碳化方法及碳纖維的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及前體纖維的碳化方法及碳纖維的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 碳纖維通過(guò)燒成由聚丙烯腈系纖維、人造纖維、纖維素系纖維及瀝青系纖維等制 造的前體纖維而制造。例如，由聚丙烯腈系纖維制造的前體纖維的燒成經(jīng)由在含有氧的氛 圍中（耐火化爐內(nèi)）進(jìn)行加熱的耐火化工序、將經(jīng)由耐火化工序的纖維（以下，稱(chēng)為"耐火 纖維"）在非活性氛圍中（碳化爐）加熱的碳化工序而進(jìn)行。此外，上述燒成通過(guò)纖維通過(guò) (移動(dòng)）耐火化爐及碳化爐而進(jìn)行。
[0003] 在碳化工序中，為了提高機(jī)械特性，需要對(duì)工序中的纖維作用適當(dāng)?shù)膹埩ΑＲ虼耍?還具有一種技術(shù)，碳化工序中，設(shè)置溫度不同的兩個(gè)（以上）爐，使耐火纖維從溫度低的爐 依次通過(guò)（例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。
[0004] 碳化工序中的加熱利用電加熱器等。即，利用電加熱器等加熱爐內(nèi)氛圍，耐火纖維 通過(guò)該加熱的爐內(nèi)，由此，間接地加熱耐火纖維。在該情況下，需要加熱爐內(nèi)整體，因此，對(duì) 耐火纖維的加熱效率降低（低加熱效率），或者爐內(nèi)的熱從耐火纖維束的外側(cè)向內(nèi)側(cè)逐漸 傳遞，因此，碳化需要時(shí)間（長(zhǎng)時(shí)間化）。
[0005] 作為改善使用了這樣的電加熱器等時(shí)的低加熱效率及碳化的長(zhǎng)時(shí)間化的方法，研 究了直接加熱耐火纖維的方法等。
[0006] 作為直接加熱的方法，例如，有：利用微波的方法（例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)2、3)、利用等離 子的方法（例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)4)、利用微波和等離子雙方的方法（例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)5)、利用高 頻電磁波的方法（例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)6)等。
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0009] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :日本國(guó)專(zhuān)利第4838595號(hào)
[0010] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2 :日本國(guó)專(zhuān)利第1483314號(hào)
[0011] 專(zhuān)利文獻(xiàn)3 :日本國(guó)專(zhuān)利第1401146號(hào)
[0012] 專(zhuān)利文獻(xiàn)4 :美國(guó)專(zhuān)利第6, 372, 192號(hào)
[0013] 專(zhuān)利文獻(xiàn)5 :美國(guó)專(zhuān)利第8, 679, 592號(hào)
[0014] 專(zhuān)利文獻(xiàn)6 :日本國(guó)專(zhuān)利第5191004號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 發(fā)明所要解決的課題
[0016] 但是，專(zhuān)利文獻(xiàn)2~4的技術(shù)是將規(guī)定長(zhǎng)度的耐火纖維以配置于容器等的狀態(tài)下 加熱的技術(shù)，不能適用于在爐內(nèi)移動(dòng)的耐火纖維。
[0017] 專(zhuān)利文獻(xiàn)5的技術(shù)，由于在一個(gè)波導(dǎo)管內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生微波和等離子，因此，難于對(duì)波 導(dǎo)管內(nèi)的耐火纖維作用適于纖維狀態(tài)的張力。專(zhuān)利文獻(xiàn)6的技術(shù)，由于使高頻電磁波如同 軸電纜那樣與纖維直接結(jié)合，因此，在處理體內(nèi)引起一次放電時(shí)，有時(shí)不能進(jìn)行后面穩(wěn)定的 處理。
[0018] 鑒于上述課題，本發(fā)明的目的在于，提供碳化方法及碳纖維的制造方法，可以以高 的加熱效率實(shí)現(xiàn)碳化的時(shí)間縮短，同時(shí)作用適于碳工序中的纖維狀態(tài)的張力。
