KR20220146497A - 내염화 섬유다발, 및 탄소 섬유다발의 제조 방법 그리고 내염화로 - Google Patents

Abstract

고품질의 내염화 섬유다발 그리고 탄소 섬유다발을 효율적으로 생산하는 것을 과제로 한다. 가지런히 맞춘 아크릴계 섬유다발을, 열풍 가열식의 내염화로의 로체 외의 양단에 설치된 가이드 롤러로 반환하면서, 산화성 분위기 중에서 열처리하는 내염화 섬유다발의 제조 방법으로서, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향의 일단에 배치된, 열처리실 내에 열풍을 공급하기 위한 공급 노즐의, 상방 및／또는 하방의 섬유다발 통과 유로에서, 상기 아크릴계 섬유다발의 상방 및／또는 하방에 마련한 공급면으로부터 열풍을 공급하고, 상기 섬유다발 통과 유로에서의, 상기 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 Vf와, 열처리실에서의, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 V는, 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 내염화 섬유다발의 제조 방법. (1) 1.5m／s ≤ Vf ≤ 15m／s (2) 1.5m／s ≤ V ≤ 10m／s

Description

내염화 섬유다발, 및 탄소 섬유다발의 제조 방법 그리고 내염화로

본 발명은, 내염화 섬유다발, 및 탄소 섬유다발의 제조 방법에 관한 것이다. 더 자세한 것은, 고품질의 내염화 섬유다발을 효율적으로 생산할 수 있는 내염화 섬유다발, 및 탄소 섬유다발의 제조 방법 그리고 내염화로(耐炎化爐)에 관한 것이다.

탄소 섬유는 비강도, 비탄성률, 내열성, 및 내약품성이 우수하므로, 각종 소재의 강화재로서 유용하며, 항공 우주 용도, 레저 용도, 일반 산업 용도 등의 폭넓은 분야에서 사용되고 있다.

일반적으로, 아크릴계 섬유다발로부터 탄소 섬유다발을 제조하는 방법으로서는, 아크릴계 중합체의 단섬유(單纖維)를 수천 내지 수만 개 가지런히 맞춘 아크릴계 섬유다발을 내염화로에 송입(送入)하고, 로체(爐體) 내에 설치된 가열된 기체의 공급 노즐(이후 단순히 공급 노즐이라고 기재함)로부터 공급되는 200 ∼ 300℃로 가열된 공기 등의 산화성 기체의 열풍(熱風)에 노출됨으로써 가열 처리(내염화 처리)한 후, 얻어진 내염화 섬유다발을 탄소화로에 송입하고, 300 ∼ 1,000℃의 불활성 가스 분위기 중에서 가열 처리(전(前)탄소화 처리)한 후에, 또한 1,000℃ 이상의 불활성 가스 분위기로 채워진 탄소화로에서 가열 처리(탄소화 처리)하는 방법이 알려져 있다. 또한, 중간 재료인 내염화 섬유다발은, 그 연소하기 어려운 성질을 살려, 난연성(難燃性) 직포를 위한 소재로서도 넓게 이용되고 있다.

탄소 섬유다발 제조 공정 중에서 처리 시간이 가장 길고, 소비되는 에너지량이 가장 많아지는 것은 내염화 공정이다. 이 때문에, 내염화 공정에서의 생산성 향상이 탄소 섬유다발의 제조에 있어서 가장 중요해진다.

내염화 공정에서는, 장시간의 열처리를 가능하게 하기 때문에, 내염화를 행하기 위한 장치(이하, 내염화로라고 함)는, 내염화로의 로체의 외부에 배설(配設)한 반환(折返) 롤러로 전회(轉回)시킴으로써, 아크릴계 섬유를 수평 방향으로 다수회 내염화로의 로체의 내부를 왕복시키는 구조를 갖는 것이 일반적이다. 이러한 내염화로의 로체 내에서, 이 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향으로 열풍을 공급하는 방식을 평행류 방식이라고 부르고, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 직교 방향으로 열풍을 공급하는 방식을 직교류 방식이라고 일반적으로 부른다. 평행류 방식에는, 공급 노즐을 평행류로(平行流爐)의 단부(端部)에 설치하고, 그 반대 측의 단부에 로체 내 기체의 배출 노즐(이후 단순히 배출 노즐이라고 기재함)을 설치하는 엔드 투 엔드(End To End, 이하, ETE) 열풍 방식과, 공급 노즐을 평행류로의 중심부에 설치하고, 그 양단부에 배출 노즐을 설치하는 센터 투 엔드(Center To End, 이하, CTE) 열풍 방식이 있다. 또, 일반적으로는, ETE 열풍 방식이, CTE 열풍 방식보다 설비비가 저렴해진다.

내염화 공정에서 생산성을 향상시키는 방법 중, 동시에 다수의 아크릴계 섬유다발을 반송함으로써 내염화로의 로체 내의 아크릴계 섬유다발의 밀도를 올리는 것이 유효하다. 또한, 아크릴계 섬유다발의 주행 속도를 증가시키는 것이 유효하다. 그러나, 로체 내에 공급되는 아크릴계 섬유다발의 단위 체적당의 질량이 증가함으로써, 아크릴계 섬유다발의 가열／제열(除熱)에 필요한 단위 체적당의 열량도 증가하기 때문에, 온도 제어가 어려워져, 내염화 섬유의 품질의 저하 등을 초래한다.

또한, 아크릴계 섬유다발의 주행 속도를 올릴 경우에 대해서는, 같은 열처리량을 얻기 위해, 내염화로의 사이즈를 크게 할 필요가 있다. 특히 높이 방향의 사이즈를 크게 할 경우에는, 건물 계층을 복수로 분할하거나, 바닥면의 단위 면적당의 내하중을 올릴 필요가 생기기 때문에, 설비비 증대로 이어진다. 그래서, 설비비 증대를 억제하여 내염화로의 사이즈를 크게 하기 위해서는, 수평 방향 1패스당의 거리(이하, 내염화로 길이라고 함)를 크게 함으로써 높이 방향의 사이즈를 작게 하는 것이 유효하다. 단, 내염화로 길이를 길게 하면, 열처리 길이가 그만큼 길어지므로, 아크릴계 섬유다발의 온도 제어가 어려워진다. 이것은 특히, ETE 열풍 방식의 경우보다 현저해진다.

따라서, ETE 열풍 방식의 내염화 공정에서 생산성을 향상시킬 경우, 내염화로의 로체 내를 주행하는 아크릴계 섬유다발의 가열 성능이나 제열 성능의 효율을 향상시킬 필요가 있다는 과제가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해, 특허문헌 1에서는, 배출 노즐의 배출면을 열처리실과 이간(離間)하여 마련하여, 열처리실 내의 열풍을 흡인함으로써, 배출 노즐간의 간극(間隙)에 흐름을 형성함으로써, 아크릴계 섬유다발을 가열이나 제열이 용이하게 하는 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에서는, CTE 열풍 방식에 있어서, 로체 내의 중앙에 배치된 공급 노즐간에 끼워진 공간에 열풍을 공급함으로써, 공급 노즐간의 공간과 로체 내 공간의 온도를 동등하게 하는 열처리 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에서는, 내염화로의 시일(seal)성을 향상시키는 수단이기는 하지만, 내염화로의 로체 외의 아크릴계 섬유다발이 로체 내로 들어가는 유로(流路) 간극에서, 아크릴계 섬유다발을 가열하기 위해, 열풍을 취출(吹出)하는 공급면을 갖는 가열 수단을 마련하는 방법이 기재되어 있다.

