JPS6246646B2

JPS6246646B2 -

Info

Publication number: JPS6246646B2
Application number: JP21094381A
Authority: JP
Inventors: Osamu Yoshinari; Makoto Sugyama; Hideki Nakai
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1981-12-26
Filing date: 1981-12-26
Publication date: 1987-10-03
Also published as: JPS58126316A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は炭素繊維を連続的に製造する垂直焼成
装置に関する。更に詳しくは、原料繊維を上方よ
り垂直に走行させて連続的に炭素繊維を製造する
装置において、焼成室の中段に、不活性ガスカー
テンを形成させるための不活性ガス噴出口と焼成
室内ガス取出口とを設けた炭素化炉に関するもの
である。

炭素繊維の製造は、一般にポリアクリロニトリ
ル系繊維、セルロース系製造等の有機質繊維を酸
化性雰囲気中で熱処理（耐炎化処理）した後炭素
化炉にて不活性ガス雰囲気中は又は非酸化性雰囲
気中で300℃以上の温度で炭素化することによつ
て行なわれる。この炭素化工程においは、予備酸
化処理された有機繊維が熱分解して炭素繊維とな
るが、このとき1500℃以上、必要によつては2000
℃以上の黒鉛化温度にまで加熱焼成するのが一般
である。

このようにして得られる炭素繊維の強伸度はミ
クロボイド等に起因する繊維内部の欠陥のほか繊
維表面のクラツク等の欠陥により著しく低下す
る。高性能の炭素繊維を得るには、表面欠陥の少
ない炭素繊維を製造することが極めて重要であ
る。

炭素化工程は、耐炎化繊維を不活性ガス雰囲気
中300〜1500℃、必要によつては黒鉛化温度の
2000℃以上の温度で張力下加熱処理することによ
つて行われる。

この炭素化工程において、耐炎化繊維は、焼成
温度の上昇に伴つて各種の分解生成物を放出しな
がら炭素化されるが、分解生成物の放出はその大
部分が300〜900℃の温度域で行われることが知ら
れている。この温度域で発生する分解生成物は、
その発生温度条件下ではガス状であるが、この分
解ガスが、たて型炉における炉内の上昇気流につ
れて低温域に入ると温度低下によりタールミスト
となる。タールミストとなつて分解生成物は一部
は炉壁面や繊維表面に付着するに至る。

タールミストが炉壁面に付着するとその粘着性
のゆえに炉内に浮遊する繊維の毛羽を捕捉して炉
内付着物となる。このものは連続運転時に順次生
成し、ついには生成した付着物が通過繊維との接
触により繊維表面に損傷を生ぜしめ、或いは炉内
繊維通路の部分狭窄により気流の均一性を乱す等
の悪影響を及ぼすようになる。

通過繊維とタールミストの接触は、著しい場合
には単繊維間の膠着を生起させ、また高温域での
タールミストの付着は繊維の表面欠陥を生起さ
せ、この結果、製品炭素繊維の強伸度が低下す
る。

更に、ある種の分解生成ガスは、高温域に進行
して繊維と接触した場合、繊維の強度を著しく低
下させる。

本発明者等は、糸条を上方より供給し、ほぼ垂
直方向に走行させつつ炭素化するための、たて型
炭素繊維焼成炉において、300〜900℃付近で発生
する分解ガスを有効に除去することについて検討
した結果、本発明に至つた。

すなわち本発明は、下端が外気とシールされ上
端が開放されている炭素繊維焼成用加熱筒の内空
部を繊維通路兼焼成室とし、上端より繊維を供給
し焼成後繊維を下端よりシール機構を介し取出す
たて型焼成炉において、(a)下端シール直上部に設
けられた不活性ガス供給口と上端開放口直下部に
設けられたシールガス抜き口との間に、焼成室を
横切つて不活性ガスカーテンを形成させるための
不活性ガス噴出口列を複数段設け、かつ(b)それぞ
れの不活性ガス噴出口列直下に隣接して、圧力調
整弁に連結した焼成室内ガス排出口を開口させた
炭素繊維の焼成装置である。