[0019] 用于解決課題的手段
[0020] 為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的一方式涉及的碳化方法，其將移動(dòng)中的前體纖維碳 化，其特征在于，加熱纖維的碳化爐在移動(dòng)方向存在多個(gè)，在多個(gè)的碳化爐之中的至少一個(gè) 的碳化爐中，利用等離子加熱通過(guò)爐內(nèi)的纖維。
[0021] 為了實(shí)現(xiàn)所述目的，本發(fā)明的一方式涉及的碳纖維的制造方法，其包含將移動(dòng)中 的前體纖維碳化的碳化工序，其特征在于，所述碳化工序通過(guò)所述碳化方法進(jìn)行。
[0022] 發(fā)明效果
[0023] 本發(fā)明一方式涉及的碳化方法及碳纖維的制造方法中，利用等離子對(duì)通過(guò)至少一 個(gè)的碳化爐內(nèi)的纖維進(jìn)行加熱。因此，能夠以高的加熱效率加熱纖維。另外，由于具備多個(gè) 的碳化爐，因此，能夠作用適于各碳化爐內(nèi)的纖維的張力。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是表示碳纖維的制造工序的概略圖；
[0025] 圖2是表不第一碳化工序中的加熱狀態(tài)的概念圖，（a)表不第一碳化爐，（b)表不 對(duì)通過(guò)第一碳化爐內(nèi)的耐火纖維照射的微波的強(qiáng)度分布，（c)表示第一碳化爐內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng) 度調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略，（d)表示電場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整機(jī)構(gòu)的縫隙引起的開(kāi)口面積比；
[0026] 圖3是表示實(shí)施方式2的第二碳化爐的概略圖的圖；
[0027] 圖4是說(shuō)明變形例1的第一碳化爐的圖，（a)表示第一碳化爐，（b)表示對(duì)通過(guò)第 一碳化爐內(nèi)的耐火纖維照射的微波的強(qiáng)度分布；
[0028] 圖5是表不變形例2的第一碳化工序中的加熱狀態(tài)的概念圖，（a)表不第一碳化 爐，（b)表示對(duì)通過(guò)第一碳化爐內(nèi)的耐火纖維照射的微波的強(qiáng)度分布，（c)表示第一碳化爐 內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度調(diào)整機(jī)構(gòu)的概略。
【具體實(shí)施方式】
[0029] << 概要 >>
[0030] 就本發(fā)明一方式涉及的碳化工序而言，在將移動(dòng)中的前體纖維碳化的碳化方法 中，加熱纖維的碳化爐在移動(dòng)方向上存在多個(gè)，在多個(gè)的碳化爐之中的至少一個(gè)的碳化爐 中，利用等離子加熱通過(guò)爐內(nèi)的纖維。
[0031] 這里所謂的"多個(gè)的碳化爐"是指與其它碳化爐獨(dú)立的形態(tài)的爐。"獨(dú)立的形態(tài)" 是指在纖維的移動(dòng)方向上鄰接的碳化爐間對(duì)纖維進(jìn)行張力調(diào)整那樣的形態(tài)。因此，即使是 一個(gè)的碳化爐，如果是沿著纖維的移動(dòng)方向?qū)?nèi)部分成多個(gè)的區(qū)域，在鄰接的區(qū)域間對(duì)纖 維進(jìn)行張力調(diào)整那樣的形態(tài)，則內(nèi)部的區(qū)域也相當(dāng)于碳化爐。
[0032] "前體纖維"包含耐火化的纖維、不耐火化的纖維。此外，考慮生產(chǎn)性時(shí)，優(yōu)選為耐 火化的一方。
[0033] "纖維"包含前體纖維及在1個(gè)或多個(gè)的碳化爐內(nèi)通過(guò)的纖維。即，在將前體纖維 碳化的碳化工序中，前體纖維（包含通過(guò)碳化爐后的纖維）應(yīng)通過(guò)的碳化爐有多個(gè)，從前體 纖維的移動(dòng)方向的上游側(cè)進(jìn)入第一個(gè)的碳化爐內(nèi)的纖維為前體纖維。從上游側(cè)進(jìn)入第二個(gè) 的碳化爐內(nèi)的纖維為通過(guò)第一個(gè)的碳化爐內(nèi)的纖維，從上游側(cè)進(jìn)入第三個(gè)的碳化爐內(nèi)的纖 維為通過(guò)第二個(gè)的碳化爐內(nèi)的纖維。
[0034] 另外，在上述至少一個(gè)的碳化爐中產(chǎn)生等離子，將纖維在產(chǎn)生的等離子中通過(guò)，由 此進(jìn)行加熱?；蛟谏鲜鲋辽僖粋€(gè)的碳化爐中產(chǎn)生等離子，對(duì)纖維照射產(chǎn)生的等離子，由此進(jìn) 行加熱。由此，能夠有效地加熱纖維。
