(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイジング剤が塗布された炭素繊維体からサイジング剤を除去する装置であって、
外気と連通されたチャンバーと、
前記炭素繊維体を一定速度で連続して前記チャンバーに送り込むとともに前記チャンバーから送り出すように搬送する搬送機構と、
前記チャンバー内に送り込まれた炭素繊維体の表面に赤外線を照射して加熱する赤外線ヒータと、
前記赤外線ヒータの加熱によって前記炭素繊維体から発生した熱分解ガスを前記チャンバーの外部に排気するブロワーと、
前記チャンバー内の温度を測定する温度センサーと、
前記温度センサーの測定値が２５０℃〜３５０℃の範囲になるように前記赤外線ヒータの加熱温度を制御する温度制御部と、
前記温度センサーの測定値が２５０℃よりも高い第１設定値よりも低い場合は、前記搬送機構を介して前記炭素繊維体を低速で搬送させ、逆に、前記温度センサーの測定値が第１設定値以上で３５０℃よりも低い第２設定値よりも高い場合は、前記搬送機構を介して前記炭素繊維体を高速で搬送させる搬送速度制御部を備え、
前記サイジング剤を熱分解ガスとして分解して前記炭素繊維体から除去することを特徴とするサイジング剤除去装置。
【請求項２】
サイジング剤が塗布された炭素繊維体からサイジング剤を除去する方法であって、
前記炭素繊維体を一定速度で連続して、外気と連通されたチャンバーに送り込むとともに前記チャンバーから送り出すように搬送する間で、
前記チャンバー内に送り込まれた炭素繊維体の表面に赤外線を照射して加熱し、
前記チャンバー内に送り込まれた炭素繊維体の表面温度が２５０℃〜３５０℃の範囲になるように前記赤外線の照射による加熱温度を制御するとともに、前記表面温度が２５０℃よりも高い第１設定値よりも低い場合は、前記炭素繊維体を低速で搬送させ、逆に、前記表面温度が第１設定値以上で３５０℃よりも低い第２設定値よりも高い場合は、前記炭素繊維体を高速で搬送させるようにし、
前記加熱によって前記炭素繊維体から発生した熱分解ガスを前記チャンバーの外部に排気するようにして、前記サイジング剤を熱分解ガスとして分解して前記炭素繊維体から除去することを特徴とするサイジング剤除去方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイジング剤が塗布された炭素繊維体からサイジング剤を除去する装置及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、炭素繊維束および炭素繊維織物といった炭素繊維体の表面には、その取扱いを容易にするためにサイジング剤（集束剤）が塗布されている。
このサイジング剤はマトリクス樹脂として熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂との複合材をつくることを想定したものであり、市販の一般的な炭素繊維束および炭素繊維織物に対して、エポキシ基と良好な接着性を持つ例えばエポキシ系化合物や水溶性ポリマーなどの有機物がサイジング剤として塗布されている。
【０００３】
これにより、炭素繊維メーカーからサイジング剤が塗布されていない炭素繊維体を購入することは困難であった。
また、サイジング剤が塗布されたものはエポキシ樹脂と接着性が良好なものに限定されているため、エポキシ樹脂以外の樹脂と接着性が良好なサイジング剤が塗布された炭素繊維体を入手することは困難であった。
【０００４】
さらにはこのサイジング剤の熱分解温度以上の融点を持つ熱可塑性樹脂等をマトリクス樹脂として用いて複合材料を製造した場合、サイジング剤が分解され微小なボイドとなり機械的強度が減少したり、マトリクス樹脂の含浸が困難になるといった問題がある。
また、そのマトリクス樹脂と化学反応を起こしアロイ化し、界面接着性を低下ならしめる現象が発生しその複合材料の品質を著しく劣化させることもある。
【０００５】
そこで、このようにエポキシ系化合物等のサイジング剤が塗布された炭素繊維束及び炭素繊維織物といった炭素繊維体からサイジング剤を除去する方法が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００６】
特許文献１には、サイジング剤が付着した炭素繊維を超臨界または亜臨界流体で処理してサイジング剤を非常に高い割合で除去する方法が開示されている。
また、特許文献２には、炭素繊維を３８０℃の温度下で３０分加熱してサイジング剤を除去する方法が開示されている。
