(57)【要約】  【課題】  高次加工の織物やプリプレグ等への加工性に優れ、さらに、安価で安定した糸条幅が供給可能な炭素繊維パッケージとその製造方法を提供する。  【解決手段】  炭素繊維束の巻き取りパッケージ上の平均糸幅Ｗ１［ｍｍ］と横取り解舒した後の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］との関係がＷ２／Ｗ１≧０．９５であり、かつ前記解舒糸の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］と総繊度Ｄ［ｔｅｘ］の関係がＷ２≧０．２２５×Ｄ１／２であることを特徴とする炭素繊維パッケージ。  【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維束の巻き取りパッケージ上の平均糸幅Ｗ１［ｍｍ］と横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］との関係がＷ２／Ｗ１≧０．９５であり、かつ前記解舒糸の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］と総繊度Ｄ［ｔｅｘ］の関係がＷ２≧０．２２５×Ｄ１／２であることを特徴とする炭素繊維パッケージ。
【請求項２】
解舒糸の平均糸幅Ｗ２のＣＶ値が１０％以下である請求項１記載の炭素繊維パッケージ。
【請求項３】
解舒張力が０．３×（Ｄ／２）１／２［Ｎ］以下である請求項１または２記載の炭素繊維パッケージ。
【請求項４】
炭素繊維束の２３℃の温度におけるドレープ値が９ｃｍ以下であり、実質的に撚りのない炭素繊維束である請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ。
【請求項５】
炭素繊維束を巻き取り炭素繊維パッケージを製造するに際し、該炭素繊維束をトラバースガイドローラーまで搬送するためのガイドローラーの溝率が５〜４０％の範囲のガイドローラーを用い、該トラバースガイドローラーと炭素繊維束の接触長を１５ｍｍ以上とすることを特徴とする炭素繊維パッケージの製造方法。
【請求項６】
炭素繊維束を巻き取り炭素繊維パッケージを製造するに際し、糸条走行面が凹上に湾曲して鍔がないガイドローラーの湾曲半径Ｒが２０〜４０ｍｍの範囲であるガイドローラーを用いることを特徴とする炭素繊維パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定した糸幅の拡い炭素繊維パッケージとその製造方法に関し、さらに詳しくは、炭素繊維束を用いた高次加工の織物やプリプレグ等への加工性に優れた炭素繊維パッケージとその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維束は、高い比強度、比弾性率およびその優れた耐熱性などから複合材料の強化繊維として、織物やプリプレグの形で加工され、例えば、航空機の補強基材等としていろいろな用途に展開利用されている。
しかしながら、近年、繊維強化複合材料製品の軽量化要求の高まりから、複合材料中の強化繊維の絶対量は極力少なくし、強化繊維含有率を高める傾向にある。従って、少量の強化繊維でかつ優れた特性を発現するために、強化繊維自体が高弾性率でかつ高強度という特性が求められる一方、織物やプリプレグ化などの高次加工工程を経る場合、強化繊維である炭素繊維束が均一でかつ拡がりやすいもの、またはその炭素繊維束の品位を損なわないように、薄く広く、また特に重要な要素である均一に開繊させることが必要である。特に、ボビンから解舒された強化繊維の糸幅そのものが品位に影響しやすい、すなわち、ボビンから解舒されて、高次加工工程に入る前の解舒糸の糸幅が出来るだけ拡く、バラツキの小さい方が有利である高次加工においては、特にこのような要求が高まっている。
【０００３】
かかる問題を解決する方法としては、高次加工の段階で糸幅を拡幅させる方法と、原料である炭素繊維束を拡がりやすいパッケージにする方法とがある。
【０００４】
従来、強化繊維からなる補強織物の製造方法に関し、その織物上に円筒状物を、加圧状態で転がしながら往復運動させることにより、たて糸の糸幅をよこ糸方向に拡幅させる技術が提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、この提案は、強化繊維を織物に製織した後での工程によるものであり、製織前における糸幅の拡幅およびその原料である繊維束そのものを拡幅する内容については何ら提案されていない。
【０００５】