本発明装置によると、高温側で発生した分解ガ
スが低温側に流入してタールミストを生じること
がなく、したがつてタールミストの炉壁面や繊維
表面への付着がなく、また分解ガスが処理途中の
繊維と接触することもないので、高品質の炭素繊
維を長時間にわたり安定的に製造することができ
る。

本発明装置は、炭素化工程のうち熱分解ガスの
発生が特に多い300〜900℃付近までの熱処理に有
効に使用される。

本発明装置によつて処理される繊維は、ポリア
クリロニトリル系繊維あるいはセルロース系繊維
を熱処理した後の通常の炭素化工程に供されるた
めの繊維である。

本発明装置の実施例を図面によつて説明する。
第１図は本発明装置の断面概念図を示すものであ
る。第１図において、処理されるべき繊維１は焼
成用の加熱筒２に導入される。加熱筒の内空部は
焼成室であると同時に繊維通路でもある。加熱筒
の上端は繊維導入口３となり開放されている。加
熱筒の下端は繊維導出口７であり、シール機構
（図示せず）と連通している。加熱筒２の外側は
加熱機構４を有する。

加熱筒２の上部は予熱機構及びシール機構（い
ずれも図示せず）となつており、上端の繊維導入
口３の直下部にシールガス抜き口５が開口してい
る。このガス抜き口は上端の繊維導入口から繊維
とともに加熱筒内に入つた系外ガス（例えば空
気、水蒸気）を下方からの上昇ガスと一緒に炉外
に排出させ、内部を不活性雰囲気に保持させる。
炉内下方からの上昇ガスが繊維導入口３から系外
に排出されると、炉内ガスが導入口付近で急冷さ
れ炉内ガスに含まれる分解ガスがミストとなり繊
維表面及び導入口に付着蓄積し繊維の切断、膠着
時の品質低下の原因となることがある。こうした
事態は、前記のように繊維導入口３の直下にシー
ルガス抜き口５を設けることにより有利に防止で
きる。更に繊維導入口での分解ガスミストの蓄積
を防止するために繊維導入口を加熱することもあ
る。

加熱筒の下端は繊維導出口７であり、ここに不
活性ガス供給口６が付設され、シール機構と連通
している。繊維は、このような加熱筒内に導入さ
れ加熱筒の内空部（焼成室）で加熱焼成されて炭
素化し下端のシール機構を経て取出される。この
シール機構としては、液体シール、ローラーシー
ル、又は不活性ガスカーテンシールが適宜採用さ
れる。焼成室から取出された繊維は、巻取られる
か、又は更に高温の処理炉に連続的に供給され
る。

加熱機構４は繊維の走行方向につれて次第に高
温になるよう設計されている。加熱筒内のガス流
は繊維の走行方向と対向している。

本発明装置では、以上の焼成炉において加熱筒
の下端部に設けられた不活性ガス供給口６と上部
に設けられたシールガス抜き口５との間に、不活
性ガス噴出口列８が複数段設けられている。この
不活性ガス噴出口列から補給される不活性ガスは
予熱機構９により予め炉内温度に加熱されてい
る。不活性ガス噴出口列から補給された不活性ガ
スは焼成室を横切つて繊維の周囲にガスカーテン
を形成し、これにより焼成室下方からの上昇気流
がが遮断される。不活性ガスカーテンによつて遮
断された上昇途上の内部ガスはガス取出口１０か
ら系外に排出される。このとき加熱筒内は通常５
〜100mmH₂O程度の加圧状態にあるため、ガス取
出口は圧力調整弁１１に連結されている。不活性
ガス噴出口列８及びガス取出口１０付近の拡大概
念見取図を示すと第２図の通りである。

第２図において不活性ガス噴出口８より繊維１
に向つて噴射された不活性ガスは繊維の周囲にガ
スカーテンを形成し、上昇してきた加熱筒内のガ
スを遮断し、上昇ガスはガス取出口１０から取出
される。

不活性ガス噴出口列は焼成室内に複数段設けら
れ、ガスカーテンが複数段形成される。噴出口列
は、炉内の雰囲気温度の境界ごとに設けるのがよ
い。このようにすると、加熱筒内で発生した分解
ガスが、より上部にある低温側の分解途上の繊維
や雰囲気ガスと接触するとなく系外に排出され、
このため分解ガスが繊維表面や壁面にタールミス
トとして付着することがなく、繊維性能に悪影響
を与えず、また長期の安定運転を可能にするので
ある。

