(57)【要約】【課題】本発明の課題は、湿式抄紙法により再生炭素短繊維から均一な不織布を製造するために、高速回転せん断型分散機を使い、低濃度で解繊処理した再生炭素短繊維スラリーを濃縮して保管又は輸送するために容積を減らすこと及び濃縮した再生炭素短繊維を簡単に取り出せる方法を提供することである。【解決手段】高速回転せん断型分散機を使って解繊及び分散処理した再生炭素短繊維スラリーを、送液ポンプの出口に括り付けた円錐台形濾布内部に充填しながら濃縮することを特徴とする再生炭素短繊維スラリーの濃縮方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速回転せん断型分散機を使って解繊及び分散処理した再生炭素短繊維スラリーを、送液ポンプの出口に括り付けた円錐台形濾布内部に充填しながら濃縮することを特徴とする再生炭素短繊維スラリーの濃縮方法。
【請求項２】
上記円錐台形濾布の通気度が２５ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃ以上である請求項１記載の再生炭素短繊維スラリーの濃縮方法。
【請求項３】
上記円錐台形濾布のテーパー率が５／１００以上である請求項１又は２記載の再生炭素短繊維スラリーの濃縮方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中で解繊処理された再生炭素短繊維スラリーの濃縮方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ、「ＣＦＲＰ」と記す場合がある）は、炭素繊維（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ、「ＣＦ」と記す場合がある）が母材樹脂中に分散されている。ＣＦＲＰは、軽量である上に、比強度や比剛性が高いため、ゴルフシャフト、テニスラケット、釣竿などに利用されている。また、最近では、翼や胴体などの大型航空機の主要構造部材にも使用されていて、市場規模が拡大している。
【０００３】
この市場規模の拡大に伴い、廃棄されるＣＦＲＰの量も増大している。例えば、航空機の場合、安全性が非常に重要であるため、特に品質が第一に考えられ、ＣＦＲＰの歩留まりは５０％と言われる。すなわち、トリミングのため、廃棄される部位も少なくない。また、型に合わせて切断されたプリプレグ、期限切れの未硬化状態、半硬化状態又は硬化状態のプリプレグも、廃棄されるＣＦＲＰの一種であり、大量に廃棄されている。
【０００４】
炭素繊維が通常の状態では不燃であるため、廃棄されるＣＦＲＰの最終廃棄処理は極めて面倒である。したがって、これまでは、廃棄されるＣＦＲＰは破砕され、埋め立て処分されていた。しかし、炭素繊維はその製造時に多くのエネルギーを消費するだけに、埋め立て処分することは、非常に無駄が多く、再利用が望まれている。
【０００５】
そこで、廃棄されるＣＦＲＰから炭素繊維をリサイクルする方法として、焼結処理、過熱水蒸気による処理等によって、廃棄されるＣＦＲＰの母材樹脂を分解させて、不燃である炭素繊維を再生炭素短繊維として回収する方法が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
【０００６】
回収された再生炭素短繊維を使って不織布を製造する方法として、カード機に通して、再生炭素短繊維と他の繊維とを絡ませてウエッブを形成させる乾式法が主流であった（例えば、特許文献５参照）。しかし、再生炭素短繊維は、数本の再生炭素短繊維が束になった状態となり、この状態のままウエッブを形成させても再生炭素短繊維の束は解けず、よって形成された不織布は、均一性が充分でなく、緻密性に劣るものであった。また、後工程において再生炭素短繊維不織布をスリット加工する際に、スリット刃で再生炭素短繊維の束を切断した場合には、再生炭素短繊維の部分が核となって、再生炭素短繊維不織布に亀裂が入る場合があり、後加工の加工性を著しく損なう場合があった。
【０００７】
これに反し、高速回転せん断型分散機を使って分散したスラリーを用いて、湿式抄紙法によって炭素短繊維不織布を製造する方法では、均一性に優れた炭素短繊維不織布を提供することができる（例えば、特許文献６参照）。
【０００８】
パルプシートの解繊や繊維の叩解に用いる高速回転せん断型分散機であるダブルディスクリファイナー、シングルディスクリファイナー、トップファイナー、セブンファイナー
に代表される解繊機器は、刃物を有する回転するローターとステーターの間隙をパルプ繊維が通過する際に発生するせん断力によりシートの分散及び繊維を柔軟化することができる。このせん断力は、束状になっている再生炭素短繊維を解繊すること及び単繊維にまで分散させることも可能である。したがって、適切な解繊機器による解繊が行われない場合には、再生炭素短繊維の解繊及び分散の不良により不均一な再生炭素短繊維シートになってしまう。
【０００９】
