熱処理炉及び熱処理方法
【課題】 熱収縮による皺やうねり等を除くと共に、タール付着の問題を生ずることなく炭素繊維シートを連続生産できる熱処理炉を提供する。
【解決手段】 炉２内を走行する原料薄層シート３０を熱処理して炭素繊維シート３０にする熱処理炉２であって、原料薄層シート入口部４を形成した上流側炉壁６と、炭素繊維シート出口部８を形成した下流側炉壁１０と、炉２内を上流炉部１４と下流炉部１６とを仕切ると共にシート搬送窓１８を形成した隔壁１２と、上流炉部１４に備えた１以上の排ガス処理室３４と、炉２内の下流炉部１６に備えた１以上の加熱手段２８ａ、２８ｂ、２８ｃと、炉２内の下流炉部１６のみに設けられた１以上の面圧付与手段２６ａ、２６ｂ、２６ｃとを有する熱処理炉とする。
【解決手段】 炉２内を走行する原料薄層シート３０を熱処理して炭素繊維シート３０にする熱処理炉２であって、原料薄層シート入口部４を形成した上流側炉壁６と、炭素繊維シート出口部８を形成した下流側炉壁１０と、炉２内を上流炉部１４と下流炉部１６とを仕切ると共にシート搬送窓１８を形成した隔壁１２と、上流炉部１４に備えた１以上の排ガス処理室３４と、炉２内の下流炉部１６に備えた１以上の加熱手段２８ａ、２８ｂ、２８ｃと、炉２内の下流炉部１６のみに設けられた１以上の面圧付与手段２６ａ、２６ｂ、２６ｃとを有する熱処理炉とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐炎繊維を原料とする薄層シートから炭素繊維シートを製造する際に使用する熱処理炉において、得られる炭素繊維シートの表面品位低下を防止する手段を有する熱処理炉、並びに、熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維シートは、導電性、通気性が良いため、導電材や電極としての用途が期待されている。特に、電池用電極材としての用途は重要である。
【０００３】
炭素繊維シートを電極材用として用いる場合、近年電池の小型化、軽量化が進む中でこれらに対応できるように、炭素繊維シート自体の厚さを小さくすることが求められている。
【０００４】
従来より薄層の炭素繊維シートの製造方法としては、炭素繊維、耐炎繊維等の原料繊維を紙、不織布、フェルト、織物等の薄層シートに加工し、これを連続的に熱処理(焼成)する方法が知られている。
【０００５】
従来の薄層の炭素繊維シートの製造方法においては、温度域８００℃以下の低温における熱処理(前処理)と温度域１５００〜２５００℃の高温における熱処理(炭素化処理)の２段熱処理が主流である。この２段熱処理において、低温熱処理炉での薄層シートの処理は無緊張下で行われている。高温熱処理炉での薄層シートの処理は無緊張下で行われるか、張力付与下で行われるか、加熱体へ接触させてシート表面を加圧した状態で行われる。
【０００６】
しかし、従来の炭素繊維シートの製造方法では、耐炎繊維を原料とする薄層シートの場合、低温熱処理炉で処理中のシートの熱収縮が大きく、無緊張下で熱処理中のシートには皺やうねりが発生し、得られる炭素繊維シートの表面品位(皺、うねり)が低下する問題がある。
【０００７】
この炭素繊維シートの製造方法に関し、焼成収縮に起因する表面品位改善を目的とした製造装置が提案されている(例えば、特許文献１〜３参照)。
【０００８】
特許文献１には、低温熱処理炉と高温熱処理炉とを基本構成とする製造装置において、高温熱処理炉の下流側に皺加熱矯正炉を設けることにより、薄層シートの焼成収縮に起因する表面品位を改善することが開示されている。
【０００９】
特許文献２には、焼成前の薄層シートを熱板や金型で連続加熱加圧することにより、焼成後の薄層シートの表面品位を改善することが開示されている。
【００１０】
特許文献３には、熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維紙を、加熱プレス後、焼成して炭素電極基材を製造するに当たって、加熱プレス処理直前、直後における樹脂硬化進行度を所定範囲にすることにより、焼成後の薄層シートの表面品位を改善することが開示されている。
【００１１】
しかし、特許文献１〜３に開示された製造装置は何れも、基本構成の熱処理炉以外に薄層シート表面品位改善のための付帯設備が必要になり、製造装置全体の大型化や、コストが上昇する問題がある。
【特許文献１】特開２００４−２５６９５９号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００８］〜［００１０］、［００１７］〜［００２０］、［００４０］、図１〜３）
【特許文献２】特開２００４−３０８０９８号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００６］、［００２９］〜［００４４］、［００６２］〜［００６９］、図１〜２）
【特許文献３】特開２００４−１３４１０８号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００２］〜［００１６］、［００２９］〜［００３８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
薄層炭素繊維シートの製造には温度域５００〜１０００℃における熱処理(前処理)と温度域１５００〜２３００℃における熱処理(炭素化処理)の２回の熱処理を行うことが好ましい。耐炎繊維を原料とする薄層シートの焼成過程においては、薄層シートの大きな収縮挙動(約２０％の面収縮)に起因して生ずる皺やうねりを抑制することが、薄層シート表面の品位を改善するためのポイントである。薄層シートの熱分解挙動に起因して熱収縮は５００〜１０００℃で顕著に起きるので、皺やうねりの抑制には前処理炉での手当てが重要である。
【００１３】
本発明者の属する研究グループは、熱処理時に皺やうねり等の形状変化を起こさない炭素繊維シートの製造方法を検討しているうちに、前処理炉における熱処理とこれに続く炭素化炉における熱処理の２回の熱処理のうち、前処理炉における温度分布を適正にし、更にこの前処理炉内にローラーを設けて原料の薄層シートにテンションを付与し、薄層シートをローラー上で接圧を負荷しながら熱処理することにより、シートに生ずる熱収縮による皺やうねり等の問題を生ずることなく炭素繊維シートを連続生産できることを知得し、先に出願した(特願２００４−１６６００２)。
【００１４】
本発明者は、図４に示す熱処理炉(前処理炉)を新たに製造し、この熱処理炉を用いて炭素繊維シートを製造することを試みた。図４は上記熱処理炉の概略側面図である。
【００１５】
この熱処理炉６２で熱処理される薄層シート６４の搬送方向に沿って炉６２の最上流側の炉壁(上流側炉壁)６６には、原料薄層シート入口部６８が設けられている。炉６２の最下流側の炉壁(下流側炉壁)７０には、炭素繊維シート出口部７２が設けられている。
【００１６】
原料薄層シート入口部６８及び炭素繊維シート出口部７２は、不図示のシール手段で窒素ガス等の不活性ガスを用いてガスシールされており、これにより炉６２内に空気が混入することの無いように構成されている。
【００１７】
炉６２内は、隔壁７４で水平方向に上流炉部７６と下流炉部７８とに仕切られている。前記隔壁７４にはシート搬送窓８０が形成されている。下流炉部７８は、下流炉部隔壁８２ａで水平方向に上流側から下流側に向かって順次下流炉部分室８４ａ、８４ｂに仕切られている。前記下流炉部隔壁８２ａにはシート搬送窓８６ａが形成されている。
【００１８】
下流炉部７８の分室８４ａ、８４ｂ内には、面圧付与手段の接圧ローラー８８ａ、８８ｂがそれぞれ配設されている。更に各分室８４ａ、８４ｂの上壁には加熱手段９０ａ、９０ｂがそれぞれ配設されている。加熱手段は各分室に要求される温度分布の精度により複数個、上下に設置することも可能である。
