KR101576341B1 - 사조의 가압 스팀 처리 장치와 탄소 섬유 전구체 사조의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

가압 스팀의 장치 외부로의 누출의 영향을 억제하여 가압 스팀 공급량을 최소로 억제하고, 동시에 실 절단을 저감시켜, 수율이 향상하는 고 생산성의 탄소화 전구체 사조를 제조하는데 적절한 사조의 가압 스팀 처리 장치와, 탄소 섬유 전구체 사조의 제조 방법을 제공한다. 가압 스팀 처리 장치(1)는, 가압 스팀 처리부(2)의 전후에 래비린스 시일부(3)를 구비하고, 사조 주행로(5)를 따라서 시트 형상으로 병주하는 복수의 사조를 일괄하여 가압 스팀 분위기하에서 처리한다. 상기 래비린스 시일부(3)의 사조 주행로(5)를 사조와 평행으로 분할시킨다. 바람직하게는, 칸막이 판(3e)에 의해 복수로 분할한다.

Description

사조의 가압 스팀 처리 장치와 탄소 섬유 전구체 사조의 제조 방법{PRESSURIZED STEAM PROCESSING DEVICE FOR THREAD AND PRODUCTION METHOD FOR CARBON FIBER PRECURSOR THREAD}

본 발명은 폴리아크릴로니트릴계 등으로 이루어지는 탄소 섬유 전구체 사조(carbon fiber precursor thread)의 가압 스팀 처리 장치와 탄소 섬유 전구체 사조의 제조 방법에 관한 것이다.

탄소 섬유의 제조 등에서는, 그 전구체로서, 예를 들면 폴리아크릴로니트릴계 중합체로 이루어지는 사조 등이 원사로서 이용되고 있으며, 이러한 사조에는 강도 및 배향도가 뛰어난 것이 요구된다. 이와 같은 사조는, 예를 들면 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 포함하는 방사 원액을 방사하여 응고사로 하고, 그 응고사를 욕(bath)중 연신해서 건조함으로써 치밀화된 사조를 얻은 후, 해당 사조를 가압 스팀 분위기하에서 2차 연신 처리함으로써 얻을 수 있다.

가압 스팀 분위기하에서의 사조의 처리에는, 장치 내부에 사조를 주행시키고, 해당 사조에 대하여 가압 스팀을 공급하는 처리 장치가 이용된다. 이와 같은 처리 장치에 있어서는, 장치 내부에 공급된 가압 스팀이 사조의 입구 및 출구로부터 장치 외부에 다량으로 누출하면, 장치 내부의 압력, 온도, 습도 등이 불안정하게 되어, 사조에 보풀이나 실 절단 등이 생겨 버리는 경우가 있었다. 또한, 가압 스팀의 장치 외부로의 누출의 영향을 억제하기 위해서는 다량의 가압 스팀이 필요하여, 에너지 비용을 증대시키고 있었다.

장치 내부로부터의 가압 스팀의 누출을 억제하는 처리 장치로서는, 예를 들면 일본 특허 공개 제 2001-140161 호 공보(특허문헌 1)에 의해, 일정 방향으로 주행하는 사조를 가압 스팀에 의해 처리하는 가압 스팀 처리부와, 해당 가압 스팀 처리부의 전후로부터 연장되는 2개의 래비린스 시일부를 구비하는 가압 스팀 처리 장치가 개시되어 있다. 상기 래비린스 시일부에는, 상대(相對)하는 천정판 및 바닥판의 내벽면으로부터 사조를 향하여 직각으로 연장되는 판편으로 이루어지는 래비린스 노즐이 사조 주행로를 따라서 병렬로 다단 마련되어 있으며, 이들 래비린스 노즐 사이에 있어서의 각 공간(팽창실)을 통과할 때에 에너지가 소모되는 것에 의해 가압 스팀의 누출량이 저감된다.

상기 특허문헌 1에 의하면, 가압 스팀 처리부의 전후에 제 1 및 제 2 래비린스 시일부가 배치되어 있으며, 사조 주행로를 따라서 시트 형상으로 병주(竝走)하는 복수의 사조를 일괄하여 가압 스팀 분위기하에서 처리한다. 상기 래비린스 노즐의 천정판 및 바닥판의 내벽면으로부터의 연장설치 길이(L)와, 전후의 노즐 사이의 피치(P)와의 비(L/P)의 값이 0.3~1.2이며, 상기 래비린스 노즐의 단수가 전후의 제 1 및 제 2 래비린스 시일부 모두 각각 80단~120단으로 되어 있다. 또한, 상기 래비린스 시일부 내의 사조 주행로에 있어서의 이하에 나타내는 식에 의해 산출되는 사조의 충전율(F)을 0.5~10%로 하고 있다.

충전율 F=｛K/(ρ×10⁵)｝/A

여기서, K ：사조 섬도(tex)

ρ : 사조 밀도(g/㎤)

A ： 상기 사조 주행로의 개구 면적(㎠)이다.

L/P의 값을 상기 범위로 함으로써, 전후의 노즐 사이에 형성되는 팽창실의 크기가 적합한 것이 되고, 팽창실 내에 있어서 회전이 작은 소용돌이 흐름의 생성과 소멸을 반복하는 것에 의해서 에너지를 극도로 소비할 수 있기 때문에, 감압이 효과적으로 진행한다. 80~120단이라고 하는 래비린스 노즐의 형성 단수와 함께 효과적으로 스팀 누출량을 억제하는 것이 가능해져, 사조의 손상이나 보풀을 효과적으로 방지할 수 있다고 하는 것이다.

