炭素繊維束の製造装置
【課題】多フィラメントポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化処理するのに際し、折り返しロールに溝付きロールを用いて略矩形である前駆体繊維束の形状を制御するとともに走行位置を規制し、反応の蓄熱による糸切れや毛羽立ちを抑制した炭素繊維束の製造方法を提供する。
【解決手段】総繊度が１４０００〜４００００ｄｔｅｘのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束１１を耐炎化処理するにあたり、耐炎化炉１２の両端の折り返しロール１３に、下記式を満足する溝付きロール１５を配置し、通過後の繊維束の幅１ｍｍ当たりのみかけの平均繊度を２５００〜５０００ｄｔｅｘに保つ。０．４５＜ｂ／ａ＜０．８１、０．３５×ａ＜ｈ＜０．７１×ａ、０．４×（ａ−ｂ）＜Ｒ＜０．９×（ａ−ｂ）（式中、ａは溝頂部の幅（ｍｍ）、ｂは溝底部の幅（ｍｍ）、ｈは溝の深さ（ｍｍ）、Ｒは溝底部角部の丸みの半径（ｍｍ）である。）
【解決手段】総繊度が１４０００〜４００００ｄｔｅｘのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束１１を耐炎化処理するにあたり、耐炎化炉１２の両端の折り返しロール１３に、下記式を満足する溝付きロール１５を配置し、通過後の繊維束の幅１ｍｍ当たりのみかけの平均繊度を２５００〜５０００ｄｔｅｘに保つ。０．４５＜ｂ／ａ＜０．８１、０．３５×ａ＜ｈ＜０．７１×ａ、０．４×（ａ−ｂ）＜Ｒ＜０．９×（ａ−ｂ）（式中、ａは溝頂部の幅（ｍｍ）、ｂは溝底部の幅（ｍｍ）、ｈは溝の深さ（ｍｍ）、Ｒは溝底部角部の丸みの半径（ｍｍ）である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維束の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクリル系前駆体繊維束（以下、「前駆体繊維束」という。）を耐炎化する方法としては、図１に示すように、炭素繊維束の製造装置１０に具備された耐炎化炉１２の外側に折り返しロール１３を配置し、前駆体繊維束１１をジグザグ状に折り返して耐炎化炉１２内を走行させ、耐炎化処理する方法が一般的である。耐炎化処理された前駆体繊維束は、炭素化手段１４により炭素化処理されて炭素繊維束となる。このような方法においては、折り返しロールとしてロール表面に溝が設けられた溝付きロールを多数使用し、前駆体繊維束を溝付きロールの溝内に案内することによって、前駆体繊維束を分離、独立させて、耐炎化処理される前駆体繊維束同士の絡み、折り返しロール乗り越え、処理斑等を防止する場合が多い。
【０００３】
しかし、溝付きロールを使用しても、耐炎化処理される前駆体繊維束１本当たりのフィラメント数が多くなると、その断面形状が円形の場合、糸の最大厚みが大きくなり、蓄熱による糸切れが発生しやすくなるという問題があった。糸切れの発生を抑制するには耐炎化処理の温度を下げればよいが、処理時間が長くかかりやすかった。また、耐炎化反応に必要な酸素が前駆体繊維束の内部にまで十分に拡散されにくくなり、内部と表面とで耐炎化の進行度が異なり、耐炎化処理の後に行われる炭素化処理において毛羽立ちや糸傷み等が発生することがあった。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１には、耐炎化炉の両側に配置された溝付きロールの溝形状を規定することによって、略矩形断面を有するポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の平均扁平率と平均繊度を制御する方法、および装置が記載されている。これにより、均一な耐炎化進行度の耐炎化繊維束が得られ、後の炭素化処理での毛羽立ちや糸傷み等の発生を抑制し、高品質、高品位の炭素繊維束を得られるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、特に糸幅／糸厚み比で規定される平均扁平率が大きく、単位幅当たりの見かけの平均繊度が小さい前駆体繊維束の場合、溝付きロールを通過時に略矩形に保たれた前駆体繊維束の端が折れたり、厚み斑となったりすることがあった。その結果、耐炎化炉内を走行することで耐炎化斑や蓄熱による糸切れを引き起こすことがあった。また、溝付きロールの溝内において、溝を形成する凸部のうち、片方の凸部の傾斜部に前駆体繊維束の走行位置がずれた場合、溝底部の端部を境に前駆体繊維束が折れやすくなり、走行する前駆体繊維束の形態が不安定になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化処理するに際し、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の折れや厚み斑を防止し、耐炎化炉内を走行するポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の形態を安定に維持できる炭素繊維束の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の炭素繊維束の製造装置は、総繊度が１４０００〜４００００ｄｔｅｘのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を２００〜３００℃の温度で耐炎化処理する耐炎化炉と、該耐炎化炉の外側で前記ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を複数回折り返して、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化炉内に複数回走行させる折り返しロールと、耐炎化処理されたポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を６００℃を超える温度で炭素化処理する炭素化手段とを具備する炭素繊維束の製造装置において、前記耐炎化処理におけるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりのみかけの平均繊度を２５００〜５０００ｄｔｅｘに保ち、前記みかけの平均繊度を、耐炎化炉の両側に配置された、下記（１）、（２）、（３）式を満足する形状の溝付きロールによって制御することを特徴とする。
０．４５＜ｂ／ａ＜０．８１ ・・・（１）
０．３５×ａ＜ｈ＜０．７１×ａ ・・・（２）
０．４×（ａ−ｂ）＜Ｒ＜０．９×（ａ−ｂ） ・・・（３）
