(57)【要約】      （修正有）【課題】構造が相対的により強固で信頼性の高い炭化繊維が得られ、なおかつ設備コスト及び工数を効果的に減縮できる炭化繊維製造設備を提供する。【解決手段】炭化繊維製造設備には、基本的に材料送給モジュール１０と、高温炭化モジュール３０と、プラズマ表面処理モジュール４０と、糊付けモジュール５０と、材料受取モジュール２０とが設けられる。材料送給モジュール１０から放出された炭素繊維前駆体繊維束７０Ａを予め設定された速度に基づいて順次に高温炭化、プラズマ表面処理や糊付けなどを含む加工手順を完了させることができ、炭素繊維前駆体繊維束７０Ａを加熱して炭化繊維７０Ｂに形成させ、さらに表面に樹脂油剤８０を有する炭化繊維７０Ｂが得られる。特に、プラズマ表面処理モジュール４０を介して炭化繊維７０Ｂの表面を粗面化すると同時に、表面の官能基を増加させることができ、炭化繊維７０Ｂと樹脂油剤８０との良好な界面接合を図ることに寄与する。【選択図】図１
0003209600.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
炭化繊維製造設備であって、少なくとも
材料送給モジュールと、
前記材料送給モジュールの周辺箇所に設けられ、かつ前記材料送給モジュールと共に炭化繊維の引張行程を構成する材料受取モジュールと、
前記炭化繊維の引張行程に設けられ、かつ前記材料送給モジュールと前記材料受取モジュールとの間に位置し、前記炭化繊維の引張行程に対して加熱を行うために用いられる高温炭化モジュールと、
前記炭化繊維の引張行程に設けられ、かつ前記高温炭化モジュールと前記材料受取モジュールとの間に位置し、前記炭化繊維の引張行程に対してプラズマガス流を提供するために用いられるプラズマ表面処理モジュールと、
前記炭化繊維の引張行程に設けられ、かつ前記プラズマ表面処理モジュールと前記材料受取モジュールとの間に位置する糊付けモジュールとを備えることを特徴とする、炭化繊維製造設備。
【請求項２】
前記高温炭化モジュールには、キャビティと、給気モジュールと、マイクロ波発生モジュールとを有し、前記炭化繊維の引張行程が前記キャビティ内を通過して、前記給気モジュールが不活性ガスを供給するために用いられ、前記マイクロ波発生モジュールが高周波マイクロ波を提供するために用いられることを特徴とする、請求項１に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項３】
前記プラズマ表面処理モジュールには、少なくともプラズマ発生ユニットが設けられることを特徴とする、請求項２に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項４】
前記プラズマ表面処理モジュールには、前記炭化繊維の引張行程の上、下位置箇所に相対していずれも少なくともプラズマ発生ユニットが設けられることを特徴とする、請求項２に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項５】
前記キャビティが、楕円キャビティであることを特徴とする、請求項２に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項６】
前記キャビティに少なくとも１つのマイクロ波に対して高い感受性を持つ材料が配置されることを特徴とする、請求項５に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項７】
前記キャビティが、平板キャビティであることを特徴とする、請求項２に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項８】
前記キャビティに少なくとも１つのマイクロ波に対して高い感受性を持つ材料が配置されることを特徴とする、請求項７に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項９】
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるプラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項３に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項１０】
