(57)【要約】【課題】炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を原料として、取扱い性に優れた再生炭素繊維を効率良く製造する製造装置および製造方法を提供する。【解決手段】本発明の再生炭素繊維を製造する装置２００は、箱状の本体部２０５と、本体部２０５の内側に配置されており炭素繊維強化プラスチックを収納する炭化乾留室１０２と、炭化乾留室１０２の下部に配置されておりバーナー１０４を備えている燃焼室２０３と、本体部２０５と炭化乾留室１０２との間の空間に形成されている加熱室２１５と、を備えている炭化乾留炉２０１を含んでいる。炭化乾留炉２０１はさらに、炭化乾留室１０２に連通する酸素供給手段２２０を備えている。【選択図】図１
2017082036.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維及びマトリックス成分を含有する炭素繊維強化プラスチックを原料として再生炭素繊維を製造する装置であって、
箱状の本体部と、前記本体部の内側に配置されており前記炭素繊維強化プラスチックを収納する炭化乾留室と、前記炭化乾留室の下部に配置されておりバーナーを備えている燃焼室と、前記本体部と前記炭化乾留室との間の空間に形成されている加熱室と、を備えている炭化乾留炉を含んでおり、
当該炭化乾留炉がさらに、前記炭化乾留室に連通する酸素供給手段を備えており、
前記炭素繊維強化プラスチックを乾留して前記マトリックス成分の一部を固定炭素に転換し、当該固定炭素の一部が前記炭素繊維の表面に付着している再生炭素繊維を製造することを特徴とする再生炭素繊維の製造装置。
【請求項２】
前記炭化乾留室が炭素繊維強化プラスチックを収容する耐熱棚によって区画規定されており、
前記耐熱棚に過熱水蒸気の供給路が設けられており、当該過熱水蒸気の供給路から、１００℃以上８００℃以下の過熱水蒸気が供給されることを特徴とする請求項１記載の再生炭素繊維の製造方法。
【請求項３】
炭素繊維及びマトリックス成分を含有する炭素繊維強化プラスチックを原料として再生炭素繊維を製造する方法であって、
炭化乾留炉の炭化乾留室の耐熱棚に、炭素繊維強化プラスチックを収容する工程と、
前記炭化乾留室の目標温度を２００℃以上８００℃以下で維持し、さらに１００℃以上８００℃以下の過熱水蒸気を供給することで、前記炭素繊維強化プラスチックを乾留し、前記マトリックス成分の一部を固定炭素に転換して前記炭素繊維の表面に付着させる炭化乾留工程と、
２００℃以上の前記炭化乾留室に酸素を供給し、前記固定炭素が付着した炭素繊維から前記固定炭素の一部を燃焼により除去して再生炭素繊維を得る焼成工程と、
を備えることを特徴とする再生炭素繊維の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチックを原料とする再生炭素繊維の製造装置、および再生炭素繊維の製造方法に関する。特に、炭化乾留炉を用いて再生炭素繊維を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維は、鉄のおよそ１／４の比重でありながら強度が高く、腐食しないという特徴がある。炭素繊維は糸又は織物として単独で用いられたり、各種の樹脂のマトリックス（母材）の中にフィラー（充填剤）として添加された「炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ）」の形態で用いられたりする。特に炭素繊維強化プラスチックは、飛行機、自動車、自転車、タンク等の圧力容器等に広く用いられている。一般的な炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維に樹脂を含浸し硬化して製造されるが、このとき種々の形状の端材や規格外品が発生する。そこで、炭素繊維強化プラスチックの端材や規格外品から樹脂のみを除去し、再利用可能な再生炭素繊維を製造する技術が求められている。
【０００３】