（式（１）〜（３）中、ａは溝開口部の平均幅（ｍｍ）であり、ｂは溝底部の平均幅（ｍｍ）であり、ｈは溝の平均深さ（ｍｍ）であり、Ｒは溝底部の曲率半径（ｍｍ）である。）
【発明の効果】
【０００９】
本発明の炭素繊維束の製造装置によれば、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化処理するに際し、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の折れや厚み斑を防止し、耐炎化炉内を走行するポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の形態を安定に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の炭素繊維束の製造装置を示す概略構成図である。
【図２】溝付きロールの溝部分を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態の一例について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の炭素繊維束の製造装置を示す概略構成図である。この例の炭素繊維束の製造装置１０は、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束（以下、「前駆体繊維束」という。）１１を耐炎化処理する耐炎化炉１２と、耐炎化炉１２の外側で前駆体繊維束１１を合計６回折り返して、前駆体繊維束を耐炎化炉１２内に走行させる折り返しロール１３と、耐炎化処理された前駆体繊維束１１を炭素化処理する炭素化手段１４とを具備する。
【００１２】
本発明に用いられる前駆体繊維束１１としては、アクリロニトリル系重合体からなる繊維を束ねたものが挙げられる。アクリロニトリル系重合体としては、アクリロニトリルのホモポリマーおよび／またはアクリロニトリルと共重合可能なモノマーとの共重合体を用いることができる。また、本発明に用いられる前駆体繊維束１１は、総繊度が１４０００〜４００００ｄｔｅｘである。前駆体繊維束の総繊度が１４０００ｄｔｅｘ以上であれば、断面形状を円形から略矩形にすることで前駆体繊維束の厚みの抑制量が大きくなり、蓄熱による糸切れ防止などにつながる。一方、総繊度が４００００ｄｔｅｘ以下であれば、幅１ｍｍ当たりの見かけの平均繊度の範囲から、前駆体繊維束の幅が広くなりすぎず、形態を安定に維持することが容易となる。
本発明は、特に総繊度が２００００〜３００００ｄｔｅｘの前駆体繊維束を耐炎化処理するのに好適である。
【００１３】
耐炎化炉１２内を走行する前駆体繊維束１１の断面形状は略矩形に保たれ、その平均扁平率が１０〜５０の範囲に制御されるのが好ましい。平均扁平率が１０未満であると、前駆体繊維束１１の厚みが増大し、耐炎化処理での反応による蓄熱で糸切れ等が起こりやすくなる。また、平均扁平率が５０を超えると前駆体繊維束１１の幅が増大するため、耐炎化炉１２幅に対して処理可能な前駆体繊維束１１の本数が減少し、設備生産性が低下する。従って、前駆体繊維束１１は平均扁平率が１０〜５０の範囲に制御されるのが好ましく、より好ましくは１５〜３５の範囲である。ここで、「略矩形」とは、略平行な２組の直線で囲まれた形状を指し、角が曲線であっても構わない。
【００１４】
略矩形の前駆体繊維束の平均扁平率は以下のようにして定義した。一般に知られるレーザー変位計をアクチュエータにより２０ｍｍ／ｓの速度にてトウ幅方向に渡ってスライドさせながら、サンプリング周期１０ミリ秒毎にて測定し、同様の測定を１サンプルにつき５回行い、それを平均して繊維束厚みＡとする。また、走行する前駆体繊維束の駆動を止めて、ノギスを用いて前駆体繊維束の幅を長手方向に５ｃｍの間隔で５点測定し、それを平均して繊維束幅Ｂとする。繊維束幅Ｂを繊維束厚みＡで除した値（Ｂ／Ａ）を平均扁平率とする。
【００１５】
耐炎化炉１２は、前駆体繊維束１１を２００〜３００℃の温度で耐炎化処理する手段である。耐炎化炉１２の対面する側壁には、前駆体繊維束１１が送入または送出するスリット状の送入口または送出口（図示略）が設けられている。このような耐炎化炉１２としては、炭素繊維束を製造する際に用いられる公知の耐炎化炉を使用できる。
【００１６】
折り返しロール１３は、耐炎化炉１２の外側に回転可能に設けられている。折り返しロール１３は、耐炎化炉１２から送出された前駆体繊維束１１を掛け回して折り返すことにより、前駆体繊維束１１の走行方向を逆方向に転換させ、再び耐炎化炉１２内に走行させる。折り返しロール１３としては、以下のような形状の溝付きロール１５が適している。また、折り返しロール１３の材質としては特に限定されず、例えば炭素鋼、ステンレス鋼、セラミックス、アルミニウム、チタンなどが挙げられる。
【００１７】
ここで、溝付きロール１５について、図２を用いて具体的に説明する。図２は溝付きロール１５の溝部分を拡大した断面図である。溝付きロール１５の表面には、前駆体繊維束の進行方向に沿って延びる複数の溝１５１が設けられている。図２に示すように、繊維束規制部材１５の表面には、複数の凸部１５２が離間して設けられ、溝１５１が形成されている。凸部１５２は、溝１５１に面する壁面１５３ａ、１５３ｂと、先端部１５４を有する。また、溝１５１の溝底部１５５は、その端部１５６ａ、１５６ｂが曲率半径Ｒ’の曲面状である。
【００１８】
上記溝付きロールに設けられた溝１５１は、下記式（１）〜（３）満たす。
０．４５＜ｂ／ａ＜０．８１ ・・・（１）
０．３５×ａ＜ｈ＜０．７１×ａ ・・・（２）
０．４×（ａ−ｂ）＜Ｒ＜０．９×（ａ−ｂ） ・・・（３）
【００１９】
式（１）〜（３）中、ａは溝開口部１５８の平均幅（ｍｍ）であり、ｂは溝底部１５５の平均幅（ｍｍ）であり、ｈは溝１５１の平均深さ（ｍｍ）であり、Ｒは溝底部１５５の曲率半径（ｍｍ）である。ここで、溝開口部１５８の幅とは、図２に示すように、隣接する凸部１５２の先端部１５４間の幅（凸部の先端部から、隣接する凸部の先端部までの距離ａ’）のことである。溝開口部１５８の平均幅は、距離ａ’を１０点測定し、これらの値を平均したものである。溝底部１５５の幅とは、図２に示すように、溝底部１５５の端部１５６ａの形状を形成する曲率半径Ｒ’の円と、溝１５１に面する壁面１５３ａとの接点１５７ａから、端部１５６ｂの形状を形成する曲率半径Ｒ’の円と、溝１５１に面する壁面１５３ｂとの接点１５７ｂまでの距離ｂ’のことである。溝底部１５５の平均幅は、距離ｂ’を１０点測定し、これらの値を平均したものである。溝１５１の深さとは、図２に示すように、凸部１５２の先端部１５４から溝底部１５５までの距離ｈ’のことである。溝１５１の平均深さは、距離ｈ’を１０点測定し、これらの値を平均したものである。溝底部１５５の平均曲率半径は、曲率半径Ｒ’を１０点測定し、これらの値を平均したものである。