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である大気プラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項３に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項１１】
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である低圧プラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項３に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項１２】
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるマイクロ波プラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項３に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項１３】
前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるグロ−プラズマガス流を生起させるために供されることを特徴とする、請求項３に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項１４】
前記糊付けモジュールには、少なくとも貯液槽が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の炭化繊維製造設備。
【請求項１５】
さらに乾燥モジュールを備え、前記乾燥モジュールは、前記糊付けモジュールと前記材料受取モジュールとの間の前記炭化繊維の引張行程箇所に相対して設けられることを特徴とする、請求項１に記載の炭化繊維製造設備。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、炭化繊維製造設備に係り、特に、炭化繊維の糊付け品質を大幅に向上でき、かつ炭化繊維の生産設備コスト及び工数を効果的に減縮できる、炭化繊維製造設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭化繊維は、繊維中の炭素含有量の違いによって炭素繊維や石墨繊維に分類され、それは優れた力学特性及び電気特性を有するため、各種の用途に広汎に応用することができ、坊間によく見られる炭化繊維の多くはポリアクリロニトリル系繊維などの炭素繊維の前駆体繊維（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  ｆｉｂｅｒ）を束にしてなる炭素繊維前駆体繊維束にか焼（高温炭化）を行って得られたものである。
【０００３】
炭化繊維となるように供する前駆体繊維の種類が相当に多くなり、例えば、レーヨン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ，ＰＡＮ）、ピッチ（ｐｉｔｃｈ）などが挙げられる。現在、主流に使用されている炭素繊維は、原料としてポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を採用し、その手順は一般的に下記のとおりである。ＰＡＮ原料（前駆体繊維）→予備酸化工程→高温炭化工程→表面処理→糊付け工程を有する。
【０００４】
その中、炭化工程において、炭化繊維の用途に従って、異なる加熱設備を用いて炭素繊維前駆体繊維束を加熱して炭素繊維や石墨繊維を形成する。原則的には、石墨繊維の繊維中の炭素含有量が９０％以上達すると共に、二次元炭素環平面の網状構造と、層状構造と平行な石墨層構造とを形成する。研究結果によれば、高強度型炭素繊維の結晶領域が約５〜６層の石墨平面からなる組成を示し、高強度高モジュラス型炭素繊維の結晶領域が約１０〜２０層の石墨平面からなる組成を示す。理論上と実際の商品の検証によると、いずれも石墨層の結晶粒厚さが大きいほど、炭素繊維の延伸モジュラスが高くなることを指す。
