(57)【要約】【課題】分割糸にサイジング剤を付与する際に渡り糸が離脱しにくい、炭素繊維の分割糸の製造方法を提供する。【解決手段】炭素繊維の原糸Ａの幅を広げ厚みを薄くする開繊工程と、原糸Ａを長手方向に沿って複数本の分割糸Ｂに分割する分割工程と、分割糸Ｂにサイジング剤Ｓを付与する後処理工程と、を有し、後処理工程において、分割糸Ｂの送り方向Ｘに沿って空気を送って分割糸Ｂに空気を当てながら、サイジング剤Ｓを吹き付けてまたは落下させて分割糸Ｂにサイジング剤Ｓを付与する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維の原糸の幅を広げ厚みを薄くする開繊工程と、
前記原糸を長手方向に沿って複数本の分割糸に分割する分割工程と、
前記分割糸にサイジング剤を付与する後処理工程と、を有し、
前記後処理工程において、前記分割糸の送り方向に沿って空気を送って前記分割糸に空気を当てながら、前記サイジング剤を吹き付けてまたは落下させて前記分割糸に前記サイジング剤を付与する、炭素繊維の分割糸の製造方法。
【請求項２】
前記空気の送り方向と前記分割糸の送り方向のなす角度は０度以上９０度未満である、請求項１に記載の炭素繊維の分割糸の製造方法。
【請求項３】
前記分割糸の前記サイジング剤が滴下する領域に前記空気を当てる、請求項１に記載の炭素繊維の分割糸の製造方法。
【請求項４】
前記分割糸の前記サイジング剤が滴下する領域の上流側の領域に前記空気を当てる、請求項１に記載の炭素繊維の分割糸の製造方法。
【請求項５】
前記分割糸の前記サイジング剤が滴下する領域とその上流側の領域に前記空気を当てる、請求項１に記載の炭素繊維の分割糸の製造方法。
【請求項６】
前記分割糸に対して、前記サイジング剤を滴下する側と同じ側から前記空気を前記分割糸に当てる、請求項１に記載の炭素繊維の分割糸の製造方法。
【請求項７】
前記分割糸に対して、前記サイジング剤を滴下する側と反対側から前記空気を前記分割糸に当てる、請求項１に記載の炭素繊維の分割糸の製造方法。
【請求項８】
前記分割糸に対して、前記サイジング剤を滴下する側と同じ側と反対側から前記空気を前記分割糸に当てる、請求項１に記載の炭素繊維の分割糸の製造方法。
【請求項９】
霧状の前記サイジング剤を前記空気とともに前記分割糸に吹き付ける、請求項１に記載の炭素繊維の分割糸の製造方法。
【請求項１０】
炭素繊維の原糸の幅を広げ厚みを薄くする開繊機構と、
前記原糸を長手方向に沿って複数本の分割糸に分割する分割機構と、
前記分割糸にサイジング剤を付与する後処理機構と、を有し、
前記後処理機構は、
前記分割糸を送り方向に送る送り機構と、
前記サイジング剤を前記分割糸に吹き付けるまたは落下させて前記分割糸に付与する付与機構と、
空気を前記分割糸に当てる送風機構と、を有し、
前記送風機構は、前記分割糸の前記送り方向に沿って空気を送って前記分割糸に空気を当てながら前記分割糸に前記サイジング剤を付与する、炭素繊維の分割糸の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維の分割糸の製造方法および製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
細い炭素繊維は市場に出回っていない。これは、細いほど炭素繊維の製造条件が厳しくなり、技術的に難しいからである。また、細いほど炭素繊維の製造効率が低下し、価格が高くなるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本国特開平１１−３２３６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで特許文献１は、太い炭素繊維の原糸を分割して細い分割糸を得る方法を提案している。特許文献１は、分割糸を得た後にサイジング剤を貯留したサイジングバスに分割糸を導き、分割糸をバスに浸けて分割糸にサイジング剤を付与することを提案している。