일본 특허 제5856081호 공보 일본 특허 제5856082호 공보 일본 특허 제4796467호 공보

그러나, 본 발명자들의 지견(知見)에 의하면, 특허문헌 1에서의 배출 노즐간의 간극에서 형성되는 흐름의 제어만으로는, 내염화로의 로체 내의 기류 형태를 바꿀 수는 없어, 아크릴계 섬유다발의 가열이나 제열 효과를 충분히 얻을 수 없는 경우가 있다. 이것은, 내염화로의 아크릴계 섬유다발 근방에서의 기류 형태(열풍의 속도, 풍향)가 아크릴계 섬유다발에의 열전달에 지배적이므로, 상술한 배기 노즐에서의 기류 제어만으로는, 배기 노즐간의 효과 발현에 머물러, 충분한 효과가 얻어지지 않을 경우가 있는 것에 의한다고 생각된다.

또한, 특허문헌 2에서는, 공급 노즐간에 열풍을 공급함으로써, 열풍이 아크릴계 섬유다발을 횡단할 때에 기류 혼란이 생기기 때문에, 저풍속에서도 아크릴계 섬유다발의 실(絲) 흔들림이 커지고, 그 결과, 인접하는 아크릴계 섬유다발간의 접촉, 아크릴계 섬유다발의 혼섬(混纖)이나 실 끊김 등이 발생할 경우가 있다. 또한, 특허문헌 2는 공급 노즐간과 로체 내 공간의 기류의 온도의 균일화에 머물러 있어, 로체 내의 아크릴계 섬유다발의 온도를 제어하는 것은 개시되어 있지 않다. 그것은, 로체 내의 아크릴계 섬유다발의 온도 제어에 필요해지는 파라미터로서, 열풍의 온도와 속도가 있는데, 전자(前者)의 온도에 관한 기재는 있지만, 열풍의 속도에 관해서는 상세한 기재가 없어, 아크릴계 섬유다발의 온도 제어를 할 수 없는 경우가 있다. 또한, 평행류 방식의 CTE 열풍 방식에 한정되어 있으며, 설비비가 저렴해지는 ETE 열풍 방식에의 구체적인 내용은 기재되어 있지 않다.

또한, 특허문헌 3에서는, 열풍의 공급면을 내염화로의 로체 외에 마련하고 있으므로, 내염화로의 로체 내를 주행하는 아크릴계 섬유다발의 가열이나 제열성을 향상시키기에는 불충분한 경우가 있다. 또한, 특허문헌 3의 목적이 내염화로의 시일성 향상이므로, 열풍의 공급 방향이 로체 외로 되어 있고, 공급면으로부터 공급되는 열풍은 그대로 로체 외로 취출되기 때문에, 아크릴계 섬유다발이 통과하는 노즐간에 기류를 형성할 수 없는 경우가 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 내염화 섬유다발의 제조 방법은, 다음의 구성을 갖는다. 즉, 가지런히 맞춘 아크릴계 섬유다발을, 열풍 가열식의 내염화로의 로체 외의 양단(兩端)에 설치된 가이드 롤러로 반환하면서, 산화성 분위기 중에서 열처리하는 내염화 섬유다발의 제조 방법으로서, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향의 일단(一端)에 배치된, 열처리실 내에 열풍을 공급하기 위한 공급 노즐의, 상방 및／또는 하방의 섬유다발 통과 유로에서, 상기 아크릴계 섬유다발의 상방 및／또는 하방에 마련한 공급면으로부터 열풍을 공급하고, 상기 섬유다발 통과 유로에서의, 상기 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 Vf와, 열처리실에서의, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 V는, 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 내염화 섬유다발의 제조 방법이다.

(1) 1.5m／s ≤ Vf ≤ 15m／s

(2) 1.5m／s ≤ V ≤ 10m／s

또한, 상기 본 발명의 내염화 섬유다발의 제조 방법에 있어서는, 이하의 구성을 갖는 것이 바람직하다.

·섬유다발 통과 유로에서의, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 Vf와, 열처리실에서의, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 V는, 조건 (3) 및 (4)를 만족한다.

(3) 1.5m／s ≤ Vf ≤ 10m／s

(4) 1.5m／s ≤ V ≤ 6m／s

·공급면에서, 상기 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향인 풍속 Vn은, 조건 (5)를 만족한다.

(5) 0.1m／s ≤ Vn ≤ 5m／s

·공급면으로부터 공급되는 열풍의 온도는, 210℃ 이상 295℃ 이하이다.

·열처리 전의 아크릴계 섬유다발의 단섬유 섬도는, 0.05 ∼ 0.22tex이다.

또한, 본 발명의 탄소 섬유다발의 제조 방법은, 다음의 구성을 갖는다. 즉,

상기의 내염화 섬유다발의 제조 방법에 의해 얻어진 내염화 섬유다발을, 불활성 분위기 중 최고 온도 300 ∼ 1,000℃에서 전탄소화 처리하여 전탄소화 섬유다발을 얻은 후, 상기 전탄소화 섬유다발을 불활성 분위기 중 최고 온도 1,000 ∼ 2,000℃에서 탄소화 처리하는 탄소 섬유다발의 제조 방법이다.

여기에서, 본 발명의 「아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향」이란, 로체의 외측의 양단에 배치된 대향하는 1세트의 반환 롤러의 정점(頂点)간의 수평선을 기준으로 하여 ±0.7°의 범위 내의 방향이다.

여기에서, 본 발명의 「섬유다발 통과 유로」란, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향을 따라 형성되는 아크릴계 섬유다발 주위의 공간으로서, 상하 방향으로 인접하는 공급 노즐과 공급 노즐 사이의 공간, 또는 공급 노즐과 로체의 상면 사이의 공간, 혹은 공급 노즐과 로체의 저면(底面) 사이의 공간을 가리킨다.

또한, 본 발명의 내염화로는 다음의 구성을 갖는다. 즉,

아크릴계 섬유다발을 열처리하기 위한 내염화로로서,

(ⅰ) 가지런히 맞추어진 섬유다발이 출입할 수 있는 슬릿을 갖는 로체와,

(ⅱ) 상기 열처리실 내의 섬유다발의 주행 방향의 일단에, 서로 상하 방향으로 이간하여 배치되고, 로체 내에 열풍을 공급하는 복수의 공급 노즐과,

(ⅲ) 상기 로체 내의 섬유다발의 주행 방향의 다른 일단에, 서로 상하 방향으로 이간하여 배치되고, 상기 공급 노즐로부터 공급된 열풍을 열처리실로부터 배출하는 복수의 배출 노즐과,

(ⅳ) 상기 공급 노즐과 상기 배출 노즐을 통해서 열풍을 순환시키는 적어도 하나의 송풍 장치와,

(ⅴ) 순환 열풍의 유로 상에 배치된 적어도 하나의 가열 장치와,

(ⅵ) 로체 외의 양단에 배치되고, 인접하는 상기 공급 노즐간, 인접하는 상기 배출 노즐간을 지나, 섬유다발을 열처리실 내에서 복수회 반환하여 주행시키는 가이드 롤러를 갖는 내염화로로서,

(ⅶ) 상기 공급 노즐은 상면 및／또는 하면에, 공급 노즐의, 상방 및／또는 하방에 있는 섬유다발 통과 유로에 제1 열풍을 공급하기 위한 공급면과 상기 공급 노즐의 열처리실 내측의 측면에 제2 열풍을 공급하기 위한 보조 공급면을 갖고 있고,

(ⅷ) 상기 공급 노즐로부터 공급되는 제1 열풍의 풍속과 제2 열풍의 풍속을 조정하기 위한 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내염화로이다.

