JPS59116423A - 耐炎化繊維もしくは炭素繊維の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアクリル系繊維からの耐炎化繊維又は炭素繊維
の製造プロセスにおいて、前駆体のアクリル系繊維の酸
化雰囲気中での加熱に伴う該繊維に含有される油剤等の
蒸発物及びこれら油剤並びに繊維の酸化反応に伴う熱分
解生成物に起因するトラブルを防止し、高品位、高品質
の耐炎化繊維もしくは炭素繊維を効率的に与える製造法
に関するものである。

従来、耐炎化又は炭素繊維はアクリル系繊維やピンチ系
繊維を代表とする各種の前駆体（以下、プレカーサとい
う）を酸化雰囲気中で加熱して熱安定化して耐炎化繊維
とするか１．該耐炎化繊維をさらに高温の不活性雰囲気
中で加熱して炭化し、炭素繊維に転換することにより製
造される。

このような耐炎化あるいは炭素繊維の製造法において、
アクリル系繊維のように、その製糸工程で油剤等で処理
された繊維が、前記酸化雰囲気中での加熱工程、すなわ
ち酸化工程で加熱されると、該繊維の酸化反応による熱
分解物と共に前記油剤及びその熱分解物が酸化雰囲気中
に放出されるために、これらの油剤や熱分解物を処理し
て無害化する必要があり、該酸化工程における酸化雰囲
気温加熱に加えて、この排ガス処理のだめのエネルギー
消費は莫大なものがあり、その省エネルギー化は工業上
極めて重要である。さらに加えて、酸化雰囲気中に含１
れるプレカーサから蒸発・分解した油剤、特にシリコー
ン系油剤やプレカーサの熱分解物、特′にタール状物は
、該酸化工程から排出される排ガスの酸化触媒処理にお
いて触媒寿命を急激に低下させたり、耐炎化繊維の単糸
相互間を融着させ、不均一耐炎化の原因になったりする
という問題がある。

前者の酸化工程の省エネルギー化の手段として、特開昭
５７−２５．４．１７号公報には、酸化工程からの排ガ
スを触媒処理した後酸化工程に循環再利用する方法が開
示されているが、この方法は後者のシリコーン系油剤処
理プレカーサ媒に対して強い被毒作用を有するものを含
む排ガス処理にも適用し得る方法について鋭意検討を行
って本発明を見出に到ったものである。すなわち、本発
明は、前記プレカーサを酸化雰囲気中で加熱し、酸化繊
維に転換するに当って、該酸化工程を少くとも２段階に
分割し、この分割された各酸化工程にそれぞれ独立して
酸化雰囲気を供給し、かつ分割された最初の酸化工程に
は、少くとも第２段以降の酸化工程から排出される排出
ガス又は該排ガスと新鮮酸化気体との混合ガスを供給す
ることを特徴とする。

本発明において、少くとも２段階に分９割された酸化工
程の最初の酸化工程、すなわち、プレカーサが最初に酸
化雰囲気で加熱される第１段工程には、第２段以降の酸
化工程から排出される排ガスもしくは該排ガスに新鮮な
酸化性気体、通常新鮮空気を混合した気体が供給される
。すなわち、このような多段酸化工程においては前段か
ら後段にゆくにつれて、酸化雰囲気温度を高くする必要
があるので、該最初の酸化工程に供給する排ガスの温度
は加熱する必要がないが、新鮮空気等を混合する場合も
加熱に要する熱エネルギーを著しく小さくすることがで
きる。そして、重要なことは後述するように、本発明に
おいて、最初の酸化工程の条件を該酸化工程を経た後の
繊維（不完全な酸化状態にある）の含有水分率が約２〜
４重量優になるように制御することによって、酸化工程
において該プレカーサから発生する油剤に由来するタ／
−ル状物を実質的に完全に除去できることである。した
がって、本発明の酸化工程において、第２段以降の酸化
工程においては、プレカーサ、正確には不完全もしくは
部分酸化繊維の酸化に伴って発生する熱分解物の量は極
めて少く、シかも排ガスの触媒処理の障害となるシリコ
ーン系油剤および該油剤の熱分解物並びにタール状物の
含有量も著しく低減する。したがってこれら第２段以降
の酸化工程から排出される排ガスの酸化触媒処理の寿命
が大きく延長され、かつ第２段酸化工程以降におけるタ
ール状物に起因する酸化処理工程での糸切れ発生等を防
止することができる。本発明において、分割されるべき
酸化工程の段数は特に限定されないが通常は２−４段が
よく、４段を越えると装置の設計上工業的に不利である
。