さらには別の拡幅方法として、製織前に予め気流で開繊させたシートを作製させる方法が提案されている（特許文献２参照）。しかしながら、特許文献１の提案と同様に、その原料である糸幅を拡幅繊維束そのものの内容については何ら提案されておらず、その装置を取り入れるための費用がかかり、コストアップに繋がる可能性がある。
また、一般的に、炭素繊維束の開繊性・拡幅性を向上させるため、炭素繊維束に収束性・耐擦過性・機械特性向上のためにサイジング剤を付与した後、ホットローラーで乾燥させることにより、ある程度炭素繊維束を扁平にした上で、ボビンに巻き取り、それを高次加工工程で解舒して使用することが行なわれている。そこでは、炭素繊維束として、ドレープ値と扁平度を規制した炭素繊維束が提案されている（特許文献３参照）。しかしながら、一般的にドレープ値が低い、すなわち柔らかい炭素繊維束は、形態保持性が小さいために高次加工性における拡がり性が良い反面、炭素繊維束がパッケージとして巻き取られる際のガイドローラーの綾振り運動により、部分的に、特にボビンの両端部で折り曲げられたり、撚りが入ったり炭素繊維束が瞬間的に狭められたりする。そのため、拡幅しやすい炭素繊維束であっても、複数の炭素繊維束を引き揃えて高次加工したとき、その狭められた部分が十分に拡がらず、高次加工製品のうち部分的に炭素繊維が存在しない、いわゆるワレといわれる欠陥部分が発生する可能性がある。
また、炭素繊維束を巻き取るときに安定した拡幅のために重要となるのが、ワインダーで巻き取る際の直前ローラーであり、最終ガイドローラーとローラーと糸条との接触長を規定することで、安定した拡い糸幅が得られるガイド装置が提案されている（特許文献４参照）。しかしながら、このガイド装置では、その最終ローラーに入る以前の工程についての規定はされておらず、特に、ドレープ値が低い、すなわち柔らかい糸条は、形態保持性が小さいため、サイジング付与し、乾燥してからワインダーの最終ガイドローラーに入るまでの糸道ローラーで蛇行し、撚りが入る可能性があり、糸幅が狭くなるなどして拡がり性が劣る可能性がある。
【０００６】
また、その糸の形状に影響を与えにくい糸道ローラーで、解舒したときの繊維糸幅のバラツキを小さくする方法が提案されている（特許文献５参照）。しかしながら、この方法では、ローラーと糸とが常に斜めに接触している状態で集束しようとする力が働くため、バラツキは小さくできても繊維束の絶対拡がり幅が小さくなる可能性があるため、拡がり性に劣る可能性がある。
【０００７】
また、炭素繊維束にサイジング剤を付与した後、糸道において炭素繊維束糸幅に対する溝底フラット部の比率を規定する方法が提案されている（特許文献６参照）。この方法では、ドレープ値が低い、すなわち柔らかい糸は形態保持性が小さいため、サイジング付与、乾燥してからワインダーの最終ガイドローラーに入るまでの糸道ローラー上で蛇行しやすくなるため、溝ローラーのエッジに連続的に接触した場合、炭素繊維束が折り畳まれて撚りが入る等するため、高次加工時に拡がらない、すなわち部分的に繊維が存在しない、ワレといわれる欠陥部分が発生する可能性がある。
【０００８】
上記のような理由から、拡がり性に優れたものや拡幅させる装置については、いろいろな提案がされているが、拡がり性に有利である解舒された糸束幅が拡く、同時に均質性に優れた炭素繊維束を得ることを両立させることは難しい課題であの未解決である。また、特に開繊性に有利とされている柔らかい炭素繊維束については、十分に満足し得る解決策は見出されていないのが現状である。
【特許文献１】特開２００３−２６８６６９号公報
【特許文献２】特開２００２−２２７０５３号公報
【特許文献３】特開２００４―７６２４６号公報
【特許文献４】特開２００４−１５５５９０号公報
【特許文献５】特開２００４−１４２９４５号公報
【特許文献６】得開２００４−２３２１３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、高次加工の織物やプリプレグ等への加工性に優れ、さらに、安価で安定した糸条幅を供給可能な炭素繊維パッケージとその製造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、本発明は、以下の構成を採用する。
【００１１】
本発明の炭素繊維パッケージは、炭素繊維束の巻き取りパッケージ上の平均糸幅Ｗ１［ｍｍ］と横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］との関係がＷ２／Ｗ１≧０．９５であり、かつ前記解舒糸の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］と総繊度Ｄ［ｔｅｘ］の関係がＷ２≧０．２２５×Ｄ１／２であることを特徴とする炭素繊維パッケージである。
