JPS6361411B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明はピツチ繊維の遠心紡糸装置に係り、よ
り詳しくは、石油または石炭のピツチを出発原料
とする等方性またはメソフエース系ピツチを原料
として用い、これを加熱溶融し遠心紡糸すること
により炭素繊維の前駆体であるピツチ繊維を製造
するピツチ繊維の遠心紡糸装置の紡糸スピンナー
装置に関する。 （従来の技術） ピツチ繊維の遠心紡糸装置用の紡糸スピンナー
装置は、一般的に、頂壁、底壁、及び複数の紡糸
ノズル孔が形成された側壁からなるスピンナーデ
イスクを備え、該スピンナーデイスク内に溶融ピ
ツチを供給しながら、このスピンナーデイスクの
底壁の中心部に取付けられた回転駆動軸を回転さ
せてスピンナーデイスクを高速回転することによ
り、溶融ピツチを紡糸ノズル孔を通してピツチ繊
維へと紡糸するようになつている。すなわち、溶
融ピツチはスピンナーデイスクの高速回転により
生じる遠心力で紡糸ノズル孔より吐出され、吐出
された溶融ピツチはスピンナーデイスクの高速回
転によりその周囲に生じる空気摩擦により延伸さ
れ、繊維化され、ピツチ繊維となる。 このような遠心紡糸装置用の紡糸スピンナー装
置においては、一般的に、スピンナーデイスクの
側壁は概ね平面的な外周面になつており、その外
周面に紡糸ノズル孔を開口させており、その一例
が特開昭58−203105号公報の第１図に示されてい
る。 （発明が解決しようとする問題点） 石油または石炭のピツチを出発原料とする等方
性ピツチは、第９図に示すように温度変化に対す
る粘性変化が大きく、温度が低下すると急速に粘
性が増大するという傾向を示す。このことはメソ
フエース系ピツチについてもほぼ同様である。従
つてこのようなピツチを原料として上記従来の遠
心紡糸装置用の紡糸スピンナー装置で紡糸した場
合は、スピンナーデイス側壁の紡糸ノズル孔から
吐出された後溶融ピツチは急速に低温化し高粘性
となり、空気摩擦による充分な延伸を受けないう
ちに固化してしまうことがある。このためピツチ
はビーズ状のかたまり（シヨツトという）になつ
たり、繊維状になつても太い径で繊維とは言えな
いようなものが得られたりする。 本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消
し、スピンナーデイスク側壁の紡糸ノズル孔から
吐出された直後の溶融ピツチの急速な低温化を防
止し、充分な延伸を受けることがで、従つて充分
に繊維化された高品質のピツチ繊維を製造するこ
とのできるピツチ繊維の遠心紡糸装置用の紡糸ス
ピンナー装置を提供することである。 （問題点を解決するための手段） 本発明におけるピツチ繊維の遠心紡糸装置用の
紡糸スピンナー装置は、上記目的を達成するた
め、スピンナーデイスクの側壁に、該側壁の円周
方向に沿つて延在すると共に、前記紡糸ノズル孔
から吐出される溶融ピツチを挟むように互いに対
向して位置決めされた熱輻射面を設けたことを特
徴とする構成となつている。 （作用） スピンナーデイスク側壁の紡糸ノズル孔から吐
出された直後の溶融ピツチは、熱輻射面からの上
下の熱輻射により温められるので、急速に冷却さ
れることが防がれることになる。スピンナーデイ
スク側壁の熱輻射面の間の空間ではスピンナーデ
イスクの高速回転により生ずる空気摩擦が多少弱
められることになるが、熱輻射面の外方には依然
として高い空気摩擦が発生する。従つて吐出直後
の溶融ピツチは低粘性を保ちながら周囲空気の空
気摩擦により引つぱられて充分に延伸され、繊維
化されながら接線方向に飛ばされることになる。 （実施例） 以下図面を参照して本発明の好適実施例を説明
する。 第１図は本発明のピツチ繊維の遠心紡糸装置用
の紡糸スピンナー装置１００の要部を断面で示
し、紡糸スピンナー装置１００は、第４図に示す
遠心紡糸装置２のスピンナーデイスク６の側壁６
ｃに、この側壁６ｃの円周方向に沿つて延在する