일본 특허 공개 제 2001-140161 호 공보

그런데, 상기 특허문헌 1에 기재된 가압 스팀 처리 장치에 의하면, 사조 주행로를 따라서 복수의 사조가 병렬하여 주행하지만, 이때 인접하는 각 사조는 단순히 병렬한 상태로 주행하기 때문에, 특히 처리 장치를 통과하는 사조의 충전율이 10%를 초과하면 인접하는 사조끼리 서로 간섭하여 혼섬(混纖)이 발생하기 쉬워진다.

또한, 종래 기술에 의한 이러한 종류의 가압 스팀 처리 장치에서는, 복수의 사조 중, 1추(錘)가 가압 스팀 처리 장치 내부에서 실 절단이 발생했을 때, 절단된 사조가 래비린스 시일부에 남아, 스팀에 의해 교란되어 인접하는 사조와 엉키고, 실 절단이 유발되어, 수율의 저하를 초래하고 있었다.

또한, 중앙의 가압 스팀 처리부로부터 도입되는 고압 스팀은 가압 스팀 처리부 및 전후에 배치된 제 1 및 제 2 래비린스 시일부의 내부로 흘러서 충만한다. 이때 가압 스팀은 정해진 방향으로는 흐르지 않으며, 인접하는 사조끼리를 교락(交絡)시키는 방향으로 흐르기 쉽게 될 가능성이 높다. 그 결과, 전술과 같은 실 절단을 더욱 조장하고, 그 때문에 이후의 탄소화 공정에 있어서 균일하고 안정되게 소성하는 것이 어려워질 우려가 크다.

본 발명은 이러한 종래의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 그 목적은 가압 스팀의 장치 외부로의 누출의 영향을 억제하여 가압 스팀 공급량을 최소로 억제하고, 동시에 실 절단을 저감시켜, 수율이 향상하는 고 생산성의 탄소 섬유 전구체 사조의 가압 스팀 처리 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적은, 본 발명의 제 1 기본 구성인, 가압 스팀 처리부와 래비린스 시일부를 구비하고, 병주하는 복수의 사조를 일괄하여 가압 스팀 분위기하에서 처리하는 사조의 가압 스팀 처리 장치에 있어서, 상기 래비린스 시일부는, 가압 스팀 처리부의 사조 입구와 출구에 각각 연속설치되며, 상기 래비린스 시일부에 있어서, 사조에 평행으로 또한 사조 병렬 방향의 서로 이웃하는 사조 사이를 따라서 칸막이 판을 갖고, 상기 칸막이 판에 의해 상기 래비린스 시일부에 있어서의 사조 주행로가 각 사조마다 구획되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 가압 스팀 처리 장치에 의해 효과적으로 달성된다.

또한, 상기 목적은, 본 발명의 제 2 기본 구성으로 이루어지는, 상기 가압 스팀 처리 장치를 이용해서 복수의 사조를 일괄하여 연신 처리하는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 전구체 사조의 제조 방법에 의해서도 효과적으로 달성된다.

본 발명의 바람직한 태양에 의하면, 상기 래비린스 시일부에 있어서, 상기 래비린스 노즐의 각 단 마다 사조에 평행이며, 또한 사조 병렬 방향이 서로 이웃하는 사조 사이를 따라서 복수의 칸막이 판을 연속설치하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 래비린스 시일부에 있어서, 래비린스 노즐과 서로 이웃하는 래비린스 노즐의 사이마다 사조에 평행으로 또한 사조 병렬 방향의 서로 이웃하는 사조 사이를 따라서 복수의 칸막이 판을 연속설치하도록 하여도 좋다.

상기 칸막이 판을 임의의 래비린스 노즐과 서로 이웃하는 래비린스 노즐 사이에 마련하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 칸막이 판의 사조에 평행한 길이를, 임의의 래비린스 노즐의 면과, 서로 이웃하는 래비린스 노즐의 대향하는 면 사이의 높이의 55~95%로 하는 것이 바람직하다. 상기 칸막이 판을 상부 또는 하부 래비린스 플레이트의 내면에 가질 수도 있다. 상기 칸막이 판의 높이가 래비린스 노즐의 높이(L)와 상하 래비린스 노즐 사이의 개구 높이(H)의 합계 이상인 경우도 있다. 또한, 상기 칸막이 판을 상부 및 하부 래비린스 플레이트의 내면에 갖도록 하여도 좋다.

상부 및 하부 래비린스 플레이트의 내면에 갖는 칸막이 판이 대향하는 위치에 있어서, 상부 및 하부 래비린스 플레이트에 갖는 칸막이 판의 한쪽 높이를 상부 또는 하부 래비린스 노즐의 높이와 상하 래비린스 노즐 사이의 개구 높이와의 합계 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상부 및 하부 래비린스 플레이트의 내면에 갖는 칸막이 판이 동일한 사조 사이에 서로 간섭하지 않는 위치에 있으며, 상부 및 하부 래비린스 플레이트의 내면에 갖는 칸막이 판의 높이의 합계가 상부 래비린스 플레이트의 내면으로부터 하부 래비린스 플레이트의 내면까지의 높이 이상으로 하기도 한다.

래비린스 시일부의 사조 주행로를 사조에 평행으로 또한 사조 병렬 방향에 직교시켜서 복수로 분할하는 것에 의한 스팀 정류 효과에 의해, 가압 스팀 처리 장치 내부에 있어서의 사조 주행 안정성이 향상하여, 인접하는 각 사조 사이의 접촉이나 교락이 대폭 저감된다. 본 발명에 도달하기 이전에도, 사조 주행로를 핀 가이드를 이용하여 구획하는 시험을 실행했지만, 핀 가이드와 래비린스 노즐 사이에 보풀이 체류하여, 그 배제 작업을 빈번히 실행해야만 하고, 또한 유발 절단의 발생이 잇따르고, 공정 안정성을 확보하지 못하여 실용화가 어려운 것이 판명되었다. 또한, 상기 보풀 체류 발생을 저감하기 위한 핀 가이드의 직경을 굵게 하여 시험했지만, 사조 주행로를 좁게 해야만 하여, 생산성이 저하되므로 실용화에 결부시킬 수 없었다.

