[发明专利]碳纤维前体丙烯腈系纤维束、其一部分的热氧化处理方法、热氧化处理炉、以及碳纤维束的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及在其一部分具有高密度部的碳纤维前体丙烯腈系纤维束、用于获得该碳纤维前体丙烯腈系纤维束的热氧化处理炉、以及碳纤维束的制造方法。

背景技术

一直以来，丙烯腈系纤维束纱条广泛用作制造碳纤维束的前体。作为碳纤维束的制造方法，已知有如下的方法：通过将丙烯腈系纤维束纱条在200～300℃的氧化性气氛中进行加热处理的预氧化工序而制成为预氧化纤维束后，接着通过在1000℃以上的非活性气氛中进行加热处理的碳化工序而获得碳纤维束。

这样获得的碳纤维束具备有各种优异的物性，因而广泛用作各种纤维增强复合材料等的增强用纤维。碳纤维束除了用于以往的航空器、运动用品的用途之外，还被用于建筑、土木、能源相关的产业用途，其需求在急速地增长。为了进一步扩大该需求，因而期望着以更低的成本供给碳纤维束。

一般而言，碳纤维制造用的丙烯腈系纤维束等的前体纱条以卷在绕线管(bobbin)等的形态、或者折叠并且层叠于箱体的形态进行供给。将该收纳形态的前体纱条供给至预氧化工序、碳化工序等各种烧成工序。为了降低碳纤维束的制造成本，为了提高烧成工序中的操作性，因而必须在将这些前体纱条供给至烧成工序而制造碳纤维束时，将多根前体纱条进行连结而连续性地供给至烧成工序。因此，已知有将处于上述收纳形态的前体纱条的后端与后续的前体纱条的前端进行连结的技术(专利文献1～3)。

在专利文献2中，为了防止因在纱条的连结部产生的蓄热等而导致在烧成中的纱线断裂(fiber breakage)，因而提出了一种使用通过将前体纱条的后端或后续的前体纱条的前端，或者它们的两端进行预氧化处理(热氧化处理)而得到的纱条的方法。在专利文献1中，提出了一种在将先行的前体纱条的后端连结于后续的前体纱条的前端时，使用预先进行了预氧化处理的纱条的方法。在专利文献3中，提出了一种使用预先进行了预热处理的纱条并且使用特殊的连结方式的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-144534号公报

专利文献2：日本特开2008-150733号公报

专利文献3：日本特开昭56-37315号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在专利文献1或者专利文献3中记载的碳纤维前体丙烯腈系纤维束的端部的预氧化处理方法中，进行了预氧化的端部的密度低至1.30g/cm³。在预氧化工序中，由此使得纤维束彼此的连结部分容易因氧化反应而引起发热，另外由于厚度厚，因而容易引起蓄热。因此，该纤维束不能顺利地通过加热温度高、工序张力高的预氧化工序。另外，在专利文献2中，在实施例1中以250℃这样的高的温度且47分钟这样的短时间进行着碳纤维前体丙烯腈系纤维束的端部的预氧化处理，但由于这是临近能烧断纤维束的温度，因而无法安全且稳定地进行预氧化处理。

由此，在上述专利文献中记载的方法中，为了使丙烯腈系纤维束的连结部分能够顺利地通过预氧化工序和碳化工序这两工序，必须降低在加热温度及工序张力高的预氧化工序以及工序张力高的碳化工序这两工序中的丙烯腈系纤维束的伸长率。其另一方面，如果缓和前述两工序的加热温度及工序张力的条件，则难以进行碳纤维束的高速生产。

本发明的目的在于提供一种可顺利地通过加热温度及工序张力高的预氧化工序以及工序张力高的碳化工序这两工序的、具有纤维束彼此的连结部的碳纤维前体丙烯腈系纤维束。此外，提供一种可在短时间将碳纤维前体丙烯腈系纤维束的长度方向的端部进行热氧化处理而形成高密度部的热氧化处理炉以及热氧化处理方法。

用于解决课题的方法

前述课题通过以下的本发明[1]～[16]而解决。

[1]一种碳纤维前体丙烯腈系纤维束，为在其一部分具有高密度部并且前述高密度部满足以下的条件A以及条件B的碳纤维前体丙烯腈系纤维束。

条件A：前述高密度部的最大丝密度ρ_max为1.33g/cm³以上。

条件B：在中间密度点与最大密度区域到达点之间，丝密度的增加量为每10mm长的纤维束1.3×10^-2g/cm³以下。