繊維束が無く地合いが均一なシートを得るためには繊維の特性に合った解繊機器による処理が必要である。歩留まりを重視した焼成条件の再生炭素短繊維のように解繊処理に時間が掛かってしまう原料を処理する場合や、適切な解繊機器を所有していない場合には、事前に解繊処理が必要であり、解繊処理した再生炭素短繊維を濃縮して一時的な保管及び輸送することが必要となる。
【００１０】
解繊処理した再生炭素短繊維スラリーを濃縮するためには、スクリュープレス、遠心脱水機、ベルトプレス、フィルタープレス装置などで処理することで再生炭素短繊維スラリーを濃縮することは可能である。しかしながら、スクリュープレスでは再生炭素短繊維が圧縮により短繊維化し、遠心脱水機やベルトプレスでは目的とする濃度まで濃縮できるものの、脱水処理した再生炭素短繊維を塊として取り出すことやフレコンバッグなどへ詰める工程を経る度に塊と塊の間に空隙が発生して容積は増加してゆく。それ故、効率良く保管又は輸送するためには再度何らかの方法で空隙を除去しなければならない。更に、圧縮及び充填された再生炭素短繊維はフレコンバッグ等の容器から取り出しにくくなり新たにハンドリングの問題が生じる。
【００１１】
また、高速回転せん断型分散機を使って解繊及び分散処理した、再生炭素短繊維のスラリーの濃度は、１質量％以下の低濃度であり、水切りフレコンや金属メッシュを使った重力による濃縮した場合には、数質量％までしか濃縮できず、分散処理する前の炭素繊維容積の２０〜３０倍となり、保管場所の確保やハンドリングの問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００５−３０７１２１号公報
【特許文献２】特開２００８−２８５６００号公報
【特許文献３】特開２００８−２８５６０１号公報
【特許文献４】特開２０１３−１４７５４５号公報
【特許文献５】特開２０１４−０２５１７５号公報
【特許文献６】特開２０１８−０２８１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の課題は、湿式抄紙法により再生炭素短繊維から均一な不織布を製造するために、高速回転せん断型分散機を使い、低濃度で解繊処理した再生炭素短繊維スラリーを濃縮して保管又は輸送するために容積を減らすこと及び濃縮した再生炭素短繊維を簡単に取り出せる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題は、下記発明によって解決することができる。
【００１５】
（１）高速回転せん断型分散機を使って解繊及び分散処理した再生炭素短繊維スラリーを、送液ポンプの出口に括り付けた円錐台形濾布内部に充填しながら濃縮することを特徴とする再生炭素短繊維スラリーの濃縮方法。
【００１６】
（２）上記円錐台形濾布の通気度が２５ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃ以上である上記（１）記載の再生炭素短繊維スラリーの濃縮方法。
【００１７】
（３）上記円錐台形濾布のテーパー率が５／１００以上である上記（１）又は（２）記載の再生炭素短繊維スラリーの濃縮方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、湿式抄紙法で均一な再生炭素短繊維不織布を作るために、１質量％以下の濃度で解繊処理した再生炭素短繊維スラリーを送液ポンプの吐出圧を利用し、送液ポンプの出口に括り付けた袋状の円錐台形濾布内部に再生炭素短繊維を充填する方法により、１０質量％以上まで濃縮することが可能になる。よって、容積は小さくなり、保管場所の削減や輸送効率に優れる。加えて、テーパーの付いた円錐台形濾布に充填することにより、充填された再生炭素短繊維を容易に取り出すことができる。つまり、濃縮、保管及び取り出し方法を含め、再生炭素短繊維の取り扱いを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】円錐台形濾布の形状図である。
【図２】円錐台形濾布の固定方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
炭素繊維は剛直であることに加えてパルプ繊維のように膨潤しないことから、解繊及び分散された再生炭素短繊維スラリーを、送液ポンプの吐出圧力を利用して円錐台形濾布中に充填しても濾過抵抗が上がらずに１０質量％以上の濃度に達するまで繊維を詰め込むことが可能なので濃縮後の容積を小さくできること、円錐台形濾布に充填することで再生炭素短繊維が取り出し易くなることを特徴としている。
【００２１】
本発明では、再生炭素短繊維が送れる送液ポンプと円錐台形濾布を用いる。再生炭素短繊維は、廃棄されるＣＦＲＰを、アルゴン、窒素などの不活性ガス中又は水蒸気中で処理して、母材樹脂を焼結除去して得られる炭素繊維である。特に過熱水蒸気による焼結方法は、大気下で熱を奪うと水に戻ることから、安価で環境を汚染しない有効な方法である。廃棄されるＣＦＲＰは、アングルプライ積層体など多様な形態をしており、通常は一定サイズに落としてから、焼結処理し、未硬化状態、半硬化状態又は硬化状態の熱硬化性樹脂である母材樹脂を除去して、裁断する。この場合、繊維長の異なる再生炭素短繊維が得られる。