本発明者は、開繊した後に長手方向に沿って切断した分割糸において、長手方向に対して斜めに延びるいわゆる渡り糸は、バスに浸けた時に流体抵抗を受けてめくりあがるようにして他の糸から離脱してしまう。すると、バスの底に堆積してしまったり、バス中のローラにからみつくなどして生産性を損なってしまうことに気がついた。
【０００５】
そこで本発明は、分割糸にサイジング剤を付与する際に渡り糸が離脱しにくい、炭素繊維の分割糸の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の一側面によれば以下が提供される。
炭素繊維の原糸の幅を広げ厚みを薄くする開繊工程と、
前記原糸を長手方向に沿って複数本の分割糸に分割する分割工程と、
前記分割糸にサイジング剤を付与する後処理工程と、を有し、
前記後処理工程において、前記分割糸の送り方向に沿って空気を送って前記分割糸に空気を当てながら、前記サイジング剤を吹き付けてまたは落下させて前記分割糸に前記サイジング剤を付与する、炭素繊維の分割糸の製造方法。
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の一側面によれば以下が提供される。
炭素繊維の原糸の幅を広げ厚みを薄くする開繊機構と、
前記原糸を長手方向に沿って複数本の分割糸に分割する分割機構と、
前記分割糸にサイジング剤を付与する後処理機構と、を有し、
前記後処理機構は、
前記分割糸を送り方向に送る送り機構と、
前記サイジング剤を前記分割糸に吹き付けるまたは落下させて前記分割糸に付与する付与機構と、
空気を前記分割糸に当てる送風機構と、を有し、
前記送風機構は、前記分割糸の前記送り方向に沿って空気を送って前記分割糸に空気を当てながら前記分割糸に前記サイジング剤を付与する、炭素繊維の分割糸の製造装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、分割糸にサイジング剤を付与する際に渡り糸を離脱しにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態にかかる製造装置の概略図である。
【図２】原糸および分割糸の断面図である。
【図３】本実施形態にかかる方法のフローチャートである。
【図４】分割糸の概略平面図である。
【図５】比較例に係る後処理部を示す図であって、（ａ）は後処理部の概略側面図、（ｂ）は後処理部の概略平面図である。
【図６】本実施形態に係る後処理部を示す概略側面図である。
【図７】変形例１に係る後処理部を示す概略側面図である。
【図８】変形例２に係る後処理部を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本実施形態にかかる製造装置１の概略図である。図１の（ａ）は製造装置１の平面図であり、図１の（ｂ）は製造装置１の側面図である。
図１に示すように製造装置１は、送り出し部１０と、前処理部２０と、開繊部３０と、収束剤付与部４０と、レーザー照射部５０と、後処理部６０と、加熱部７０と、巻き取り部８０とを有している。
【００１１】
送り出し部１０は、原糸Ａを下流側へ送り出す部位である。送り出し部１０は、複数のダンサーローラ１１と、駆動ニップローラ対１２とを有している。ダンサーローラ１１は糸道をジグザグにして送り出す原糸Ａに作用する張力の変動を吸収し、原糸Ａに作用する張力が一定になるようにしている。駆動ニップローラ対１２は、原糸Ａを挟み込んで掴み、原糸Ａが巻き付けられたスプール１３から原糸Ａを引き出す。