と共に、側壁６ｃにあけられた紡糸ノズル孔８か
ら吐出される溶融ピツチＰを挟むように互いに対
向して配置された上下の熱輻射面１０２ａ，１０
２ｂを設けた構成になつている。 第１図の実施例では、熱輻射面１０２ａ，１０
２ｂは、スピンナーデイスク６側壁６ｃに紡糸ノ
ズル孔８が底部１０２ｃに開口する円周溝１０２
を形成し、その円周溝１０２の側面で構成されて
いる。 また熱輻射面１０２ａ，１０２ｂは、第２図に
示す紡糸スピンナー装置１００Ａのように、スピ
ンナーデイスク側壁６ｃに紡糸ノズル孔８の出口
の上下に位置する例えば真鋳でできた１対のつば
１０２Ａ，１０２Ｂを、ボルト止め又は溶接など
の適当な手段で一体に固設し、その１対のつば１
０２Ａ，１０２Ｂの対向面で構成するようにして
もよい。 なお第１図及び第２図の実施例においては、紡
糸ノズル孔８はスピンナーデイスク側壁６ｃに円
周方向に一列にあけられた場合のものであるが、
第３図の紡糸スピンナー装置１００Ｂに示すよう
に、スピンナーデイスク側壁６ｃに円周方向に三
列の紡糸ノズル孔８ａ，８ｂ，８ｃをあけたもの
に紡糸直後の溶融ピツチPa，Pb，Pcを挟むよう
に熱輻射面１０２ａ，１０２ｂを設けてもよい。 第４図は本発明の紡糸スピンナー装置１００を
含む遠心紡糸装置２の全体を示す。遠心紡糸装置
２は、中央開口４を有する頂壁６ａ、底壁６ｂ、
及び頂壁６ａと底壁６ｂとの間に位置しかつ複数
の紡糸ノズル孔８と前述した本発明による熱輻射
面１０２ａ，１０２ｂを備えた側壁６ｃからなる
スピンナーデイスク６と、スピンナーデイスク６
の底壁６ｂの中心部にボルトなどで取付けられた
中空の回転駆動軸（以下中空回転軸という）１０
とを備えている。頂壁６ａ、底壁６ｂ、側壁６ｃ
は例えば真鋳でできている。 スピンナーデイスク６の頂壁６ａ及び底壁６ｂ
の外表面には、Ni−Cr合金などの通電発熱材料
からなる面状発熱体１２ａ，１２ｂを接触固定状
態に取付けられている。図示実施例では、面状発
熱体１２ａ、１２ｂのその取付けは、面状発熱体
１２ａ，１２ｂをステンレスなどでできたカバー
プレート１４ａ，１４ｂで覆い、頂壁６ａ及び底
壁６ｂとカバープレート１４ａ，１４ｂとの間を
適当数のボルト１６ａ，１６ｂ（第５図及び第６
図参照）で締着することよりなされている。なお
面状発熱体の取付けはこれに限られるものではな
い。下側カバープレート１４ｂの中央部には中空
回転軸１０の中央孔１０ａより大きめの開口１８
があけられている。 中空回転軸１０はベアリング２０ａ，２０ｂを
介して中空固定軸２２内に回転自在に軸持されて
いる。中空回転軸１０の頂部にはプーリ２４が取
付けられ、第７図に示すようにこのプーリ２４と
モータ２６の出力軸に取付けられたプーリ２８と
の間に巻掛けられたベルト２９を介して、モータ
２６により中空回転軸１０を回転駆動するように
なつている。 固定中空軸２２の下端部は、半径方向外方に突
出した円周フランジ２２ａが形成され、この円周
フランジ２２ａは、スピンナーデイスク６の頂壁
６ａの開口縁部にわずかの隙間を持つてその中央
開口４を閉じ、それに対する上ぶたの役割をして
いる。また円周フランジ２２ａには溶融ピツチの
供給管３０が取付けられ、その出口がスピンナー
デイスク６内に配置されている。 面状発熱体１２ａ，１２ｂにはそれぞれ１対の
電流供給端子３２ａ，３２ｂ，３４ａ，３４ｂが
接続され、かつスピンナーデイスク６には温度検
出手段として熱電対３６が接続されている。電流
供給端子３２ａ，３４ａはリード線３８ａに接続
され、電流供給端子３２ｂ，３４ｂはリード線３
８ｂに接続され、熱電対３６はリード線３８ｃ、
３８ｄに接続されており、これらリード線３８ａ
〜３８ｄは中空回転軸１０の中央孔１０ａを通つ
て上方に延びている。 中空回転軸１０及び中空固定軸２２の上方部分
には、中空固定軸２２の外側から中空回転軸１０
内のリード線３８ａ〜３８ｄに電流が供給できる
ようこれらリード線に電気的に接続された回転通
電機構４０が設けられている。 回転通電機構４０は、図示実施例では、中空回
