(57)【要約】【課題】搬送ロールへの巻き付きを防止でき、容易にかつ安定して熱処理を施すことができ、優れた生産性をもって耐炎化繊維、さらには炭素繊維等を製造することが可能な熱処理炉、およびそれを用いた耐炎化方法を提供する。【解決手段】走行糸条の入口部および出口部を有する熱処理室内に加熱処理気体を循環させて糸条を熱処理する熱処理炉であって、前記入口部および出口部に対し、周方向に延び糸条を案内する凹溝を有し、該凹溝内の表面粗さＲｍａｘが５〜３０μｍの範囲にある被処理糸条を搬送するためのロールを配設したことを特徴とする熱処理炉、およびそれを用いた耐炎化方法。【選択図】図１
2005256201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行糸条の入口部および出口部を有する熱処理室内に加熱処理気体を循環させて糸条を熱処理する熱処理炉であって、前記入口部および出口部に対し、周方向に延び糸条を案内する凹溝を有し、該凹溝内の表面粗さＲｍａｘが５〜３０μｍの範囲にある被処理糸条を搬送するためのロールを配設したことを特徴とする熱処理炉。
【請求項２】
請求項１に記載の熱処理炉を用いて糸条を耐炎化することを特徴とする耐炎化方法。
【請求項３】
ポリアクリロニトリル系前駆体からなる糸条を熱処理炉に導入することを特徴とする、請求項２に記載の耐炎化方法。
【請求項４】
前記糸条は、ポリアクリロニトリル系前駆体の総フィラメント数が１０，０００本以上であることを特徴とする、請求項３に記載の耐炎化方法。
【請求項５】
実質的に無撚りであるポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体を耐炎化することを特徴とする、請求項３または４に記載の耐炎化方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、糸条を熱処理するための熱処理炉およびその熱処理炉を用いた耐炎化方法に関し、さらに詳しくは耐炎化処理すべき繊維束をロールへの巻き付きを発生させることなく安定して搬送し、優れた生産性をもって耐炎化繊維を製造することが可能な熱処理炉および耐炎化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に前駆体繊維、たとえばポリアクリロニトリル系前駆体繊維を耐炎化する装置としては、たとえば特許文献１に示されている方法が知られている。すなわち、熱風吹き出し口と吸い込み口を糸条の通路の上下に備えた構造を持ち、熱処理室内に糸条の移送方向と平行な方向へ熱風を吹き出し、熱処理室の前後に糸条通過口がスリット状構造のシール室を設けることによって極めて均一な温度制御性を備えた熱処理炉を用いる方法である。この熱処理炉においては、走行糸条は熱処理室に対し適宜往復され、熱処理室の入口部および出口部には、走行方向を反転させるための搬送ロールが設けられる。
【０００３】
このようなポリアクリロニトリル系前駆体繊維を耐炎化する熱処理炉より得られる耐炎化繊維束の品質、生産性を安定化させるためには、熱処理炉外に配設されている搬送ロールにおける巻き付き防止が不可欠となるが、従来装置においては巻き付き防止への配慮が十分になされていないために、搬送中に糸条の巻き付きがたびたび発生するという問題がある。
【０００４】
この問題に対し、特許文献２には、ブラシやバー、ブレードなどをロールに接触させて、糸条の巻き付きを防止し、巻き付きが発生した場合にはそれを早期に発見する方法が提案されているが、ロールの幅方向に均一にブラシ等を接触させるためには、押しつけ力を大きくする必要があり、ロールのメカニカルロスが大きくなり、ロール前後で搬送糸条に張力差が発生することとなり、安定生産の継続が困難になる可能性がある。
【０００５】
糸条の巻き付きが発生するメカニズムとして、上記のような熱処理炉で耐炎化する方法においては、アクリロニトリル系合成繊維を加熱および酸化することにより、シアン化合物やアンモニア、一酸化炭素およびアクリロニトリル前駆体に付与している油剤の分解物が走行糸条に付着し、ひいては、通常鏡面仕上げされている搬送ロールに転写し、単繊維がロールに粘着した粘着物に引き込まれて糸条の巻き付きが発生すると考えられる。前記粘着物の粘性を小さくする方法として、走行糸条のロールへの接触温度をコントロールすることで粘着性を小さくすることができ、コントロールする方法として、走行糸条を熱処理炉から離して自然冷却または、外気を吹き付け強制的に冷却する方法がある。しかし、そのような方法を用いた場合、熱処理炉を大きくする必要が生じ、また、熱処理炉の付帯設備が増え、熱処理炉の設備コストが高くなり、ひいては製造コストが高くなる。
【特許文献１】特開平１０−２３７７２３号公報