【００１９】
上流炉部７６内には、その上部に加熱手段９２ａ、下部に加熱手段９２ｂが配設されている。更に、上流炉部７６内の上流側から下流側に向かって順に面圧付与手段の接圧ローラー９４ａ、９４ｂが配設されている。９６は、炉６２内で発生する排ガスを燃焼処理する排ガス処理室である。
【００２０】
本発明者は、上記熱処理炉において接圧ローラー等の面圧付与手段を用いて薄層シートに１００Ｐａ以上、好ましくは１５０Ｐａ以上の接圧を付与して熱処理をしてみた。これにより、熱処理時に皺やうねり等の形状変化を起こさない高表面品位の中間シートが得られた。これを温度域１５００〜２３００℃の炭素化炉において熱処理することにより、熱処理時に皺やうねり等の形状変化を起こさない高表面品位の炭素繊維シートが得られることが解った。
【００２１】
しかし、上記熱処理炉においては炉内に接圧ローラー等の面圧付与手段を設けていることから、炉内における発生ガス成分中のタールが面圧付与手段に付着して薄層炭素繊維シート表面の品位が低下する問題を起こす。
【００２２】
本発明者は、薄層シートの表面品位の改善について更に検討を重ねるうちに、ガスの発生が顕著な温度域と、面圧付与が必要な温度域とに、熱処理炉内を分離することにより高品位な薄層炭素繊維シートを連続的に安定して製造可能なことを見出した。
【００２３】
そこで、ガスの発生が顕著な温度域では面圧付与手段を用いずに(無面圧又は無支持で)薄層シートを熱処理した(第１工程)。ここで、無面圧とは、面圧付与手段を積極的に用いて面圧を掛けないことを意味し、例えばシートの自重によりガイドバー等との間に生ずる僅かな圧力は含まない。
【００２４】
その下流の面圧付与が必要な温度域においては面圧付与手段で面圧を負荷しながら薄層シートを熱処理した(第２工程)。
【００２５】
これにより、熱収縮による皺やうねり等を除くことができるばかりか、タール付着の問題を生ずることなく炭素繊維シートを連続生産できることを知得し、本発明を完成するに到った。従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した熱処理炉及び熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
【００２７】
〔１〕 炉内を走行する原料薄層シートを熱処理して炭素繊維シートにする熱処理炉であって、炉の上流側に原料薄層シート入口部を形成した上流側炉壁と、炉の下流側に炭素繊維シート出口部を形成した下流側炉壁と、炉内を上流炉部と下流炉部とに仕切ると共にシート搬送窓を形成した隔壁と、上流炉部の上方及び／又は下方に備えた１以上の排ガス処理室と、下流炉部に備えた１以上の加熱手段と、上流炉部と下流炉部のうち下流炉部のみに設けられた１以上の面圧付与手段とを有する熱処理炉。
【００２８】
〔２〕 面圧付与手段が接圧ローラーである〔１〕に記載の熱処理炉。
【００２９】
〔３〕 上流炉部内に、走行する薄層シートを載置する１以上のガイドバーが設置されてなる〔１〕に記載の熱処理炉。
【００３０】
〔４〕 原料薄層シートを支持するガイドバーを備えた中空炉内を無面圧で走行する原料薄層シートを熱処理する第１工程と、次いで面圧を負荷して薄層シートを熱処理する第２工程とを有する熱処理方法。
【００３１】
〔５〕 中空炉内を無支持で走行する原料薄層シートを熱処理する第１工程と、次いで面圧を負荷して薄層シートを熱処理する第２工程とを有する熱処理方法。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の熱処理炉及び熱処理方法によれば、シート搬送窓を形成した隔壁で炉内を仕切って形成した上流炉部と下流炉部のうち上流炉部では接圧ローラー等の面圧付与手段を用いずに熱処理後、下流炉部においては面圧付与手段で面圧を負荷しながら薄層シートを熱処理しているので、熱収縮による皺やうねり等を除くことができるばかりか、タール付着の問題を生ずることなく炭素繊維シートを連続生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００３４】
図１は本発明の熱処理炉の一例を示す概略側面図である。２は内部中空に構成された熱処理炉で、炉壁は断熱材を用いて形成されている。
【００３５】
熱処理炉２で熱処理される後述の薄層シート３０の搬送方向に沿って炉２の最上流側の炉壁(上流側炉壁)６には、原料薄層シート入口部４が設けられている。炉２の最下流側の炉壁(下流側炉壁)１０には、炭素繊維シート出口部８が設けられている。
【００３６】
原料薄層シート入口部４及び炭素繊維シート出口部８は、不図示のシール手段で窒素ガス等の不活性ガスを用いてガスシールされており、これにより炉２内に空気が混入することの無いように構成されている。
【００３７】
炉２内は、隔壁１２で水平方向に上流炉部１４と下流炉部１６とに仕切られている。前記隔壁１２にはシート搬送窓１８が形成されている。下流炉部１６は、下流炉部隔壁２０ａ、２０ｂで水平方向に上流側から下流側に向かって順次下流炉部分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃに仕切られている。前記下流炉部隔壁２０ａ、２０ｂには、それぞれシート搬送窓２４ａ、２４ｂが形成されている。
【００３８】
下流炉部１６の分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃ内には、面圧付与手段の接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃがそれぞれ配設されている。更に各分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃの上壁には加熱手段２８ａ、２８ｂ、２８ｃがそれぞれ配設されている。即ち、下流炉部１６には複数(本図においては３本)の接圧ローラー、複数(本図においては３台)の加熱手段が配設されている。
【００３９】
下流炉部１６を均等に加熱し、薄層シート３０を幅方向に均等に焼成するためには、下流炉部１６の薄層シート３０の搬送方向に沿う方向の長さ即ち下流炉部分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃの各長さは、各分室の設定温度に対する薄層シート３０の反応が終了するための滞留時間が得られる長さが必要である。滞留時間は、原料薄層シート３０の目付や焼成速度によって異なる。また、硬く、曲げ強度が低いシートを焼成する場合は、下流炉部１６内に設置する接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃの径を、シートが破断しない程度に大きくする必要がある為、隔壁１２を設ける位置は、これらを検討した上で決定する必要がある。
【００４０】
本例の熱処理炉２で対象とする厚さ０．１〜１０ｍｍの原料薄層シート３０を焼成する場合、隔壁１２は、薄層シート３０が隔壁１２に到達するまでに薄層シート３０の熱収縮の３０〜５０％が完了する位置に設ける。
【００４１】
下流炉部分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃに、それぞれ装備された加熱手段２８ａ、２８ｂ、２８ｃにより下流炉部１６は最下流の分室２２ｃで炉２内の最高温に加熱される。下流炉部１６の温度は、分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃを通して６００〜９００℃である。下流炉部１６における６００℃から９００℃までの温度上昇曲線は、なだらかな勾配であることが好ましい。この温度上昇曲線は、下流炉部隔壁２０ａ、２０ｂの何れかの箇所で最も急勾配になるが、その急勾配の隔壁前後における温度差は２００℃以下にすることが好ましい。この温度差が２００℃を超える場合は、薄層シート３０に皺やうねりが発生し易く、シート表面の品位が低下するので好ましくない。