さらに、特許文献３には、炭素繊維をサイジング剤が溶解可能な例えばメチルエチルケトンなどの溶媒に気泡を発生させながら連続的に通過させてサイジング剤を除去する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１８０３６９号公報
【特許文献２】特公平７−３２５１１号公報
【特許文献３】特開２００９−９１６６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された方法では、炭素繊維に対して高温（３００℃〜５００℃）で高圧（１５ＭＰａ〜３０ＭＰａ）の条件下における処理が必要になるため炭素繊維がダメージを受けて品質が劣化するといった問題がある。
また、特許文献２に開示された方法においても、炭素繊維を３８０℃といった高温度下でしかも長時間（３０分）加熱させる必要があるため炭素繊維が焼けてしまう場合もあった。
一方、特許文献３に開示された方法では、炭素繊維を溶媒に連続的に通過させるものであるので炭素繊維に対するダメージを抑制することができるが、メチルエチルケトンなどの特殊な溶媒や気泡発生装置が必要になるとともに、後処理として大型の乾燥装置が必要になる。
【０００９】
そこで、本発明の目的とするところは、極めて簡単な構成によって炭素繊維に対するダメージを一層抑制することができるサイジング剤除去装置及びサイジング剤除去方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明のサイジング剤除去装置は、サイジング剤が塗布された炭素繊維体（３０）からサイジング剤を除去する装置であって、
外気と連通されたチャンバー（１）と、前記炭素繊維体（３０）を一定速度で連続して前記チャンバー（１）に送り込むとともに前記チャンバー（１）から送り出すように搬送する搬送機構（２〜６）と、前記チャンバー（１）内に送り込まれた炭素繊維体（３０）の表面に赤外線を照射して加熱する赤外線ヒータ（８）と、前記赤外線ヒータ（８）の加熱によって前記炭素繊維体（３０）から発生した熱分解ガスを前記チャンバー（１）の外部に排気するブロワー（９）と、前記チャンバー（１）内の温度を測定する温度センサー（１０）と、前記温度センサー（１０）の測定値が２５０℃〜３５０℃の範囲になるように前記赤外線ヒータ（８）の加熱温度を制御する温度制御部（１１，１２，２０）と、前記温度センサー（１０）の測定値が２５０℃よりも高い第１設定値よりも低い場合は、前記搬送機構（２〜６）を介して前記炭素繊維体（３０）を低速で搬送させ、逆に、前記温度センサー（１０）の測定値が第１設定値以上で３５０℃よりも低い第２設定値よりも高い場合は、前記搬送機構（２〜６）を介して前記炭素繊維体（３０）を高速で搬送させる搬送速度制御部（７，２０）を備え、前記サイジング剤を熱分解ガスとして分解して前記炭素繊維体（３０）から除去することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のサイジング剤除去方法は、サイジング剤が塗布された炭素繊維体（３０）からサイジング剤を除去する方法であって、
前記炭素繊維体（３０）を一定速度で連続して、外気と連通されたチャンバー（１）に送り込むとともに前記チャンバー（１）から送り出すように搬送する間で、前記チャンバー（１）内に送り込まれた炭素繊維体（３０）の表面に赤外線を照射して加熱し、前記チャンバー（１）内に送り込まれた炭素繊維体（３０）の表面温度が２５０℃〜３５０℃の範囲になるように前記赤外線の照射による加熱温度を制御するとともに、前記表面温度が２５０℃よりも高い第１設定値よりも低い場合は、前記炭素繊維体（３０）を低速で搬送させ、逆に、前記表面温度が第１設定値以上で３５０℃よりも低い第２設定値よりも高い場合は、前記炭素繊維体（３０）を高速で搬送させるようにし、前記加熱によって前記炭素繊維体（３０）から発生した熱分解ガスを前記チャンバー（１）の外部に排気するようにして、前記サイジング剤を熱分解ガスとして分解して前記炭素繊維体（３０）から除去することを特徴とする。
【００１６】
なお、括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に記載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のサイジング剤除去装置及びサイジング剤除去方法によれば、サイジング剤が塗布された炭素繊維体の表面に赤外線を照射して加熱するだけでサイジング剤を熱分解ガスとして分解して炭素繊維体から除去することができるので、従来例で示したような大型な装置や特殊な装置を必要とすることなく極めて簡単な構成によってサイジング剤を除去することができる。