본 발명의 바람직한 태양의 하나로서, 특히, 분할 수단으로 칸막이 판을 이용하면, 가압 스팀 처리 장치 내부에 있어서의 유발 절단을 효과적으로 방지할 수 있다는 것을 알았다. 그 결과, 보풀이 적은 고품위의 사조가 얻어질 뿐만이 아니라, 사조의 주행 안정성이 유지되어 수율이 현저하게 향상한다. 이 칸막이 판의 래비린스 노즐이나 래비린스 플레이트에 대한 배설 위치나 크기 등은 상술한 바와 같이 다양하다.

도 1은 본 발명에 따른 가압 스팀 장치의 실시예 1에 의한 래비린스 시일부의 사조 주행로의 일 예를 확대하여 도시하는 부분 종단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가압 스팀 장치의 실시예 1에 의한 래비린스 시일부의 내부를 사조 주행로의 상방으로부터 모식적으로 본 확대 부분 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가압 스팀 장치의 실시예 1에 의한 래비린스 시일부의 사조 주행로의 일 예를 도시하는 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 래비린스 노즐 및 칸막이 판의 배치 예를 모식적으로 도시하는 종단면도이다.
도 5는 도 4에 도시하는 래비린스 시일부의 내부 구조의 개요를 도시하는 단면도이다.
도 6은 래비린스 시일부의 다른 내부 구조 예를 도시하는 단면도이다.
도 7은 래비린스 시일부의 또 다른 내부 구조 예를 도시하는 단면도이다.
도 8은 비교예 1에 의한 래비린스 시일부의 사조 주행로를 도시하는 횡단면도이다.
도 9는 비교예 2에 의한 래비린스 시일부의 사조 주행로를 도시하는 횡단면도이다.
도 10은 종래의 가압 스팀 처리 장치의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 11은 종래의 래비린스 시일부의 사조 주행로의 일 예를 도시하는 부분 횡단면도이다.
도 12는 종래의 래비린스 시일부의 사조 주행로의 일 예를 도시하는 종단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명의 실시형태를 설명하기 전에, 도 10 내지 도 12에 도시한 상기 특허문헌 1에 개시된 종래의 대표적인 가압 스팀 처리 장치를 일 예로 하고, 그들 도면을 참조하여 개략 구성을 설명한다. 본 발명의 실시형태에 있어서도, 기본적으로는 도 10 내지 도 12에 도시하는 종래 구조를 구비하고 있지만, 그 기본 구조도 예시하는 구조에 한정되지 않는다. 이상의 점에 입각하여, 이하에 설명하는 본 발명의 실시형태를 도시하는 도면 중의 도면부호 중 도 10 내지 도 12에 도시하는 부재에 대응하는 부재에는 동일한 도면부호를 부여하고 있다.

도 10 내지 도 12에 도시하는 가압 스팀 처리 장치(1)는 가압 스팀 처리부(2)와, 그 사조 입구 및 출구에 각각 배치된 래비린스 시일부(3)를 구비하고 있으며, 복수의 사조(Y)는 상기 장치(1)의 전벽부에 형성된 사조 입구(4)로부터 가압 스팀 처리 장치(1) 내로 도입되며, 동 장치(1)의 전체 길이에 걸쳐서 연장되는 사조 주행로(5)를 수평 방향으로 시트 상태로 병렬하여 주행하며, 동 장치(1)의 후벽부에 형성된 사조 출구(6)로부터 도출된다.

가압 스팀 처리 장치(1)를 구성하는 부재의 재질로서는, 스팀의 누출을 방지하기 위한 시일을 실행하기에 충분한 기계 강도를 갖는 재질이면, 어떠한 구조 재료도 적용 가능하며, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 처리 장치의 내면의 사조에 접할 가능성이 있는 부분의 재질로서, 내부식성을 갖는 동시에, 접촉했을 경우의 사조에의 손상을 극력 억제할 수 있도록, 스테인리스 또는 철강 재료에 경질 크롬 도금 처리를 실시한 재질이 사용된다.

상기 가압 스팀 처리부(2)는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 사조 주행로(5)를 사이에 두고 상하로 각각 가압실(2a)을 갖고 있다. 동 가압실(2a)의 사조 주행로(5)에 면하는 벽부가 다공판(2b)으로 구성되어 있으며, 스팀 도입구(2c)로부터 상기 가압실(2a)로 공급된 스팀은 가압되며 상기 다공판(2b)으로부터 주행하는 사조(Y)를 향하여 샤워 형상으로 취출된다.

상기 래비린스 시일부(3)는, 도 10 및 도 11에 도시하는 바와 같이, 사조 길이 방향으로 다단의 래비린스 노즐(3a)에 의해 구성되어 있다. 도 11에는 동 래비린스 시일부(3)의 사조 길이 방향 단면의 일부를 확대하여 도시하고 있으며, 도 12는 상기 래비린스 노즐(3a)의 종단면도이다.

