JPH11200159A - 炭素繊維の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 前駆体繊維束を焼成前に横方向に分割して得
られる複数の小トウを焼成して炭素繊維を得る方法にお
いて、前駆体繊維束を簡便にかつ安定して切り替え、連
続的に所望の炭素繊維を得ることができる炭素繊維の製
造方法を提供する。 【解決手段】 前駆体繊維束を横方向に分割して得られ
る、総繊度３０，０００デニール以上の複数の小トウを
連続的に走行せしめ、該小トウの各々を、前記前駆体繊
維束とは別の前駆体繊維束を横方向に分割して得られ
る、総繊度３０，０００デニール以上の複数の小トウの
各々に接続した後、焼成する炭素繊維の製造方法、およ
び、上記接続工程を有する炭素繊維の製造装置におい
て、該接続工程に、複数のガイドロールを有し、そのう
ちの少なくとも１本のガイドロールが、該ガイドロール
の上流側に位置する前駆体繊維束の走行を一時的に停止
させることが可能な可動式ガイドロールに構成されてい
る、炭素繊維の製造装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維の製造方
法およびその方法に用いる製造装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、炭素繊維の製造原料である前駆
体繊維束の生産速度と、その前駆体繊維が焼成される炭
素繊維の生産速度とは異なるため、前駆体繊維束製造工
程から炭素繊維製造工程への移行プロセスは連続しては
いない。そのため、前駆体繊維束は一旦ボビンなどに巻
き取られたり、箱体内に折り畳んで収容される。従っ
て、前駆体繊維束を用いて炭素繊維を連続的に製造する
には、ボビンあるいは箱体から供給される前駆体繊維束
の終端を、別のボビンあるいは箱体内に収容された次の
前駆体繊維束の始端と接続する必要がある。

【０００３】ここで、所定のフィラメント数を有する複
数の小トウの群を形成し、この状態を維持して製糸され
た後、製糸された複数の小トウからなる群を１本のトウ
の状態で、かつ後の使用時には複数本の小トウに分割可
能な形態に集束した後、ボビンに巻かれたり箱体内に収
容されたものを、焼成前に横方向に分割して焼成し、炭
素繊維となすことがある。

【０００４】このような場合、焼成に供している前駆体
繊維束を次の別の前駆体繊維束に切り替えるとき、次の
前駆体繊維束を、例えばフィラメント数３０，０００本
以上の複数本の小トウに横方向に分割した後、焼成に供
している前駆体繊維束の各々の小トウに接続する必要が
ある。

【０００５】しかし、複数本の小トウを１本ずつ接続す
ると、糸条に撚りが混入して、引き続く耐炎化工程など
の焼成時に糸条内で蓄熱し糸条が焼き切れたり、本来前
駆体繊維束をシート状に接続すべきところを小トウを入
れ違えて接続し、ローラー部などで糸条が引っかかる可
能性がある。また、接続部分のズレが糸条間に発生し、
そのズレが蓄積することで前駆体繊維束を供給するとき
に糸条同士が絡まり合い、供給不能になる可能性があ
る。

【０００６】また、前駆体繊維束の接続方法としては、
各前駆体繊維束の端部同士を結び合わせて接続する方法
が一般的であるが、この結び合わせによって形成された
結び目には、焼成時、特に耐炎化工程において蓄熱され
やすく、この蓄熱現象によって、該接続部周辺で破断や
焼き切れが発生する可能性が高い。

【０００７】このような問題を回避するための方法とし
て、前駆体繊維束同士、あるいは前駆体繊維束と耐炎化
糸を高速流体処理により絡合する方法があるが、この場
合、絡合処理は糸条を固定した状態で行うために、走行
中の糸条を接続するには、接続中に該接続部分の糸条を
実質的に停止できるよう、接続時間を考慮した長さ分の
糸条を確保しておく必要がある。従来は、この長さ分の
糸条は、前駆体繊維束をトウ状に維持したまま箱体上に
引き出し、確保されていたが、この方法ではトウ供給時
に糸条同士が絡み合い、接続不能に至ることがあった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、上述した問題点を改善すること、すなわち、前駆体
繊維束を焼成前に横方向に分割して得られる複数の小ト
ウを焼成して炭素繊維を得る方法において、前駆体繊維
束を簡便にかつ安定して切り替え、連続的に所望の炭素
繊維を得ることができる炭素繊維の製造方法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の炭素繊維の製造方法は、前駆体繊維束を横
方向に分割して得られる、総繊度３０，０００デニール
以上の複数の小トウを連続的に（たとえば、速度０．５
ｍ／分以上で）走行せしめ、該小トウの各々を、前記前
駆体繊維束とは別の前駆体繊維束を横方向に分割して得
られる、総繊度３０，０００デニール以上の複数の小ト
ウの各々に接続した後、焼成することを特徴とする方法
からなる。