【００４２】
この下流炉部１６において、原料薄層シート３０は接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ間をジグザグに張り渡され、前記ローラーにより接圧を受けながら炭素化し、炭素繊維シート出口部８を通って炉２外に収縮による皺やうねり等の無い炭素繊維シート３０として取り出される。
【００４３】
上流炉部１４には、炉２内を走行する薄層シート３０を載置する複数(本図においては５本)のガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅが設置されている。３４は、炉２内で発生する排ガスを燃焼処理する排ガス処理室である。
【００４４】
上流炉部１４内には、その上部に加熱手段３６ａ、下部に加熱手段３６ｂが設置されている。この加熱手段３６ａ、３６ｂからの輻射熱等の伝熱により上流炉部１４は加熱され、上流から下流に向かうに従って高温になる温度勾配を有する昇温域が形成されている。上流炉部１４内の温度は最下流部(隔壁１２近傍)で最高温を示し、その温度は３６０〜５４０℃が好ましく、３９０〜５１０℃が更に好ましい。
【００４５】
上流炉部１４内の最下流部温度が３６０℃未満の場合は、ガスの発生が十分でない。上流炉部１４内の最下流部温度が５４０℃を超える場合は、薄層シート３０の熱収縮が５０％を超え、皺やうねりの発生が大きく、その後面圧付与を実施しても修正することが困難となる。
【００４６】
上記温度勾配を有する炉本体２内において、原料薄層シート３０は上流炉部１４でガスが最も発生する。この発生ガスに対し、上流部１４では接圧ローラーなどの面圧付与手段を用いていないので、薄層シート３０へのタール付着の問題は生じない。なお、本例では上流部１４にガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅが設置されてはいるが、ガイドバーと薄層シートとの接触面積や面圧が小さいので、薄層シート３０へのタール付着の問題は無視できる。
【００４７】
前述したように、下流炉部１６は面圧付与機能を要する。このため、接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃのような内部機構を必要とし、必然的に薄層シート３０の搬送方向に直交する炉内断面積が大きくなる。
【００４８】
これに対し、上流炉部１４は、薄層シート３０を予備処理する機能を有し、面圧付与機能は不要である。このため、内部は中空で理論的には薄層シート３０の通過する断面があれば良い。従って、通常、上流炉部１４は下流炉部１６よりも炉内断面積は小さくなる。
【００４９】
なお、上流炉部１４をガイドバーを設置しない構成にしても良いが、ガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅを設置した本例では、薄層シート３０の垂下を防止できるので、上流炉部１４における炉内高さを更に低くすることができ、即ち炉内断面積を更に小さくすることができ、製造装置の小型化や、コスト低減ができる。ガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの径は０．０１〜０．１ｍが好ましい。
【００５０】
また、上流炉部１４で発生する排ガスを燃焼処理する排ガス処理室３４は、炉２内の上流炉部１４に備えてあるので、接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃが配設された下流炉部１６への排ガス混入を防ぐことができ、下流炉部１６においても薄層シート３０へのタール付着の問題は生じない。
【００５１】
図２は、図１の例の熱処理炉において、下流炉部１６が下流炉部隔壁２０ａで水平方向に上流側から下流側に向かって順次下流炉部分室２２ａ、２２ｂに仕切られてなる本発明の熱処理炉の他の例を示す概略側面図である。前記下流炉部隔壁２０ａには、シート搬送窓２４ａが形成されている。
【００５２】
下流炉部１６の分室２２ａ、２２ｂ内には、面圧付与手段の接圧ローラー２６ａ、２６ｂがそれぞれ配設されている。更に各分室２２ａ、２２ｂの上壁には加熱手段２８ａ、２８ｂがそれぞれ配設されている。即ち、下流炉部１６には複数(本図においては２本)の接圧ローラー、複数(本図においては２台)の加熱手段が配設されている。
【００５３】
図２の例の熱処理炉３８は、図１の例の熱処理炉２について下流炉部隔壁２０ｂ、下流炉部分室２２ｃ、シート搬送窓２４ｃ、接圧ローラー２６ｃ、加熱手段２８ｃが無い以外は図１と同様の構成であるので、同一箇所に同一参照符号を付している。
【００５４】
図３は本発明の熱処理炉の更に他の例を示す概略側面図である。
【００５５】
図３において、熱処理炉４２内は、隔壁４４で水平方向に上流炉部４６と下流炉部４８とに仕切られている。前記隔壁４４にはシート搬送窓５０が形成されている。下流炉部４８内には、面圧付与手段の接圧ローラー５２が配設され、加熱手段５４が配設されている。
【００５６】
この下流炉部４８において、原料薄層シート５６は接圧ローラー５２で折り返され、前記ローラーにより接圧を受けながら炭素化し、下流側炉壁５８に設けられた炭素繊維シート出口部６０を通って炉４２外に収縮による皺やうねり等の無い炭素繊維シート５６として取り出される。
【００５７】
この折返し構造の接圧ローラー５２は、原料薄層シート５６との接触面積が大きいので、用いる接圧ローラーの本数を少なくすることができ、製造装置の小型化や、コスト低減ができる。
【００５８】
図３において炉４２、隔壁４４、上流炉部４６、下流炉部４８、シート搬送窓５０、接圧ローラー５２、加熱手段５４、原料薄層シート５６、下流側炉壁５８、炭素繊維シート出口部６０以外の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
なお、面圧付与手段２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、５２は図１及び２の例では接圧ローラーを用いているが、ニップローラー、プレス等の面圧付与手段を用いることもできる。排ガス処理室３４は図１及び２の例では１個を設置したが、これに限らず焼成条件により上方、下方に複数個設置することも可能である。
【００６０】
また、本発明の熱処理炉の形態は図１及び２の形態だけではなく、本発明の要旨を変更しない限り、適宜変形して差支えない。
【実施例】
【００６１】
実施例１
図１に示す熱処理炉２を用いて炭素繊維シート３０を製造した。
【００６２】
シート搬送方向の炉内長さは上流炉部１４で０．５ｍ、下流炉部分室２２ａで０．３ｍ、下流炉部分室２２ｂで０．３ｍ、下流炉部分室２２ｃで０．３ｍ、炉内幅は１．２ｍ、炉内高さは上流炉部１４で０．１５ｍ、下流炉部１６で０．７ｍであった。ガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの径は何れも０．０２５ｍであった。接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃの径は何れも０．５ｍであった。
【００６３】
表１に示すように、炉２内は、窒素雰囲気下加熱し、上流炉部１４の温度を５００℃、下流炉部分室２２ａの温度を７００℃、下流炉部分室２２ｂの温度を８００℃、下流炉部分室２２ｃの温度を９００℃に調節した。
【００６４】
