TWI507578B - 碳纖維束製造用碳化爐及碳纖維束的製造方法 - Google Patents

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Description

碳纖維束製造用碳化爐及碳纖維束的製造方法
本發明是有關於一種對纖維束進行煅燒來製造碳纖維束的碳纖維束製造用碳化爐、及使用該碳化爐的碳纖維束的製造方法。
構成碳纖維束的碳纖維與其他纖維相比具有優異的比強度及比彈性模數。進而，該碳纖維與金屬相比具有優異的比電阻、高耐化學品性等多個優異的特性。因此，碳纖維束作為利用其優異的各種特性而與樹脂一起形成的複合材料用的增強纖維，而廣泛應用於體育、航空航太領域等中。
碳纖維束通常是藉由將在氧化性氣體環境中以200℃至300℃對聚丙烯腈、人造纖維等碳纖維前驅體纖維束(前驅體絲條束)進行加熱(耐火化處理)而得的耐火化纖維束，在氮氣、氬氣等惰性氣體環境中以800℃至1500℃進行加熱(碳化處理)而得。進而，亦採取如下方法：將該碳纖維束以2000℃至3000℃加 熱(石墨化處理)，而製造拉伸彈性模數更高的碳纖維束、即石墨纖維束。該等碳化處理步驟及石墨化處理步驟中，為提高生產效率，大多是將多個纖維束並行地同時搬送至碳化爐內及石墨化爐內。
通常，進行碳化處理的碳化爐及進行石墨化處理的石墨化爐分別包含：熱處理室，相當於爐主體，在惰性氣體環境中對纖維束進行加熱；以及密封室，分別為設置在該熱處理室的前後的纖維束入口(入口部)及纖維束出口(出口部)所具有，用以保持上述熱處理室的惰性氣體環境。
作為密封室的具體作用而言，防止藉由氧氣自外部流入至熱處理室內而使熱處理室內成為氧化性氣體環境，從而導致碳纖維束的品質、品位降低的作用自不必言，主要是防止在熱處理室內自纖維束產生的反應氣體，經由熱處理室的纖維束入口或纖維束出口向外部流出。特別是在來自熱處理室的反應氣體流出至爐的入口或出口附近時，有時會因流出的反應氣體冷卻而產生的焦油狀物質污染移動的纖維束。
又，對上述密封室，供給用以密封熱處理室來維持惰性氣體環境的惰性氣體，但該惰性氣體的供給不均不僅會導致密封室內的氣體環境不均，亦有時會導致熱處理室內的氣體環境不均。
另一方面，當前的碳纖維束的製造技術需要提高生產性、及降低成本，要進行大幅改善。例如進行如下改善：藉由增加熱處理室的機械寬度(纖維束可移動的熱處理室寬度)等而同 時排列多個纖維束來進行加熱處理的高排列密度化，及增加同時加熱處理的纖維束的段數的多段處理化。該狀況下，由上述惰性氣體的供給不均所引起的密封室內的氣體環境不均，有時導致纖維束的加熱處理產生不均、或妨礙熱處理室內維持惰性氣體環境。其結果，密封室內的惰性氣體的供給不均有時會引起碳纖維束的品質不均，且有時會成為碳纖維束的生產性提高的一大障礙。
專利文獻1中提出如下方法：使用包含熱處理室、惰性氣體噴射口、及將噴射的惰性氣體向熱處理室的方向導入的惰性氣體導入構件的碳化爐，藉由自上述噴射口噴射經預先加熱的惰性氣體來防止纖維束的污染。
又，專利文獻2中提出一種密封機構，其藉由採用迷宮(labyrinth)結構，並且形成可拆除的結構而使維護性更優異。作為惰性氣體的供給方法，提出有使惰性氣體通過至少1片以上的多孔板呈面狀噴出的方法。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2007-224483號公報
[專利文獻2]日本專利特開2001-98428號公報
專利文獻1中，惰性氣體的供給方法並無特別限定，但若使噴出孔為狹縫(slit)狀，則狹縫形狀易於變形，從而易於產生噴出不均。又，先前技術中，有時會因經加熱的惰性氣體與爐 內的氣體環境的溫度差所引起的散熱，而導致供給的惰性氣體產生溫度不均。藉此，有時產生纖維束的加熱處理不均，其結果，碳纖維束有時產生品質不均。
又，專利文獻2的方法中，在使纖維束沿水平方向移動的橫式碳化爐的情形時，存在惰性氣體的噴出流速變慢的傾向，易於在上述多孔板上堆積耐火化纖維絲屑或碳化物。又，在將經加熱的惰性氣體供給至密封室內的情形時，因自密封室表面的散熱而易於導致惰性氣體的溫度降低。特別是在自碳化爐的側面供給經加熱的惰性氣體的情形時，產生因散熱所引起的溫度不均的傾向高，從而在纖維絲條間產生處理不均的傾向高。
進而，隨著上述的製造技術的改善及進化，主要容易產生因碳化爐的纖維束出入口的不良情況所引起的機械特性及生產穩定性的降低，進而容易產生品質不均，先前的對密封室的惰性氣體供給方法中，存在難以維持碳纖維束的機械特性或生產穩定性從而難以抑制品質不均的情形。
本發明是為改善該等現象而完成者。本發明的目的在於提供一種碳纖維束製造用碳化爐、及使用該碳化爐的碳纖維束的製造方法，該碳化爐不會擾亂纖維束的移動，即便在供給經加熱的惰性氣體時亦可維持遍及碳化爐內的整個區域而無不均的氣體環境。
為達成上述目的，本發明採用以下構成。
[1]一種碳纖維束製造用碳化爐，其包含： 熱處理室，具有供纖維束出入的纖維束入口及纖維束出口且填充有惰性氣體，對該纖維束進行加熱；入口密封室及出口密封室，分別鄰接於該熱處理室的纖維束入口及纖維束出口而配置，用以密封該熱處理室內的氣體；氣體噴出噴嘴，設置在該入口密封室及該出口密封室的至少一者上；以及搬送路，沿水平方向設置在該入口密封室、該熱處理室及該出口密封室內，用以搬送該纖維束，且該氣體噴出噴嘴具有包含中空筒狀的內側管與中空筒狀的外側管的雙層管結構，且配置在相對於該纖維束的搬送方向而正交的方向且水平的方向上，在該外側管上，多個氣體噴出孔沿該外側管的長度方向遍及該搬送路的寬度而配置，該外側管的氣體噴出孔的孔面積為0.5mm2 以上且20mm2 以下，在該內側管上，多個氣體噴出孔沿該內側管的長度方向遍及該搬送路的寬度且氣體噴出孔的氣體噴出方向為該內側管的圓周方向上的2個方向以上而配置，該內側管的長度方向上的該內側管的氣體噴出孔的孔間隔為300mm以下。
[2]如[1]記載的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述外側管的多個氣體噴出孔的流路長度(L)與該氣體噴出孔的最長孔長度(D)的比(L/D)為0.2以上。
[3]如[1]或[2]記載的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述 外側管的長度方向上的多個氣體噴出孔的孔間隔為100mm以下。
[4]如[1]至[3]中任一項記載的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述外側管的多個氣體噴出孔，沿該外側管的長度方向遍及該搬送路的寬度而以均等間隔配置。
[5]如[1]至[4]中任一項記載的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述內側管的多個氣體噴出孔的各孔面積為50mm2 以下。