【００１２】
さらに、本発明の炭素繊維パッケージは、次の好ましい態様を有している。
（１）前記の解舒糸の平均糸幅Ｗ２のＣＶ値が１０％以下であること。
（２）前記の横取り解舒する際の解舒張力が０．２×（Ｄ／２）１／２［Ｎ］以下であり、前記の炭素繊維束に実質的に撚りがないこと。
（３）前記の炭素繊維束の２３℃の温度におけるドレープ値が９ｃｍ以下であり、実質的に撚りがないこと。
【００１３】
また、本発明の炭素繊維パッケージの製造方法は、炭素繊維束を巻き取り炭素繊維パッケージを製造するに際し、該炭素繊維束をトラバースガイドローラーまで搬送するときのガイドローラーの溝率が５〜４０％の範囲のガイドローラーを用い、該トラバースガイドローラーと炭素繊維束の接触長を１５ｍｍ以上とすることを特徴とする炭素繊維パッケージの製造方法である。
【００１４】
本発明の炭素繊維パッケージの製造方法の好ましい態様によれば、糸条走行面が凹上に湾曲して鍔がないガイドローラーの湾曲半径Ｒが２０〜４０ｍｍの範囲であるガイドローラーが用いられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、繊度当たりの炭素繊維束の巻き取り糸幅が拡く、また、柔らかい形態保持性が小さい、幅広い巻き取りパッケージを横取りした長手方向に解舒して高次加工工程に入る直前の糸束の形状変化および糸幅のバラツキが小さい炭素繊維パッケージが得られる。かかる炭素繊維パッケージを用いることにより、プリプレグや織物などの高次加工性時の拡幅安定性に優れ、品位の良い安価な高次加工品を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明において、炭素繊維パッケージを構成している炭素繊維束は、その巻き取りパッケージ上の平均糸幅Ｗ１［ｍｍ］と横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］および総繊度Ｄ［ｔｅｘ］との関係が、以下の式の範囲にあることを特徴とする炭素繊維束である。
【００１７】
Ｗ２／Ｗ１≧０．９５  かつ  Ｗ２≧０．２２５×Ｄ１／２ 
すなわち、本発明における炭素繊維束は、巻き取りパッケージ上の糸幅に対して、解舒した後の糸幅がほとんど狭くならずに、ある一定以上の拡がり幅を保ったまま解舒されるということである。
【００１８】
ここでのパッケージとしては、炭素繊維束を一般的に安価で製造しやすいコアボビンに巻かれたもので、形状としては一般的な円筒型が好ましく、また、コアボビンの材質については特に限定はされないが、安価である紙や比較的安価で再利用が可能な紙などが好ましく、巻き取りパッケージの形態としては、円筒型やテーパーエンド型などとすることができるが、巻取られた炭素繊維束が滑りにくくパッケージ形態保持性が優れているこという点で円筒形が好ましい態様である。
ここで、巻き取りパッケージ上の平均糸幅Ｗ１は、次のようにして求められる。平均糸幅Ｗ１は、炭素繊維束をボビン上に巻き付けてパッケージ状態としたときの炭素繊維束幅値のことであり、パッケージ表面の糸幅測定しようとする糸条に対し、その端部に対して垂直に金尺（ものさし）を当てて炭素繊維束の糸幅を測定することができ、巻き取りパッケージを平らな場所に静置した状態で１トラバース当たり１０点（０．５トラバース５点）を均等に測定し、その平均値により求められる。
【００１９】
また、さらに横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅Ｗ２は、次のようにして測定することができる。巻き取りパッケージをクリールに掛け、走行糸条が糸幅読み取りセンサ−（例えば、メーカー名：オムロン、型式：Ｚ４ＬＣ−Ｓ２８４０等）上を常に走行するように、炭素繊維パッケージから３ｍのところに、回転するガイドを縦（垂直）方向に糸道が規制されるように取り付ける。そこからさらに１ｍのところに糸幅読み取りセンサーを走行糸条に対して、垂直になるように取り付け、またさらに、そこから２０ｃｍのところに毛羽や汚れが付きにくい梨地加工された固定ガイドを２．０〜０．５°のほとんど擦過されない範囲で接触させ、引っ張り速度５ｍ／分で引き取り機で解舒しながら測定する。
【００２０】