상기 래비린스 노즐(3a)은 상기 래비린스 시일부(3)의 상하 좌우의 전체 내벽면으로부터 주행 사조(Y)를 향하여 직각으로 연장되며, 또한 동 사조(Y)의 길이 방향으로 80단~120단으로 다단으로 배치되어 있으며, 사조 길이 방향 전후의 래비린스 노즐(3a)의 사이에는 팽창실(3c)이 형성되어 있다. 그들 래비린스 노즐(3a) 사이에 있어서의 각 공간(팽창실)(3c)을 통과할 때에 에너지가 소모되는 것에 의해 가압 스팀의 누출량이 저감된다.

상기 래비린스 노즐(3a)은 균일한 두께를 가지는 평판 형상의 판편으로 이루어지며, 도 12에 도시하는 바와 같이, 높이 방향의 중앙에, 수평 방향으로 연장되는 슬릿 형상의 개구(3b)가 형성되어 있다. 상기 래비린스 노즐(3a)의 상하 래비린스 플레이트(3d)의 내벽면으로부터의 연장설치 길이(L)와, 전후의 노즐 사이의 피치(P)와의 비(L/P)의 값은 0.3~1.2가 되도록 설정되어 있다. 또한, 슬릿 형상의 상기 개구(3b)의 좌우 폭(W)에 대한 높이(H)의 비(H/W)는 1/900~1/100으로 설정되어 있다.

동 개구(3b)의 내부에는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 다른 부재는 존재하지 않고, 래비린스 시일부(3)의 전후 방향으로 연속하여 개구하고 있으며, 이 개구(3b)에 의해 형성되는 슬릿 형상 단면을 갖는 공간부가 래비린스 시일부(3)에 있어서의 사조 주행로(5)를 구성하고 있다.

본 발명은 래비린스 시일부(3)의 상기 사조 주행로(5')의 구성이 상기 종래의 사조 주행로(5)와 다른 점을 특징으로 하고 있다. 즉, 본 발명에 있어서는, 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 슬릿 형상 단면을 갖는 사조 주행로(5')에 병렬하여 주행하는 복수의 사조(Y) 사이에 있어서, 또한 상하 래비린스 노즐(3a) 사이의 사조 주행로(5')에, 동 사조 주행로(5')에 평행으로 복수의 칸막이 판(3e)이 배치되어 있다. 결과적으로, 종래의 사조 주행로(5)가 사조 병렬 방향으로, 각 사조(Y) 마다 칸막이 판(3e)에 의해서 분할되어, 각각의 사조 주행로(5')에 1개의 사조(Y)가 주행하게 된다.

상기 칸막이 판(3e)은 래비린스 노즐(3a) 사이의 공간(팽창실(3c'))이 상하 내벽면의 전체 길이에 걸쳐서 배치되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 래비린스 시일부(3)를 구성하는 래비린스 노즐(3a)이나 상하의 래비린스 플레이트(3d)와는 독립한 평판편으로 이루어지는 칸막이 판(3e)을 별도 장착하고 있지만, 예를 들면 상기 래비린스 노즐(3a)과 같이, 상하의 래비린스 플레이트(3d)에 직접 일체로 형성하는 것도 가능하며, 또는 래비린스 노즐(3a)에 직접 일체로 형성할 수도 있다. 칸막이 판(3e)의 재질로서는, 스테인리스, 티탄, 티탄 합금이나 철강 재료에 경질 크롬 도금 처리를 실시한 판재가 사용된다.

본 실시형태에 있어서는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 칸막이 판(3e)과 래비린스 노즐(3a) 사이에 약간의 간극을 마련하고 있다. 이 간극은, 인접하는 래비린스 노즐(3a)과 칸막이 판(3e)에 의해 둘러싸이는 각 팽창실(3c') 내부의 스팀압을 균등하게 하기 위한 스팀 유통로로서의 기능을 기대할 수 있다.

이러한 가압 스팀 처리 장치(1)를 이용하여 사조를 가압 스팀 분위기하에서 연신 처리하려면, 우선, 상기 장치(1)에 실 통과를 한다. 여기서, 상기 특허문헌 1에 개시된 가압 스팀 처리 장치에서는, 실 통과성을 개선하기 위해, 사조 주행로(5)를 포함한 평면에서 상하로 분리할 수 있도록 2분할하고 있다. 동일한 구성은 본 발명에 있어서도 채용할 수 있다. 이와 같이 하는 것에 의해, 특히 다추를 일괄 처리하는 경우의 실 통과성이 향상하여, 실 통과 작업을 용이하고 또한 단시간에 실행할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 특허문헌 1에 개시된 가압 스팀 처리 장치와 마찬가지로, 가압 스팀 처리 장치(1)에의 사조의 도입량을, 충전율(F)을 0.5%~10%의 범위로 설정하면 좋다. 이 충전율(F)은 다음의 식 F={K/(ρ×10⁵)}/A에 의해 구해지는 값이며, 즉 래비린스 시일부(3)에 있어서의 개구(3b)의 개구 면적에 대한 사조 단면적이 차지하는 비율이다. 여기서, K는 사조 섬도(tex), ρ는 사조 밀도(g/㎤), A는 상기 사조 주행로의 개구 면적(㎠)이다.

상기 가압 스팀 처리부(2)에 스팀 도입구로부터 스팀을 공급하여 사조를 가압 스팀 분위기하에서 연신 처리를 실시한다. 이때, 장치 내부의 스팀은 사조 입구(4) 및 사조 출구(6)로부터 외부로 누출하려고 한다. 본 발명에 있어서도 상기 특허문헌 1에 개시된 가압 스팀 처리 장치와 마찬가지로, 상기 가압 스팀 처리부(2)의 사조 입구 및 출구의 각각에 래비린스 시일부(3)를 배치하고 있으며, 동 시일부(3)에는 래비린스 노즐(3a)을 80단~120단으로 다단으로 형성하고, 또한 상기 래비린스 노즐(3a)의 연장설치 길이(L), 즉 상기 개구(3b)까지의 길이(L)와 전후의 노즐 사이의 피치(P)와의 비(L/P)의 값을 0.3~1.2로 하면, 더욱 효과적으로 스팀의 누출을 방지할 수 있다.