【０００５】
一方、処理を経ていない炭化繊維は、基質樹脂に対して不足な粘着性を有し、なおかつそれは不良な横方向性質を有し、例えば、分離強度及び剪断強度などを有するため、直接に利用するものは比較的に少ないことが分かり、通常、用途に従って基質樹脂と組み合わせる炭化繊維複合材料を成形し、かつ炭化工程を完了した炭化繊維は、工場から出庫する前に大抵表面に１層の油剤（糊付け工程と称する）を塗布しておくことで、繊維が後続の工芸で摩擦による断裂してしまい、炭化繊維全体の品質が影響しないように保護できるようになっている。
【０００６】
さらに、炭化繊維は、高温炭化工程において、通常、高温焼成溶融作用により、その繊維の表面が細緻化すぎて、かつその表面にはほとんど官能基がないため、繊維が樹脂油剤と完全に結合できなくなる。熱処理や電解技術を利用して既に高温炭化工程を完了した繊維に対して表面処理を施すことにより、繊維と樹脂油剤との間の結合効果を改善できることが分かった。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、熱処理方式を用いて炭化繊維に対して表面処理を行う時、より多い時間をかかるだけでなく、かつ通常、より多い数量を一回処理する必要があり、加工品質を相対的に把握し難いという問題点がある。ひいては、電解方式を用いて炭化繊維に対して表面処理を行う時、事後、それから少なくとも１作業の乾燥プロセスを経なければ、繊維の表面に油剤を塗布し始めないので、かつ通常、電解液の変動によって加工品質が影響してしまい、その上、繊維の表面に沈澱現象を起こしてしまう。
【０００８】
これに鑑みて、本考案は、つまり炭化繊維の糊付け品質を大幅に向上でき、かつ炭化繊維の生産設備コスト及び工数を効果的に減縮できる、炭化繊維製造設備を提供することを主要な目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本考案の炭化繊維製造設備は、少なくとも材料送給モジュールと、前記材料送給モジュールの周辺箇所に設けられ、かつ前記材料送給モジュールと共に炭化繊維の引張行程を構成する材料受取モジュールと、前記炭化繊維の引張行程に設けられ、かつ前記材料送給モジュールと前記材料受取モジュールとの間に位置し、前記炭化繊維の引張行程に対して加熱を行うために用いられる高温炭化モジュールと、前記炭化繊維の引張行程に設けられ、かつ前記高温炭化モジュールと前記材料受取モジュールとの間に位置し、前記炭化繊維の引張行程に対してプラズマガス流を提供するために用いられるプラズマ表面処理モジュールと、前記炭化繊維の引張行程に設けられ、かつ前記プラズマ表面処理モジュールと前記材料受取モジュールとの間に位置し、前記炭化繊維の表面に樹脂油剤を被覆する糊付けモジュールとを備える。
【００１０】
上記の構造的特徴を利用して、本考案の炭化繊維製造設備は、前記材料送給モジュールと、前記高温炭化モジュールと、前記プラズマ表面処理モジュールと、前記糊付けモジュールと、前記材料受取モジュールとの整合運用することで、前記材料送給モジュールから放出された炭素繊維前駆体繊維束を予め設定された速度に基づいて順次に高温炭化、プラズマ表面処理や糊付けなどの加工手順を完了させることができ、相対的により積極的で信頼性のある手段で、前記炭素繊維前駆体繊維束を加熱して前記炭化繊維を形成させることによって、さらに表面に前記樹脂油剤を有する前記炭化繊維が得られる。特に、前記プラズマ表面処理モジュールを介して前記炭化繊維の表面を粗面化すると同時に、前記炭化繊維の表面の官能基を増加させ、前記炭化繊維の後続の糊付け工程において、前記炭化繊維と前記樹脂油剤との良好な界面接合を図ることに寄与し、炭化繊維の糊付け品質を大幅に向上できることから、構造が相対的により強固で信頼性のある前記炭化繊維が得られ、かつプラズマ表面処理は、乾式で、かつ相対的に迅速な表面処理技術に属し、炭化繊維の生産設備コスト及び工数を効果的に減縮できる。
【００１１】