この熱処理炉２内を、厚さ０．４ｍｍ、幅１０００ｍｍ、目付２００ｇ／ｍ2の耐炎繊維シート(原反)を、ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃにおける接圧１５０Ｐａ、搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させた。
【００６５】
得られた中間シートは、厚さ０．３５ｍｍ(原反に対して８８％)、目付１３５ｇ／ｍ2(原反に対して６８％)、幅９１０ｍｍ(原反に対して９１％)のものであり、タールの付着、皺、うねりの無い高品位のものであった。よって、表１に示す中間シートの表面品位評価は◎であった。
【００６６】
更に、この中間シートを温度２０００℃の炭素化炉に搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させて熱処理した。得られた炭素繊維シートは、厚さ０．２５ｍｍ(原反に対して６３％)、目付９５ｇ／ｍ2(原反に対して４８％)、幅９００ｍｍ(原反に対して９０％)のものであり、タールの付着、皺、うねりの無い高品位のものであった。
【００６７】
実施例２
図２に示す熱処理炉３８を用いて炭素繊維シート３０を製造した。
【００６８】
シート搬送方向の炉内長さは上流炉部１４で０．５ｍ、下流炉部分室２２ａで０．３ｍ、下流炉部分室２２ｂで０．３ｍ、炉内幅は１．２ｍ、炉内高さは上流炉部１４で０．１５ｍ、下流炉部１６で０．７ｍであった。ガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの径は何れも０．０２５ｍであった。接圧ローラー２６ａ、２６ｂの径は何れも０．５ｍであった。
【００６９】
表１に示すように、炉３８内は、窒素雰囲気下加熱し、上流炉部１４の温度を５００℃、下流炉部分室２２ａの温度を７００℃、下流炉部分室２２ｂの温度を９００℃に調節した。
【００７０】
この熱処理炉３８内を、厚さ０．４ｍｍ、幅１０００ｍｍ、目付２００ｇ／ｍ2の耐炎繊維シート(原反)を、ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃにおける接圧１５０Ｐａ、搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させた。
【００７１】
得られた中間シートは、厚さ０．３５ｍｍ(原反に対して８８％)、目付１３５ｇ／ｍ2(原反に対して６８％)、幅９１０ｍｍ(原反に対して９１％)のものであり、タールの付着、皺、うねりの無い高品位のものであった。よって、表１に示す中間シートの表面品位評価は◎であった。
【００７２】
更に、この中間シートを温度２０００℃の炭素化炉に搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させて熱処理した。得られた炭素繊維シートは、厚さ０．２５ｍｍ(原反に対して６３％)、目付９５ｇ／ｍ2(原反に対して４８％)、幅９００ｍｍ(原反に対して９０％)のものであり、タールの付着、皺、うねりの無い高品位のものであった。
【００７３】
実施例３
炉３８内における上流炉部１４の温度を５５０℃に調節した以外は、実施例２と同様に耐炎繊維シートを熱処理した。
【００７４】
その結果、得られた中間シートは、厚さ０．３５ｍｍ(原反に対して８８％)、目付１３５ｇ／ｍ2(原反に対して６８％)、幅９１０ｍｍ(原反に対して９１％)のものであり、皺、うねりの少なさは実施例１及び２程ではなかったが、タールの付着の無い高品位のものであった。よって、表１に示す中間シートの表面品位評価は○であった。
【００７５】
更に、この中間シートを温度２０００℃の炭素化炉に搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させて熱処理した。得られた炭素繊維シートは、厚さ０．２５ｍｍ(原反に対して６３％)、目付９５ｇ／ｍ2(原反に対して４８％)、幅９００ｍｍ(原反に対して９０％)のものであり、皺、うねりの少なさは実施例１及び２程ではなかったが、タールの付着の無い高品位のものであった。
【００７６】
比較例１
図４に示す熱処理炉６２を用いて炭素繊維シート３０を製造した。
【００７７】
シート搬送方向の炉内長さは上流炉部７６で０．５ｍ、下流炉部分室８４ａで０．３ｍ、下流炉部分室８４ｂで０．３ｍ、炉内幅は１．２ｍ、炉内高さは上流炉部７６、下流炉部８４ａ、下流炉部分室８４ｂを通じて０．７ｍであった。接圧ローラー９４ａ、９４ｂ、８８ａ、８８ｂの径は何れも０．５ｍであった。
【００７８】
表１に示すように、炉６２内は、窒素雰囲気下加熱し、上流炉部７６の温度を５００℃、下流炉部分室８４ａの温度を７００℃、下流炉部分室８４ｂの温度を９００℃に調節した。
【００７９】
この熱処理炉６２内を、厚さ０．４ｍｍ、幅１０００ｍｍ、目付２００ｇ／ｍ2の耐炎繊維シート(原反)を、ローラー９４ａ、９４ｂ、８８ａ、８８ｂにおける接圧１５０Ｐａ、搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させた。
【００８０】
得られた中間シートは、厚さ０．３５ｍｍ(原反に対して８８％)、目付１３５ｇ／ｍ2(原反に対して６８％)、幅９１０ｍｍ(原反に対して９１％)のものであり、皺、うねりは少なかったが、タールが付着してシート表面品位が低下し、後工程の炭素化処理を続けることはできなかった。よって、表１に示す中間シートの表面品位評価は×であった。
【００８１】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の熱処理炉の一例を示す概略側面図である。
【図２】本発明の熱処理炉の他の例を示す概略側面図である。
【図３】本発明の熱処理炉の更に他の例を示す概略側面図である。
【図４】比較例１で用いた熱処理炉を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００８３】
２、４２、６２ 熱処理炉
４、６８ 原料薄層シート入口部
６、６６ 原料薄層シート入口部を有する上流側炉壁
８、６０、７２ 炭素繊維シート出口部
１０、５８、７０ 炭素繊維シート出口部を有する下流側炉壁
１２、２０ａ、２０ｂ、４４、７４、８２ａ 隔壁
１４、４６、７６ 上流炉部
１６、４８、７８ 下流炉部
１８、２４ａ、２４ｂ、５０、８０、８６ａ シート搬送窓
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、８４ａ、８４ｂ 下流炉部分室
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、５２、８８ａ、８８ｂ 面圧付与手段
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、５４、９０ａ、９０ｂ 加熱手段
３０、５６、６４ 薄層シート
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ ガイドバー
３４、９６ 排ガス処理室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐炎繊維を原料とする薄層シートから炭素繊維シートを製造する際に使用する熱処理炉において、得られる炭素繊維シートの表面品位低下を防止する手段を有する熱処理炉、並びに、熱処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維シートは、導電性、通気性が良いため、導電材や電極としての用途が期待されている。特に、電池用電極材としての用途は重要である。
【０００３】
炭素繊維シートを電極材用として用いる場合、近年電池の小型化、軽量化が進む中でこれらに対応できるように、炭素繊維シート自体の厚さを小さくすることが求められている。
【０００４】