상기 래비린스 노즐(3a)은 형성 단수를 80단~120단으로 함으로써, 스팀 누출량을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 래비린스 노즐이 80단보다 적은 경우, 시일성이 불충분하게 되고, 반대로 래비린스 노즐을 120단 이상으로 하여도, 스팀 누출의 억제 효과는 변하지 않는다.

또한, 상기 래비린스 노즐(3a)은 상하 래비린스 플레이트(3d)의 내벽면으로부터의 연장설치 길이(L)와, 인접하는 노즐 사이의 피치(P)와의 비(L/P)의 값을 0.3~1.2의 범위로 하면, 스팀의 누출을 효과적으로 억제할 수 있다. 이와 같이 상기 L/P의 값을 조절하여 팽창실(3c')의 치수나 단면 형상을 호적화함으로써, 스팀 누출량을 효과적으로 억제하는 것이 가능해져, 사조의 손상이나 보풀을 효과적으로 방지할 수 있다.

상기 개구(3b)의 좌우 폭(W)에 대한 상하 개구 높이(H)의 비(H/W)를, 상기 특허문헌 1에 기재된 가압 스팀 처리 장치와 마찬가지로, 1/900~1/100으로 하고 있다. 그 비(H/W)가 1/900 이하에서는, 사조의 손상이나 보풀의 발생을 억제하지 못하며, 또한 비(H/W)가 1/100 이상에서는, 사조를 편평하게 유지하는 것과 스팀 누출량을 억제하는 것의 양립이 어렵다.

또한, 슬릿 형상의 개구(3b)의 폭(W)에 대한 상하 개구 높이(H)의 비(H/W)의 값을 1/900~1/100으로 하는 것과 함께 상기 충전율(F)을 억제함으로써, 다추 처리에서의 인접하여 주행하는 사조끼리의 간섭과 그것에 수반하여 발생되는 데미지나 혼섬을 방지할 수 있다. 이 충전율(F)은 0.5%~10%로 하는 것이 바람직하다. 이 충전율(F)이 0.5% 미만 또는 래비린스 노즐(3a)이 80단 미만이면 스팀의 누출량이 증가하고, 또한 충전율(F)이 10%를 초과하거나, 또는 래비린스 노즐(3a)이 120단을 초과하면, 사조와 래비린스 노즐(3a)의 접촉을 무시할 수 없고, 또한 인접하는 사조끼리 또는 구성 섬유 같은 종류의 혼섬도 발생하기 쉬워진다.

게다가, 본 실시형태에서는, 상기 래비린스 시일부(3)에 있어서의 사조 주행로(5')를 구성하는 개구(3b)의 형상이 도 4에 도시하는 바와 같이 슬릿 형상인 래비린스 노즐(3a)을 이용하는 동시에, 사조 주행로(5')를 사조 수에 따라 칸막이 판(3e)에 의해, 사조 병렬 방향으로 구획하고 있기 때문에, 사조(Y)를 편평한 상태로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 각 칸막이 판(3e)이 정류판으로서의 역할을 수행하고, 상술의 각 노즐(3a)과 칸막이 판(3e) 사이의 간극의 존재와 더불어, 각 사조(Y)에 작용하는 가압 스팀량과 압력이 균등화되어, 스팀의 사속(絲束) 내부로의 침입, 도달이 촉진되어, 단시간에 균일한 가열 가압이 가능해진다. 또한, 특히 칸막이 판(3e)의 존재는 인접하는 사조(Y)끼리의 접촉과 서로 엉킴을 방지하고, 래비린스 시일부(3)에 있어서의 보풀이나 혼섬의 발생, 또는 인접하는 사조(Y)끼리의 엉킴에 의한 유발 절단의 발생이 없어져, 사조(Y)의 주행 안정성이 현저하게 향상하고, 수율이 높아져, 생산성이 뛰어난 동시에 보풀의 발생이 적은 고품위인 사조가 얻어진다.

상기 특허문헌 1에 기재된 가압 스팀 처리 장치에 있어서, 장치 본체가 사조 주행로(5)를 포함하는 평면에 있어서 사조 병렬 방향으로 분할 가능하게 한 가압 스팀 처리 장치를 이용하는 경우, 도 4에 예시하는 바와 같이, 상기 래비린스 노즐(3a)과 칸막이 판(3e)의 사이에 간극을 마련하는 것이 바람직하며, 래비린스 노즐(3a)의 사조 길이 방향의 길이는 임의의 래비린스 노즐(3a)의 면과, 서로 이웃하는 래비린스 노즐의 대향하는 면의 높이의 55%~95%인 것이 바람직하다.

칸막이 판의 사조 길이 방향의 길이를 임의의 래비린스 노즐(3a)의 면과, 서로 이웃하는 래비린스 노즐의 대향하는 면의 높이의 55% 이상으로 함으로써, 인접하는 사조(Y)끼리의 접촉과 엉킴을 방지하고, 래비린스 시일부(3)에 있어서의 보풀이나 혼섬의 발생, 또한 인접하는 사조(Y)끼리의 엉킴에 의한 유발 절단의 발생이 없어져, 사조(Y)의 주행 안정성이 현저하게 향상하고, 수율이 높아져, 생산성이 뛰어나게 되는 동시에 보풀의 발생이 적은 고품위인 사조가 얻어지고, 칸막이 판의 사조 길이 방향의 길이를, 임의의 래비린스 노즐의 면과, 서로 이웃하는 래비린스 노즐의 대향하는 면의 높이의 95% 이하로 함으로써, 사조 주행로(5)를 포함하는 평면에 있어서 분할된 가압 스팀 장치를 폐쇄할 때에, 상부 또는 하부 래비린스 노즐 중, 칸막이 판을 갖지 않은 쪽의 래비린스 노즐과 칸막이 판이 접촉하는 일이 없어져, 래비린스 노즐 및 칸막이 판의 파손이 없어진다.