転軸１０の外周に装着された、それぞれ導電部４
２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄを有する通電リン
グ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄと、中空固定
軸２２に装着された絶縁材料でできた保持器４６
ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ内に収納され、通電
リング４４ａ〜４４ｄ導電部４２ａ〜４２ｄに押
圧接触するようばねにより半径方向内方に付勢さ
れている通電ブラシ４８ａ，４８ｂ，４８ｃ，４
８ｄとを備えた通電ブラシ機構からなつている。
中空回転軸１０及び通電リング４４ａ〜４４ｄの
導電部４２ａ〜４２ｄに対応する位置には導電部
４２ａ〜４２ｄを中空回転軸１０の中央孔１０ａ
に露出させる横孔５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０
ｄがあけられており、前述したリード線３８ａ〜
３８ｄがこの横孔５０ａ〜５０ｄを通して通電リ
ングの導電部４２ａ〜４２ｄに接続されている。
通電ブラシ４８ａ〜４８ｄにはそれぞれ図示ない
リード線が接続され、保持器４６ａ〜４６ｄの外
側に引き出され、それぞれ必要な機器に接続され
ている。なお回転通電機構４０はこの構造に限ら
れるものではない。 遠心紡糸装置２は第７図に示すようなピツチ繊
維紡糸システムの中で用いられる。このシステム
は溶融部Ｍと紡糸部Ｓとよりなり、紡糸部Ｓに遠
心紡糸装置２が配置されている。 溶融部Ｍはホツパー５２を有し、このホツパー
５２の中に、材料である石炭あるいは石油のピツ
チを出発原料とする等方性またはメソフエース系
の固形ピツチが投入される。ホツパー５２は固形
ピツチ投入後、内部の空気を追い出し、窒素ガス
を注入し、固形ピツチを窒素ガスにさらすように
なつている。 ホツパー５２の底部には加熱スクリユー５４ａ
を内蔵したスクリユー式加熱融装置５４が接続さ
れ、加熱スクリユー５４ａはモータ５４ｂによつ
て回転駆動される。ホツパ５２に投入された固形
ピツチは加熱スクリユー５４ａの回転により300
〜350℃の温度に加熱溶融されながら、一定の速
度でスクリユー先端の出口５４ｃに送られる。ス
クリユー先端の出口には溶融タンク５６が接続さ
れており、加熱溶融されたピツチは溶融タンク５
６に流入し一定のヘツドに貯められる。溶融タン
ク５６の下部にはモータ５６ａによつて駆動され
るギヤポンプ５６ｂが設けられ、溶融ピツチはこ
のギヤポンプ５６ｂによつて前述した供給管３０
に送られる。供給管３０に達した溶融ピツチはそ
こから遠心紡糸装置２のスピンナーデイスク６内
に流入する。 固形ピツチの溶融は、不活性雰囲気中であれ
ば、溶融タンク５６の中で直接行なつてもよく、
この場合はバツチ式となる。 ホツパ５２及びスクリユー式加熱融装置５４の
使用により固形ピツチの連続溶融が可能となる。 溶融部Ｍにおける固形ピツチの溶融はピツチが
熱分解を起さない程度の温度で行なわれる。 遠心紡糸装置２により溶融ピツチの遠心紡糸は
次のように行なわれる。まず供給管３０からスピ
ンナーデイスク６内への溶融ピツチの流入に先立
ち、供給管３０から窒素ガスをスピンナーデイス
ク内に供給しその中の空気を出し窒素雰囲気にす
る。図示しない電流供給源から、回転通電機構４
０の通電ブラシ４８ａ，４８ｂを通じて、これら
ブラシにリード線３８ａ，３８ｂを介して接続さ
れている端子３２ａ，３４ａ及び３２ｂ，３４ｂ
に電流が供給され、面状発熱体１２ａ，１２ｂは
発熱し、スピンナーデイスク６の頂壁６ａ及び底
壁６ｂさらには側壁６ｃを加熱する。スピンナー
デイスク６の側壁６ｃ近傍の紡糸部分の温度は熱
電対３６によつて検知され、その電流がリード線
３８ｃ，３８ｄを介して回転通電機構４０の通電
ブラシ４８ｃ，４８ｄから図示しない制御部に送