본 발명의 내염화 섬유다발의 제조 방법에 의하면, 내염화로의 로체 내를 통과하는 아크릴계 섬유다발의 가열 성능, 제열 성능을 향상시킴으로써, 고품위의 내염화 섬유다발 및 탄소 섬유다발을 효율적으로 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 이용되는 내염화로의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 이용되는 공급 노즐 주변으로부터 배출 노즐 주변의 부분 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 이용되는 공급 노즐 주변으로부터 배출 노즐 주변의 기류 형태를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 이용되는 공급 노즐 주변으로부터 배출 노즐 주변의 부분 확대 단면도이다.
도 5는 종래의 공급 노즐 주변으로부터 배출 노즐 주변의 기류 형태를 나타낸 모식도이다.

이하, 도 1 ∼ 도 4를 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시형태에 이용되는 내염화로의 개략 단면도이며, 도 2는, 그 중의 공급 노즐 주변으로부터 배출 노즐 주변의 부분 확대 단면도이다. 또한, 도 4는, 본 발명의 다른 실시형태에 이용되는 내염화로의 공급 노즐 주변으로부터 배출 노즐 주변의 부분 확대 단면도이다. 또한, 도 3은, 본 발명의 실시형태에 이용되는 공급 노즐 주변으로부터 배출 노즐 주변의 기류 형태를 나타낸 모식도이다. 또, 이들 도면은, 본 발명의 요점을 정확하게 전달하기 위한 개념도이며, 도면을 간략화하고 있으며, 본 발명에 이용되는 내염화로는, 특별히 제한되는 것이 아니라, 그 치수 등은 실시형태에 맞추어 변경할 수 있다.

본 발명은, 아크릴계 섬유다발(2)을 산화성 분위기 중에서 열처리하는 내염화 섬유다발의 제조 방법으로서, 산화성 기체가 내부를 흐르는 내염화로에서 실시된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 내염화로(1)는, 로체(18) 외에 마련된 가이드 롤러(4)로 반환함으로써, 로체(18) 중의 다단(多段)의 주행역을 반복해서 주행하는 아크릴계 섬유다발(2)에, 열풍을 분사하여 내염화 처리하는 열처리실(3)을 갖는다. 아크릴계 섬유다발(2)은, 로체(18)의 측벽에 마련한 슬릿(17)으로부터 로체(18) 내에 송입되고, 열처리실(3) 내를 대략 직선적으로 주행한 후, 대면(對面)의 측벽의 슬릿(17)으로부터 로체(18) 외로 일단 송출된다. 그 후, 로체(18) 외의 양측에 마련된 가이드 롤러(4)에 의해 반환되고, 다시 로체(18) 내에 송입된다. 이와 같이, 아크릴계 섬유다발(2)은 복수의 가이드 롤러(4)에 의해 주행 방향이 복수회 반환됨으로써, 열처리실(3) 내에의 송입·송출을 복수회 반복하여, 열처리실(3) 내를 다단으로, 전체적으로 도 1의 위에서 아래를 향하여 이동한다. 또, 이동 방향은 아래에서 위여도 좋고, 열처리실(3) 내에서의 아크릴계 섬유다발(2)의 반환 횟수는 특별히 한정되지 않고, 내염화로(1)의 규모 등에 따라 적절히 설계된다. 또 도 1에서는, 가이드 롤러(4)는 로체(18) 외에 마련되어 있지만, 가이드 롤러(4)를, 로체(18)의 내부에 마련해도 된다.

아크릴계 섬유다발(2)은, 반환되면서 열처리실(3) 내를 주행하고 있는 동안에, 공급 노즐(5)로부터 배출 노즐(14)의 배출면(7)을 향하여 흐르는 열풍에 의해 가열됨으로써, 내염화 처리가 진행되고, 내염화 섬유다발이 된다. 이 내염화로(1)는, 상술한 바와 같이 평행류 방식의 ETE 열풍 방식의 내염화로가 된다. 또, 아크릴계 섬유다발(2)은, 지면(紙面)에 대하여 수직인 방향으로 복수개 병행하도록 가지런히 맞추어진 폭넓은 시트상의 형태를 갖고 있다.

열처리실(3) 내를 흐르는 산화성 기체는 공기 등이어도 되고, 열처리실(3) 내로 들어가기 전에 가열기(8)에 의해 원하는 온도로 가열되고, 송풍기(9)에 의해 풍량이 제어된 후에, 공급 노즐(5)의 공급면(6) 및／또는 보조 공급면(12)으로부터 열처리실(3) 내로 취입된다. 여기에서, 공급 노즐(5)의 공급면(6)은, 공급 노즐(5)의 상하의 면에 인접하는 공급 노즐(5)과 대향하여 마련된 공급면이며, 여기에서, 공급 노즐(5)의 보조 공급면(12)은, 공급 노즐(5)의 배출 노즐(14)에 대향하는 측의 측면에 마련된 공급면이다. 그리고, 배출 노즐(14)의 배출면(7)으로부터 열처리실(3) 외로 배출된 산화성 기체는 배기 가스 처리로(미도시)에서 불필요 물질을 처리한 후에 대기 방출되지만, 반드시 모든 산화성 기체가 처리될 필요는 없고, 일부의 산화성 기체가 미처리된 채 순환 경로를 지나 다시 공급 노즐(5)로부터 열처리실(3) 내로 취입되어도 된다. 또, 이후, 공급 노즐(5)의 공급면(6)을 단순히 공급면(6)으로, 공급 노즐(5)의 보조 공급면(12)을 단순히 보조 공급면(12)으로, 배출 노즐(14)의 배출면(7)을 단순히 배출면(7)으로 각각 약기(略記)한다.

내염화로(1)에 이용되는 가열기(8)로서는, 원하는 가열 기능을 갖고 있으면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 전기 히터 등의 기지(旣知)인 가열기를 이용하면 된다. 송풍기(9)에 관해서도, 원하는 송풍 기능을 갖고 있으면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 축류(軸流) 팬 등의 기지인 송풍기를 이용하면 된다.

또한, 가이드 롤러(4)는, 각각의 회전 속도를 변경함으로써, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 속도, 장력(張力)을 제어할 수 있고, 이것은 필요로 하는 내염화 섬유다발의 물성이나 단위 시간당의 처리량에 따라 결정할 수 있다.

또한, 가이드 롤러(4)의 표층에 소정의 간격, 수의 홈을 새기거나, 혹은 소정의 간격, 수의 빗살 가이드(comb guide)(미도시)를 가이드 롤러(4) 바로 가까이에 배치함으로써, 복수개 병행하여 주행하는 아크릴계 섬유다발(2)의 간격이나 다발 수를 제어할 수 있다.

