JPH03227441A - 炭素繊維不織布の製造方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明はピッチ系の炭素繊維の不織布を製造する方法お
よび製造装置に関する。

本発明はピッチ系炭素繊維のシート状物の製造工程の中
で、大きな発熱を伴うため最も温度制御が難しい不敵化
工程において、温度の均一化のためにシート状物を薄く
し、不融化前の極めて強度が低い繊維の集合体を繊維に
損傷を与えずに取り扱いができ、しかも装置寸法が小さ
く、熱効率の良好な製遠方法および装置に関する。

本発明によって製造される不織布は均一性が高く、化学
的に安定で、炭化温度が高い場合には優れた導電性を示
す０本発明の不織布は非酸化性雰囲気で使用する断熱材
、電磁波シールド材、電極材料、抵抗発熱体、触媒担体
、複合材料の強化繊維に用いて優れた性能を示す。

（ロ）従来の技術 従来からピッチ系の炭素繊維の不織布は、ピッチの遠心
紡糸あるいはメルトブロー紡糸によって作られて来た。

遠心紡糸法によると、溶融されたピッチを高速で回転す
るダイから押し出し、糸状に成形する。タイから振り飛
ばされた繊維を別の気流により移送してベルト状の受器
の上に受けた後、ベルトの上で不融化および炭化を行う
、またメルトブロー法の場合、紡糸口金から押し出した
ピッチを高速気流によって牽引して繊維状に成形する。

得られた繊維をベルト状の受器の上に受けた後、ベルト
の上で不融化および炭化を行う、この全工程は従来から
実質的には連続的に行われて来た。

この方法は設備が簡略であり、運転し易い利点を有する
が、ピッチ繊維の層が厚い場合には不融化時に発熱によ
り溶融発泡を生じ易く、薄い場合には不融化炉が非常に
長くなり、コストが高くなる欠点がある。この欠点を改
良するため、不融化炉内の気流速度を大きくすることが
行われるが、不融化段階のピッチ繊維は極めて弱いため
、繊維に損傷が生じる問題がある。また炭化工程も不融
化と連続して行われるため、薄いシートで行われること
が多く、設備が大型化しコストが高くなる問題がある。

またこれらの方法に共通の問題点として、多孔質ベルト
の上に堆積した繊維シートが、中心部では均一であるが
両縁では厚さも繊維の配向性も不均一であることがある
。有機繊維の不織布の場合には、ベルトの上に特殊な掻
き寄せ装置を付けたり、ベルト背面からの吸引をベルト
縁部で強くする方法が用いられるが、ピッチ繊維は脆く
弱いためこのような条件でのシート化は繊維の損傷が激
しく、実用的ではない。

シートを均一化するために不融化、あるいは炭化処理後
両縁を切り落とす方法が従来採用されるが、炭素繊維は
有機繊維のように不織布の屑からの再使用は困難な問題
があり、収率低下によるコスト上昇の問題がある。

（ハ）発明が解決しようとする課題 本発明は、ピッチ系の炭素繊維の不織布の製造に際し、
特に不敵化工程で薄いシートでの処理が望まれ、そのた
めに設備が大型化し、コストが上昇する問題を解決する
ことを目的とする。

本発明はまた、ピッチ系の炭素繊維の不織布が両縁部で
薄く、配向性が中央部と異なる問題を解決することを目
的とする。

（ニ）課題を解決する手段 本発明は多孔質のトレーに載せたピッチ繊維の薄いシー
ト状集合体を重ねてトレーに載せたままトレーをも多数
積み重ねた後不融化を行い、さらに後の工程でシート状
集合体の重ね方を変えて一部が重なり合うようにトレー
上から移動させて連続シート化し、炭化を行うことを特
徴とする炭素繊雄不織布の製遠方法である。

熱処理する物品をトレーに載せて多数積み重ね、窯の中
に装入する方法はパン焼き窯などには古くから用いられ
ている。またセラミックの焼成の際にも、莢に入れた成
形物を多数台車の上に積み上げて、これをトンネル窯に
通して焼成することが広く行われる。このような焼成法
は窯の設置面積を削減し、熱効率を高める利点を有する
。

