JP4386426B2 - 炭素化炉 - Google Patents

Description

本発明は、耐炎化繊維を焼成処理して炭素繊維を製造する炭素化炉に関する。
さらに詳しくは、耐炎化繊維を連続的に導入する入口、炭素繊維を連続的に導出する出口を有しており、加熱炉内で高温の不活性気体により耐炎化繊維を炭素繊維に変換する炉であって、特に、耐炎化繊維・炭素繊維に接触することなく、入口・出口からの不活性気体の漏れを低減することができるシール室を有する炭素化炉に関する。

炭素繊維は、他の繊維と比較して優れた比強度、比弾性率、金属と比較して優れた比抵抗、高い耐薬品性など多くの優れた特性を有し、その優れた各種特性を利用して樹脂との複合材料用の補強繊維他工業用途に、またスポーツ、航空宇宙分野に幅広く利用されている。

炭素繊維は、ポリアクリロニトリル、レーヨン等の前駆体糸条を酸化性雰囲気中２００〜３００℃で耐炎化処理した耐炎化繊維を窒素、アルゴン等の不活性雰囲気中８００〜２０００℃以上で炭素化処理することによって得られる。さらに、温度１５００〜３０００℃で黒鉛化を行い、引張弾性率の一段と高い黒鉛繊維を製造することも行われている。本発明では、炭素化と黒鉛化を合わせて単に炭素化と称している。これら炭素化・黒鉛化製造工程では、生産効率を上げるため、炭素化・黒鉛化炉内で耐炎化繊維を多糸条並べて走行させ、所定の処理を施すことが多い。

耐炎化繊維の炭素化炉への導入・炭素化炉から導出のために設けられている入口・出口には、抵抗を設けて加熱炉内への空気の流入・加熱炉外への不活性気体の流出を極力抑えるようにシールすることによって、加熱炉内の温度・雰囲気の適正化・均一化を図り、高品質な炭素繊維を得ようとするのが普通ある。
このシールとしては、処理される耐炎化繊維にダメージをあたえないように、ラビリンスシールに代表される非接触型のシールが用いられているが、熱対策、掃除等のメンテナンスの面で不十分であった。

特許文献１、２には、ハニカム材で構成された多数のセルを多数設けた二次元的なシール室を用いて、幅方向へのラビリンス効果と軽量化とを達成する方法、雰囲気ガス流の乱れによる耐炎化繊維に与えるダメージを極力抑える方法が示されている。

この方法では、シール室本体が煩雑な構造となり、シール機構や加熱炉内の掃除を含めたメンテナンスが困難であるといった問題点があった。

さらに、特許文献３〜６には液体シールを用いる方法が示されている。これらの方法では、液体の蒸発に細かな配慮が必要であると同時に、蒸発水分の炉内への進入を防止するため、シール装置の構造自体が煩雑なものとなるといった問題があった。

特開昭６１−９７４６１号公報 特開昭６２−２４３８３１号公報 特開昭６２−１０５８９号公報 特開昭６２−１６２０２１号公報 特開昭５１−１１６２２４号公報 特開昭５１−１１９８３４号公報

本発明では、加熱炉炉内全域にわたり斑のない雰囲気をつくることができ、耐炎化繊維に与えるダメージを極力抑え、シール室・加熱炉内の掃除等のメンテナンス性が良好な、炭素化炉を提供することを目的とする。

本発明は、加熱炉とこの加熱炉の耐炎化繊維入口および炭素繊維出口のそれぞれ設置されたシール室からなり、シール室が耐炎化繊維の移送面を境として、独立して上下方向に移動する、耐炎化繊維を不活性雰囲気中で連続的に炭素化する炭素化炉を要旨とする。

本発明によれば、以下の効果が得られる。
１）加熱炉内全域にわたり斑のない雰囲気をつくることができる。
２）耐炎化繊維に与えるダメージを極力抑えることができ、炭素繊維の品質品位が向上する。
３）シール室、加熱炉ともにメンテナンス性が良好である。
４）炭素繊維の製造に占めるユーティリティー費低減により製造コスト低減が可能である。