上記の技術的特徴によれば、前記高温炭化モジュールには、前記炭化繊維の引張行程や前記炭素繊維前駆体繊維束が通過するためのキャビティを有し、前記キャビティ内に少なくとも１つのマイクロ波場集中領域が形成され、かつ不活性ガス及び高周波マイクロ波を提供し、不活性ガスの雰囲気による保護下で、高周波マイクロ波の電場とマイクロ波場集中領域を通過する炭素繊維前駆体繊維束により生じる誘導電流とを利用して加熱することで、急速高温を可能にする。
【００１２】
上記の技術的特徴によれば、前記高温炭化モジュールには、前記炭素繊維前駆体繊維束が通過するためのキャビティを有し、前記キャビティ内に少なくとも１つのマイクロ波場集中領域が形成され、かつ給気モジュールから不活性ガスを提供し、及びマイクロ波発生モジュールから高周波マイクロ波を提供し、不活性ガスの雰囲気による保護下で、高周波マイクロ波の電場とマイクロ波場集中領域を通過する前記炭素繊維前駆体繊維束により生じる誘導電流とを利用して加熱することで、急速高温を可能にする。前記プラズマ表面処理モジュールには、少なくともプラズマガス流を発生するためのプラズマ発生ユニットが設けられる。
【００１３】
上記の技術的特徴によれば、前記プラズマ表面処理モジュールには、炭化繊維の引張行程の上、下位置箇所に相対していずれも少なくともプラズマ発生ユニットが設けられる。
【００１４】
かかる前記キャビティが、楕円キャビティである。
【００１５】
かかる前記キャビティが、楕円キャビティであり、かつ前記キャビティに少なくとも１つのマイクロ波に対して高い感受性を持つ材料が配置される。
【００１６】
かかる前記キャビティが、平板キャビティである。
【００１７】
かかる前記キャビティが、平板キャビティであり、かつ前記キャビティに少なくとも１つのマイクロ波に対して高い感受性を持つ材料が配置される。
【００１８】
かかる各前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるプラズマガス流を生起させるために供される。
【００１９】
かかる各前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である大気プラズマガス流を生起させるために供される。
【００２０】
かかる各前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である低圧プラズマガス流を生起させるために供される。
【００２１】
かかる各前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるマイクロ波プラズマガス流を生起させるために供される。
【００２２】
かかる各前記プラズマ発生ユニットは、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるグロ−プラズマガス流を生起させるために供される。
【００２３】
かかる前記糊付けモジュールには、少なくとも樹脂油剤を装填するための貯液槽が設けられる。
【００２４】
かかる前記炭化繊維製造設備は、さらに乾燥モジュールを備え、前記乾燥モジュールは、前記糊付けモジュールと前記材料受取モジュールとの間の炭化繊維の引張行程箇所に相対して設けられ、前記樹脂油剤を前記炭化繊維の表面に強固に付着するために用いられる。
【考案の効果】
【００２５】
本考案で開示した炭化繊維製造設備は、相対的により積極的で信頼性のある手段で、炭素繊維前駆体繊維束を加熱して炭化繊維を形成させることによって、さらに表面に樹脂油剤を有する炭化繊維が得られる。特に、プラズマ表面処理モジュールを介して炭化繊維の表面を粗面化すると同時に、炭化繊維の表面の官能基を増加させ、炭化繊維の糊付け品質を大幅に向上でき、及び高温炭化モジュールのマイクロ波集束加熱方式を利用して、同一設備により表面予備酸化加工処理を経ていない炭素繊維前駆体繊維束、又は予め表面予備酸化加工処理を経た炭素繊維前駆体繊維束に応用でき、かつマイクロ波パワーを簡単に調整する方式を介して一般炭化繊維や高モジュラス炭化繊維（石墨繊維）を生産するために用いられ、炭化繊維の生産設備コスト及び工数を効果的に減縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本考案の第１実施例の炭化繊維製造設備の基本的構造構成を示す図である。
