JPS6311448B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、炭素繊維を連続的に生産効率良く製
造するための炭素繊維の製造装置に関するもので
ある。

［従来の技術］ 通常、炭素繊維を製造するには、ポリアクリロ
ニトリル繊維、再生セルローズ繊維、フエノール
系繊維、ピツチ系繊維等の有機重合体を先ず空気
又は他の酸化性ガス雰囲気中にて200〜300℃で耐
炎化し、次いでこれを窒素、アルゴン等の不活性
ガス雰囲気中にて800〜2000℃で炭化して製造さ
れる。又、更に1500〜3000℃で黒鉛化を行ない、
ヤング率が一段と高い炭素繊維を製造することも
行なわれる。

しかるに、上記の炭化及び黒鉛化工程における
糸条処理温度は非常に高く、特に、処理温度1500
〜3000℃が要求される黒鉛化工程の高温加熱装置
では、材料の高温に於ける熱的、化学的諸特性お
よび後述する電気的特性上の制約から、高温加熱
装置の発熱体としてカーボン或はグラフアイト材
を筒状に構成したものを用い、その内部に糸条を
通過させて高温処理することが多い。この場合、
上記のカーボン或はグラフアイト材からなる発熱
体は高温下に於ける酸化雰囲気中での酸化反応が
著しく、極めて短時間で減耗劣化して使用に耐え
得なくなることがよく知られており、その対策と
して、高温加熱装置内に窒素、アルゴン等の不活
性ガスを導入して大気圧よりも僅かに高い内圧を
維持せしめ、発熱体の内外表面の雰囲気制御を行
つている。

一方、上記のカーボン或はグラフアイトよりな
る発熱体を高温に於いて効率よく安全にその特性
を発揮せしめるために、筒状に構成された当該発
熱体の外側周辺にカーボンあるいはグラフアイト
の粒子又は粉末を充填し、高温発熱体の中間支持
材兼断熱材としての機能を果たすような構成がと
られる。更に上記の高温加熱装置の加熱手段とし
ては、一般にタンマン型式又は高周波誘導方式に
よる発熱体自体の電流によるジユール発熱作用が
利用されている。

次に、上記従来の装置を図面を用いて、より具
体的に説明する。

第１図は、上述の炭素繊維を製造するために炭
化または黒鉛化工程に従来一般的に用いられてい
るタンマン型式の炉の一例を示す概略横断面図で
ある。第１図に示す装置を特に黒鉛化炉にみたて
て説明すれば、炭化系１をニツプローラ２によつ
て黒鉛化炉１０にその一端から連続的に導入し、
黒鉛化炉１０内で黒鉛化処理した後、ニツプロー
ラ３によつて他端から黒鉛化繊維１′として連続
的に導出できるようになつている。本炉１０にお
いて、円筒状に構成されたグラフアイト発熱体４
は中間支持材兼断熱材として炉内に充填されたグ
ラフアイトパウダ５によつて断熱支持され、当該
グラフアイト発熱体４は低電圧大電流の電源を水
冷電極６に接続し直接通電によるジユール発熱に
よつて、温度2500℃〜3000℃の高温が得られるよ
うになつている。黒鉛化炉１０内は、あらかじめ
窒素ガスによつて置換えされており、運転時にお
いても、黒鉛化炉１０に設けられた窒素ガスの流
入口７から連続的に窒素ガスをグラフアイト発熱
体４内に通気させて流出口８から流出させる構造
を成している。