しかし繊維シートの熱処理のように、対象物が連続的に
供給されるものの場合、これを改めて積み重ねることは
余分な人手と装置を必要とし、繊維に損傷を与えること
が多いため、従来はほとんど行われることがなかった。

しかし一定寸法に切断しトレーに載せて不敵化したシー
ト状集合体の一部が重なり合うように重ね合わせた場合
、従来の方法では見られない種々の品質的な利点がある
ことがわかった。

本発明においてピッチ繊維を多孔質のトレーに載せる工
程は、その一つの実施態様を第１図に示すように、好ま
しくは該トレーを連続的に供給しつつ該トレーの背面か
ら吸引し、紡出されるピッチ繊維をシート状に採取する
ものである。

トレーに載せたピッチ繊維はトレー毎に切り離した後、
例えば第２図に示すように積み重ねてトンネル窯の中で
不融化処理される。小規模な設備の場合不融化処理を箱
型の炉によりバッチ式で行うこともできる。

本発明のトレーに載せたピッチ繊維のシート状集合体の
連続シート化を行う工程は、熱処理温度４５０〜１００
０℃の軽度の炭化後に置くことが好ましい、軽度に炭化
したピッチ′系の炭素繊維は、炭化前の繊維や高度に炭
化した繊維よりも伸度が大きく、連続シート化に伴う絡
合等の加工による繊維の損傷が少ない利点を有する。

トレーに載せたピッチ繊維のシート状集合体の連続シー
ト化は、好ましくはニードルパンチ、柱状液流の衝突あ
るいは高速気流の衝突による絡合により実施する。これ
によりシート状集合体を厚みが大きく均一なものにする
ことができる。またトレー上への採取の際に多数の薄層
状に形成されているシート状集合体に、眉間に相互の繊
維を移行させて薄層構造を少なくすることができる。

トレーに載せたピッチ繊維のシート状集合体の連続シー
ト化の際に、第３図に示すようにシート状集合体はトレ
ーの進行方向と９０°方向を変えて、各のシートの１０
〜９０％（面積）を重ね合わせることが好ましい。これ
により各のシートの縁部が持つ目付および配向の不均一
性が解消され、縁部の除去が不要になる。各のシートを
重ね合わせる比率が１０％未満の場合、重ね合わせる部
分の繊維の配向が、つなぎ目の方向に平行する方向に強
くなり、裂は易くなるので好ましくない、また９０％以
上の場合、シートを重ね合わせる枚数が１０枚以上にな
り、眉間の剥離による欠陥を生じ易くなるため好ましく
ない。各のシートを重ね合わせる比率は好ましくは５０
〜８５％である。

本発明の炭素繊雄不織布の不敵化工程に用いる装置は、
好ましくはトレーに載せたピッチ繊維のシート状集合体
の不融化装置が、台車の上にトレーを多数積み重ねたも
のを連続的に送入する、トンネル状の炉である。この炉
の実施態様の一つを第２図に示す。

本発明の炭素繊雄不織布の炭化工程に用いる装置は、好
ましくはハースローラ−炉である。メツシュベルトタイ
プの炉では、ベルトの耐熱性の観点から冷却ゾーンを設
ける必要があってコスト高となるため好ましくない。

本発明の炭素繊雄不織布の原料であるピッチ繊維の紡糸
工程に用いる装装置は、好ましくは溶融紡糸直後の空中
に浮遊するピッチ繊維を、背面から吸引しつつ移送する
多孔質トレーの上に該トレーと実質的に同一寸法のシー
ト状集合体として捕集するものである。

本発明においてピッチ繊維の製造は、溶融したピッチを
通常の紡糸口金から紡出し、気流もしくはローラーによ
って牽引する、スパンボンド式の紡糸方法、高速気流の
中に出口を有する紡糸孔もしくはスリットから紡出する
、メルトブロー式の紡糸方法、高速回転するポットから
遠心力により散布して液流化する遠心紡糸法の、いずれ
かにより製造することが好ましい、中でも特にメルトブ
ロー法が好ましい。

メルトブロー法にはスリット状の高速気流の吐出孔の中
に、紡糸孔を一列に並べる方法あるいはスリットを設け
る方法、および礼状の高速気流の吐出孔の中に紡糸孔を
１個ないし数個設ける方法が知られているが、本発明に
対してはいずれの方法も使用することが出来る。

