(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維前駆体アクリル繊維束であって、その一部に高密度部を有し、前記高密度部が、以下の条件Ａ及び条件Ｂを満足する炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ａ：前記高密度部の最大糸密度ρｍａｘが１．３３ｇ／ｃｍ３以上である。
条件Ｂ：中間密度点と最大密度領域到達点との間において、糸密度の増加量が繊維束長１０ｍｍ当たり１．３×１０−２ｇ／ｃｍ３以下である。
但し、「中間密度点」とは、非高密度部の糸密度ρ０と最大糸密度ρｍａｘとの間の中間の密度ρｍ（＝（ρ０＋ρｍａｘ）／２）を有する部位である。「最大密度領域到達点」とは、密度上昇開始点から距離５０ｍｍ毎の部位（Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｒ、Ｐｒ＋１、・・・、Ｐｎ）を密度測定点として、順に糸密度（ρ１、ρ２、・・・、ρｒ、・・・、ρｎ）を測定した場合に、（ρｒ＋１−ρｒ）／５で表される繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量が１．０×１０−３ｇ／ｃｍ３以下となる部位Ｐｒである。「密度上昇開始点」とは、非高密度部の糸密度ρ０に対して糸密度が０．０１ｇ／ｃｍ３高い部位である。
【請求項２】
前記高密度部が、更に以下の条件Ｃを満足する請求項１に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ｃ：糸密度が、前記密度上昇開始点から前記最大密度領域到達点まで単調に増加する。
【請求項３】
前記高密度部が、更に以下の条件Ｄを満足する請求項１又は２に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ｄ：前記密度上昇開始点から前記中間密度点までにおいて、繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量が２．０×１０−２ｇ／ｃｍ３以下である。
【請求項４】
前記高密度部が、更に以下の条件Ｅを満足する請求項１又は２に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ｅ：糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上である部分の長さが５０ｍｍ以上である。
【請求項５】
前記高密度部が、更に以下の条件Ｆを満足する請求項１又は２に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ｆ：前記密度上昇開始点から前記最大密度到達点までの長さが１５０ｍｍ以上である。
【請求項６】
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の一部分を加熱し、その一部に高密度部を有する炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得るための熱酸化処理炉であって、少なくとも一つの開口部を有し、かつ加熱される炭素繊維前駆体アクリル繊維束の長手方向に対応する位置において、高温加熱部と少なくとも一つの低温加熱部とを有し、該低温加熱部の少なくとも一つは、前記開口部の近傍に配置されてなる、熱酸化処理炉。
【請求項７】
炭素繊維前駆体アクリル繊維束に熱風を吹き付ける手段と、前記熱風を遮蔽する防風板とを有し、前記防風板により前記低温加熱部が形成されてなる、請求項６に記載の熱酸化処理炉。
【請求項８】
その一部に高密度部を有する炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法であって、以下の条件（１）〜条件（４）を満足する製造方法。
条件（１）：炭素繊維前駆体アクリル繊維束の一部分を、少なくとも一つの開口部を有する熱酸化処理炉の内部に配置し、該炭素繊維前駆体アクリル繊維束のその他部分を熱酸化処理炉の外部に配置する。
条件（２）：前記熱酸化処理炉の内部に配置された前記炭素繊維前駆体アクリル繊維束を、その長手方向に対応する位置において、高温の熱風と低温の熱風で加熱し、前記低温の熱風は、少なくとも一つの前記開口部の近傍にある前記炭素繊維前駆体アクリル繊維束を加熱する。
条件（３）：前記高温の熱風の温度は、加熱の開始から終了までの最高温度が少なくとも２００℃〜３００℃の温度範囲である。
条件（４）：炭素繊維前駆体アクリル繊維束の高密度部の最大糸密度ρｍａｘが１．３３ｇ／ｃｍ３以上に到達するまで加熱を行う。
【請求項９】
さらに以下の条件（５）を満足する請求項８に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法。
条件（５）：高温加熱部の加熱温度Ｔを、その加熱時点において加熱される炭素繊維前駆体アクリル繊維束の上限温度Ｔｍａｘより３〜５℃低い温度に上げる。
【請求項１０】
前記熱酸化処理炉は、炭素繊維前駆体アクリル繊維束に熱風を吹き付ける手段と、前記熱風を遮蔽する防風板とを有し、前記防風板により前記低温の熱風を形成する、請求項８に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法。
【請求項１１】
請求項８〜１０のいずれか一項に記載の製造方法により得られる請求項１に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
【請求項１２】
以下の工程（１）〜工程（３）を有する炭素繊維束の製造方法。
（１）前記高密度部をその端部に有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の該高密度部の端部（長さＬの部分）を、別の同様の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の該高密度部の端部（長さＬの部分）と連結する工程、
（２）連結された炭素繊維前駆体アクリル繊維束を温度範囲２００〜３００℃の酸化性雰囲気中で加熱して耐炎化処理する工程、及び
（３）得られた耐炎化繊維束を温度範囲１０００℃以上の不活性雰囲気中で加熱して炭素化処理する工程。
【請求項１３】
前記工程（１）が、前記繊維束の高密度部の端部（長さＬの部分）を高圧流体を用いて交絡処理する工程である請求項１２に記載の炭素繊維束の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（１）が、前記繊維束の高密度部の端部（長さＬの部分）を、長さ方向の位置３箇所以上６箇所以下で交絡処理する工程である請求項１２に記載の炭素繊維束の製造方法。
【請求項１５】
前記高圧流体をノズルから噴出する圧力が０．５〜１ＭＰａである請求項１３に記載の炭素繊維束の製造方法。
【請求項１６】