【００１０】この本発明に係る炭素繊維の製造方法にお
いては、複数の小トウを接続するに際して、接続に要す
る時間中、走行する小トウの糸道を可動式ガイドロール
を用いて変化させ該可動式ガイドロール上流側に位置す
る小トウを実質的に停止させることが好ましい。これに
よって、停止中の小トウに接続すべき別の小トウを容易
に接続することができる。ここで、接続後の小トウに撚
りを混入させないために、前駆体繊維束はシート状に走
行させるのが好ましい。また、小トウ同士の接続は、実
質的に同時に行われることが好ましい。

【００１１】本発明に係る炭素繊維の製造装置は、横方
向に複数の小トウに分割可能な前駆体繊維束と横方向に
複数の小トウに分割可能な別の前駆体繊維束とを接続す
る工程を有する炭素繊維の製造装置において、該接続工
程に、複数のガイドロールを有し、そのうちの少なくと
も１本のガイドロールが、該ガイドロールの上流側に位
置する前駆体繊維束の走行を一時的に停止させることが
可能な可動式ガイドロールに構成されていることを特徴
とするものからなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を、望ましい実施
の形態とともに詳細に説明する。炭素繊維の製造に用い
る前駆体繊維束は、総繊度３０，０００デニール以上の
小トウへ分割可能なポリアクリルニトリル系合成繊維ト
ウからなり、ボビンに巻き取られたり、箱体内に折り畳
み積層されて収納された形態で、焼成工程に供給され
る。ボビン、あるいは箱体内に収納されていた前駆体繊
維束が終端部にくると、次に準備されている前駆体繊維
束の始端部が接続される。つまり、前駆体繊維束の末端
部同士が接続される。接続された前駆体繊維束が続けて
焼成され、長時間連続的に炭素繊維が製造される。本発
明は、特にフィラメント数の多い前駆体繊維束を用いる
炭素繊維の製造方法において、耐炎化工程前での前駆体
繊維束同士の接続を簡便かつ安定に行うことができるも
のである。

【００１３】特にフィラメント数３０，０００本以上の
小トウに分割可能な能力を有する前駆体繊維束が対象と
なり、ボビンあるいは箱体内から連続して繰り出される
前駆体繊維束が終端にくると、次の前駆体繊維束が収納
された箱体等が準備されて、前駆体繊維束の末端部同士
が接続される。小トウは、通常０．５ｍ／分以上の実質
的に一定の速度で走行され、焼成される。

【００１４】図１は、走行中のトウ状前駆体繊維束を接
続手段部で固定しつつ、捻れなく、かつシート状に接続
することを可能にする装置構成を示している。

【００１５】図１において、箱体１内に収納された前駆
体繊維束２を鉛直方向に立ち上げ、ジグザグに配列した
ガイドロール３、４、５間に該前駆体繊維束を走行させ
る。このとき、前駆体繊維束同士の接続は小トウ単位で
行われるので、小トウ分割作業が容易に出来るように前
駆体繊維束２はシート状に走行させるのが好ましい。

【００１６】前駆体繊維束の末端部同士の接続には、前
駆体繊維束を複数本の小トウに分割した後、分割された
複数の小トウの末端部同士を実質的に同時に高速流体処
理により接続する方法を用いることができる。ここでい
う、小トウの末端部同士を実質的に同時に接続すると
は、複数の接続する小トウと複数の接続される小トウの
末端部同士を、接続手段部において引き揃えて、１回の
作業で接続することをいう。つまり、図３に示すよう
に、接続する小トウ１０ａと接続される小トウ１０ｂの
末端部同士、小トウ１１ａと小トウ１１ｂの末端部同士
という具合に、接続される小トウの順序を入れ換えずに
１回で複数の接続トウを形成することをいう（小トウ接
続部１２）。また、１本ずつ接続するとは、１本の接続
する小トウと１本の接続される小トウの末端部同士を、
接続手段部において接続し、その作業を小トウ数分、複
数回繰り返し行うことをいう。