【００１２】
前処理部２０は、原糸Ａに付与されている原糸用サイジング剤を除去する部位である。原糸Ａには、取り扱い中にほどけないように原糸用サイジング剤が付与されている。しかし、原糸用サイジング剤が付与されたままでは、後述する開繊工程で開繊しにくい。そこで前処理部２０によって原糸Ａから原糸用サイジング剤を除去する。前処理部２０は、例えば溶剤により原糸用サイジング剤を溶解させて除去したり、加熱して原糸用サイジング剤を溶融させて除去したり、高温の蒸気状の溶剤を吹き付けて原糸用サイジング剤を溶解・溶融させて除去することができる。
【００１３】
開繊部（開繊機構の一例）３０は、原糸Ａの幅を広げ厚みを薄くする部位である。図２は、原糸Ａの長手方向に直交する面の断面を示している。図２の（ａ）は開繊前の原糸Ａ、図２の（ｂ）は開繊後の原糸Ａを示している。開繊部３０は、図２の（ａ）の状態から（ｂ）の状態となるように、原糸Ａを変形させる。
【００１４】
開繊部３０は例えば、並列ロール、並列バー、太鼓ロール、逆回転ロール、振動ロール、液流、気流、超音波、水蒸気、水などのスプレー、熱風などを用いて、原糸Ａを変形させる。開繊部３０は、これらの手段の２つ以上を組み合わせて原糸Ａを変形させてもよい。開繊部３０は、原糸Ａを当初の原糸Ａの直径の２倍以上の幅となるように原糸Ａを変形させることが好ましい。
【００１５】
収束剤付与部４０は、開繊した状態の原糸Ａに収束剤を付与する。収束剤とは、開繊された状態の原糸Ａの炭素繊維に収束性を与えるものである。収束剤として例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シランカップリング剤、水不溶性ナイロンおよび水溶性ナイロン、水、などを挙げることができる。
【００１６】
レーザー照射部５０（分割機構の一例）は、開繊した状態の原糸Ａに長手方向に沿ってレーザーを照射する。レーザー照射部５０はこれにより、原糸Ａを長手方向に沿って複数本の分割糸Ｂに分割する。図２の（ｃ）は、分割後の原糸Ａ（分割糸Ｂ）の断面を示している。図示の例では、長手方向に沿って三か所にレーザーを照射し、一本の原糸Ａから４本の分割糸Ｂを得ている。もっとも、図示の例に限らず、一本の原糸Ａから２本、３本、５本以上の分割糸Ｂを得るように構成してもよい。
【００１７】
レーザー照射部５０は、レーザーを原糸Ａに照射するレーザー出力部５１と、レーザー出力部５１の上流および下流に配置されたニップローラ対５２を有している。ニップローラ対５２は、原糸Ａまたは分割糸Ｂに張力を与えることにより、原糸Ａまたは分割糸Ｂのレーザーが照射される部位が撓まないようにしている。
【００１８】
後処理部（後処理機構の一例）６０は、分割糸Ｂに収束性を付与する分割糸用サイジング剤を付与する。分割糸用サイジング剤としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シランカップリング剤、水不溶性ナイロンおよび水溶性ナイロン、などを挙げることができる。
【００１９】
加熱部７０は、分割糸用サイジング剤が付与された分割糸Ｂを加熱し、分割糸用サイジング剤を硬化させる。加熱部７０は、高周波加熱、遠赤外線加熱、熱風の吹き付けなどの非接触方式の加熱や、ヒートローラー、ダブルベルトプレスなどの接触方式の加熱、などにより分割糸Ｂを加熱し、分割糸用サイジング剤を硬化させる。
【００２０】
巻き取り部８０は、セパレータローラ８１と、ダンサーローラ８２と、巻き取りボビン８３とを備えている。セパレータローラ８１は、複数本が並列された状態の分割糸Ｂからそれぞれの分割糸Ｂを分離させる。ダンサーローラ８２は、分割糸Ｂのそれぞれの張力の変動を吸収して一定の張力となるようにする。分割糸Ｂは巻き取りボビン８３に巻き付けられる。