종래, 생산성을 향상시키기 위해서는, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 속도를 크게 하거나, 또는, 내염화로(1)의 폭 방향의 단위 거리당의 아크릴계 섬유다발 수, 즉 실 조밀도(條密度)를 크게 하면 좋은 것이 알려져 있었다. 그러나, 생산성을 향상시키기 위한 이러한 조건을 적용하면, 단위 시간당, 로체(18) 내에의 열풍의 공급량에 대하여, 로체(18) 내로 반입되는 아크릴계 섬유다발(2)의 공급량이 증가하기 때문에, 아크릴계 섬유다발(2)을 가열이나 제열하기 위해 이용할 수 있는 열풍의 열량은, 상대적으로 감소한다. 그 결과, 아크릴계 섬유다발(2)의 온도 제어성이 저하되어, 품질의 악화가 일어나기 쉬워진다. 그래서, 다른 가열이나 제열 수단을 마련하거나, 또는, 열풍의 공급량을 증가시킴으로써, 아크릴계 섬유다발(2)의 가열이나 제열에 이용하는 열량을 증가시키는 것이 생각되지만, 설비비의 증가, 용역비의 증가 등의 대폭적인 비용 증가로 이어진다는 문제가 있었다.

이러한 문제에 대해, 아크릴계 섬유다발(2)과 열풍과의 열전달 효율을 향상시키는 것이 유효하며, 그 수단으로서는, 열풍의 풍속을 크게 하거나, 또는, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향과 열풍의 풍향이 이루는 각을 직교시키는 방법에 접근하는 것을 들 수 있다. 또한, 아크릴계 섬유다발(2)을 구성하는 섬유를 뿌려, 표면적을 늘림으로써 열전달 효율을 향상시키는 것도 수단으로서 들 수 있다. 그러나, 섬유를 뿌리면, 인접하여 주행하는 아크릴계 섬유다발(2)끼리 얽히기 쉬워진다. 또한, 상술한 바와 같이, 열풍의 풍속을 크게 하면, 용역비가 증가하여, 러닝 코스트(running cost)의 증대를 일으키고, 또한, 열풍의 풍향을 아크릴계 섬유다발(2)에 대하여 직교 방향으로 바꾸면, 아크릴계 섬유다발(2)의 흔들림이 증대해, 인접하여 주행하는 아크릴계 섬유다발(2)끼리 얽히기 쉬워진다. 또한, 설비비가 저렴한 ETE 열방식의 내염화로를 대형화하기 위해 내염화로 길이를 길게 할 경우에는, 1패스의 후반에서, 아크릴계 섬유다발(2)의 과잉의 발열이 생겨, 아크릴계 섬유다발(2)의 온도를 제어하는 것이 불가능해지는 등, 생산성을 향상시키기에는 다양한 디메리트가 수반되고 있었다.

본 발명의 내염화 섬유다발의 제조 방법은, 상기 과제에 관하여 예의(銳意) 검토를 거듭하여, 고품질의 내염화 섬유다발을 효율적으로 생산하는 것이다. 즉, 본 발명자들은, 설비비, 러닝 코스트의 증대를 억제하며, 또한, 아크릴계 섬유다발(2)끼리의 얽힘을 억제하면서, 아크릴계 섬유다발(2)과 열풍과의 열전달 효율을 향상시키는 것을 발견했다. 이후에, 본 발명의 가장 중요한 포인트인, 열처리실(3)을 주행하는 아크릴계 섬유다발(2)과 열풍과의 열전달 효율을 향상시킬 수 있는 원리에 대해서, 상세하게 설명한다.

우선, 종래 기술과 본 발명의 차이를 명확하게 하기 위해 도 5를 이용하여, 종래 기술에 의해 구성되는 로체(18) 내에서의 기류 형태에 대해서 설명한다. 또, 도 5의 기류의 화살표의 길이는, 풍속의 크기를 나타내고 있다.

도 5에서는, 로체(18) 내의 일단에 설치된 공급 노즐(5)의 제1 공급면(19)으로부터 공급된 열풍은, 공급 노즐(5) 사이의 섬유다발 통과 유로(10)를 통과하여, 섬유다발 통과 유로(10)와 열처리실(3)이 접하는 합류면(13)에 도달하면, 제2 공급면(20)으로부터 공급된 열풍과 합류하여, 서서히 양자(兩者)의 속도차를 완화하면서, 열처리실(3) 내를 흐른다. 종래의 기술에 있어서는, 제1 공급면(19)으로부터 공급된 열풍에 유래하는 섬유다발 통과 유로(10)에서의 섬유다발 방향의 기류의 속도는, 제2 공급면(20)으로부터 공급된 열풍에 유래하는 기류의 속도와 비교하여 저속이었다. 이 때문에, 합류면(13)을 지난 직후의 아크릴계 섬유다발(2)의 근방의 풍속은, 섬유다발 통과 유로(10)로부터 유입되는 기류의 풍속을 열처리실(3) 중에서도 유지되지만, 서서히 제2 공급면(20)으로부터 공급되는 열풍에 유래하는 기류가 합류함으로써 가속된다. 그리고, 합류한 기류는, 로체(18) 내의 다른 일단에 설치된 배출 노즐(14)에 도달하여, 그 대부분이 배출면(7)으로부터 배출되고, 일부가 배출 노즐(14) 사이를 지나, 로체(18) 외로 유출된다.

여기에서, 생산성을 향상시키기 위해, 아크릴계 섬유다발(2)의 실 조밀도를 큰 것으로 했을 경우(또는 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 속도를 빠른 조건을 적용했을 경우)의 아크릴계 섬유다발(2)의 온도에 대해서 설명하면, 로체(18) 외로 나온 아크릴계 섬유다발(2)은, 일단, 외기(外氣)에 의해 냉각된 후에 다시 섬유다발 통과 유로(10)로 들어가, 다시 가열되게 되지만, 아크릴계 섬유다발(2)의 실 조밀도를 큰 것으로 했을 경우, 열전달에 필요한 열량이 커져, 아크릴계 섬유다발(2)은, 가열／제열되기 어려워져, 열처리실(3) 내에서 충분히 승온할 수 없다. 특히, 섬유다발 통과 유로(10)의 풍속 Vf가 작으면, 승온 부족의 아크릴계 섬유다발(2)이 그대로 열처리실(3)로 들어가기 때문에, 열처리실(3)의 온도가 저하되고, 점점, 아크릴계 섬유다발(2)의 온도를 승온하는 것이 어려워진다. 상술한 바와 같이, 아크릴계 섬유다발(2)의 근방에서의 기류의 유속이, 열전달에 가장 영향이 크기 때문에, 열처리실(3)의 공급 노즐(5) 측의 아크릴계 섬유다발(2)은, 섬유다발 통과 유로(10)를 통과하는 열풍의 유속 Vf의 영향을 크게 받게 된다.

이에 대해, 본 발명의 실시형태의 기류 형태에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 아크릴계 섬유다발(2)의 상방 및／또는 하방에 마련한 공급 노즐(5)의 공급면(6)으로부터 열풍을 공급하고, 섬유다발 통과 유로(10)에서의, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 Vf와, 열처리실(3)에서의, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 V가, 조건 (1) 및 (2)를 만족하도록 설정한다.