ここで、分割された最初の酸化工程条件として該工程を
経たプレカーサの含有水分率が約２〜４％に達する条件
とした根拠は次の事実にもとづいている。

すなわち、第１図は、プレカーサのシリコーン系油剤を
付与したアクリル系繊維を酸化雰囲気中で加熱した場合
の該アクリル系繊維、の含有　−水分率（該繊維の酸化
の程度を示す１尺度である）′と該繊維から発生するシ
リコーン系油剤および該油剤並びに繊維の熱分解生成物
の量との関係を示す図で、Ｓは酸化工程で蒸発および熱
分解するシリコーン系油剤の発生量、Ｔは酸化工程での
タール状物発生量を示す。

図から、該酸化工程におけるこれら発生物の量は、酸化
工程の初期に発生し、経時的にその量は減少傾向を示す
ことが判る。

特に、シリコーン系油剤およびその熱分解物である低分
子量シリコーンも繊維自体の熱分解物と同様に酸化初期
、特にアクリル系繊維の含有水分率が約２−４係に達し
た時点で実質的に大半を除去することが可能になるので
ある。すなわち、本発明において、分割された最初の酸
化段階の条件として、プレカーサの含有水分率が約２〜
４％になるように設定するときは、この段階で該プレカ
ーサから発生する熱分解物の大半を除去することができ
、しかもかかる範囲の水分率を有する繊維とした場合に
は、該熱分解物によるプレカーサの単糸間融着や不均一
酸化の問題も最初の酸化段階では特に問題とならず、こ
のような融着や不均一酸化が生じても第２段以降の酸化
により実質的に解消することができ、得られる耐炎化お
よび炭素繊維の品位、品質上の欠点を生じることがない
のである。

次に、本発明においては、分割された各酸化工程に供給
される酸化雰囲気がそれぞれ独立して供給される。この
酸化雰囲気の供給を分割した各酸化工程毎に独立させる
ことによって、各工程から排出される排ガスを独立して
処理するとして利用でき、省エネルギーの点で極めて有
効になるのである。特に、本発明の分割された最初の酸
化工程には第２段以降の酸化工程から排出される排ガス
をそのま＼酸化雰囲気として利用することができ、この
最初の酸化工程に供給する酸化雰囲気の加温の必要がほ
とんどなく、温度コントロールが極めて容易になり、工
程的メリットも大きい。かかる点では第２段の酸化工程
に第３段の酸化工程から排出される排ガスを供給しても
よく、このような場合には最終段の酸化工程に供給する
酸化雰囲気だけを加熱するだけで済ませることも可能に
なるのである。

そして、この分割された最初の酸化工程から排出される
排ガスはそのま＼直接、燃焼させることができ、かつ第
２段以降の酸化工程から排出される排ガス中に含まれる
シリコーン系油剤やタール状物の含有量が少ないので、
触媒処理しても該触媒の寿命を短かくすることが少ない
ので排ガス処理としても工程的、エネルギー的に有利と
なる。

以下、本発明の具体的態様を図面により説明する。

第２図は本発明の酸化工程の１例を示すフローチャート
図である。

図において、０はプレカーサ、（１）、（２）はそれぞ
れ第１段（最初）および第２段酸化炉、（３）は新鮮外
気供気ライン、（４）　、　（４）’は給気調節バルブ
、（５）　、　（５）’はヒータ、（６）　、　（６’
）および（９）はブロワ−１（７）　、　（７’）は循
環ガス供給ライン、（８）。