一方で、有機物を加熱分解して炭化する炭化炉や、空気を遮断して固体有機物を加熱分解し、揮発分を回収する乾留炉が、従来から知られている。炭素繊維強化プラスチックのマトリックスには多種多様な樹脂が用いられるが、炭化炉を用いれば、任意の種類の樹脂を除去して再生炭素繊維を製造することができる。本願発明の発明者らは、炭化炉を用いて樹脂を熱分解して再生炭素繊維を製造する方法を発明し、特許文献１および特許文献２に開示している。特許文献１に開示した技術は、炭化乾留を行った再生炭素繊維の中間製品を、コンベアに搭載した炭素繊維強化プラスチックを連続式炉の中に投入して通過させることで、長繊維状の炭素繊維を製造している。特許文献２は、炭化乾留炉で炭素繊維強化プラスチックの一部の樹脂を固定炭素に転換し、引き続き連続式炉で加熱処理を行って、再生炭素繊維を製造する技術を開示している。なお、特許文献２では、炭素繊維強化プラスチックを炭化し、揮発した樹脂の低沸点成分を回収して加熱用の燃料として用いる炉のことを、炭化乾留炉と称している。
【０００４】
特許文献３には、炭素繊維強化プラスチックを８００℃以上の過熱水蒸気によって処理することにより、プラスチックの６８〜８０％を除去した状態で炭素繊維を回収する技術が開示されている。特許文献３には、過熱水蒸気を製造するヒータ部と、製造された水蒸気を導入する導入部と、炭素繊維強化プラスチックを保持する保持部を備えた回収装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４９４９１２３号公報
【特許文献２】特許第５３４７０５６号公報
【特許文献３】特開第２０１１−１２２０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、炭素繊維強化プラスチックを原料として好適な特性を有する再生炭素繊維を製造するためには、炭化乾留炉による乾留工程と、連続式炉による加熱工程の二つの工程が必要であった。そこで、少ない装置によりより少ない工程で好適な特性を有する再生炭素繊維を製造する技術が求められている。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、炭化乾留炉のみを用いて、好ましい特性を有する再生炭素繊維を効率的に、且つ低いコストで製造する技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、炭素繊維及びマトリックス成分を含有する炭素繊維強化プラスチックを原料として再生炭素繊維を製造する装置に関する。本発明の装置は、箱状の本体部と、本体部の内側に配置されており炭素繊維強化プラスチックを収納する炭化乾留室と、炭化乾留室の下部に配置されておりバーナーを備えている燃焼室と、本体部と炭化乾留室との間の空間に形成されている加熱室と、を備えている炭化乾留炉を含んでいる。炭化乾留炉はさらに、炭化乾留室に連通する酸素供給手段を備えている。本発明の装置は、炭素繊維強化プラスチックを乾留して、マトリックス成分の一部を固定炭素に転換し、固定炭素の一部が炭素繊維の表面に付着している再生炭素繊維を製造することを特徴とする。
【０００９】
本発明の再生炭素繊維の製造装置は、前記炭化乾留室が炭素繊維強化プラスチックを収容する耐熱棚によって区画規定されていることが好ましい。そして、耐熱棚に過熱水蒸気の供給路が設けられており、過熱水蒸気の供給路から、１００℃以上８００℃以下の過熱水蒸気が供給されることが好ましい。
【００１０】
本発明はまた、再生炭素繊維の製造方法を提供する。本発明による再生炭素繊維の製造方法は、炭素繊維及びマトリックス成分を含有する炭素繊維強化プラスチックを原料として再生炭素繊維を製造する方法であって、炭化乾留炉の炭化乾留室の耐熱棚に、炭素繊維強化プラスチックを収容する工程と、炭化乾留室の目標温度を２００℃以上８００℃以下に維持し、さらに１００℃以上８００℃以下の過熱水蒸気を供給することで、前記炭素繊維強化プラスチックを乾留し、前記マトリックス成分の一部を固定炭素に転換して前記炭素繊維の表面に付着させる炭化乾留工程と、２００℃以上の炭化乾留室に酸素を供給し、前記固定炭素が付着した炭素繊維から前記固定炭素の一部を燃焼により除去して再生炭素繊維を得る焼成工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の再生炭素繊維の製造装置および製造方法は、炭化乾留炉が炭化乾留室に連通する酸素供給手段を備えていることで、炭化乾留工程の完了後に酸素を供給して不要なマトリックス成分を燃焼除去しすることができる。このため、炭化乾留炉のみで、好適な特性を有する再生炭素繊維を製造することができ、装置全体を小型で安価に構成することができる。また、原料や中間製品の移動を最小限にすることができるので、効率よく、より迅速に再生炭素繊維を製造することができる。