또한, 상술한 실시형태에 의한 가압 스팀 처리 장치(1)는 수평 방향으로 사조를 주행시키는 것이지만, 주행 방향은 수평 방향으로 한정되는 것이 아니며, 상하 방향으로 주행시키는 타입의 처리 장치로 할 수도 있다. 또한, 상기 칸막이 판(3e)은 가압 스팀 처리부(2)의 사조 입구 및 출구에 각각 배치되는 각 래비린스 시일부(3)에 마련된 예를 도시했지만, 가압 스팀 처리부(2)의 사조 입구 또는 출구 중 어느 한쪽의 래비린스 시일부(3)에만 칸막이 판(3e)을 배치하도록 하여도 좋다. 이 경우, 적어도 사조 입구측의 래비린스 시일부(3)에 칸막이 판(3e)을 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 실시형태에서는, 상기 래비린스 노즐(3a)이 래비린스 시일부(3)의 상하 좌우의 모든 내벽면으로부터 연장설치되어 있으며, 동 래비린스 노즐(3a)에 의해 사조 주행로(5)의 전체 둘레가 둘러싸여 있지만, 이러한 구성으로 한정되는 것은 아니다. 상기 래비린스 노즐(3a)을 내벽면의 전면이 아니라, 예를 들면 상하의 벽면으로부터만 연장설치시키는 경우도 있으며, 이러한 경우에는 사조 주행로(5')는 상하 래비린스 플레이트(3d)로부터 수직으로 연장되는 상기 래비린스 노즐(3a)과 래비린스 시일부(3)의 좌우 측벽 면에 의해 둘러싸이게 된다.

[제조예 1]

아크릴로니트릴(AN), 메틸아크릴레이트(MA), 및 메타크릴산(MAA)을 몰비 AN/MA/MAA=96/2/2로 공중합시킨 폴리아크릴로니트릴계 중합체를 디메틸아세트아미드(DMAc) 용액(폴리머 농도 20질량%, 점도 50Pa·s, 온도 60℃)으로 용해시켜서 방사 원액을 조제하고, 해당 방사 원액을 홀수 12000의 방사 구금을 통과하여, 농도가 70질량%, 액온이 35℃의 DMAc 수용액 중에 토출하여 수세후, 열 수욕중에서 3배로 연신하고, 135℃로 건조하여, 치밀화한 사조(F)를 얻었다.

실시예

이하, 실시예 및 비교예에 근거하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 이하에 설명하는 실시예 및 비교예는 예시에 불과하며, 본 발명이 이하의 기재에 한정되는 것은 아니다.

이하의 실시예 및 비교예에서는 도 10 및 도 11에 도시한 종래의 가압 스팀 처리 장치에 기초하여 개량된 가압 스팀 처리 장치(1)를 이용했다.

(실시예 1)

도 1 내지 도 5에 예시한 상기 처리 장치(1)에 있어서, 전후 래비린스 시일부(3)에 다수의 칸막이 판(3e)이 연속설치되어 있다. 이 처리 장치(1)에서는, 사조에 평행하게 그리고 사조 병렬 방향의 서로 이웃하는 사조 사이를 따라서 복수의 칸막이 판(3e)을 연속설치하고 있다. 이때, 칸막이 판(3e)의 측면과 래비린스 노즐(3a)의 대향 평면 사이에 필요한 간격이 두어져 있다. 본 실시예 1에서는, 래비린스 노즐(3a)의 두께 t=1㎜, 래비린스 노즐(3a) 사이의 팽창실의 길이 P2=21㎜, 상기 래비린스 노즐(3a)의 상하 래비린스 플레이트(3d)의 내벽면으로부터의 연장설치 길이 L=5㎜, 개구 높이 H=2㎜로 하여, 하부 래비린스 플레이트(3d)에 칸막이 판(3e)을 직접 입설시키고 있다. 이 칸막이 판(3e)의 사조 길이 방향의 길이 P1=19㎜, 칸막이 판의 높이 H1=10㎜로 했다. 그 때문에, 도 4에 도시하는 바와 같이, 하부 래비린스 플레이트(3d)의 내면으로부터 상승되는 칸막이 판(3e)의 상단과 상부 래비린스 플레이트(3d)의 내면 사이에도 2㎜ 높이의 간극이 형성되어 있다.

상기 처리 장치(1)를 이용하여, 제조예 1에서 얻어진 사조(Y)를 3추로 사조 입구로부터 도입하여 가압 스팀 처리를 실행했다. 가압실의 압력은 300㎪로 하고, 가압 스팀에 의한 사조(Y)의 연신 배율을 3배로 했다. 가압 스팀에 의한 연신 처리 개시와 동시에 10시간 방사를 실행했다. 사조의 방사 중, 모든 사조에 있어서 흔들거림없이, 보풀의 발생도 없이 안정되게 스팀 연신할 수 있었다. 사조의 제조 개시로부터 10시간 경과 후에, 처리 장치(1)의 입구측을 주행하는 사조(Y) 중, 중앙을 주행하는 사조(Y)에 실보무라지를 감고, 중앙을 주행하는 사조(Y)를 처리 장치(1) 내에서 강제적으로 절단했지만, 표 1에 나타내는 바와 같이, 그 후도 인접하는 2개의 사조(Y)는 유발 절단하는 일이 없이, 안정되게 스팀 연신을 할 수 있었다.