【００２０】
本発明者らは鋭意検討した結果、前駆体繊維束の断面形状を略矩形に保つには、溝底部１５５の曲率半径Ｒ’を規定し、溝底部１５５に幅をもたせることが重要であることを見出した。すなわち、溝開口部１５８の平均幅（ａ）と、溝底部１５５の平均幅（ｂ）の比（ｂ／ａ）が０．４５未満であると、溝１５１の形状がＶ字状に近づき、前駆体繊維束の断面形状を略矩形に保持しにくくなる。一方、ｂ／ａが０．８１を越えると、凸部１５２の壁面１５３ａ、１５３ｂの傾きが溝底部１５５に対して大きくなり、走行中の前駆体繊維束の端が折れやすくなり、前駆体繊維束の形態維持性が低下する。ｂ／ａは０．５５〜０．６５が好ましい。
【００２１】
溝１５１の平均深さ（ｈ）が溝開口部１５８の平均幅（ａ）の０．３５倍未満であると、走行中の前駆体繊維束の一部が溝１５１を乗り越える場合があり、隣接する前駆体繊維束同士が絡んで毛羽立ちを生じることがある。一方、ｈが溝開口部１５８の平均幅（ａ）の０．７１倍を超えると、溝１５１の断面積に対する前駆体繊維束の断面積が小さくなり、加工コストが増大して経済的ではない。ｈは０．４５×ａ〜０．５５×ａが好ましい。
【００２２】
溝底部１５５の平均曲率半径（Ｒ）が０．４×（ａ−ｂ）未満であると、前駆体繊維束の端が折れやすくなったり、溝底部１５５の端部１５６ａ、１５６ｂにおいて前駆体繊維束に厚み斑が生じたりしやすくなる。一方、Ｒが０．９×（ａ−ｂ）を超えると、溝底部１５５の幅に対して、端部１５６ａ、１５６ｂの形状を形成する円の半径が大きくなりすぎ、前駆体繊維束が溝１５１を乗り越える場合があり、隣接する前駆体繊維束同士が絡んで毛羽立ちを生じることがある。また、Ｒが大きくなると、凸部１５２の壁面１５３ａ、１５３ｂと、溝底部１５５とが滑らかにつながりにくくなり、前駆体繊維束の端が折れる原因となる可能性がある。Ｒは０．４５×（ａ−ｂ）〜０．６５×（ａ−ｂ）が好ましい。
【００２３】
なお、溝底部１５５は図２に示すような平底に限定されず、円弧状であてもよい。円弧状であれば、前駆体繊維束の幅方向の走行の振れを抑制しやすくなり、走行位置制御性の向上が図れる。
【００２４】
また、折返しロール１３を必ずしも全て溝付きロール１５にする必要は無く、必要箇所に用いればよい。
【００２５】
炭素化手段１４は、耐炎化処理された前駆体繊維束１１を、６００℃を超える温度で炭素化処理する手段である。炭素化手段１４としては、炭素繊維束を製造する際に用いられる公知の炭素化炉を使用できる。
【００２６】
図１に示す炭素繊維の製造装置１を用いた炭素繊維の製造方法では、前駆体繊維束１１を耐炎化炉１２にて２００〜３００℃の温度で耐炎化処理し、次いで炭素化手段１４にて６００℃を超える温度で炭素化処理することで、炭素繊維束を製造できる。
【００２７】
具体的には、前駆体繊維束１１は、耐炎化炉１２の側壁内に設けられたスリット状の送入口（図示略）から送入され、耐炎化炉１２を直線的に走行した後、対面の側壁に設けられたスリット状の送出口（図示略）から耐炎化炉１２の外側に一旦送出される。次いで、折返しロールが溝付きロール１５の場合は、溝付きロール１５を通過する際に束毎に溝付きロール１５の溝１５１に押し込まれて、前駆体繊維束の幅が任意の幅になるように規制されながら折り返され走行方向を転換し、再び耐炎化炉１２内に送入される。このように、前駆体繊維束１１は、溝付きロール１５を通過することによって走行位置や断面形状を規制されつつ折り返され、走行方向を複数回折り返すことで、耐炎化炉１２内への送入送出を複数回繰り返しながら、耐炎化炉１２内を全体として図１の上から下に向けて移動し、耐炎化処理される。耐炎化処理された前駆体繊維束（耐炎化繊維束）は、炭素化手段１４によって炭素化処理され、炭素繊維束が得られる。なお、炭素繊維束を製造する際は、前駆体繊維束を複数本平行に並べ、同時に耐炎化炉および炭素化手段内を走行させて、耐炎化処理および炭素化処理してもよい。
【００２８】
溝付きロール１５を通過した前駆体繊維束は、該前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりの見かけの平均繊度が２５００〜５０００ｄｔｅｘに保たれる。見かけの平均繊度が２５００ｄｔｅｘ未満であると、処理可能な前駆体繊維束の本数が少なくなり、設備生産性が低下する。一方、見かけの平均繊度が５，０００ｄｔｅｘを超えると、厚みが増大して耐炎化反応による蓄熱で毛羽立ちや糸切れが発生しやすくなる。前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりの見かけの平均繊度は、２９００〜４２００ｄｔｅｘに保たれるのが好ましい。
【００２９】
本発明によれば、前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりの見かけの平均繊度を上記範囲内に保つことができるので、耐炎化処理温度を下げることなく、耐炎化反応の蓄熱による毛羽立ちや糸切れの発生を抑制でき、生産性を良好に維持できる。さらに、耐炎化反応に必要な酸素が前駆体繊維束の内部にまで十分に拡散されるので、内部と表面とで均一に耐炎化が進行しやすくなる。よって、炭素化処理において毛羽立ちや糸傷み等の発生を抑制できる。
【００３０】
また、耐炎化炉１２内を走行する前駆体繊維束は、耐炎化炉前後に設置される駆動ローラーやニップローラーなどの駆動装置（図示せず）によって５．２×１０−２〜２．１×１０−１ｇ／ｄｔｅｘの張力を付与されるのが好ましい。張力が５．２×１０−２ｇ／ｄｔｅｘ未満であると、前駆体繊維束が懸垂し耐炎化炉の底にこすれて毛羽が発生し、後の炭素化処理で得られる炭素繊維束の品位、および引張り強度低下を招くおそれがある。一方、張力が２．１×１０−１ｇ／ｄｔｅｘを超えると、耐炎化処理での単糸切れによる毛羽立ちが増長し、ロール上で巻付きを発生するおそれがある。耐炎化炉内にて安定して耐炎化処理するには、前駆体繊維束にかかる張力を１×１０−１〜１．７×１０−１ｇ／ｄｔｅｘとするのがより好ましい。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、前駆体繊維束を耐炎化処理するに際し、溝の形状を規定した溝付きロールを用いることで、前駆体繊維束の走行位置を規制するとともに、前駆体繊維束の断面形状を略矩形に維持しつつ、平均繊度を所望の値に保つことができる。従って、耐炎化処理するに際し、特に溝付きロール通過時の前駆体繊維束の折れや厚み斑を防止でき、かつ耐炎化炉内を走行する前駆体繊維束の形態を安定に維持できる。従って、本発明によれば、耐炎化処理中の糸切れや毛羽立ちを抑制でき、安定して高品位の炭素繊維束を製造できる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。各種測定方法は、以下の通りである。