(1) 1.5m／s ≤ Vf ≤ 15m／s

(2) 1.5m／s ≤ V ≤ 10m／s

여기에서, 섬유다발 통과 유로(10)에서의, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 Vf란, 합류면(13)과 아크릴계 섬유다발(2)이 교차하는 라인 상에서, 로체(3)의 폭 방향의 중앙을 포함하는 폭 방향의 3점의 각 점에서의 측정치의 평균치이며, 열처리실(3)에서의, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 V란, 열처리실(3)에서의 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향의 중앙의 단면(斷面)과 아크릴계 섬유다발(2)이 교차하는 라인 상에서, 로체(3)의 폭 방향의 중앙을 포함하는 폭 방향의 3점의 각 점에서의 측정치의 평균치이다. 여기에서 로체(3)의 폭 방향의 중앙을 포함하는 폭 방향의 3점의 각 점에서의 측정치는, 열식 풍속계를 이용한 각각 1초마다의 측정치 30점의 평균치로 한다. 또, 상기에 있어서 합류면(13)과 아크릴계 섬유다발(2)이 교차하는 라인 상은, 합류면(13)과, 기폭 방향으로 병행하여 주행하는 복수의 아크릴계 섬유다발(2)이 포함되는 가상의 면이, 교차하는 라인 상을 나타내고, 열처리실(3)에서의 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향의 중앙의 단면과, 아크릴계 섬유다발(2)이 교차하는 라인은, 열처리실(3)에서의 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향의 중앙의 단면과, 기폭 방향으로 병행하여 주행하는 복수의 아크릴계 섬유다발(2)이 포함되는 가상의 면이, 교차하는 라인 상을 나타낸다. 따라서, 측정점은 기폭 방향으로 병행하여 주행하는 복수의 아크릴계 섬유다발(2)이 포함되는 가상의 면 내에 포함되는 것이지만, Vf 및 V는 각각 섬유다발 통과 유로(10) 및 열처리실(3)에서의 아크릴계 섬유다발(2) 근방의 풍속을 나타내는 지표이므로, 도 3에서(도 5에서도 마찬가지), Vf 및 V를 나타내는 화살표는 아크릴계 섬유다발(2)에 겹치는 것이 아니라 근방에 나타내고 있다.

이들 조건을 충족시킬 경우, 아크릴계 섬유다발(2)은, 섬유다발 통과 유로(10)에 접하는 공급면(6)으로부터, 속도가 큰 열풍이 아크릴계 섬유다발(2)에 충돌함으로써, 아크릴계 섬유다발(2)과 열풍과의 열전달이 크게 촉진된다. 그리고, 이 열풍은, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향과 평행하게 방향을 바꾸어, 섬유다발 통과 유로(10)의 아크릴계 섬유다발(2)의 근방을 흐름으로써, 열전달이 더 촉진되어 아크릴계 섬유다발(2)은, 급격하게 승온한다. 또한, 그 열풍은, 열처리실(3)에서도, 속도를 당분간 유지하면서, 아크릴계 섬유다발(2)의 근방을 흐르므로, 아크릴계 섬유다발(2)과 열풍과의 열전달이 촉진되어, 아크릴계 섬유다발(2)의 온도를 고정밀도로 제어할 수 있다. 그 때문에, 열처리실(3)을 통과하는 풍속 V를 작게 했을 경우에도, 아크릴계 섬유다발(2)의 온도를 제어할 수 있으므로, 내염화로(1)를 순환시키는 열풍의 풍량 자체를 저감하는 것이 가능해진다. 또한, 아크릴계 섬유다발(2)에 충돌하는 열풍을, 가이드 롤러(4)에 가까운 공급 노즐(5)의 부근에서만, 즉 아크릴계 섬유다발(2)의 현수량(懸垂量)이 비교적 작은 위치에서 국소적으로 공급함으로써, 아크릴계 섬유다발(2)의 흔들림을 대폭으로 증대시키는 일 없이, 열전달을 향상시킬 수 있다.

또한, 섬유다발 통과 유로(10)를 통과한 열풍은, 열처리실(3)에 도달하면, 상하 방향으로 퍼지면서 흐른다. 이때, 보조 공급면(12)으로부터도 열풍을 얼마간 공급함으로써, 열풍이 퍼지는 것에 의한 기류의 혼란을 억제할 수 있고, 나아가서는, 아크릴계 섬유다발(2)의 흔들림에 의한 혼섬을 억제할 수 있다.

여기에서, 공급면(6) 및 보조 공급면(12)으로부터 공급되는 열풍의 풍속을 조정하는 방법으로서는, 각 공급면에 통하는 순환 유로에 덤퍼 등의 조정 밸브의 설치나, 각 공급면에 서로 다른 개구율의 다공판(多孔板)이나 허니콤 등의 정류 부재 등의 배치와 같은 조정 수단을 적절히 구비하면 된다.

이와 같이, 본 발명의 내염화 방법에 있어서는, 종래 기술에서는 전혀 고려되고 있지 않았던, 섬유다발 통과 유로(10) 내에서, 속도가 큰 열풍을 아크릴계 섬유다발(2)과 직교 방향으로 공급하며, 또한, 섬유다발 통과 유로(10)에서의, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 Vf와, 열처리실에서의, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 V가, 상기 조건 (1) 및 (2)를 만족하는 것이 매우 중요해진다. 더 바람직하게는, 섬유다발 통과 유로(10)에서의, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 Vf와, 열처리실(3)에서의, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 V가, 조건 (3) 및 (4)를 만족함으로써 본 발명의 효과를 극대화할 수 있다.

(3) 1.5m／s ≤ Vf ≤ 10m／s

(4) 1.5m／s ≤ V ≤ 6m／s

조건 (1), (2)를 충족시키지 않는 경우로서, 풍속 Vf가 1.5m／s보다 작으면, 아크릴계 섬유다발(2)을 충분히 가열／제열할 수 없는 경우가 있다. 또한, 풍속 Vf가 15m／s보다 크면 아크릴계 섬유다발(2)이 열풍으로부터 받는 항력이 증대하여 실 흔들림이 증대하는 경우가 있다.

또한, 풍속 V가, 1.5m／s보다 작으면, 열처리실(3) 내에서 아크릴계 섬유다발(2)을 충분히 가열／제열할 수 없는 경우가 있다. 또한, 풍속 V가 10m／s보다 크면, 아크릴계 섬유다발(2)이 열풍으로부터 받는 항력이 증대하여 실 흔들림이 증대하는 경우가 있다. 또한, 풍속 V가 10m／s보다 크면, 내염화로의 열풍의 순환량이 과대해져, 용역비가 증대하는 경우가 있다.

더욱이는, 이 공급면(6)에서의 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향과 직교하는 방향인 풍속 Vn에 대해서, 보다 바람직하게는 조건 (5)를 충족시키는 것이 바람직하다. 이에 따라, 아크릴계 섬유다발(2)이 열풍으로부터 받는 항력에 의한 실 흔들림을 높은 레벨로 억제하면서, 아크릴계 섬유다발(2)의 제열·가열을 대폭으로 향상시킬 수 있다. 여기에서, 풍속 Vn이 0.1m／s보다 작을 경우에는, 아크릴계 섬유다발(2)의 열전달이 충분히 얻어지지 않아, 온도를 상승시킬 수 없는 경우가 있다. 풍속 Vn이 5m／s를 초과하면, 실 흔들림이 증대하는 경우가 있다. 또한, 바람직하게는, 풍속 Vn을 3.5m／s 이하로 함으로써, 본 발명의 효과를 극대화할 수 있다.