［発明が解決しようとする問題点］ しかるに上述した従来の高温加熱装置は、前記
した種々の工夫にも拘らず、カーボン或はグラフ
アイトからなる発熱体自体の温度が1500〜3000℃
と非常に高いために加熱装置内の残存酸素との反
応あるいは炭素質の蒸発等が起り、極めて短時間
で減耗、劣化し、頻繁な発熱体交換作業を余儀な
くされることにある。又上記の蒸発現象は、雰囲
気温度が2000℃を超えると、急速に激しくなると
考えられ、特に発熱体の外周表面の減耗が著しか
つた。しかるに本発明の目的は、従来技術に於け
る上記の問題を大幅に克服可能ならしめる高温加
熱装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、グラフアイトあるいはカーボンから
なる筒状の発熱体と、該発熱体の両端に設けた電
極と、該発熱体の外周に設けた断熱材と、該発熱
体の片側に設けられ筒内に連通した不活性ガス流
入口と、該発熱体の他の片側に設けられ筒内に連
通した不活性ガス排出口とからなる炭素繊維の製
造装置において、前記断熱材と発熱体との間に、
内径が該発熱体の外形より大で、かつ、グラフア
イトあるいはカーボンからなるパイプを、該パイ
プが鞘で該発熱体が芯となる位置に設け、該パイ
プと発熱体との間に形成された間隙部の両側を開
口せしめ、該開口部の片側を前記不活性ガス流入
口に、該開口部の他の片側を前記不活性ガス排出
口にそれぞれ連通せしめたことを特徴とする炭素
繊維の製造装置を要旨とするものである。

次に、本発明の装置を、図面を参照しながら説
明する。

第３図は、第１図に示した従来の黒鉛化炉１０
を本発明にしたがつて改造した黒鉛化炉２０の概
略横断面図を、第４図は、本黒鉛化炉２０中央部
の概略縦断面図を示す。

本黒鉛化炉２０のグラフアイト発熱体４には、
その外周部軸方向に沿つて６本のクリアランス部
をなす外周部溝２２が切つてあり、溝を切り残し
た６本の凸部２３で黒鉛材あるいはグラフアイト
フエルトからなるパイプ２１に接し、該パイプ２
１が鞘でグラフアイト発熱体４が芯となる位置に
配置されて支持され、その外周にカーボンパウダ
５が詰めてある。なお、パイプ２１の内径がグラ
フアイト発熱体４の外形より大きいのでクリアラ
ンス２２が形成される。このクリアランス２２
は、図示したごとく両側が開口されて、片側が窒
素流入口７に、また、他の片側は、窒素排出口８
にそれぞれ連通している。

発熱体４の両端には、図示したように水冷電極
６が取付けられ、一方の電極から他方の電極へ通
電されることにより、この発熱体４が加熱され
る。

運転中における窒素は、窒素流入口７から供給
され、第３図の矢印で示すごとく筒状の発熱体４
の筒内９のみならずクリアランス２２にも積極的
に流し、流出口８から排出するようにしてある。

上記本発明の装置においては、グラフアイト発
熱体４の外周に溝を切つた場合を示したが、第５
図に概略縦断面図で示すごとく、別個のスペーサ
２４でクリアランス２２を作ることもできる。

あるいはまた、上記本発明の装置において断熱
材兼支持材としての用をなしているカーボンパウ
ダ５の代りに、他の軽量な断熱材、例えばフエル
ト状の適当な材料をその一部または全部に用いれ
ば、最内部の当該パイプ２１にかかる断熱材の重
量を軽減できるので、グラフアイト発熱体４の外
周の凸部２３、あるいはスペーサ２４の個数、配
置を必要最少限にすることもできる。第４図に示
すグラフアイト発熱体の凸部２３、あるいは第５
図に示すスペーサ２４は、グラフアイト発熱体４
の軸方向の適当な箇所だけにすることもできる。

さらにまた、上記本発明の装置においては、ク
リアランス２２はグラフアイト発熱体４の外周部
軸方向に設けたが、必ずしも軸方向に限定するも
のでもなく、例えばスペーサ２４をリング状にな
し、両端でグラフアイト発熱体４を支持してクリ
アランス部２２を形成することも可能である。グ
ラフアイト発熱体４内外周の窒素流方向に就いて
も必ずしも並行である必要はなく、対向させたり
あるいは当該発熱体４の内外周の一方に通気させ
た後、他方へ環流させることもできる。

［実施例］ 上述した本発明よる高温加熱装置を用いること
により、以下の実施例に見るような、予想以上の
驚くべき効果を奏することが出来た。

比較例 １ 第１図に示す従来の黒鉛化炉１０において、グ
ラフアイト発熱体４の最高温度部を2500℃、純度
99.999％の窒素を流量８／分に設定して昼夜連
続運転したところ、17日間でグラフアイト発熱体
４は使用に耐え得なくなつた。第２図に使用後の
グラフアイト発熱体４の概略断面図を示すが最高
温度部付近の外周において著しい減耗部４′が見
られ、減耗量は２Kg（全重量の約15％）にも達し
ていた。