【００１２】
本発明の再生炭素繊維の製造装置は、炭化乾留炉の炭化乾留室が耐熱棚によって区画規定されており、この耐熱棚の過熱水蒸気の供給路から過熱水蒸気が供給されることで、炭化乾留室全体をより均一に加熱して、安定した品質の再生炭素繊維をより迅速に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、炭化乾留炉の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、水蒸気供給路を備えた棚の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、炭化乾留路内の棚に炭素繊維強化プラスチックを収容した一形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る再生炭素繊維の製造装置２００（以下、単に製造装置２００とも言う）について、図面を参照しつつ好適な実施形態について説明する。次に、本発明にかかる再生炭素繊維の製造方法について説明する。
【００１５】
本実施形態の炭化乾留炉２０１を備えた製造装置２００を図１に示す。炭化乾留炉２０１は、箱状の本体部２０５を備えている。本体部２０５の内部には炭化乾留室１０２が形成されており、炭化乾留室１０２の下部には燃焼室２０３が形成されている。本体部２０５と、炭化乾留室１０２との間の空間には、加熱室２１５が形成されている。本体部２０５と炭化乾留室１０２の外壁とは、いずれも耐熱性の金属で形成されている。本体部２０５の正面には開口部が設けられており、この開口部の位置は炭化乾留室１０２の開口部の位置と整合している。本体部２０５の開口部と炭化乾留室１０２の開口部とは、図示されない一つの封止扉を閉じることによって同時に封止することができ、炭化乾留室１０２の内部を無酸素状態として加熱することが可能となる。
【００１６】
燃焼室２０３にはバーナー１０４が設けられており、バーナー１０４の燃焼によって燃焼室２０３から加熱室２１５に輻射熱を供給し、この輻射熱で炭化乾留室１０２を加熱する。また、炭化乾留炉２００には、炭化乾留室１０２の内部とブロワー１０５とを連通させるガス燃焼用配管１０７が設けられている。乾留によって発生する乾留ガスは、ガス燃焼用配管１０７を通過してブロアー１０５が供給する空気と混合されて燃焼する。乾留ガスの燃焼熱は、炭化乾留室１０２の昇温と温度維持に用いられる。
【００１７】
炭化乾留炉２０１は、加熱室２１５と燃焼室２０３とにそれぞれ連通する熱風放出ダクト１０８を備えている。熱風放出ダクト１０８には、加熱室１０２と燃焼室２０３との間のそれぞれの通路にダンパー１０９が設けられており、過剰な熱を適宜外部に放出して温度調節を行う。本実施形態では、燃焼室２０３内に温度計測センサ１４１が配置されており、加熱室１１５内の側壁に温度計測センサ１４２が配置されており、炭化乾留室１０２の上部に温度計測センサ１４３が配置されており、炭化乾留室１０２の下部に温度計測センサ１４４が配置されている。これらの測定結果を用いて、ダンパー１０９の開閉により、炭化乾留室１０２の温度は２００℃から８００℃の範囲で維持される。２００℃以上８００℃以下の温度範囲では、樹脂が好適に熱分解される一方で、炭素繊維の損傷はほとんど発生しない。
【００１８】
