JP4565737B2

JP4565737B2 - Flameproof heat treatment equipment

Info

Publication number: JP4565737B2
Application number: JP2000365428A
Authority: JP
Inventors: 秀将石和; 正直山口
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Toho Rayon Co Ltd
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2010-10-20
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002161441A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はポリアクリロニトリル系炭素繊維等の製造の前工程に用いる耐炎化熱処理装置に関し、さらに詳述すればポリアクリロニトリル系繊維糸条等を耐炎化熱処理する耐炎化熱処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐炎化繊維はポリアクリロニトリル系繊維を２００℃〜３００℃の酸化性雰囲気中で熱処理することにより製造される。
【０００３】
ポリアクリロニトリル系繊維の耐炎化処理における反応は酸化・環化が同時に進行する発熱反応である。高温で熱処理を行えば反応がより速くなり、短時間処理が可能になる。しかし、急速に耐炎化処理を行うと、酸化反応に伴う反応熱が繊維内に蓄積しやすく、このため繊維内温度が急上昇し、糸切れや発火を伴う暴走反応が誘発され易い。
【０００４】
さらに、耐炎化処理は繊維を束ねた糸条の状態で行うのが通常で、耐炎化処理を施す糸条数が多い場合、繊維の反応熱を効率よく除去しなければ、高温、短時間で目的の耐炎化糸条を効率よく得ることはできない。
【０００５】
耐炎化処理に要する時間、並びにエネルギー消費量は極めて大きいので、耐炎化工程における生産性の向上は必要不可欠である。
【０００６】
図２は従来の耐炎化熱処理装置の一例を示す概略図で、（Ａ）は側面断面図、（Ｂ）は平面断面図である。図中５０は耐炎化熱処理装置で、熱処理室５２内には多数本の糸条５４が水平面に並んで走行している。前記熱処理室５２の両側面には、両側面を連通する熱風循環路５６が連結されている。熱処理室５２の一方の側面５７から、ヒーター５８で加熱された熱風がファン６０により熱処理室５２に送られ、ここで前記走行している糸条５４が耐炎化処理される。次いで熱風は他方の側面５９から熱風循環路５６に入り、これを通って前記ヒーター５８に循環されることを繰返す。
【０００７】
また、この熱処理装置は熱効率を高めるために、装置全体の外周が断熱材により覆われている。
【０００８】
なお熱風は、これを循環させることにより糸条を加熱すると同時に除熱する役割も担っている。従来は、上記の耐炎化処理装置等を用いて糸条の耐炎化処理が行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記耐炎化熱処理装置を用いてシート状の糸条を耐炎化処理する場合、糸条間に隙間が少ないため、糸条の酸化反応に伴って発生する反応熱が除熱されにくく、更に熱風上流側の糸条から発生した反応熱は熱風により熱風下流側に運ばれるため、下流側の糸条が高温になり、その結果下流側糸条が暴走反応を起こして発火する場合がある。
【００１０】
従って、本発明の目的とするところは、上述した問題点を解決した、より具体的には糸条の耐炎化処理を均一に行うことができ、品質を損うことなく生産性を向上させ得る耐炎化熱処理装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は従来よりも設置スペースの小さい新規熱風循環方式の耐炎化熱処理装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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。
【００１２】
〔１〕熱処理室内を走行するポリアクリロニトリル系繊維糸条を熱処理して耐炎化繊維を製造する耐炎化熱処理装置において、前記熱処理室内の糸条走行方向両側に沿って交互に熱風導入部及び熱風導出部を配設してなる耐炎化熱処理装置。
【００１３】
〔２〕熱処理室内を走行するポリアクリロニトリル系繊維糸条を熱処理して耐炎化繊維を製造する耐炎化熱処理装置において、前記熱処理室内を走行する糸条走行方向両側に沿って、２組のファンとヒーターとを有し前記糸条と交差して互いに逆方向に流れる熱風流を熱処理室に循環供給する熱風導入部及び熱風導出部を複数配設してなる耐炎化熱処理装置。
【００１４】
〔３〕互いに逆方向に流れる熱風流間に仕切板を配設してなる〔１〕又は〔２〕に記載の耐炎化熱処理装置。
【００１５】
〔４〕ヒーターが熱源に熱媒体を用いる〔１〕乃至〔３〕の何れかに記載の耐炎化熱処理装置。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図１を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１７】
図１（Ａ）は本発明の耐炎化熱処理装置の一例を示す概略側面断面図で、図１（Ｂ）は同平面断面図である。
【００１８】
図１中４０は耐炎化熱処理装置で、耐炎化熱処理装置４０の筐体２の内部に垂直に設けられた仕切板４により筐体２内は２分割され２個の熱処理室６ａ、６ｂが形成されている。
【００１９】
前記熱処理室６ａの一端には熱風導入部８ａが、また他端には熱風導出部１０ａが形成されており、前記熱風導入部８ａにはファン１２ａ、熱風導出部１０ａにはヒーター１６ａがそれぞれ配設されている。
【００２０】
同様に前記熱処理室６ｂにも、熱風導入部８ｂ、ファン１２ｂ、熱風導出部１０ｂ、ヒーター１６ｂがそれぞれ配設されている。
【００２１】
即ち、この耐炎化処理装置４０は２個の熱処理室６ａ、６ｂで１ユニットとなっており、２室における循環ファンとヒーターの位置関係は点対称の関係にある。
【００２２】
ヒーター１６ｂにより熱せられた熱風はファン１２ａにより熱風導入部８ａ、熱処理室６ａ、熱風導出部１０ａ、ヒーター１６ａ、ファン１２ｂ、熱風導入部８ｂ、熱処理室６ｂ、熱風導出部１０ｂを順次通過し、前記２室の中を循環させられる。
【００２３】