実施例 １ 第３図に示した、本発明による黒鉛化炉２０を
用い、グラフアイト発熱体４の最高温度部を2500
℃、純度99.999％の窒素の流量を15／分に設定
して昼夜連続運転したところ、驚くべきことにグ
ラフアイト発熱体４の寿命は110日にまで延長さ
れた。

以上説明した実施態様においては、黒鉛化繊維
を製造するタンマン炉の場合について説明した
が、高温加熱装置のその目的とするところは必ず
しも限定されるべきものではなく、本発明の主旨
は広く適応できる。また、その加熱手段、装置に
ついても、カーボンあるいはグラフアイトを発熱
体とする高温加熱装置であれば広く応用できる。
あるいはまた、供給する不活性ガスについても窒
素に限定するものではなく、目的に応じて適当に
選択できる。

［効果］ 以上説明したように、本発明の炭素繊維の製造
装置は、前記断熱材と発熱体との間に内径が該発
熱体の外形より大で、かつ、グラフアイトあるい
はカーボンからなるパイプを該パイプが鞘で該発
熱体が芯となる位置に設け、該パイプと発熱体と
の間に形成された間隙部の両側を開口せしめ、該
開口部の片側を前記不活性ガス流入口に、該開口
部の他の片側を前記不活性ガス排出口にそれぞれ
連通せしめた構成としたので、当該発熱体内外表
面の雰囲気温度を適切な範囲で低下させ、したが
つて、当該発熱体の蒸発を抑制するものであるか
ら、従来短命であつた発熱体寿命を著しく延長せ
しめ、当該加熱装置の操業上その目的とする生産
効率の向上、更にはその目的とする生産品目のコ
スト低減に大きく寄与し得るものである。

また、前記充填断熱材がカーボンあるいはグラ
フアイトパウダである場合は、クリアランス部を
作る前記パイプがこれを支持する構造にしたた
め、前記パウダの抜き取りをすることなく発熱体
の交換が可能となつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来用いられていた黒鉛化繊維製造
用タンマン炉の概略横断面図、第２図は第１図に
示すタンマン炉において使用されたグラフアイト
発熱体４の使用後の状況を示す概略横断面図、第
３図は第１図に示すタンマン炉を本発明にしたが
つて改造した実施例を示す概略横断面図、第４図
は、第３図に示したタンマン炉の概略縦断面図、
第５図は、第４図に示したタンマン炉の異なる実
施例を示す概略縦断面図を示す。 １：炭化糸、１′：黒鉛化糸、２：ニツプロー
ラ、３：ニツプローラ、４：グラフアイト発熱
体、４′：グラフアイト発熱体減耗部、５：カー
ボンパウダ、６：水冷電極、７：窒素流入口、
８：窒素流出口、９：グラフアイト発熱体内部、
１０：従来の黒鉛化炉、２０：改造した黒鉛化
炉、２１：パイプ、２２…クリアランス部、２
３：グラフアイト発熱体の凸部、２４：スペー
サ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ グラフアイトあるいはカーボンからなる筒状
   の発熱体と、該発熱体の両端に設けた電極と、該
   発熱体の外周に設けた断熱材と、該発熱体の片側
   に設けられ筒内に連通した不活性ガス流入口と、
   該発熱体の他の片側に設けられ筒内に連通した不
   活性ガス排出口とからなる炭素繊維の製造装置に
   おいて、前記断熱材と発熱体との間に内径が該発
   熱体の外形より大で、かつ、グラフアイトあるい
   はカーボンからなるパイプを、該パイプが鞘で該
   発熱体が芯となる位置に設け、該パイプと発熱体
   との間に形成された間隙部の両側を開口せしめ、
   該開口部の片側を前記不活性ガス流入口に、該開
   口部の他の片側を前記不活性ガス排出口にそれぞ
   れ連通せしめたことを特徴とする炭素繊維の製造
   装置。