従来より薄層の炭素繊維シートの製造方法としては、炭素繊維、耐炎繊維等の原料繊維を紙、不織布、フェルト、織物等の薄層シートに加工し、これを連続的に熱処理(焼成)する方法が知られている。
【０００５】
従来の薄層の炭素繊維シートの製造方法においては、温度域８００℃以下の低温における熱処理(前処理)と温度域１５００〜２５００℃の高温における熱処理(炭素化処理)の２段熱処理が主流である。この２段熱処理において、低温熱処理炉での薄層シートの処理は無緊張下で行われている。高温熱処理炉での薄層シートの処理は無緊張下で行われるか、張力付与下で行われるか、加熱体へ接触させてシート表面を加圧した状態で行われる。
【０００６】
しかし、従来の炭素繊維シートの製造方法では、耐炎繊維を原料とする薄層シートの場合、低温熱処理炉で処理中のシートの熱収縮が大きく、無緊張下で熱処理中のシートには皺やうねりが発生し、得られる炭素繊維シートの表面品位(皺、うねり)が低下する問題がある。
【０００７】
この炭素繊維シートの製造方法に関し、焼成収縮に起因する表面品位改善を目的とした製造装置が提案されている(例えば、特許文献１〜３参照)。
【０００８】
特許文献１には、低温熱処理炉と高温熱処理炉とを基本構成とする製造装置において、高温熱処理炉の下流側に皺加熱矯正炉を設けることにより、薄層シートの焼成収縮に起因する表面品位を改善することが開示されている。
【０００９】
特許文献２には、焼成前の薄層シートを熱板や金型で連続加熱加圧することにより、焼成後の薄層シートの表面品位を改善することが開示されている。
【００１０】
特許文献３には、熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維紙を、加熱プレス後、焼成して炭素電極基材を製造するに当たって、加熱プレス処理直前、直後における樹脂硬化進行度を所定範囲にすることにより、焼成後の薄層シートの表面品位を改善することが開示されている。
【００１１】
しかし、特許文献１〜３に開示された製造装置は何れも、基本構成の熱処理炉以外に薄層シート表面品位改善のための付帯設備が必要になり、製造装置全体の大型化や、コストが上昇する問題がある。
【特許文献１】特開２００４−２５６９５９号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００８］〜［００１０］、［００１７］〜［００２０］、［００４０］、図１〜３）
【特許文献２】特開２００４−３０８０９８号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００６］、［００２９］〜［００４４］、［００６２］〜［００６９］、図１〜２）
【特許文献３】特開２００４−１３４１０８号公報 （特許請求の範囲、段落番号［０００２］〜［００１６］、［００２９］〜［００３８］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
薄層炭素繊維シートの製造には温度域５００〜１０００℃における熱処理(前処理)と温度域１５００〜２３００℃における熱処理(炭素化処理)の２回の熱処理を行うことが好ましい。耐炎繊維を原料とする薄層シートの焼成過程においては、薄層シートの大きな収縮挙動(約２０％の面収縮)に起因して生ずる皺やうねりを抑制することが、薄層シート表面の品位を改善するためのポイントである。薄層シートの熱分解挙動に起因して熱収縮は５００〜１０００℃で顕著に起きるので、皺やうねりの抑制には前処理炉での手当てが重要である。
【００１３】
本発明者の属する研究グループは、熱処理時に皺やうねり等の形状変化を起こさない炭素繊維シートの製造方法を検討しているうちに、前処理炉における熱処理とこれに続く炭素化炉における熱処理の２回の熱処理のうち、前処理炉における温度分布を適正にし、更にこの前処理炉内にローラーを設けて原料の薄層シートにテンションを付与し、薄層シートをローラー上で接圧を負荷しながら熱処理することにより、シートに生ずる熱収縮による皺やうねり等の問題を生ずることなく炭素繊維シートを連続生産できることを知得し、先に出願した(特願２００４−１６６００２)。
【００１４】
本発明者は、図４に示す熱処理炉(前処理炉)を新たに製造し、この熱処理炉を用いて炭素繊維シートを製造することを試みた。図４は上記熱処理炉の概略側面図である。
【００１５】
この熱処理炉６２で熱処理される薄層シート６４の搬送方向に沿って炉６２の最上流側の炉壁(上流側炉壁)６６には、原料薄層シート入口部６８が設けられている。炉６２の最下流側の炉壁(下流側炉壁)７０には、炭素繊維シート出口部７２が設けられている。
【００１６】
原料薄層シート入口部６８及び炭素繊維シート出口部７２は、不図示のシール手段で窒素ガス等の不活性ガスを用いてガスシールされており、これにより炉６２内に空気が混入することの無いように構成されている。
【００１７】
炉６２内は、隔壁７４で水平方向に上流炉部７６と下流炉部７８とに仕切られている。前記隔壁７４にはシート搬送窓８０が形成されている。下流炉部７８は、下流炉部隔壁８２ａで水平方向に上流側から下流側に向かって順次下流炉部分室８４ａ、８４ｂに仕切られている。前記下流炉部隔壁８２ａにはシート搬送窓８６ａが形成されている。
【００１８】
下流炉部７８の分室８４ａ、８４ｂ内には、面圧付与手段の接圧ローラー８８ａ、８８ｂがそれぞれ配設されている。更に各分室８４ａ、８４ｂの上壁には加熱手段９０ａ、９０ｂがそれぞれ配設されている。加熱手段は各分室に要求される温度分布の精度により複数個、上下に設置することも可能である。
【００１９】
上流炉部７６内には、その上部に加熱手段９２ａ、下部に加熱手段９２ｂが配設されている。更に、上流炉部７６内の上流側から下流側に向かって順に面圧付与手段の接圧ローラー９４ａ、９４ｂが配設されている。９６は、炉６２内で発生する排ガスを燃焼処理する排ガス処理室である。
【００２０】
本発明者は、上記熱処理炉において接圧ローラー等の面圧付与手段を用いて薄層シートに１００Ｐａ以上、好ましくは１５０Ｐａ以上の接圧を付与して熱処理をしてみた。これにより、熱処理時に皺やうねり等の形状変化を起こさない高表面品位の中間シートが得られた。これを温度域１５００〜２３００℃の炭素化炉において熱処理することにより、熱処理時に皺やうねり等の形状変化を起こさない高表面品位の炭素繊維シートが得られることが解った。
【００２１】
しかし、上記熱処理炉においては炉内に接圧ローラー等の面圧付与手段を設けていることから、炉内における発生ガス成分中のタールが面圧付与手段に付着して薄層炭素繊維シート表面の品位が低下する問題を起こす。
【００２２】
本発明者は、薄層シートの表面品位の改善について更に検討を重ねるうちに、ガスの発生が顕著な温度域と、面圧付与が必要な温度域とに、熱処理炉内を分離することにより高品位な薄層炭素繊維シートを連続的に安定して製造可能なことを見出した。
【００２３】
そこで、ガスの発生が顕著な温度域では面圧付与手段を用いずに(無面圧又は無支持で)薄層シートを熱処理した(第１工程)。ここで、無面圧とは、面圧付与手段を積極的に用いて面圧を掛けないことを意味し、例えばシートの自重によりガイドバー等との間に生ずる僅かな圧力は含まない。
【００２４】
その下流の面圧付与が必要な温度域においては面圧付与手段で面圧を負荷しながら薄層シートを熱処理した(第２工程)。
【００２５】
これにより、熱収縮による皺やうねり等を除くことができるばかりか、タール付着の問題を生ずることなく炭素繊維シートを連続生産できることを知得し、本発明を完成するに到った。従って、本発明の目的とするところは、上記問題を解決した熱処理炉及び熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成する本発明は、以下に記載するものである。