【００１７】前駆体繊維束の接続方法には、高速流体処
理を適用することが好ましく、噴射流体としてはスチー
ム、水、エアなどが利用できるが、作業性、経済性の面
から、特に高速噴射エアによる方法が好ましい。この場
合、エアが噴射されるノズルの構造は、フィラメント数
が多い繊維束でも単糸レベルで開繊させ、均一に混繊・
絡合させることを可能なものとすることが好ましい。

【００１８】上記装置に用いられるガイドロール３、
４、５は、前駆体繊維束がシート状に走行しやすいよう
に、接触抵抗が小さい材質から構成されるのが好まし
い。また、ガイドロール３、４、５の幅（面長）はシー
ト状前駆体繊維束の幅より長く、必要ならばロール端部
にトウの拡がりを規制するようなガイド（例えば、つば
ガイド等）を取り付けてもよい。さらに、ガイドロール
４は、接続に要する時間を考慮したリラックス長が確保
できるように、たとえば水平方向に移動可能な構造を有
する可動式ロールに構成しておき、接続作業中にはリラ
ックス長が緩和される方向に移動可能な機構が付与され
ている。可動式ロール４の移動によって、接続作業中
に、該可動式ガイドロール４の走行方向上流側に位置す
る前駆体繊維束を実質的に停止させることが可能とな
り、容易に接続作業を行うことができる。

【００１９】前駆体繊維束のリラックス長確保の手段
は、ガイドロール４を電動移動式にするのが好ましい
が、手動式による移動であってもよい。また、リラック
ス緩和の手段も、電動式によりガイドロール４をある一
定の割合で移動させ、緩和させるのが好ましいが、ガイ
ドロール４に付与される走行中の前駆体繊維束の張力に
よって、自然緩和させてもよい。

【００２０】このように、本発明に係る前駆体繊維束を
接続する炭素繊維製造装置においては、前駆体繊維束の
末端部同士を同時に、捻れなく接続することができ、前
駆体繊維束をジグザグに配列されたガイドロールを用い
て接続する際に、可動式ガイドロール４を移動させるこ
とにより、接続作業部に位置する前駆体繊維束を一定位
置に固定して容易に接続作業を行うことができる。

【００２１】上述のように、前駆体繊維束の接続は小ト
ウ単位で実施するため、リラックス緩和時に前駆体繊維
束を複数の小トウに分割し、小トウ毎に末端部を接続す
る。また、可動式ガイドロール４により、前駆体繊維束
２をシート状に保持したまま、リラックスを確保するこ
とができ、小トウ毎の接続部ズレが発生することなく、
かつ捻れなく安定して耐炎化工程へ搬送できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明を実施例により、さらに具体的
に説明する。 実施例１ 本発明による効果を確認するために、上述のガイドロー
ルを用いて糸繋ぎ作業を行った。図２に示すように、箱
体内に収納された前駆体繊維束が、鉛直に立ち上げら
れ、ロール７を経た後ドライブステーション８によって
一定の速度で耐炎化工程（耐炎化炉９）へと供給され
る。次の前駆体繊維束が収納された箱体を走行中の前駆
体繊維束が収納されている箱体の隣に配置し、走行中の
前駆体繊維束が終端部に来ると、次の前駆体繊維束の始
端部と接続した。

【００２３】前駆体繊維束は、単糸繊度１．５ｄ、フィ
ラメント数２８０，０００本、総デニール４２０，００
０のポリアクリルニトリル系繊維束である。この繊維束
には、箱体内からの立ち上げ、糸道通過性を容易にする
ために、捲縮が施されている。この前駆体繊維束を、立
ち上げ位置において、フィラメント数７０，０００本の
小トウ（計４本の小トウ）に分割し、予め小トウに分割
した次の前駆体繊維束と各々末端部同士を接続した。接
続作業に当たり、手動式ガイドロールを用いてリラック
スを確保した。ガイドロールは、走行中の前駆体繊維束
が収納されている箱体１から、鉛直方向に２．５ｍの高
さに位置しており、接続時にリラックスガイド装置６の
３本のガイドロール３、４、５のうち中央のガイドロー
ル４のみを水平方向に移動させ、糸道を長く確保した。