前記工程（１）が、前記繊維束の高密度部の端部（長さＬの部分）を長さ方向の位置３箇所以上６箇所以下で交絡処理した後に、交絡処理されていない先端部（長さＬｔの部分）を高圧流体を用いて交絡処理して、該先端部を該繊維束の連結部中に埋め込む工程である請求項１４に記載に炭素繊維束の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その一部に高密度部を有する炭素繊維前駆体アクリル繊維束、該炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得るための熱酸化処理炉、並びに炭素繊維束の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アクリル繊維束糸条は炭素繊維束を製造するための前駆体として広く利用されている。炭素繊維束の製造方法として、アクリル繊維束糸条を２００〜３００℃の酸化性雰囲気中で加熱処理する耐炎化工程によって耐炎化繊維束にした後、引き続いて１０００℃以上の不活性雰囲気中で加熱処理する炭素化工程によって炭素繊維束を得る方法が知られている。【０００３】
こうして得られた炭素繊維束は種々の優れた物性を備えていることから、各種の繊維強化複合材料等の強化用繊維として広く利用されている。炭素繊維束は従来の航空機やスポーツ用品への用途に加え、建築、土木、エネルギー関係の産業用途としても利用されており、急速にその需要が伸びている。この需要をさらに拡大するためには、より低コストで炭素繊維束を供給することが望まれている。【０００４】
一般に炭素繊維製造用のアクリル繊維束などの前駆体糸条は、ボビンなどに巻き上げられた形態、あるいは箱体に折畳み積層した形態で供給されている。かかる収納形態の前駆体糸条が耐炎化工程や炭素化工程などの各種焼成工程へと供給される。炭素繊維束の製造コストを下げるべく、焼成工程での操業性を上げるためには、これらの前駆体糸条を焼成工程に供給して炭素繊維束を製造するにあたり、多数本の前駆体糸条を連結して連続的に焼成工程へと供給することが必要である。そのために、上述した収納形態にある前駆体糸条の後端を後続の前駆体糸条の先端と連結させる技術が知られている（特許文献１〜３）。【０００５】
特許文献２は、糸条の連結部において生じる蓄熱などによる焼成中の糸切れを防止するため、前駆体糸条の後端もしくは後続の前駆体糸条の先端、あるいはこれらの両端を耐炎化処理（熱酸化処理）した糸条を用いる方法を提案している。特許文献１は、先行する前駆体糸条の後端を後続の前駆体糸条の先端に連結する際、予め耐炎化処理された糸条を用いる方法を提案している。特許文献３は、予め予備熱処理された糸条を用い、特殊な結び方を用いる方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１４４５３４号公報
【特許文献２】特開２００８−１５０７３３号公報
【特許文献３】特開昭５６−３７３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１または特許文献３に記載された炭素繊維前駆体アクリル繊維束の端部の耐炎化処理方法では、耐炎化された端部の密度が１．３０ｇ／ｃｍ３と低い。耐炎化工程においては、この為に、繊維束同士の連結部分は、酸化反応による発熱が起こり易く、また厚さが厚いので、蓄熱が起こり易い。よって該繊維束は、加熱温度が高く、工程張力が高い耐炎化工程をスムーズに通過し得ない。また特許文献２においては、実施例１で２５０℃という高い温度かつ４７分間という短時間で、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の端部の耐炎化処理を行っているが、これは繊維束が焼き切れる寸前の温度であるので、安全かつ安定的に耐炎化処理できない。【０００８】
このため、上記特許文献に記載の方法において、アクリル繊維束の連結部分が耐炎化工程と炭素化工程の両工程をスムーズに通過し得るようにするには、加熱温度及び工程張力の高い耐炎化工程並びに工程張力の高い炭素化工程の両工程におけるアクリル繊維束の伸張率を低くしなければならない。その一方、前記両工程の加熱温度及び工程張力の条件を緩和すると、炭素繊維束の高速生産は困難である。【０００９】
本発明の目的は、加熱温度及び工程張力の高い耐炎化工程並びに工程張力の高い炭素化工程の両工程をスムーズに通過し得る、繊維束同士の連結部を有する炭素繊維前駆体アクリル繊維束を提供することにある。また、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の長手方向の端部を短時間で熱酸化処理して高密度部を形成することが可能な熱酸化処理炉及び熱酸化処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題は以下の本発明〔１〕〜〔１６〕によって解決される。【００１１】
〔１〕  炭素繊維前駆体アクリル繊維束であって、その一部に高密度部を有し、前記高密度部が、以下の条件Ａ及び条件Ｂを満足する炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ａ：前記高密度部の最大糸密度ρｍａｘが１．３３ｇ／ｃｍ３以上である。
条件Ｂ：中間密度点と最大密度領域到達点との間において、糸密度の増加量が繊維束長１０ｍｍ当たり１．３×１０−２ｇ／ｃｍ３以下である。【００１２】
但し、「中間密度点」とは、非高密度部の糸密度ρ０と最大糸密度ρｍａｘとの間の中間の密度ρｍ（＝（ρ０＋ρｍａｘ）／２）を有する部位である。「最大密度領域到達点」とは、密度上昇開始点から距離５０ｍｍ毎の部位（Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｒ、Ｐｒ＋１、・・・、Ｐｎ）を密度測定点として、順に糸密度（ρ１、ρ２、・・・、ρｒ、・・・、ρｎ）を測定した場合に、（ρｒ＋１−ρｒ）／５で表される繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量が１．０×１０−３ｇ／ｃｍ３以下となる部位Ｐｒである。「密度上昇開始点」とは、非高密度部の糸密度ρ０に対して糸密度が０．０１ｇ／ｃｍ３高い部位である。【００１３】
〔２〕  前記高密度部が、更に以下の条件Ｃを満足する前記〔１〕に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ｃ：糸密度が、前記密度上昇開始点から前記最大密度領域到達点まで単調に増加する。【００１４】
〔３〕  前記高密度部が、更に以下の条件Ｄを満足する前記〔１〕又は〔２〕に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ｄ：前記密度上昇開始点から前記中間密度点までにおいて、繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量が２．０×１０−２ｇ／ｃｍ３以下である。【００１５】