【図２】本考案における実施可能な高温炭化モジュールを示す構造図である。
【図３】本考案におけるプラズマ表面処理モジュールを経てプラズマ表面処理の加工手順を完了した炭化繊維を示す断面構造図である。
【図４】本考案における糊付けモジュールを経て糊付けの加工手順を完了した炭化繊維を示す断面構造図である。
【図５】本考案の第２実施例の炭化繊維製造設備の構造構成を示す図である。
【図６】本考案における別の実施可能な高温炭化モジュールを示す構造図である。
【図７ａ】プラズマ表面処理を経ていない被試験物のＳＥＭ図である。
【図７ｂ】プラズマ表面処理を経た被試験物のＳＥＭ図である。
【考案を実施するための形態】
【００２７】
本考案は、主に炭化繊維の糊付け品質を大幅に向上でき、かつ炭化繊維の生産設備コスト及び工数を効果的に減縮できる、炭化繊維製造設備を提供し、図１に示すように、本考案の炭化繊維製造設備は、基本的に材料送給モジュール１０と、材料受取モジュール２０と、高温炭化モジュール３０と、プラズマ表面処理モジュール４０と、糊付けモジュール５０とを含み、図１〜図４を同時に参照して以下のように示す。
【００２８】
前記材料送給モジュール１０は、炭化繊維７０Ｂとなるように加工し得る炭素繊維前駆体繊維束７０Ａを提供するために用いられる。実施時、かかる前記炭素繊維前駆体繊維束７０Ａは、レーヨン、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ，ＰＡＮ）、ピッチ（ｐｉｔｃｈ）などの前駆体繊維を束にしたものとなり、及びかかる前記炭素繊維前駆体繊維束７０Ａは、表面予備酸化加工処理を経ていない炭素繊維前駆体繊維束７０Ａであり、又は予め表面予備酸化加工処理を経た炭素繊維前駆体繊維束７０Ａである。
【００２９】
前記材料受取モジュール２０は、前記材料送給モジュール１０に対応して炭化繊維の引張行程を構成する形態を呈しており、前記材料送給モジュール１０の周辺箇所に設けられ、それには少なくとも炭化繊維７０Ｂを受けるための糸巻き組立体２１が設けられ、かつ前記糸巻き組立体２１からそれに受けられた前記炭化繊維７０Ｂに対して引張作用を生じることになる。
【００３０】
前記高温炭化モジュール３０は、前記材料送給モジュール１０と前記材料受取モジュール２０との間の炭化繊維の引張行程箇所に相対して設けられ、前記炭素繊維前駆体繊維束７０Ａに対して加熱するために供されることにより、前記炭素繊維前駆体繊維束７０Ａを予め設定された炭素含有量を有する炭化繊維７０Ｂを生成させる。実施時、前記高温炭化モジュール３０は、図２に示すように、前記炭素繊維前駆体繊維束７０Ａが通過するためのキャビティ３１を有し、前記キャビティ３１内に少なくとも１つのマイクロ波場集中領域３１１が形成され、かつ給気モジュール３２から不活性ガスを供給し、及びマイクロ波発生モジュール３３から高周波マイクロ波を提供し、前記不活性ガスの雰囲気による保護下で、高周波マイクロ波の電場とマイクロ波場集中領域３１１を通過する炭素繊維前駆体繊維束７０Ａにより生じる誘導電流とを利用して加熱することで、急速高温を可能にすることから、前記炭素繊維前駆体繊維束７０Ａを予め設定された炭素含有量を有する前記炭化繊維７０Ｂを生成させる。
【００３１】
前記プラズマ表面処理モジュール４０は、前記高温炭化モジュール３０と前記材料受取モジュール２０との間の炭化繊維の引張行程箇所に相対して設けられ、予め設定されたパワーのプラズマガス流を提供して前記炭化繊維７０Ｂに作用させることにより、前記炭化繊維７０Ｂの表面に前記炭素繊維前駆体繊維束７０Ａに対して粗面化又はより多い官能基のプラズマ改質構造７１を形成する（図３参照）。
【００３２】
前記糊付けモジュール５０は、前記プラズマ表面処理モジュール４０と前記材料受取モジュール２０との間の炭化繊維の引張行程箇所に相対して設けられ、前記表面に形成された前記プラズマ改質構造７１の前記炭化繊維７０Ｂの表面に樹脂油剤８０を被覆するために供される（図４参照）。かかる前記糊付けモジュール５０には、少なくとも前記樹脂油剤８０を装填するための貯液槽５１が設けられる。かかる前記樹脂油剤８０に至っては熱硬化型樹脂油剤、又は熱可塑型樹脂油剤であってもよい。
