すること
なく、焼成過程で発生するＨ２Ｏ、ＣＯ２、ＣＯ及び／
又は有機物ガス等を比較的円滑に導入部及び導出部の開
口から流出せしめ得て、それら発生ガスの繊維に対する
悪影響を可及的に防止できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明では耐炎化処理又は不融化
処理を行った繊維トウを、炭化炉の一端に於いてバーの
上に順次すだれ状に吊り下げ、吊り下げた状態で炉内を
順次移動させ、炭化炉の他端に於いてバーの上から順次
取り出すように構成されているので、炉内に於いては加
熱用のガスが各繊維トウに均一に接触し、さらに発生ガ
スが均一に発散するから、炭化処理ムラが生ぜずその結
果均一な品質の炭素繊維が得られる。しかも簡単な設備
構成にも拘らず、極めて効果的な外気とのシールを達成
しつつ炭化炉内への繊維トウの導入及び導出を大量かつ
連続的に行うことができるので、生産性の著しく高い工
業的有利な炭素繊維の製造法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

、第１図及び第２図は本発明に用いる炭化炉の一例をそ
れぞれ示す説明図、第３図〜第６図は更に他の例の概略
説明図である。 ｌ：繊維トウ　　　　２：バー ダニ繊維トウ導入部開口 Ｓ：トンネル炉の入口端 乙、ｔ　ｑ、　２ｔ−：ｌｓ　：コンベアク：繊維トウ
導入部 ９：トンネル炉の床 ｌｌ二トンネル炉の直胴部 ｌｔ：トンネル炉の出口端 ｌｔ：繊維トウ導出部開口 ２０＝繊維トウ導出部 Ａ：繊維トウ載置部　Ｂ：繊維トウ脱離部用願人　　三
菱化成工業株式会社 代理人　　弁理士　長谷用　　− ほか１名

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）不融化処理又は耐炎化処理を行った複数本の繊維
   トウを、少くとも入口端に下方、もしくは斜め下方に屈
   曲した導入部を有するトンネル炉の入口端より出口端へ
   向けて炉内上部を移動する複数本のバーにすだれ状に吊
   り下げ、この吊り下げた状態のまゝ、炭化温度 に保持され、かつ、不活性ガスの導入され る炉内を移動させて連続的に炭化処理を行うことを特徴
   とする炭素繊維の製造法。
2. （２）繊維トウがピッチ繊維トウを不融化処理したもの
   である特許請求の範囲第（１）項記載の炭素繊維の製造
   法。
3. （３）炉内の実質的な炭化反応帯域におけるガス雰囲気
   が酸素濃度５０ｐｐｍ以下である特許請求の範囲第（１
   ）項記載の炭素繊維の製造法。
4. （４）トンネル炉が炉の上部又は側部に不活性ガス導入
   口を有する特許請求の範囲第（１）項記載の炭素繊維の
   製造法。
5. （５）繊維トウの吊り下げが、連続的に供給される複数
   本の繊維トウを帯状に引き揃え、順次折りたたみ、折り
   たたみの折り返し端に順次バーを当接して支持すること
   によって行われる特許請求の範囲第（１）項記載の炭素
   繊維の製造法。
6. （６）トンネル炉が出口端に下方もしくは斜め下方に屈
   曲した導出部を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項記載の炭素繊維の製造法。
7. （７）トンネル炉の入口端の温度を４００℃〜８００℃
   とすることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項乃至
   第（６）項のいずれかに記載の炭素繊維の製造法。
8. （８）トンネル炉の直胴部に対する熱エネルギーの供給
   を実質的な炭化帯域の中央部を挾んだ両端部の方を中央
   部より大とすることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項乃至第（６）項のいずれかに記載の炭素繊維の製造
   法。
9. （９）トンネル炉の入口端及び出口端の温度を４００℃
   以下とすることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   乃至第（６）項のいずれかに記載の炭素繊維の製造法。
10. （１０）トンネル炉の入口端の温度を３５０℃以下とす
    ることを特徴とする特許請求の範囲第（９）項記載の炭
    素繊維の製造法。