(5) 0.1m／s ≤ Vn ≤ 5m／s

여기에서, 공급면(6)에서의, 상기 아크릴계 섬유다발(2)과 직교하는 방향인 풍속 Vn이란, 공급면(6)에서, 섬유다발 주행 방향과 직교 방향에 관하여, 로체(3)의 폭 방향 중앙을 포함하는 폭 방향의 3점의 각 점에서의 측정치의 평균치이다. 또, 상기에 있어서 로체(3)의 폭 방향의 중앙을 포함하는 폭 방향의 3점의 각 점에서의 측정치는, 각각 1초마다의 측정치 30점의 평균치로 한다.

또한, 공급면(6)으로부터 공급되는 열풍의 온도에 대해서, 210℃ 이상 295℃ 이하로 함으로써, 열전달 성능의 향상 효과가 보다 현저해진다. 이 경우, 공급면(6)과 보조 공급면(12)으로부터 공급하는 열풍의 온도가 달라도 되지만, 아크릴계 섬유다발(2)의 온도 제어성이나 설비비의 관점에서는, 동일한 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시형태에 대해서, 도 4를 이용하여 설명한다. 공급 노즐(5)의 공급면(6)의 설치 위치는, 공급 노즐(5)의 양면에 한정되지 않고, 하면만(미도시)이어도 좋고, 상면만(미도시)에 설치되어 있어도 좋다. 공급면(6)을 상면에만 배치함으로써, 아크릴계 섬유다발(2)을 중력 방향으로 억제할 수 있기 때문에, 실 흔들림의 저감 효과를 기대할 수 있다. 또한, 공급면(6)을 양면에 배치함으로써, 섬유다발 통과 유로(10)를 통과하는 풍속 Vf를 일정하게 했을 경우에는, 공급하는 풍속을 반감할 수 있기 때문에, 아크릴계 섬유다발(2)의 주위의 기류의 혼란을 적게 할 수 있기 때문에, 실 흔들림을 보다 저감할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 공급 노즐(5)의 공급면(6)의 설치 위치는, 로체 외측 쪽(도 2)에 한정되지 않고, 로체 내측 쪽이어도 좋고, 복수개소로 나누어져 배치하고 있어도 좋고, 또한, 전면(全面)에 설치(도 4)되어 있어도 좋다.

또한, 공급 노즐(5)의 보조 공급면(12)을 마련하지 않고, 공급면(6)으로부터만 열풍을 공급해도 된다. 이 경우에는, 보조 공급면(12)이 없으므로, 섬유다발 통과 유로(10)로부터 열처리실(3)에서 유로가 급격하게 확폭(擴幅)하는 것에 의한 기류 혼란을 피하기 위해, 정류판(16)을 마련하여 열처리실(3)을 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 위치 주변만으로 분할하여, 극소화(도 4)해도 된다.

또한, 공급면(6)으로부터 공급되는 열풍의 주류 방향과 아크릴계 섬유다발의 주행 방향이 이루는 각을 변경함으로써, 다양한 효과를 발현하는 것이 가능해진다. 예를 들면, 직교 이외로 함으로써, 아크릴계 섬유다발과 공급 노즐(5)과의 충돌에 의한 열풍의 혼란을 억제할 수 있다. 또한, 열풍의 주류 방향을 열처리실(3) 방향으로 경사시킴으로써, 열풍의 일부가 열처리실(3) 내를 향하기 쉬워져, 내염화로(1) 외로의 누출을 억제할 수 있다. 또한, 열풍의 주류 방향을 아크릴계 섬유다발의 주행 방향과 직교시킴으로써, 아크릴계 섬유다발(2)의 열전달 효율을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 아크릴계 섬유다발(2), 내염화로에 요구되는 성능에 따라, 열풍의 주류 방향을 결정하면 된다.

또한, 배출면(7)으로부터 흡인되는 열풍의 풍량은, 공급 노즐(5)의 공급면(6)과 보조 공급면(12)으로부터 공급되는 열풍의 풍량의 총합보다, 많게 하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 공급면(6)으로부터 공급된 열풍은, 열처리실(3)로 유입되기 쉬워져, 열처리실(3)로부터의 열풍 누출을 억제하여, 시일성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 아크릴계 섬유다발(2)에 대해서, 내염화로의 기폭 1m당의 처리량을, 0.14 ∼ 11㎏／분으로 하는 것이 바람직하다. 이 처리량을 많게 하면 할수록, 열전달의 향상 효과가 보다 현저해진다.

또한, 본 발명의 내염화 섬유다발의 제조 방법에 있어서, 아크릴계 섬유다발(2)의 단섬유 섬도는, 0.05 ∼ 0.22tex인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05 ∼ 0.17tex이다. 이 바람직한 범위로 함으로써, 인접하는 아크릴계 섬유다발(2)이 접촉했을 때에 단섬유가 얽히기 어려워, 아크릴계 섬유다발간의 혼섬을 유효하게 방지하는 한편, 내염화로의 로체 내에서 단섬유 내층에까지 열을 충분히 퍼지게 할 수 있어, 아크릴계 섬유다발(2)의 보풀이 일어나기 어려워, 큰 혼섬을 유효하게 방지할 수 있으므로, 내염화 섬유다발의 품위나 조업성(操業性)은 보다 우위(優位)가 된다. 이와 같이, 단섬유 섬도가 커질수록, 열전달 효율이 높은 본 발명의 효과가 발현하여, 단섬유 내층에까지 열을 충분히 퍼지게 하는 것이 가능해진다.

상술한 방법으로 제조한 내염화 섬유다발은, 불활성 분위기 중 최고 온도 300 ∼ 1,000℃에서 전탄소화 처리하여 전탄소화 섬유다발을 제조하고, 불활성 분위기 중 최고 온도 1,000 ∼ 2,000℃에서 탄소화 처리하여 탄소 섬유다발이 제조되는 것이 바람직하다.

전탄소화 처리에 있어서의 불활성 분위기의 최고 온도는 550 ∼ 800℃가 보다 바람직하다. 전탄소화로 내를 채우는 불활성 분위기로서는, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 기지인 불활성 분위기를 채용할 수 있지만, 경제성의 면에서 질소가 바람직하다.

전탄소화 처리에 의해 얻어진 전탄소화 섬유는, 이어서 탄소화로에 송입되어 탄소화 처리된다. 탄소 섬유의 기계적 특성을 향상시키기 위해서는, 불활성 분위기 중 최고 온도 1,200 ∼ 2,000℃에서 탄소화 처리하는 것이 보다 바람직하다.

탄소화로 내를 채우는 불활성 분위기에 대해서는, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 기지인 불활성 분위기를 채용할 수 있지만, 경제성의 면에서 질소가 바람직하다.

이와 같이 하여 얻어진 탄소 섬유다발은, 취급성이나, 매트릭스 수지와의 친화성을 향상시키기 위해, 사이징제(sizing agent)를 부여해도 된다. 사이징제의 종류로서는, 원하는 특성을 얻을 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 에폭시 수지, 폴리에테르 수지, 에폭시 변성 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지를 주성분으로 한 사이징제를 들 수 있다. 사이징제의 부여는 기지인 방법을 이용할 수 있다.