【００３３】
（平均扁平率）
レーザー変位計（（株）キーエンス製、製品名：ＬＫ−Ｇ１０）をアクチュエータ（ＴＨＫ（株）製、製品名：ＫＴ４５）により２０ｍｍ／ｓの速度にてトウ幅方向に渡ってスライドさせながら、サンプリング周期１０ミリ秒毎にて測定し、同様の測定を１サンプルにつき５回行い、それを平均して繊維束厚みＡとした。また、走行する前駆体繊維束の駆動を止めて、ノギスを用いて前駆体繊維束の幅を長手方向に５ｃｍの間隔で５点測定し、それを平均して繊維束幅Ｂとした。繊維束幅Ｂを繊維束厚みＡで除した値（Ｂ／Ａ）を平均扁平率とした。
【００３４】
（平均繊度）
前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度は、前駆体繊維束の総繊度を前記ノギスを用いて測定した繊維束幅Ｂで除することにより求めた。
【００３５】
（張力）
前駆体繊維束にかかる張力は、走行する前駆体繊維束をテンションメータ（ＳＨＩＭＰＯ社製、製品名：ＤＴＭＢ）により測定した。
【００３６】
（実施例１）
炭素繊維束の製造装置として、図１に示す装置を用いた。折り返しロール１３には繊維束規制部材１５としてａ＝１０ｍｍ、ｂ＝６．５ｍｍ、ｈ＝５ｍｍ、Ｒ＝２．５ｍｍ（すなわち、ｂ／ａ＝０．６５、ｈ＝０．５０×ａ、Ｒ＝０．７１×（ａ−ｂ））の溝が表面に設けられた溝付きロールＡを配置した。そして、総繊度が２８８００ｄｔｅｘのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を用い、炭素繊維束を製造した。前駆体繊維束が溝付きロールＡを通過したときの形態を観察し、平均扁平率、前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度、前駆体繊維束にかかる張力を求めた。結果を表１に示す。
【００３７】
（実施例２）
繊維束規制部材として、ａ＝８ｍｍ、ｂ＝４．８ｍｍ、ｈ＝４ｍｍ、Ｒ＝１．５ｍｍ（すなわち、ｂ／ａ＝０．６０、ｈ＝０．５０×ａ、Ｒ＝０．４７×（ａ−ｂ））の溝が表面に設けられた溝付きロールＢを用いた以外は、実施例１と同様にして炭素繊維束を製造した。前駆体繊維束が溝付きロールＢを通過したときの形態を観察し、平均扁平率、前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度、前駆体繊維束にかかる張力を求めた。結果を表１に示す。
【００３８】
（比較例１）
繊維束規制部材としてａ＝１０ｍｍ、ｂ＝６．８ｍｍ、ｈ＝５ｍｍ、Ｒ＝３ｍｍ（すなわち、ｂ／ａ＝０．６８、ｈ＝０．５０×ａ、Ｒ＝０．９４×（ａ−ｂ））の溝が表面に設けられた溝付きロールＣを用い、実施例１と同様にして炭素繊維束を製造した。前駆体繊維束が溝付きロールＣを通過したときの形態を観察し、溝付きロールＣを通過した後の平均扁平率、前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度、前駆体繊維束にかかる張力を求めた。結果を表１に示す。
【００３９】
（比較例２）
繊維束規制部材としてａ＝８ｍｍ、ｂ＝４．５ｍｍ、ｈ＝４ｍｍ、Ｒ＝１ｍｍ（すなわち、ｂ／ａ＝０．５６、ｈ＝０．５０×ａ、Ｒ＝０．２９×（ａ−ｂ））の溝が表面に設けられた溝付きロールＤを用い、実施例１と同様にして炭素繊維束を製造した。前駆体繊維束が溝付きロールＤを通過したときの形態を観察し、溝付きロールＤを通過した後の平均扁平率、前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度、前駆体繊維束にかかる張力を求めた。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
溝付きロールＡ、またはＢの通過後の前駆体繊維束の形態を観察したところ、前駆体繊維束の形態は制御されていた。また、前駆体繊維束の幅方向に溝付きロールＡ、またはＢの設置位置をずらし、繊維束規制部材の凸部の壁面に片あたりさせて走行させたが、前駆体繊維束の形態は制御可能であった。一方、比較例１の場合、溝付きロールＣの通過後の前駆体繊維束の形態を観察したところ、前駆体繊維束の形態は制御されていたが、前駆体繊維束の幅方向に溝付きロールＣの設置位置をずらし、繊維束規制部材の凸部の壁面に片あたりさせて走行させた場合、前駆体繊維束の端が厚くなり厚み斑が生じた。比較例２の場合、溝付きロールＤの通過後の前駆体繊維束の形態を観察したところ、前駆体繊維束の形態は制御されていたが、前駆体繊維束の幅方向に溝付きロールＤの設置位置をずらし、繊維束規制部材の凸部の壁面に片あたりさせて走行させた場合、前駆体繊維束の端が折れた状態で折り返しロールを通過する結果となった。以上の結果より、上記式（１）、（２）を満足する溝であっても、繊維束規制部材の凸部の壁面と溝底部を滑らかに接続する曲率半径Ｒでなければ、特に前駆体繊維束が片あたりして走行した場合に前駆体繊維束の端が折れたり、厚み斑が生じたりするなどのトラブルが発生することになる。従って、上記式（３）を満足する範囲内に平均曲率半径Ｒを設定する必要がある。
【符号の説明】
【００４２】
１０：炭素繊維束の製造装置
１１：前駆体繊維束
１２：耐炎化炉
１３：折り返しロール
１４：炭素化手段
１５：溝付きロール
１５１：溝
１５５：溝底部
１５８：溝開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維束の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アクリル系前駆体繊維束（以下、「前駆体繊維束」という。）を耐炎化する方法としては、図１に示すように、炭素繊維束の製造装置１０に具備された耐炎化炉１２の外側に折り返しロール１３を配置し、前駆体繊維束１１をジグザグ状に折り返して耐炎化炉１２内を走行させ、耐炎化処理する方法が一般的である。耐炎化処理された前駆体繊維束は、炭素化手段１４により炭素化処理されて炭素繊維束となる。このような方法においては、折り返しロールとしてロール表面に溝が設けられた溝付きロールを多数使用し、前駆体繊維束を溝付きロールの溝内に案内することによって、前駆体繊維束を分離、独立させて、耐炎化処理される前駆体繊維束同士の絡み、折り返しロール乗り越え、処理斑等を防止する場合が多い。
【０００３】
