JPH0627372B2

JPH0627372B2 - ピツチ系の炭素繊維の遠心紡糸装置

Info

Publication number: JPH0627372B2
Application number: JP24271885A
Authority: JP
Inventors: 博之井原; 一男高橋; 修広谷; 好和中村
Original assignee: Mitsubishi Oil Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1985-10-31
Filing date: 1985-10-31
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPS62104923A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、ピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置に関する。

更に詳しくは、優れた性状の繊維原糸を円滑に紡糸する
ピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置に関する。

（背景技術と問題点）従来、ピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置としては、回転
ノズルの回転軸が垂直方向で繊維の吐出方向が水平方向
である遠心紡糸装置が広く使用されている。

なお、遠心紡糸装置で紡糸する場合は、紡糸が短繊維で
あるために延伸装置を用いて延伸することはない。

この遠心紡糸装置は、回転ノズルの高速回転によって生
じる遠心力により、ノズル口から溶解ピッチを噴出させ
て、炭素繊維原糸を紡糸する。

ピッチ系炭素繊維の遠心紡糸工程においては、回転ノズ
ル付近の温度を一定に保つとともに、その周辺の空気の
流れを円滑にすることが重要なポイントである。

回転ノズル付近の温度が低下し、一定の温度以下になる
と、紡出糸が部分的に塊状となって噴出する、いわゆる
球飛び現象（ショット）が生じて紡糸が円滑に行えなか
ったり、紡出糸の糸径が長さ方向に不均一となるネッキ
ング現象が発生する。また、温度が極端に低下すると、
ノズル口が紡出糸で閉塞する場合がある。

また、回転ノズル周辺の空気が円滑に流れないと、空気
の流速低下、乱れなどによって、途中でたるみを生じ紡
出糸の糸径が長さ方向に不均一となるネッキング現象が
顕著に現れる。

ネッキング現象の生じた炭素繊維原糸を不融化、炭化焼
成しても、高強度の炭素繊維を得ることができない。

従来は、紡糸工程における空気の流れの制御が不十分で
あり、しかも、空気の流速を低下させないために空気吹
き込み量を増大させると空気流に乱れなどが生じ易くな
るため、ネッキング現象の発生を防止することが困難で
あった。

このため、回転ノズル周辺の温度及び空気の流れを十分
に制御し、ネッキング現象の発生を防止する技術の開発
が望まれていた。

紡出糸の搬送手段としての空気の流れを円滑にする方法
としては、例えば、特開昭５９−１５０１０６号、特開
昭６０−１６７９０８号がある。

特開昭５９−１５０１０６号には、紡出糸状を捕集する
ために、上下の「誘導板」を回転ノズルの周囲に回転方
向に水平に設置し、円滑な搬送風によって紡出糸状を糸
状軸方向に並んだまま搬送することが提案されている。

しかし、この「誘導板」で画成される通路は上下の間隔
が一定であるため、通路内においては外周に向かうにつ
れて搬送風の速度が低下する。

また、搬送風を増大させた場合に、吹き出し流速によっ
ては回転ノズル近傍の空気が多量に吸い込まれ、回転ノ
ズル表面及び雰囲気温度が低下する。

更に、通路内の空気流に乱れが生じ易くなり、紡糸繊維
が振動する他、空気を多量に要し、エネルギーの浪費を
招く。

特開昭６０−１６７９０８号には、空気導入口及び空気
排出用スリットを有する上下一対の「中空リング」で構
成された紡出繊維の搬送装置が提案されている。

この上下一対の「中空リング」は、上記の特開昭５９−
１５０１０６号の「誘導板」と同様に、上下平行に設け
られているため、その間隔は一定である。

このため、この装置においても、上下一対の「中空リン
グ」によって画成された搬送通路内では外周に向かうに
つれて空気の速度が低下することが避けられない。

また、搬送風の吹き出しによって回転ノズル付近の空気
が多量に吸い込まれると、回転ノズル表面及び雰囲気温
度の低下をきたす。

また、この装置は、「中空リング」の相対向する面に、
回転ノズルの半径方向外側に向けて傾斜したスリットを
設け、「中空リング」の空気圧、スリットの幅及び角度
を選択することによって紡出繊維の飛翔の方向、速度、
強さを任意に変化させることができるとしている。

しかし、この場合も、搬送風を増大させると、加圧空気
が多量に必要になるとともに、通路内の空気流に乱れが
生じ易くなる。

（発明が解決しようとする課題）本発明の目的は、炭素繊維原糸の紡糸工程において、回
転ノズル付近の温度低下及びネッキング現象の発生を防
止して、高強度の炭素繊維原糸を円滑に製造することに
ある。

本発明者らは、実験と検討を重ねて、回転ノズル付近の
温度を一定に保つとともに、空気の流速がノズル口から
その外周方向にわたって等速もしくは加速するように制
御することができれば、少量の空気でネッキング現象の
発生を防止できることを見出だした。