られ、端子３２ａ〜３４ｄに対する電流供給量を
制御し、スピンナーデイスク６の側壁６ｃ近傍の
紡糸部の温度を例えば約300〜360℃の一定の温度
に制御する。 このようにしてから供給管３０から溶融ピツチ
をスピンナーデイスク６内に供給すると同時に、
プーリ２４，２８及びベルト２９を介してモータ
２６で中空回転軸１０を回転することによりスピ
ンナーデイスク６を約1400〜2500rpmの高速度で
回転する。これによりスピンナーデイスク６内に
流入した溶融ピツチは側壁６ｃの紡糸ノズル孔８
に達し、ここから遠心力により外部へ吐出され、
スピンナーデイスク６の高速回転により誘起され
るその周囲の空気摩擦により繊維化され、ピツチ
繊維へと紡糸される。 上述したように面状発熱体１２ａ，１２ｂ及び
熱電対３６によりスピンナーデイスク６の側壁６
ｃ付近の紡糸部分の温度は約300〜360℃の一定の
温度に制御されるが、面状発熱体１２ａ，１２ｂ
はスピンナーデイスク６の頂壁６ａ及び底壁６ｂ
に接触固定状態にあるので、頂壁６ａ、底壁６
ｂ、側壁６ｃの温度が低下しようとすると、面状
発熱体１２ａ，１２ｂより瞬時に熱が供給され、
その温度を正確に約300〜360℃の一定の温度に制
御する。従つて側壁６ｃ付近の紡糸部分の温度は
溶融ピツチの温度の影響を受けず、側壁６ｃの紡
糸ノズル孔８に達するまでの溶融ピツチの温度を
低温に保持しても、紡糸ノズル孔８を通る時瞬時
にその部分の温度即ち約300〜360℃の一定の温度
に加熱され、紡糸ノズル孔８を通る溶融ピツチの
温度が正確に制御される。従つてスピンナーデイ
スク６内では溶融ピツチの発泡、分相などの変質
を生じることなく、紡糸ノズル孔８を通して形成
されたピツチ繊維の繊維化が良好に行なわれ、か
つそのバラツキもなく、また炭素繊維とした後の
断面構造の制御も容易に行なえる。このことは紡
糸ノズル孔８からの溶融ピツチの吐出量が変動し
たり吐出量を増加させた場合も同様であり、吐出
量を増加させた場合にはピツチ繊維の生産性を高
めることができる。 また上記遠心紡糸装置２においては、電流供給
端子３２ａ〜３４ｂ、及び熱電対３６に対するリ
ード線３８ａ〜３８ｄを中空回転軸１０の中央孔
１０ａを通し、それを中空回転軸１０及び中空固
定軸２２に設けた回転通電機構４０に接続して中
空固定軸の外側に連絡するようにしたので、全体
構造が極めてコンパクトであり、広い設置スペー
スを必要としない。 なお遠心紡糸装置２のスピンナーデイスク６に
対する加熱手段しては、面状発熱体１２ａ，１２
ｂを設ける代りに、スピンナーデイスク６の頂壁
６ａ、底壁６ｂ、側壁６ｃ自体をNi−Cr合金な
どの通電発熱材料で作つてもよく、この場合も上
述したものと同様な直接加熱効果やスペース節約
効果を得ることができる。 このような遠心紡糸装置２によるピツチ繊維の
紡糸の際、本発明の紡糸スピンナー装置１００に
おいては、熱輻射面１０２ａ，１０２ｂもスピン
ナーデイスク６の側壁６ｃの温度に加熱されてい
るので、紡糸ノズル孔８から吐出された直後の溶
融ピツチＰ（第１図参照）はこの熱輻射面１０２
ａ，１０２ｂからの上下の熱輻射により温めら
れ、急速に冷却されることが防がれることにな
る。また熱輻射面１０２ａ，１０２ｂ間の空間す
なわち円周溝１０２内では、スピンナーデイスク
６の高速回転により誘起される空気摩擦は少し弱
められるが、円周溝１０２の外側では強い空気摩
擦が生じるので、吐出した溶融ピツチＰはこの空
気摩擦により引つぱられる。従つて吐出直後の溶
融ピツチＰは低い粘性を保ちながら周囲空気摩擦
により引つぱられて延伸され、充分に繊維化した
状態で接線方向に飛ばされる。 遠心紡糸装置２に第２図及び第３図の実施例の
紡糸スピンナー装置１００Ａ，１００Ｂを設けた
場合も、上述したのと同様の作用が得られること
は明らかであろう。 以下に本発明の紡糸スピンナー装置を備えた遠
心紡糸装置によりピツチ繊維を紡糸した場合の実
験例及び比較例を示す。全ての実験において、遠
心紡糸装置としては第４図に示す型のものを用
