(57)【要約】  【課題】  炭素繊維前駆体繊維束の末端接続部分が焼成工程において、焼切れなど断糸することなく、連続的に耐炎化処理と炭化処理をすることができる、作業性と同時に生産性に優れた炭素繊維の連続的製造方法を提供する。  【解決手段】  耐炎化処理前に、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と他の炭素繊維前駆体繊維束の終端部を接続するに際し、前記炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部の両方あるいは一方に、耐炎化温度において非発熱である繊維束を少なくとも１箇所結び付け結び目を形成すると共に前記炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に重ね合わせ、次いで前記炭素繊維前駆体繊維束と耐炎化温度において非発熱である繊維束を絡合させて前記炭素繊維前駆体繊維束同士を接続し、次いで焼成する炭素繊維の連続的製造方法。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐炎化処理前に、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と他の炭素繊維前駆体繊維束の終端部を接続するに際し、前記炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部の両方あるいは一方に、耐炎化温度において非発熱である繊維束を少なくとも１箇所結び付け結び目を形成すると共に前記炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に重ね合わせ、次いで前記炭素繊維前駆体繊維束と耐炎化温度において非発熱である繊維束を絡合させて前記炭素繊維前駆体繊維束同士を接続し、次いで焼成することを特徴とする炭素繊維の連続的製造方法。
【請求項２】
耐炎化温度において非発熱である繊維束が、炭素繊維前駆体繊維束と非連続であることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維の連続的製造方法。
【請求項３】
耐炎化温度において非発熱である繊維束を結び付け結び目を形成する方法が止め結びであることを特徴とする請求項１または２記載の炭素繊維の連続的製造方法。
【請求項４】
耐炎化温度において非発熱である繊維束の結び目が、５ｃｍ〜５０ｃｍ間隔にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維の連続的製造方法。
【請求項５】
耐炎化温度において非発熱である繊維束の伸度が、５％〜５０％の範囲であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維の連続的製造方法。
【請求項６】
接続された炭素繊維前駆体繊維束を１８０〜３５０ｃＮ／ｄＴｅｘの張力範囲で連続的に耐炎化工程を通過させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の炭素繊維の連続的製造方法。
【請求項７】
接続された炭素繊維前駆体繊維束を４０〜８００ｃＮ／ｄＴｅｘの張力範囲で連続的に炭化工程を通過させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の炭素繊維の連続的製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維の連続的製造方法に関するものであり、特に、炭素繊維前駆体繊維束の接続技術を改良した炭素繊維の連続的製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、他の繊維に比べて高い比強度および比弾性率を有するため、複合材料用補強繊維として、従来からのスポーツや航空・宇宙用途に加え、自動車や土木・建築、圧力容器および風車ブレードなどの一般産業用途にも幅広く展開されている。特に、スポーツや航空・宇宙用途においては、更なる高強度化や高弾性率化の要請が高い。
【０００３】
炭素繊維の製造には、炭素繊維前駆体繊維として、アクリル系、ピッチ系、セルロース系およびポリビニルアルコール系など各種の繊維糸条が用いられている。最も広く利用されているポリアクリロニトリル系炭素繊維は、炭素繊維前駆体繊維となるポリアクリロニトリル系繊維を湿式紡糸または乾湿式紡糸後、炭素繊維前駆体繊維束としてボビンやスプールに巻き上げられたり、箱体内（キャン）におりたたみ積層されたりして供給される。その後、炭素繊維前駆体繊維束は２００〜４００℃の温度の酸化性雰囲気下で耐炎化繊維に転換され、次いで少なくとも１０００℃の温度の不活性雰囲気下で炭素化することによって、ポリアクリロニトリル系炭素繊維が工業的に製造されている。これらの炭素繊維前駆体繊維束を連続的に焼成し炭素繊維に転換するためには、上記のように巻き上げられたり、折りたたみ積層されている炭素繊維前駆体繊維束の繊維末端部同士を何らかの手段で接続する必要がある。