そして、紡糸工程における温度分布及び空気流の挙動を
究明した結果、本発明を完成するに至った。

（問題点を解決するための手段）本発明は、回転ノズルの回転軸が垂直方向で繊維の吐出
方向が水平方向であるピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置
において、回転ノズルの外周の上下に空気吹き出しノズ
ルもしくはスリットを具備せしめ、その外周の上下に空
気遮断板を設けて、上下の空気遮断板の間隔を外周に向
かうにつれて小さくなるようにした構成である。

更に、空気吹き出しノズルもしくはスリットと空気遮断
板との間に、外部から補助空気が流入する間隔を設ける
構成である。

そして、空気吹き出しノズルもしくはスリットから上下
の空気遮断板によって画成される紡糸経路内に吹き出さ
れる空気の流速が外周に向かうにつれて等速もしくは加
速されることを特徴とする。

（作用）空気遮断板の間隔の構造を外周に向かうにつれて小さ
くなるようにしている点について本発明は、空気吹き出しノズルもしくはスリットの外周
の上下に空気遮断板を設け、この上下の空気遮断板の間
隔を外周に向かうにつれて小さくなるようにしている。

そして、上下の空気遮断板によって画成される紡糸経路
においては、その構造上、空気の流速分布が外周に向か
うにつれて等速もしくは加速されるようになっているた
め、空気の速度低下や乱れが生じない。

このため、本発明の遠心紡糸装置を用いれば、紡糸直後
の繊維が長さ方向にたるまないため、糸径が均一な繊
維、即ち、ネッキング現象のない原糸を紡糸することが
できる。

そして、これを更に不融化工程、焼成工程へと進める
と、高強度のピッチ系炭素繊維を製造することができ
る。

このメカニズムを具体的に説明する。

回転ノズルの外周の上下に空気吹き出しノズルもしくは
スリットがあり、更にその外周の上下に空気遮断板を設
けた場合に、上下の空気遮断板によって画成される紡糸
経路の間隔が平行で一定のときは、紡糸経路開口部円周
の断面積は外周方向に向かうにつれて大きくなる。

このため、紡糸経路の任意の地点における空気の流速
は、ｒ_０／Ｒ（ｒ_０：空気吹き出しノズルもしくはスリ
ット外半径、Ｒ：空気の通過する任意の地点の半径、な
お、紡糸経路は上記ノズルもしくはスリットの外周に位
置するため、必ず、ｒ_０＜Ｒとなる）の値を乗じた速度
となる。

例えば、紡糸経路の或る地点が空気吹き出しノズルもし
くはスリットの半径の２倍のところに位置している場合
には、当該地点における空気の流速は、ノズルもしくは
スリットにおける吹き出し空気の流速の１／２となる。

このため、回転ノズルから噴出する紡糸直後の繊維は、
紡糸経路の途中でたるみを生じ、ネッキングの多い繊維
となる。

これに対して、本発明の場合は、上下の空気遮断板によ
って画成される紡糸経路の間隔が外周に向かうにつれて
小さくなる、即ち、紡糸経路開口部円周の断面積がどの
地点においても等しいか、もしくは、より外周に位置す
る地点の方が小さくなるように構成されている。

このため、その間隔が一定の場合と異なり、紡糸経路に
おける空気の流速が等速もしくは加速されるので、ネッ
キングのない直線性の繊維を紡糸することができる。

空気吹き出しノズルもしくはスリットと空気遮断板と
の間に、補助空気流入用の間隔を設ける点について空気吹き出しノズルもしくはスリットから紡糸経路内に
空気が吹き込むと、その近辺は負圧となる。すると、ノ
ズルもしくはスリット付近の負圧部分を補うため、回転
ノズルと空気吹き出しノズルもしくはスリットとの間か
ら流入する空気量が増大する。

このため、回転ノズル表面及び雰囲気温度が低下し、紡
出糸の球飛び現象が生じたり、紡出糸の糸径が長さ方向
に不均一となるネッキング現象が発生する。

また、温度が極端に低下すると、ノズル口が紡出糸で閉
塞する場合がある。

本発明は、空気吹き出しノズルもしくはスリットと空気
遮断板との間に間隔を設けて外部から補助空気が流入す
るように構成しているため、この補助空気によって回転
ノズル付近の空気吸い込み量が減少し、理想的な温度分
布を形成することができる。

特に、補助空気流入用の間隔を設ける場所を、負圧の発
生する空気吹き出しノズルもしくはスリットの付近とし
ているため、この作用が大となる。

（実施例）本発明の遠心紡糸装置はピッチ系炭素繊維の紡糸に関す
るものであるが、特に、メソフェーズ石油ピッチの紡糸
に有効であるので、以下、これを原料とした実施例につ
いて詳述する。

なお、本発明は、これに限定されるものでない。

（実施例１）第１図に示すような、回転ノズル１（半径：１００mm、
ノズル口径：０．３mm×ノズル長さ：１．２mm、ノズル
穴数：１００ホール）、その外周の上下に、内径２１０
mm、外径２３０mmの空気吹き出しノズル２及び３（ノズ
ル穴数：２００ホール）、更にその外側の上下に、内径
２３６mm、外径３９０mmで、断面図が２本の双曲線の一
部を形成する空気遮断板４及び５、から成るピッチ系炭
素繊維の遠心紡糸装置を用いた。