【００２７】
〔１〕 炉内を走行する原料薄層シートを熱処理して炭素繊維シートにする熱処理炉であって、炉の上流側に原料薄層シート入口部を形成した上流側炉壁と、炉の下流側に炭素繊維シート出口部を形成した下流側炉壁と、炉内を上流炉部と下流炉部とに仕切ると共にシート搬送窓を形成した隔壁と、上流炉部の上方及び／又は下方に備えた１以上の排ガス処理室と、下流炉部に備えた１以上の加熱手段と、上流炉部と下流炉部のうち下流炉部のみに設けられた１以上の面圧付与手段とを有する熱処理炉。
【００２８】
〔２〕 面圧付与手段が接圧ローラーである〔１〕に記載の熱処理炉。
【００２９】
〔３〕 上流炉部内に、走行する薄層シートを載置する１以上のガイドバーが設置されてなる〔１〕に記載の熱処理炉。
【００３０】
〔４〕 原料薄層シートを支持するガイドバーを備えた中空炉内を無面圧で走行する原料薄層シートを熱処理する第１工程と、次いで面圧を負荷して薄層シートを熱処理する第２工程とを有する熱処理方法。
【００３１】
〔５〕 中空炉内を無支持で走行する原料薄層シートを熱処理する第１工程と、次いで面圧を負荷して薄層シートを熱処理する第２工程とを有する熱処理方法。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の熱処理炉及び熱処理方法によれば、シート搬送窓を形成した隔壁で炉内を仕切って形成した上流炉部と下流炉部のうち上流炉部では接圧ローラー等の面圧付与手段を用いずに熱処理後、下流炉部においては面圧付与手段で面圧を負荷しながら薄層シートを熱処理しているので、熱収縮による皺やうねり等を除くことができるばかりか、タール付着の問題を生ずることなく炭素繊維シートを連続生産できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００３４】
図１は本発明の熱処理炉の一例を示す概略側面図である。２は内部中空に構成された熱処理炉で、炉壁は断熱材を用いて形成されている。
【００３５】
熱処理炉２で熱処理される後述の薄層シート３０の搬送方向に沿って炉２の最上流側の炉壁(上流側炉壁)６には、原料薄層シート入口部４が設けられている。炉２の最下流側の炉壁(下流側炉壁)１０には、炭素繊維シート出口部８が設けられている。
【００３６】
原料薄層シート入口部４及び炭素繊維シート出口部８は、不図示のシール手段で窒素ガス等の不活性ガスを用いてガスシールされており、これにより炉２内に空気が混入することの無いように構成されている。
【００３７】
炉２内は、隔壁１２で水平方向に上流炉部１４と下流炉部１６とに仕切られている。前記隔壁１２にはシート搬送窓１８が形成されている。下流炉部１６は、下流炉部隔壁２０ａ、２０ｂで水平方向に上流側から下流側に向かって順次下流炉部分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃに仕切られている。前記下流炉部隔壁２０ａ、２０ｂには、それぞれシート搬送窓２４ａ、２４ｂが形成されている。
【００３８】
下流炉部１６の分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃ内には、面圧付与手段の接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃがそれぞれ配設されている。更に各分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃの上壁には加熱手段２８ａ、２８ｂ、２８ｃがそれぞれ配設されている。即ち、下流炉部１６には複数(本図においては３本)の接圧ローラー、複数(本図においては３台)の加熱手段が配設されている。
【００３９】
下流炉部１６を均等に加熱し、薄層シート３０を幅方向に均等に焼成するためには、下流炉部１６の薄層シート３０の搬送方向に沿う方向の長さ即ち下流炉部分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃの各長さは、各分室の設定温度に対する薄層シート３０の反応が終了するための滞留時間が得られる長さが必要である。滞留時間は、原料薄層シート３０の目付や焼成速度によって異なる。また、硬く、曲げ強度が低いシートを焼成する場合は、下流炉部１６内に設置する接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃの径を、シートが破断しない程度に大きくする必要がある為、隔壁１２を設ける位置は、これらを検討した上で決定する必要がある。
【００４０】
本例の熱処理炉２で対象とする厚さ０．１〜１０ｍｍの原料薄層シート３０を焼成する場合、隔壁１２は、薄層シート３０が隔壁１２に到達するまでに薄層シート３０の熱収縮の３０〜５０％が完了する位置に設ける。
【００４１】
下流炉部分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃに、それぞれ装備された加熱手段２８ａ、２８ｂ、２８ｃにより下流炉部１６は最下流の分室２２ｃで炉２内の最高温に加熱される。下流炉部１６の温度は、分室２２ａ、２２ｂ、２２ｃを通して６００〜９００℃である。下流炉部１６における６００℃から９００℃までの温度上昇曲線は、なだらかな勾配であることが好ましい。この温度上昇曲線は、下流炉部隔壁２０ａ、２０ｂの何れかの箇所で最も急勾配になるが、その急勾配の隔壁前後における温度差は２００℃以下にすることが好ましい。この温度差が２００℃を超える場合は、薄層シート３０に皺やうねりが発生し易く、シート表面の品位が低下するので好ましくない。
【００４２】
この下流炉部１６において、原料薄層シート３０は接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃ間をジグザグに張り渡され、前記ローラーにより接圧を受けながら炭素化し、炭素繊維シート出口部８を通って炉２外に収縮による皺やうねり等の無い炭素繊維シート３０として取り出される。
【００４３】
上流炉部１４には、炉２内を走行する薄層シート３０を載置する複数(本図においては５本)のガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅが設置されている。３４は、炉２内で発生する排ガスを燃焼処理する排ガス処理室である。
【００４４】
上流炉部１４内には、その上部に加熱手段３６ａ、下部に加熱手段３６ｂが設置されている。この加熱手段３６ａ、３６ｂからの輻射熱等の伝熱により上流炉部１４は加熱され、上流から下流に向かうに従って高温になる温度勾配を有する昇温域が形成されている。上流炉部１４内の温度は最下流部(隔壁１２近傍)で最高温を示し、その温度は３６０〜５４０℃が好ましく、３９０〜５１０℃が更に好ましい。
【００４５】
上流炉部１４内の最下流部温度が３６０℃未満の場合は、ガスの発生が十分でない。上流炉部１４内の最下流部温度が５４０℃を超える場合は、薄層シート３０の熱収縮が５０％を超え、皺やうねりの発生が大きく、その後面圧付与を実施しても修正することが困難となる。
【００４６】
上記温度勾配を有する炉本体２内において、原料薄層シート３０は上流炉部１４でガスが最も発生する。この発生ガスに対し、上流部１４では接圧ローラーなどの面圧付与手段を用いていないので、薄層シート３０へのタール付着の問題は生じない。なお、本例では上流部１４にガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅが設置されてはいるが、ガイドバーと薄層シートとの接触面積や面圧が小さいので、薄層シート３０へのタール付着の問題は無視できる。
【００４７】