【特許文献２】特開２００２−１２３７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、かかる従来技術の問題点に鑑み、搬送ロールへの巻き付きを防止でき、容易にかつ安定して熱処理を施すことができ、優れた生産性をもって耐炎化繊維、さらには炭素繊維等を製造することが可能な熱処理炉、およびそれを用いた耐炎化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る熱処理炉は、走行糸条の入口部および出口部を有する熱処理室内に加熱処理気体を循環させて糸条を熱処理する熱処理炉であって、前記入口部および出口部に対し、周方向に延び糸条を案内する凹溝を有し、該凹溝内の表面粗さ（最大高さ）Ｒｍａｘが５〜３０μｍの範囲にある被処理糸条を搬送するためのロールを配設したことを特徴とするものからなる。
【０００８】
本発明に係る耐炎化方法は、このような熱処理炉を用いて糸条を耐炎化することを特徴とする方法からなる。
【０００９】
この耐炎化方法においては、たとえば、ポリアクリロニトリル系前駆体からなる糸条が熱処理炉に導入される。また、この糸条は、生産性を向上するためには、ポリアクリロニトリル系前駆体の総フィラメント数が１０，０００本以上であることが好ましい。さらに、実質的に無撚りであるポリアクリロニトリル系炭素繊維前駆体を耐炎化することが好ましい。耐炎化された繊維は、続いて炭化処理が施されることにより、炭素繊維が製造される。
【００１０】
本発明は、前記課題、つまり被処理繊維束としての糸条を搬送するためのロールへの巻き付きを減少させ、かつ安定で、生産性に優れた耐炎化繊維、さらには炭素繊維の製造方法について、鋭意検討し、特定の熱処理炉で耐炎化処理してみたところ、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。すなわち、搬送ロールの表面の粗度を特定の範囲の表面粗さとして適正化することによって、粘着物のロールへの転写を抑制し、巻き付きを防止することによって、安定した品質の耐炎化繊維、さらには炭素繊維を製造することができたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る熱処理炉によれば、凹溝付きの搬送ロールが使用されることにより走行糸条の搬送経路が安定して所定の経路に保たれ、凹溝内の表面が特定の範囲の表面粗さ、すなわち従来の鏡面仕上げされた表面に比べて特定の範囲の粗い表面とされることにより、粘着物のロールへの転写が抑制されて、糸条はその搬送面としての凹溝内の表面に対し粘着しにくくなり、ロールへの巻き付きが防止される。
【００１２】
そしてこのような搬送ロールへの巻き付きが防止された熱処理炉を用いて耐炎化処理を行うことにより、生産を安定して継続することが可能になる。搬送ロールに凹溝を設けるとともに凹溝内の表面を適切な特定の範囲内の粗さにするだけの簡単な改良で済むから、設備費を大きく増大させることはない。したがって、安価に、優れた生産性を達成でき、優れた生産性により、耐炎化繊維、さらには炭素繊維等を安価に製造することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る耐炎化処理される繊維糸条を搬送するロールを熱処理炉外に設けた熱処理炉の一例を示す概略構成図である。この熱処理炉１は、熱処理炉１内の熱処理室４内に加熱処理気体を循環させて複数の糸条（図１において、紙面と垂直の方向に配列された複数の糸条）を熱処理する熱処理炉である。この熱処理炉１においては、耐炎化繊維糸条２を熱処理室４に対して複数回往復するように搬送するための搬送ロール３が、熱処理室４の各入口部および出口部に対して配設されている。各ロール３は、図２に示すように、周方向に環状に延びる凹溝５を有しており、複数の凹溝５がロール長手方向に配列されている。このような凹溝５を設けることにより、凹溝のない平面ロールに比べ、繊維束を凹溝５により幅規制することができ、それによって繊維束内の集束性が高くなり、また繊維束同士の絡みもなく容易に分割が可能になる。
【００１４】
この凹溝５内の表面、つまり、凹溝５の底面および両側面の表面粗さＲｍａｘが、５〜３０μｍに加工されている。この表面粗さＲｍａｘは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に規定されている基準に基づくものである。この凹溝５は、走行糸条を案内し、糸条への接糸面となるが、上記表面粗さによるロールの接糸面の凹凸は、糸条やその単繊維のロールへの接触面積を減少させる役割を持っており、小さすぎると減少効果小さく、また、大きすぎると、単繊維のロールへの接糸部分の応力が大きくなり、単糸切れの原因となる。また、上記のように適切に粗い表面とすることにより、糸条からの粘着物も付着しにくくなり、単糸が粘着物によって引き込まれ、糸条が巻き付くことも防止される。より好ましいＲｍａｘは、１０〜２０μｍの範囲である。
【００１５】
上記ロール３の表面には硬質クロムメッキが施されているのが好ましく、これによりロールの更新周期を長くできる。
【００１６】