[6]如[1]至[5]中任一項記載的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述內側管的多個氣體噴出孔，沿該內側管的長度方向遍及該搬送路的寬度而以均等間隔配置。
[7]如[1]至[6]中任一項記載的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述外側管的多個氣體噴出孔，配置在不朝向上述纖維束噴出惰性氣體的方向上。
[8]如[1]至[7]中任一項記載的碳纖維束製造用碳化爐， 其中在上述外側管上配置有形狀及尺寸相同的多個氣體噴出孔，且在上述內側管上配置有形狀及尺寸相同的多個氣體噴出孔。
[9]如[1]至[8]中任一項記載的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述外側管的多個氣體噴出孔及上述內側管的多個氣體噴出孔，分別配置在上述內側管的氣體噴出孔的氣體噴出方向與上述外側管的氣體噴出孔的氣體噴出方向無一部分重疊的位置上。
[10]如[1]至[9]中任一項記載的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或雙方，具有在上述纖維束的搬送方向上以固定間隔配置有收縮片的迷宮 結構。
[11]如[1]至[10]中任一項記載的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或雙方，具有1組以上的夾持上述纖維束而配置在鉛直方向上對向的位置上的1組上述氣體噴出噴嘴。
[12]一種碳纖維束的製造方法，其包含藉由[1]至[11]中任一項記載的碳纖維束製造用碳化爐而對上述纖維束進行加熱處理的步驟，且在該步驟中，對上述氣體噴出噴嘴的內側管供給200℃至500℃的惰性氣體，且使該惰性氣體自外側管的多個氣體噴出孔噴出，具有上述氣體噴出噴嘴的上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或雙方的寬度方向的溫度差成為8%以下。
[13]如[12]記載的碳纖維束的製造方法，其中使上述氣體噴出噴嘴的長度方向上的每1m的流量為1.0Nm3 /hr以上且100Nm3 /hr以下而自上述氣體噴出噴嘴噴出惰性氣體，來對上述纖維束進行加熱處理。
根據本發明，可提供一種即便在供給經加熱的惰性氣體時亦可維持遍及碳化爐內的整個區域無不均的氣體環境的碳纖維束製造用碳化爐及使用該碳化爐的碳纖維束的製造方法。
1‧‧‧碳纖維束製造用碳化爐(碳化爐)
2‧‧‧熱處理室
2a‧‧‧熱處理室的纖維束入口(入口部)
3‧‧‧入口密封室
3a‧‧‧夾持氣體噴出噴嘴而與纖維束平行地配置在與纖維束對向的位置上的頂板部分
3b‧‧‧夾持氣體噴出噴嘴而與纖維束平行地配置在與纖維束對向的位置上的底板部分
4‧‧‧氣體噴出噴嘴(雙層噴嘴)
5‧‧‧搬送路
6‧‧‧加熱器
7‧‧‧外側管(外側噴嘴)
7a‧‧‧外側管的氣體噴出孔
8‧‧‧內側管(內側噴嘴)
8a‧‧‧內側管的氣體噴出孔
S‧‧‧纖維束
W‧‧‧搬送路的寬度
L‧‧‧外側管的氣體噴出孔的流路長度
D‧‧‧外側管的氣體噴出孔的最長孔長度
d1‧‧‧外側管的氣體噴出孔的孔間隔
d2‧‧‧內側管的氣體噴出孔的孔間隔
圖1是本發明的碳纖維束製造用碳化爐的較佳實施方式中的前方部分(入口密封室及熱處理室)的圖，圖1(a)是該前方部分的概略前視剖面圖，及圖1(b)是該前方部分的概略平面圖。
圖2是表示本發明的氣體噴出噴嘴的一例的概略結構圖。
圖3(a)是用以說明實施例1中使用的氣體噴出噴嘴的惰性氣體的噴出方向的剖面圖，及圖3(b)是用以說明比較例3中使用的氣體噴出噴嘴的惰性氣體的噴出方向的剖面圖。
<碳纖維束製造用碳化爐>
如上所述，通常碳纖維束藉由包含以下步驟的製造方法製造。(1)耐火化步驟：藉由在氧化性氣體環境(例如空氣)中，以200℃至300℃對碳纖維前驅體纖維束(例如包含聚丙烯腈或人造纖維的纖維束)進行加熱處理(耐火化處理)，而獲得耐火化纖維束。(2)碳化步驟：在惰性氣體環境(例如氮氣、氬氣)中，以800℃至1500℃對所獲得的耐火化纖維束進行加熱處理(碳化處理)，而獲得碳纖維束。
再者，該製造方法中，可在耐火化步驟與碳化步驟之間包含預碳化步驟，即在惰性氣體環境中，以較耐火化處理高的溫度且較碳化處理低的溫度(例如300℃至700℃)進行加熱處理(預碳化處理)。又，亦可藉由在惰性氣體環境中，以2000℃至3000℃對所獲得的碳纖維束進行加熱處理(石墨化處理)，而轉換為拉伸彈性模數更高的碳纖維束(石墨化纖維束)。再者，藉由各步驟可 不改變纖維束的根數而使構成各纖維束的單纖維數為例如100根至100000根。
上述的耐火化步驟、預碳化步驟、碳化步驟及石墨化步驟中的加熱處理分別可使用耐火化爐、預碳化爐、碳化爐及石墨化爐。
本發明的碳纖維束製造用碳化爐可為用於碳纖維束的製造且在惰性氣體環境中對纖維束進行加熱處理的加熱爐，不僅可為上述的碳化步驟中使用的碳化爐，亦包含預碳化爐及石墨化爐。即，本發明的碳纖維束製造用碳化爐，可用作碳纖維束製造中的預碳化爐、碳化爐或石墨化爐。
本發明的碳纖維束製造用碳化爐所具有的入口密封室及出口密封室(以下，亦示為密封室)，為對通常使用的密封室(密封裝置)加以改良而成者，不會接觸於在爐內移動的纖維束，可減輕惰性氣體自熱處理室的纖維束入口及纖維束出口的洩漏。
以下，參照圖式對本發明的碳纖維束製造用碳化爐更詳細地進行說明。再者，可藉由使用本發明的碳纖維束製造用碳化爐，而製造品位及強度優異的碳纖維束。
圖1是表示本發明的碳纖維束製造用碳化爐的較佳實施方式的圖。更具體而言，圖1(a)是表示熱處理室的纖維束入口附近及鄰接於該纖維束入口的入口密封室的概略的前視剖面圖，圖1(b)是與圖1(a)相同的部分的概略平面圖。又，圖2是本發明中使用的氣體噴出噴嘴的一例的概略結構圖。
碳纖維束製造用碳化爐(碳化爐)1包含：熱處理室2，填充有惰性氣體，用以對纖維束進行加熱；以及入口密封室3及未圖示的出口密封室，用以密封該熱處理室內的氣體。
又，在該入口密封室、熱處理室及出口密封室內，沿水平方向設置有用以搬送纖維束S的搬送路5。再者，搬送路是指可供纖維束移動的空間部分，在本發明的碳纖維束製造用碳化爐中，設置有沿水平方向貫通入口密封室、熱處理室及出口密封室的搬送路。藉此，可使纖維束沿水平方向移動。於此，水平方向是指與鉛直方向垂直的平面內的任意方向。再者，水平方向、鉛直方向及垂直(正交)分別亦可為大致水平方向、大致鉛直方向及大致垂直(大致正交)。
碳纖維束製造用碳化爐中使用的惰性氣體並無特別限定，例如，可使用氮氣或氬氣。再者，通常熱處理室內(圖1(a)中，具體而言為熱處理室內的搬送路部分)填充有該惰性氣體，但在對移動過搬送路5的纖維束S進行加熱處理時，在熱處理室內亦可存在有藉由該纖維束的加熱處理而產生的反應氣體(例如HCN、CO2 、低級碳化氫等)。即，各密封室所密封的熱處理室內的氣體，可為上述惰性氣體及上述反應氣體。