しかし、溝付きロールを使用しても、耐炎化処理される前駆体繊維束１本当たりのフィラメント数が多くなると、その断面形状が円形の場合、糸の最大厚みが大きくなり、蓄熱による糸切れが発生しやすくなるという問題があった。糸切れの発生を抑制するには耐炎化処理の温度を下げればよいが、処理時間が長くかかりやすかった。また、耐炎化反応に必要な酸素が前駆体繊維束の内部にまで十分に拡散されにくくなり、内部と表面とで耐炎化の進行度が異なり、耐炎化処理の後に行われる炭素化処理において毛羽立ちや糸傷み等が発生することがあった。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１には、耐炎化炉の両側に配置された溝付きロールの溝形状を規定することによって、略矩形断面を有するポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の平均扁平率と平均繊度を制御する方法、および装置が記載されている。これにより、均一な耐炎化進行度の耐炎化繊維束が得られ、後の炭素化処理での毛羽立ちや糸傷み等の発生を抑制し、高品質、高品位の炭素繊維束を得られるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６６０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、特に糸幅／糸厚み比で規定される平均扁平率が大きく、単位幅当たりの見かけの平均繊度が小さい前駆体繊維束の場合、溝付きロールを通過時に略矩形に保たれた前駆体繊維束の端が折れたり、厚み斑となったりすることがあった。その結果、耐炎化炉内を走行することで耐炎化斑や蓄熱による糸切れを引き起こすことがあった。また、溝付きロールの溝内において、溝を形成する凸部のうち、片方の凸部の傾斜部に前駆体繊維束の走行位置がずれた場合、溝底部の端部を境に前駆体繊維束が折れやすくなり、走行する前駆体繊維束の形態が不安定になるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化処理するに際し、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の折れや厚み斑を防止し、耐炎化炉内を走行するポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の形態を安定に維持できる炭素繊維束の製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の炭素繊維束の製造装置は、総繊度が１４０００〜４００００ｄｔｅｘのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を２００〜３００℃の温度で耐炎化処理する耐炎化炉と、該耐炎化炉の外側で前記ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を複数回折り返して、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化炉内に複数回走行させる折り返しロールと、耐炎化処理されたポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を６００℃を超える温度で炭素化処理する炭素化手段とを具備する炭素繊維束の製造装置において、前記耐炎化処理におけるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりのみかけの平均繊度を２５００〜５０００ｄｔｅｘに保ち、前記みかけの平均繊度を、耐炎化炉の両側に配置された、下記（１）、（２）、（３）式を満足する形状の溝付きロールによって制御することを特徴とする。
０．４５＜ｂ／ａ＜０．８１ ・・・（１）
０．３５×ａ＜ｈ＜０．７１×ａ ・・・（２）
０．４×（ａ−ｂ）＜Ｒ＜０．９×（ａ−ｂ） ・・・（３）
（式（１）〜（３）中、ａは溝開口部の平均幅（ｍｍ）であり、ｂは溝底部の平均幅（ｍｍ）であり、ｈは溝の平均深さ（ｍｍ）であり、Ｒは溝底部の曲率半径（ｍｍ）である。）
【発明の効果】
【０００９】
本発明の炭素繊維束の製造装置によれば、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化処理するに際し、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の折れや厚み斑を防止し、耐炎化炉内を走行するポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の形態を安定に維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の炭素繊維束の製造装置を示す概略構成図である。
【図２】溝付きロールの溝部分を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態の一例について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の炭素繊維束の製造装置を示す概略構成図である。この例の炭素繊維束の製造装置１０は、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束（以下、「前駆体繊維束」という。）１１を耐炎化処理する耐炎化炉１２と、耐炎化炉１２の外側で前駆体繊維束１１を合計６回折り返して、前駆体繊維束を耐炎化炉１２内に走行させる折り返しロール１３と、耐炎化処理された前駆体繊維束１１を炭素化処理する炭素化手段１４とを具備する。
【００１２】
本発明に用いられる前駆体繊維束１１としては、アクリロニトリル系重合体からなる繊維を束ねたものが挙げられる。アクリロニトリル系重合体としては、アクリロニトリルのホモポリマーおよび／またはアクリロニトリルと共重合可能なモノマーとの共重合体を用いることができる。また、本発明に用いられる前駆体繊維束１１は、総繊度が１４０００〜４００００ｄｔｅｘである。前駆体繊維束の総繊度が１４０００ｄｔｅｘ以上であれば、断面形状を円形から略矩形にすることで前駆体繊維束の厚みの抑制量が大きくなり、蓄熱による糸切れ防止などにつながる。一方、総繊度が４００００ｄｔｅｘ以下であれば、幅１ｍｍ当たりの見かけの平均繊度の範囲から、前駆体繊維束の幅が広くなりすぎず、形態を安定に維持することが容易となる。
本発明は、特に総繊度が２００００〜３００００ｄｔｅｘの前駆体繊維束を耐炎化処理するのに好適である。
【００１３】