〔４〕  前記高密度部が、更に以下の条件Ｅを満足する前記〔１〕又は〔２〕に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ｅ：糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上である部分の長さが５０ｍｍ以上である。【００１６】
〔５〕  前記高密度部が、更に以下の条件Ｆを満足する前記〔１〕又は〔２〕に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。
条件Ｆ：前記密度上昇開始点から前記最大密度到達点までの長さが１５０ｍｍ以上である。【００１７】
〔６〕  炭素繊維前駆体アクリル繊維束の一部分を加熱し、その一部に高密度部を有する炭素繊維前駆体アクリル繊維束を得るための熱酸化処理炉であって、少なくとも一つの開口部を有し、かつ加熱される炭素繊維前駆体アクリル繊維束の長手方向に対応する位置において、高温加熱部と少なくとも一つの低温加熱部とを有し、該低温加熱部の少なくとも一つは、前記開口部の近傍に配置されてなる、熱酸化処理炉。【００１８】
〔７〕  炭素繊維前駆体アクリル繊維束に熱風を吹き付ける手段と、前記熱風を遮蔽する防風板とを有し、前記防風板により前記低温加熱部が形成されてなる、前記〔６〕に記載の熱酸化処理炉。【００１９】
〔８〕  その一部に高密度部を有する炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法であって、以下の条件（１）〜条件（４）を満足する製造方法。
条件（１）：炭素繊維前駆体アクリル繊維束の一部分を、少なくとも一つの開口部を有する熱酸化処理炉の内部に配置し、該炭素繊維前駆体アクリル繊維束のその他部分を熱酸化処理炉の外部に配置する。
条件（２）：前記熱酸化処理炉の内部に配置された前記炭素繊維前駆体アクリル繊維束を、その長手方向に対応する位置において、高温の熱風と低温の熱風で加熱し、前記低温の熱風は、少なくとも一つの前記開口部の近傍にある前記炭素繊維前駆体アクリル繊維束を加熱する。
条件（３）：前記高温の熱風の温度は、加熱の開始から終了までの最高温度が少なくとも２００℃〜３００℃の温度範囲である。
条件（４）：炭素繊維前駆体アクリル繊維束の高密度部の最大糸密度ρｍａｘが１．３３ｇ／ｃｍ３以上に到達するまで加熱を行う。【００２０】
〔９〕  さらに以下の条件（５）を満足する前記〔８〕に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法。
条件（５）：高温加熱部の加熱温度Ｔを、その加熱時点において加熱される炭素繊維前駆体アクリル繊維束の上限温度Ｔｍａｘより３〜５℃低い温度に上げる。【００２１】
〔１０〕  前記熱酸化処理炉は、炭素繊維前駆体アクリル繊維束に熱風を吹き付ける手段と、前記熱風を遮蔽する防風板とを有し、前記防風板により前記低温の熱風を形成する、前記〔８〕に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法。【００２２】
〔１１〕  前記〔８〕〜〔１０〕のいずれかに記載の製造方法により得られる前記〔１〕に記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束。【００２３】
〔１２〕  以下の工程（１）〜工程（３）を有する炭素繊維束の製造方法。
（１）前記高密度部をその端部に有する前記〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の該高密度部の端部（長さＬの部分）を、別の同様の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の該高密度部の端部（長さＬの部分）と連結する工程、
（２）連結された炭素繊維前駆体アクリル繊維束を温度範囲２００〜３００℃の酸化性雰囲気中で加熱して耐炎化処理する工程、及び
（３）得られた耐炎化繊維束を温度範囲１０００℃以上の不活性雰囲気中で加熱して炭素化処理する工程。【００２４】
〔１３〕  前記工程（１）が、前記繊維束の高密度部の端部（長さＬの部分）を高圧流体を用いて交絡処理する工程である前記〔１２〕に記載の炭素繊維束の製造方法。【００２５】
〔１４〕  前記工程（１）が、前記繊維束の高密度部の端部（長さＬの部分）を、長さ方向の位置３箇所以上６箇所以下で交絡処理する工程である前記〔１２〕に記載の炭素繊維束の製造方法。【００２６】
〔１５〕  前記高圧流体をノズルから噴出する圧力が０．５〜１ＭＰａである前記〔１３〕に記載の炭素繊維束の製造方法。【００２７】
〔１６〕  前記工程（１）が、前記繊維束の高密度部の端部（長さＬの部分）を長さ方向の位置３箇所以上６箇所以下で交絡処理した後に、交絡処理されていない先端部（長さＬｔの部分）を高圧流体を用いて交絡処理して、該先端部を該繊維束の連結部中に埋め込む工程である前記〔１４〕に記載に炭素繊維束の製造方法。【００２８】
但し、前記［９］の発明における「上限温度Ｔｍａｘ」とは、熱酸化処理の対象となる繊維束と熱酸化処理に使用される熱酸化処理炉によって規定される温度であって、以下の条件にて測定された「焼き切れ温度Ｔｂ」より１℃低い温度である。
Ｔｍａｘ＝Ｔｂ−１（℃）。【００２９】
「焼き切れ温度Ｔｂ」の測定方法：
（１）熱酸化処理炉での処理量分（ｎ錘用の炉の場合はｎ錘分）の繊維束を用意する。熱酸化処理炉（炉長Ｌｏ）をこの繊維束のＴｂの予想値より４℃低い設定温度に加熱し、保持する。
（２）固定部と荷重付与部を有する繊維束保持手段を用いて繊維束の端部を、固定部と荷重付与部との距離Ｌｗが、炉長Ｌｏより長くなるように水平状態に配置する。繊維束の最端部側にある荷重付与部に４ｋｇの錘を置き、繊維束に張力を与える。
（３）この繊維束を熱酸化処理炉内に導入し、１０分間熱処理する。
（４）１０分間熱処理した繊維束に切断等の異常がなければ、設定温度を２℃高くして、熱酸化処理炉を加熱し、保持し、次いで、新たに前記（２）及び（３）の操作を行う。
（５）繊維束に切断等の異常があるまで前記（４）の操作を繰り返す。
（６）繊維束に切断等の異常があった場合は、この異常が発生した設定温度より１℃低い設定温度に熱酸化処理炉を加熱し、保持し、次いで、新たに前記（２）及び（３）の操作を行う。
（７）前記（６）の操作で切断等の異常がある場合は、前記（６）の設定温度を焼き切れ温度Ｔｂとする。また、前記（６）の操作で切断等の異常がなければ、前記（６）の設定温度より１℃高い温度を焼き切れ温度Ｔｂとする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の、その一部に高密度部を有する炭素繊維前駆体アクリル繊維束は、耐炎化工程と炭素化工程の両工程をスムーズに通過させることができる。また、本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法、熱酸化処理炉によれば、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の一部を短時間で熱酸化処理して高密度部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】炭素繊維前駆体アクリル繊維束の端部における糸密度の分布状態を表す図である。