（８′）は循環ガス抜出ライン、（１０）は排気ガス調
節バルブ、（１１）は排気ライン、（１２）は排ガス処
理設備、（１３）は大気放出ラインである。

図に示すようにプレカーサ（０）は２段に分割された酸
化炉（１）　、　（２）で酸化される。

炉（２）の循環ガス抜出ライン（８′）と給気調節バル
ブ（４勺で給気量を調節された外気供気ライン（３）か
らの新鮮空気との混合ガスは、ヒータ（５′）で所定温
度に加熱され、ブロワ−（６勺により循環ガス供給ライ
ン（７／）を経て、二つに分割され、その一方の排気ガ
スは酸化炉（２）に供給される。

残りの該排気ガスは炉（１）の循環ガスと混合し、炉（
１）に供給される。

他方、炉（１）の循環ガス抜出ライン（８）を経たガま
たは外気供気ライン（３）からの新鮮空気と混合してヒ
ータ（５）で所定温度に加熱され、ブロワ−（６）によ
って循環ガス供給ライン（７）を通して炉（１）内に供
給されるが前記したように該供給ライン（７）において
は炉（２）からの分割された排ガスが混合されている。

また、炉（１）の排ガスの１部は、排ガス調節バルブ（
１０）により排気量を調節して排気ライン（ｎ）を経て
排ガス処理設備で通常は直燃処理され、大気放出ライン
（１３）を経て排気される。

次に第３図、第４図は本発明の他の酸化工程の例を示す
フローチャート図である。

第６図は炉（１）の容積を炉（２）の容積より小さくし
た場合で、炉（１）／炉（２）の容積比は、たとえば１
／２〜１１５が挙げられるが特に限定されるものではな
い。

このような炉形状を酸化工程に適用した場合は、炉（１
）の炉内温度斑減少の効果が高まるとともに、連続運転
により、炉（１）の糸条出入口部に付着したタール状物
の除去清掃が容易となるメリットを有する。

第４図は酸化工程を６段に設けるとともに、炉内容積を
順次大きくし、炉に）および炉（３）の酸化工程からの
排気ガスのそれぞれ分害しされた一方のガスが、炉（１
）の循環ガスと混合して使用される例である。

この場合、これら各炉の容積比は 炉（１）／炉（２）／炉（１４）　＝　［Ｌ　２　／　
［Ｌ　８　／　１〜［Ｌ５／［１６／１ が一般的であるが、特に限定されるものではない。

第５図は従来の酸化工程を示すフローチャート図でおる
。

以下に本発明の効果を実施例により具体的に説明するっ
なお、酸化性雰囲気中のタール、耐炎化糸の毛羽および
耐炎化糸の水分率は次の方法によって測定した。

（１）　　タール状物 酸化芥囲気ガスを２００℃に保温した導管で尋ひき、活
性炭にタール状物を職層させ、鉄層６１Ｓ銑の活性、炭
の重−増により求める。

（２）耐炎化糸の毛羽 ６０００　デニール６０００フイシメントより成る耐炎
化糸を白色紙の上におき、１ｍの間の毛羽の数を計１１
する。

（３）水分率 耐炎化糸を硫酸アンモニウム水溶液のデシケータ−（２
５℃で８１％恒湿）中に入れ、１６時間吸湿させた後の
吸着水分率を求める。

実施例１．比較例１ 炭化水素系油剤を６．０重量％付与したアクリル系繊維
を毎時１００Ｋｇの割合で連続的に供給し第２．ろ、４
および５図に示すフローに従ってそれぞれ酸化処理した
。この時の酸化条件、得られた耐炎化糸の毛羽、操業性
およびエネルギー消費量などについて調べた結果を第１
表に示す。なお排ガス処理は、灯油を助燃剤として排ガ
スに混合し、直燃処理とした。

