(57)【要約】【課題】    これまで炭素繊維、耐炎繊維ともにポリアクリルニトリルや石油石炭から採られるピッチが原料となっており、製造方法もコストと時間のかかる方法が採られていた。それゆえに炭素繊維、耐炎繊維ともに高価であった。有限な石油資源や環境を考慮することに加え、製造にかかる時間とコストを削減するものである。【解決手段】植物を粉砕若しくは裁断し、繊維状にしたものを加熱炉にいれ、そこに無酸素熱風を供給して炉内を加熱し、熱焼成することにより製造される耐炎繊維とその製造方法に関するものある。この方法で植物を原料とする耐炎繊維を製造できることを実証し、有用な技術として確立した。【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状にした植物繊維を加熱炉のなかで熱焼成することを特徴とする、耐炎繊維の製造方法
【請求項２】
繊維状にし、加熱炉のなかで熱焼成することを特徴とした請求項1の耐炎繊維
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、植物を繊維状にしたものを加熱炉で熱焼成し、耐炎繊維を製造する方法と、その方法により製造される耐炎繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、不活性気体下での焼成温度により分類されるが、通常予備焼成をし、その後約1000度の焼成温度で製造されるので時間と過熱の際に必要なエネルギーをはじめとする製造コストがかかることから、時間を短縮し生産コストを縮小できるような製造方法が求められていた。
【０００３】
焼成された炭素繊維をチョップド、ミルド、コンパウンド用に加工すると、さらに製造過程が増えて、時間ならびに製造コストが増大する問題があった。
【０００４】
製造方法などの理由から炭素繊維そのものが高価であったためにさらに安価な炭化繊維が求められていた。
【０００５】
炭素繊維若しくは耐炎繊維はポリアクリルニトリルや石油石炭からとれるピッチを繊維化し、特殊な高温熱処理を施し炭素化した繊維であり、原料として石油石炭由来の原料を使用するために、環境と資源を考慮した従来の原料に代わる天然原料とその製造方法が求められていたが、現状になかった。
【０００６】
炭素繊維は金属に比べて強度が高く、軽い理由で注目されるようになったが、比重は低弾性のもので１．５８〜１．６、高弾性のものでは１．７〜１．８である。それよりも軽いものがなかった。
【０００７】
定義上は焼成温度の違いにより炭素繊維は約１０００℃、耐炎繊維は２００℃〜５００℃で焼成された炭化物を指すが、そのいずれも製造に必要なエネルギーをはじめとする製造コストの削減や製造時間の短縮につながる要素を持つ耐炎繊維ではなかった。
【０００８】
耐炎繊維の原料も炭素繊維と同様に石油石炭、もしくは無機物を原料とするものが多く、植物を原料とした耐炎繊維で、熱可塑性樹脂などをマトリックスとしたコンパウンド用に対応するもの、若しくは添加できるものはなかった。
【特許文献１】特開平０４−２１４４１４
【特許文献２】特開平１０−３６８５４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、この炭素繊維、若しくは耐炎繊維を製造するときに必要なエネルギー、コスト、時間の削減に注目し、よりエネルギー、コスト、時間の削減できる、しかも安価な耐炎繊維を製造することにある。しかも原料を石油や石炭由来のものから植物由来のものへ替えることを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
植物を粉砕若しくは裁断して繊維状にし、それを加熱炉の酸素濃度が0〜20％の雰囲気下で200℃〜900℃の温度で熱焼成することにより耐炎繊維を製造すれば、この問題解決の目的に合うことをつきとめ、発明を完成させることができた。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、予備焼成などを行わずに、1度の焼成で製造するので、過熱の際に消費されるエネルギーを含む製造にかかるコストを軽減できる。加えて従来延伸、焼成、粉砕という加工方法を粉砕若しくは裁断してから焼成という製造方法に変えることにより、製造、加工にかかる時間を短縮できる。