以下、本発明の炭素化炉を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の炭素化炉の耐炎化繊維入口と加熱炉の前方部分をのたて断面を示した図である。

図１において、耐炎化繊維１は、シール室上部２Aとシール室下部２Bとの間に形成された間隙を通過して、加熱炉内５に導入される。そして、耐炎化繊維は炭素繊維に転換され、シール室上部とシール室下部（いずれも図示せず）との間に形成された間隙を通過して外部へ導出される。

シール室上部２Aとシール室下部２Bは、それぞれ別個に高さ調節機３A、３Bにより上下方向に移動することができ、両者の間に形成された間隙の大きさはこれにより調節することが可能である。シール室内部や加熱炉内部の清掃を行う際には、シール室上部２Aとシール室下部２Bを大きく上下に上げ下げして間隙広くすることができる。

加熱炉内の不活性気体は、たとえば、図１に示したように加熱炉とシール室との間に設けた部屋に不活性気体を供給する供給口４から吐出され、図示していない排気孔から排出される。排気孔は導出側のシール室と加熱炉炉との間に吐出孔と同様に部屋を設け、そこに設けることが好ましい。

加熱炉内の不活性気体は、大気圧より若干高めに維持することが必要である。

シール室上部とシール室下部には、耐炎化繊維（炭素繊維）の進行方向に対して直角方向に隔壁２個以上を設けて形成した膨張室を２段以上有する。膨張室の大きさは、前記間隙とともに、導入する耐炎化繊維（導出する炭素繊維）の厚み、揺れの大きさに応じて調整することが肝要である。

（実施例）
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
以下の条件は全ての実施例、比較例で同じである。
耐炎化繊維 ： 総繊度１０００テックスの耐炎化繊維
投入繊維数 ： ２００本
加熱炉有効幅 ： １．３ｍ
処理時間 ： １．５分
加熱炉内温度 ： １０００℃
不活性気体供給流量 ： ２００Ｎｍ^３／時間

シール室上部とシール室下部とに膨張室をそれぞれ２段有する炭素化炉を用い、シール室間隙１０ｍｍとして炭素化を行った。このとき、シール室間隙からの吹出し風量は、５０Nm^３／時間であった。加熱炉内幅方向の風速斑が５％以内と小さく、得られた炭素繊維は強度および品位共に良好なものであった。

シール室間隙を１５ｍｍにしたほかは実施例１と同様に炭素化を行った。シール室間隙からの吹出し風量は、６０Nm^３／時間であった。加熱炉内幅方向の風速斑が５％以内と小さく、得られた炭素繊維は強度および品位共に良好なものであった。

シール室上部とシール室下部とに膨張室をそれぞれ４段有する炭素化炉を用い、シール室間隙１０ｍｍとして炭素化を行った。このとき、シール室間隙からの吹出し風量は、３０Nm^３／時間であった。加熱炉内幅方向の風速斑が３％以内と小さく、得られた炭素繊維は強度および品位共に良好なものであった。

シール室間隙を１５ｍｍにしたほかは実施例３と同様に炭素化を行った。シール室間隙からの吹出し風量は、４０Nm^３／時間であった。加熱炉内幅方向の風速斑が３％以内と小さく、得られた炭素繊維は強度および品位共に良好なものであった。

本発明の炭素化炉の耐炎化繊維入口と加熱炉の前方部分をのたて断面を示した図

符号の説明

１ 耐炎化繊維
２A シール室上部
２B シール室下部
３A 高さ調節機
３B 高さ調節機
４ 不活性気体供給口
５ 加熱炉内
６ ヒータ

Claims (2)

1. 加熱炉とこの加熱炉の耐炎化繊維入口および炭素繊維出口のそれぞれ設置され、高さ調節機を備えたシール室からなり、シール室が耐炎化繊維の移送面を境として、独立して上下方向に移動する、耐炎化繊維を不活性雰囲気中で連続的に炭素化する炭素化炉。
2. 加熱炉とシール室との間に不活性気体を供給する供給口を供えた部屋を有する請求項１記載の炭素化炉。

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