【００２２】
上記に述べた再生炭素短繊維は、数本の再生炭素短繊維が束になった状態となり、この状態のまま、水中にゆるやかに分散しても、再生炭素短繊維の束は解けず、湿式抄紙法で再生炭素短繊維不織布を製造した場合には、大きな欠点となり、再生炭素短繊維不織布の均一性を損ねる。また、後工程において、再生炭素短繊維不織布をスリット加工する際に、スリット刃で再生炭素短繊維の束を切断した場合、再生炭素短繊維の部分が核となって、再生炭素短繊維不織布に亀裂が入る場合があり、後加工の加工性を著しく損なう場合がある。
【００２３】
湿式抄紙法によって均一性に優れた再生炭素短繊維不織布を提供するためには繊維長を３〜１２ｍｍに調整することが望ましく、再生炭素短繊維を解繊し、水中に均一に分散することが必要である。再生炭素短繊維は、水中で、高速回転せん断型分散機を使って解繊及び分散し、スラリーとする。本発明において、「高速回転せん断型分散機」とは、分散刃を有して回転するローターと分散刃を有したステーターとの間に、再生炭素短繊維を含むスラリーを通過させ、スラリー中の再生炭素短繊維にせん断力を与えて分散させる分散機である。具体的な装置としては、シングルディスクリファイナー、ダブルディスクリファイナー、コニカルリファイナー、トップファイナー（相川鉄工製）、ＶＦポンプ（新浜ポンプ製作所製）、マイルダー（登録商標、太平洋機工製）等が挙げられる。
【００２４】
上記分散機は再生炭素短繊維の束を解きほぐす解繊作用、長繊維の短繊維化及び繊維を均一に分散させる作用を有しており、スラリー濃度、処理時間、分散機のローターの回転数、ステーターとローターとのクリアランス等を適宜調整することが可能な装置である。
【００２５】
本発明では、再生炭素短繊維とバージンの炭素短繊維とを併用することができる。バージンの炭素短繊維としては、ポリアクリロニトリルを原料とするＰＡＮ系炭素短繊維、ピッチ類を原料とするピッチ系炭素短繊維が挙げられる。バージンの炭素短繊維を併用した場合にも繊維長は３〜１２ｍｍに調整、均一に解繊及び分散することが好ましい。
炭素繊維の併用は、解繊した再生炭素短繊維と解繊したバージンの炭素短繊維を混合して使用しても良いし、再生炭素短繊維とバージンの炭素短繊維を混合した後に解繊処理することも可能である。
【００２６】
本発明で使用する円錐台形濾布としては、一般工業用途として場市されているマルチフィラメントのポリプロピレン糸を綾織構造で織られた、高強度の濾布を用いることができ、このような濾布を円錐台形に縫製処理したものである。
【００２７】
本発明に係る濾布は、水が容易に抜ける構造を有するものが好ましく、具体的には通気度が２５ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃ以上の水が容易に抜ける構造を有する濾布を円錐台形に縫製処理したものが好ましい。また、通気度は、４５ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃ以下であることが好ましい。好適な濾布としては、敷島カンバス社製フィルタークロスの型番Ｐ９１５（通気度２６．７ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃ）、型番Ｐ９８３（通気度：４１．７ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃ）等が挙げられる。なお、通気度は、ＪＩＳ  Ｌ１０９６：２０１０の通気性（Ａ法（フラジール形法））によって測定した値である。
【００２８】
本発明で使用する円錐台形濾布のテーパー率は、５／１００以上であることが好ましく、７／１００以上であることがより好ましい。テーパー率が５／１００以上であることによって、繊維を取り出す際に上流部の濾布を捲って下流側に移動させることで繊維を瞬時に取り出すことができるという効果が得られる。また、テーパー率は、８／１００以下であることが好ましい。テーパーが大きくなると、繊維の取り出しは容易になるものの、送液ポンプ出口に括り付ける際に締め込み難くなり、作業性の悪化や濃縮中に濾布が脱着するという不具合が発生する場合がある。
【００２９】
本発明では、再生炭素短繊維の他に、再生炭素短繊維不織布を製造する際にバインダーとして用いられる熱可塑性樹脂繊維（芯鞘ポリエステル繊維等）、ポリビニルアルコール繊維やセルロース（ミクロフィブリルセルロース）等を含んだスラリーも濃縮することが可能である。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されるものではない。
【００３１】
なお、濃縮性の評価は濃縮後濃度（質量％）で評価し、濃度が高い方が良好と判断した。
【００３２】