軟化温度２８０℃のメソフェーズ石油ピッチを原料とし
て、回転ノズルの温度を４０５℃に制御して、回転数４
０００ｒｐｍ、空気吹き出しノズルからの空気の流速を
５５ｍ／ｓの条件で、遠心紡糸を実施した。

得られた原糸を空気で酸化して不融化し、更に窒素雰囲
気中で１０００℃で炭化焼成して炭素繊維を製造した。

この炭素繊維の強度を測定したところ、１４．５Ton/cm
²であった。

（実施例２）第２図に示すような、回転ノズル１（半径：１００mm、
ノズル口径：０．３mm×ノズル長さ：１．２mm、ノズル
穴数：１００ホール）、その外周の上下に、内径２１０
mm、外径２３０mmの空気吹き出しノズル２及び３（ノズ
ル穴数：２００ホール）、更にその外側の上下に、内径
２４０mm、外径３９０mmで、断面図が相接近する２本の
直線の一部を形成する空気遮断板４及び５、から成るピ
ッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置を用いた。

軟化温度２７０℃のメソフェーズ石油ピッチを原料とし
て、回転ノズルの温度を３９０℃に制御して、回転数３
８００ｒｐｍ、空気吹き出しノズルからの空気の流速を
４３ｍ／ｓの条件で、遠心紡糸を実施した。

この炭素繊維の強度を測定したところ、１４．１Ton/cm
²であった。

（比較例１）第３図に示すような、回転ノズル１（半径：１００mm、
ノズル口径：０．３mm×ノズル長さ：１．２mm、ノズル
穴数：１００ホール）、その外周の上下に、内径２１０
mm、外径２３０mmの空気吹き出しノズル２及び３（ノズ
ル穴数：２００ホール）、更にその外側の上下に、内径
２３０mm、外径３９０mmで、断面図が平行な２本の直線
の一部を形成し、多数の穴のあいたパンチングプレート
８及び９から成る、ピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置を
用いた。

軟化温度２８０℃のメソフェーズ石油ピッチを原料とし
て、回転ノズルの温度を４０５℃に制御して、回転数３
８００ｒｐｍ、空気吹き出しノズルからの空気の流速を
４３ｍ／ｓの条件で、遠心紡糸を実施した。

この炭素繊維の強度を測定したところ、９．０Ton/cm²
であった。

（効果）本発明のピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置は、上下の空
気遮断板によって画成される紡糸経路の間隔が外周に向
かうにつれて小さくなるようにされており、紡糸経路に
おける空気の流速が等速もしくは加速されることを特徴
とする。

このため、紡糸経路において空気吹き出しノズルないし
スリットから紡糸経路内に吹き出される空気は速度が低
下せず、ネッキングのない直線性の繊維原糸を円滑に紡
糸することができる。

また、本発明は、空気吹き出しノズルないしスリットと
空気遮断板との間に、外部からの補助空気流入用の間隔
を設けている。

このため、回転ノズル付近の空気吸い込み量が僅少とな
り、回転ノズル表面及び雰囲気温度が低下せず一定の温
度分布を保つことができるので、ネッキング現象の発生
を防止し、円滑に紡糸することができる。

上記の結果、本発明のピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装置
による繊維原糸から、極めて高強度の良質な炭素繊維を
円滑に製造することができる。

本発明の実施例によれば、パンチングプレートの間隔を
平行に設置した比較例に比べ、炭素繊維の強度が５６〜
６１％向上した。

また、本発明は、紡糸経路における空気速度を制御する
ために、従来技術のように空気吹き出しノズルないしス
リットからの空気吹き込み量を増大させる方法をとらな
いため、エネルギーを浪費することがない。

更に、本発明は簡単な構造であるため、設置が容易で、
経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の遠心紡糸装置の主要部分
の断面図である。第３図は、従来技術によるピッチ系炭素繊維の遠心紡糸
装置の主要部分断面図である。１……回転ノズル２……空気吹き出しノズルもしくはスリット（上）３……空気吹き出しノズルもしくはスリット（下）４……空気遮断板（上）５……空気遮断板（下）６……整流層７……双曲線８……パンチングプレート（上）９……パンチングプレート（下）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−167908（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−150106（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−199916（ＪＰ，Ａ) 特公昭47−51966（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転ノズルの回転軸が垂直方向で繊維の吐
出方向が水平方向であるピッチ系炭素繊維の遠心紡糸装
置において、回転ノズルの外周の上下に空気吹き出しノ
ズルもしくはスリットを具備せしめ、その外周の上下に
空気遮断板を設け、さらに該空気吹き出しノズルもしく
はスリットと該空気遮断板との間に補助空気流入用の間
隔を設け、該上下の空気遮断板の間隔を外周に向かうに
つれて小さくし、該空気吹き出しノズルもしくはスリッ
トから該上下の空気遮断板によって画成される紡糸経路
内に吹き出される空気の流速が外周に向かうにつれて等
速もしくは加速されることを特徴とする、ピッチ系の炭
素繊維の遠心紡糸装置。