【００２１】
次に、上述した製造装置１を用いた炭素繊維の分割糸Ｂの製造方法を説明する。図３は、本実施形態に係る製造方法のフローチャートである。図３に示すように、まず、送り出し部１０から原糸Ａを下流側に向かって送り出す（ステップＳ０１）。
次に、前処理部２０により原糸Ａに前処理を施す（ステップＳ０２）。前処理を施すことにより、原糸Ａに付着している原糸用サイジング剤を除去する。
次に、開繊部３０により原糸Ａを開繊し、原糸Ａの幅を広げ厚みを薄くする（ステップＳ０３）。続いて収束剤付与部４０により、開繊した状態の原糸Ａに収束剤を付与し、原糸Ａをなす炭素繊維のまとまりがよい状態とする（ステップＳ０４）。
次に、レーザー照射部により収束剤が付与され開繊された状態の原糸Ａにレーザーを照射し、原糸Ａを複数本の分割糸Ｂに分割する（ステップＳ０５）。
分割された分割糸Ｂに対して後処理部６０により分割糸用サイジング剤を付与する（ステップＳ０６）。さらに加熱部７０により分割糸Ｂを加熱し、分割糸用サイジング剤を硬化させる（ステップＳ０７）。
分割糸用サイジング剤が硬化した分割糸Ｂを巻き取り部８０で巻き取る（ステップＳ０８）。このようにして、原糸Ａから複数本の細い分割糸Ｂが得られる。
【００２２】
ところで、図４に示すように、分割工程（ステップＳ０５）後には、長手方向に沿って切断した分割糸Ｂにおいて、いわゆる渡り糸Ｗが、整列した複数の分割糸Ｂの長手方向に対して斜めに延在する。したがって、後処理部６０における後処理工程（ステップＳ０６）では、長手方向に対して渡り糸Ｗが斜めに延在した複数の分割糸Ｂに対してサイジング剤を付与することとなる。
【００２３】
図５の（ａ）および図５の（ｂ）は参考例に係る後処理工程の様子を示す図である。図５の（ａ）は側方から見た様子、図５の（ｂ）は上方から見た様子を示している。
図５の（ａ）に示すように、例えば、分割糸用のサイジング剤Ｓを貯留させたサイジングバス１０１に送りローラ１０２で分割糸Ｂを導き、分割糸Ｂをサイジング剤Ｓに浸漬させて付与することを考える。すると、図５の（ｂ）に示すように、整列した複数の分割糸Ｂの長手方向に対して斜めに延在した渡り糸Ｗが、サイジング剤Ｓに浸けた時に流体抵抗Ｒを受けてめくりあがるようにして分割糸Ｂなどの他の糸から離脱してしまう。この離脱した渡り糸Ｗは、サイジングバス１０１の底に堆積してしまったり、サイジングバス１０１中の送りローラ１０２などに絡みつくなどして生産性が損なわれるおそれがある。
【００２４】
このため、本実施形態に係る製造方法では、後処理工程（ステップＳ０６）において、渡り糸Ｗの堆積やローラへの絡まりを抑制する。
【００２５】
図６は本実施形態に係る製造装置１の後処理部６０を示す側面図である。図６に示すように、後処理部６０は、送り機構６２と、付与機構６３と、送風機構６４と、を有している。送り機構６２は、分割糸Ｂの送り方向Ｘの上流側と下流側に設けられた複数の送りローラ６２ａ，６２ｂ，６２ｃを備える。送り機構６２は、複数の送りローラ６２ａ，６２ｂ，６２ｃによって分割糸Ｂを水平方である送り方向Ｘへ送る。送りローラ６２ａ，６２ｂ，６２ｃは、送り方向Ｘの上流側に一つ設けられ、送り方向Ｘの下流側に二つ設けられている。上流側に設けられた送りローラ６２ａは分割糸Ｂの下方に設けられている。下流側に設けられた送りローラ６２ｂ，６２ｃは、互いに対向する位置に配置され、分割糸Ｂを挟んで引き取り、下流側へ送り出す。
【００２６】
付与機構６３は、送り機構６２で搬送される分割糸Ｂの上方に配置されている。付与機構６３は、分割糸Ｂに対して分割糸用のサイジング剤Ｓを落下させ、これにより、分割糸Ｂにサイジング剤Ｓを付与する。なお、付与機構６３は、サイジング剤Ｓを分割糸Ｂに対して上方から吹き付けて付与するものでもよい。