熱處理室2可具有用以供纖維束S出入的纖維束入口(入口部)2a、未圖示的纖維束出口(出口部)、及排氣口(未圖示)。本發明的碳纖維束製造用碳化爐中，可將進行加熱處理的纖維束連續地導入至入口部，又，可將經加熱處理的纖維束自出口 部連續地導出。
再者，在將本發明的碳纖維束製造用碳化爐用作碳化步驟中使用的碳化爐的情形時，導入至入口部的纖維束為耐火化纖維束(未進行預碳化步驟的情形時)或預碳化纖維束(進行預碳化步驟的情形時)，自出口部導出的纖維束為碳纖維束。即，本發明的碳纖維束製造用碳化爐，可為在加熱爐內藉由高溫的惰性氣體而將耐火化纖維束或預碳化纖維束轉換為碳纖維束的爐。
又，在將本發明的碳纖維束製造用碳化爐用作預碳化爐的情形時，導入至入口部的纖維束為耐火化纖維束，自出口部導出的纖維束為預碳化纖維束。進而，在將本發明的碳纖維束製造用碳化爐用作石墨化爐的情形時，導入至入口部的纖維束為碳纖維束，自出口部導出的纖維束為石墨化纖維束。
再者，本發明中，密封室(密封裝置)分別鄰接於熱處理室的入口部及出口部而配置。具體而言，鄰接於熱處理室的入口部而配置入口密封室(相當於圖1的符號3)，且鄰接於熱處理室的出口部而配置出口密封室。該等密封室中的至少一者具有用以噴出惰性氣體的氣體噴出噴嘴(雙層噴嘴)4。再者，入口密封室及出口密封室的結構(形狀或尺寸等)可相同，亦可不同。
又，如圖1(b)所示，本發明中可將自氣體噴出噴嘴4噴出的惰性氣體直接導入至熱處理室內，而使該惰性氣體填充至熱處理室內。自入口密封室及出口密封室中的至少一者供給、且填充至熱處理室內的惰性氣體，可自設置在入口密封室與出口密 封室之間的排氣口送出至規定的排氣處理設備而排出。該排氣口例如可為能使熱處理室內的惰性氣體環境在鉛直方向上變得均勻的形狀，氣體的抽出部位亦無特別限定。作為該排氣口，例如可使用沿鉛直方向埋設在熱處理室的頂部或底部上的狹縫形狀的排氣口。
纖維束S藉由通過碳化爐1，更具體而言通過熱處理室2而在惰性氣體環境中進行加熱處理(例如碳化處理)。纖維束的加熱處理方法或加熱處理條件，可使用在碳纖維的領域中為周知的方法或條件。例如，如圖1(a)所示，藉由在熱處理室2的頂部及底部分別配置加熱器6，而可將熱處理室內(具體而言為填充至熱處理室內的惰性氣體)維持在例如800℃以上的溫度來對纖維束進行加熱處理。
相對於移動的纖維束的纖維軸垂直地切斷本發明的碳纖維束製造用碳化爐(具體而言為各密封室或熱處理室)時的爐的剖面形狀，可根據移動的纖維束的排列數等而適當設定，例如，可設為正方形或長方形。又，爐的開口部分(例如熱處理室的纖維束入口或纖維束出口)的剖面形狀亦可相同地適當設定。
再者，本發明中，在製造碳纖維束時，如圖1(b)所示，可在使多個纖維束對齊為片狀的狀態下，更具體而言在使多個纖維束以等間隔排列在相同平面上的狀態下，使纖維束S移動。因此，本發明中，可在碳纖維束製造用碳化爐的中心，沿片材寬度方向(纖維束所構成的片材的寬度方向：圖1(b)的紙面上下方 向)設置具有與該片材的寬度對應的長度的開口部(入口部及出口部)的熱處理室2。再者，構成片材的纖維束的數可適當選擇，例如可設為10束至2000束。
密封室的至少一者所具有的氣體噴出噴嘴4如圖2所示，具有包含中空筒狀的外側管(外側噴嘴)7與中空筒狀的內側管(內側噴嘴)8的雙層管結構(雙層噴嘴結構)。再者，氣體噴出噴嘴4中，外側管7配置在較內側管8更靠氣體噴出噴嘴的表面側。又，該等管的形狀在可獲得本發明的效果的範圍內，只要為中空的筒狀即可。藉由使氣體噴出噴嘴為雙層管結構，在供給經加熱的惰性氣體時，亦可容易地抑制由散熱引起的溫度降低所導致的溫度不均(例如，片材寬度方向上的溫度不均)，其結果，可對纖維束均勻地進行處理。再者，即便使氣體噴出噴嘴為3層管以上的結構，亦可獲得溫度不均抑制效果，但壓力損失會增大，結構變得更複雜，因此本發明中採用雙層管結構。
又，自抑制噴出的惰性氣體的噴出不均或溫度不均的觀點考慮，較佳為使外側管的中心軸與內側管的中心軸一致。又，密封室中，氣體噴出噴嘴4配置在相對於纖維束的搬送方向(圖1中為紙面左右方向)而正交的方向且水平的方向上，例如可延伸設置為上述搬送路的寬度W以上的長度。
氣體噴出噴嘴中，在外側管7上，多個氣體噴出孔7a沿該外側管的長度方向遍及上述搬送路的寬度而配置。又在氣體噴出孔的間隔極端不均勻的情形時，惰性氣體會產生供給不均， 因此較佳為氣體噴出孔7a遍及搬送路的寬度而以均等間隔配置。又，若自氣體噴出噴嘴噴出的惰性氣體直接接觸於纖維束，則纖維束有時會產生起毛，因此較佳為不直接接觸於纖維束。例如，可將氣體噴出孔配置在不朝向纖維束噴出惰性氣體的方向上。
再者，在外側管的氣體噴出孔的排列較上述搬送路的寬度W短的情形時，即未遍及搬送路的寬度而設置有氣體噴出孔的情形時，在自氣體噴出噴嘴噴出惰性氣體時，會在搬送路內的搬送路的寬度方向上存在有未被供給惰性氣體的部位。因此，在外側管的氣體噴出孔附近，即便遍及搬送路的寬度方向而均勻地供給惰性氣體，惰性氣體亦會逐步擴散至未被供給惰性氣體的部位。其結果，在惰性氣體的擴散過程中，在各密封室或熱處理室內有可能產生溫度不均或流量不均。即，藉由使外側管的氣體噴出孔遍及上述搬送路的寬度W的長度排列，而可遍及相對於纖維束的移動方向而正交的方向且水平的方向均勻地供給加熱至例如200℃至500℃的惰性氣體。亦可在氣體噴出噴嘴上，自片材寬度方向的兩側遍及搬送路的寬度而配置氣體噴出孔。
再者，不朝向纖維束噴出惰性氣體的方向是指如下方向：使惰性氣體保持直進性自氣體噴出孔噴出時，噴出的惰性氣體不直接接觸於正在移動的纖維束，惰性氣體在與其他構件(例如密封室的壁面)至少接觸1次之後供給至(接觸於)纖維束。藉此，惰性氣體不直接噴出至纖維束，因此不擾亂纖維束的移動便可供給經加熱的惰性氣體。又，藉由不使外側管的氣體噴出孔 朝向纖維束的方向，而可防止耐火化纖維絲屑或焦油狀物質因熱改性而生成的碳化物附著在外側管的孔上。其結果，可實現爐的長期穩定運轉。
又，外側管的氣體噴出孔的方向，較佳為不朝向纖維束噴出惰性氣體的方向、且朝向密封室的頂板或底板的方向。藉此，可容易抑制因纖維束的振動及摩擦所引起的品質降低。再者，密封室的頂板及底板分別可相對於纖維束(纖維束構成的片材面)而平行地配置，又，可夾持氣體噴出噴嘴而配置在與纖維束對向的位置上。再者，不朝向纖維束噴出惰性氣體的方向、且朝向密封室的頂板或底板的方向只要是如下方向，則可為任一方向，即：自外側管的氣體噴出孔噴出的惰性氣體，在與該頂板或底板至少接觸1次之後供給至纖維束。例如，可使惰性氣體相對於頂板面或底板面而傾斜地噴出，亦可相對於頂板面或底板面而垂直地噴出。
然而，此時，本發明中，自密封性的觀點考慮，特佳為相對於頂板面或底板面而垂直地噴出惰性氣體。例如，在相對於與纖維束平行地配置的頂板或底板而垂直地朝向外側管的氣體噴出孔的方向噴出惰性氣體的情形時，噴出的惰性氣體接觸於頂板或底板，其後，有時會在接觸於氣體噴出噴嘴等之後供給至纖維束。