【００２４】前駆体繊維束の走行速度は１．２ｍ／分と
し、糸繋ぎ作業時間を考慮して、トウのリラックス長を
４ｍ確保した。リラックス緩和の手段は、ガイドロール
４が該ロールに付与する走行中の前駆体繊維束の張力に
よって移動する機構を採用した。

【００２５】このようにして前駆体繊維束を小トウ単位
で同時に接続した結果、接続部の小トウ間のズレは発生
せず、接続による小トウ同士の捻れの発生もなかった。
また、表１に示すとおり、糸繋ぎ作業時間もガイドロー
ルを用いることで、大幅に短縮されれた。

【００２６】比較例１ シート状に立ち上がっている前駆体繊維束を、フィラメ
ント数７０，０００本の小トウに分割し、予めフィラメ
ント数７０，０００本の小トウに分割した。そして、次
の前駆体繊維束と各々末端部同士を接続した。接続作業
におけるリラックス確保は、ガイドロールを用いず、手
たくりによる方法を採用した。前駆体繊維束の走行速
度、リラックス長は実施例１と同じ条件で実施し、作業
時間、小トウ間の接続部のズレ、捻れの有無を評価し
た。この方法では、表１に示すとおり作業性が非常に悪
く、小トウ間のズレ、捻れが多発した。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下のような優れた効果が得られる。 （１）小トウ単位に分割可能な能力を有する総繊度３
０，０００デニール以上の前駆体繊維束を接続するにあ
たり、小トウ間での接続部のズレ、捻れの発生を抑制
し、複数本の小トウを同時に簡便かつ安定して接続がで
きる。 （２）接続部を含む前駆体繊維束が連続的に耐炎化工程
に搬送されるので、前駆体繊維束同士の接続の作業性あ
るいは炭素繊維の生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様に係る炭素繊維の製造装置
の前駆体繊維束立ち上げ部の斜視図である。

【図２】本発明の一実施態様に係る炭素繊維の製造装置
を示す概略側面図である。

【図３】本発明における前駆体繊維束同士の接続状態を
示すための概略図である。

【符号の説明】

１ 箱体 ２ 前駆体繊維束 ３、５ ガイドロール ４ 可動式ガイドロール ６ リラックスガイド装置 ７ ロール ８ ドライブステーション ９ 耐炎化炉 １０ａ、１１ａ 接続する小トウ １０ｂ、１１ｂ 接続される小トウ １２ 小トウ接続部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前駆体繊維束を横方向に分割して得られ
   る、総繊度３０，０００デニール以上の複数の小トウを
   連続的に走行せしめ、該小トウの各々を、前記前駆体繊
   維束とは別の前駆体繊維束を横方向に分割して得られ
   る、総繊度３０，０００デニール以上の複数の小トウの
   各々に接続した後、焼成することを特徴とする炭素繊維
   の製造方法。
2. 【請求項２】 前記小トウを速度０．５ｍ／分以上で走
   行させる、請求項１に記載の炭素繊維の製造方法。
3. 【請求項３】 前記小トウ同士の接続に際して、接続に
   要する時間中、走行する小トウの糸道を可動式ガイドロ
   ールを用いて変化させ該可動式ガイドロール上流側に位
   置する小トウを実質的に停止させる、請求項１または２
   記載の炭素繊維の製造方法。
4. 【請求項４】 前記複数の小トウと、その各小トウに接
   続される別の複数の小トウとを、それぞれ、実質的に同
   時に接続する、請求項１ないし３のいずれかに記載の炭
   素繊維の製造方法。
5. 【請求項５】 横方向に複数の小トウに分割可能な前駆
   体繊維束と横方向に複数の小トウに分割可能な別の前駆
   体繊維束とを接続する工程を有する炭素繊維の製造装置
   において、該接続工程に、複数のガイドロールを有し、
   そのうちの少なくとも１本のガイドロールが、該ガイド
   ロールの上流側に位置する前駆体繊維束の走行を一時的
   に停止させることが可能な可動式ガイドロールに構成さ
   れていることを特徴とする、炭素繊維の製造装置。