【００２７】
送風機構６４は、空気を吹き出す二つの送風機６４ａ，６４ｂを備えている。これらの送風機６４ａ，６４ｂは、送り機構６２で搬送される分割糸Ｂの上下における送り方向Ｘの上流側に配置されている。上方側の送風機６４ａは、搬送される分割糸Ｂの送り方向Ｘに対して斜め上方から約４５度の角度で空気を吹き付ける。下方側の送風機６４ｂは、搬送される分割糸Ｂの送り方向Ｘに対して斜め下方から約４５度の角度で空気を吹き付ける。この分割糸Ｂの送り方向Ｘに対する送風機６４ａ，６４ｂからの空気の送り方向のなす角度θは、０度以上９０度未満であればよい。なお、送風機６４ａ，６４ｂからの空気の送り方向と分割糸Ｂの送り方向Ｘとのなす角度θは、好ましくは０度以上６０未満、より好ましくは０度以上４５度未満、さらに好ましくは０度以上３０度未満であればよい。
【００２８】
二つの送風機６４ａ，６４ｂは、送り機構６２で搬送される分割糸Ｂに対して付与機構６３によってサイジング剤Ｓが付与される付与箇所へ向かって空気を当てる。これにより、分割糸Ｂには、送風機構６４によって空気が当てられながら付与機構６３によってサイジング剤Ｓが付与される。
【００２９】
また、後処理部６０は、受け容器６５を有している。受け容器６５は、搬送される分割糸Ｂの下方側に配置されており、分割糸Ｂから落ちるサイジング剤Ｓを受ける。
【００３０】
次に、製造装置１の後処理部６０による分割糸Ｂへのサイジング剤Ｓの後処理工程（ステップＳ０６）を説明する。
【００３１】
レーザー照射部５０で分割されて後処理部６０へ送り込まれた分割糸Ｂに対して、後処理部６０では、付与機構６３からサイジング剤Ｓを落下させてサイジング剤Ｓを付与する。このとき、送風機構６４の送風機６４ａが分割糸Ｂの送り方向Ｘに沿って空気を送ることで、分割糸Ｂに対して、サイジング剤Ｓが滴下する領域及びその上流側の領域に空気を当てる。これにより、分割糸Ｂには、サイジング剤Ｓが確実に付与される。この際に、渡り糸Ｗに流体抵抗など剥離させる力を作用させないので、渡り糸Ｗが絡まるといった問題が生じない。
【００３２】
サイジング剤Ｓが付与された分割糸Ｂは、その後、下流側に配置された送り機構６２の一対の送りローラ６２ａによって挟まれて送り出される。これにより、分割糸Ｂは、付与されたサイジング剤Ｓの余剰分が送りローラ６２ａによって除去されて下流側の加熱部７０へ送り出される。この送りローラ６２ａで分割糸Ｂから除去された余剰分のサイジング剤Ｓは、下方に配置された受け容器６５に受けられて回収される。なお、後処理部６０では、付与機構６３で付与されて分割糸Ｂから滴下する余剰のサイジング剤Ｓも下方に配置された受け容器６５に受けられて回収される。
【００３３】
このように、本実施形態に係る炭素繊維の分割糸の製造方法及び製造装置１によれば、分割糸Ｂの送り方向Ｘに沿って空気を送って分割糸Ｂに空気を当てながら、サイジング剤Ｓを落下させて分割糸Ｂにサイジング剤Ｓを付与する。したがって、渡り糸Ｗが送り方向Ｘと逆側にめくりあがることが防止され、分割糸Ｂの他の糸から離脱しにくくすることができる。これにより、渡り糸Ｗの堆積やローラへの絡まりを抑制して品質及び生産性を向上させることができる。
【００３４】
また、空気の送り方向と分割糸Ｂの送り方向Ｘのなす角度を０度以上９０度未満とすることで、渡り糸Ｗを分割糸Ｂの他の糸に対してより絡まりにくくすることができる。
【００３５】
また、分割糸Ｂのサイジング剤Ｓが滴下する領域とその上流側の領域に空気を当て、さらに、分割糸Ｂに対して、サイジング剤Ｓを滴下する側と同じ側と反対側から空気を当てる。これにより、上下方向について渡り糸Ｗが他の糸にまとまりやすくなり、渡り糸が他の糸から剥離することを抑制しやすい。
【００３６】