또한 탄소 섬유다발에는, 필요에 따라, 섬유 강화 복합 재료 매트릭스 수지와의 친화성 및 접착성의 향상을 목적으로 한 전해 산화 처리나 산화 처리를 행해도 된다.

본 발명의 내염화 섬유다발의 제조 방법에 있어서 피열처리 섬유다발로서 사용하는 아크릴계 섬유다발은, 아크릴로니트릴 100몰％의 아크릴 섬유, 또는 아크릴로니트릴을 90몰％ 이상 함유하는 아크릴 공중합 섬유로 이루어지는 것이 바람직하다. 아크릴 공중합 섬유에 있어서의 공중합 성분으로서는, 아크릴산, 메타크릴산, 이타콘산, 및 이들 알칼리 금속염, 암모늄 금속염, 아크릴아미드, 아크릴산메틸 등이 바람직하지만, 아크릴계 섬유다발의 화학적 성상(性狀), 물리적 성상, 치수 등은 특별히 제한되는 것이 아니다.

실시예

이하에, 실시예에 의해 도면을 참조하면서 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 의해 한정되지 않는다. 또, 각 실시예, 비교예에서의 풍속 및 실 흔들림 측정량은 하기에 기재된 방법으로 행했다.

(1) 아크릴계 섬유다발의 단섬유 섬도의 측정 방법

내염화로에 송입 전의 아크릴계 섬유다발을 채취하고, JIS L 1013(2010-06-21 개정판)에 준거하여 행했다.

(2) 풍속의 측정 방법

열식 풍속계로서 KANOMAX JAPAN INC. 제조 ANEMOMASTER 고온용 풍속계 Model6162를 이용하여, 1초마다의 순시(瞬時) 풍속의 측정치 30점의 평균치를 이용했다. 로체(18)의 측면의 측정 구멍(미도시)으로부터 측정 프로브를 삽입하고, 합류면(13)과 아크릴계 섬유다발(2)이 교차하는 라인 상에서, 폭 방향 중앙을 포함하는 폭 방향으로 3점의 측정치의 평균치를 Vf, 열처리실(3)의 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향 중앙 단면과, 아크릴계 섬유다발(2)이 교차하는 라인 상에서, 폭 방향 중앙을 포함하는 폭 방향으로 3점의 측정치의 평균치를 V, 공급면(6)에서, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향과 직교 방향에 관하여, 폭 방향 중앙을 포함하는 폭 방향으로 3점의 측정치의 평균치를 Vn으로 하여 측정했다.

(3) 아크릴계 섬유다발의 온도의 측정 방법

주행하는 아크릴계 섬유다발(2)에 K 열전대를 묶어, 열처리실(3) 내에서의 아크릴계 섬유다발(2)의 온도를 1초마다 측정하여, 실 온도(絲溫) 균일률 I(％)를 산출했다.

I(n) ＝ (열전대의 온도가 T℃ 이상이 되고 나서 T - 5℃ 이하가 되는 시간／열처리실의 통과 시간) × 100(％)

여기에서, T는 공급 노즐(5)로부터 공급되는 열풍의 온도 T이며, I는 I(n)를 5회 측정을 실시한 값에 관한 산술 평균치이다.

(4) 조업성, 품질

판정 기준은 각각 다음과 같이 했다.

(조업성)

10일간의 연속 조업 시에 있어서의 1일당의, 혼섬이나 섬유다발 끊김 등의 트러블의 빈도에 의해 판정했다.

우수: 평균 제로회(매우 양호한 레벨)

양호: 평균 1 ∼ 9회 정도(충분히 연속 운전을 계속할 수 있는 레벨)

가능: 평균 10 ∼ 19회 정도(겨우 연속 운전을 계속할 수 있는 레벨)

불가능: 평균 20회 이상(연속 운전을 계속할 수 없는 레벨).

(품질)

내염화 공정을 나온 후의 내염화 섬유다발을 10m 육안으로 관찰하고, 1m당 확인할 수 있는 내염화 섬유다발 상의 10㎜ 이상의 보풀의 수에 의해 판정했다.

우수: 평균 1개 이하(보풀 품위가 공정에서의 통과성이나 제품으로서의 고차 가공성에 전혀 영향을 주지 않는 레벨)

양호: 평균 1개 초과 평균 10개 미만(보풀 품위가 공정에서의 통과성이나 제품으로서의 고차 가공성에 거의 영향을 주지 않는 레벨)

가능: 평균 10개 이상 평균 20개 미만(보풀 품위가 공정에서의 통과성이나 제품으로서의 고차 가공성에 종종 영향을 주는 레벨)

불가능: 평균 20개 이상(보풀 품위가 공정에서의 통과성이나 제품으로서의 고차 가공성에 악영향을 주는 레벨).

[실시예 1]

도 1의 본 발명의 열처리로(熱處理爐)를, 탄소 섬유 제조용의 내염화로로서 사용한다. 로체(18) 내의 일단에 열풍의 공급원이 되는 공급 노즐(5)이 로체(18) 내를 주행하는 아크릴계 섬유다발(2)을 사이에 두고 상하로 복수 설치되어 있다. 도 2와 같이, 공급 노즐(5)의 상하의 양면에 공급면(6)을, 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 방향에, 보조 공급면(12)을 마련했다. 또한, 공급면(6) 및 보조 공급면(12)에는 폭 방향의 풍속이 균일해지도록, 개구율 30％의 다공판을 마련하고, 각 공급면에 통하는 순환 유로에는 각 공급면으로부터 공급되는 열풍의 풍속을 조정하기 위한 덤퍼(미도시)를 마련했다.

로체 내를 주행하는 아크릴계 섬유다발(2)에 대해서는 단섬유 섬도 0.11dtex인 단섬유 20,000개로 이루어지는 아크릴계 섬유다발(2)을 100개 가지런히 맞추어, 내염화로(1)에서 열처리함으로써 내염화 섬유다발을 얻었다. 또한, 내염화로(1)의 로체(18) 외의 양단의 가이드 롤러(4)간의 수평 거리(롤 스판) L'는 15m로 하고, 가이드 롤러(4)는 홈 롤러로 하고, 피치 간격(홈 피치) Wp는 10㎜로 했다. 이때의 내염화로(1)의 열처리실(3) 내의 산화성 기체의 온도는 240 ∼ 280℃로 했다. 아크릴계 섬유다발(2)의 주행 속도는, 내염화 처리 시간을 충분히 가질 수 있도록, 내염화로 길이 L에 맞추어 1 ∼ 15m／분의 범위에서 조정하고, 공정 장력은 0.5 ∼ 2.5g／dtex의 범위에서 조정했다.

얻어진 내염화 섬유다발을, 그 후, 전탄소화로에서 최고 온도 700℃에서 소성한 후, 탄소화로에서 최고 온도 1,400℃에서 소성하고, 전해 표면 처리 후 사이징제를 도포하여, 탄소 섬유다발을 얻었다.

결과는 표 1에 기재된 바와 같이, 공급면(6)에서의 풍속 Vn은 8.5m／s, 섬유다발 통과 유로(10)에서의 풍속 Vf는 11.2m／s, 열처리실(3) 내의 평균 풍속 V는 7.0m／s일 때, 실 온도 균일률은 20％였다. 상기의 조건에서, 아크릴계 섬유다발(2)의 내염화 처리 중에는, 아크릴계 섬유다발간의 접촉에 의한 혼섬이나 섬유다발 끊김 등은 적고, 양호한 조업성으로 내염화 섬유다발을 취득했다. 또한, 얻어진 내염화 섬유다발을 육안으로 확인한 결과, 보풀 등이 적은 양호한 품질이었다.