[0035] 還有，上述至少一個(gè)的碳化爐是從纖維的移動(dòng)方向的上游側(cè)起第二個(gè)以后存在的 碳化爐。由此，即使進(jìn)行通過(guò)第二個(gè)以后存在的碳化爐內(nèi)的纖維的碳化而提高導(dǎo)電性，也可 以利用纖維抑制放電。此外，當(dāng)產(chǎn)生放電時(shí)，纖維易于切斷。
[0036] 另外，從纖維的移動(dòng)方向的上游側(cè)起第一個(gè)存在的碳化爐利用微波及等離子的至 少一方加熱纖維。由此，能夠有效地加熱通過(guò)第一個(gè)存在的碳化爐內(nèi)的纖維。
[0037] 還有，在上述第一個(gè)存在的碳化爐中，有：纖維以接收轉(zhuǎn)換成一定或增加的熱的能 量的方式進(jìn)行加熱的第一階段；以及在上述第一階段后，纖維以接收轉(zhuǎn)換成比轉(zhuǎn)換成上述 第一階段結(jié)束時(shí)接收的熱的能量更弱的熱的能量的方式進(jìn)行加熱的第二階段，上述第一階 段在通過(guò)加熱從纖維產(chǎn)生的氣體量成為峰之前結(jié)束。由此，對(duì)通過(guò)第一個(gè)存在的碳化爐內(nèi) 的纖維，供給變換成纖維進(jìn)行熱分解反應(yīng)所需要的熱的能量。
[0038] 另外，在上述第二階段，以上述纖維的反應(yīng)緩慢地進(jìn)行的方式，逐漸減弱轉(zhuǎn)換成上 述纖維接收的熱的能量進(jìn)行加熱。這里所謂的"逐漸減弱"包含：直線性地減弱的情況、曲 線性地減弱的情況、臺(tái)階狀地減弱的情況。減弱的程度只要是纖維由于本身的蓄熱而切斷 時(shí)的較弱方以上即可。換而言之，只要以不成為產(chǎn)生切斷的蓄熱量的方式減弱即可。由此， 通過(guò)第一個(gè)存在的碳化爐內(nèi)的纖維通過(guò)在纖維本身蓄熱的熱能夠防止切斷。
[0039] 還有，結(jié)束上述第一階段的纖維的密度為1. 60g/cm3以下。由此，能夠穩(wěn)定地進(jìn)行 碳化。
[0040] 另外，通過(guò)了上述第一個(gè)的碳化爐的纖維的密度為1. 50g/cm3以上。由此，能夠在 第二個(gè)以后的碳化爐中進(jìn)一步進(jìn)行碳化。
[0041] 上述碳化方法著眼于碳化爐，但當(dāng)著眼于爐內(nèi)的纖維碳化時(shí)，碳化方法如以下。
[0042] 碳化方法具有多個(gè)加熱通過(guò)碳化爐內(nèi)的纖維的碳化工序，在至少一個(gè)的碳化工序 中利用等離子加熱纖維。
[0043] 在至少一個(gè)的碳化工序中產(chǎn)生等離子，使纖維通過(guò)產(chǎn)生的等離子中，由此進(jìn)行加 熱?；蛟谥辽僖粋€(gè)的碳化工序中產(chǎn)生等離子，對(duì)纖維照射產(chǎn)生的等離子，由此進(jìn)行加熱。
[0044] 至少一個(gè)的碳化工序是從纖維的移動(dòng)方向的上游側(cè)起第二個(gè)以后進(jìn)行的碳化工 序。此時(shí)，在至少一個(gè)的碳化工序的上游側(cè)進(jìn)行的碳化工序利用微波及等離子的至少一方 加熱纖維。
[0045] 從纖維的移動(dòng)方向的上游側(cè)起第一個(gè)進(jìn)行的碳化工序（最初進(jìn)行的碳化工序） 有：通過(guò)碳化爐內(nèi)的纖維以接收轉(zhuǎn)換成一定或增加的熱的能量的方式進(jìn)行加熱的第一階 段；以及在上述第一階段后，纖維以接收變換成比轉(zhuǎn)換成上述第一階段結(jié)束時(shí)接收的熱的 能量更弱的熱的能量的方式進(jìn)行加熱的第二階段，上述第一階段在通過(guò)加熱從纖維產(chǎn)生的 氣體量成為峰之前結(jié)束。
[0046] 在上述第二階段，以上述纖維的反應(yīng)緩慢地進(jìn)行的方式，逐漸減弱轉(zhuǎn)換成上述纖 維接收的熱的能量進(jìn)行加熱。這里所謂的"逐漸減弱"如上述。
[0047] 另外，結(jié)束上述第一階段的纖維的密度為1. 60g/cm3以下。通過(guò)上述第一個(gè)碳化 工序的纖維的密度為1. 50g/cm3以上。
[0048] 本發(fā)明一方式涉及的碳纖維的制造方法，其包含將移動(dòng)中的前體纖維碳化的碳化 工序，其中，上述碳化工序根據(jù)上述記載的碳化方法進(jìn)行。因此，能夠有效地制造碳纖維。
[0049] <<實(shí)施方式>>
[0050] 以下，以前體纖維為丙烯腈系纖維的情況為例，對(duì)碳化方法及利用了該碳化方法 的碳纖維的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。
[0051] 就本發(fā)明一方式涉及的碳化方法及碳纖維的制造方法而言，在將前體纖維碳化 時(shí)，只要使用多個(gè)