次に第１図の装置を使用して炭素繊維を製造す
る方法につい説明する。

アクリロニトリル系繊維より誘導された酸素結
合量６〜15％（重量）の耐炎繊維ストランド又は
トウを繊維導入口３より炉内に供給する。この導
入口はタールの付着を防止するため250〜350℃に
保持されている。繊維は、ほぼ300℃に加熱され
ている誘導部加熱筒の上部を通り予熱される。こ
の際繊維束内に含まれる外気、特に空気は内部ガ
スによつて置換され、空気等を含んだガスは、シ
ールガス抜き口５から系外に排出される。繊維は
通常百ないし数万フイラメント構成の繊維束で供
給されるから、前記ガス置換は充分に行う必要が
ある。

次いで繊維は、更に高温の約500〜700℃に加熱
された第１の高温ゾーンに入る。この際繊維は、
窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスのカー
テン域を通る。補給されるガスは、補給口の下側
のゾーンの温度まで加熱されたものが用いられ
る。これは炉内分解ガスが補給ガスによつて急冷
されてミストを発生することを防止し、また炉内
温度の変動を防ぐためである。ガス噴出口からの
ガス補給に際し繊維に向つて余り強く吹き付ける
ことは、繊維の毛羽発生の原因となるので好まし
くない。ガス補給は水平又は若干下向きに噴射す
るのが好ましい。

繊維は約500〜700℃の前記第１の高温ゾーンで
約10〜60秒熱処理を受け、次の不活性ガスカーテ
ン域を通り、更に第２の高温ゾーンに入る。ここ
は約750〜950℃に加熱されており、ここでの処理
時間は約５〜40秒である。

最後に、繊維は繊維導出口７を通りシール機構
を経て系外に取出される。シール機構としては、
例えば窒素ガスカーテンとローラーシールの組合
せ方式が好ましい。

かくして得られた低炭素化繊維は更に約900〜
1500℃に保持した不活性雰囲気の高温炉中で約35
〜200秒加熱処理し、下記性能の炭素繊維を得
る。

繊度 790〜810tex 引張弾性率 23.9〜25.0Ton／mm² 引張強度 415〜450Kg／mm² 変動係数（CV）＝４％以下引張伸度 1.72〜1.86％本発明装置に12000フイラメント構成の耐炎繊
維束300本を同時に適した場合約480時間の連続運
転が可能である。また、このようにして得られた
繊維束は毛羽、膠着の発生が少なく、かつ強度の
均一性に富んだ高品質の炭素繊維である。更に本
発明装置によると分解ガスが高濃度で回収される
ため排ガスの焼却処理が容易である。一方、同じ
装置を用い中段での不活性ガスの補給と炉内ガス
の中途排気を行なわなかつた場合は、約320時間
の連続運転で、特に300〜700℃のゾーンの炉壁に
毛羽及びタールの付着による炉の部分閉塞が発現
し、得られた製品に毛羽立ちが認められるととも
に引張強度350Kg／mm²以下で、かつ変動係数
（CV）＝９％と強度が低く均一性に劣るものであ
つた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一例の断面概念図、第２
図は本発明装置の不活性ガス噴出口列及びガス取
出口付近の拡大概念見取図である。１：繊維、２：加熱筒、３：繊維導入口、４：
加熱機構、５：シールガス抜き口、６：不活性ガ
ス供給口、７：繊維導出口、８：不活性ガス噴出
口列、１０：ガス取出口、１１：圧力調整弁。

Claims

【特許請求の範囲】

１下端がシールされ上端が開放されている炭素
繊維焼成用加熱筒の内空部を焼成室とする垂直焼
成炉において、(a)下端シール直上部に設けられた
不活性ガス供給口と上端開放口直下部に設けられ
たシールガス抜き口との間に、焼成室を横切つて
不活性ガスカーテンを形成させるための不活性ガ
ス噴出口列を複数段設け、かつ(b)それぞれの不活
性ガス噴出口列直下に隣接して、圧力調整弁に連
結した焼成室内ガス取出口を開口させた炭素繊維
の連続焼成装置。