碳纤维的制造方法_3

文档序号:9354589阅读:来源:国知局
的20~40%,对从热处理室向密封室吹出的热风的风量进行调节, 从而使空间速度SV为80 < SV < 400的范围。
[0074] 其中,可以通过调整热处理室与密封室的压力差来调整从热处理室向密封室吹出 的热风的风量。压力差的调整可以通过以下的方法实现。1)对从密封室的排气量进行调 整,2)与从密封室的排气不同地,对热处理室进行供气和/或排气,对该供气和/或排气的 量进行调整。当然,也可以同时进行1)和2)两者。从密封室8的排气量可以通过利用排 气单元9进行的排气的调整来进行。对热处理室7的供气和/或排气通过设于上述热处理 室7的换气单元来进行。
[0075] 若SV > 400,则从热处理室向密封室排出的挥发物质的量增加。因此密封室内的 挥发物质的凝集增多。因此,碳纤维的强度与本来的水平相比降低。
[0076] 相反地,若SV < 80,则存在密封室中气体的滞留时间变长的倾向。因此,虽然从热 处理室向密封室排出的挥发物质的量本身减少,但却存在密封室内的挥发物质的凝集增多 的倾向。综上所述,碳纤维的强度与本来的水平相比降低。
[0077]空间速度SV优选为180彡SV彡400,更优选为200彡SV彡400的范围,进一步优 选为250彡SV彡375的范围。进而,若设为300彡SV彡350的范围,则可获得更高品质的 碳纤维,因而特别优选。
[0078] 预氧化处理时,使碳纤维前体纤维束在预氧化炉内移动而进行,此时的移动的条 件是调整碳纤维前体纤维束向预氧化炉的导入量(导入速度)和热风的量而进行的。当将 碳纤维前体纤维束向预氧化炉的导入量(每小时的导入重量)设为Y(kg/h)、将从热处理室 的总排气量设为X(Nm 3/h)时,优选满足以下的关系。
[0079] 0? 001 彡 Y/X 彡 0? 012
[0080] 这里,仅从密封室进行排气时,总排气量X是指从密封室的排气量,除了从密封室 以外还从热处理室进行排气时,总排气量X是指两者加起来的量。总排气量X是,对在各内 侧狭缝6测量的热风的流量进行合计、以及若热处理室7设有上述换气单元则使用设置于 此的测定装置(未图示)测量各自的排气量,从而求出。测定装置可以使用与上述空间速 度SV中使用的测定装置同样的装置。
[0081] 上述Y/X是作为热处理室内的挥发物质浓度的指标的值。若仅从防止挥发物质凝 集的观点考虑,则可认为该值越小越好,但实际上并非如此。即,若单纯增加从热处理室的 总排气量X,则流入密封室的挥发物质的总量有时反而会增加。
[0082] 因此,上述Y/X优选设为0.001彡Y/X彡0.012的范围。若该范围为0.01彡Y/ X < 0. 05,则可获得更高品质的碳纤维,进而还可以提高生产效率,故而优选。进而,更优选 设为〇?01彡Y/X彡0? 02的范围。
[0083]本实施方式的预氧化处理中,空间速度SV的调节可以通过如上所述对从热处理 室向密封室吹出的热风的风量进行改变而实现。该风量的改变也可以通过如上所述的利用 换气单元(排气扇)对排气量或利用加热单元对热处理的温度条件那样的处理条件的改变 来进行,也可以利用如下所述的热处理室、密封室、外侧狭缝或内侧狭缝的大小的设计在某 种程度上进行调整。此时,通过空间速度SV的调节,使流入密封室的大气的流量减少,与此 相伴,能够使从热处理室向密封室吹出的热风的风量减少。这可以通过用下面描述的方法 对密封室的压力进行控制来实现。
[0084] 为了减少热风的风量,一般缩小热风流路的开口面积。可是,在碳纤维的制造中, 若单单缩小预氧化炉的狭缝的开口面积,则会发生碳纤维特有的以下问题。
[0085] -般而言,预氧化炉内的压力与炉外的压力之差由于因气体温度不同产生的上述 热处理炉内外的浮力差的影响而在炉的高度方向上发生变化。即,在炉的上部,炉内外的压 力差大,在炉的下部,炉内外的压力差变小。
[0086] 即,含有挥发物质的热风向炉的上部移动,从热处理室向密封室吹出。另一方面, 在炉的下部,炉的内外的压力差变小,因此,外部气体从炉外流入密封室,进而从密封室流 入热处理室。由于该流入的外部气体,热处理室内、密封室内的温度降低,因此,挥发物质较 易在预氧化炉的上部凝集,较难在预氧化炉的下部凝集。因此,若单单减小狭缝的开口面 积,则尤其在预氧化炉的上部的狭缝中,挥发物质的凝集变得显著。