【図２】本発明の２つの炭素繊維前駆体アクリル繊維束の端部を連結する際の両端部の重なり状態を表す図である。
【図３】本発明の熱酸化処理炉の模式斜視図である。
【図４】本発明の熱酸化処理炉の模式断面図である。
【図５】本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束を製造する際の、時間経過に伴う熱酸化処理の上限温度Ｔｍａｘ、加熱温度Ｔ、予想密度ρの推移の一例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態を説明する。尚、以下の説明において、熱酸化処理炉に関する種々の「長さ」は、炭素繊維前駆体アクリル繊維束の長手方向に対応する長さを意味する。また該繊維束の長手方向に対応する熱酸化処理炉の方向を熱酸化処理炉のｈｘ方向という。また、「奥行き」はこの長さ方向に直交する水平方向（ｈｙ方向）の距離を意味する。熱酸化処理炉内の空間のｈｘ方向の位置は、該熱酸化処理炉の内部空間の両端部を基準位置（０ｍｍ）として、該基準位置から熱酸化処理炉の中心方向を正方向、該基準位置から熱酸化処理炉の外側方向を負方向として表示される。
【００３３】
ρｍａｘは、高密度部の「最大糸密度」である。ρ０は、「非高密度部の糸密度」、即ち、熱酸化処理前の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の糸密度である。ρｉは、密度上昇開始点の糸密度である。「密度上昇開始点」とは、非高密度部の糸密度ρ０に対して密度が０．０１ｇ／ｃｍ３高い部位である。
【００３４】
ρｍは、中間密度点の糸密度である。「中間密度点」とは、非高密度部の糸密度ρ０と最大糸密度ρｍａｘとの間の中間の密度ρｍ（＝０．５（ρ０＋ρｍａｘ））を有する部位である。
【００３５】
「最大密度領域到達点」とは、密度上昇開始点から距離５０ｍｍ毎の部位（Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｒ、Ｐｒ＋１、・・・、Ｐｎ）を密度測定点として、順に糸密度（ρ１、ρ２、・・・、ρｒ、・・・、ρｎ）を測定した場合に、（ρｒ＋１−ρｒ）／５で表される繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量が１．０×１０−３ｇ／ｃｍ３以下となる部位Ｐｒである。
【００３６】
尚、前記糸密度の測定は、密度測定点を中心とする長さ４０ｍｍの繊維束について行われる。
【００３７】
＜炭素繊維前駆体アクリル繊維束＞
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束（以下、単に「前駆体繊維束」という場合がある。）は、その一部に高密度部を有し、前記高密度部が、所定の条件を満足するものである。この前駆体繊維束は、公知の炭素繊維前駆体アクリル繊維束を熱酸化処理することによって製造することができる。
【００３８】
図１は、前駆体繊維束の端部における密度の分布を表すモデル図である。「ａ」で示される線分は、本発明の熱酸化処理炉を使用せずに熱酸化処理した前駆体繊維束の糸密度分布を示している。「ｂ」で示される線分は、本発明の熱酸化処理炉を使用して得られる、本発明の前駆体繊維束の糸密度分布を示している。Ｘは、最大糸密度領域を示している。Ｙは、中間密度点から最大密度領域到達点までの部分を示している。Ｚは、密度上昇開始点から最大密度領域到達点までの部分を示している。
【００３９】
本発明において、糸密度の測定は、長さ４０ｍｍの試験片について行われる。熱酸化処理炉の基準位置（０ｍｍ）から熱酸化処理炉の外側方向に向う−１５０ｍｍの位置（第１測定点）から、炉内の中心方向に向う５５０ｍｍの位置（第１５測定点）までの５０ｍｍ毎の位置（１５箇所）が密度測定点とされる。このようにして選ばれた１５の各密度測定点を中心としてその両側各２０ｍｍ長の全長４０ｍｍの繊維束が試験片とされる。糸密度の測定は、ＪＩＳ  Ｒ７６０３：１９９９炭素繊維−密度の試験方法（Ｃ法：密度勾配管法）にて実施される。
【００４０】
図１の縦軸は糸密度を表し、横軸は熱酸化処理炉の長さ方向の位置を表している。横軸の「０ｍｍ」は、前記「基準位置」であって熱酸化処理炉内の、開口部に接する端部の位置を示している。「−１５０ｍｍ」は、熱酸化処理炉の最外部の位置を示している。そしてこれらの両位置の間に存在する開口部の長さが１５０ｍｍであることを示している。また防風板は、０ｍｍの位置から熱酸化処理炉の内側に設置されている。
【００４１】
本発明の前駆体繊維束は、その一部に高密度部を有し、前記高密度部が、以下の条件Ａ及び条件Ｂを満足する。
【００４２】
［条件Ａ］
本発明の前駆体繊維束は、高密度部の最大糸密度ρｍａｘが１．３３ｇ／ｃｍ３以上である。端部に高密度部を有する前駆体繊維束同士を、その端部を連結部として接続し、得られた一連の前駆体繊維束を耐炎化工程及び炭素化工程に供する場合、該連結部の糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上あれば、発熱、蓄熱に起因して耐炎化工程及び又は炭素化工程で連結部が切れることを抑制しやすくなる。糸密度は高い方が好ましいが、糸密度を高くするには、時間、コスト等がかかる。このため、高密度部の最大糸密度ρｍａｘは１．３３ｇ／ｃｍ３であれば十分である。
【００４３】
［条件Ｂ］
本発明の前駆体繊維束は、中間密度点と最大密度領域到達点との間において、糸密度の増加量が繊維束長１０ｍｍ当たり１．３×１０−２ｇ／ｃｍ３以下である。中間密度点と最大密度領域到達点との間とは、例えば、図１中の矢印Ｙで示される区間であり、炉内の位置１５０ｍｍ〜２５０ｍｍの間に対応している。この値が１．３×１０−２ｇ／ｃｍ３以下であれば、耐炎化工程や炭素化工程で連結部が切れることを抑制し易い。この値は１．１×１０−２ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。
【００４４】
［条件Ｃ］
本発明の前駆体繊維束は、高密度部が、更に以下の条件Ｃを満足することが好ましい。
条件Ｃ：糸密度が、密度上昇開始点から最大密度領域到達点まで単調に増加する。
【００４５】