炭化乾留炉２０１は、外部ボイラー２１２と、加熱室２１５内に配置されている過熱水蒸気発生装置２１３と、外部ボイラー２１２から過熱水蒸気発生装置２１３を経由して炭化乾留室１０２の内部に至るまで配管されている水蒸気配管２１４とを備えている。過熱水蒸気発生装置２１３として、たとえば熱交換器を使用することができ、外部ボイラー２１２で予熱された水蒸気が加熱室２１５内に設けられた過熱水蒸気発生装置２１３に供給され、過熱水蒸気となって炭化乾留室１０２内を直接加熱する。
加熱室２１５の温度が１００℃を越えた時点で、過熱水蒸気発生装置２１３から、水蒸気配管２１４を経由して、炭化乾留室１０２に１００℃以上８００℃以下の過熱水蒸気が供給される。過熱水蒸気の供給は、乾留が終わり、冷却が開始されるまで継続される。
【００１９】
さらに炭化乾留炉２０１は、外部ボイラー２１２と過熱水蒸気発生装置２１３との間の水蒸気配管２１４に接続された、酸素供給手段としてのコンプレッサ２２０を備えている。コンプレッサ２２０によって、炭化乾留工程の終了後に、純酸素、若しくは酸素を含む気体が供給される。酸素を含む気体としては、たとえば、空気や酸素と窒素の混合物が挙げられる。また、外部ボイラー２１２をコンプレッサ２２０と同時に稼働させることで、純酸素と水蒸気の混合物、または酸素を含む気体と水蒸気の混合物を供給することができる。  
【００２０】
図２に、炭化乾留室１０２の内部に配置する耐熱棚１１１の斜視図を示す。本実施形態の耐熱棚１１１は、４本の支柱１１６と、この支柱１１６同士を接続する複数の水平部材１１７と、対向する一対の水平部材１１７を接続する補助部材１１８とによって、ほぼ直方体形状に形成されている。水平部材１１７と補助部材１１８とは、炭化乾留室１０２の内部を高さ方向について三分割以上に分割できる複数の面を規定している。水平部材１１７と補助部材１１８とが規定した面上に、再生炭素繊維の原料である炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰとも言う）を搭載した多孔板２３１（またはトレイ）を搭載した状態で、ＣＦＲＰの乾留が行われる。また、補助部材１１８の位置は、炭化乾留室１０２の横方向（幅方向）についてＣＦＲＰを均等に配置する場合の、幅方向を三分割する位置の基準として利用される。
【００２１】
耐熱棚１１１を構成する支柱１１６、水平部材１１７、および補助部材１１８は、中空な耐熱金属で形成されており、内部が連通していて、過熱水蒸気の供給路として機能することができる。支柱１１６、水平部材１１７、および補助部材１１８のそれぞれには、複数の貫通孔１１９が設けられている。耐熱棚１１１の支柱１１６の一つが、水蒸気配管２１４に接続されており、水蒸気配管２１４から供給された過熱水蒸気は、耐熱棚１１１の内部を通過して、複数の貫通孔１１９から炭化乾留室１０２に均等に放出される。また、コンプレッサ２２０から供給された純酸素又は酸素を含む空気は、耐熱棚１１１の内部を通過して、複数の貫通孔１１９から炭化乾留室１０２に均等に放出される。
【００２２】
次に、図３に示されるような角柱状のＣＦＲＰ２３０を原料として、炭素繊維強化プラスチックを原料として再生炭素繊維を製造する方法を説明する。再生炭素繊維の製造方法は、炭化乾留炉２０１の炭化乾留室１０２内にＣＦＲＰ２３０を収容する工程と、ＣＦＲＰ２３０を、２００℃以上８００℃以下の目標温度下で封止した状態で加熱し、さらに１００℃以上８００℃以下の過熱水蒸気を供給することで、ＣＦＲＰ２３０を乾留し、マトリックス成分の一部を固定炭素に転換して炭素繊維の表面に付着させる炭化乾留工程と、この炭化乾留工程の終了後に、２００℃以上の炭化乾留室に酸素を供給し、固定炭素が付着した炭素繊維から固定炭素の一部を燃焼により除去して再生炭素繊維を得る焼成工程と、を備えている。
【００２３】
炭化乾留室１０２内にＣＦＲＰ２３０を収容する工程の好適な一形態を説明する。好ましくは、炭化乾留室１０２の内部を、耐熱棚１１１によって高さ方向に三分割以上に分割し、それぞれの区画に対して、有効容積の７０容積％以下となるようにＣＦＲＰ２３０を収容して加熱することで、収容したＣＦＲＰ２３０を均一に加熱して再生炭素繊維を得ることができる。７０容積％を超えてＣＦＲＰ２３０を収容した区画がある場合、その区画では熱と水蒸気の流路が確保できず、長時間の加熱を行っても必要以上に樹脂が残存して好適な特性を有する再生炭素繊維を製造できないことが確認されている。