このときのデータは、回／秒の周期で５分間採取したものを用いる。ここでいう、梨地加工された固定ガイドとは、ガイド表面をブラスト処理等で粗したあと、メッキ（硬質クロムメッキ）による表面加工を行ったもの等を指し、その外周表面粗度は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１（２００１）で測定される算術平均高さＲａで０．４以上３．２以下であることが好ましい。
【００２１】
炭素繊維束のパッケージ上の平均糸幅Ｗ１［ｍｍ］と横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］との関係が、０．９５未満であると、解舒したあとの糸幅が狭くなるということであり、その結果、高次加工性時における炭素繊維束の拡がりが不十分となる。また、横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］と繊度Ｄ［ｔｅｘ］の関係Ｗ２≧０．２２５×Ｄ１／２  が成立しない場合は、横取り解舒した糸幅の単位当たりの拡がり幅が狭いということであり、高次加工時における、特に薄物高次加工製品生産時の炭素繊維束の拡がりが不十分となり、例えば、プリプレグ中で糸条間に隙間（ワレ欠点）ができるなどし、結果、高繊維含有率等の高品質・高品位複合材料を得ることが困難となる。
かかる巻き取りパッケージ上の平均糸幅Ｗ１［ｍｍ］と横取り解舒した後の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］との関係Ｗ２／Ｗ１は、高繊維含有率等の高品質・高品位複合材料を得るという観点からは大きい程好ましいが、繊維束としての形態保持性や設備上の制限等から上限は１．５０程度である。
また、かかる巻き取りパッケージ上の平均糸幅Ｗ１［ｍｍ］の好ましい範囲は１．５以上２０ｍｍ以下が好ましい。平均糸幅Ｗ１が１．５ｍｍ未満であると糸が細すぎて、炭素繊維束のパッケージ上から糸を引きとる際の取り扱い性が劣る可能性があ  り、また、平均糸幅Ｗ１が２０ｍｍを超えると安定した糸幅でパッケージとして巻き取ることが出来にくくなる。
【００２２】
横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅Ｗ２［ｍｍ］と繊度Ｄ［ｔｅｘ］の関係（Ｗ２≧０．２２５×Ｄ１／２）の好ましい範囲は、かかる巻き取りパッケージ上の平均糸幅Ｗ１の上限値から、下記式の関係にあることが好ましい。
【００２３】
Ｄ１／２≧Ｗ２≧０．２２５×Ｄ１／２
また、横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅Ｗ２は、バラツキの指標であるＣＶ値が１０％以下にあることが好ましく、更に好ましくは、８％以下である。ＣＶ値が１０％を超えるということは長手方向の糸幅が安定していないということであり、その結果、プリプレグや織物の高次加工性において、隙間などのワレ欠点ができる原因となり品位が安定しないことが起こりうる。
ここでいうＣＶ値は、解舒した後の解舒糸の平均糸幅Ｗ２を回／秒の周期で５分間採取した際に得られるＮ＝３００を用いたデータの平均値Ｘと標準偏差Ｓにより算出され、以下の式で求められる。
ＣＶ値＝Ｓ／Ｘ×１００［％］
また、そのときの横取り解舒張力の範囲は、０．３×（Ｄ／２）１／２［Ｎ］以下であることが好ましく、より好ましくは０．２５×（Ｄ／２）１／２［Ｎ］以下である。解舒張力が０．３×（Ｄ／２）１／２［Ｎ］を超えると、張力が高いことにより、炭素繊維束とパッケージ表面との擦過による炭素繊維束の品位低下、さらには解舒糸幅が狭くなるため高次加工性の品位悪化につながり、正確な横取り解舒の平均糸幅測定が困難となることがある。また、横取り解舒張力は、品位を悪化させない意味からは低いほど良いが、取り扱い性から下限は、０．０５×（Ｄ／２）１／２［Ｎ］程度である。
【００２４】
また、本発明における炭素繊維束は、２３℃の温度におけるドレープ値が９ｃｍ以下であることが好ましく、すなわち、比較的柔らかい糸束に関する程効果がある。ドレープ値とは、糸束の硬さを表したものであり、その値が小さいほど柔らかく、形態保持性が小さいと言える。炭素繊維束には、機械特性および取り扱い性向上等により、サイジング剤が付着されており、ドレープ値はサイジング剤の付着量や特性により変化する。一般的に、拡がり性、機械特性あるいは開繊性向上のために、炭素繊維束が柔らかい扁平な糸束を用いた場合でも、解舒糸幅が拡く安定したものが得られる。ドレープ値の下限としては、サイジング剤付着量やサイジング剤特性との関係から４ｃｍ程度である。
【００２５】