前述したように、下流炉部１６は面圧付与機能を要する。このため、接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃのような内部機構を必要とし、必然的に薄層シート３０の搬送方向に直交する炉内断面積が大きくなる。
【００４８】
これに対し、上流炉部１４は、薄層シート３０を予備処理する機能を有し、面圧付与機能は不要である。このため、内部は中空で理論的には薄層シート３０の通過する断面があれば良い。従って、通常、上流炉部１４は下流炉部１６よりも炉内断面積は小さくなる。
【００４９】
なお、上流炉部１４をガイドバーを設置しない構成にしても良いが、ガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅを設置した本例では、薄層シート３０の垂下を防止できるので、上流炉部１４における炉内高さを更に低くすることができ、即ち炉内断面積を更に小さくすることができ、製造装置の小型化や、コスト低減ができる。ガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの径は０．０１〜０．１ｍが好ましい。
【００５０】
また、上流炉部１４で発生する排ガスを燃焼処理する排ガス処理室３４は、炉２内の上流炉部１４に備えてあるので、接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃが配設された下流炉部１６への排ガス混入を防ぐことができ、下流炉部１６においても薄層シート３０へのタール付着の問題は生じない。
【００５１】
図２は、図１の例の熱処理炉において、下流炉部１６が下流炉部隔壁２０ａで水平方向に上流側から下流側に向かって順次下流炉部分室２２ａ、２２ｂに仕切られてなる本発明の熱処理炉の他の例を示す概略側面図である。前記下流炉部隔壁２０ａには、シート搬送窓２４ａが形成されている。
【００５２】
下流炉部１６の分室２２ａ、２２ｂ内には、面圧付与手段の接圧ローラー２６ａ、２６ｂがそれぞれ配設されている。更に各分室２２ａ、２２ｂの上壁には加熱手段２８ａ、２８ｂがそれぞれ配設されている。即ち、下流炉部１６には複数(本図においては２本)の接圧ローラー、複数(本図においては２台)の加熱手段が配設されている。
【００５３】
図２の例の熱処理炉３８は、図１の例の熱処理炉２について下流炉部隔壁２０ｂ、下流炉部分室２２ｃ、シート搬送窓２４ｃ、接圧ローラー２６ｃ、加熱手段２８ｃが無い以外は図１と同様の構成であるので、同一箇所に同一参照符号を付している。
【００５４】
図３は本発明の熱処理炉の更に他の例を示す概略側面図である。
【００５５】
図３において、熱処理炉４２内は、隔壁４４で水平方向に上流炉部４６と下流炉部４８とに仕切られている。前記隔壁４４にはシート搬送窓５０が形成されている。下流炉部４８内には、面圧付与手段の接圧ローラー５２が配設され、加熱手段５４が配設されている。
【００５６】
この下流炉部４８において、原料薄層シート５６は接圧ローラー５２で折り返され、前記ローラーにより接圧を受けながら炭素化し、下流側炉壁５８に設けられた炭素繊維シート出口部６０を通って炉４２外に収縮による皺やうねり等の無い炭素繊維シート５６として取り出される。
【００５７】
この折返し構造の接圧ローラー５２は、原料薄層シート５６との接触面積が大きいので、用いる接圧ローラーの本数を少なくすることができ、製造装置の小型化や、コスト低減ができる。
【００５８】
図３において炉４２、隔壁４４、上流炉部４６、下流炉部４８、シート搬送窓５０、接圧ローラー５２、加熱手段５４、原料薄層シート５６、下流側炉壁５８、炭素繊維シート出口部６０以外の構成は図１と同様であるので、同一箇所に同一参照符号を付してその説明を省略する。
【００５９】
なお、面圧付与手段２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、５２は図１及び２の例では接圧ローラーを用いているが、ニップローラー、プレス等の面圧付与手段を用いることもできる。排ガス処理室３４は図１及び２の例では１個を設置したが、これに限らず焼成条件により上方、下方に複数個設置することも可能である。
【００６０】
また、本発明の熱処理炉の形態は図１及び２の形態だけではなく、本発明の要旨を変更しない限り、適宜変形して差支えない。
【実施例】
【００６１】
実施例１
図１に示す熱処理炉２を用いて炭素繊維シート３０を製造した。
【００６２】
シート搬送方向の炉内長さは上流炉部１４で０．５ｍ、下流炉部分室２２ａで０．３ｍ、下流炉部分室２２ｂで０．３ｍ、下流炉部分室２２ｃで０．３ｍ、炉内幅は１．２ｍ、炉内高さは上流炉部１４で０．１５ｍ、下流炉部１６で０．７ｍであった。ガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの径は何れも０．０２５ｍであった。接圧ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃの径は何れも０．５ｍであった。
【００６３】
表１に示すように、炉２内は、窒素雰囲気下加熱し、上流炉部１４の温度を５００℃、下流炉部分室２２ａの温度を７００℃、下流炉部分室２２ｂの温度を８００℃、下流炉部分室２２ｃの温度を９００℃に調節した。
【００６４】
この熱処理炉２内を、厚さ０．４ｍｍ、幅１０００ｍｍ、目付２００ｇ／ｍ2の耐炎繊維シート(原反)を、ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃにおける接圧１５０Ｐａ、搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させた。
【００６５】
得られた中間シートは、厚さ０．３５ｍｍ(原反に対して８８％)、目付１３５ｇ／ｍ2(原反に対して６８％)、幅９１０ｍｍ(原反に対して９１％)のものであり、タールの付着、皺、うねりの無い高品位のものであった。よって、表１に示す中間シートの表面品位評価は◎であった。
【００６６】
更に、この中間シートを温度２０００℃の炭素化炉に搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させて熱処理した。得られた炭素繊維シートは、厚さ０．２５ｍｍ(原反に対して６３％)、目付９５ｇ／ｍ2(原反に対して４８％)、幅９００ｍｍ(原反に対して９０％)のものであり、タールの付着、皺、うねりの無い高品位のものであった。
【００６７】
実施例２
図２に示す熱処理炉３８を用いて炭素繊維シート３０を製造した。
【００６８】
シート搬送方向の炉内長さは上流炉部１４で０．５ｍ、下流炉部分室２２ａで０．３ｍ、下流炉部分室２２ｂで０．３ｍ、炉内幅は１．２ｍ、炉内高さは上流炉部１４で０．１５ｍ、下流炉部１６で０．７ｍであった。ガイドバー３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅの径は何れも０．０２５ｍであった。接圧ローラー２６ａ、２６ｂの径は何れも０．５ｍであった。
【００６９】
表１に示すように、炉３８内は、窒素雰囲気下加熱し、上流炉部１４の温度を５００℃、下流炉部分室２２ａの温度を７００℃、下流炉部分室２２ｂの温度を９００℃に調節した。
【００７０】
この熱処理炉３８内を、厚さ０．４ｍｍ、幅１０００ｍｍ、目付２００ｇ／ｍ2の耐炎繊維シート(原反)を、ローラー２６ａ、２６ｂ、２６ｃにおける接圧１５０Ｐａ、搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させた。
【００７１】
得られた中間シートは、厚さ０．３５ｍｍ(原反に対して８８％)、目付１３５ｇ／ｍ2(原反に対して６８％)、幅９１０ｍｍ(原反に対して９１％)のものであり、タールの付着、皺、うねりの無い高品位のものであった。よって、表１に示す中間シートの表面品位評価は◎であった。