【０００４】
また、高性能な炭素繊維を得るためには、先述の各製造工程において、張力を高くあるいは高い延伸倍率に設定することが行われている。従って、炭素繊維を連続的に製造するには、高張力で高延伸倍率に設定される焼成工程において、炭素繊維前駆体繊維束の接続部がその高張力等に耐えられることが必要である。また、炭素繊維前駆体繊維束の接続部は、一般に、接続していない部分に比し糸束が太く、且つ、きつく締め付けられた状態となり易い。そのため、接続部では、炭素繊維前駆体繊維束の耐炎化工程において発生する反応熱が十分に放熱されず、蓄熱により更に激しい酸化反応が起こり、遂には焼成中の糸切れや焼損などの原因となる。
【０００５】
そこで、このような問題を回避し操業性を向上させるために、炭素繊維前駆体繊維である有機重合体繊維の端部に耐熱性化合物を被覆し、その端部同士を直接結び合わせて耐炎化処理する方法が提案されている（特許文献１参照。）。しかしながら、この提案では、耐熱性化合物を被覆した部分は酸素が供給されないため、炭素繊維前駆体単繊維ごとの耐炎化の進み方が異なり、その後の炭化工程を通過し得ない。
【０００６】
また、炭素繊維前駆体繊維束の両末端部を予め熱処理し、両末端部を連結ループ部と結び目部とが異なった位置に配されるように結び合わせるという特殊な結び方で接続して焼成する方法が提案されている（特許文献２参照。）。しかしながら、この提案も両末端部を直接結び合わせており、特殊な結び方であるために作業性が著しく低下し、結びの大きさ形状が不揃いになるため、多本数を同時に焼成する際に糸切れする可能性が高い。
【０００７】
また、蓄熱を抑制するために、耐炎化糸または炭素繊維を介在させて、炭素繊維前駆体繊維束の両末端部を間接的に接合する方法も開示されている（特許文献３参照。）。しかしながら、この提案でも原料繊維である炭素繊維前駆体繊維束自体の結び目があるため、蓄熱が起こり糸切れに至ることがある。図３は、その特許文献３の接続方法を示した側面図である。図３において、炭素繊維前駆体繊維束の始端部１ａと炭素繊維前駆体繊維束の終端部１ｂが、炭素繊維束７の端部とそれぞれ結ばれ、炭素繊維束７を介して接続されている。
【０００８】
さらに、炭素繊維前駆体繊維束同士または炭素繊維前駆体繊維束と耐炎化糸を高速流体処理により絡合する方法（特許文献４参照。）、あるいは、フィラメント数が３０，０００本以上の炭素繊維前駆体繊維束の末端部同士が耐炎化温度において非発熱である繊維束を介して単糸レベルの絡合により接続する方法（特許文献５参照。）が提案されている。これらは、結合する繊維束同士の末端部を単に束状のまま重ね合わせた状態で高速流体処理を施す方法である。また、耐炎化糸を介在させる接続方法は、耐炎化糸が耐炎化工程においてほとんど発熱しないので、炭素繊維前駆体繊維束同士の接続に比べて、接続部での蓄熱が少ないという効果がある。しかしながら、この提案でも、絡合部の引張強度が低いため、炭素繊維前駆体繊維束を加熱温度および工程張力の高い耐炎化工程と炭素化工程で炭素繊維にする焼成工程において、接続部で糸切れを起こすことが多い。そのため、絡合部を有する炭素繊維前駆体繊維束が焼成工程を問題なく通過し得るようにするには、加熱温度または工程張力のいずれかの条件を緩和させなければならなく、炭素繊維の連続的製造は困難であった。
【０００９】
上記のような理由から、炭素繊維前駆体繊維束の末端部同士を接続する方法については、いろいろ提案されているが、十分に満足し得る解決策が見出されていないのが現状である。
【特許文献１】特公昭５４−５０６２４号公報
【特許文献２】特開昭５６−３７３１５号公報
【特許文献３】特公昭６０−２４０７号公報
【特許文献４】特公平１−１２８５０号公報