上記ロール３の直径としては、１５０〜４００ｍｍの範囲であることが好ましく、ロールの直径が小さすぎると、円周方向の距離が短くなり粘着した単繊維がロールから離れる前に繊維束の接糸面に巻き込まれることにより巻き付きに発展するおそれがある。また、大きい方には制限はないが、大きすぎると慣性が大きくなり、また設備も大がかりなものとなるため、この面からは、２００〜３５０ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００１７】
糸条のロールへの接触角（巻付け角）は、９０〜１８０°の範囲であることが好ましく、接触角が小さすぎると、繊維束に対するロールの把持力が小さくなり、ロールのメカロス等により回転斑が発生し、単糸毛羽の発生や品質斑が発生するおそれがある。
【実施例】
【００１８】
以下に本発明の実施例および比較例を具体的に説明する。
図１に示した熱処理炉１を用いた。被処理物である走行糸条２を案内するために、熱処理室４の各入口部および出口部に対して上記搬送ロール３（実施例１）を設け、熱処理室４内に加熱処理気体を循環させて、ロール３によって加熱処理室内を蛇行して搬送させ、耐炎化処理を行った。
【００１９】
実施例１
図１の熱処理炉で、実質的に無撚りで、総フィラメント数５０，０００本のポリアクリロニトリル前駆体１００糸条を、該熱処理炉の入口部および出口部に直径２００ｍｍの搬送ロールを設け、ロールの凹溝内の表面に表面粗さＲｍａｘが１０μｍの硬質クロムメッキを施した。ロール面長方向に１５ｍｍ毎に円周方向に延びる環状の凹溝を有する搬送ロールで前駆体を送り、２３０℃で約５ｔ連続に耐炎化処理したところ、糸条の巻き付きもなく安定して耐炎化処理できた。また、生産が終了した時点で検査したところ、該搬送ロールの表面には単繊維の巻き付きもなかった。
【００２０】
比較例１
同じく図１の熱処理炉で、実質的に無撚りで、総フィラメント数５０，０００本のポリアクリロニトリル前駆体１００糸条を、該熱処理炉の入口部および出口部に直径２００ｍｍの搬送ロールを設け、ロールの凹溝内の表面粗さＲｍａｘを３μｍとする硬質クロムメッキを施し１５ｍｍ毎に円周方向に凹溝を設けた搬送ロールで前駆体を送り、同様に２３０℃で耐炎化処理したところ、約５ｔの耐炎化処理を行ったが、処理の途中で３繊維束の巻き付きが発生した。また、生産が終了した時点で検査したところ、該搬送ロールの表面に１００糸条中１５糸条の単繊維の巻き付きを確認した。
【００２１】
比較例２
同じく図１の熱処理炉で、実質的に無撚りで、総フィラメント数５０，０００本のポリアクリロニトリル前駆体１００糸条を、該熱処理炉の入口部および出口部に直径２００ｍｍの、円周方向に凹溝のない搬送ロールを設け、ロール表面に表面粗さＲｍａｘが１０μｍの硬質クロムメッキを施し、該搬送ロールで前駆体を送り、同様に２３０℃で耐炎化処理したところ、約５ｔの耐炎化処理を行ったが、処理の途中で１０繊維束の巻き付きが発生し、生産継続不能となった。生産終了後の該搬送ロールの表面に１００糸条中８０糸条の単繊維の巻き付きを確認した。
【００２２】
これらの結果をまとめて表１に示す。表１に示すように、凹溝のない搬送ロール（比較例２）では糸条の巻き付き、単繊維の巻き付きが共に発生した。凹溝を有する搬送ロールを用いても、その凹溝内の表面粗さが本発明の範囲外であると（比較例１）、糸条の巻き付き、単繊維の巻き付き共に防止することはできなかった。凹溝内の表面粗さを本発明で規定した特定の範囲内にすることにより（実施例１）、糸条の巻き付き、単繊維の巻き付き共に防止することができることが確認された。
【００２３】
【表１】
2005256201.tif 000003
【００２４】
このように、本発明は、とくに実質的に無撚りで、総フィラメント数が１０，０００本以上のポリアクリロニトリル系前駆体繊維束などを耐炎化する熱処理炉およびその耐炎化方法として好適であり、ロールの凹溝表面に表面粗さＲｍａｘが５〜３０μｍの硬質クロムメッキを施し、例えば直径２００ｍｍの溝付きロールに１８０°の接触角で搬送することにより、耐炎化工程での巻き付きを抑制でき、安定に、かつ、円滑、迅速に耐炎化処理を行うことができ、安定にこのプロセスを通過させて生産性を向上させた炭素繊維製造方法にそれに用いて好適な熱処理炉および耐炎化方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明に係る熱処理炉および耐炎化方法は、とくに耐炎化処理を必要とする用途に好適であり、中でも、炭素繊維製造工程に用いて好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施態様に係る熱処理炉の概略構成図である。
【図２】図１における搬送ロールの拡大部分断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  熱処理炉
２  糸条
３  ロール
４  熱処理室
５  凹溝
【図１】
2005256201.tif 000004
【図２】
2005256201.tif 000005