前記ファン１２ａ、１２ｂとしては特に制限がないが、軸流ファン等が好ましい。
【００２４】
ヒーター１６ａ、１６ｂも、特に制限がなく、電熱ヒーター、スチームや加熱流体等の加熱媒体を熱源として用いるヒーター等が例示できる。
【００２５】
複数の糸条（本図においては４本の糸条）２０は、筐体２に設けられた供給窓（不図示）を通って前記熱処理室６ａ、次いで仕切板４に形成された透過窓２２を通って熱処理室６ｂ、更に筐体に設けられた排出窓（不図示）を通って筐体２外方に走行するが、前記両熱処理室６ａ、６ｂを通過する際に、耐炎化処理が施される。
【００２６】
本例においては、水平に走行する糸条の走行方向両側に沿ってファンとヒーターを交互に設置しているため、いずれの側面からも同様に加熱、放熱がなされ、放熱バランスが同一となって、熱処理室の温度をほぼ均一にできる。また、２室の間に設置した仕切板は整流作用があり、熱風の循環をスムーズにする作用がある。さらに、熱風を水平方向に循環させるこの方法は、従来の垂直方向に熱風を循環させる方式と異なり、高さ方向に対する設置スペースの節約につながる。
【００２７】
なおこのユニットは、糸条の走行方向に沿って複数配列することが好ましい。
【００２８】
また、熱処理室内の風速及び温度は、処理条件や被処理糸条の基質により異なるが、一般的には耐炎化処理時に発生する膨大な発熱量の除去と、スモーク発生防止の観点から適宜決定される。
【００２９】
通常、熱風による糸条内部の蓄熱の抑制、排除の効果を十分なものとし、一方糸条が熱風により揺れすぎて糸条内の単繊維が擦れ合う結果、糸条が傷ついて性能、品質に悪影響を及すことを防ぐ観点から、熱風導入部、及び熱風導出部における熱風の風速は０．６ｍ／ｓ以上２．５ｍ／ｓ以下にする事が望ましい。
【００３０】
【実施例】
幅（糸条走行方向と直角方法）５００ｃｍ、奥行（糸条の走行方向）５００ｃｍ、高さ１００ｃｍの直方体の断熱筐体内に、ファン及び熱媒体としてオイルを用いるヒーターを２組配設し、幅方向に沿って中央に仕切板を設けたユニットを３個連設して耐炎化処理装置を構成した。
【００３１】
熱風導出部の風速を１．０ｍ／ｓに保ち、熱風導出部における温度を２５０℃に設置して熱処理室内の温度分布を測定した。その結果、熱処理室中央付近の温度は２６０℃、熱風導入部における温度は２７０℃であった。
【００３２】
この耐炎化処理装置にポリアクリロニトリル系繊維（２デニール）を４０００００本束ねた糸条を５ｍ／分の速度で供給した。糸条は２５０℃のゾーンと２７０℃のゾーンを交互に通過するため、糸条に与えられる熱履歴は平均的に２６０℃となる。従って、糸条は平均２６０℃の温度で熱処理されていることになる。
この耐炎化処理装置によって生産された耐炎化繊維の物性を調べたところ、この耐炎化糸条は走行ゾーンに関わらず密度斑がほとんどなく、物性も均一であることが確認できた。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は、熱風を繊維束の横方向両側から交互に循環させて糸条を加熱処理するようにしたので、ポリアクリロニトリル系繊維を均一に耐炎化処理することができ、更に異常に反応が進行する暴走反応を防止することができる。また、従来の耐炎化処理装置のように熱処理室の下方に熱風循環路を形成する必要がないので、装置の高さを低くすることができ、設置スペース、設備費用を節約することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の耐炎化熱処理装置の一例を示す（Ａ）は概略側面断面図、（Ｂ）は概略平面断面図である。
【図２】従来の耐炎化熱処理装置の（Ａ）は概略側面断面図、（Ｂ）は概略平面断面図である。
【符号の説明】
２筐体
４仕切板
６ａ、６ｂ熱処理室
８ａ、８ｂ熱風導入部
１０ａ、１０ｂ熱風導出部
１２ａ、１２ｂファン
１６ａ、１６ｂヒーター
２０糸条
２２透過窓
４０耐炎化熱処理装置
５０耐炎化熱処理装置
５２熱処理室
５４糸条
５６熱風循環路
５８ヒーター
６０ファン[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a flameproof heat treatment apparatus used in a pre-process for producing polyacrylonitrile-based carbon fibers and the like, and more particularly to a flameproof heat treatment apparatus for flameproofing heat treatment of polyacrylonitrile fiber yarns.
[0002]
[Prior art]
Flame-resistant fibers are produced by heat-treating polyacrylonitrile fibers in an oxidizing atmosphere at 200 ° C to 300 ° C.
[0003]
The reaction in the flameproofing treatment of polyacrylonitrile fiber is an exothermic reaction in which oxidation and cyclization proceed simultaneously. If the heat treatment is performed at a high temperature, the reaction becomes faster and the treatment can be performed for a short time. However, if the flameproofing treatment is performed rapidly, the reaction heat associated with the oxidation reaction tends to accumulate in the fiber, so that the temperature in the fiber rises rapidly, and a runaway reaction accompanied by yarn breakage or ignition tends to be induced.
[0004]
