JPH0424264A - 開繊性の優れた無撚炭素繊維パッケージ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は開繊性の優れた無撚炭素繊維パッケージに関す
る。

［従来の技術］ 炭素繊維束はその優れた特性、すなわち高比強度、高比
弾性率などを活かし、各種プラスチックの補強用繊維と
して、航空機やスポーツ用品等の産業分野で広く用いら
れている。一般にこれらの用途に使用される炭素繊維束
は、−旦エボキシ樹脂や不飽和ポリエステルなどの樹脂
組成物を含浸させ、一方向に引揃え、薄いシート状のプ
リプレグに加工した後、さらに高次の各種成形加工に供
されている。

近年用途の多様化や成型品の軽量化志向および高性能化
志向に伴ない、プリプレグの薄物化や厚みの均一化の要
求が強まってきた。こうした背景から、プリプレグの原
料となる炭素繊維束についても、開繊性の向上が強く要
請されるようになり、このため繊維束を開繊する技術、
あるいは予め開繊処理を施し糸幅の広いかつ均一な炭素
繊維束を製造する技術が種々提案されている。例えば繊
維束を円柱体の軸方向に振動させつつ走行させて開繊す
る（特開昭５６−４３４３５号公報）、繊維束を溶剤中
または溶剤で膨潤させた状態で局面を有する基材の表面
にそわせて張力をかけながら連続的に引取ることにより
開繊する（特開昭５８１７２５号公報）、あるいはサイ
ジング処理後にホットロールを用いて乾燥処理し、繊維
束をテプ状に拡げる（特開平１−２９２０３８号公報）
などが知られている。

一般に炭素繊維束は、−旦ボビンに巻き取られ、プリプ
レグなどの加工工程の際に解舒して使用されるが、炭素
繊維束をボビンに巻き取るには繊維束を綾振りさせなが
ら巻き上げる機構のワインダーが採用されている。

しかるに、通常の炭素繊維束は綾振りに伴ない、特にパ
ッケージ端部において折り曲げられたり。

撚が入ったり、あるいは糸幅が狭められたりするなど、
形態変化を受けるため、今日までは開繊性を向上させる
ため実施した繊維束の拡幅処理の効果が、巻き取り時の
綾振りによって十分発揮されていなかったのが実状であ
る。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解消すること
、すなわち開繊性の優れた炭素繊維束を提供することに
ある。また他の課題は炭素繊維プリプレグの品質、品位
の向上と共に、ブリプレグ工程の作業性や生産性の向上
を図ることにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の上記課題は、本文中に定義するに値が１０ｃｍ
以上の無撚炭素繊維束であって、該繊維束を巻取ったパ
ッケージ端部の綾振折返し部の糸幅Ａと該パッケージ中
央部の糸幅Ｂが実質的に等しい関係に保たれた無撚炭素
繊維パッケージによって解決することができる。

すなわち、本発明の炭素繊維パッケージにおいて、炭素
繊維束とは無撚であって従来公知のアクリロニトリル系
、レーヨン系およびピッチ系等の炭素繊維あるいは黒鉛
系をすべて包含する。

また本発明の炭素繊維束はその剛性を表わすに値が１０
ｃｍ以上、好ましくは１２ｃｍ以上である。

このに値が１０ａｎに達しないと、巻き取りおよび解舒
時の綾振りの際に、繊維束内の単糸の移動が起き易くて
繊維束アライメントの乱れが生じ、糸幅の狭幅化や局部
的な撚の混入などの問題が生じる。

ここでいうに値とは、次のように定義される。

すなわち、第３図はに値の測定装置を示す概略図であり
、ａは炭素繊維束試料、ｂは測定台（θ＝９００）、ｂ
−は測定台の一面、Ｃは繊維束固定治具である。

炭素繊維束試料ａに約０．００５ｇ／ｄの荷重をつけ、
２２±３℃、６０±５％ＲＨに保持された場所に約１０
〜１５分間吊り下げておく。なお、この炭素繊維束試料
ａは、ワイングー綾振りガイドで処理される以前の段階
で採取されたものを用いる。