再者，頂板及底板的形狀可適當選擇。例如，頂板及底板可如圖1(a)所示般具有凹陷，且可在該凹陷內配置氣體噴出 噴嘴4。藉由在凹陷內配置氣體噴出噴嘴，可不妨礙纖維束的移動而容易地供給惰性氣體。而且，亦可朝向該凹陷內的底部(圖1(a)中夾持氣體噴出噴嘴4而與纖維束平行地配置在與纖維束對向的位置上的頂板部分3a及底板部分3b)，自氣體噴出噴嘴噴出惰性氣體。再者，圖1(a)中相對於該凹陷內的底部而垂直地噴出惰性氣體。
在氣體噴出噴嘴中，外側管的氣體噴出孔7a的孔面積為0.5mm2 以上且20mm2 以下。若孔面積為0.5mm2 以上，則壓力損失不會過大，從而容易加工。在該方面而言，孔面積較佳為1mm2 以上，自孔的清掃作業的觀點考慮，更佳為3mm2 以上。又，若孔面積為20mm2 以下，則可獲得充分的整流效果，易於抑制斜流。在該方面而言，孔面積更佳為15mm2 以下，進而佳為10mm2 以下。於此斜流是指供給氣體相對於纖維束的搬送方向而向纖維束寬度方向(圖1(b)中為紙面上下方向)傾斜噴出的狀態。再者，在各氣體噴出孔7a中外側管的氣體噴出孔7a的孔面積不同的情形時，使各氣體噴出孔7a的孔面積的平均值為外側管的氣體噴出孔7a的孔面積。
氣體噴出噴嘴中，外側管的長度方向(圖1(b)中為紙面上下方向)上的氣體噴出孔7a的孔間隔d1較佳為100mm以下。若孔間隔d1為100mm以下，則惰性氣體不易產生供給不均。孔間隔d1更佳為50mm以下，進而佳為30mm以下。又，氣體噴出孔7a較佳為以均等間隔排列。又，自抑制製作成本的增加， 且抑制相鄰的氣體噴出孔彼此的干涉的觀點考慮，氣體噴出孔7a的孔間隔d1較佳為5mm以上，更佳為10mm以上。
再者，圖2中，沿外側管的長度方向配置的1行氣體噴出孔沿圓周方向配置1行，但外側管的圓周方向上的氣體噴出孔7a的行數及各行的配置可在滿足上述要件，且可獲得本發明的效果的範圍內適當設定。
氣體噴出噴嘴中，多個氣體噴出孔7a的形狀並無特別限定，自加工的容易度等觀點考慮，較佳為圓孔形狀(例如，氣體噴出孔的開口面的形狀為橢圓形或圓形)。又，氣體噴出孔7a的孔面積較佳為在氣體噴出孔的流路方向上為固定。再者，配置在外側管上的各氣體噴出孔7a的形狀及尺寸可相同，亦可不同，但較佳為相同。
氣體噴出噴嘴中，外側管的氣體噴出孔的流路長度(L)與外側管的氣體噴出孔的最長孔長度(D)的比(L/D)較佳為0.2以上。若L/D為0.2以上，則可抑制在外側管的長度方向上產生斜流，其結果，易於抑制爐寬度方向上的不均。因此，L/D更佳為0.5以上，進而佳為1以上。L/D越大則抑制斜流的效果越高，但同時有壓力損失增加的傾向，此外，因外側管的厚度增加而有製作費用亦增加的傾向。由此，自兼顧充分的整流效果與抑制壓力損失及製作費用的效果的觀點考慮，L/D較佳為5以下，更佳為4以下，進而佳為3以下。通常，外側管的厚度在外側管的長度方向上為固定。再者，在如圖2所示般氣體噴出孔7a的形狀為 圓孔形狀的情形時，氣體噴出孔7a的最大直徑成為氣體噴出孔7a的最長孔長度(D)。
氣體噴出噴嘴中，在內側管8上，多個氣體噴出孔8a沿該內側管的長度方向遍及該搬送路的寬度、且氣體噴出孔8a的氣體噴出方向為該內側管的圓周方向上的2個方向以上而配置。又，在內側管8上，沿內側管的長度方向遍及上述搬送路的寬度而配置多個氣體噴出孔8a所成的行，較佳為在內側管的圓周方向上配置有2行以上。再者，配置在內側管8上的各氣體噴出孔8a的形狀及尺寸可相同，亦可不同，但較佳為相同。
在氣體噴出孔8a沿圓周方向排列成1行的情形時，藉由自內側管噴出的經加熱的高溫的惰性氣體而加熱外側管的單面，因此易於產生熱應變。由於氣體噴出噴嘴插入設置在密封室內，因此在外側管產生熱應變的情形時，氣體噴出噴嘴接觸於爐(例如爐的壁面)而導致爐或氣體噴出噴嘴破損，或氣體噴出噴嘴接觸於纖維束而引起纖維束產生起毛，因而妨礙穩定生產。因此，本發明中，較佳為使內側管的氣體噴出孔沿圓周方向均等地排列有2行以上。然而，若外側管不產生熱應變，則排列亦可不必均等。再者，內側管的氣體噴出孔在圓周方向上的排列數，自更均勻地加熱外側管的觀點考慮更佳為3行以上，自製作成本的觀點考慮較佳為6行以下。
又，自對外側管內均勻地噴出惰性氣體的觀點考慮，內側管的氣體噴出孔8a較佳為在長度方向上以均等間隔配置。又， 自抑制惰性氣體的供給不均的觀點考慮，內側管的氣體噴出孔8a較佳為沿內側管的長度方向遍及上述搬送路的寬度而以均等間隔配置。
氣體噴出噴嘴中，多個氣體噴出孔8a的形狀並無特別限定，但較佳為相同形狀，自加工的容易度等方面考慮，較佳為圓孔形狀(例如氣體噴出孔的開口面的形狀為橢圓形或圓形)。又，氣體噴出孔8a的孔面積較佳為在內側管的氣體噴出孔的流路方向上為固定。
氣體噴出噴嘴中，內側管的氣體噴出孔8a的孔面積較佳為50mm2 以下。若氣體噴出孔8a的孔面積為50mm2 以下，則可抑制內側管供給口處的斜流，可在外側管與內側管的間隙中抑制因斜流所引起的溫度不均。其結果，可抑制自外側管的氣體噴出孔噴出的惰性氣體的溫度不均。自進一步抑制斜流的觀點考慮，氣體噴出孔8a的孔面積更佳為40mm2 以下。又，自抑制伴隨壓力損失增大而產生的運轉成本的觀點考慮，氣體噴出孔8a的孔面積較佳為3mm2 以上，自抑制製作成本的觀點考慮，氣體噴出孔8a的孔面積較佳為10mm2 以上。
氣體噴出噴嘴中，內側管的長度方向上的氣體噴出孔8a的孔間隔d2為300mm以下。若內側管的長度方向上的孔間隔為300mm以下，則外側管的加熱不均減少，內側管與外側管之間的惰性氣體的溫度易於變得均勻。其結果，易於使向爐內噴出的惰性氣體的溫度均勻化。自每一個孔的噴出量成為大風量的觀點考 慮，氣體噴出孔8a的孔間隔d2較佳為50mm以下，更佳為30mm以下。又，自製作加工的觀點考慮，氣體噴出孔8a的孔間隔d2較佳為5mm以上，自製作成本的觀點考慮，氣體噴出孔8a的孔間隔d2更佳為10mm以上。
再者，氣體噴出噴嘴中，外側管的氣體噴出孔的形狀及尺寸與內側管的氣體噴出孔的形狀及尺寸亦可相同，亦可不同。
氣體噴出噴嘴中，內側管的氣體噴出孔的位置與外側管的氣體噴出孔的位置較佳為不一致。不一致是指在自內側管的氣體噴出孔噴出惰性氣體的方向上，不存在外側管的氣體噴出孔。藉此，可容易地防止自內側管的各氣體噴出孔噴出的惰性氣體，不在外側管的內周面與內側管的外周面之間的間隙中混合便直接自外側管噴出，從而可容易地抑制惰性氣體產生溫度不均。又，外側管的多個氣體噴出孔及內側管的多個氣體噴出孔，較佳為分別配置在內側管的氣體噴出孔的氣體噴出方向與外側管的氣體噴出孔的氣體噴出方向無一部分重疊的位置上。例如可如圖2所示，藉由使氣體噴出孔7a在圓周方向上的位置與氣體噴出孔8a在圓周方向上的位置錯開，而將兩孔分別配置在無一部分重疊的位置上。