本発明に使用するピッチは溶融紡糸および不敵化処理が
可能な高軟化点ピッチである。ピッチは等方性のもので
あっても良く、また光学異方性のものであっても良い。

（ホ）作用 本発明は多孔質トレーの上に載せたピッチ繊維のシート
状集合体を、トレーといっしょに重ね合わせて台車等の
移送装置に載せ不融化処理することにより、不融化装置
の容積効率を高め、エネルギー効率を改善するものであ
る。またトレーといっしょに重ね合わせるなめ、ピッチ
繊維のシート状集合体を薄くしても大きなコスト上昇を
起こさない利点があり、不融化処理時の発熱による繊維
の劣化、融着あるいは発泡などの問題を回避できる利点
がある。

本発明はこのようにして不敵化したピッチ繊維のシート
を部分的に重なり合うようにして多数重ね合わせて連続
シート化する。これにより目付が大きく長尺のシートが
得られるばかりでなく、シートの均一性が増し、重ね合
わせの際の絡合により、シートが薄層に剥離し易い欠点
も解消する。

またピッチ繊維をシート化する際に縁部の日付や性能が
中央部と異なる問題も、この重ね合わせの際にシートを
９０°回転させることにより、解消することができる。

（へ）実施例 次に、実施例により本発明を更に具体的に説明する。

実施例　１ 軟化点２８５°Ｃ１光学異方性分率１００％の石油系ピ
ッチを原料とし、内径０．３ｆｉ外径０．６　ｎｍの原
料吐出用管状ノズルを内蔵する直径０．８　ｒｍの紡糸
孔を有する口金を用い、管状ノズルの周辺から加熱空気
を噴出させて、溶融ピッチを牽引して紡糸を行った。ピ
ッチの吐出量、１２ｇ／８０＃ホール・分、ピッチ温度
３１０℃、口金温度３７０°Ｃ１加熱空気の流量０．４
０ｋｇ／分、加熱空気の温度３７０℃、加熱空気の圧力
１．５ｋＩｒ／ａｍ２Ｇであった。

紡出された繊維を、捕集部分が２０メツシユのステンレ
ス製金網で出来たトレーを、第１図に示すような様式で
連続的に供給し、該トレーの背面から吸引して、トレー
上に捕集した。トレーの寸法は１２０　ＣＩＩＸ　１２
０■、捕集したピッチ繊維はトレー１個当たり６０ｇで
あった。

ピッチ繊維のシートをトレーといっしょに２０枚ずつ台
車に積み、第２図に示すような不融化炉に送入して空気
酸化により不融化を行った。炉の最高温度３００℃、最
高温度の位置までの移動時間１００分、出口までの残り
の滞在時間１５分であった。

不融化炉を出てかにすぐに、不活性ガス中で炭化処理し
た。最高温度６３０℃、昇温速度は１０℃／分であった
。

得られた炭素繊維シートの移送方向を９０”変え、各の
シートを７５％ずつ重ね合わせて６５パンチ／Ｃ１＋２
の密度でニードルパンチを行った後、１４００℃で炭化
を行い炭素繊雄不織布とした。

得られた目付２２０ｇ／ｍ２の不織布は均整度が高く、
優れた強度、耐薬品性を示した。

実施例　２ 実施例１の紡糸装置のかわりに０、幅３閣のスリットの
中に直径０．１５ａｍの紡糸孔を一列に３２０個有する
口金を用い、ピッチ繊維を製造した。ピッチの吐出量５
０ｇ／ｎｉｎ　、ピッチ温度３０５°Ｃ１加熱空気温度
３１０℃、加熱空気の圧力１．２　ｋｇ／ａ＋＋２Ｇで
あった。