このとき、サイジング剤が塗布された炭素繊維体はチャンバー内で加熱処理が施され、炭素繊維体から発生した熱分解ガスはブロワーによってチャンバーの外部に排気されるので、サイジング剤の酸化が促進される環境が常に維持されサイジング剤は効率よく熱分解される。
そして、炭素繊維体は一定速度で連続してチャンバーに送り込まれるとともにチャンバーから送り出されるので、炭素繊維体は一ヶ所に長時間留まることはなく、その結果、炭素繊維体が受けるダメージはほとんどない。
【００１８】
また、本発明によれば、チャンバー内の温度が２５０℃〜３５０℃の範囲になるように温度が制御されるので、エポキシ系化合物のサイジング剤は２５０℃から熱分解を起こし熱分解ガスを発生するとともに、最大温度は３５０℃に抑えられているので炭素繊維体が受けるダメージはほとんどない。
【００１９】
また、本発明によれば、温度センサーの測定値が２５０℃よりも高い第１設定値よりも低い場合は、熱分解速度が遅いため炭素繊維体を低速で搬送させ、逆に、温度センサーの測定値が第１設定値以上で３５０℃よりも低い第２設定値よりも高い場合は、熱分解速度が速いため炭素繊維体を高速で搬送させるように搬送速度が制御されるので、サイジング剤の除去を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るサイジング剤除去装置の構成概要を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１を参照して本発明の実施形態に係るサイジング剤除去装置について説明する。
本発明の実施形態に係るサイジング剤除去装置は、エポキシ系化合物のサイジング剤が塗布された市販の炭素繊維体（炭素繊維束あるいは炭素繊維織物）３０からサイジング剤を除去する装置であって、図１に示すように、水平に延びる円筒状でその内部に炭素繊維体３０が導かれるチャンバー１と、炭素繊維体３０を一定速度で連続してチャンバー１に送り込むとともにチャンバー１から送り出すように搬送する搬送機構２〜６と、チャンバー１内に送り込まれた炭素繊維体３０の表面に赤外線を照射して加熱する赤外線ヒータ８と、チャンバー１の出口１ａ寄りに設けられた、排気を引き出して大気に放出する排気用のブロワー９と、チャンバー１内の温度を測定する温度センサー１０と、これらに対して電気的に接続された制御部２０を備えている。
【００２３】
チャンバー１の出口１ａと入口１ｂは外気と連通されている。また、チャンバー１の出口１ａの直前には、出口１ａ方向に対して直角に曲がった方向に延びる分岐管１５が設けられ、その分岐管１５の先端にブロワー９が配置されている。これにより、チャンバー１内に溜まったガスがチャンバー１側に排気されるようになっている。
【００２４】
搬送機構２〜６は、炭素繊維体３０をチャンバー１側に送り出す送り出しリール２と、チャンバー１側から出力された炭素繊維体３０を巻き取る巻き取りリール３と、両リール２，３の間でチャンバー１の手前に設けられたピンチローラ４と、送り出しリール２に接続されリール２を設定されたトルク値で回転させる送り出しトルクコントローラ５と、巻き取りリール３に接続されリール３を設定されたトルク値で回転させる巻き取りトルクコントローラ６からなる。なお、送り出しトルクコントローラ５と巻き取りトルクコントローラ６に与えられるトルク値は制御部２０から送られる。ピンチローラ４には、制御部２０から送られる速度設定値に基づいてピンチローラ４の回転量を調節する速度コントローラ７が接続されている。ここでは、速度コントローラ７及び制御部２０が搬送速度制御部として機能している。
【００２５】
赤外線ヒータ８は、チャンバー１の上部及び下部に設けられ、チャンバー１内に送り込まれた炭素繊維体３０の上面及び下面に赤外線を照射する。なお、赤外線ヒータ８を円筒状にしてチャンバー１の全周にわたって設けるようにしてもよい。赤外線ヒータ８には、サイリスタアンプ１２が接続されている。
【００２６】
温度センサー１０は、放射温度計（他の種類の温度計であっもよい）であり、チャンバー１内で最も温度が高い場所となる赤外線ヒータ８の出側上部に設けられている。温度センサー１０の測定値は温度調節器１１に送られ、制御部２０から送られる温度設定値と比較される。そして、温度センサー１０の測定値が温度設定値以下であると温度調節器１１からサイリスタアンプ１２をオンさせる信号が出力され赤外線ヒータ８による加温が施され、温度センサー１０の測定値が温度設定値よりも高いと温度調節器１１からサイリスタアンプ１２をオフさせる信号が出力され赤外線ヒータ８による加温が停止されるようにして、温度センサー１０の測定値が制御部２０から送られる温度設定値になるように温度が制御される。ここでは、温度調節器１１，サイリスタアンプ１２及び制御部２０が温度制御部として機能している。