【特許文献５】特開平１０−２２６９１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明の目的は、炭素繊維前駆体繊維束の末端接続部分が焼成工程において、焼切れなど断糸することなく、連続的に耐炎化処理と炭化処理をすることができる、作業性と同時に生産性に優れた炭素繊維の連続的製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するために、次の手段を採用するものである。すなわち、本発明の炭素繊維の連続的製造方法は、耐炎化処理前に、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と他の炭素繊維前駆体繊維束の終端部を接続するに際し、前記炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部の両方あるいは一方に、耐炎化温度において非発熱である繊維束を少なくとも１箇所結び付け結び目を形成すると共に前記炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に重ね合わせ、次いで前記炭素繊維前駆体繊維束と耐炎化温度において非発熱である繊維束を絡合させて前記炭素繊維前駆体繊維束同士を接続し、次いで焼成することを特徴とする炭素繊維の連続的製造方法である。
【００１２】
本発明の炭素繊維の連続的製造方法においては、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部の少なくとも一方に、耐炎化温度において非発熱である繊維束自体の結び目を少なくとも１個形成し、そして耐炎化温度において非発熱である繊維束が炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部において並行に重ね合わされた状態で絡合されるのである。
【００１３】
本発明の炭素繊維の連続的製造方法の好ましい態様によれば、前記の耐炎化温度において非発熱である繊維束は、炭素繊維前駆体繊維束と非連続である。
【００１４】
本発明の炭素繊維の連続的製造方法の好ましい態様によれば、前記の炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に、耐炎化温度において非発熱である繊維束をそれぞれ１箇所以上結び付け結び目を設ける。
【００１５】
本発明の炭素繊維の連続的製造方法の好ましい態様によれば、前記の耐炎化温度において非発熱である繊維束を結び付け結び目を形成する方法は、止め結びであり、前記の耐炎化温度において非発熱である繊維束の結び目は５ｃｍ〜５０ｃｍ間隔である。
【００１６】
本発明の炭素繊維の連続的製造方法の好ましい態様によれば、前記の耐炎化温度において非発熱である繊維束の伸度は、５％〜５０％の範囲である。
【００１７】
本発明の炭素繊維の連続的製造方法の好ましい態様によれば、前記の接続された炭素繊維前駆体繊維束を１８０〜３５０ｃＮ／ｄＴｅｘの張力範囲で連続的に耐炎化工程を通過させる。
【００１８】
本発明の炭素繊維の連続的製造方法の好ましい態様によれば、前記の接続された炭素繊維前駆体繊維束を４０〜８００ｃＮ／ｄＴｅｘの張力範囲で連続的に炭化工程を通過させる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、炭素繊維前駆体繊維束の端部の接続部分が、加熱温度および工程張力の高い焼成工程において、焼切れなど断糸することなく、連続的に耐炎化・炭化できるため、生産性に優れた炭素繊維の連続的製造法が提供される。しかも、得られる炭素繊維は高品質かつ高品位である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
まず、本発明にかかる炭素繊維の連続的製造方法および製造装置を好適に用い得る高性能な炭素繊維製造工程の一実施形態について説明する。
【００２１】
炭素繊維前駆体繊維束を製造する工程の速度と焼成工程の速度とは大幅に異なるため、炭素繊維前駆体繊維束は、通常、繊維束としてボビンに巻き上げられた状態あるいは箱体（キャン）内に折りたたみ積層されて収容された状態で、焼成工程に供給される。
【００２２】
次に、炭素繊維前駆体繊維束がボビンに巻き上げられた状態で供給される場合について説明する。
【００２３】
ボビンに巻かれた炭素繊維前駆体繊維束は、ボビンから引き出された後、耐炎化炉内で耐炎化処理される。この耐炎化処理においては、高性能炭素繊維を得るために、好ましくは酸化性雰囲気下で温度２００〜３５０℃、耐炎化中張力１８０〜３５０ｃＮ／ｄＴｅｘで加熱処理され耐炎化糸とされる。続いて、得られた耐炎化糸は、高性能炭素繊維を得るために、炭素化に先立って、好ましくは３００〜８００℃の不活性雰囲気下、好適には窒素またはアルゴン雰囲気下、張力４０〜１５５ｃＮ／ｄＴｅｘで加熱処理され予備炭素化処理される。予備炭素化処理された耐炎化糸は、その後、好ましくは窒素やアルゴン等の不活性雰囲気下で、温度８００〜２０００℃、張力１５０〜８００ｃＮ／ｄＴｅｘで炭化処理され、炭素繊維とされる。炭素繊維には、表面処理工程で必要に応じて、サイジング剤付与等の表面処理が施され、巻取工程で巻き取られて炭素繊維の製品とされる。
【００２４】