ここで、「単調に増加」とは、密度上昇開始点、即ち熱酸化処理されていない前駆体繊維束の通常の密度部分（非高密度部、アクリロニトリル単位を９５％以上含むアクリル繊維束の場合、１．１８ｇ／ｃｍ３程度）より糸密度が０．０１ｇ／ｃｍ３高くなる部位、から最大密度領域到達点に到達するまでにおいて、実質的に糸密度が低下しないことを意味する。この条件を満足する前駆体繊維束は、耐炎化工程と炭素化工程の両工程をスムーズに通過することができる。
【００４６】
［条件Ｄ］
本発明の前駆体繊維束は、高密度部が、更に以下の条件Ｄを満足することが好ましい。
条件Ｄ：密度上昇開始点から中間密度点までにおいて、繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量が２．０×１０−２ｇ／ｃｍ３以下である。
【００４７】
この条件を満足すると、耐炎化工程や炭素化工程で連結部が切れることを抑制しやすくなる。この値は、１．７×１０−２ｇ／ｃｍ３以下であることがより好ましい。
【００４８】
［条件Ｅ］
本発明の前駆体繊維束は、高密度部が、更に以下の条件Ｅを満足することが好ましい。
条件Ｅ：糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上である部分の長さが５０ｍｍ以上である。
【００４９】
糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上である部分の長さとは、例えば、図１中の部分Ｘの長さである。前駆体繊維束の高密度部同士を交絡処理して連結部を形成するためには、部分Ｘの長さは、５０ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは１００ｍｍ以上であり、２００ｍｍ以上が更に好ましい。部分Ｘの長さが５０ｍｍ以上あれば、一方の前駆体繊維束の高密度部の端部と他方の前駆体繊維束の高密度部の端部を連結しやすく、また、この連結が不十分な場合の再連結が容易である。一方、熱酸化処理炉が大きくなると製作時のコスト増になり、また熱酸化処理炉の内部が大きくなり加熱の為のコスト増にも繋がる。従って、部分Ｘの長さは７００ｍｍ以下が好ましく、５００ｍｍ以下がさらに好ましい。
【００５０】
［条件Ｆ］
本発明の前駆体繊維束は、高密度部が、更に以下の条件Ｆを満足することが好ましい。
条件Ｆ：密度上昇開始点から最大密度領域到達点までの長さが１５０ｍｍ以上である。
【００５１】
密度上昇開始点から最大密度領域到達点までの長さとは、例えば、図１中の部分Ｚの長さである。この長さが１５０ｍｍ以上であれば、繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の急激な増加を抑制しやすくなる。この長さは２００ｍｍ〜３００ｍｍがより好ましい。この長さが３００ｍｍ以下であれば装置の大型化、設備投資を抑制しやすくなる。
【００５２】
図２は、２本の本発明の前駆体繊維束の端部を連結する際の両端部の重なり状態を表す図である。一方の前駆体繊維束１の糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上である部分Ｘと、他方の前駆体繊維束１’の糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上である部分Ｘ’とを重ねて、２つの前駆体繊維束が連結される。この例においては、部分Ｘと部分Ｘ’とが、それぞれ前駆体繊維束の末端部である。連結にあたっては、前駆体繊維束の末端部の糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上となっている必要はなく、部分Ｘと部分Ｘ’が重ねられて連結されていればよい。即ち、前駆体繊維束は部分Ｘよりも末端側に、糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３未満の部分を含んでいてもよい。またこの例においては前駆体繊維束同士を直接連結しているが、全体が糸密度１．３３ｇ／ｃｍ３以上に高密度化された別の繊維束を間に介して、二本の前駆体繊維束を間接的に連結することもできる。
【００５３】
＜熱酸化処理炉＞
次に本発明の熱酸化処理炉について説明する。熱酸化処理炉は、少なくとも一つの開口部を有し、かつ加熱される前駆体繊維束の長手方向に対応する位置において、高温加熱部と少なくとも一つの低温加熱部とを有し、該低温加熱部の少なくとも一つは、前記開口部の近傍に配置されている。
【００５４】
図３は、本発明の前駆体繊維束の製造に適した熱酸化処理炉の模式斜視図である。この熱酸化処理炉は熱酸化処理炉上部３と熱酸化処理炉下部４とで構成されている。熱酸化処理炉上部の背部と熱酸化処理炉下部の背部は、ヒンジ部（不図示）で繋がれており、このヒンジ部を介して開閉可能である。開閉時の安全のため、熱酸化処理炉上部と熱酸化処理炉下部との開閉量を制限するワイヤー（不図示）が設けられている。尚、この図は、熱酸化処理炉上部が９０度開かれた状態を示している。
【００５５】
また、熱酸化処理炉は底部に車輪等の移動手段（不図示）を備え、前後に移動可能である。前駆体繊維束を水平に配置した後、熱酸化処理炉上部を開け、熱酸化処理炉を前方に移動させることにより前駆体繊維束を炉内へ導入することが出来る。導入後、熱酸化処理炉上部を閉めることによって安全に前駆体繊維束を熱酸化処理することができる。
【００５６】
熱酸化処理炉の高温加熱部は、例えば、鉄やステンレス鋼等の構造材料によって形成されている。
【００５７】
図３の例では前駆体繊維束を配置するための開口部５および５’が設けられている。この熱酸化処理炉は、両開口部５および５’の少なくとも一方の炉内側に、低温加熱部を有する。更に内側には高温加熱部を有する。この図では、低温加熱部を形成するための防風板２および２’が、各開口部の炉内側において、前駆体繊維束が配置される位置の上方と下方に配置されている。また、図示しない熱風循環装置を備えている。熱風循環装置には、ヒーター、ファン、温度検出器、温度／ファン回転速度の制御装置等が備えられ、炉内を循環する熱風の風速および温度を任意に設定することができる。この熱酸化処理炉において、防風板によって熱風が遮られる部分が低温加熱部であり、熱風が直接吹き付けられる部分が高温加熱部である。
【００５８】
低温加熱部と高温加熱部は、上記方法に限らず、例えば熱酸化処理炉の内部温度を領域別に制御可能とすることによっても達成できる。これは、例えば、ヒーターを複数設ける、領域別に熱風量を変える、低温加熱部に外気を適量吹き込む、等の手段により達成できる。
【００５９】
防風板を用いる場合、中間密度点と最大密度領域到達点との間の部分Ｙの長さ及び熱酸化処理炉の大きさから、防風板の長さは５０ｍｍ〜３００ｍｍであることが好ましく、１００ｍｍ〜２５０ｍｍであることがさらに好ましい。これにより簡便に低温加熱部を形成することができる。
【００６０】