[0087] 为了解决这个问题,本实施方式中,在热处理室内的上下方向(垂直方向)的位 置不同的多个位置设置各狭缝,碳纤维前体纤维束的移动在热处理室内的水平方向上移动 而进行,此时,多个上述外侧狭缝中,使上下方向的位置中位于最下侧的上述外侧狭缝的开 口面积比位于最上侧的外侧狭缝的开口面积小。具体而言,优选使位于最下侧的内侧狭缝 的开口面积相对于位于最上侧的内侧狭缝的开口面积为1/100~1/2左右。进一步优选为 1/6~1/3左右。本实施方式中,可以对各狭缝的宽度方向的大小、图示的上下方向的大小 进行调整,由此可以改变狭缝的面积。
[0088]进而,对于内侧狭缝,与上述外侧狭缝同样地,也可以使位于最下侧的内侧狭缝的 开口面积比位于最上侧的内侧狭缝的开口面积小。关于上下方向的内侧狭缝的面积的相互 关系也与上述外侧狭缝相同。
[0089]通过采用该构成,能够更为简便地减少流入密封室的大气的流量,随之减少从热 处理室向密封室吹出的热风的风量。
[0090](碳化处理)
[0091]本实施方式的碳纤维的制造方法是,将如上所述对碳纤维前体纤维束进行预氧化 处理而获得的预氧化纤维束导入碳化炉,在300°C~2500°C的温度范围内进行碳化处理, 获得碳纤维。碳化处理是在非活性气体环境下以上述温度对预氧化纤维束进行碳化的处 理。碳化是指将其他元素从化合物除去,尤其是通过以上述温度对有机化合物进行处理将 氢、氧等除去,成为化合物重量的80~100%由碳原子组成的状态。非活性气体的意思是不 与其他物质发生反应的化学稳定的气体,作为具体例子,可以列举氮气、氦气或氩气等。可 以在上述温度中设置梯度而进行反应,此外,还可以通过每个温度梯度分成多个阶段的处 理来进行。本实施方式中的碳化处理特别优选以1200~1800°C的条件合计进行1~4分 钟。关于其他的碳化处理的条件,例如根据上述专利文献等中记载的碳化处理的条件等、想 要获得的碳纤维的性质,本领域技术人员基于技术常识进行适当调整即可。
[0092](其他实施方式)
[0093] 在图1所示的例子中,1组水平设置于预氧化炉2的侧面的外侧狭缝5和内侧狭 缝6的数目(阶段数)为5组,但根据预氧化炉2的规模,该数目为小于5的数、超过5的 数也无妨。作为指标,可以为2~12组左右。
[0094] 实施例
[0095] 以下,通过实施例更详细地对本发明的效果进行说明。其中,各实施例、比较例使 用具有热处理室和与之邻接的密封室的预氧化炉进行。热处理室使碳纤维前体纤维束沿上 下方向分5阶段且横向地走行。密封室具有与碳纤维前体纤维束的走行阶段数的数目相应 的外侧狭缝和内侧狭缝,外侧狭缝向预氧化炉外开口,内侧狭缝向热处理室开口。其中,密 封室的体积为2. 73m3。
[0096] 各测定值通过下述方法求得。
[0097] <碳纤维束的丝束强度>
[0098] 按照JISR7601试验法对35根丝束试验片进行测定,求得其平均值。
[0099] <向密封室的热风的吸入、吹出量>
[0100] 使用烟雾测试仪对各狭缝部中是否有气流进行测定。将有从密封室向热处理室的 气流的狭缝设为吸入部,将有从热处理室向密封室的气流的狭缝设为吹出部。进而,利用热 线风速计(KAN0MAX、ANEM0MASTER风速计、6162)对吹出部的风速(m/h)进行测定,乘以开口 面积,求得热风的流速(Nm 3/h)。进而,用在吹出部的各狭缝测定的热风的流速的合计(总 排气量X)除以密封室的体积,将其作为空间速度SV(l/h)。
[0101] <实施例1 >
[0102] 将含有98质量%的丙烯腈单元、2质量%的甲基丙烯酸单元的聚合物溶解于二 甲基甲酰胺,制成纺丝原液(聚合物浓度:23. 5质量% )。通过干湿式纺丝,使纺丝原液从 配置有直径0. 13mm、孔数2000的排出孔的喷丝头先通过约4mm的空间,然后,排出至将含 有79. 5质量%的二甲基甲酰胺的水溶液调温至15°C而成的凝固液中,进行凝固,制成凝固 丝。接下来,在空气中延伸1. 1倍后,在调温至60°C的含有30质量%的二
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