Furthermore, the flameproofing treatment is usually performed in the state of yarns bundled with fibers. When there are a large number of yarns subjected to flameproofing treatment, if the reaction heat of the fibers is not efficiently removed, it can be performed at a high temperature in a short time. The target flameproof yarn cannot be obtained efficiently.
[0005]
Since the time required for the flameproofing treatment and the energy consumption are extremely large, improvement in productivity in the flameproofing process is indispensable.
[0006]
2A and 2B are schematic views showing an example of a conventional flameproof heat treatment apparatus, in which FIG. 2A is a side sectional view and FIG. 2B is a plan sectional view. In the figure, reference numeral 50 denotes a flameproof heat treatment apparatus, and a large number of yarns 54 run in a horizontal plane in the heat treatment chamber 52. Hot air circulation paths 56 communicating with both side surfaces are connected to both side surfaces of the heat treatment chamber 52. Hot air heated by the heater 58 is sent from one side surface 57 of the heat treatment chamber 52 to the heat treatment chamber 52 by the fan 60, and the running yarn 54 is subjected to flame resistance treatment. Subsequently, the hot air enters the hot air circulation path 56 from the other side surface 59 and is circulated to the heater 58 through this.
[0007]
In addition, in order to increase the thermal efficiency of this heat treatment apparatus, the outer periphery of the entire apparatus is covered with a heat insulating material.
[0008]
The hot air also circulates and plays the role of removing heat at the same time as heating the yarn. Conventionally, the yarns are flameproofed using the flameproofing apparatus described above.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
When flame-proofing a sheet-like yarn using the above flame-resistant heat treatment apparatus, since there are few gaps between yarns, the reaction heat generated by the oxidation reaction of the yarn is not easily removed, and further upstream of hot air The reaction heat generated from the yarn on the side is carried to the hot air downstream side by the hot air, so that the yarn on the downstream side becomes high temperature, and as a result, the downstream yarn may cause a runaway reaction and ignite.
[0010]
Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, more specifically to perform uniform flameproofing treatment of the yarn, and to improve productivity without losing quality. It is to provide a flameproof heat treatment apparatus. Another object of the present invention is to provide a novel hot air circulation type flameproof heat treatment apparatus having a smaller installation space than conventional ones.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for achieving the above object is described below.