再者，在入口密封室及出口密封室的雙方均具有氣體噴出噴嘴的情形時，亦可使入口密封室及出口密封室中的任一者所具有的氣體噴出噴嘴的內側管的氣體噴出孔的位置與外側管的氣體噴出孔的位置為上述配置，但自抑制碳化爐內整個區域中的不 均的觀點考慮，較佳為兩密封室所具有的氣體噴出噴嘴均採用上述配置。
又，密封室較佳為具有沿纖維束的搬送方向以固定間隔配置有收縮片的迷宮結構。藉由採用迷宮結構，可容易將密封室內維持於高壓力，其結果，可極力防止外部氣體混入。再者，亦可在入口密封室及出口密封室中的任一者採用上述迷宮結構，但自防止外部氣體混入的觀點考慮，較佳為兩密封室均採用上述迷宮結構。
再者，作為收縮片的結構，列舉例如矩形、梯形、三角形等，若可將熱處理室維持於高壓力，則亦可為任意形狀。然而，自密封性的觀點考慮，收縮片的形狀較佳為矩形。纖維束的搬送方向上的收縮片的配置間隔，通常根據導入的纖維束(例如耐火化纖維束)或導出的纖維束(例如碳纖維束)的厚度、擺動的大小而調整，例如，可設為10mm以上且150mm以下。又，各密封室內的收縮片(膨脹室)的段數，較佳為5段以上且20段以下。
進而，入口密封室及出口密封室中的至少一者，較佳為如圖1(a)所示，具有1組以上的夾持纖維束S而配置於在鉛直方向(圖1(a)中為紙面上下方向)上對向的位置上的1組氣體噴出噴嘴4。藉由將氣體噴出噴嘴夾持纖維束而在鉛直方向上對向的位置上設置1組以上，可有效地抑制垂直方向(相對於纖維束構成的片材面正交的方向)上的風(惰性氣體)的流動，可進一步降低對移動的纖維束的影響，從而可使纖維束更穩定地移動。
自密封性的觀點考慮，夾持纖維束而配置在鉛直方向上對向的位置上的氣體噴出噴嘴的組數較佳為1組以上。又，自裝置變得複雜的方面考慮，氣體噴出噴嘴的組數較佳為4組以下，自製造成本增加的觀點考慮，氣體噴出噴嘴的組數更佳為3組以下。該等各氣體噴出噴嘴的組，可沿纖維束的移動方向例如以等間隔配置。
再者，在入口密封室及出口密封室的雙方均具有氣體噴出噴嘴的情形時，亦可使入口密封室及出口密封室中的任一者的氣體噴出噴嘴為上述配置，但自使纖維束更穩定地移動的觀點考慮，較佳為使兩密封室的氣體噴出噴嘴均為上述配置。
又，本發明的碳纖維束製造用碳化爐，可具有將加熱至例如200℃至500℃的惰性氣體供給至上述氣體噴出噴嘴(具體而言為內側管)的單元(機構)。本發明的碳纖維束製造用碳化爐特別適合噴出200℃至500℃的高溫氣體。作為惰性氣體的噴出單元，可使用例如加壓泵、風扇等。此外，本發明的碳纖維束製造用碳化爐，可具有對自氣體噴出噴嘴噴出的惰性氣體的噴出量進行調節的單元(機構)。作為該單元，可使用例如閥門式或孔口(orifice)式等。
<碳纖維束的製造方法>
本發明的碳纖維束的製造方法具有藉由上述的本發明的碳纖維束製造用碳化爐而對纖維束進行加熱處理的步驟。再者，該步驟可為選自例如上述的預碳化步驟、碳化步驟及石墨化步驟的步 驟。而且，本發明中，在該等加熱處理步驟中，對氣體噴出噴嘴的內側管供給經預先加熱的惰性氣體，並自該氣體噴出噴嘴噴出該惰性氣體。本發明中使用的氣體噴出噴嘴中，即便在將未加熱的惰性氣體供給至內側管後噴出的情形時，亦可減輕噴出的惰性氣體的風速不均，但在供給經預先加熱的惰性氣體後將其噴出的情形時，可更有效地減輕該情形下所產生的溫度不均勻。
供給至內側管中的惰性氣體的加熱溫度為200℃至500℃。若加熱溫度為200℃以上，則藉由惰性氣體不僅可防止自熱處理室外流入氧氣，或反應氣體自熱處理室內部流出，即便在纖維束的處理速度快的情形時，亦可充分地對移動的纖維束預熱，從而可防止在纖維束的溫度低的狀態下纖維束通過密封室並進入至熱處理室內。因此，可防止熱處理室內的反應氣體藉由溫度低的纖維束冷卻並焦油化而污染纖維束。另一方面，若惰性氣體的加熱溫度為500℃以下，則可防止在纖維束進入熱處理室之前對纖維束進行熱處理，從而可防止在入口密封室產生反應氣體。又，自預先對纖維束進行預熱且抑制由焦油狀物質污染纖維束的觀點考慮，供給至內側管的惰性氣體的加熱溫度較佳為250℃以上，自抑制纖維束的反應的觀點考慮，供給至內側管的惰性氣體的加熱溫度較佳為400℃以下。
根據本發明的製造方法，可使具有氣體噴出噴嘴的密封室的寬度方向上的溫度不均為8%以下。若使溫度不均為8%以下，則可均勻地對前驅體纖維束進行煅燒，從而易於獲得良好品質的 碳纖維束。溫度不均越少越好，較佳為5%以下，更佳為3%以下。
又，根據本發明的製造方法，可使具有氣體噴出噴嘴的密封室的寬度方向上的壓力不均為5%以下。若使壓力不均為5%以下，則可均勻地對前驅體纖維束進行煅燒，從而易於獲得良好品質的碳纖維束。壓力不均越少越好，較佳為3%以下，更佳為2%以下。
又，此時，較佳為自氣體噴出噴嘴，以該氣體噴出噴嘴的長度方向(與外側管的長度方向相同的方向)上的每1m為1.0Nm3 /hr以上且100Nm3 /hr以下的流量噴出惰性氣體。若流量為1.0Nm3 /hr以上，則可容易維持碳纖維束製造用碳化爐內的內壓，從而可容易將該碳化爐中的纖維束的移動空間即熱處理室內維持為惰性氣體環境。自上述觀點考慮，流量更佳為10Nm3 /hr以上，進而佳為20Nm3 /hr以上。
另一方面，若氣體噴出噴嘴的長度方向上的每1m的流量為100Nm3 /hr以下，則可容易防止擾亂纖維束的移動狀態、或纖維束彼此摩擦而相互損傷。進而，可容易防止因纖維束接觸於爐壁所造成的損傷或因大量使用惰性氣體所引起的成本增大。其結果，可容易抑制為低製造成本，且可容易地達成步驟生產性的提高。自上述觀點考慮，流量更佳為70Nm3 /hr以下，進而佳為50Nm3 /hr以下。再者，Nm3 是指標準狀態(0℃、1atm(1.0×105 Pa))下的體積(m3 )。
又，在入口密封室及出口密封室的雙方均具有氣體噴出 噴嘴的情形時，亦可將入口密封室及出口密封室中的任一者的惰性氣體的加熱溫度及流量設定為上述範圍，但較佳為兩密封室均設定為上述範圍。
[實施例]
以下，列舉具體的實施例對本發明進行說明。再者，各例(實施例及比較例)中，使以等間隔排列在相同平面上的片狀態的纖維束，在沿水平方向貫通碳化爐內的搬送路內移動。此時，構成該片材的纖維束的移動間距為10mm。又，該碳化爐(各密封室及熱處理室)的開口寬度(相對於纖維軸而垂直地切斷碳化爐時的碳化爐的開口部的長度)為1200mm。
[實施例1]
將總纖度1000特克斯(tex)的耐火化纖維束(構成各纖維束的單纖維數：10000根)100束投入至圖1所示的碳化爐1內，更具體而言投入至入口密封室3內。此時，由纖維束構成的片材的寬度為1000mm。再者，特克斯(tex)表示每單位長度1000m的質量(g)。
在該入口密封室3內，夾持耐火化纖維束而在鉛直方向上對向的位置上，配置有1組包含中空圓筒狀的外側管7及中空圓筒狀的內側管8的相同結構的氣體噴出噴嘴(雙層噴嘴)4。又，各氣體噴出噴嘴4如圖1(b)所示，配置在相對於耐火化纖維束的搬送方向而正交的方向且水平方向上，即配置在圖1(b)的紙面上下方向上。