図４は該熱酸化処理炉の模式断面図であり、大まかな風の流れを示している。熱酸化処理は、酸素ガスを含有する気体雰囲気中で行われる。通常は空気雰囲気中である。炉内熱風は熱風循環装置によって加熱され、熱酸化処理炉下部の内部の空間から背面を通り熱酸化処理炉上部の空間へと導かれる。熱酸化処理炉上部の空間へ導かれた熱風は、ハニカムまたは多孔版等の整流機構（不図示）を通った後、前駆体繊維束の上方から下方へ向かって流れる。開口部５および５’の炉内側には、防風板２および２’が設けてあるため、開口部近辺では熱風は前駆体繊維束に直接当たらない。そのため開口部５および５’の炉内側は低温加熱部となる。
【００６１】
前駆体繊維束を熱した熱風は前駆体繊維束から発生したガスと共にそのまま熱酸化処理炉下部の内部の空間へと至る。熱酸化処理炉下部の内部の空間で、熱風の一部と発生したガスは排気系へと送られる。炉外へ排出された熱風に相当する量の新たな空気を開口部５および５’から吸い込むことによって低温加熱部の温度を下げると共に、前駆体繊維束から発生したガスが開口部より炉外へ流出することを防ぐことができる。
【００６２】
＜熱酸化処理方法＞
次に、この熱酸化処理炉を用いた熱酸化処理方法を説明する。
【００６３】
本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法は、以下の条件（１）〜（４）を満足する。
【００６４】
［条件（１）］
炭素繊維前駆体アクリル繊維束の一部分を、少なくとも一つの開口部を有する熱酸化処理炉の内部に配置し、該炭素繊維前駆体アクリル繊維束のその他部分を熱酸化処理炉の外部に配置する。
【００６５】
熱酸化処理炉内における前駆体繊維束の配置方法は限定されないが、例えば以下のように行われる。固定部と荷重付与部を有する繊維束保持手段（不図示）を用いて前駆体繊維束の端部を、固定部と荷重付与部との距離Ｌｗが、熱酸化処理炉の炉長Ｌｏより長くなるように水平状態に配置する（図３）。この状態で、熱酸化処理炉を前方に移動して開口部５および５’に対応する位置に前駆体繊維束を配置し、荷重付与部に錘等の荷重を付与する。あるいは、繊維束保持手段（不図示）を経て前駆体繊維束を開口部５より熱酸化処理炉内に導入し、一方の低温加熱部、熱酸化処理炉の中央部、他方の低温加熱部を経て、開口部５’より炉外へ導出する。炉外へ導かれた前駆体繊維束の端部には錘等の荷重が付与される。
【００６６】
［条件（２）］
前記前駆体繊維束を、その長手方向に対応する位置において、高温の熱風と低温の熱風で加熱し、前記低温の熱風は、少なくとも一つの前記開口部の近傍にある前記前駆体繊維束を加熱する。
【００６７】
前駆体繊維束は、熱酸化処理炉内部において直接高温の熱風が接触することによって熱酸化処理される。一方、低温加熱部では、防風板によって熱風が直接前駆体繊維束に当たるのが妨げられること、及び、開口部５および５’より吸入される外気によって冷却されることから、緩やかな熱酸化処理となり、糸密度の上昇も緩やかとなる。このようにして熱酸化処理された前駆体繊維束は、熱酸化処理炉の中央部に配置された部分の糸密度が最も高く、開口部５および５’付近に配置された部分の糸密度が最も低い値を示す。熱酸化処理の終了した前駆体繊維束のうち、荷重付与側の部分Ｚは糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３より低いため、部分Ｘとの境で切断して除去する。このようにすると、部分Ｘを末端部に有する前駆体繊維束を得ることができる。
【００６８】
条件（２）において、熱酸化処理炉は、加熱される繊維束に熱風を吹き付ける手段と、前記熱風を遮蔽する防風板とを有し、前記防風板により前記低温加熱部を形成すると、簡便に処理を行うことができる。
【００６９】
［条件（３）］
前記高温の熱風の温度は、加熱の開始から終了までの最高温度が少なくとも２００℃〜３００℃の温度範囲である。
【００７０】
この範囲内の温度で熱酸化処理を行うことにより、高密度部の糸密度を１．３３ｇ／ｃｍ３以上とすることができる。
【００７１】
［条件（４）］
高密度部の最大糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上に到達するまで加熱を行う。
【００７２】
さらに本発明の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の製造方法は、以下の条件（５）を満足することが好ましい。
【００７３】
［条件（５）］
加熱温度Ｔを、その加熱時点において加熱される前駆体繊維束の上限温度Ｔｍａｘより３〜５℃低い温度に上げる。
【００７４】
熱酸化処理炉の温度設定は、例えば以下のようにして行うことができる。
【００７５】
図５は本発明の前駆体繊維束を得る為の、時間経過に伴う「熱酸化処理の上限温度Ｔｍａｘ」、加熱温度Ｔ、予想密度の推移の一例を表す図である。この図は熱酸化処理の対象となる前駆体繊維束の上限温度Ｔｍａｘが２４１℃である場合の一例を示している。安全に熱酸化処理可能な熱酸化処理炉の加熱温度は、炉内の温度分布等に鑑みて上限温度Ｔｍａｘより５℃低い２３６℃である。初期加熱温度Ｔｉを２３６℃として熱酸化処理を開始すると、経過時間と共に前駆体繊維束は熱酸化処理されて、糸密度は上昇していく。糸密度の上昇と共に前駆体繊維束の上限温度Ｔｍａｘは上昇していく為、この温度上昇に対応して加熱温度Ｔを上げることが出来る。こうして例えば１分間毎に加熱温度を上げていくことによって、最短時間で目標とする糸密度まで熱酸化処理することが出来る。初期加熱温度Ｔｉ及びその後の加熱温度Ｔは、「熱酸化処理の上限温度Ｔｍａｘ」より３〜５℃低い温度に設定することが好ましい。加熱温度Ｔは、加熱時間が経過する毎に上昇させることができる。前後の工程の繋がりに鑑みて、糸密度１．３３ｇ／ｃｍ３に到達するまでの加熱温度Ｔは上限温度Ｔｍａｘより３〜５℃低い温度を超えない範囲で、連続的に昇温してもよく、一定時間毎に階段状に昇温してもよい。
【００７６】
本発明の熱酸化処理炉及び熱酸化処理方法は、上記の前駆体繊維束を製造可能であれば、前記の熱酸化処理炉または熱酸化処理方法に限定されず、諸条件を適宜変更した熱酸化処理炉または熱酸化処理方法を使用することができる。
【００７７】
＜炭素繊維束の製造方法＞
本発明の炭素繊維束の製造方法は、以下の工程（１）〜（３）を有する方法である。
（１）高密度部をその端部に有する前駆体繊維束の該高密度部の端部（長さＬの部分）を、別の同様の高密度部を端部に有する前駆体繊維束の該高密度部の端部（長さＬの部分）と連結する工程、
（２）連結された前駆体繊維束を温度範囲２００〜３００℃の酸化性雰囲気中で加熱して耐炎化処理する工程、及び
（３）得られた耐炎化繊維束を温度範囲１０００℃以上の不活性雰囲気中で加熱して炭素化処理する工程。
かかる方法によれば、耐炎化工程と炭素化工程の両工程をスムーズに通過させることができる。
【００７８】
本発明の一連の炭素繊維前駆体アクリル繊維束の連結部、つまり前記高密度部同士を交絡処理して一体化させた連結部は、前記高密度部の長さＬの部分同士を相互に重ね合わせた後、以下の方法（１）または方法（２）等によって形成することができる。