第１表に示すように本発明を適用−したテストＮα１．
２．３は、いずれもエネルギー消費が少ない。ｊた第１
段酸化工程の処理時間が短かいテストＮ１１２およびテ
ス）　Ｎ［Ｌ　３は、該第１段酸化工程出入ロ部分にタ
ール状物がたまりにくく、したがって焼成中の糸条への
再付着も少なく耐炎化糸の品位が良好であった。

さらに本発明を適用した排ガス処理における灯油消費量
も少ないという効果が認められた。

以下余白 実施例２．比較例２ 実施例１および比較例１と同じアクリル系繊維にシリコ
ーン油剤としてジメチルアミノンロキサン２０重量部、
炭化水素系油剤８０重量部とからなる配合油剤を用い、
該油剤を２．５重量％付与した以外は実施例１．比較例
１の対応フロー図の酸化条件と同様にして焼成した。な
お排ガス処理は、灯油を助燃剤として排ガスに混合し、
直燃処理した。

得られた耐炎化糸の毛羽、操業性およびエネルギー消費
量などについて結果を第２表に示す。

第２表に示すように本発明を適用したテストＮａ４，５
．６はエネルギー消費が少ない。また第１段の酸化工程
の処理時間が短かいテストＮ［Ｌ５．６は耐炎化糸の毛
羽および操業性が良好であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化雰囲気中でアクリル系繊維を加熱した場合
の繊維の含有水分率と該繊維から発生するプリコーン系
油剤および該油剤並びに繊維の熱分解生成物の量との関
係を示す図である第２図は本発明の酸化工程の例を示す
フローチャート図、蜂だ第６図、第４図はそれぞれ本発
明にかかる酸化工程の他の例を示すフローチャート図で
ある。第５図は従来の酸化工程を示すフローチャート図
である。 ０　　　　　・・・・・・　プレカーサ、１　　　　・
　　第１段酸化炉、 ２　　　　　・・・・・・第２段酸化炉、６　　　　・
・・・・・・・新鮮外気供気ライン、４、４’、　４“
・　・・・給気調節バルブ、Ｓ、　Ｓ／、　Ｓ／／　　
　・・・・・・・・　ヒータ、６、６／、　６／／　　
・・・・・・・　ブロワ−１７、７／　、　７／／　　
　・−・・・循環ガス供給ライン、Ｓ、　Ｓ／　、　Ｓ
／／・−・・・・・　循環ガス抜出ライン、９１９′　
　　・　・　・　ブロワ−１１０、１０’　　　・・・
・・　排ガス調節バルブ、１１　　　　　・・・　　排
気ライン、１２　　　　　・・・・　・・・・排ガス処
理設備、１３　　　　・・・・・・・・・　大気放出ラ
イン、１４　　　　・・・・・・・・　　第６段酸化炉
、Ｓ　　　　・・・・・・酸化工程で蒸発および熱分解
するシリコーン系油 剤の発生量、 Ｔ　　　　・・・・・・・　酸化工程でのタール状物発
生量、 特許出願人　東し株式会社 ｄロ工ヒイヒコ＃３２σ会巳の水損）ノシｆ％）第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　アクリル系繊維を前駆体として、２００〜６
   ００℃の酸化雰囲気中で加熱し、得られた酸化繊維をよ
   り高温の不活性雰囲気中で加熱して炭素繊維を製造する
   に際して、該前駆体を酸化雰囲気中で加熱する酸化工程
   を少くとも２段階に分割し、この分割された各酸化工程
   に供給する酸化性気体をそれぞれ独立に供給すると共に
   、第１段の酸化工程には、少くとも第２段以降の酸化工
   程から、排出される排気ガスまたは該排気ガスと新鮮な
   酸化性気体との混合ガスを供給することを特徴とする耐
   炎化繊維もしくは炭素繊維の製造法。 （２、特許請求の範囲第１項において、アクリル系繊維
   がシリコーン系油剤で処理された繊維である耐炎化繊維
   もしくは炭素繊維の製造法。 （３）特許請求の範囲第１，２項において、最初の酸化
   工程を経由した後の繊維の含有水分率が約２〜４重量％
   である耐炎化繊維もしくは炭素繊維の製造法。