耐炎化炉１２内を走行する前駆体繊維束１１の断面形状は略矩形に保たれ、その平均扁平率が１０〜５０の範囲に制御されるのが好ましい。平均扁平率が１０未満であると、前駆体繊維束１１の厚みが増大し、耐炎化処理での反応による蓄熱で糸切れ等が起こりやすくなる。また、平均扁平率が５０を超えると前駆体繊維束１１の幅が増大するため、耐炎化炉１２幅に対して処理可能な前駆体繊維束１１の本数が減少し、設備生産性が低下する。従って、前駆体繊維束１１は平均扁平率が１０〜５０の範囲に制御されるのが好ましく、より好ましくは１５〜３５の範囲である。ここで、「略矩形」とは、略平行な２組の直線で囲まれた形状を指し、角が曲線であっても構わない。
【００１４】
略矩形の前駆体繊維束の平均扁平率は以下のようにして定義した。一般に知られるレーザー変位計をアクチュエータにより２０ｍｍ／ｓの速度にてトウ幅方向に渡ってスライドさせながら、サンプリング周期１０ミリ秒毎にて測定し、同様の測定を１サンプルにつき５回行い、それを平均して繊維束厚みＡとする。また、走行する前駆体繊維束の駆動を止めて、ノギスを用いて前駆体繊維束の幅を長手方向に５ｃｍの間隔で５点測定し、それを平均して繊維束幅Ｂとする。繊維束幅Ｂを繊維束厚みＡで除した値（Ｂ／Ａ）を平均扁平率とする。
【００１５】
耐炎化炉１２は、前駆体繊維束１１を２００〜３００℃の温度で耐炎化処理する手段である。耐炎化炉１２の対面する側壁には、前駆体繊維束１１が送入または送出するスリット状の送入口または送出口（図示略）が設けられている。このような耐炎化炉１２としては、炭素繊維束を製造する際に用いられる公知の耐炎化炉を使用できる。
【００１６】
折り返しロール１３は、耐炎化炉１２の外側に回転可能に設けられている。折り返しロール１３は、耐炎化炉１２から送出された前駆体繊維束１１を掛け回して折り返すことにより、前駆体繊維束１１の走行方向を逆方向に転換させ、再び耐炎化炉１２内に走行させる。折り返しロール１３としては、以下のような形状の溝付きロール１５が適している。また、折り返しロール１３の材質としては特に限定されず、例えば炭素鋼、ステンレス鋼、セラミックス、アルミニウム、チタンなどが挙げられる。
【００１７】
ここで、溝付きロール１５について、図２を用いて具体的に説明する。図２は溝付きロール１５の溝部分を拡大した断面図である。溝付きロール１５の表面には、前駆体繊維束の進行方向に沿って延びる複数の溝１５１が設けられている。図２に示すように、繊維束規制部材１５の表面には、複数の凸部１５２が離間して設けられ、溝１５１が形成されている。凸部１５２は、溝１５１に面する壁面１５３ａ、１５３ｂと、先端部１５４を有する。また、溝１５１の溝底部１５５は、その端部１５６ａ、１５６ｂが曲率半径Ｒ’の曲面状である。
【００１８】
上記溝付きロールに設けられた溝１５１は、下記式（１）〜（３）満たす。
０．４５＜ｂ／ａ＜０．８１ ・・・（１）
０．３５×ａ＜ｈ＜０．７１×ａ ・・・（２）
０．４×（ａ−ｂ）＜Ｒ＜０．９×（ａ−ｂ） ・・・（３）
【００１９】
式（１）〜（３）中、ａは溝開口部１５８の平均幅（ｍｍ）であり、ｂは溝底部１５５の平均幅（ｍｍ）であり、ｈは溝１５１の平均深さ（ｍｍ）であり、Ｒは溝底部１５５の曲率半径（ｍｍ）である。ここで、溝開口部１５８の幅とは、図２に示すように、隣接する凸部１５２の先端部１５４間の幅（凸部の先端部から、隣接する凸部の先端部までの距離ａ’）のことである。溝開口部１５８の平均幅は、距離ａ’を１０点測定し、これらの値を平均したものである。溝底部１５５の幅とは、図２に示すように、溝底部１５５の端部１５６ａの形状を形成する曲率半径Ｒ’の円と、溝１５１に面する壁面１５３ａとの接点１５７ａから、端部１５６ｂの形状を形成する曲率半径Ｒ’の円と、溝１５１に面する壁面１５３ｂとの接点１５７ｂまでの距離ｂ’のことである。溝底部１５５の平均幅は、距離ｂ’を１０点測定し、これらの値を平均したものである。溝１５１の深さとは、図２に示すように、凸部１５２の先端部１５４から溝底部１５５までの距離ｈ’のことである。溝１５１の平均深さは、距離ｈ’を１０点測定し、これらの値を平均したものである。溝底部１５５の平均曲率半径は、曲率半径Ｒ’を１０点測定し、これらの値を平均したものである。
【００２０】
本発明者らは鋭意検討した結果、前駆体繊維束の断面形状を略矩形に保つには、溝底部１５５の曲率半径Ｒ’を規定し、溝底部１５５に幅をもたせることが重要であることを見出した。すなわち、溝開口部１５８の平均幅（ａ）と、溝底部１５５の平均幅（ｂ）の比（ｂ／ａ）が０．４５未満であると、溝１５１の形状がＶ字状に近づき、前駆体繊維束の断面形状を略矩形に保持しにくくなる。一方、ｂ／ａが０．８１を越えると、凸部１５２の壁面１５３ａ、１５３ｂの傾きが溝底部１５５に対して大きくなり、走行中の前駆体繊維束の端が折れやすくなり、前駆体繊維束の形態維持性が低下する。ｂ／ａは０．５５〜０．６５が好ましい。
【００２１】
溝１５１の平均深さ（ｈ）が溝開口部１５８の平均幅（ａ）の０．３５倍未満であると、走行中の前駆体繊維束の一部が溝１５１を乗り越える場合があり、隣接する前駆体繊維束同士が絡んで毛羽立ちを生じることがある。一方、ｈが溝開口部１５８の平均幅（ａ）の０．７１倍を超えると、溝１５１の断面積に対する前駆体繊維束の断面積が小さくなり、加工コストが増大して経済的ではない。ｈは０．４５×ａ〜０．５５×ａが好ましい。
【００２２】
溝底部１５５の平均曲率半径（Ｒ）が０．４×（ａ−ｂ）未満であると、前駆体繊維束の端が折れやすくなったり、溝底部１５５の端部１５６ａ、１５６ｂにおいて前駆体繊維束に厚み斑が生じたりしやすくなる。一方、Ｒが０．９×（ａ−ｂ）を超えると、溝底部１５５の幅に対して、端部１５６ａ、１５６ｂの形状を形成する円の半径が大きくなりすぎ、前駆体繊維束が溝１５１を乗り越える場合があり、隣接する前駆体繊維束同士が絡んで毛羽立ちを生じることがある。また、Ｒが大きくなると、凸部１５２の壁面１５３ａ、１５３ｂと、溝底部１５５とが滑らかにつながりにくくなり、前駆体繊維束の端が折れる原因となる可能性がある。Ｒは０．４５×（ａ−ｂ）〜０．６５×（ａ−ｂ）が好ましい。
【００２３】
なお、溝底部１５５は図２に示すような平底に限定されず、円弧状であてもよい。円弧状であれば、前駆体繊維束の幅方向の走行の振れを抑制しやすくなり、走行位置制御性の向上が図れる。
【００２４】
また、折返しロール１３を必ずしも全て溝付きロール１５にする必要は無く、必要箇所に用いればよい。
【００２５】
炭素化手段１４は、耐炎化処理された前駆体繊維束１１を、６００℃を超える温度で炭素化処理する手段である。炭素化手段１４としては、炭素繊維束を製造する際に用いられる公知の炭素化炉を使用できる。
【００２６】