在外側管7上，配置在不朝向耐火化纖維束噴出惰性氣體的方向上的形狀及尺寸相同的60個氣體噴出孔7a，沿外側管的長度方向(搬送路的寬度方向)遍及搬送路的寬度1200mm的長度而均等地、且沿外側管的圓周方向配置成一行。再者，該氣體噴出孔7a的形狀為圓孔形狀。外側管的氣體噴出孔7a的孔面積為1mm2 。
又，在內側管8上，合計為96個的氣體噴出孔8a沿內側管的長度方向遍及搬送路的寬度1200mm的長度而以均等間隔、且沿內側管的圓周方向均等地配置有4行。又，該內側管的長度方向上的氣體噴出孔8a的孔間隔為50mm。
再者，如圖2及圖3(a)所示，在氣體噴出噴嘴4中，內側管的氣體噴出孔8a在圓周方向的位置與外側管的氣體噴出孔7a在圓周方向的位置不一致。即，氣體噴出孔7a與氣體噴出孔8a分別配置在無一部分一致的位置上。更具體而言，在較外側管的氣體噴出孔7a的圓周方向上的位置沿圓周方向偏移45°的位置上，沿圓周方向等間隔地配置有內側管的氣體噴出孔8a。藉此，使內側管的噴出方向與外側管的噴出方向不一致。
將預先加熱至300℃的氮氣供給至氣體噴出噴嘴的內側管，以氣體噴出噴嘴的長度方向上每1m為30Nm3 /hr的流量朝向圖1(a)所示的頂板部分3a或底板部分3b，更具體而言向纖維束垂直反方向噴出氮氣。再者，作為將該加熱至300℃的氮氣供給至氣體噴出噴嘴的內側管的單元而使用壓縮泵。又，作為對該氮 氣體的噴出量進行調節的單元而使用調節閥門。又，纖維束垂直反方向是指相對於纖維束構成的片材面而垂直的方向中離開(遠離)纖維束的方向。
繼而，自纖維束入口2a將耐火化纖維束導入至熱處理室內，以1000℃進行1.5分鐘的加熱處理(碳化處理)。然後，自熱處理室的纖維束出口導出該纖維束，使該纖維束在鄰接於纖維束出口而配置且與入口密封室3為相同的結構的出口密封室(未圖示)內移動，從而獲得碳纖維束。再者，在各密封室內，自氣體噴出噴嘴供給的氮氣直接導入至熱處理室內，藉此熱處理室內維持於氮氣體環境。
其次，為驗證各例中的上述碳化處理的差異，利用以下方法算出密封室內的溫度不均及壓力不均。進而，評估氣體噴出噴嘴的熱應變、及所獲得的碳纖維的強度及品位。再者，碳纖維的強度亦會根據耐火化纖維束的狀態或其他條件而變化，因此相對性地對使用相同的耐火化纖維束時的該等結果進行比較。
[算出密封室的寬度方向上的溫度不均及壓力不均]
在熱處理室的入口及出口的寬度方向(圖1(b)中為紙面上下方向)的整個寬度上，利用鞘式熱電偶(sheath thermocouple)測量均等間隔的10點位置的溫度，並算出溫度不均。相同地，利用皮托管(pitot tube)測量壓力，並算出壓力不均。本發明中，溫度不均設為以測量的10點的溫度中的(最大溫度-最低溫度)/10點的平均溫度×100[%]而算出的值。又，壓力不均設為以測量的10 點的壓力中的(最大壓力-最低壓力)/10點的平均壓力×100[%]而算出的值。將入口密封室及出口密封室的各不均的最大值設為密封室寬度方向上的溫度不均及壓力不均。
[評估氣體噴出噴嘴的熱應變]
氣體噴出噴嘴的熱應變是利用以下方法進行評估。在氣體噴出噴嘴的任意點中，利用游標尺(vernier)測量在運轉(使用)前後變化為最大的點，將設置在入口密封室及出口密封室上的各氣體噴出噴嘴的測量值(各最大變化量)的平均值設為應變量。根據所獲得測量結果，基於以下基準進行評估。
A：應變量未達2mm。
B：應變量為2mm以上且未達20mm。
C：應變量為20mm以上。
[碳纖維束絞合(strand)強度(碳纖維(carbon fiber，CF)強度)]
基於JIS-R-7601中規定的環氧樹脂含浸絞合法而測量所製作的碳纖維束的絞合強度。再者，測量次數設為10次，基於以下基準來評估其平均值。
A：絞合強度為4903N/cm2 (500kgf/cm2 )以上，碳纖維的強度高。
B：絞合強度為4707N/cm2 (480kgf/cm2 )以上且未達4903N/cm2 (500kgf/cm2 )，碳纖維的強度少許降低。
C：絞合強度未達4707N/cm2 (480kgf/cm2 )，碳纖維的強度 低。
[碳纖維的品位]
碳纖維的品位藉由以下方法進行評估。遍及片材寬度方向整個區域以發光二極體(light emitting diode，LED)燈對自出口密封室導出的碳纖維束進行照射並觀察60分鐘，基於以下基準來評估該片材寬度方向上的起毛狀況。
A：在片材寬度方向上，合計僅看到數根起毛，品位良好。
B：在片材寬度方向的一部分上觀察到數十根單位的起毛。
C：遍及片材寬度方向的整個區域而觀察到數十根單位的起毛。
實施例1中，密封室寬度方向上的壓力不均及溫度不均均小至3%，由熱應變所引起的氣體噴出噴嘴的變形未達2mm。又，所獲得的碳纖維強度及品位均良好。
[實施例2]
除將各密封室變更為具有迷宮結構的密封室以外，與實施例1相同地製造碳纖維束。具體而言，夾持纖維束而分別在密封室上部與密封室下部，沿纖維束的搬送方向以等間隔設置5個相對於纖維束構成的片材面而垂直的收縮片，來在各密封室內形成5段膨脹室。此時，使纖維束的搬送方向上的收縮片的配置間隔為150mm。其結果，密封室寬度方向上的壓力不均及溫度不均均小至2%以內，由熱應變所引起的氣體噴出噴嘴的變形未達2mm。又，所獲得的碳纖維強度及品位均良好。
[實施例3]
除將內側管的長度方向上的內側管的氣體噴出孔的孔間隔變更為150mm以外，與實施例1相同地製造碳纖維束。再者，此時的內側管的氣體噴出孔的孔數合計為32個，氣體噴出孔沿噴嘴長度方向均等地排列有四行。密封室寬度方向上的壓力不均為3%，但溫度不均為8%。又，因碳纖維束寬度方向上的溫度歷程不同而導致亦產生少量的碳纖維的強度不均及品位不均，且在寬度方向的一部分上亦觀察到起毛，但為不會成為問題的程度。
[比較例1]
除使用包含實施例1中使用的外側管的單層管的氣體噴出噴嘴作為設置在各密封室上的相同結構的氣體噴出噴嘴以外，與實施例1相同地製造碳纖維束。其結果，密封室寬度方向上的壓力不均小至3%，但在氣體噴出噴嘴的長度方向(噴嘴長度方向)上確認到由散熱所引起的溫度降低，密封室寬度方向上的溫度不均大至20%。又，因碳纖維束的寬度方向上的溫度歷程不同，而導致產生強度不均及品位不均，亦觀察到多個起毛。
[比較例2]
除將外側管的氣體噴出孔的孔面積變更為50mm2 以外，與實施例1相同地製造碳纖維束。其結果，在噴嘴長度方向上確認到斜流，密封室寬度方向上的壓力不均大至20%，溫度不均大至10%。又，所獲得的碳纖維強度少許降低，遍及寬度方向整個區域而觀察到數十根單位的起毛。
[比較例3]
如圖3(b)所示，除將內側管的圓周方向上的氣體噴出孔的行數變更為1行以外，與實施例1相同地製造碳纖維束。再者，此時的內側管的氣體噴出孔的孔數為24個，氣體噴出孔沿噴嘴長度方向均等地排列成一行。其結果，從內側管噴出的熱風(經加熱的氮氣)噴吹至外側管的單面而導致外側管產生熱應變，壓力不均大至10%，溫度不均大至10%。所獲得的碳纖維強度低，遍及寬度方向整個區域而觀察到數十根單位的起毛。運轉後，拔出氣體噴出噴嘴進行確認時，確認到因應變而導致氣體噴出噴嘴接觸於密封室的壁面，從而造成氣體噴出噴嘴局部有損傷。