（１）重ね合わせた部分の繊維糸条を空気などの高速流体処理により互いに交絡させて一体化する方法。
（２）重ね合わせた部分の繊維糸条をニードルパンチにより互いに交絡させて一体化する方法。
前記方法（２）では、前記高密度部を形成している糸条の一部が切断することがあり、又交絡処理して一体化するために要する時間が長くなる。従って、方法（２）より方法（１）が好ましい。
【００７９】
高密度部同士を連結するために交絡処理する前に、各前駆体繊維束の端部について、錘を付与した端部側の密度上昇開始点付近で切断しておくと、交絡処理時の前駆体繊維束を取扱い易くなるので好ましい。
【００８０】
ノズルから高圧流体を噴出する場合、噴出圧力は０．５〜１．０ＭＰａであることが望ましい。噴出圧力が０．５ＭＰａ未満であると、高速度で炭素化が行われる炭素化工程の工程張力に耐え得ない。さらに圧力が１．０ＭＰａを超えると、前記高密度部を形成している繊維束の一部が切断することがあり、好ましくない。
【００８１】
重ね合わせた部分の繊維束を互いに交絡処理して一体化する箇所が３箇所以上であれば、前駆体繊維束の連結部が高速度で炭素化が行われる炭素化工程の工程張力に耐え得ることができる。また交絡箇所が７箇所以上になると、連結用の装置が大型化し、連結の手間が増えるため、交絡箇所は６箇所以下が望ましい。例えば、交絡箇所を５箇所とする場合、図２において、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、及びＸ５の５箇所に、高圧流体の噴出ノズルが配置される。Ｘ１の長さ方向の位置は、部分Ｘの先端部（図２のＸの右端部）より部分Ｙ側（図２の左側方向）にあるので、部分Ｘの先端部は交絡処理されない。交絡処理の条件等によって変化するが、繊維束の交絡処理部の長さは、例えば１５０〜４００ｍｍ程度であり、繊維束の交絡処理されない先端部（長さＬｔの部分）の長さは、例えば２５０〜６００ｍｍ程度である。
【００８２】
前記連結部においては、交絡処理されていない繊維束の先端部を切断除去することが好ましい。このような処理によって、耐炎化工程、前炭素化工程及び炭素化工程における繊維束の工程通過性を改良することができる。
【００８３】
また、前記の繊維束先端部の切断除去の際には、交絡処理されていない部分のうちの長さ０．２ｃｍ〜０．８ｃｍ程度を残して切断し、次いで、残された繊維束先端部を、前述の高速流体処理により前駆体繊維束の前記連結部中に埋め込むことが好ましい。この埋め込み処理（以下、「末端処理」という場合がある。）によって、該繊維束の先端部が原因となって生じる、繊維束のローラーへの巻付きを防止することができ、また、該繊維束の先端部がガイドに引っかかることを防止することができる。
【実施例】
【００８４】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。【００８５】
〔実施例１〕
糸密度１．１８ｇ／ｃｍ３、単糸繊度１．０ｄｔｅｘ／フィラメント、フィラメント数６００００、長さ５０ｍの前駆体繊維束を振り込んだ箱を８個準備した。この前駆体繊維束の熱酸化処理の上限温度Ｔｍａｘは２５０℃であった。また図３に示す構造の開口部を有する熱酸化処理炉（長さ１４００ｍｍ、奥行き９００ｍｍ、高さ１４００ｍｍ）を準備した。開口部は長さ１５０ｍｍ、奥行き３２０ｍｍ、高さ２０ｍｍであり、４枚の防風板のサイズは、長さ１５０ｍｍ、奥行き４５０ｍｍであった。【００８６】
４箱から各前駆体繊維束の両端部をそれぞれ繰り出し、前駆体繊維束と熱酸化処理炉を図３に示す状態に配置した。次いで、熱酸化処理炉を移動して、図４に示すように前駆体繊維束を熱酸化処理炉の開口部の中心に配置した。炉外の前駆体繊維束の端部には錘を付けて前駆体繊維束に１００００ｄｔｅｘ当たり６．５Ｎの張力を掛けた。空気雰囲気下、静止状態で、熱酸化処理炉の初期加熱温度Ｔｉを２４５℃として熱酸化処理を開始した。「Ｔｍａｘ−Ｔ≦５℃」が維持できるように、加熱温度Ｔを上昇させ、加熱温度を最終的に２７３℃まで上昇させて、合計７０分間、熱酸化処理した。【００８７】
残りの４箱の前駆体繊維束についても、同様の操作を行い、８箱の前駆体繊維束の各両端部を熱酸化処理した。【００８８】
このようにして得られた８箱の前駆体繊維束の一方の端部について、以下の方法で糸密度を測定した。熱酸化処理炉の基準位置（０ｍｍ）から熱酸化処理炉の外側方向に向う−１５０ｍｍの位置（第１測定点）から、炉内の中心方向に向う５５０ｍｍの位置（第１５測定点）までの５０ｍｍ毎の位置を密度測定点とした。このようにして選ばれた各密度測定点において長さ４０ｍｍの繊維束を切り出して試験片とした。糸密度の測定は、ＪＩＳ  Ｒ７６０３：１９９９炭素繊維−密度の試験方法（Ｃ法：密度勾配管法）にて実施した。尚、上記「―１５０ｍｍ」の位置は、熱酸化処理炉の最外部に当たる。【００８９】
前駆体繊維束の最大糸密度ρｍａｘは１．４２ｇ／ｃｍ３であり、炉内位置と糸密度の変化曲線は、図１の「実線ｂ」に類似していた。部分Ｘ、部分Ｙ及び部分Ｚの長さは、それぞれＸ：６００ｍｍ、Ｙ：８５ｍｍ及びＺ：２５０ｍｍであった。中間密度点から最大密度領域到達点まのでの間（即ち、部分Ｙの間）の繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量の最大値は０．６７×１０−２ｇ／ｃｍ３であった。【００９０】
各前駆体繊維束について、錘を付与した端部側の密度上昇開始点の付近で切断し、両端部に高密度部を有する前駆体繊維束８本を得た。【００９１】
こうして得られた８箱分の前駆体繊維束を用いて、各前駆体繊維束の先頭側末端の高密度部と別の箱の振り込み元末端の高密度部同士を相互に２つの末端の先端が反対方向になるように重ね合わせた後、重ね合わせた部分の繊維束を、高速流体処理により５箇所交絡処理して一体化して連結部を形成した。繊維束の交絡処理部から先端部までの交絡処理されていない高密度部分の長さＬｔは３５０ｍｍであった。高速流体として空気を用い、処理時の圧力は０．５ＭＰａであった。【００９２】
その後、この交絡処理されていない高密度部分のうちの長さ０．８ｍｍの部分を残すように繊維束を切断した。次いでこの交絡処理されていない部分を高速流体処理により前駆体繊維束の前記連結部中に埋め込む末端処理を行った。このようにして、前駆体繊維束８本を連結した。【００９３】
このように連結された前駆体繊維束を２２７〜２４８℃の熱風が循環している耐炎化炉に連続的に供給して、張力２４．５ｍＮ／ｔｅｘで６０分間、耐炎化処理した。次いで、得られた耐炎化繊維束を前炭素化炉から炭素化炉へと連続的に供給して、炭素化繊維束を得た。前炭素化炉においては、耐炎化繊維束を温度３００〜６００℃の窒素雰囲気中で、１．５分間の前炭素化処理を行った。繊維束の伸張率は、初期伸張率を３％とし、連結部が前炭素化炉を通過する度に１％ずつ上げて最終伸張率を９％とした。前炭素化工程において、伸張率を変えた各連結部の工程通過性を確認した。その結果、前炭素化伸張率９％まで引っ張っても繊維束は切断しなかった。【００９４】