また、上記実施形態では、後処理部６０において、分割糸Ｂに対して、サイジング剤Ｓを滴下する側と同じ側である上側と、サイジング剤Ｓを滴下する側と反対側である下側の両側から、送風機構６４の送風機６４ａで空気を当てる場合を例示したが、分割糸Ｂに対する空気の当て方は上下の両方に限らない。
【００３７】
例えば、後処理部６０において、分割糸Ｂに対してサイジング剤Ｓを滴下する側と同じ側である上側だけに空気を当ててもよく、また、分割糸Ｂに対してサイジング剤Ｓを滴下する側と反対側である下側だけに空気を当ててもよい。もっとも、分割糸Ｂの下側に空気を当てると、滴下されたサイジング剤Ｓにつれて下方へ動こうとした渡り糸Ｗを上方へ押し戻して他の糸とまとまるようにすることができるので好ましい。
【００３８】
次に、変形例について説明する。
（変形例１）
図７は、変形例１に係る後処理部６０Ａを示す概略側面図である。図７に示すように、変形例１における後処理部６０Ａの付与機構６３ａは、サイジング剤Ｓを噴霧する噴霧器である。この噴霧器からなる付与機構６３ａは、分割糸Ｂの上方から霧状のサイジング剤Ｓを噴霧する。なお、この噴霧機からなる付与機構６３ａは、分割糸Ｂに対して吹き付け圧なくサイジング剤Ｓを付与する。また、変形例１では、送り機構６２の送りローラ６２ａが上流側だけに設けられている。さらに、変形例１では、送風機構６４が一つの送風機６４ａを備えている。送風機６４ａは、分割糸Ｂの上方側に設けられ、搬送される分割糸Ｂの送り方向Ｘに対して斜め上方から約４５度の角度で空気を吹き付ける。
【００３９】
この変形例１では、分割糸Ｂに対して、付与機構６３ａからサイジング剤Ｓを噴霧するとともに、送風機構６４の送風機６４ａによって空気を吹き付ける。これにより、分割糸Ｂへの余剰なサイジング剤Ｓの付与を極力抑えつつ良好に付与することができる。また、分割糸Ｂへのサイジング剤Ｓの余剰な付与を抑えることができるので、下流側における絞り用の一対の送りローラ６２ａを不要にすることができる。
【００４０】
（変形例２）
図８は、変形例２に係る後処理部６０を示す概略側面図である。図８に示すように、変形例２では、後処理部６０の付与機構６３ｂが送風機構６４を兼ねている。付与機構６３ｂは、サイジング剤Ｓを空気とともに噴出させるスプレーである。付与機構６３ｂは、分割糸Ｂに対して霧状のサイジング剤Ｓを吹き付ける。このスプレーからなる付与機構６３ｂは、分割糸Ｂの上方側に設けられ、搬送される分割糸Ｂの送り方向Ｘに対して斜め上方から約４５度の角度でサイジング剤Ｓを噴霧する。この変形例２においても、送り機構６２の送りローラ６２ａが上流側だけに設けられている。
【００４１】
この変形例２では、搬送される分割糸Ｂの送り方向Ｘに対して斜め上方から約４５度の角度でサイジング剤Ｓをスプレーすることで、サイジング剤Ｓを空気とともに吹き付ける。この場合も、分割糸Ｂへの余剰なサイジング剤Ｓの付与を極力抑えつつ良好に付与することができ、下流側における絞り用の一対の送りローラ６２ａを不要にできる。
【符号の説明】
【００４２】
１    製造装置
３０  開繊部（開繊機構）
５０  レーザー照射部（分割機構）
６０  後処理部（後処理機構）
６２  送り機構
６３  付与機構
６４  送風機構
Ａ    原糸
Ｂ    分割糸
Ｓ    サイジング剤
Ｘ    送り方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2019148029.tif 000008
【図７】
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【図８】
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