図１に示す炭素繊維の製造装置１を用いた炭素繊維の製造方法では、前駆体繊維束１１を耐炎化炉１２にて２００〜３００℃の温度で耐炎化処理し、次いで炭素化手段１４にて６００℃を超える温度で炭素化処理することで、炭素繊維束を製造できる。
【００２７】
具体的には、前駆体繊維束１１は、耐炎化炉１２の側壁内に設けられたスリット状の送入口（図示略）から送入され、耐炎化炉１２を直線的に走行した後、対面の側壁に設けられたスリット状の送出口（図示略）から耐炎化炉１２の外側に一旦送出される。次いで、折返しロールが溝付きロール１５の場合は、溝付きロール１５を通過する際に束毎に溝付きロール１５の溝１５１に押し込まれて、前駆体繊維束の幅が任意の幅になるように規制されながら折り返され走行方向を転換し、再び耐炎化炉１２内に送入される。このように、前駆体繊維束１１は、溝付きロール１５を通過することによって走行位置や断面形状を規制されつつ折り返され、走行方向を複数回折り返すことで、耐炎化炉１２内への送入送出を複数回繰り返しながら、耐炎化炉１２内を全体として図１の上から下に向けて移動し、耐炎化処理される。耐炎化処理された前駆体繊維束（耐炎化繊維束）は、炭素化手段１４によって炭素化処理され、炭素繊維束が得られる。なお、炭素繊維束を製造する際は、前駆体繊維束を複数本平行に並べ、同時に耐炎化炉および炭素化手段内を走行させて、耐炎化処理および炭素化処理してもよい。
【００２８】
溝付きロール１５を通過した前駆体繊維束は、該前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりの見かけの平均繊度が２５００〜５０００ｄｔｅｘに保たれる。見かけの平均繊度が２５００ｄｔｅｘ未満であると、処理可能な前駆体繊維束の本数が少なくなり、設備生産性が低下する。一方、見かけの平均繊度が５，０００ｄｔｅｘを超えると、厚みが増大して耐炎化反応による蓄熱で毛羽立ちや糸切れが発生しやすくなる。前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりの見かけの平均繊度は、２９００〜４２００ｄｔｅｘに保たれるのが好ましい。
【００２９】
本発明によれば、前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりの見かけの平均繊度を上記範囲内に保つことができるので、耐炎化処理温度を下げることなく、耐炎化反応の蓄熱による毛羽立ちや糸切れの発生を抑制でき、生産性を良好に維持できる。さらに、耐炎化反応に必要な酸素が前駆体繊維束の内部にまで十分に拡散されるので、内部と表面とで均一に耐炎化が進行しやすくなる。よって、炭素化処理において毛羽立ちや糸傷み等の発生を抑制できる。
【００３０】
また、耐炎化炉１２内を走行する前駆体繊維束は、耐炎化炉前後に設置される駆動ローラーやニップローラーなどの駆動装置（図示せず）によって５．２×１０−２〜２．１×１０−１ｇ／ｄｔｅｘの張力を付与されるのが好ましい。張力が５．２×１０−２ｇ／ｄｔｅｘ未満であると、前駆体繊維束が懸垂し耐炎化炉の底にこすれて毛羽が発生し、後の炭素化処理で得られる炭素繊維束の品位、および引張り強度低下を招くおそれがある。一方、張力が２．１×１０−１ｇ／ｄｔｅｘを超えると、耐炎化処理での単糸切れによる毛羽立ちが増長し、ロール上で巻付きを発生するおそれがある。耐炎化炉内にて安定して耐炎化処理するには、前駆体繊維束にかかる張力を１×１０−１〜１．７×１０−１ｇ／ｄｔｅｘとするのがより好ましい。
【００３１】
以上説明したように、本発明によれば、前駆体繊維束を耐炎化処理するに際し、溝の形状を規定した溝付きロールを用いることで、前駆体繊維束の走行位置を規制するとともに、前駆体繊維束の断面形状を略矩形に維持しつつ、平均繊度を所望の値に保つことができる。従って、耐炎化処理するに際し、特に溝付きロール通過時の前駆体繊維束の折れや厚み斑を防止でき、かつ耐炎化炉内を走行する前駆体繊維束の形態を安定に維持できる。従って、本発明によれば、耐炎化処理中の糸切れや毛羽立ちを抑制でき、安定して高品位の炭素繊維束を製造できる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。各種測定方法は、以下の通りである。
【００３３】
（平均扁平率）
レーザー変位計（（株）キーエンス製、製品名：ＬＫ−Ｇ１０）をアクチュエータ（ＴＨＫ（株）製、製品名：ＫＴ４５）により２０ｍｍ／ｓの速度にてトウ幅方向に渡ってスライドさせながら、サンプリング周期１０ミリ秒毎にて測定し、同様の測定を１サンプルにつき５回行い、それを平均して繊維束厚みＡとした。また、走行する前駆体繊維束の駆動を止めて、ノギスを用いて前駆体繊維束の幅を長手方向に５ｃｍの間隔で５点測定し、それを平均して繊維束幅Ｂとした。繊維束幅Ｂを繊維束厚みＡで除した値（Ｂ／Ａ）を平均扁平率とした。
【００３４】
（平均繊度）
前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度は、前駆体繊維束の総繊度を前記ノギスを用いて測定した繊維束幅Ｂで除することにより求めた。
【００３５】
（張力）
前駆体繊維束にかかる張力は、走行する前駆体繊維束をテンションメータ（ＳＨＩＭＰＯ社製、製品名：ＤＴＭＢ）により測定した。
【００３６】
（実施例１）
炭素繊維束の製造装置として、図１に示す装置を用いた。折り返しロール１３には繊維束規制部材１５としてａ＝１０ｍｍ、ｂ＝６．５ｍｍ、ｈ＝５ｍｍ、Ｒ＝２．５ｍｍ（すなわち、ｂ／ａ＝０．６５、ｈ＝０．５０×ａ、Ｒ＝０．７１×（ａ−ｂ））の溝が表面に設けられた溝付きロールＡを配置した。そして、総繊度が２８８００ｄｔｅｘのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を用い、炭素繊維束を製造した。前駆体繊維束が溝付きロールＡを通過したときの形態を観察し、平均扁平率、前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度、前駆体繊維束にかかる張力を求めた。結果を表１に示す。
【００３７】
（実施例２）
繊維束規制部材として、ａ＝８ｍｍ、ｂ＝４．８ｍｍ、ｈ＝４ｍｍ、Ｒ＝１．５ｍｍ（すなわち、ｂ／ａ＝０．６０、ｈ＝０．５０×ａ、Ｒ＝０．４７×（ａ−ｂ））の溝が表面に設けられた溝付きロールＢを用いた以外は、実施例１と同様にして炭素繊維束を製造した。前駆体繊維束が溝付きロールＢを通過したときの形態を観察し、平均扁平率、前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度、前駆体繊維束にかかる張力を求めた。結果を表１に示す。