(실시예 2 내지 4)

상기 처리 장치(1)의 칸막이 판(3e)의 사조 길이 방향의 길이(P1)를, 표 1에 나타내는 바와 같이 변경한 이외는, 실시예 1과 마찬가지의 가압 스팀 처리 장치(1)를 이용하여, 사조(Y)의 가압 스팀 처리를 10시간 실행했다. 또한, 사조의 제조 개시로부터 10시간 경과 후에, 동 처리 장치(1)의 입구측을 주행하는 사조(Y) 중, 중앙을 주행하는 사조(Y)에 실보무라지를 감고, 중앙을 주행하는 사조(Y)를 처리 장치(1) 내에서 강제적으로 절단했다. 가압 스팀 처리 장치(1)로 연신을 실행하고 있는 사이에 가압 스팀 연신 이후의 사조의 보풀 상태를 관찰하여, 보풀의 발생 빈도를 평가한 결과와, 중앙을 주행하는 사조(Y)를 강제적으로 절단한 후의 인접하는 2개의 사조(Y)의 유발 절단의 발생 상황을 표 1에 나타낸다. 실시예 1과 마찬가지로, 보풀의 발생이나 유발 절단하는 일이 없이, 안정되게 스팀 연신을 할 수 있었다.

(실시예 5)

도 6에 예시하는 바와 같이, 상부 및 하부 래비린스 플레이트(3d)의 내면에 높이(H1 및 H2)의 칸막이 판(3e)을 장착한 이외는 상기 처리 장치(1)와 동일한 처리 장치를 이용하여 사조(Y)의 가압 스팀 처리를 10시간 실행했다. 또한, 사조의 제조 개시로부터 10시간 경과 후에, 처리 장치의 입구측 주행하는 사조(Y) 중, 중앙을 주행하는 사조(Y)에 실보무라지를 감고, 중앙을 주행하는 사조(Y)를 처리 장치(1) 내에서 강제적으로 절단했다. 가압 스팀 처리 장치(1)로 연신을 실행하고 있는 동안에 가압 스팀 연신 이후에서의 보풀 상태를 관찰하여, 보풀의 발생 빈도를 평가한 결과와, 중앙을 주행하는 사조(Y)를 강제적으로 절단한 후의 인접하는 2개의 사조(Y)의 유발 절단의 발생 상황에 대해 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 보풀의 발생도 유발 절단의 발생도 없어서, 안정되게 스팀 연신을 할 수 있었다.

(실시예 6)

도 7에 예시하는 바와 같이, 상부 및 하부 래비린스 플레이트(3d)의 내면에 장착한 높이(H1 및 H2)가 다른 상부 및 하부 칸막이 판(3e)이, 동일한 서로 이웃하는 사조 사이에 서로 간섭하지 않는 위치에 있으며, 상부 및 하부 래비린스 플레이트의 내면에 서로 상이하게 배치된 칸막이 판의 높이의 합계(H1＋H2)가, 상부 래비린스 플레이트(3d)의 내면으로부터 하부 래비린스 플레이트(3d)의 내면까지의 높이 이상인 것 이외는 실시예 1의 처리 장치(1)와 동일한 처리 장치를 이용하여 사조(Y)의 가압 스팀 처리를 10시간 실행했다.

또한, 사조의 제조 개시로부터 10시간 경과 후에, 처리 장치(1)의 입구측을 주행하는 사조(Y) 중, 중앙을 주행하는 사조(Y)에 실보무라지를 감고, 중앙을 주행하는 사조(Y)를 처리 장치(1) 내에서 강제적으로 절단했다. 가압 스팀 처리 장치로 연신을 실행하고 있는 동안에 가압 스팀 연신 이후에서의 보풀 상태를 관찰하여, 보풀의 발생 빈도를 평가한 결과와, 중앙을 주행하는 사조(Y)를 강제적으로 절단한 후의 인접하는 2개의 사조(Y)의 유발 절단의 발생 상황에 대해 표 1에 나타낸다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 보풀의 발생도 유발 절단의 발생도 없어서, 안정되게 스팀 연신을 할 수 있었다.

(비교예 1)

도 8에 예시하는 바와 같이, 상기 처리 장치(1)의 칸막이 판(3e)을 분리한 것 이외는, 실시예 1과 동일한 가압 스팀 처리 장치(1)를 이용하여, 사조(Y)의 가압 스팀에 의한 연신 처리 개시 10시간 방사를 실행했다. 사조의 제조 중, 모든 사조에 있어서 흔들거림이 없으며, 보풀의 발생도 없어서 안정되게 스팀 연신할 수 있었다. 사조의 제조 개시로부터 10시간 경과 후에, 처리 장치(1)의 입구측을 주행하는 사조(Y) 중, 중앙을 주행하는 사조(Y)에 실보무라지를 감고, 중앙을 주행하는 사조(Y)를 처리 장치(1) 내에서 강제적으로 절단한 바, 직후에 인접하는 2개의 사조(Y)는 유발 절단에 의해 절단되었다. 유발 절단 발생 개소를 확인한 바, 표 1에 나타내는 바와 같이, 보풀이 일어나지는 않았지만, 가압 스팀 처리부 전방측의 래비린스 시일부(3) 내에서 인접하는 사조끼리 엉켜, 유발 절단이 생겼다.