【００１２】
原料を石油由来のものから、植物由来のものにすることにより、環境に配慮を示した耐炎繊維ができる。しかも安価にそれを提供できるようになる。さらに原料によっては、従来の炭素繊維と比較して軽量にすることができる。
【００１３】
本来ケナフや藁は形状がストロー状になっていることから、繊維の粉砕もしくは裁断の際に1本1本にできれば新たなカーボンチューブが製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
0.001μm〜100mm程度に粉砕若しくは裁断し繊維状にした植物をセラミック製の容器に入れ密閉し、加熱窯に収容して無酸素熱風を供給し酸素の濃度が0％から20％の雰囲気下で200〜900℃まで加熱し、1時間〜240時間温度を保持した状態で熱焼成して炭化した後、加熱を停止して冷却し耐炎繊維を製造した。
炭化した後に粉砕すると、細かくなりすぎて、繊維を作ることが難しくなることから、先に任意の長さに粉砕もしくは裁断することが望ましい。この方法により繊維自体の強度も保持することができる。
また粉砕若しくは裁断の程度により任意にその形状が変えられるので、様々な加工品に混ぜることができる耐炎繊維を製造できる。
【実施例１】
【００１５】
長さ2mm程度に粉砕したケナフを、セラミック容器の中に入れ、その容器の蓋を密閉し、島津鉄鋼株式会社製CS150型炭化装置の炉の中に入れ、炉中に無酸素熱風を供給し約600℃まで加熱し、5時間その温度を保持した状態で熱焼成して炭化した後、加熱を停止して冷却し耐炎繊維を製造した。
【実施例２】
【００１６】
2mm程度に裁断した竹を、セラミック容器の中に入れ、その容器の蓋を密閉し、島津鉄鋼株式会社製CS150型炭化装置の炉に入れ、炉中に無酸素熱風を供給し600℃まで加熱し、5時間その温度を保持した状態で熱焼成して炭化した後、加熱を停止して冷却し耐炎繊維を製造した。
【実施例３】
【００１７】
2mm程度に粉砕した藁を、セラミック容器の中に入れ、その容器の蓋を密閉し、島津鉄鋼株式会社製CS150型炭化装置の炉に入れ、炉中に無酸素熱風を供給し600℃まで加熱し、4時間その温度を保持した状態で熱焼成して炭化した後、加熱を停止して冷却し耐炎繊維を製造した。
【実施例４】
【００１８】
ケナフ、竹、藁を熱焼成した後に粉砕して繊維にしようとの方法も試みた。熱焼成した後に粉砕すると粉々になりすぎてうまくいかなかった。
【実施例５】
【００１９】
実施例1，2，3で得られた耐炎繊維を株式会社マックサイエンス社製示差天秤（TG−DTA）TAPS2000Sで、温度的な観点で見た、耐熱試験を行った。試験条件は次の通りである。室温から毎分20℃ずつ、500℃まで温度を上げてゆく。試験結果は表１の通りであった。
〔表1〕：繊維の温度的な観点から見た耐熱試験結果
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【００２０】
実施例1，2，3で得られた耐炎繊維を株式会社マックサイエンス社製示差天秤（TG−DTA）TAPS2000Sで、耐熱試験を行った。試験条件は次の通りである。室温から毎分50℃ずつ360℃まで温度を上げて、360℃を30分間保持する。雰囲気は活性ガスで、試験結果は表2の通りであった。粉砕若しくは裁断した熱焼成していない繊維はいずれもすぐに燃えてしまった。
〔表2〕：繊維の時間的な観点から見た耐熱試験結果
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【００２１】
実施例1，2，3で得られた耐炎繊維を電子線マイクロアナライザーで組成の違いを分析した。分析結果は表3，4，5、の通りであった。明らかに組成そのものが焼成前と焼成後とでは異なる様子が観察できた。
〔表3〕：ケナフ繊維の焼成前と焼成後の組成の違い
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〔表4〕：竹繊維の焼成前と焼成後の組成の違い
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〔表5〕：藁繊維の焼成前と焼成後の組成の違い
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