ここでいうドレープ値について、図１を用いて説明する。図１は、本発明で用いるドレープ値の測定方法を示す概略側面図である。図１（ａ）のように、５０ｃｍにカットされた炭素繊維束を、温度２３℃、湿度６０％の雰囲気下で重りを０．０３７５［ｇ／ｔｅｘ］の比率でぶら下げ、３０分以上放置して撚り癖を解き、成形する。それを３０ｃｍの長さに切断し、図１（ｂ）のように、その一端部を四角柱の上面に片持支持の状態で垂れ下がらないよう床面と平行になるよう固定する。このとき、炭素繊維束が、四角柱の側面に対して直角になるように、かつ、四角柱の側面から、垂れ下がった炭素繊維束の先端までの長さが２５ｃｍになるように固定する。そのあと、重力によって垂れ下がった炭素繊維束の先端と四角柱の側面とがなす最も近い距離［ｃｍ］を測定する。このとき、炭素繊維束が垂れ始めてから１秒後の距離をドレープ値とする。また、サイジング剤付着量は、一般的に０．２〜３．０重量％の範囲にあるものが好ましく、より好ましくは０．２〜２．０％重量％の範囲にあるものである。サイジング剤付着量が３．０重量％を超えると集束性が良くなるため形態保持性や取り扱い性が良くなる一方、サイジング剤の経時変化により、解舒時の粘着糸切れや単糸切れ、または集束性が高すぎることによる拡がり不足により高次加工性が劣る傾向を示す。また、サイジング剤付着量が０．２重量％以下であれば、耐擦過性低下や集束性不足により、解舒時での毛羽、糸裁けが発生し、取り扱い性が悪化する傾向を示す。
【００２６】
また、本発明において、炭素繊維束に実質的に撚りがないという意味は、例え撚りがあったとしても、残撚り数は１ｍあたり０．１ターン以下であることが好ましい。残撚り数が０．１ターン／ｍを超えるということは、糸幅が部分的に狭くなるということであり、拡がり性が劣る傾向を示す。
ここでいう、残撚り数は、以下の方法で測定することができる。炭素繊維パッケージから炭素繊維束を約半分に引き裂きながら横取りに解舒する。捻れが入ったところで捻れを戻して撚りを解き、数値を記録する。それを２０ｍ繰り返し、その絶対値を足し算した値を２０ｍで割った値とし、１ｍ当たりの残撚り数とする。
【００２７】
本発明において、炭素繊維束は、次のようにして得ることができる。原料繊維としては、ポリアクリロニトリル系繊維、ピッチ系繊維およびレーヨン系繊維等、いずれのものでもよいが、耐擦過性に優れた炭素繊維束が得られるという理由で、ポリアクリロニトリル系繊維を原料繊維とすることが好ましい。
【００２８】
また、炭素繊維束を構成する単繊維の数は、生産性や樹脂含浸性から３，０００〜４８，０００本の範囲内が適当である。
【００２９】
本発明で用いられる炭素繊維束は、その前駆体繊維、好ましくはポリアクリロニトリル系繊維を、酸化性雰囲気中（通常は空気中）にて２００〜３００℃の範囲の温度で加熱して耐炎化した後、不活性雰囲気中にて最高焼成温度が３００〜２，０００℃の範囲の温度で加熱して炭化するとともに０．９〜１．０倍の範囲で延伸することによって製造することができる。炭化処理に先立って、耐炎化繊維を不活性雰囲気中にて２００〜８００℃で加熱する、いわゆる予備炭化処理を施してもよい。耐炎化温度が２００℃未満であると、焼け斑が発生し、引張強度の低下等の特性の低下や、糸傷、毛羽の発生等の品位低下を引き起こすことがある。また、耐炎化温度が３００℃を超えると、反応熱の蓄熱が起こり、生産が不安定になる。耐炎化温度の好ましい範囲は２００〜２７０℃であり、より好ましい範囲は２３０〜２７０℃である。
【００３０】
また、炭化温度が３００℃よりも低いと、得られる炭素繊維の引張強度や引張弾性率が低下する。一方、炭化温度が２，０００℃を超えると、結晶化が促進されて得られる炭素繊維の０°方向の圧縮強度が低下し、繊維強化複合材料製の筒体としたときの捻り強さが損なわれるようになる傾向がある。炭化温度の好ましい範囲は３００〜２，０００℃であり、より好ましい範囲は３００〜１，９５０℃である。
【００３１】
さらに、炭化処理における延伸比が０．９倍未満では、得られる炭素繊維の引張強度や引張弾性率が低下する場合がある。一方、延伸比が１．１倍を超えると、解除時の糸切れやローラーとの擦過による毛羽を生ずるようになる場合がある。延伸比の好ましい範囲は０．９〜１．０倍であり、さらに好ましい範囲は０．９２〜０．９８倍である。
【００３２】
また、いわゆる黒鉛化繊維束を得る場合には、上記炭化繊維束を不活性雰囲気中（例えば、窒素雰囲気中）にて２，０００℃よりも高い最高焼成温度で黒鉛化するとともに０．９〜１．２倍の範囲で延伸することによって製造することが好ましい。このとき、最高焼成温度は、好ましくは２，０００〜３，０００℃であり、より好ましくは２，０００〜２，９００℃であり、さらに好ましくは２，０００〜２，７００℃の範囲で選択する。最高焼成温度が２，０００℃未満では引張弾性率が不足することがあり、また、３，０００℃を超えると炭素の結晶化が促進されて繊維強化複合材料としたときの０°方向の圧縮強度低下などの品質低下を招くことがある。