この炭素繊維束試料ａを図示するように測定台すの上に
取付け、繊維束をセロファンテープなとのような繊維束
固定治具Ｃでもって固定する。この場合の測定台すのｂ
′面と繊維束先端までの至近距離を測定し、Ｋ値（ａｍ
）とするのである。なお、測定台すにおけるｂ−面と繊
維束先端までの試料長は２５ａｎとする。

また本発明の炭素繊維パッケージは、繊維束を巻取った
パッケージ端部の綾振折返し部の糸幅Ａと該パッケージ
中央部の糸幅Ｂが実質的に等しい関係にあることが重要
である。

すなわち、通常の炭素繊維パッケージはその端部ては一
般の綾振機構との関連で繊維束の表裏が反転したり、糸
幅が狭幅化された状態で巻き取られる。このため繊維束
には局部的な捩れか生じ、この部分の繊維束は拡幅され
ず、繊維束全体としての開繊性に斑が生じる。この間縁
辺は繊維束の擦過度合を上げることによっである程度解
消できるが、その反面毛羽の発生が増大することになる
。

これに対して、本発明の炭素繊維パッケージは、このよ
うなパッケージ端部に当る繊維束を反転させることなく
巻き上げる、すなわちパッケージ端部の綾振折返し部付
近の糸幅Ａと該パッケージ中央部付近の糸幅Ｂが実質的
に等しい関係、好ましくはＡ≧ＢＸ０．９の関係を維持
するものである。

これによって本発明のパッケージは開縁辺や毛羽のない
炭素繊維束のパッケージとなり、またこのような炭素繊
維束をブリプレグ工程に供すれば、薄物およびは厚みの
均一性に優れた。付加価値の高いプリプレグを効率的に
製造することが可能になる。

次に、本発明の炭素繊維パッケージの製造例として、ア
クリル系炭素繊維パッケージについて説明する。

ます、アクリル系炭素繊維はプリカーサ−として公知の
無撚アクリル系繊維を用いるか、好ましくは単糸相互の
拘束力に優れる表面平滑な繊維、あるいは例えば特公昭
６０−５９３２３号公報に開示する如き、無撚の状態の
アクリル系繊維を高圧空により交絡処理せしめた繊維で
ある。

これらのプリカーサ−は通常の酸化性雰囲気下および不
活性雰囲気下で焼成、炭素化した後、表面処理、サイジ
ング処理および乾燥などの後処理を行なう。

炭素繊維束のに値を１０ｃｍ以上に保持するためには、
たとえば炭素繊維束のサイジング処理においてエポキシ
系サイジング剤を用い、その後の乾燥処理を２００℃以
上の高温で行なうなどが効果的である。

この際、プリカーサ−の焼成および得られた炭素繊維の
後処理等は実質的に無撚の状態で行なわれる。また炭素
繊維束の糸幅を拡幅化かつ均一化するためには、サイジ
ング処理した炭素繊維束の乾燥処理において、特開昭１
−２９２０３８号公報記載のホットロール方式を採用す
る等が効果的である。

また本発明の炭素繊維パッケージにおいて、パッケージ
端部の綾振折返し部の糸幅Ａとそのパッケージ中央部の
糸幅Ｂが実質的に等しい関係を保つためには、炭素繊維
束の巻き取り条件の最適化が重要であり、以下好適な炭
素繊維東巻取り例を、図面を参照しながら説明する。

第１図は本発明におけるワイングーに装備された好適な
綾振りガイド装置の一例を示したもので、図中、１は炭
素繊維束、２〜７は綾振りガイドローラ群、８は炭素繊
維パッケージ、８″は巻取りボビンである。

テープ状の炭素繊維束は巻取りボビン軸に平行して綾振
りしているカイトローラ１に導かれる。

この炭素繊維束は隣接するカイトローラに対して約２０
°の角度をなす５本のガイドローラ群に順次案内される
。すなわち、ワイングーに供給される炭素繊維束は各カ
イトローラ間で約２０°づつ捻られながら進み、合計約
１００°捻られた後、カイトローラ６とボビンの間で−
１０°捻り戻されてホビン上に綾振りしながら巻き取ら
れる。