[比較例4]
除將內側管的長度方向上的內側管的氣體噴出孔的孔間隔變更為400mm以外，與實施例1相同地製造碳纖維束。再者，此時的內側管的氣體噴出孔的孔數為16個，氣體噴出孔沿噴嘴長度方向均等地排列有四行。其結果，在自內側管噴出氮氣時產生不均，密封室寬度方向上的壓力不均為3%，但溫度不均少許大至10%。又，因碳纖維束寬度方向上的溫度歷程不同，而導致亦產生碳纖維的強度不均及品位不均，且亦觀察到起毛。
自以上得知，可藉由使用具有密封性能高且維護性亦良好的密封室的本發明的碳纖維束製造用碳化爐，而形成遍及碳化爐內的整個區域無不均的氣體環境，從而可獲得性能、外觀及操作性優異的碳纖維。
1‧‧‧碳纖維束製造用碳化爐(碳化爐)
2‧‧‧熱處理室
2a‧‧‧熱處理室的纖維束入口(入口部)
3‧‧‧入口密封室
3a‧‧‧夾持氣體噴出噴嘴而與纖維束平行地配置在與纖維束對向的位置上的頂板部分
3b‧‧‧夾持氣體噴出噴嘴而與纖維束平行地配置在與纖維束對向的位置上的底板部分
4‧‧‧氣體噴出噴嘴(雙層噴嘴)
5‧‧‧搬送路
6‧‧‧加熱器
S‧‧‧纖維束
W‧‧‧搬送路的寬度

Claims (13)

  1. 一種碳纖維束製造用碳化爐，其包含：熱處理室，具有供纖維束出入的纖維束入口及纖維束出口且填充有惰性氣體，對上述纖維束進行加熱；入口密封室及出口密封室，分別鄰接於上述熱處理室的上述纖維束入口及上述纖維束出口而配置，用以密封上述熱處理室內的氣體；氣體噴出噴嘴，設置在上述入口密封室及上述出口密封室的至少一者上；以及搬送路，沿水平方向設置在上述入口密封室、上述熱處理室及上述出口密封室內，用以搬送上述纖維束，且上述氣體噴出噴嘴具有包含中空筒狀的內側管與中空筒狀的外側管的雙層管結構，且配置在相對於上述纖維束的搬送方向而正交的方向且水平的方向上，在上述外側管上，多個氣體噴出孔沿上述外側管的長度方向遍及上述搬送路的寬度而配置，上述外側管的氣體噴出孔的孔面積為0.5mm2 以上且20mm2 以下，在上述內側管上，多個氣體噴出孔沿上述內側管的長度方向遍及上述搬送路的寬度、且氣體噴出孔的氣體噴出方向為上述內側管的圓周方向上的2個方向以上而配置，上述內側管的長度方向上的上述內側管的氣體噴出孔的孔間隔為300mm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其 中上述外側管的多個氣體噴出孔的流路長度(L)與上述氣體噴出孔的最長孔長度(D)的比(L/D)為0.2以上。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述外側管的長度方向上的多個氣體噴出孔的孔間隔為100mm以下。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述外側管的多個氣體噴出孔，沿上述外側管的長度方向遍及上述搬送路的寬度而以均等間隔配置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述內側管的多個氣體噴出孔的各孔面積為50mm2 以下。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述內側管的多個氣體噴出孔，沿上述內側管的長度方向遍及上述搬送路的寬度而以均等間隔配置。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述外側管的多個氣體噴出孔，配置在不朝向上述纖維束噴出惰性氣體的方向上。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其中在上述外側管上配置有形狀及尺寸相同的多個氣體噴出孔，且在上述內側管上配置有形狀及尺寸相同的多個氣體噴出孔。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述外側管的多個氣體噴出孔及上述內側管的多個氣體噴出孔，分別配置在上述內側管的氣體噴出孔的氣體噴出方向與上述 外側管的氣體噴出孔的氣體噴出方向無一部分重疊的位置上。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或雙方，具有在上述纖維束的搬送方向上以固定間隔配置有收縮片的迷宮結構。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的碳纖維束製造用碳化爐，其中上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或雙方，具有1組以上的夾持上述纖維束而配置在鉛直方向上對向的位置上的1組上述氣體噴出噴嘴。
  12. 一種碳纖維束的製造方法，其包含藉由如申請專利範圍第1項至第11項中任一項所述的碳纖維束製造用碳化爐而對上述纖維束進行加熱處理的步驟，且在上述步驟中，對上述氣體噴出噴嘴的內側管供給200℃至500℃的惰性氣體，且使上述惰性氣體自外側管的多個氣體噴出孔噴出，具有上述氣體噴出噴嘴的上述入口密封室及上述出口密封室中的任一方或雙方的寬度方向的溫度差成為8%以下。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的碳纖維束的製造方法，其中使上述氣體噴出噴嘴的長度方向上的每1m的流量為1.0Nm3 /hr以上且100Nm3 /hr以下而自上述氣體噴出噴嘴噴出惰性氣體，來對上述纖維束進行加熱處理。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014106135A1 (de) * 2014-04-30 2015-11-05 Thyssenkrupp Ag Düseneinrichtung und Verfahren zur Behandlung eines Stahlflachproduktes
DE102014009244B4 (de) * 2014-06-20 2016-07-28 Eisenmann Se Oxidationsofen
AU2018359010A1 (en) * 2017-11-02 2020-05-21 Furnace Engineering Pty Ltd Controlled atmosphere recirculation oven
JP6938402B2 (ja) * 2018-02-22 2021-09-22 光洋サーモシステム株式会社 熱処理装置
US20220008938A1 (en) * 2018-10-26 2022-01-13 Jfe Steel Corporation Slit nozzle and method for manufacturing high-silicon steel strip