ボビンに巻き上げられた炭素繊維前駆体繊維束の終端部がくると、その端部に次のボビンに収容されている炭素繊維前駆体繊維束の始端部が接続される。すなわち、炭素繊維前駆体繊維束の終端部と始端部の末端部同士が接続される。接続された炭素繊維前駆体繊維束が焼成され、連続的に炭素繊維が製造される。本発明は、時に高延伸焼成条件下で処理される炭素繊維前駆体繊維束を用いる炭素繊維の連続的製造方法において、耐炎化処理前
に、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部の両方あるいは一方に耐炎化温度において比発熱である繊維束を結び付け、絡合させることにより前記炭素繊維前駆体繊維束同士を接続し、耐炎化、予備炭化および炭化製造工程における不都合の発生を防止したものである。
【００２５】
このように本発明の炭素繊維の連続的製造方法においては、耐炎化処理前に、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と他の炭素繊維前駆体繊維束の終端部を接続するが、その接続手段は、前記炭素繊維前駆体繊維束の始端部および／または終端部に、耐炎化温度において非発熱である繊維束を少なくとも１箇所結び付けて結び目を形成すると共に、耐炎化温度において非発熱である繊維束の残り部分を前記炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に並行に重ね合わせ、次いで前記炭素繊維前駆体繊維束と耐炎化温度において非発熱である繊維束を絡合させて前記炭素繊維前駆体繊維束同士を接続する。
【００２６】
本発明において用いられる炭素繊維前駆体繊維束としては、アクリル系繊維、セルロース系繊維、ポリビニルアルコール系繊維およびピッチ系繊維などが挙げられる。
【００２７】
また、本発明で接続用に用いられる繊維束は、耐炎化温度において非発熱性の繊維束である。ここでいう耐炎化温度において非発熱性であるとは、耐炎化温度においてＤＳＣ（示差走査熱量計）法で求めた量が５００ｃａｌ／ｇ以下であることをいう。測定方法は、下記のとおりである。
（１）測定装置 ： 示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用する。
（２）サンプルの調製： 耐炎化糸等のサンプル２ｍｇを、３ｍｍ程度に粉砕してアルミパンに挿入する。
（３）測定条件 ： 測定雰囲気：空気（大気）中 、温度 ：１０℃／分の昇温速度で常温から４００℃の温度まで昇温する。
（４）発熱量の求め方：図４は、炭素繊維前駆体繊維束と耐炎化糸の発熱量の特性を示したグラフである。図４に示すように、得られた発熱曲線の２００℃の温度における点と４００℃の温度における点との間に直線を引き、その直線と発熱曲線とで囲まれた面積を発熱量（ｃａｌ／ｇ）とする。図４には、炭素繊維前駆体繊維束と耐炎化糸の特性例が示されている。
【００２８】
本発明で用いられる耐炎化温度において非発熱性である繊維束としては、例えば、耐炎化糸あるいは、酸化反応抑制剤等を少なくとも１種以上付与した炭素繊維前駆体繊維束を用いることができる。酸化反応抑制剤としては、ホウ酸、スルファミン酸アンモン、亜硫酸ナトリウムおよび尿素が挙げられる。酸化反応抑制剤の付着量は、付与した部分の繊維束重量に対して０．１〜２重量％とすることが好ましい。酸化反応抑制剤が付与された炭素繊維前駆体繊維束を結び付け、絡合した接合部は酸素が供給されにくく、耐炎化工程を通過しても炭化工程で糸切れする可能性があるため、耐炎化糸が最も好ましい。
【００２９】
耐炎化温度において非発熱である繊維束は、その伸度は５〜５０％であることが好ましく、伸度はより好ましくは１５〜３５％である。伸度が５％を下回ると炭素繊維前駆体繊維束に結び付けたとき、またはエア絡合時に繊維が折れ、結び付けの効果が出ない場合がある。伸度は高ければ高いほど好ましいが、５０％もあれば十分なことが多い。耐炎化温度において非発熱である繊維束の伸度は、引張試験機を用い、歪速度１％／分で破断伸度を測定することにより求めることができる。
【００３０】
耐炎化温度において非発熱である繊維束の引張強度は、低すぎると工程張力に耐えきれず、糸切れに至ることがあるため、１８０ＭＰａ以上あることが好ましい。具体的には、ポリアクリロニトリル系繊維の耐炎化糸が好ましく、密度１．３〜１．４ｇ／ｃｍ２になるような処理時間と温度で耐炎化された耐炎化糸が好ましい。
【００３１】