[0012]
[1] In a flameproof heat treatment apparatus for producing a flameproof fiber by heat treating a polyacrylonitrile fiber yarn running in a heat treatment chamber, hot air introduction sections and hot air derivations are alternately provided along both sides of the yarn running direction in the heat treatment chamber. Flame-resistant heat treatment apparatus comprising a portion.
[0013]
[2] In a flame resistant heat treatment apparatus for producing a flame resistant fiber by heat treating a polyacrylonitrile fiber yarn running in a heat treatment chamber, two sets of fans are provided along both sides of the yarn running direction running in the heat treatment chamber. A flameproof heat treatment apparatus having a heater and a plurality of hot air introduction sections and hot air outlet sections that circulate and supply hot air flows that flow in opposite directions across the yarn to the heat treatment chamber.
[0014]
[3] The flameproof heat treatment apparatus according to [1] or [2], wherein a partition plate is disposed between hot air flows flowing in opposite directions.
[0015]
[4] The flameproof heat treatment apparatus according to any one of [1] to [3], wherein the heater uses a heat medium as a heat source.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIG.
[0017]
FIG. 1A is a schematic side sectional view showing an example of a flameproof heat treatment apparatus of the present invention, and FIG. 1B is a plan sectional view of the same.
[0018]
In FIG. 1, reference numeral 40 denotes a flameproof heat treatment apparatus, and the inside of the casing 2 is divided into two by the partition plate 4 provided vertically inside the casing 2 of the flameproof heat treatment apparatus 40 to form two heat treatment chambers 6 a and 6 b. Has been.
[0019]
A hot air introduction part 8a is formed at one end of the heat treatment chamber 6a, and a hot air introduction part 10a is formed at the other end. The hot air introduction part 8a is provided with a fan 12a, and the hot air introduction part 10a is provided with a heater 16a. It is installed.
[0020]
Similarly, the heat treatment chamber 6b is also provided with a hot air introduction portion 8b, a fan 12b, a hot air derivation portion 10b, and a heater 16b.
[0021]
That is, the flameproofing apparatus 40 is composed of two heat treatment chambers 6a and 6b, and the positional relationship between the circulation fan and the heater in the two chambers is point-symmetric.
[0022]
The hot air heated by the heater 16b sequentially passes through the hot air introduction section 8a, the heat treatment chamber 6a, the hot air derivation section 10a, the heater 16a, the fan 12b, the hot air introduction section 8b, the heat treatment chamber 6b, and the hot air derivation section 10b by the fan 12a. It can be circulated in the two rooms.
[0023]
Although there is no restriction | limiting in particular as said fan 12a, 12b, An axial flow fan etc. are preferable.
[0024]
The heaters 16a and 16b are not particularly limited, and examples thereof include an electric heater, a heater using a heating medium such as steam or a heating fluid as a heat source, and the like.
[0025]
A plurality of yarns (four yarns in the figure) 20 pass through a supply window (not shown) provided in the housing 2, and then the heat treatment chamber 6 a and then a transmission window 22 formed in the partition plate 4. Through the heat treatment chamber 6b and further through a discharge window (not shown) provided in the housing, and travels outward from the housing 2, but when passing through both the heat treatment chambers 6a and 6b, flameproofing treatment is performed. Applied.
[0026]
In this example, fans and heaters are alternately installed along both sides of the running direction of the yarn running horizontally, so that heating and heat dissipation are performed in the same manner from both sides, and the heat dissipation balance is the same. The temperature of the heat treatment chamber can be made almost uniform. Moreover, the partition plate installed between the two chambers has a rectifying action, and has an action of smoothing the circulation of hot air. Furthermore, this method of circulating hot air in the horizontal direction leads to saving of installation space in the height direction, unlike the conventional method of circulating hot air in the vertical direction.
[0027]
In addition, it is preferable that a plurality of units are arranged along the running direction of the yarn.
[0028]
In addition, the wind speed and temperature in the heat treatment chamber vary depending on the treatment conditions and the substrate of the yarn to be treated, but are generally determined appropriately from the viewpoint of removing a large amount of heat generated during the flameproofing treatment and preventing smoke generation. The
[0029]
Usually, the effect of suppressing and eliminating heat accumulation inside the yarn by hot air is sufficient, while the yarn is swayed by hot air and the single fibers in the yarn rub against each other, resulting in damage to the yarn and adversely affecting performance and quality. From the viewpoint of preventing the hot air from flowing, it is desirable that the wind speed of the hot air in the hot air introducing portion and the hot air deriving portion is 0.6 m / s or more and 2.5 m / s or less.