い、紡糸スピンナー装置として(1)第１図の実施
例、(2)第２図の実施例、(3)第３図の実施例を使用
し、(4)の比較例では側壁に円周溝が形成されてい
ない平坦な外周面を備えたスピンナーデイスクの
みからなる紡糸スピンナー装置を用いた。原料と
しては第９図に示すような温度−粘性特性をもつ
等方性ピツチを用いた。 下記の表から分かるように、本発明による場合
は、シヨト率が30％から３〜５％に激減した。ま
た繊維径偏差も2.4〜3.0％の範囲にあり、繊維径
の均一性は大幅に向上した。

【表】 （発明の効果） 以上明らかなように、本発明のピツチ繊維の遠
心紡糸装置用の紡糸スピンナー装置によれば、紡
糸ノズル孔から吐出された溶融ピツチを挟むよう
に対向位置する熱輻射面を設けたので、吐出直後
の溶融ピツチは熱輻射面からの上下の熱輻射によ
り温められ、急速に冷却されることが防がれるこ
とになり、スピンナーデイスクの高速回転によつ
て誘起される空気摩擦により低粘性の状態で充分
に延伸され、繊維化され、従つてシヨツト率を極
めて小さくすることができ、かつ繊維径を均一に
することができ、高品質のピツチ繊維を製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一好適実施例によるピツチ繊
維の遠心紡糸装置用の紡糸スピンナー装置の要部
の断面図であり、第２図及び第３図は本発明の他
の実施例による紡糸スピンナー装置の第１図と同
様な断面図であり、第４図は第１図に示す紡糸ス
ピンナー装置を備えた遠心紡糸装置の全体を示す
縦断面図であり、第５図は第４図に示したスピン
ナーデイスクの左半分の拡大図であり、第６図は
第４図に示したスピンナーデイスクの底面図であ
り、第７図は第４図に示した遠心紡糸装置を含
む、紡糸部及び溶融部からなる全体システムを示
す概略図であり、第８図は比較例のため、本発明
の遠心紡糸装置とは、側壁に円周溝が形成されて
いないことを除いて全く同じであるスピンナーデ
イスクからなる紡糸スピンナー装置によるシヨツ
ト状物形成時の紡糸状態を示す断面図であり、第
９図は原料として使用されるプリメソフエース系
ピツチの温度−粘性特性を示すグラフである。 図中、符号２……遠心紡糸装置、６……スピン
ナーデイスク、６ｃ……側壁、８，８ａ，８ｂ，
８ｃ……紡糸ノズル孔、１０……回転駆動軸、１
００，１００Ａ，１００Ｂ……紡糸スピンナー装
置、１０２……円周溝、１０２Ａ，１０２Ｂ……
つば、１０２ａ，１０２ｂ……熱輻射面、１０２
ｃ……底部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 頂壁、底壁及び複数の紡糸ノズル孔のあけら
   れた側壁からなるスピンナーデイスクを備え、該
   スピンナーデイスク内に溶融ピツチを供給しなが
   ら、該スピンナーデイスクの底壁の中心部に取付
   けられた回転駆動軸でスピンナーデイスクを高速
   回転させることにより、溶融ピツチを前記紡糸ノ
   ズル孔を通してピツチ繊維へと紡糸するピツチ繊
   維の遠心紡糸装置用の紡糸スピンナー装置におい
   て、 前記スピンナーデイスクの側壁に、該側壁の円
   周方向に沿つて延在すると共に、前記紡糸ノズル
   孔から吐出される溶融ピツチを挟むように互いに
   対向して位置決めされた熱輻射面を設けたことを
   特徴とするピツチ繊維の遠心紡糸装置用の紡糸ス
   ピンナー装置。 ２ 前記スピンナーデイスクの側壁に前記紡糸ノ
   ズル孔が底部に開口する円周溝を形成し、前記熱
   輻射面をその円周溝の側面で構成した特許請求の
   範囲第１項記載のピツチ繊維の遠心紡糸装置用の
   紡糸スピンナー装置。 ３ 前記スピンナーデイスクの側壁に前記紡糸ノ
   ズル孔の出口の上下に位置する１対のつばを一体
   に固設し、前記熱輻射面をその１対のつばの対向
   面で構成した特許請求の範囲第１項記載のピツチ
   繊維の遠心紡糸装置用の紡糸スピンナー装置。