本発明において、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に対する、耐炎化温度において非発熱である繊維束の結び付けとしては、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部の両方あるいは一方に酸化反応抑制剤を少なくとも１種以上付与することにより耐炎化温度において非発熱処理を行い、結び付けることである。炭素繊維前駆体繊維束の始端部あるいは終端部の一方に酸化反応抑制剤を付与し、酸化反応抑制剤が付与されていない他方に結びつけることは、糸切れしやすいため、始端部と終端部の両方に酸化反応抑制剤を付与し、それぞれ結びつけることが好ましい。これらの場合、炭素繊維前駆体繊維束と耐炎化温度において比発熱である繊維束は非連続ではなく、連続繊維となっている。
【００３２】
また、本発明において、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に対する、耐炎化温度において非発熱である繊維束の結び付けの他の方法としては、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に、これとは非連続な耐炎化温度において非発熱である繊維束を結び付け結び目を設けることである。酸化反応抑制剤を付与し、続いて付与した耐炎化温度において非発熱である繊維束を結び付ける手段は、酸化反応抑制剤を付与したことで、酸素が供給されにくく、単繊維ごとの耐炎化の進み方が異なり、炭化工程での通過性が低下する可能性があるため、非連続である耐炎化温度において非発熱である繊維束、例えば、耐炎化糸を介して結び付ける手段による方がより好ましい態様である。
【００３３】
これらの結び目は、耐炎化温度において非発熱である繊維束を炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に結び付けて形成されるものであり、炭素繊維前駆体繊維束同士を結び付けるものではない。炭素繊維前駆体繊維束を結び付けると局所的に発熱量が大きくなり糸切れに至ることがある。
【００３４】
耐炎化温度において非発熱である繊維束を結び付ける効果としては、従来の炭素繊維前駆体繊維束の接続技術では高張力下である焼成条件において、絡合部でのほつれや、単繊維取られ等の問題が発生し、連続的に炭素繊維を製造することが成し得なかった。しかしながら、本発明によれば、耐炎化温度において非発熱である繊維束を炭素繊維前駆体繊維束に対して結び付けることにより、高張力下である焼成条件であっても、接続部に張力がかかればかかるほど結び目が締まり、絡合部のほつれ、単繊維取られ等の問題を効率的に抑制することができる。
【００３５】
耐炎化温度において非発熱である繊維束の炭素繊維前駆体繊維束の始端部あるいは、終端部の一方のみに対する結び付けは、耐炎化温度において非発熱である繊維束を、炭素繊維前駆体繊維束の始端部あるいは終端部に対して、１箇所以上結び付けるものである。さらに、接続部の引張強度を考慮すると始端部と終端部それぞれに対して、２箇所以上結び付けることが好ましく、作業時間を短くする観点からは１０箇所以内が好ましく、更に好ましくは３〜５箇所である。
【００３６】
耐炎化温度において非発熱である繊維束の炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部の両方に対する結び付けは、耐炎化温度において非発熱である繊維束を、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部のそれぞれに対して、１箇所以上結び付けるものであり、どちらか一方だけに結び付けることではない。さらに、接続部の引張強度を考慮すると始端部と終端部それぞれに対して、２箇所以上結び付けることが好ましく、作業時間を短くする観点からは１０箇所以内が好ましい、更に好ましくは３〜５箇所である。
【００３７】
耐炎化温度において非発熱である繊維束の結び目は、炭素繊維前駆体繊維束の絡合により接続する部分の端から１ｃｍ以下では、炭素繊維前駆体繊維束が結び目から抜ける可能性が高くなる。また、端から１０ｃｍ以上になると絡合部がほつれ、巻付きや糸切れに至る可能性がある。そのため、結び目は、炭素繊維前駆体繊維束の絡合により接続する部分の端から１〜１０ｃｍに設けることが好ましく、より好ましくは２〜７ｃｍであり、更に好ましくは３〜５ｃｍである。これらの観点からからも、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部に対して、耐炎化温度において非発熱である繊維束をそれぞれ２箇所以上結び付けることが好ましい。
【００３８】
結び付け結び目を形成する方法としては、例えば、止め結び、三重止め結び、仲仕結びおよび８の字結び等が挙げられ、中でも、作業時間を短くする観点から、止め結びによる方法が好ましい。
【００３９】