【００３３】
これによれば、本考案の炭化繊維製造設備は、つまり前記材料送給モジュール１０と、前記高温炭化モジュール３０と、前記プラズマ表面処理モジュール４０と、前記糊付けモジュール５０と、前記材料受取モジュール２０との整合運用することで、前記材料送給モジュール１０から放出された前記炭素繊維前駆体繊維束７０Ａを予め設定された速度に基づいて順次に高温炭化、プラズマ表面処理や糊付けなどの加工手順を完了させることができ、相対的により積極的で信頼性のある手段で、炭素繊維前駆体繊維束７０Ａを加熱して炭化繊維７０Ｂを形成させることによって、さらに表面に樹脂油剤８０を有する炭化繊維７０Ｂが得られる。
【００３４】
又、かかる前記プラズマ表面処理モジュール４０には、少なくともプラズマガス流を発生するためのプラズマ発生ユニット４１が設けられる。本実施例において、かかる前記プラズマ表面処理モジュール４０には、炭化繊維の引張行程の上、下位置箇所に相対していずれも少なくともプラズマ発生ユニット４１が設けられ、主に前記プラズマ発生ユニット４１を介して発生したプラズマガス流を前記炭化繊維７０Ｂの表面に作用させる。
【００３５】
プラズマガス流にエネルギーを有する粒子を含むので、プラズマガス流の物理反応（衝撃）を介して本来前記炭化繊維７０Ｂの表面に付着した不純物がプラズマガス流の衝撃により鎖切断して小分子化になってから、ガス流により前記複数の小分子を吹き飛ばして前記炭化繊維７０Ｂの表面から離脱除去させ、それによって前記炭化繊維７０Ｂの表面を清浄化させ、前記炭化繊維７０Ｂの後続の糊付けモジュール５０のプロセスにおいて、前記樹脂油剤８０と前記炭化繊維７０Ｂとが完全接触して結合効果を増大させることに寄与する。かつ、プラズマガス流の衝撃により前記炭化繊維７０Ｂの表面にも前述したような前記炭素繊維前駆体繊維束７０Ａに対して粗面化した前記プラズマ改質構造７１を形成し、ひいてはさらに孔隙を形成し、前記炭化繊維７０Ｂの表面を粗面化したり、その表面に孔隙を形成したりすることにより、前記炭化繊維７０Ｂの後続の糊付けモジュール５０のプロセスにおいて、前記樹脂油剤８０と前記炭化繊維７０Ｂの接触面積の増加を図ることに寄与し、しかも前記樹脂油剤８０が前記孔隙に滲入し、そして、前記樹脂油剤８０がつまり錨のように孔隙間に引っ掛かってアンカー効果を形成することにより、前記樹脂油剤８０と前記炭化繊維７０Ｂとの結合効果を増進する。
【００３６】
プラズマガス流は、同時に前記炭化繊維７０Ｂの表面にも化学反応作用が生じることにより、前記炭化繊維７０Ｂの表面に表面の少なくとも１つの官能基（例えば、−ＯＨ、−Ｎなど）を増加させ、前記炭化繊維７０Ｂの後続の前記糊付けモジュール５０のプロセスにおいて、前記官能基の存在により、前記炭化繊維７０Ｂの表面の表面張力を上昇させるため、前記糊付けモジュール５０のプロセスにおいて、前記樹脂油剤８０の前記炭化繊維７０Ｂに対する湿潤（ｗｅｔｔｉｎｇ）效果の向上を図ることに寄与し、すなわち前記樹脂油剤８０の前記炭化繊維７０Ｂに対する接触角（ｃｏｎｔａｃｔ  ａｎｇｌｅ）を小さくなることによって、前記樹脂油剤８０が迅速又は瞬間に前記炭化繊維７０Ｂの表面を包覆することができ、前記糊付けモジュール５０のプロセスの速度を向上させ、それによって前記炭化繊維７０Ｂの全体生産速度を速めることができる。そして、例えば、ＯＨ基のような前記官能基の存在により、例えば、エポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ）のような前記樹脂油剤８０と水素結合（Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  ｂｏｎｄｉｎｇ）による結合を形成することができ、それによって結合効果を増大させることになる。
【００３７】
