JPS6363649B2 - - 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、炭化糸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℃を越えると、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配置として、該パイプ
の両端を該発熱体の両端にそれぞれ封止材を介し
て固着せしめ、該パイプと発熱体間に不活性ガス
を封入せしめるための間隙部を形成したことを特
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の中央
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２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２１
が鞘でグラフアイト発熱体４が芯となる位置に配
置されて支持されて、その外周にカーボンパウダ
５が詰めてある。また、発熱体４の両端は、パイ
プ３１の両端に設けたフランジ部２６で仕切ら
れ、該フランジ部２６とグラフアイト発熱体４の
外周との接触部は耐火セメント（例えばアルミナ
セメント）２７で封止され、外筒２５には抜気口
２８が付設されている。この２７は、必ずしもセ
メントである必要がなく、アルミナ、ボロンナイ
トライト等のセラミツクであつてもよい。

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。発熱体４の両端は、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。

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、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。な
お、この場合、リング状スペーサ２４は封止材と
なる。

以上のようにして形成されるクリアランスに
は、予め窒素等の不活性ガスを封入する。なお、
パイプ２１が通気性を有する場合には、抜気口２
８より空気を抜気し、しかる後に不活性ガスを供
給して置換することにより、クリアランス部２２
に不活性ガスを封入せしめてもよい。

〔実施例〕

上述した本発明に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他の黒鉛化炉２０
を用い、先ず糸出入口をシール後、窒素流通口
７，８、抜気口２８より黒鉛化炉２０の内部（ク
リアランス部２２を含む）の空気を抜気し、炉内
を窒素ガスに置換した後、抜気口２８を閉じ、グ
ラフアイト加熱体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、窒
素流入口７から供給し、流出口８から排気させつ
つ昼夜連続運転したところ、本例においてはグラ
フアイト発熱体４外周のクリアランス部２２での
カーボン蒸気はシールされているため飽和蒸気圧
に達し、グラフアイト発熱体４の減耗量は著しく
軽減されてその寿命は60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、置換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
発熱体が芯となる配置として、該パイプの両端を
該発熱体の両端にそれぞれ封止材を介して固着せ
しめ、該パイプと発熱体間に不活性ガスを封入せ
しめるための間隙部を形成したので、その間隙部
に不活性ガスを封入させることによつて、当該発
熱体外周面雰囲気を密封してカーボン蒸気圧を飽
和させることができ、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、２５：外筒、２６：フランジ、２７：耐火セ
メント、２８：抜気口。

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
   発熱体が芯となる配置として、該パイプの両端を
   該発熱体の両端にそれぞれ封止材を介して固着せ
   しめ、該パイプと発熱体間に不活性ガスを封入せ
   しめるための間隙部を形成したことを特徴とする
   炭素繊維の製造装置。