KR102245796B1 (ko) * 2019-01-04 2021-04-28 주식회사 비아트론 기판 열처리 장치
KR102324641B1 (ko) * 2019-12-11 2021-11-10 동우에이치에스티 주식회사 가스 공급유닛 및 이를 포함하는 가스 오븐
US20230193522A1 (en) * 2020-03-30 2023-06-22 Toray Industries, Inc. Method for manufacturing carbon fiber bundle
CN112503952A (zh) * 2020-11-26 2021-03-16 东北大学 一种加热炉内气体供给装置
KR102498060B1 (ko) * 2021-04-12 2023-02-10 동우에이치에스티 주식회사 가스 공급유닛

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6284288A (ja) * 1985-10-07 1987-04-17 三菱化学株式会社 高温焼成炉
JP2004019053A (ja) * 2002-06-18 2004-01-22 Toray Ind Inc 炭素繊維製造用横型炭化炉およびそれを用いてなる炭素繊維の製造方法
JP2006274495A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Toho Tenax Co Ltd シール室
JP2010007209A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Mitsubishi Rayon Co Ltd 炭素繊維製造用炭化炉のシール装置
TW201224232A (en) * 2010-07-27 2012-06-16 Mitsubishi Rayon Co Fabricating method of carbon fibrous bundles

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5590621A (en) * 1978-12-26 1980-07-09 Kureha Chem Ind Co Ltd Production of carbon fiber
JPS608640Y2 (ja) * 1981-01-12 1985-03-27 三菱レイヨン株式会社 炭素繊維製造用焼成炉のガスシ−ル装置
US4543241A (en) * 1983-04-18 1985-09-24 Toho Beslon Co., Ltd. Method and apparatus for continuous production of carbon fibers
JPS608640A (ja) 1983-06-28 1985-01-17 Matsushita Electric Ind Co Ltd 熱交換換気装置
US5193996A (en) * 1983-10-13 1993-03-16 Bp Chemicals (Hitco) Inc. Method and system for producing carbon fibers
JPS62211383A (ja) 1986-03-12 1987-09-17 Mitsubishi Electric Corp 表面処理装置
JPS62263971A (ja) 1986-05-12 1987-11-16 Babcock Hitachi Kk 気相成長装置
JPH01207421A (ja) * 1988-02-12 1989-08-21 Toray Ind Inc 耐炎化装置及び耐炎化方法
JPH0796714B2 (ja) * 1990-02-17 1995-10-18 住友電気工業株式会社 プラズマｃｖｄ装置
CN1047574C (zh) * 1993-02-25 1999-12-22 东北工学院 纤维活性炭连续制造方法及生产炉
JP3373615B2 (ja) 1993-09-30 2003-02-04 株式会社ブリヂストン 空気入りタイヤ
JP3722323B2 (ja) * 1997-02-14 2005-11-30 東レ株式会社 炭素繊維とその製造方法および製造装置
JP4377007B2 (ja) 1999-09-30 2009-12-02 三菱レイヨン株式会社 炭素繊維の製造方法
JP3764917B2 (ja) 2004-03-26 2006-04-12 関西ティー・エル・オー株式会社 高周波微小振動測定装置
JP2007224483A (ja) 2006-01-30 2007-09-06 Toray Ind Inc 炭素繊維束の製造装置および炭素繊維の製造方法
JP4838700B2 (ja) * 2006-12-25 2011-12-14 三菱レイヨン株式会社 熱処理装置および熱処理方法
KR101412767B1 (ko) * 2010-08-19 2014-07-02 주식회사 엘지화학 유체 공급 장치 및 이를 이용한 박판 세정 시스템 및 방법
CN101956248A (zh) * 2010-09-17 2011-01-26 西安航科等离子体科技有限公司 用于生产连续碳纤维的低温碳化炉
DE102011010298B3 (de) * 2011-02-03 2012-06-14 Eisenmann Ag Oxidationsofen

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6284288A (ja) * 1985-10-07 1987-04-17 三菱化学株式会社 高温焼成炉
JP2004019053A (ja) * 2002-06-18 2004-01-22 Toray Ind Inc 炭素繊維製造用横型炭化炉およびそれを用いてなる炭素繊維の製造方法
JP2006274495A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Toho Tenax Co Ltd シール室
JP2010007209A (ja) * 2008-06-27 2010-01-14 Mitsubishi Rayon Co Ltd 炭素繊維製造用炭化炉のシール装置
TW201224232A (en) * 2010-07-27 2012-06-16 Mitsubishi Rayon Co Fabricating method of carbon fibrous bundles

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