【００７２】
更に、この中間シートを温度２０００℃の炭素化炉に搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させて熱処理した。得られた炭素繊維シートは、厚さ０．２５ｍｍ(原反に対して６３％)、目付９５ｇ／ｍ2(原反に対して４８％)、幅９００ｍｍ(原反に対して９０％)のものであり、タールの付着、皺、うねりの無い高品位のものであった。
【００７３】
実施例３
炉３８内における上流炉部１４の温度を５５０℃に調節した以外は、実施例２と同様に耐炎繊維シートを熱処理した。
【００７４】
その結果、得られた中間シートは、厚さ０．３５ｍｍ(原反に対して８８％)、目付１３５ｇ／ｍ2(原反に対して６８％)、幅９１０ｍｍ(原反に対して９１％)のものであり、皺、うねりの少なさは実施例１及び２程ではなかったが、タールの付着の無い高品位のものであった。よって、表１に示す中間シートの表面品位評価は○であった。
【００７５】
更に、この中間シートを温度２０００℃の炭素化炉に搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させて熱処理した。得られた炭素繊維シートは、厚さ０．２５ｍｍ(原反に対して６３％)、目付９５ｇ／ｍ2(原反に対して４８％)、幅９００ｍｍ(原反に対して９０％)のものであり、皺、うねりの少なさは実施例１及び２程ではなかったが、タールの付着の無い高品位のものであった。
【００７６】
比較例１
図４に示す熱処理炉６２を用いて炭素繊維シート３０を製造した。
【００７７】
シート搬送方向の炉内長さは上流炉部７６で０．５ｍ、下流炉部分室８４ａで０．３ｍ、下流炉部分室８４ｂで０．３ｍ、炉内幅は１．２ｍ、炉内高さは上流炉部７６、下流炉部８４ａ、下流炉部分室８４ｂを通じて０．７ｍであった。接圧ローラー９４ａ、９４ｂ、８８ａ、８８ｂの径は何れも０．５ｍであった。
【００７８】
表１に示すように、炉６２内は、窒素雰囲気下加熱し、上流炉部７６の温度を５００℃、下流炉部分室８４ａの温度を７００℃、下流炉部分室８４ｂの温度を９００℃に調節した。
【００７９】
この熱処理炉６２内を、厚さ０．４ｍｍ、幅１０００ｍｍ、目付２００ｇ／ｍ2の耐炎繊維シート(原反)を、ローラー９４ａ、９４ｂ、８８ａ、８８ｂにおける接圧１５０Ｐａ、搬送速度５０ｍ／ｈｒで搬送させた。
【００８０】
得られた中間シートは、厚さ０．３５ｍｍ(原反に対して８８％)、目付１３５ｇ／ｍ2(原反に対して６８％)、幅９１０ｍｍ(原反に対して９１％)のものであり、皺、うねりは少なかったが、タールが付着してシート表面品位が低下し、後工程の炭素化処理を続けることはできなかった。よって、表１に示す中間シートの表面品位評価は×であった。
【００８１】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の熱処理炉の一例を示す概略側面図である。
【図２】本発明の熱処理炉の他の例を示す概略側面図である。
【図３】本発明の熱処理炉の更に他の例を示す概略側面図である。
【図４】比較例１で用いた熱処理炉を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００８３】
２、４２、６２ 熱処理炉
４、６８ 原料薄層シート入口部
６、６６ 原料薄層シート入口部を有する上流側炉壁
８、６０、７２ 炭素繊維シート出口部
１０、５８、７０ 炭素繊維シート出口部を有する下流側炉壁
１２、２０ａ、２０ｂ、４４、７４、８２ａ 隔壁
１４、４６、７６ 上流炉部
１６、４８、７８ 下流炉部
１８、２４ａ、２４ｂ、５０、８０、８６ａ シート搬送窓
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、８４ａ、８４ｂ 下流炉部分室
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、５２、８８ａ、８８ｂ 面圧付与手段
２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、５４、９０ａ、９０ｂ 加熱手段
３０、５６、６４ 薄層シート
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ ガイドバー
３４、９６ 排ガス処理室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内を走行する原料薄層シートを熱処理して炭素繊維シートにする熱処理炉であって、炉の上流側に原料薄層シート入口部を形成した上流側炉壁と、炉の下流側に炭素繊維シート出口部を形成した下流側炉壁と、炉内を上流炉部と下流炉部とに仕切ると共にシート搬送窓を形成した隔壁と、上流炉部の上方及び／又は下方に備えた１以上の排ガス処理室と、下流炉部に備えた１以上の加熱手段と、上流炉部と下流炉部のうち下流炉部のみに設けられた１以上の面圧付与手段とを有する熱処理炉。
【請求項２】
面圧付与手段が接圧ローラーである請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項３】
上流炉部内に、走行する薄層シートを載置する１以上のガイドバーが設置されてなる請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項４】
原料薄層シートを支持するガイドバーを備えた中空炉内を無面圧で走行する原料薄層シートを熱処理する第１工程と、次いで面圧を負荷して薄層シートを熱処理する第２工程とを有する熱処理方法。
【請求項５】
中空炉内を無支持で走行する原料薄層シートを熱処理する第１工程と、次いで面圧を負荷して薄層シートを熱処理する第２工程とを有する熱処理方法。
【請求項１】
炉内を走行する原料薄層シートを熱処理して炭素繊維シートにする熱処理炉であって、炉の上流側に原料薄層シート入口部を形成した上流側炉壁と、炉の下流側に炭素繊維シート出口部を形成した下流側炉壁と、炉内を上流炉部と下流炉部とに仕切ると共にシート搬送窓を形成した隔壁と、上流炉部の上方及び／又は下方に備えた１以上の排ガス処理室と、下流炉部に備えた１以上の加熱手段と、上流炉部と下流炉部のうち下流炉部のみに設けられた１以上の面圧付与手段とを有する熱処理炉。
【請求項２】
面圧付与手段が接圧ローラーである請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項３】
上流炉部内に、走行する薄層シートを載置する１以上のガイドバーが設置されてなる請求項１に記載の熱処理炉。
【請求項４】
原料薄層シートを支持するガイドバーを備えた中空炉内を無面圧で走行する原料薄層シートを熱処理する第１工程と、次いで面圧を負荷して薄層シートを熱処理する第２工程とを有する熱処理方法。
【請求項５】
中空炉内を無支持で走行する原料薄層シートを熱処理する第１工程と、次いで面圧を負荷して薄層シートを熱処理する第２工程とを有する熱処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−８４９５３（Ｐ２００７−８４９５３Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７５０６５（Ｐ２００５−２７５０６５）
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２２日（２００５．９．２２）
【出願人】（０００００３０９０）東邦テナックス株式会社 (246)
【Ｆターム（参考）】
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