一般に炭素繊維束はガイドによる毛羽立ちか生じ易く、
このため案内ガイドとしてはガイドローラが最も好適で
ある。またガイドローラは滑らかに回転するもの、すな
わち回転抵抗の小さいものが好ましい。さらに毛羽など
による回転不良を起しにくい構造が好ましい。

このような綾振りガイド装置を採用することによって、
特にパッケージ端部において炭素繊維束の表裏か反転す
ることがなく、従って、繊維束の間縁辺が大幅に減少し
、またブリプレグ工程での拡幅等が確実に行なえるよう
になる。

［実施例］ 以下、本発明を実施例により、さらに具体的にに説明す
る。

なお、本例中、炭素繊維パッケージに巻き取られた炭素
繊維束の開繊性評価は第４図に示すドラムワインド装置
（図中、８は炭素繊維パッケージ、１は炭素繊維パッケ
ージから引出された炭素繊維束、９は樹脂含浸槽、１０
，１１．１２はシゴキバー、１３は巻き取りドラムを示
す）で一方向プリプレグを作製し、プリプレグ外観を観
察すると共に、ドラム上の１本当りの糸幅を読み取る方
法を用いた。

実施例１ フィラメント数１２，０００のアクリル系フィラメント
を常法どおり焼成して得た。無撚状態の炭素繊維束を、
濃度３重量％のジグリシジルエーテル・ビスフェノール
Ａ型エポキシ樹脂浴に導き、サイジング処理した。この
炭素繊維束を第１表に示す温度条件下のホットロールお
よび熱風中で乾燥処理した。

次に、乾燥処理後の炭素繊維束を、第１図および第２図
（従来のガイド装置）に示す綾振りガイド装置を備えた
各ワインダーにて巻き取り、炭素繊維束パッケージ（単
位長重量＝０．８ｇ／ｍ）を作製した。

炭素繊維束のに値、得られた炭素繊維束パ・ソケージお
よびプリプレグの評価結果を第１表に示した。

（以下、余白） ［発明の効果］ 本発明の炭素繊維パッケージは繊維束の剛性を表わすに
値、該繊維束を巻取ったパッケージ端部の綾振折返し部
の糸幅Ａと該パッケージ中央部の糸幅Ｂの関係を規定し
たものである。これによって炭素繊維束の間縁辺が大幅
に減少し、ブリプレグ工程での拡幅等が確実に行なえる
。

このような炭素繊維束パッケージを用いることにより、
プリプレグ化の際の繊維束の開繊性や均一性が画期的に
改善され、付加価値の高い薄物プリプレグが効率良く生
産できる。また炭素繊維束を強制的に開繊する必要がな
（、このため毛羽品位に優れたプリプレグの生産が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるワイングーに装備された好適な
綾振りガイド装置の一例を示した概略図、第２図は一般
の綾振りガイド装置の一例を示した概略図、第３図はに
値の測定装置を示す概略図、第４図は炭素繊維束の開繊
性を評価するためのドラムワインド装置の概略図である
。 ａ：炭素繊維束試料 ｂ：測定台 Ｃ：繊維束固定治具 １：炭素繊維束 ２〜７：綾振りガイドローラ ８：炭素繊維パッケージ ８′：巻取りボビン ９：樹脂含浸槽 １０．１１，１２：シゴキバー １３：巻き取りドラム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）本文中に定義するＫ値が１０ｃｍ以上の無撚炭素
   繊維束であって、該繊維束を巻取ったパッケージ端部の
   綾振折返し部の糸幅Ａと該パッケージ中央部の糸幅Ｂが
   実質的に等しい関係にあることを特徴とする開繊性の優
   れた無撚炭素繊維パッケージ。
2. （２）請求項（１）において、パッケージ端部の綾振折
   返し部の糸幅Ａと該パッケージ中央部の糸幅Ｂとの関係
   がＡ≧Ｂ×０．９である開繊性の優れた無撚炭素繊維パ
   ッケージ。