【００２４】
耐熱棚１１１の水平部材１１７と補助部材１１８上には、多孔板２３１または孔を有さないトレイ２３１が搭載される。多孔板２３１またはトレイ２３１の上に、ＣＦＲＰ２３０が配置される。ＣＦＲＰ２３０の配置は、炭化乾留室１０２の内部を高さ方向に三分割以上に分割した場合に、それぞれの区画に対して、有効容積の７０容積％以下であることが好ましく、たとえば図３に示したように、耐熱棚１１１が炭化乾留室１０２を六分割している場合には、それぞれの区画について有効容積の７０容積％であれば、好適な特性を有する再生炭素繊維を製造することができる。
【００２５】
角柱状のＣＦＲＰ２３０を規則正しく配置する場合の好適な形態は、ＣＦＲＰ２３０を一段ずつ縦横交互に並べる「井桁積み」の形態である。井桁積みを行うことによって、隣り合うＣＦＲＰ２３０の上下左右の間に規則正しく空間が空くことになり、またたわみも防止することができるので、より均一に加熱することができる。また、並べられたＣＦＲＰ２３０の両端部には、ＣＦＲＰ２３０よりも高さのある角材２３１をスペーサとして配置することで、ＣＦＲＰ２３０の上方に空間を維持して熱と水蒸気の流路を確保することが可能となる。
【００２６】
次に、炭化乾留工程について説明する。炭化乾留室１０２の耐熱棚１１１に搭載されたＣＦＲＰ２３０は、高温の無酸素状態に維持されることで、ＣＦＲＰ２３０に含まれるマトリックス成分の樹脂を加熱分解し、再生炭素繊維を製造する。本実施形態の炭化乾留工程の条件の一例を挙げると、炭化乾留室１０２内の目標温度を２００℃〜８００℃とし、封止した状態で、加熱を２時間〜２４時間継続する。炭化乾留室１０２は、運転開始時には、燃料が供給されたバーナー１０４の燃焼によって昇温される。炭化乾留室１０２が充分に高温となると、ＣＦＲＰ２３０の樹脂が乾留熱分解し、さらに可燃ガスであるメタンやベンゼン等の炭化水素ガスが発生する。そしてこれらのガスは乾留ガスとしてブロアー１０５の空気と混合されて燃焼し、炭化乾留炉２０１の温度の維持に貢献する。
【００２７】
炭化乾留工程では、過熱水蒸気発生装置２１３で１００℃以上８００℃以下の過熱水蒸気を発生させて、水蒸気配管２１４に供給する。本実施形態における過熱水蒸気発生装置２１３は熱交換器であり、外部ボイラー２１２で予熱された水蒸気が過熱水蒸気発生装置２１３に供給されて、加熱室２１５の温度上昇に伴い過熱水蒸気化される。耐熱棚１１１の支柱１１６の一つが、水蒸気配管２１４に接続されており、供給された過熱水蒸気は、耐熱棚１１１の内部を通過して、複数の貫通孔１１９から炭化乾留室１０２に放出される。過熱水蒸気の供給によって、炭化乾留室１０２内の対流を促進し、炭化乾留室１０２内で乾留により発生した乾留ガスを燃焼室２０３に効率よく追い出すことが可能となる。炭化乾留工程を終了した炭素繊維強化プラスチックは、多くの場合、表面に固定炭素が付着した再生炭素繊維となっている。
【００２８】
炭化乾留工程の終了後、焼成工程が行われる。焼成工程では、コンプレッサ２２０を稼働させて、２００℃以上となっている炭化乾留室１０２に酸素を供給し、固定炭素が付着した再生炭素繊維から固定炭素の一部を燃焼により除去して好適な再生炭素繊維を得る。コンプレッサ２２０は、純酸素または酸素を含む空気を、耐熱棚１１１の支柱１１６に連通する水蒸気配管２１４に供給する。酸素が供給されることで、炭素繊維の表面に付着した固定炭素の一部が燃焼し、好ましい特性を有する再生炭素繊維を製造することが可能である。
【００２９】
ここでいう好ましい特性についての一つの指標は、炭化乾留工程と焼成工程とによって製造され、樹脂由来の固定炭素の一部が付着している再生炭素繊維の重量に対する、再生炭素繊維に付着している固定炭素のみの重量の比である。この重量比は以下の式１で示すことができ、固定炭素の「残存率」と称する。本発明の製造方法によって製造される再生炭素繊維は、この残存率が、０．５重量％以上、１１．０重量％以下であることが好ましい。
（式１）
残存率（重量％）＝（再生炭素繊維に付着している固定炭素の重量（ｇ））