実施時、かかる各前記プラズマ発生ユニット４１は、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるプラズマガス流を発生するために供され、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である大気プラズマガス流を発生するために供され、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）である低圧プラズマガス流を発生するために供されるプラズマ発生ユニット、パワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるマイクロ波プラズマガス流を発生するために供され、又はパワーが１００〜１００００ワット（Ｗ）であるグロ−プラズマガス流を発生するために供される。
【００３８】
本考案におけるプラズマ表面処理モジュール４０は、炭化繊維７０Ｂに対して乾式に属する表面処理を提供することができるので、炭化繊維７０Ｂに付加的な不純物や沈澱物を生成するのを回避できるのみならず、相対的に炭化繊維７０Ｂのプラズマ表面処理を完了した後の乾燥工数、作業手順を低減することもできる。
【００３９】
勿論、本考案の炭化繊維製造設備も、図５に示すように、さらに乾燥モジュール６０を備え、前記乾燥モジュール６０は、前記糊付けモジュール５０と前記材料受取モジュール２０との間の前記炭化繊維の引張行程箇所に相対して設けられ、前記樹脂油剤８０を前記炭化繊維７０Ｂの表面に強固に付着するために用いられる。実施時、かかる前記乾燥モジュール６０には、少なくとも熱風を生成するための熱風炉６１が設けられる。
【００４０】
さらに、本考案にかかる前記不活性ガスが、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、又はそれらの組み合わせであってもよい。ひいては、かかる前記高周波マイクロ波の周波数が３００〜３０，０００ＭＨｚの間にあってもよく、そのマイクロ波パワー密度が１〜１０００ｋＷ／ｍ３の間にあってもよい。
【００４１】
図２に示す実施例において、かかる前記キャビティ３１が、楕円キャビティであってもよく、勿論、前記キャビティ３１が、平板キャビティであってもよい（図６参照）。なおかつ、かかる前記キャビティ３１が楕円キャビティにしろ、平板キャビティにしろ、いずれも図６に示すように、前記キャビティ３１内に１つのマイクロ波に対して高い感受性を持つ材料３４が配置されることにより、マイクロ波場に対する集束効果を増大することから、さらに高温炭化製造工程に対して加速される。実施時、かかる当該マイクロ波に対して高い感受性を持つ材料３４が、石墨、炭化物、磁性化合物、窒化物、イオン性化合物のいずれか１つ、又はそれらの組み合わせであってもよい。
【００４２】
マイクロ波加熱の共振効果を介して炭化繊維の炭化程度を向上させるように迅速に促すと共に、より多い炭素結晶堆積を形成することから、より大きい石墨結晶分子を形成し、すなわちより大きい石墨結晶厚さが生じると同時に、より高いマイクロ波誘導加熱効果を派生し、こうして循環するうちに自己触媒反応を開始させることが可能となり、炭化繊維を石墨化温度（１５００〜３０００℃）まで迅速に昇温することができると共に、炭素原子を再構成して石墨層を形成するように配列させることをさらに加速させる。
【００４３】
換言すれば、同一設備により表面予備酸化加工処理を経ていない炭素繊維前駆体繊維束、又は予め表面予備酸化加工処理を経た炭素繊維前駆体繊維束に応用でき、かつマイクロ波パワーを簡単に調整する方式のみを介して一般炭化繊維（１０００−１５００℃）や高モジュラス炭化繊維（石墨繊維）を生産するために用いられる。
【００４４】
好ましい実施例において、前記乾燥モジュール６０の後、前記樹脂油剤８０を前記炭化繊維７０Ｂの表面に強固に付着させた被試験物を形成し、そして、前記プラズマ表面処理モジュール４０の処理条件を下記の表１に示す。
【００４５】
【表１】
0003209600.tif 000003
【００４６】
ＡＳＴＭ  ２３４４に準拠し、ＩＮＳＴＲＯＮ測定機を用い、温度２３℃、湿度５０％ＲＨの環境下、前記被試験物に対してＩＬＳＳ強度（層間結合力）を測定し、その結果を下記の表２に示す。
【００４７】
【表２】
0003209600.tif 000004
【００４８】