【００３３】
また、黒鉛化処理における延伸比が０．９倍未満では引張弾性率や引張強度が低下することがあり、１．２倍を超えると、解除時の糸切れやローラーとの擦過による毛羽を生ずるようになることがある。延伸比についてのより好ましい範囲は１．０〜１．２倍であり、さらに好ましい範囲は１．０〜１．１倍である。
【００３４】
更に、得られた炭素繊維束を水溶液中にて表面を電解処理し、サイジング剤を付着させた後、予備乾燥により糸条をある程度乾燥し、更に高い温度で乾燥する方法が好ましく適用される。予備乾燥には、炭素繊維束をある程度扁平・開繊できるホットローラーを用いることが好ましく、ここで予備乾燥温度は１００〜２００℃が好ましい。また、糸条とローラーとの接触時間は、５〜３０秒が好ましい。接触時間が５秒以下であると十分な乾燥が得られないため、十分に扁平な糸束をキープ出来なくなることがある。また、接触時間が３０秒以上になると生産速度ダウンによる生産性悪化や設備が大きくなりすぎることによる設備費が高くなる。
また、炭素繊維束にサイジング剤を付与した後、炭素繊維糸束幅ｗに対する搬送ローラーの溝底フラット部の幅Ｂ（ｍｍ）の比率Ｔ（Ｂ／ｗ）は、１＜Ｔ≦４の範囲であることが好ましい。前記の比率Ｔが１未満であると炭素繊維束の端部が溝ローラーのエッジで糸折れが発生し、高次加工性時にワレなどの悪影響が出る。また、比率Ｔが４を超えると炭素繊維糸束幅に対して、マシンの機幅が大きくなりすぎることにより、設備費アップに繋がり良くない。
本発明の炭素繊維パッケージの製造方法においては、炭素繊維束にサイジング剤を付着・乾燥し、糸条形態をある程度扁平にしてから、パッケージとして巻き取られる間の搬送工程で如何にして、残撚りの少ない状態で巻き上げることができるかが重要である。糸条を搬送するときのガイドローラー形状は、一般的に溝付きローラーや鍔付きローラーが用いられる。しかしながら、それでは、蛇行しやすい比較的柔らかい糸条は、溝や鍔に接触し易く、比較的溝幅が大きいローラーを使用しても結果的に連続した残撚りが入りやすいことになる。ただし、残撚りが入ってもそれが瞬間的なものであれば、ローラーとローラーとの間のフリーレングス部分である程度の張力で残撚りが解ければ問題ない。
この方法として、トラバースガイドまでの間の溝ローラー方式を、例えば、図２（図３は図２のＡ−Ａ‘の断面図）のような形状とした鍔付きローラーを用いることにより、残撚りが入り難く、搬送糸に連続的な残撚りが入らないように最終トラバースガイドまで搬送することができる。その溝率は、好ましくは５〜４０％であり、更に好ましくは１０〜２０％である。溝率が５％未満では、繊維束間で干渉し合い混繊して糸切れが発生し生産性が劣る可能性がある。また、溝率が４０％を超えると、溝ローラーのエッジ部分に長く接触する可能性があるため糸折れが発生し、パッケージ上の糸幅が狭くなる可能性がある。ここでいう溝率について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の一実施態様を示すある時間帯の鍔付きガイドローラーを例示する側面図であり、図３は、図２のガイドローラーの鍔付きローラー軸２をとおるＡ−Ａ‘における断面図である。
溝率は、図２のように、繊維束Ｆを搬送する鍔付きガイドローラーで、繊維束Ｆが接触する部分の円周（鍔付きローラー半径の）に対して、鍔付きローラー凸幅Ｌに示す鍔部分の回転方向の総長がどれくらい占めるかの比率を表し、下記の式で求められる。
【００３５】
溝率＝鍔数×Ｌ／２π×半径×１００［％］
また、炭素繊維束に残撚りが入らない方法として、搬送ガイドの糸条走行面が凹上に湾曲して鍔がないガイドローラーを用いることもできる。走行糸条とガイドローラーが接触する部分の鍔付きローラーの湾曲半径Ｒは、糸条の太さなどにもよるが、単繊維の本数が１２０００本程度の汎用的な炭素繊維束であれば、２０〜４０ｍｍが好ましく、更に好ましくは２５〜３５ｍｍである。鍔付きローラー半径Ｒが２０ｍｍ未満では、繊維束が集束しようとする力が大きく働いたり、場合によっては残撚りが入ることがある。また、鍔付きローラー半径Ｒが４０ｍｍを超えると、安定して搬送することが出来なくなり、生産性が下がる傾向がある。