÷  （付着している固定炭素を含む再生炭素繊維の重量（ｇ））×１００ %
【００３０】
コンプレッサ２２０から供給する酸素の濃度を制御することで、再生炭素繊維の表面に付着した固定炭素の燃焼する割合を制御し、固定炭素が残存する程度を制御することができる。またコンプレッサ２２０と同時に、外部ボイラー２１２を稼働させることで、純酸素または酸素を含む空気と水蒸気とを混合して炭化乾留室１０２に供給することができるが、このときの水蒸気量を制御することによっても、再生炭素繊維の表面に付着した固定酸素の残存する割合を制御することができる。
【００３１】
バージン炭素繊維の強度をできるだけ維持した再生炭素繊維を得ようとする場合には、固定炭素「残存率」を０．５重量％以上１１．０重量％以下とするのが好ましい。一方、強度をある程度犠牲にしても、再生炭素繊維集合体（あるいは再生炭素繊維の束）の開繊性、分散性、均一樹脂浸透性、後続する加工工程の容易さ、簡便性、品質均一性、品質安定性等が重要視される場合には、前記固定炭素の「残存率」が、０．０重量％（限り無く０に近く）以上、０．５重量％（更に好ましくは０．２重量％）以下が好適であることが明らかとなった。
【００３２】
再生された炭素繊維集合体が後続する加工工程を経て成形加工される最終製品としての再生ＣＦＲＰ形状と同様な、平面的あるいは立体的な形状となるよう、リサイクル用のＣＦＲＰをあらかじめ整列配置した状態で炭化乾留することにより、炭化乾留された時の形状をそのまま維持し、開繊、成形などの工程を行なうことなく、樹脂含浸、加熱プレスなどの工程を経て、より簡略化された方法で、安価に再生CFRP成形体が得られることが見出された。
【００３３】
また、強度をさらに、ある程度犠牲にしても、再生炭素繊維集合体としてのさらなる、開繊性、分散性、均一樹脂浸透性、後続する加工工程の容易さ、簡便性、品質均一性、品質安定性等が重要視される場合には、「再生炭素繊維維持率」が、９０重量％（更に好ましくは９５重量％）以上、１００重量％以下であることが重要であることが明らかとなった。ここでいう「再生炭素繊維維持率」とは以下の式２で示される値である。
（式２）
再生炭素繊維維持率（重量％）＝再生炭素繊維の重量（ｇ）÷（付着している固定炭素が実質的に０ｇの場合の再生炭素繊維の重量（ｇ））×１００％
【００３４】
「付着している固定炭素が実質的に０ｇの場合の再生炭素繊維の重量（ｇ）」は次のようにして、実験的に求められる。第００３０段落に示した方法により、同一特性の試験片を複数個準備し、乾留条件を変えて残留率を徐々に減少させ、残留率０gと推定される時の再生炭素繊維の重量（ｇ）によって求められる。
再生炭素繊維の表面に付着した固定炭素等は、炭素繊維より先に燃焼しやすいので、酸素による処理を強化することにより固定炭素を減少させることができる。燃焼すべき固定炭素がなくなると、次に炭素繊維本体が燃焼し重量減少し始める。酸素が行き渡りにくく、燃焼しにくい部分の固定炭素まで十分燃焼させようとすると、酸素が行き渡りやすく燃焼しやすい部分の炭素繊維本体の燃焼が起こり炭素繊維本体の重量減少がある程度発生することは避けることが出来ないのである。
再生炭素繊維維持率が１００％以下ということは、再生プロセス中に炭素繊維の表面が酸化により削り取られ、炭素繊維が本来持っていると思われる表面欠陥、ボイド、表面に付着、あるいは浸透している除去した方が好ましいと考えられる化学物質などが同時に、コントルールされた状態で除去されているので、再生炭素繊維集合体内への樹脂含浸のしやすさ、速さ、均一性など、良い効果をもたらしていると考えられる。また、再生炭素繊維の開繊のしやすさ、分散性においても、極めて優れた特性を示しており、後工程の工程改善に大きく貢献している。これらの特性が総合的に再生炭素繊維ＣＦＲＰ成形体の品質向上、品質安定化、コストダウンに大きく貢献している。以上のような新知見は、本発明による方法および装置を使用することによって、初めて実現されたことである。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の再生炭素繊維の製造装置２００とこれを用いた製造方法によれば、炭化乾留炉２０１によって好適な特性を有する再生炭素繊維を製造することが可能である。