耐炎化温度において非発熱である繊維束を炭素繊維前駆体繊維束の始端部または終端部で複数箇所結び付ける場合の間隔は、間隔が狭いと酸素が供給されにくく単繊維ごとの耐炎化の進み方が異なることがあるので、その間隔は５ｃｍ以上が好ましく、また、間隔が広過ぎると絡合部が素抜けることがあるため間隔は５０ｃｍ以内であることが好ましく、さらに好ましい間隔は５〜１５ｃｍである。
【００４０】
始端部の端と終端部の端は、突き合わせ当接状態でも、離れていても構わないが、離れていると耐炎化温度において非発熱である繊維束が多く必要になるので、１ｍ以内の間隔とすることが好ましい。酸化反応抑制剤が付与された部分と酸化反応抑制剤が付与されていない部分は、重ね合わさっても構わないが、逆に、始端部と終端部が酸化反応抑制剤を付与されずに重ね合わされた場合には、酸素が供給されにくく、単繊維ごとの耐炎化の進み方が異なり、炭化工程での通過性が低下する可能性がある。
【００４１】
始端部あるいは終端部に、結びつけて重ね合わせる、耐炎化温度において非発熱である繊維束の長さは、１５〜５００ｃｍであることが好ましい。重ね合わされた部分は、前駆体繊維束と並行に配されていることが絡合のためには重要である。
【００４２】
図１は、本発明で用いられる結び付けによる接続方法を示した図である。図１において、炭素繊維前駆体繊維束の始端部１ａに対して、耐炎化温度において非発熱である繊維束２を結びつけ、結び目３が結び目間隔４で３つ形成され、結び目間隔４と端から結び目までの長さ５を含むエア交絡処理の長さ６だけエア交絡処理されることによって、接続されている。耐炎化温度において非発熱である繊維束２と炭素繊維前駆体繊維束の終端部１ｂも同様に接続されることにより、炭素繊維前駆体繊維束の始端部１ａと炭素繊維前駆体繊維束の終端部１ｂが、耐炎化温度において非発熱である繊維束２を介して接続されている。
【００４３】
また図２は、止め結び方法を示した側面図である。図２において、炭素繊維前駆体繊維束１ｃを耐炎化温度において非発熱である繊維束２で形成されたループの中を通し、さらに非発熱である繊維束２の端をループの中を通すことで結ぶ方法である。
【００４４】
炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部は、耐炎化温度において非発熱である繊維束で結び付けられ、そして耐炎化温度において非発熱である繊維束が始端部および終端部と並行に重ね合わせられた状態で絡合処理が施される。
【００４５】
絡合処理は、高速噴射流体を用いて繊維束を開繊、絡合する方法であり、例えば、特公平１−１２８５０号公報に記載されている絡合処理を適用することができる。図５は、本発明で好ましく用いられる絡合処理装置８を示す斜視図である。これは、炭素繊維前駆体繊維束１ｃと耐炎化温度において非発熱である繊維束２を重ねてノズル９を備えた絡合処理室１０内に配置し、高速流体処理を施すための装置である。この装置で使用されるノズルは、図５に示すように小さな絡合処理室１０に設けられた２つのノズル孔９から噴射される高速噴射流体が絡合処理室内でぶつかって乱流が発生し、繊維束を開繊、絡合させることができる。
【００４６】
炭素繊維前駆体繊維束に対して、耐炎化温度において非発熱である繊維束を結び付け、重ね合わせた部分を絡合させる長さは、接続部の引張強度を高める観点から１５ｃｍ以上とすることが好ましく、作業時間を短くする観点から５００ｃｍ以下とすることが好ましい態様である。また、その絡合させる長さは、より好ましくは１５〜６０ｃｍであり、さらに好ましくは３０〜４０ｃｍである。その重ね合わせた部分に、好適には２〜６ｋｇ／ｃｍ２程度の加圧流体、例えば、加圧エアあるいは水または水溶液の高圧液流をφ０．５〜５mmの細孔から噴射することによって、絡合処理し接続を行う。その細孔は、糸条（繊維束）の長手方向の同一部分に対して２〜４本の高圧流体があたるように複数孔を配すると、絡合効果を一層向上させることができる。
【００４７】
このようにして接続された炭素繊維前駆体繊維束は、前述した耐炎化工程と炭化工程に送られ、焼成される。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例を用いて本発明の炭素繊維の連続的製造方法を具体的に説明する。
【００４９】
実施例中、糸条通過率とは、耐炎化工程、予備炭化工程および炭化工程に糸条接合部を１０サンプル導入して熱処理した場合に、耐炎化工程と炭化工程で切断することなく通過した接合部の数の百分率（％）をもって表すものである。また、作業時間とは、炭素繊維前駆体繊維束の始端部と終端部の接続に要した所要時間（秒）であり、１０サンプルを接続した時間の平均値を表すものである。
【００５０】
［実施例１］