繊維の採取装置および不融化装置および炭化装置として
実施例１と同様の装置を用いたところ、同様に優れた炭
素繊雄不織布が得られた。

実施例　３ 実施例１の紡糸装置のかわりに、スパンボンド法の紡糸
機を用いたところ、同様に優れた炭素繊雄不織布が得ら
れた。

比較例　１ 実施例１と同様の紡糸機を用い、ピッチ繊維の捕集装置
に多孔質ベルトを用いてシートを採取し、得られたシー
トを連続して不融化処理し、炭化処理した。捕集の際に
シートの目付が最終的に得られる不織布の目付が実施例
１と同一になるように、ベルト速度を遅くした。（従来
法） 得られたシートは厚みが大きいため不融化の際に発熱に
より不均一になり易く、昇温速度を太きくできず、炉内
の最高温度の場所までの移動時間は、３２０分以上が必
要であった。

（ト）発明の効果 本発明はピッチ系の炭素繊維の不織布を製造する方法お
よび製造装置に間する。

本発明はピッチ系炭素繊維のシート状物の製造工程の中
で、大きな発熱を伴うため最も温度制御が難しい不敵化
工程において、温度の均一化のためにシート状物を薄く
し、不融化前の極めて強度か低い繊維の集合体を繊維に
損傷を与えずに取り扱い、しかも装置寸法が小さく、熱
効率の良好な製遠方法および装置に関する。

本発明によって製造される不織布は均一性が高く、化学
的に安定で、炭化温度が高い場合には優れた導電性を示
す、本発明の不織布は非酸化性雰囲気で使用する断熱材
、電磁波シールド材、電極材料、抵抗発熱体、触媒担体
、複合材料の強化繊維に用いて優れた性能を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のピッチ系炭素繊維の不織布の製造装置
の、ピッチｍ維の捕集装置の縦断面を示す略図である。 第２図は不融化装置の縦断面を示す略図である。第３図
は不敵化したピッチ繊維もしくは炭素繊維のシートを重
ね合わせて連続したシートに成形する積層方法の概要を
示す、積層シートを斜め上方から見た略図である。 １・・・繊維シート、２・・・トレー、３・・・吸引ダ
クト、４・・・紡糸機、５・・・紡糸筒、６・・・切断
装置、７・・・不融化炉、８・−・トレー運搬車。 以上 出　願　人　　株式会社　ベ　ト 想弁理士佐々井弥太部 カ （４１１名） 第１図

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質のトレーに載せたピッチ繊維の薄いシート
   状集合体を重ねてトレーに載せたままトレーを多数積み
   重ねた状態で不融化を行い、さらに後の工程でシート状
   集合体の重なり方を変えて一部が重なり合うようにトレ
   ー上から移動させて連続シート化し、炭化を行うことを
   特徴とする炭素繊雄不織布の製遠方法。
2. （２）請求項１記載のピッチ繊維を多孔質のトレーに載
   せる工程が、該トレーを連続的に供給しつつ該トレーの
   背面から吸引し、紡出されるピッチ繊維をシート状に採
   取する工程であることを特徴とする炭素繊維不織布の製
   造方法。
3. （３）請求項１又は２のいずれか一に記載のトレーに載
   せたピッチ繊維のシート状集合体の連続シート化が、熱
   処理温度４５０〜１０００℃の軽度の炭化後であること
   を特徴とする炭素繊維不織布の製造方法。
4. （４）請求項１又は３のいずれか一に記載のトレーに載
   せたピッチ繊維のシート状集合体の連続シート化が一部
   の重なり合いの外にニードルパンチ、柱状液流の衝突あ
   るいは高速気流の衝突による絡合によるものであること
   を特徴とする炭素繊維不織布の製造方法。
5. （５）請求項１又は４のいずれか一に記載のトレーに載
   せたピッチ繊維のシート状集合体の連続シート化の際に
   、トレーの進行方向と９０゜方向を変えて１０〜９０％
   重ね合わせることを特徴とする炭素繊維不織布の製造方
   法。
6. （６）請求項１又は請求項５のいずれか一に記載のピッ
   チ繊維のシート状集合体の炭化が、ハースローラー炉で
   行なうことを特徴とする炭素繊維不織布の製造方法。
7. （７）溶融紡糸直後の空中に浮遊するピッチ繊維を、背
   面から吸引しつつ移送する多孔質トレーの上に該トレー
   と実質的に同一寸法のシート状集合体として捕集し、以
   後の工程に送ることを特徴とする炭素繊維不織布の製造
   方法。