JPS6030362B2 - 炭素繊維の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は有機重合体繊維例えばポリァクリルニトリル、
セルローズ繊維、ポリアミド繊維、ピッチ繊維等を酸化
性雰囲気中で予備加熱した後、非酸化性雰囲気の加熱炉
中で炭化して炭素繊維を製造する方法の改良に関するも
のである。

一般に、炭素繊維を製造する際、加熱炉中の炭化工程に
おいて非酸化性雰囲気としてアルゴンや窒素ガスを使用
すれば炭化初期には炭酸ガス、アンモニア、水、一酸化
炭素、炭化水素、シアン化水素、水素、低沸点タール分
その他が発生し、炭化後期になるに従がつて、前記以外
に、原料繊維に帰因する高沸点のタール分および原料繊
維中の不純物に帰因する金属化合物が留出してくる。

また、雰囲気ガスとして塩化水を用いると、不活性気体
を用いる場合と違うのは、炭化初期には、塩化ァンモン
が生成することと、炭化後期には、不純物が金属塩化物
として留出してくる。これらの蟹出分は排ガスとして排
出口から系外に除去されるべきであるが、どうしても加
熱炉内に凝縮次着してしまう。例えばナトリウムを不純
物として含むポリアクリルニトリル繊維を酸化性雰囲気
中で予備加熱した後、塩化水素含有雰囲気中で炭化する
工程に第１図から符合６で示す磁製アルミナ管を除いた
装置を用いて、雰囲気とする塩化水素含有気体を前記加
熱炉における繊維の入口及び出口付近から供給し、前記
加熱炉の炉内温度３００ｑｏ以上の部分から排気したと
ころ、炉内の特に６００〜１０００ｏｏの部分の内壁面
に塩化ナトリウムやタール分などが凝縮し、熔融状態を
呈した。

炉内を通過する繊維は時には垂るみ等によって、炉内壁
に接触するので、その際繊維や毛羽が凝縮物に引き付け
られ、毛羽等を含有した凝縮物が次第に集積し、極端な
場合は加熱炉内が閉塞するというトラブルが起り、連続
運転が不可能になった。加熱炉内の凝縮物を除去する作
業は厄介で、一度炉温度を下げてから掃除すると凝縮物
は固化し、引き剥すのが難しく、時には加熱炉の再使用
が不可能になり、新しく加熱炉を構築する必要があった
。

これらの策として １ 原料繊維中の不純物量を少量にする。

２ 留出分の蒸気分圧を下げる。

３ 排出口の位置を留出分の凝縮温度付近に設ける。

などが検討された。

しかし、１に関しては不純物をいくら少量、例えば１０
瓜如以下のおさえても加熱炉内の処理量が増えていくと
留出分は多量になり、問題の解決にはならなかった。

２に関しては留出分の蒸気分圧を下げるために雰囲気ガ
ス量を増やすことは経済的にも不利となる。

３に関しては排出口を蟹出分の凝縮温度付近に移すこと
は排ガスの種類ごとに凝縮温度が異なるため、多数の排
出口を設けねばならないので、加熱炉の構造が複雑にな
る。

本発明者らはかかる轡出分の加熱炉内凝縮に伴う炭化時
のトラブル解消のために鋭意研究した本発明に到達した
。即ち、本発明は有機重合体繊維から炭素繊維を製造す
る方法において、炭化工程中の加熱炉内の少なくとも６
００〜１０００００の範囲に繊維を函続して移動もしく
は取外し可能な炭素以外の耐熱怪物体を設置し、炭化中
に繊維から発生する蟹出分を該物体に凝縮させることを
特徴とする方法である。

有機重合体繊維には前記したような炭素繊維の原料とな
る繊維の池ポリビニルアルコール繊維、フェノール繊維
、ポリブタジェン系繊維等各種の繊維が含まれる。以下
これらの原料繊維から炭素繊維を製造する本発明の方法
を図面を参考にしながら具体的に説明する。第１図は炭
素繊維を製造する工程のうち、炭化工程に当る加熱炉の
１例を示す断面図であり、第２図はこの加熱炉の各部分
の温度分布を示すグラフである。