その後、撚りを入れないようにトラバースガイドを介して、パッケージとして巻き取る。このときのトラバースガイドを図４に本発明の炭素繊維パッケージの製造方法の一実施態様を例示説明するためのトラバースガイド装置部分の概略側面図を示して説明する。図４に示すように、巻取ボビン１０の回転軸と実質的に平行に回転軸が配されたガイドローラー５ｂを、最終のガイドローラー５ａ直上に、さらに１本設置することが好ましい。巻取ボビン１０の回転軸と実質的に平行に回転軸が配されたガイドローラーは、最終のガイドローラー５ａを含めて２本以上有していることが好ましく、これらガイドローラーと糸条Ｆとの接触長の合計が２５ｍｍ以上であることが好ましい。この形態によれば、さらに糸道を安定させることが可能となるが、上述のとおり装置が大型化してしまうことを考慮すれば、巻取ボビン９の回転軸と実質的に平行に回転軸が配されたガイドローラー本数は３本以下、合計接触長は７５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
また、巻取ボビン１０の回転軸と実質的に直角にねじれた位置に回転軸が配されたガイドローラー４ｂを、第１のガイドローラー４ａ直下に、さらに１本設置することが好ましい。巻取ボビン１０の回転軸と実質的に直角にねじれた位置に回転軸が配されたガイドローラーは、第１のガイドローラー４ａを含めて２本以上有していることが好ましく、これらガイドローラーと糸条Ｆとの接触長の合計が２５ｍｍ以上であることが好ましい。この形態によれば、さらに糸道を安定させることが可能となるが、上述のとおり装置が大型化してしまうことを考慮すれば、巻取ボビン１０の回転軸と実質的に直角にねじれた位置に回転軸が配されたガイドローラー本数は３本以下、合計接触長は７５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３７】
以上、述べてきたように、本発明の綾振りガイド装置１が有している全てのガイドローラーと糸条Ｆとの接触長の合計は、糸道を安定させる観点からは長いほど好ましいが、やはり装置が大型化してしまうことを考慮すれば、５０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが好ましい。また、同様に、ガイドローラーの全本数は７本以下であることが好ましい。
【００３８】
次に、最終のガイドローラー５ａにおける糸条の離れ点から、巻取ボビン１０または巻取機プレッシャーローラー７のいずれかにおける糸条Ｆの接触点までの距離のうち、短い方が２５ｍｍ以下であることが好ましい。例えば、図４においては、最終のガイドローラー５ａにおける糸条の離れ点から、巻取機プレッシャーローラー７における糸条の接触点までの距離Ｈが２５ｍｍ以下であることが好ましい。距離Ｈは、糸道を安定させる観点からは短いほど好ましいが、ローラー配置の点や糸かけ作業性の点からは５ｍｍ以上であることが好ましい。また、巻取ボビン１０に巻き取った後、巻取機プレッシャーローラーにより接圧する場合には、最終のガイドローラー５ａにおける糸条の離れ点から巻取ボビンにおける糸条の接触点までの距離が２５ｍｍ以下であることが好ましい。また、トラバースガイドを介す際のガイドローラーと走行糸条との位置関係は、撚りを入れないようにするため直角直進、または、巻取りボビンの回転軸と実質的に平行に回転軸が配されたガイドローラーを用いることが好ましい。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。
【００４０】
［実施例１］
単繊維数１２，０００本、単繊維繊度１．１［ｄｔｅｘ］のアクリロニトリル系繊維束を、２４０℃の温度の酸化性雰囲気中にて１２０分間加熱し耐炎化繊維束を得た後、不活性雰囲気中にて最高焼成温度７００℃の温度で加熱して予備炭化し予備炭化繊維束を得た。引き続き、予備炭化繊維束を、最高焼成温度２０００℃の不活性中で炭化処理するとともに０．９５倍に延伸し、炭化繊維束を得た。次に、得られた炭化繊維束を水溶液中にて表面を電解処理し、サイジング剤（竹本油脂株式会社製、製品名：Ｔ１８００を０．５重量％になるように付与した後、予備乾燥として１３０℃の温度で６秒間ホットローラー乾燥、および空気中２００℃の温度で乾燥し、ドレープ値が８ｃｍである炭素繊維束を得た。