[0030]
【Example】
Two sets of heaters that use oil as a heat medium and a fan are arranged in a rectangular parallelepiped heat insulation case having a width (a method perpendicular to the yarn running direction) of 500 cm, a depth (yarn running direction) of 500 cm, and a height of 100 cm. Three units having a partition plate at the center along the direction were connected in series to form a flameproofing apparatus.
[0031]
The temperature of the hot air derivation part was kept at 1.0 m / s, the temperature in the hot air derivation part was set at 250 ° C., and the temperature distribution in the heat treatment chamber was measured. As a result, the temperature near the center of the heat treatment chamber was 260 ° C., and the temperature at the hot air introduction portion was 270 ° C.
[0032]
A yarn in which 400,000 polyacrylonitrile fibers (2 denier) were bundled was supplied to this flameproofing apparatus at a speed of 5 m / min. Since the yarn passes alternately through the 250 ° C. zone and the 270 ° C. zone, the thermal history given to the yarn is 260 ° C. on average. Therefore, the yarn is heat-treated at an average temperature of 260 ° C.
When the physical properties of the flame-resistant fiber produced by this flame-resistant treatment apparatus were examined, it was confirmed that the flame-resistant yarn had almost no density spots and the physical properties were uniform regardless of the traveling zone.
[0033]
【The invention's effect】
In the present invention, hot air is alternately circulated from both lateral sides of the fiber bundle to heat the yarn, so that the polyacrylonitrile fiber can be uniformly flame-resistant and the reaction proceeds abnormally. Runaway reaction can be prevented. In addition, since it is not necessary to form a hot air circulation path below the heat treatment chamber as in the conventional flameproofing apparatus, the height of the apparatus can be reduced, and installation space and equipment costs can be saved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a schematic side sectional view showing an example of a flameproof heat treatment apparatus of the present invention, and FIG.
2A is a schematic side cross-sectional view, and FIG. 2B is a schematic plan cross-sectional view of a conventional flameproof heat treatment apparatus.
[Explanation of symbols]
2 Housing 4 Partition plates 6a and 6b Heat treatment chambers 8a and 8b Hot air introduction units 10a and 10b Hot air extraction units 12a and 12b Fans 16a and 16b Heater 20 Thread 22 Transmission window 40 Flame resistant heat treatment device 50 Flame resistance heat treatment device 52 Heat treatment chamber 54 Thread 56 Hot air circulation path 58 Heater 60 Fan

Claims

熱処理室内を走行するポリアクリロニトリル系繊維糸条を熱処理して耐炎化繊維を製造する耐炎化熱処理装置において、前記熱処理室内を水平に走行する複数の糸条の走行方向に沿って水平方向に交互に熱風導入部及び熱風導出部を配設してなる耐炎化熱処理装置。In a flame resistant heat treatment apparatus for producing a flameproof fiber by heat treating a polyacrylonitrile fiber yarn traveling in a heat treatment chamber , alternately in a horizontal direction along a traveling direction of a plurality of yarns traveling horizontally in the heat treatment chamber A flameproof heat treatment apparatus provided with a hot air introduction part and a hot air lead-out part.

熱処理室内を走行するポリアクリロニトリル系繊維糸条を熱処理して耐炎化繊維を製造する耐炎化熱処理装置において、前記熱処理室内を水平に走行する複数の糸条の走行方向に沿って水平方向に熱風を循環させる２組のファンとヒーターとを有し、熱処理室内で前記糸条と交差して互いに逆方向に流れる熱風流を熱処理室に循環供給する熱風導入部及び熱風導出部を有するユニットを複数配設してなる耐炎化熱処理装置。In oxidization heat treatment apparatus and heat-treated polyacrylonitrile fiber yarn traveling the heat treatment chamber for producing a flame-resistant fiber, hot air in the horizontal direction along the travel Direction of a plurality of yarns traveling on the heat treatment chamber horizontally and a two sets of fans and a heater for circulating the plurality of units having the yarn circularly supplying hot air introduction portion into the heat treatment chamber crossed by hot air flowing in opposite directions with and a hot air outlet portion in the heat treatment chamber A flameproof heat treatment apparatus provided.

互いに逆方向に流れる熱風流間に仕切板を配設してなる請求項１又は２に記載の耐炎化熱処理装置。 The flameproof heat treatment apparatus according to claim 1 or 2, wherein a partition plate is disposed between hot air flows flowing in opposite directions.

ヒーターが熱源に熱媒体を用いる請求項１乃至３の何れかに記載の耐炎化熱処理装置。 The flameproof heat treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the heater uses a heat medium as a heat source.