炭素化炉においては、前炭素化処理された繊維束を、１１５０〜１２５０℃の温度分布を有する窒素雰囲気中で、繊維束の伸張率−４．５％として炭素化処理を行った。炭素化処理においても、繊維束の切断はなく、問題なく炭素化処理ができた。【００９５】
〔実施例２〕
単糸繊度１．３９ｄｔｅｘ／フィラメント、フィラメント数５００００で熱酸化処理の上限温度Ｔｍａｘが２４１℃の前駆体繊維束を準備した。また、初期加熱温度Ｔｉを２３６℃とした。これら以外の条件は実施例１と同様にして熱酸化処理した。【００９６】
このようにして得られた繊維束を切断して、部分Ｘ、部分Ｙ及び部分Ｚの長さが、それぞれ６００ｍｍ、１５０ｍｍ及び２５０ｍｍの前駆体繊維束を得た。熱酸化処理部の最大糸密度ρｍａｘは１．４２ｇ／ｃｍ３であり、中間密度点から最大密度領域到達点まのでの間（即ち、部分Ｙの間）の繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量の最大値は、１．０１×１０−２ｇ／ｃｍ３であった。【００９７】
次いで、実施例１と同様にして高速流体を用いて交絡処理、末端処理、耐炎化処理、前炭素化処理、炭素化処理を行い、工程通過性を確認した。前炭素化処理工程において伸張率９％まで引っ張っても繊維束の切断はなく、問題なく炭素化処理が出来た。【００９８】
〔実施例３〕
単糸繊度１．３９ｄｔｅｘ／フィラメント、フィラメント数５００００で熱酸化処理の上限温度Ｔｍａｘが２４１℃の前駆体繊維束を用いたこと、及び、加熱温度を２３６℃の一定温度としたこと以外は実施例１と同様にして、熱酸化処理を開始した。繊維束端部の最大糸密度ρｍａｘが１．４２ｇ／ｃｍ３まで上昇するのに１８０分間かかった。中間密度点から最大密度領域到達点まのでの間（即ち、部分Ｙの間）の繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量の最大値は、１．０１×１０−２ｇ／ｃｍ３であった。【００９９】
次いで、実施例１と同様にして高速流体を用いて交絡処理、末端処理、耐炎化処理、前炭素化処理、炭素化処理を行い、工程通過性を確認した。前炭素化処理工程において伸張率９％まで引っ張っても繊維束の切断はなく、問題なく炭素化処理が出来た。【０１００】
〔実施例４〕
最大糸密度を１．３６ｇ／ｃｍ３に低下すべく熱酸化処理時間を５０分間としたこと以外は実施例１と同様にして、熱酸化処理を実施した。中間密度点から最大密度領域到達点まのでの間（即ち、部分Ｙの間）の糸密度の長手方向１０ｍｍ当たりの増加量の最大値は、１．０６×１０−２ｇ／ｃｍ３であった。【０１０１】
次いで、実施例１と同様にして高速流体を用いて交絡処理、末端処理、耐炎化処理、前炭素化処理を行い、工程通過性を確認した。前炭素化処理工程において伸張率３％まで引っ張っても繊維束の切断はなかったが、４％まで引っ張ると切断した。【０１０２】
〔比較例１〕
実施例１と同様の前駆体繊維束を用い、３９Ｎの張力を掛けた状態で、防風板を設置しない状態で、加熱温度を２４５℃として５０分間、熱酸化処理を実施した。得られた前駆体繊維束の熱酸化処理部の最大糸密度ρｍａｘは１．３６ｇ／ｃｍ３であった。中間密度点から最大密度領域到達点までの間の繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量の最大値は、２．２５×１０−２ｇ／ｃｍ３であった。また密度上昇開始点から中間密度点までにおいて、繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量は、２．０×１０−２ｇ／ｃｍ３であった。【０１０３】
次いで、実施例１と同様にして高速流体を用いて交絡処理、末端処理、耐炎化処理、前炭素化処理を行い、工程通過性を確認した。前炭素化処理工程において繊維束は伸張率３％でも通過することなく切断してしまい、炭素化処理を行うことが出来なかった。【０１０４】
〔比較例２〕
防風板を設置しないこと、及び、熱酸化処理条件を、加熱温度２４５℃で１２０分間としたこと以外は実施例１と同様にして、端部が熱酸化処理された前駆体繊維束を得た。繊維束端部の熱酸化処理部の最大糸密度ρｍａｘは１．４２ｇ／ｃｍ３であった。中間密度点から最大密度領域到達点までの間の繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量の最大値は、１．６３×１０−２ｇ／ｃｍ３であった。【０１０５】
次いで、実施例１と同様にして高速流体を用いて交絡処理、末端処理、耐炎化処理し、伸張率３％で前炭素化処理を開始し、工程通過性を確認した。前炭素化処理工程において繊維束は伸張率３％でも通過することなく切断してしまい、炭素化処理を行うことが出来なかった。切断位置は連結部の前方、糸密度が１．３５ｇ／ｃｍ３から１．４２ｇ／ｃｍ３に至る付近であった。【０１０６】
この前炭素化処理の伸張率については表１に示すとおりである。尚、表１中の「Ｙ部における繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量（ｇ／ｃｍ３）」は、中間密度点と最大密度領域到達点との間（部分Ｙ）における繊維束長１０ｍｍ当たりの糸密度の増加量の最大値である。「加熱温度の昇温」は、熱酸化処理炉の加熱温度Ｔを「Ｔｍａｘ−Ｔ≦５℃」が維持できるように上昇させながら熱酸化処理した場合を「有」と表記し、また、加熱温度を上昇させず一定温度（初期加熱温度Ｔｉ）で熱酸化処理した場合を「無」と表記した。【０１０７】
【表１】
0005541414.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の前駆体繊維束から製造される炭素繊維束は、航空機、スポーツ用品、並びに、土木、エネルギー関係等の産業用途として利用できる。
【符号の説明】
【０１０９】
Ｘ、Ｘ  ：糸密度が１．３３ｇ／ｃｍ３以上の部分（連結部）
Ｙ、Ｙ’：中間密度点から最大密度領域到達点までの部分
Ｚ、Ｚ’：密度上昇開始点から最大密度領域到達点までの部分
Ｌｔ    ：交絡処理されていない先端部
１、１’：前駆体繊維束
２      ：防風版（上）
２’    ：防風版（下）
３      ：熱酸化処理炉上部
４      ：熱酸化処理炉下部
５、５’：開口部
ａ      ：本発明を使用しない密度分布モデル
ｂ      ：本発明を使用した密度分布モデル
ｃ      ：目標糸密度
ｄ      ：糸密度
ｅ      ：上限温度
ｆ      ；設定温度
【図１】
0005541414.tif 000003
【図２】
0005541414.tif 000004
【図３】
0005541414.tif 000005
【図４】
0005541414.tif 000006
【図５】
0005541414.tif 000007