引き続き、得られた炭素繊維束を、走行炭素繊維糸束幅に対する搬送ローラーの溝底フラット部の幅との比率が２で、溝率が２０％の溝ローラーおよびガイドローラーを用いて走行させた後、綾振りガイド装置（トラバースガイドローラー）３が図４に示すようになるように設置し、そのガイドローラー接触長を２０ｍｍなるように調整した。このときの、図４の第１のガイドローラー４ａとガイドローラー４ｂは、巻取ボビン１０の回転軸に対して垂直な面に平行となるようにガイドローラーの軸を取り付け、最終のガイドローラー５ａとガイドローラー５ｂは、巻取ボビン１０の回転軸と平行となるように取り付けた。さらに、補助ガイドローラー６に関しては、ガイドローラー４ｂ〜補助ガイドローラー６間の糸道と補助ガイドローラー６〜ガイドローラー５ｂ間の糸道のいずれもが、補助ガイドローラー６の回転軸と垂直な面内となるよう、補助ガイドローラー６を配置した。すなわち、トラバースガイドの５個のガイドローラー全てを、各々その前後の糸道に対して、ガイドローラー回転軸が垂直に捻れた位置になるように配置した。そのあと連続して、巻取機のプレッシャーローラー７における糸条の接触点までの距離Ｈを２０ｍｍに調整し、スクエアエンド型の炭素繊維パッケージとして巻き取った。その炭素繊維パッケージを横方向に４．２［Ｎ］の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表１に示す。
【００４１】
［実施例２］
搬送ガイドが湾曲したすなわち鍔がないガイドローラーを用いたこと以外は、全て実施例１と同じとして炭素繊維パッケージを得、その炭素繊維パッケージを横方向に４．２［Ｎ］の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表１に示す。
【００４２】
［実施例３］
サイジング剤（Ｓｚ）付着量が１．０％、ドレープ値が１６ｃｍの比較的硬い炭素繊維を得た後は、全て実施例１と同じとして炭素繊維パッケージを得、また、その炭素繊維パッケージを横方向に４．２［Ｎ］の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表１に示す。
【００４３】
［比較例１］
溝率が１００％である溝ローラーおよびガイドローラーを用いたこと以外は、全て実施例１と同じとして炭素繊維パッケージを得、また、その炭素繊維パッケージを横方向に４．２［Ｎ］の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表１に示す。
【００４４】
［比較例２］
溝率が１００％である溝ローラーおよびガイドローラーを用いたこと以外は、全て実施例３と同じとして炭素繊維パッケージを得、また、その炭素繊維パッケージを横方向に４．２［Ｎ］の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2006274497.tif 000002
【００４６】
実施例１〜３の炭素繊維パッケージは、比較例１、２の炭素繊維パッケージに比較して、高次加工性のための強化繊維として使用した場合、ワレなどの欠点が少ない良好な高次加工品が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の炭素繊維パッケージは、繊度当たりの炭素繊維束の巻き取り糸幅が拡く、また、柔らかい形態保持性が小さい、幅広い巻き取りパッケージを横取りした長手方向に解舒して高次加工工程に入る直前の糸束の形状変化および糸幅のバラツキが小さい。そのため、本発明の炭素繊維パッケージを用いることにより、プリプレグや織物などの高次加工性時の拡幅安定性に優れ、品位の良い安価な高次加工品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明で用いるドレープ値の測定方法を示す概略側面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施態様を示すある時間帯の鍔付きガイドローラーを例示する側面図である。
【図３】図３は、図２のガイドローラーのＡ−Ａ‘における断面図である。
【図４】図４は、本発明の炭素繊維パッケージの製造方法の一実施態様を例示説明するためのトラバースガイド装置部分の概略側面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  ：ドレープ値
２  ：鍔付きローラー軸
３  ：綾振りガイド装置
４ａ：第１のガイドローラー
４ｂ：ガイドローラー
５ａ：最終のガイドローラー
５ｂ：ガイドローラー
６  ：補助ガイドローラー
７  ：プレッシャーローラー
８  ：ガイド案内部
９  ：糸条パッケージ
１０：巻取ボビン（紙管）
Ｆ  ：繊維束
Ｒ  ：鍔付きローラー半径
Ｌ  ：鍔付きローラー凸幅
【図１】
2006274497.tif 000003
【図２】
2006274497.tif 000004
【図３】
2006274497.tif 000005
【図４】
2006274497.tif 000006