単繊維数２４，０００本、単繊維繊度１．１ｄｔｅｘのアクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部のそれぞれに、単繊維数１２，０００本、単繊維繊度１．１ｄｔｅｘのアクリロニトリル系繊維束を２４０℃で１００分耐炎化処理した強度２５０MPa、伸度２０％、単繊維数１２，０００本、単繊維繊度１．１ｄｔｅｘの耐炎化糸を８０ｃｍ用いてそれぞれ１箇所ずつ止め結びで結び付け、耐炎化糸の結び目の位置を各末端部からそれぞれ１５ｃｍとした。アクリロニトリル系繊維束と耐炎糸は始端部、終端部ともに３０ｃｍ重ね合わさっており、始端部の端と終端部の端は２０ｃｍの間隔とした。その後、次の絡合処理により絡合し、始端部と終端部を接続した。絡合点数は、アクリロニトリル系繊維束と耐炎化糸の重ね合わせた部分をそれぞれ９点でエアにより絡合処理した。接続する束状のアクリロニトリル系繊維束と耐炎糸を重ねた状態でノズルの絡合処理室内に配置し、内径２ｍｍのノズルに供給する圧空圧を０．５ＭＰａとして、エア絡合処理し接続した。接続部が形成された糸条を、空気雰囲気中、温度２４０℃、延伸比１．００、工程張力２６５ｃＮ／ｄＴｅｘで耐炎化炉に導入して１２０分間処理し、糸条通過率を測定した。続いて、窒素雰囲気中、３００〜８００℃の温度分布、延伸比１．００、工程張力７５ｃＮ／ｄＴｅｘの予備炭化工程で３分間処理し、その後１０００〜１４５０℃の温度分布、延伸比０．９６、工程張力５００ｃＮ／ｄＴｅｘの炭化炉中に導入し、７分間の炭化処理を行い、炭化炉での糸条通過率を測定した。結果を表１に示す。
【００５１】
［実施例２］
アクリロニトリル系繊維束と耐炎化糸は実施例１と同じものを使用し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部に、耐炎化糸をそれぞれ２箇所ずつ結び付け、その後、実施例１と同様にエア絡合処理し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部を接続した。耐炎化糸の結び目の間隔は２０ｃｍとし、エア絡合した部分を３０ｃｍとした。作製された接続部を有する糸条を、実施例１と同一条件で耐炎化、予備炭化および炭化処理し、耐炎化工程と炭化工程の糸条通過率を測定した。結果を表１に示す。
【００５２】
［実施例３］
アクリロニトリル系繊維束と耐炎化糸は実施例１と同じものを使用し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部に、耐炎化糸をそれぞれ３箇所ずつ結び付け、その後、実施例１と同様にエア絡合処理し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部を接続した。耐炎化糸の結び目の間隔は１０ｃｍとし、エア絡合した部分を３０ｃｍとした。作製された接続部を実施例１と同一条件で耐炎化、予備炭化および炭化処理し、耐炎化工程と炭化工程の糸条通過率を測定した。結果を表１に示す。
【００５３】
［実施例４］
アクリロニトリル系繊維束と耐炎化糸は実施例１と同じものを使用し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部に、耐炎化糸をそれぞれ５箇所ずつ結び付け、その後、実施例１と同様にエア絡合処理し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部を接続した。耐炎化糸の結び目の間隔は５ｃｍとし、エア絡合した部分を３０ｃｍとした。作製された接続部を有する糸条を、実施例１と同一条件で耐炎化、予備炭化および炭化処理し、耐炎化工程と炭化工程の糸条通過率を測定した。結果を表１に示す。
【００５４】
［実施例５］
アクリロニトリル系繊維束と耐炎化糸は実施例１と同じものを使用し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部に、耐炎化糸をそれぞれ３箇所ずつ結び付け、その後、実施例１と同様にエア絡合処理し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部を接続した。耐炎化糸の結び目の間隔は２５ｃｍとし、エア絡合した部分を６０ｃｍとした。作製された接続部を有する糸条を、実施例１と同一条件で耐炎化、予備炭化および炭化処理し、耐炎化工程と炭化工程の糸条通過率を測定した。結果を表１に示す。
【００５５】
［実施例６］
アクリロニトリル系繊維束と耐炎化糸は実施例１と同じものを使用し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部に、アクリロニトリル系繊維束、耐炎化糸をそれぞれ３箇所ずつ結び付け、その後、実施例１と同様にエア絡合処理し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部を接続した。耐炎化糸の結び目の間隔は５０ｃｍとし、エア絡合した部分を１２０ｃｍとした。作製された接続部を有する糸条を、実施例１と同一条件で耐炎化、予備炭化および炭化処理し、耐炎化工程と炭化工程の糸条通過率を測定した。結果を表１に示す。