[실시예 2]

공급면에서의 풍속 Vn은 6.0m／s, 섬유다발 통과 유로(10)에서의 풍속 Vf는 3.3m／s, 열처리실(3) 내의 평균 풍속 V는 3.0m／s로 하고, 그 이외는 실시예 1과 마찬가지로 했다. 이때, 실 온도 균일률은 17％였다. 상기의 조건에서, 아크릴계 섬유다발(2)의 내염화 처리 중에는, 아크릴계 섬유다발간의 접촉에 의한 혼섬이나 섬유다발 끊김 등은 일절 발생하지 않고, 매우 양호한 조업성으로 내염화 섬유다발을 취득했다. 또한, 얻어진 내염화 섬유다발을 육안으로 확인한 결과, 보풀 등이 적은 양호한 품질이었다.

[실시예 3]

공급면에서의 풍속 Vn은 3.3m／s로 하고, 그 이외는 실시예 2와 마찬가지로 했다. 이때, 실 온도 균일률은 16％였다. 상기의 조건에서, 아크릴계 섬유다발(2)의 내염화 처리 중에는, 아크릴계 섬유다발간의 접촉에 의한 혼섬이나 섬유다발 끊김 등은 일절 발생하지 않고, 매우 양호한 조업성으로 내염화 섬유다발을 취득했다. 또한, 얻어진 내염화 섬유다발을 육안으로 확인한 결과, 보풀 등이 없는 매우 양호한 품질이었다.

[비교예 1]

비교예 1로서, 섬유 통과 유로(10)에서의 풍속 Vf를 1.1m／s, 열처리실(3) 내의 평균 풍속 V는 6.0m／s로 하고, 그 이외는 실시예 2와 마찬가지로 했다. 이때, 실 온도 균일률은 8％가 되며, 상기의 조건에서, 아크릴계 섬유다발(2)의 내염화 처리 중에, 아크릴계 섬유다발간의 접촉에 의한 혼섬이나, 단섬유 끊김이 다발했다. 또한, 얻어진 내염화 섬유다발을 육안으로 확인한 결과, 보풀 등이 많이 열악한 품질이었다.

[표 1]

본 발명은, 내염화 섬유다발의 제조 방법 그리고 탄소 섬유다발의 제조 방법에 관한 것으로, 항공기 용도, 압력 용기·풍차 등의 산업 용도, 골프 샤프트 등의 스포츠 용도 등에 응용할 수 있지만, 그 응용 범위가 이들에 한정되는 것은 아니다.

1: 내염화로
2: 아크릴계 섬유다발
3: 열처리실
4: 가이드 롤러
5: 공급 노즐
6: 공급면
7: 배출면
8: 가열기
9: 송풍기
10: 섬유다발 통과 유로
12: 보조 공급면
13: 합류면
14: 배출 노즐
16: 정류판
17: 슬릿
18: 로체
19: 제1 공급면
20: 제2 공급면

Claims (7)

1. 가지런히 맞춘 아크릴계 섬유다발을, 열풍 가열식의 내염화로의 로체 외의 양단에 설치된 가이드 롤러로 반환하면서, 산화성 분위기 중에서 열처리하는 내염화 섬유다발의 제조 방법으로서, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향의 일단에 배치된, 열처리실 내에 열풍을 공급하기 위한 공급 노즐의, 상방 및／또는 하방의 섬유다발 통과 유로에서, 상기 아크릴계 섬유다발의 상방 및／또는 하방에 마련한 공급면으로부터 열풍을 공급하고, 상기 섬유다발 통과 유로에서의, 상기 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 Vf와, 열처리실에서의, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 V는, 조건 (1) 및 (2)를 만족하는, 내염화 섬유다발의 제조 방법.
   (1) 1.5m／s ≤ Vf ≤ 15m／s
   (2) 1.5m／s ≤ V ≤ 10m／s
2. 제1항에 있어서,
   섬유다발 통과 유로에서의, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 Vf와, 열처리실에서의, 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 대략 평행 방향인 풍속 V는, 조건 (3) 및 (4)를 만족하는, 내염화 섬유다발의 제조 방법.
   (3) 1.5m／s ≤ Vf ≤ 10m／s
   (4) 1.5m／s ≤ V ≤ 6m／s
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 공급면에서, 상기 아크릴계 섬유다발의 주행 방향에 대하여 직교하는 방향인 풍속 Vn은, 조건 (5)를 만족하는, 내염화 섬유다발의 제조 방법.
   (5) 0.1m／s ≤ Vn ≤ 5m／s
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공급면으로부터 공급되는 열풍의 온도는, 210℃ 이상 295℃ 이하인, 내염화 섬유다발의 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   열처리 전의 아크릴계 섬유다발의 단섬유 섬도는, 0.05 ∼ 0.22tex인, 내염화 섬유다발의 제조 방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 내염화 섬유다발의 제조 방법에 의해 얻어진 내염화 섬유다발을, 불활성 분위기 중 최고 온도 300 ∼ 1,000℃에서 전탄소화 처리하여 전탄소화 섬유다발을 얻은 후, 상기 전탄소화 섬유다발을 불활성 분위기 중 최고 온도 1,000 ∼ 2,000℃에서 탄소화 처리하는, 탄소 섬유다발의 제조 방법.
7. 아크릴계 섬유다발을 열처리하기 위한 내염화로로서,
   (ⅰ) 가지런히 맞추어진 섬유다발이 출입할 수 있는 슬릿을 갖는 로체와,
   (ⅱ) 상기 열처리실 내의 섬유다발의 주행 방향의 일단에, 서로 상하 방향으로 이간하여 배치되고, 로체 내에 열풍을 공급하는 복수의 공급 노즐과,
   (ⅲ) 상기 로체 내의 섬유다발의 주행 방향의 다른 일단에, 서로 상하 방향으로 이간하여 배치되고, 상기 공급 노즐로부터 공급된 열풍을 열처리실로부터 배출하는 복수의 배출 노즐과,
   (ⅳ) 상기 공급 노즐과 상기 배출 노즐을 통해서 열풍을 순환시키는 적어도 하나의 송풍 장치와,
   (ⅴ) 순환 열풍의 유로 상에 배치된 적어도 하나의 가열 장치와,
   (ⅵ) 로체 외의 양단에 배치되고, 인접하는 상기 공급 노즐간, 인접하는 상기 배출 노즐간을 지나, 섬유다발을 열처리실 내에서 복수회 반환하여 주행시키는 가이드 롤러를 갖는 내염화로로서,
   (ⅶ) 상기 공급 노즐은 상면 및／또는 하면에, 공급 노즐의, 상방 및／또는 하방에 있는 섬유다발 통과 유로에 제1 열풍을 공급하기 위한 공급면과 상기 공급 노즐의 열처리실 내측의 측면에 제2 열풍을 공급하기 위한 보조 공급면을 갖고 있고,
   (ⅷ) 상기 공급 노즐로부터 공급되는 제1 열풍의 풍속과 제2 열풍의 풍속을 조정하기 위한 조정 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 내염화로.

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