繊維１は予備加熱処理が終了したもので、加熱炉２内を
図面上方から左に連続的に通過するようになっている。
非酸化性ガスは炉の両端３，４から導入され、略中央部
から排出される。本発明はこの加熱炉内に耐熱性物体６
（図は磁製アルミナ管）を移動もしくは取外し可能にに
設置したものである。７はこの物体の移動あるいは物体
内の凝縮物の剥ぎ取りを行う取っ手である。

炭化炉内の温度分布は一般に第２図に示すようにに繊維
の入口部分は低く後方に行くに従って高温となり、炉の
後端付近が最高温度帯となるが、最も蟹出分が凝縮する
部分は約６００〜１０００℃の範囲である。従って耐熱
性物体６は少なくともこの温度範囲を包含するようにに
設ける必要があるが、さらに他の部分まで設けてあって
も何ら本発明の妨げとなるものではない。その形状は特
に制限ないが、炭化炉の内壁面に近接させてその面を覆
うように、例えば炉が円筒状である場合その内面に隊袋
する同心門状のものが好ましい。この物体の材質は耐熱
性であり、かつ雰囲気ガスと反応しないものであればい
ずれでもよく、例えば磁製アルミナ、石英などであるが
、炭素は除かれる。炭素物質を炉内に共存させることは
特関昭４９−８６６３５に記載されているが、本発明と
は全く別の目的であり、そこでは炭素は混入した酸素と
反応して消耗する。耐熱怪物体に蟹出分がある程度凝縮
したら、炭化炉の側板８を取り外し、炉外にこの物体を
取出して別の同じ物体を袋入して交互に使用するか、或
いは取っ手７等で炉端に移動させて、凝縮物を炉のガス
排出口４から剥ぎとり、もとに戻してそのまま使用する
ことも出来る。

なお、図には雰囲気ガスは炉の両端から導入し、中央部
から排出する場合を示してあり、この方法は雰囲気ガス
に塩化水素を使用した場合は望ましい（特公昭５１−２
４００５号公報参照）ものであるが、本発明方法におい
てはその他の雰囲気ガスを使用することも勿論可能であ
り、従って雰囲気ガスの流し方も図の方法に限定される
ものではない。

本発明方法によれば留出分は袷んど大部分耐熱性物体に
凝縮し、これによって加熱炉本体の蟹出分による汚染を
防護出来た。

そして耐熱性物体の取替え等に要する時間は加熱炉本体
から凝縮物を除去する時間に比べて著しく短かし、ので
、加熱炉の運転能率を大幅に向上させることが出来る。
実施例アクリルニトリル９８％を含む連続繊維１．５デ
ニール×３０００フィラメントを予備加熱処理した後、
第１図に示す環状加熱炉（有効加熱炉長６０肌、最高温
度１４００ｑＣ）中を毎時２０肌の速度で連続的に通過
させた。

耐熱性物体には磁製アルミナ製の管を用い、炉内約６０
０〜１０００ｑｏのの帯域に設置した。雰囲気ガスには
塩化水素とアルゴンを容積比で１：１に混合したものを
使用した。３幼時間連続運転したところ滋製アルミナ管
を加熱炉の繊維の出口付近まで移動させ凝縮蟹出物その
他毛羽等を取り除いたところ繰り返し運転が可能になっ
た。

そして加熱炉内壁には殆んど留出物の凝縮はなく、運転
能率を著しく向上させることが出来た。比較例実施例と
同様、但し、滋製アルミナ管６を用いずにに４斑時間運
転したところ、８００℃付近の加熱炉内に高沸点タール
、塩化ナトリウムなどの金属塩化物および繊維の毛羽に
よって加熱炉内が閉塞し、運転継続が不可能となり停止
せざるを得なかつた。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明方法の実施に使用される加熱炉の１例を
示す断面図、第２図は第１図の炉内温度分布図である。 図において、１・・・繊維、２・・・加熱炉、６・・・
磁製アルミナ管。鬼ｌ図 精２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 有機重合体繊維から炭素繊維を製造する方法におい
   て、炭化工程中の加熱炉内にに繊維を囲繞して移動もし
   くは取外し可能な炭素以外の耐熱性物体を炉内の少なく
   とも６００〜１０００℃の範囲に設置し、炭化中に繊維
   から発生する留出分を該物体に凝縮させることを特徴と
   する方法。