【００３８】
（比較例１）
繊維束規制部材としてａ＝１０ｍｍ、ｂ＝６．８ｍｍ、ｈ＝５ｍｍ、Ｒ＝３ｍｍ（すなわち、ｂ／ａ＝０．６８、ｈ＝０．５０×ａ、Ｒ＝０．９４×（ａ−ｂ））の溝が表面に設けられた溝付きロールＣを用い、実施例１と同様にして炭素繊維束を製造した。前駆体繊維束が溝付きロールＣを通過したときの形態を観察し、溝付きロールＣを通過した後の平均扁平率、前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度、前駆体繊維束にかかる張力を求めた。結果を表１に示す。
【００３９】
（比較例２）
繊維束規制部材としてａ＝８ｍｍ、ｂ＝４．５ｍｍ、ｈ＝４ｍｍ、Ｒ＝１ｍｍ（すなわち、ｂ／ａ＝０．５６、ｈ＝０．５０×ａ、Ｒ＝０．２９×（ａ−ｂ））の溝が表面に設けられた溝付きロールＤを用い、実施例１と同様にして炭素繊維束を製造した。前駆体繊維束が溝付きロールＤを通過したときの形態を観察し、溝付きロールＤを通過した後の平均扁平率、前駆体繊維束の幅１ｍｍに対する見かけの平均繊度、前駆体繊維束にかかる張力を求めた。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
溝付きロールＡ、またはＢの通過後の前駆体繊維束の形態を観察したところ、前駆体繊維束の形態は制御されていた。また、前駆体繊維束の幅方向に溝付きロールＡ、またはＢの設置位置をずらし、繊維束規制部材の凸部の壁面に片あたりさせて走行させたが、前駆体繊維束の形態は制御可能であった。一方、比較例１の場合、溝付きロールＣの通過後の前駆体繊維束の形態を観察したところ、前駆体繊維束の形態は制御されていたが、前駆体繊維束の幅方向に溝付きロールＣの設置位置をずらし、繊維束規制部材の凸部の壁面に片あたりさせて走行させた場合、前駆体繊維束の端が厚くなり厚み斑が生じた。比較例２の場合、溝付きロールＤの通過後の前駆体繊維束の形態を観察したところ、前駆体繊維束の形態は制御されていたが、前駆体繊維束の幅方向に溝付きロールＤの設置位置をずらし、繊維束規制部材の凸部の壁面に片あたりさせて走行させた場合、前駆体繊維束の端が折れた状態で折り返しロールを通過する結果となった。以上の結果より、上記式（１）、（２）を満足する溝であっても、繊維束規制部材の凸部の壁面と溝底部を滑らかに接続する曲率半径Ｒでなければ、特に前駆体繊維束が片あたりして走行した場合に前駆体繊維束の端が折れたり、厚み斑が生じたりするなどのトラブルが発生することになる。従って、上記式（３）を満足する範囲内に平均曲率半径Ｒを設定する必要がある。
【符号の説明】
【００４２】
１０：炭素繊維束の製造装置
１１：前駆体繊維束
１２：耐炎化炉
１３：折り返しロール
１４：炭素化手段
１５：溝付きロール
１５１：溝
１５５：溝底部
１５８：溝開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
総繊度が１４０００〜４００００ｄｔｅｘのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を２００〜３００℃の温度で耐炎化処理する耐炎化炉と、該耐炎化炉の外側で前記ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を複数回折り返して、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化炉内に複数回走行させる折り返しロールと、耐炎化処理されたポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を６００℃を超える温度で炭素化処理する炭素化手段とを具備する炭素繊維束の製造装置において、
前記耐炎化処理におけるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりのみかけの平均繊度を２５００〜５０００ｄｔｅｘに保ち、前記みかけの平均繊度を、耐炎化炉の両側に配置された、下記（１）、（２）、（３）式を満足する形状の溝付きロールによって制御する炭素繊維束の製造装置。
０．４５＜ｂ／ａ＜０．８１ ・・・（１）
０．３５×ａ＜ｈ＜０．７１×ａ ・・・（２）
０．４×（ａ−ｂ）＜Ｒ＜０．９×（ａ−ｂ） ・・・（３）
（式（１）〜（３）中、ａは溝開口部の平均幅（ｍｍ）であり、ｂは溝底部の平均幅（ｍｍ）であり、ｈは溝の平均深さ（ｍｍ）であり、Ｒは溝底部の曲率半径（ｍｍ）である。）
【請求項１】
総繊度が１４０００〜４００００ｄｔｅｘのポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を２００〜３００℃の温度で耐炎化処理する耐炎化炉と、該耐炎化炉の外側で前記ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を複数回折り返して、ポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を耐炎化炉内に複数回走行させる折り返しロールと、耐炎化処理されたポリアクリロニトリル系前駆体繊維束を６００℃を超える温度で炭素化処理する炭素化手段とを具備する炭素繊維束の製造装置において、
前記耐炎化処理におけるポリアクリロニトリル系前駆体繊維束の幅１ｍｍ当たりのみかけの平均繊度を２５００〜５０００ｄｔｅｘに保ち、前記みかけの平均繊度を、耐炎化炉の両側に配置された、下記（１）、（２）、（３）式を満足する形状の溝付きロールによって制御する炭素繊維束の製造装置。
０．４５＜ｂ／ａ＜０．８１ ・・・（１）
０．３５×ａ＜ｈ＜０．７１×ａ ・・・（２）
０．４×（ａ−ｂ）＜Ｒ＜０．９×（ａ−ｂ） ・・・（３）
（式（１）〜（３）中、ａは溝開口部の平均幅（ｍｍ）であり、ｂは溝底部の平均幅（ｍｍ）であり、ｈは溝の平均深さ（ｍｍ）であり、Ｒは溝底部の曲率半径（ｍｍ）である。）
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１８８７８２（Ｐ２０１２−１８８７８２Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５４０７３（Ｐ２０１１−５４０７３）
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１１日（２０１１．３．１１）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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