【００５６】
［比較例１］
アクリロニトリル系繊維束と耐炎化糸は実施例１と同じものを使用し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部に対して、耐炎化糸をそれぞれ３箇所ずつ結び付け、その後、エアによる絡合は行わなかった。耐炎化糸の結び目の間隔は１５ｃｍとした。作製された接続部を有する糸条を、実施例１と同一条件で耐炎化処理し、耐炎化工程の糸条通過率を測定した。結果を表２に示す。上記の手段で作製した接続では、絡合部が無いため、耐炎化初期で糸切れし後の工程を通過しなかった。そのため、炭化工程の糸条通過率を評価できなかった。
【００５７】
［比較例２］
アクリロニトリル系繊維束と耐炎化糸は実施例１と同じものを使用し、結び付けをせず、他は実施例１と同様にエア絡合処理し、アクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部を接続した。また、絡合糸長は３０ｃｍとした。作製された接続部を有する糸条を、実施例１と同一条件で耐炎化処理し、耐炎化工程の糸条通過率を測定した。結果を表２に示す。上記の手段で作製した接続では、耐炎化張力に耐えることができず、絡合部の端から徐々にほつれ始め最終的に糸切れに至った。そのため、炭化工程の糸条通過率を評価できなかった。
【００５８】
［比較例３］
アクリロニトリル系繊維束と耐炎化糸は実施例１と同じものを使用し、図４のように、耐炎化糸の端部をアクリロニトリル系繊維束の始端部と終端部に結び、耐炎化糸を介在させて、炭素繊維前駆体繊維束の両末端部を間接的に接続した。作製された接続部を有する糸条を、実施例１と同一条件で耐炎化処理し、耐炎化工程の糸条通過率を測定した。結果を表２に示す。上記の手段で作製した接続では、結んでいるアクリロニトリル系繊維束の端部で蓄熱が起こり糸切れに至った。また、結び目がほどけ糸切れすることもあった。そのため、炭化工程の糸条通過率を評価できなかった。
【００５９】
［比較例４］
アクリロニトリル系繊維束は実施例１と同じものを使用し、耐炎化糸を用いずに、アクリロニトリル系繊維束の始端部に終端部３０ｃｍを直接重ね合わせ、終端部の端を始端部の端から３０ｃｍの場所に結び目を作り、結び目の間隔を１５ｃｍとし、始端部の端まで計３箇所結び付けた後、エア絡合処理し接続した。作製された接続部を有する糸条を、実施例１と同一条件で耐炎化処理し、耐炎化工程の糸条通過率を測定した。結果を表２に示す。上記の手段で作製した接続では、結び目で蓄熱が起こり糸切れに至った。そのため、炭化工程の糸条通過率を評価できなかった。
【００６０】
【表１】
2008174846.tif 000003
【００６１】
【表２】
2008174846.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の炭素繊維の連続的製造法により、炭素繊維前駆体繊維束の端部の接続部分が、加熱温度および工程張力の高い焼成工程において、焼切れなど断糸することなく、連続的に耐炎化・炭化することができ、高性能な炭素繊維を安定して連続的に製造することができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明で用いる結び付けによる接続方法を示した側面図である。
【図２】図２は、止め結び方法を示した側面図である。
【図３】図３は、従来技術（特許文献３）の接続方法を示した側面図である。
【図４】図４は、炭素繊維前駆体繊維束と耐炎化糸の発熱量の特性を示したグラフである。
【図５】図５は、本発明で用いられる絡合処理装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ：炭素繊維前駆体繊維束の始端部
１ｂ：炭素繊維前駆体繊維束の終端部
１ｃ：炭素繊維前駆体繊維束
２  ：耐炎化温度において非発熱である繊維束
３  ：結び目
４  ：結び目間隔
５  ：端から結び目までの長さ
６  ：エア絡合処理の長さ
７  ：炭素繊維束
８  ：絡合処理装置
９  ：ノズル
１０：絡合処理室
【図１】
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【図２】
2008174846.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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