表２から分かるように、炭素繊維がプラズマ表面処理を経ていない場合、被試験物の層間結合力が僅か７０ＭＰａで、しかもプラズマパワーの増強に伴って、例えば、０．０７５秒の処理時間において、未処理（０Ｗ、プラズマパワー未入力）から１０００Ｗまで増強され、層間結合力が７０ＭＰａから８９ＭＰａまで増強され、すなわち層間結合力が１２７％まで増加することが明らかとなった。
【００４９】
糊付けモジュール５０のプロセスにおいて、エポキシ樹脂を樹脂油剤８０とすると共に、炭素繊維を炭化繊維７０Ｂとする例にて、図７ａ及び図７ｂは、それぞれプラズマ表面処理を経ていない被試験物及びプラズマ表面処理を経た被試験物のＳＥＭ図である。その中、図７ａに示されたプラズマ表面処理を経ていない被試験物のＳＥＭ図に、前記樹脂油剤８０と前記炭化繊維７０Ｂとの間に空隙Ｈが発見されたことを意味し、これは前記炭化繊維７０Ｂの表面が平滑で、かつその表面には官能基がないため、この空隙Ｈのせいで被試験物の強度低下を引き起すことになって、すなわちそれによって炭化繊維７０Ｂと樹脂油剤８０との間の粘着性を不足させてしまうという事態が生じ、繊維を保護する目的を達成できない。
【００５０】
そして、図７ｂに示されたプラズマ表面処理を経た被試験物のＳＥＭ図に、樹脂油剤８０と炭化繊維７０Ｂとの間に空隙が発見されていないことを意味し、これは前記炭化繊維７０Ｂの表面を粗面化すると同時に、表面の官能基（例えば、−ＯＨ、−Ｎなど）を増加させるため、樹脂油剤８０と炭化繊維７０Ｂとを緊密に結合させるので、被試験物の強度を増強させ、すなわちそれによって炭化繊維７０Ｂと樹脂油剤８０との間の粘着性を増強させるゆえに、繊維を保護する目的をより一層達成できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
具体的に言えば、本考案で開示した炭化繊維製造設備は、相対的により積極的で信頼性のある手段で、炭素繊維前駆体繊維束を加熱して炭化繊維に形成させることによって、さらに表面に樹脂油剤を有する炭化繊維が得られる。特に、プラズマ表面処理モジュールを介して炭化繊維の表面を粗面化すると同時に、炭化繊維の表面の官能基を増加させ、炭化繊維の糊付け品質を大幅に向上でき、及び高温炭化モジュールのマイクロ波集束加熱方式を利用して、同一設備により表面予備酸化加工処理を経ていない炭素繊維前駆体繊維束、又は予め表面予備酸化加工処理を経た炭素繊維前駆体繊維束に応用でき、かつマイクロ波パワーを簡単に調整する方式を介して一般炭化繊維や高モジュラス炭化繊維（石墨繊維）を生産するために用いられ、炭化繊維の生産設備コスト及び工数を効果的に減縮できる。
【００５２】
上記の実施例は、本考案の技術思想及び特長を説明するためのものにすぎず、当該技術分野を熟知する者に本考案の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本考案の登録請求の範囲を限定するものではない。従って、本考案で開示した精神を逸脱せずに完成した同等の変更や修正は、いずれも本考案の登録請求の範囲に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５３】
１０：材料送給モジュール
２０：材料受取モジュール
２１：糸巻き組立体
３０：高温炭化モジュール
３１：キャビティ
３１１：マイクロ波場集中領域
３２：給気モジュール
３３：マイクロ波発生モジュール
３４：マイクロ波に対して高い感受性を持つ材料
４０：プラズマ表面処理モジュール
４１：プラズマ発生ユニット
５０：糊付けモジュール
５１：貯液槽
６０：乾燥モジュール
６１：熱風炉
７０Ａ：炭素繊維前駆体繊維束
７０Ｂ：炭化繊維
７１：プラズマ改質構造
８０：樹脂油剤
Ｈ：空隙
【図１】
0003209600.tif 000005
【図２】
0003209600.tif 000006
【図３】
0003209600.tif 000007
【図４】
0003209600.tif 000008
【図５】
0003209600.tif 000009
【図６】
0003209600.tif 000010
【図７ａ】
0003209600.tif 000011
【図７ｂ】
0003209600.tif 000012