【００３６】
なお、本実施形態の再生炭素繊維の製造方法において、原料となるＣＦＲＰ２３０のフィラー成分の炭素繊維には、例えばポリアクリロニトリル系炭素繊維（ＰＡＮ系炭素繊維）を用いることができる。また、マトリックス成分の樹脂として、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、飽和ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂等を例示することができる。
【実施例１】
【００３７】
本実施例では、炭化乾留室１０２を備えた製造装置２００によって、再生炭素繊維を製造した。炭化乾留室１０２内の耐熱棚１１１にＣＦＲＰ２３０を井桁状に段積み配置した。炭化乾留室１０２内の目標温度を５５０℃として加熱し、封止した状態で、１００℃〜７５０℃の過熱水蒸気を供給しつつ加熱を４時間継続加熱して、炭化乾留工程を行った。乾留ガスの発生がしなくなり、炭化乾留が終了した後、炭化乾留室１０２の温度が５００℃になったところで、コンプレッサ２２０を稼働させて空気２０Ｌ／ｍｉｎ（毎分２０リットル）を水蒸気２００Ｌ／ｍｉｎ（毎分２００リットル）とともに水蒸気配管２１４に供給し、過熱水蒸気と空気の混合気体で固定炭素を４時間燃焼させた。本実施例で製造した再生炭素繊維の特性を評価したところ、固定炭素の残存率は、４重量％であった。  
【実施例２】
【００３８】
実施例１と同一の製造装置２００を用い、表面が曲面である厚さが３００ｍｍの板状のＣＦＲＰを原料として、再生炭素繊維の製造を行った。本実施例では、ＣＦＲＰを収容するための多孔板に、開口率の高いエキスパンドメタルを用いた。そして、ＣＦＲＰを積み重ねることなく配置した。そして、炭化乾留室１０２内の目標温度を５５０℃とし、封止した状態で、１００℃〜７５０℃の過熱水蒸気を供給しつつ加熱を６時間継続加熱して、炭化乾留工程を行った。乾留ガスの発生がしなくなり、炭化乾留が終了した後、炭化乾留室１０２の温度が５００℃になったところで、コンプレッサ２２０を稼働させて空気２０Ｌ／ｍｉｎ（毎分２０リットル）を水蒸気２００Ｌ／ｍｉｎ（毎分２００リットル）とともに水蒸気配管２１４に供給し、過熱水蒸気と空気の混合気体で固定炭素を６時間燃焼させた。本実施例で製造した再生炭素繊維の特性を評価したところ、固定炭素の残存率は、５重量％であった。
【実施例３】
【００３９】
実施例１の炭化乾留工程終了までを同一条件で実施し、乾留ガスの発生がしなくなり、炭化乾留が終了した後、炭化乾留室１０２の温度が５００℃になったところで、コンプレッサ２２０を稼働させて空気５０Ｌ／ｍｉｎ（毎分５０リットル）を水蒸気２００Ｌ／ｍｉｎ（毎分２００リットル）とともに水蒸気配管２１４に供給し、過熱水蒸気と空気の混合気体で固定炭素を４時間燃焼させた。本実施例で製造した再生炭素繊維の特性を評価したところ、固定炭素の残存率は、０．５重量％であった。  
【００４０】
以上、本発明について好適な実施形態および実施例を挙げて説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である．
【符号の説明】
【００４１】
１０２  炭化乾留室
１０４  バーナー
１０５  ブロワー
１０７  ガス燃焼用配管
１１１  耐熱棚
１１６  支柱
１１７  水平部材
１１８  補助部材
１１９  貫通孔
１４１，１４２，１４３，１４４  温度計測センサ
２００  再生炭素繊維の製造装置
２０１  炭化乾留炉
２０３  燃焼室
２０５  本体部
２１２  外部ボイラー
２１３  過熱水蒸気発生装置
２１４  水蒸気配管
２１５  加熱室
２２０  コンプレッサ
２３０  炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）
【図１】
2017082036.tif 000003
【図２】
2017082036.tif 000004
【図３】
2017082036.tif 000005