(비교예 2)

도 9에 예시하는 바와 같이, 상기 처리 장치(1)의 칸막이 판(3e) 대신에 직경 6㎜의 핀 가이드(3f)를 사용한 것 이외는, 실시예 1의 상기 처리 장치(1)와 동일한 가압 스팀 처리 장치를 이용하여, 사조(Y)의 가압 스팀 처리를 10시간 실행했다. 사조의 제조 중, 모든 사조에 있어서 흔들거림이 없었지만, 가압 스팀 처리 후의 사조에 보풀의 발생이 보였다. 사조의 제조 개시로부터 10시간 경과 후에, 처리 장치(1)의 입구측을 주행하는 사조(Y) 중, 중앙을 주행하는 사조(Y)에 실보무라지를 감고, 중앙을 주행하는 사조(Y)를 처리 장치(1) 내에서 강제적으로 절단한 바, 직후에 인접하는 2개의 사조(Y)는 유발 절단에 의해 절단되었다. 유발 절단 발생 개소를 확인한 바, 가압 스팀 처리부 전방측의 래비린스 시일부(3) 내에서 인접하는 사조끼리 엉켜 있었다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 사조의 가압 스팀 처리 장치에 의하면, 사조 주행로를 사조 병렬 방향으로 분할하여, 인접하는 사조 사이의 간섭을 방지하는 동시에 가압 스팀을 각 사조에 균등하게 작용시킬 수 있기 때문에, 사조의 주행성이 향상하고, 게다가 스팀의 누출량이 최소한으로 억제되어, 각 사조에 대하여 안정된 가압 스팀 처리를 실행할 수 있으며, 손상이나 보풀이 없는 고품질의 사조를 얻을 수 있다.

1 : 가압 스팀 처리 장치 2 : 가압 스팀 처리부
2a : 가압실 2b : 다공판
2c : 스팀 도입구 3 : 래비린스 시일부
3a : 래비린스 노즐 3b : 개구
3c, 3c' : 팽창실 3d : 래비린스 플레이트
3e : 칸막이 판 3f : 핀 가이드
4 : 사조 입구 5, 5' : 사조 주행로
6 : 사조 출구 Y : 사조
H1, H2 : (상부 및 하부 칸막이 판의) 높이

Claims (14)

1. 가압 스팀 처리부와 래비린스 시일부를 구비하고, 병주하는 복수의 사조를 일괄하여 가압 스팀 분위기하에서 처리하는 사조의 가압 스팀 처리 장치에 있어서,
   상기 래비린스 시일부는 가압 스팀 처리부의 사조 입구와 출구에 각각 연속설치되며, 상기 래비린스 시일부에 있어서, 사조에 평행으로 또한 사조 병렬 방향의 서로 이웃하는 사조 사이를 따라서 칸막이 판을 갖고, 상기 칸막이 판에 의해 상기 래비린스 시일부에 있어서의 사조 주행로가 각 사조마다 구획되어 이루어지는
   가압 스팀 처리 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 래비린스 시일부에 있어서, 래비린스 노즐과 서로 이웃하는 래비린스 노즐의 사이마다 사조에 평행으로 또한 사조 병렬 방향의 서로 이웃하는 사조 사이를 따라서 복수의 칸막이 판을 연속설치한
   가압 스팀 처리 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 칸막이 판을 임의의 래비린스 노즐과 서로 이웃하는 래비린스 노즐 사이에 갖는
   가압 스팀 처리 장치.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 칸막이 판의 사조에 평행한 길이가 임의의 래비린스 노즐의 면과, 서로 이웃하는 래비린스 노즐의 대향하는 면의 거리의 55~95%인
   가압 스팀 처리 장치.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 칸막이 판을 상부 또는 하부 래비린스 플레이트의 내면에 갖는
   가압 스팀 처리 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 칸막이 판의 높이가 상부 또는 하부 래비린스 노즐의 높이와 상하 래비린스 노즐 사이의 개구 거리와의 합계 이상인
   가압 스팀 처리 장치.
8. 삭제
9. 제 6 항에 있어서,
   상부 및 하부 래비린스 플레이트의 내면에 갖는 칸막이 판이 대향하는 위치에 있어서, 상부 및 하부 래비린스 플레이트에 갖는 칸막이 판의 한쪽 높이가 상부 또는 하부 래비린스 노즐 높이와 상하 래비린스 노즐 사이의 개구 거리와의 합계 이상인
   가압 스팀 처리 장치.
10. 제 6 항에 있어서,
    상부 및 하부 래비린스 플레이트의 내면에 갖는 칸막이 판이 동일한 사조 사이에 서로 간섭하지 않는 위치에 있으며, 상부 및 하부 래비린스 플레이트의 내면에 갖는 칸막이 판의 높이의 합계가 상부 래비린스 플레이트의 내면으로부터 하부 래비린스 플레이트의 내면까지의 거리 이상인
    가압 스팀 처리 장치.
11. 제 3 항에 있어서,
    상기 칸막이 판을 래비린스 노즐에 갖는
    가압 스팀 처리 장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 칸막이 판을 가압 스팀 처리부의 앞에 구비하는 래비린스 시일부에만 갖는
    가압 스팀 처리 장치.
13. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 7 항 및 제 9 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 래비린스 시일부 중 사조 입구측의 후방부 래비린스 시일부만 사조 주행로를 분할하는 것을 특징으로 하는
    가압 스팀 처리 장치.
14. 제 1 항에 기재된 가압 스팀 처리 장치로 복수의 사조를 일괄하여 연신 처리하는
    탄소 섬유 전구체 사조의 제조 방법.

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