【００２７】
制御部２０は、ＣＰＵやＲＡＭ，ＲＯＭからなる記憶部やデータ入力部から構成されていて、装置全体を制御している。
【００２８】
次に、このように構成されたサイジング剤除去装置を使用してサイジング剤を炭素繊維体３０から除去する方法について説明する。
炭素繊維体３０を搬送機構２〜６を介して一定速度で連続してチャンバー１に送り込むとともにチャンバー１から送り出すように搬送する間で、チャンバー１内に送り込まれた炭素繊維体３０の表面に赤外線ヒータ８によって赤外線を照射して加熱する。
【００２９】
このとき、チャンバー１内に送り込まれた炭素繊維体３０の表面温度が温度センサー１０の測定により２５０℃〜３５０℃の範囲になるように、温度調節器１１，サイリスタアンプ１２及び制御部２０からなる温度制御部が赤外線の照射による加熱温度を制御する。
また、チャンバー１内で加熱によって炭素繊維体３０から発生した熱分解ガスをブロワー９を介して分岐管１５からチャンバー１の外部に排気させる。
ここで、２５０℃以上の温度にするのは、エポキシ系化合物の空気中における熱分解温度以上にするためであり、３５０℃までに温度を抑えるのは、加熱によって炭素繊維体３０にダメージ（損傷）を与えないようにするためである。
【００３０】
このように、炭素繊維体３０の表面に赤外線を照射することでサイジング剤を熱分解ガスとして分解して炭素繊維体３０から除去するようにしている。
なお、速度コントローラ７及び制御部２０からなる搬送速度制御部は、温度センサー１０の測定値が２５０℃よりも高い第１設定値、例えば、２８０℃よりも低い場合は、搬送機構２〜６を介して炭素繊維体３０を低速で搬送させ、逆に、温度センサー１０の測定値が第１設定値以上で３５０℃よりも低い第２設定値、例えば、３３０℃よりも高い場合は、搬送機構２〜６を介して炭素繊維体３０を高速で搬送させて、サイジング剤の除去を効率的に行うようにしている。
【００３１】
以上のように、本発明の実施形態に係るサイジング剤除去装置及びサイジング剤除去方法によれば、サイジング剤が塗布された炭素繊維体３０の表面に赤外線を照射して加熱するだけでサイジング剤を熱分解ガスとして分解して炭素繊維体３０から除去することができるので、従来例で示したような大型な装置や特殊な装置を必要とすることなく極めて簡単な構成によってサイジング剤を除去することができる。
このとき、サイジング剤が塗布された炭素繊維体３０はチャンバー１内で加熱処理が施され、炭素繊維体３０から発生した熱分解ガスはブロワー９によってチャンバー１の外部に排気されるので、サイジング剤の酸化が促進される環境が常に維持されサイジング剤は効率よく熱分解される。
そして、炭素繊維体３０は一定速度で連続してチャンバー１に送り込まれるとともにチャンバー１から送り出されるので、炭素繊維体３０は一ヶ所に長時間留まることはなく、その結果、炭素繊維体３０が受けるダメージはほとんどない。
【００３２】
また、炭素繊維体３０が送り出されるチャンバー１の出口１ａの直前には、熱分解ガスをチャンバー１の外部に排気する分岐管１５が設けられるとともに、分岐管１５の先端にブロワー９が配置されるので、発生した熱分解ガスがチャンバー１内にこもり熱分解の妨げになることが防止される。
【００３３】
なお、本実施形態では、一つの制御部２０に赤外線ヒータ８によって温度を制御する機能と炭素繊維体３０を搬送する速度を制御する機能を併用させたがそれぞれ独立した制御部を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１      チャンバー
１ａ    出口
１ｂ    入口
２      送り出しリール（搬送機構）
３      巻き取りリール（搬送機構）
４      ピンチローラ（搬送機構）
５      送り出しトルクコントローラ（搬送機構）
６      巻き取りトルクコントローラ（搬送機構）
７      速度コントローラ（搬送速度制御部）
８      赤外線ヒータ
９      ブロワー
１０      温度センサー
１１      温度調節器（温度制御部）
１２      サイリスタアンプ（温度制御部）
１５      分岐管
２０      制御部（温度制御部，搬送速度制御部）
３０      炭素繊維体（炭素繊維束および炭素繊維織物）
【図１】
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