また、繊維取り出し性は、濾布を逆さまにして出せる、又は濾布を捲り下げ反転させることで速やかに出せる状態を「〇」、人の手で掻き出さなければならないが取り出せる状態を「△」、人の手で掻き出さなければならいことに加えて取り出しにくい状態を「×」として評価した。
【００３３】
また、保管スペースは、比較例１に対して１／２程度の保管スペースに削減できる場合は「△」、１／３程度まで保管スペースを削減できる場合を「〇」として評価した。
【００３４】
（再生炭素短繊維の解繊及び分散処理並びにスラリーの濃縮方法）
焼結処理によってＣＦＲＰから回収された再生炭素短繊維（５ｍｍ幅カット品）に表１記載の条件及び装置で解繊及び分散処理を行い、スラリー濃度０．１質量％である再生炭素短繊維のスラリーを得た。
【００３５】
【表１】
2020158941.tif 000002
【００３６】
【表２】
2020158941.tif 000003
【００３７】
比較例１
通気度２６．７ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃの濾布（フィルタークロスＰ９１５、敷島カンバス社製）で作った封筒型（テーパー無し）濾布を、送液ポンプに括り付けずに、スラリーを流し込んだところ、濾布には再生炭素短繊維が固形分で１．２５ｋｇしか入らず、濃縮後濃度は４．８質量％であった。また、繊維の取り出し性は、逆さまにすれば出せるので、「〇」の評価であった。
【００３８】
比較例２
通気度２５ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃの濾布（フィルタークロスＰ８９１、敷島カンバス社製）で作った封筒型（テーパー無し）濾布を、送液ポンプに括り付け、送液ポンプの吐出圧を利用し、スラリー流し込んで充填しながら濃縮したところ、濃縮後濃度は１３．１質量％であった。しかし、取り出し性は人の手で掻き出さなければならない状態、かつ取り出しにくい状態であるので「×」の評価であった。また、保管スペースは比較例１の１／３程度であり、「○」の評価であった。
【００３９】
実施例１
通気度２５ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃの濾布（フィルタークロスＰ８９１、敷島カンバス社製）にテーパー率７／１００のテーパーを付けた袋状に加工した円錐台形濾布を、送液ポンプに括り付け、送液ポンプの吐出圧を利用し、スラリーを流し込んで充填しながら濃縮したしたところ、濃縮後濃度は１３．３質量％であった。また、繊維の取り出し性も良好であるので「〇」、保管スペースも比較例の１／３まで減少し、「○」の評価である。
【００４０】
なお、円錐台形濾布は、図１に示すように、長さ９００ｍｍ、上流側の直径３１８ｍｍ、上流側の折り径５００ｍｍ、下流側の直径２５５ｍｍ、下流側の折り径４００ｍｍである。そして、円錐台形濾布を、図２に示すように、送液ポンプの出口にホースバンドで固定し、再生炭素短繊維のスラリーを流し込んで、濃縮した。
【００４１】
実施例２
通気度２６．７ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃの濾布（フィルタークロスＰ９１５、敷島カンバス社製）にテーパー率７／１００のテーパーを付けた袋状の円錐台形濾布を、送液ポンプに括り付け、送液ポンプの吐出圧を利用し、スラリーを流し込んで充填しながら濃縮したしたところ、濃縮後濃度は１５．５質量％であり、実施例１よりも高濃度まで濃縮することができた。また、繊維の取り出し性は「〇」、保管スペースも比較例１の１／３まで減少し、「〇」の評価であった。
【００４２】
実施例３
通気度４１．７ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃの濾布（フィルタークロスＰ９８３、敷島カンバス社製）にテーパー率７／１００のテーパーを付けた袋状の円錐台形濾布を、送液ポンプに括り付け、送液ポンプの吐出圧を利用し、スラリーを流し込んで充填しながら濃縮したしたところ、濃縮後濃度は１６．３質量％であり、実施例１及び２よりも高濃度まで濃縮することができた。また、繊維の取り出し性は「〇」、保管スペースも比較例１の１／３まで減少し、「〇」の評価であった。
【００４３】
実施例４
通気度２６．７ｃｍ３／ｃｍ２・ｓｅｃの濾布（フィルタークロスＰ９１５、敷島カンバス社製）にテーパー率５／１００のテーパーを付けた袋状の円錐台形濾布を送液ポンプに括り付け、送液ポンプの吐出圧を利用し、スラリーを流し込んで充填しながら濃縮したところ、濃縮後濃度は１３．１質量％であり、実施例１と同等の濃度まで濃縮できた。濾布のテーパー率が７／１００よりも小さいために、濾布を捲り返しにくくなったので繊維の取り出し性は「△」、保管スペースも比較例の１／３まで減少し、「○」の評価であった。
【図１】
2020158941.tif 000004
【図２】
2020158941.tif 000005