(57)【要約】【課題】大掛かりな設備を要さずに、繊維からサイズ剤を除去する脱サイズ方法及び脱サイズされた繊維と可塑性樹脂とを用いて成形物を成形する成形装置を提供する。【解決手段】脱サイズ方法は、導電性繊維に付着したサイズ剤を除去する方法であって、サイズ剤が付着した導電性繊維に通電する。脱サイズ装置（５）は、導電性繊維に付着したサイズ剤を除去する装置であって、サイズ剤が付着した導電性繊維（Ａ）に通電する通電手段（５１）を備える。成形装置１は、サイズ剤が付着した導電性繊維（Ａ）を供給する繊維供給部３と、供給された導電性繊維（Ａ）のサイズ剤を除去する脱サイズ部５と、脱サイズされた導電性繊維に可塑性樹脂を供給する樹脂供給部７とを備え、脱サイズ部５は供給された導電性繊維（Ａ）に通電する通電手段（５１）を備える。【選択図】図１
2019173232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性繊維に付着したサイズ剤を除去する脱サイズ方法において、
前記サイズ剤が付着した導電性繊維に通電する
脱サイズ方法。
【請求項２】
前記導電性繊維を走行させ、
走行方向における上流側ローラと下流側ローラとの間に印加電力を供給する
請求項１に記載の脱サイズ方法。
【請求項３】
導電性繊維に付着したサイズ剤を除去する脱サイズ装置において、
前記サイズ剤が付着した前記導電性繊維に通電する通電手段を備える
脱サイズ装置。
【請求項４】
サイズ剤が付着した導電性繊維を供給する繊維供給部と、
供給された前記導電性繊維に付着した前記サイズ剤を除去する脱サイズ部と、
前記サイズ剤が除去された前記導電性繊維に可塑性樹脂を供給する樹脂供給部と
を備え、
前記脱サイズ部は前記供給された前記導電性繊維に通電する通電手段を備える
成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性繊維に付着したサイズ剤を除去する脱サイズ方法及び脱サイズ装置並びに前記脱サイズ方法により脱サイズされた導電性繊維を用いて成形物を成形する成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、導電性繊維の一例である炭素繊維には、操作性、摩耗性等を改善するために、サイズ剤が付着している。炭素繊維は、エポキシ等の熱硬化性樹脂と共に成形されて複合材料として広く利用されている。このため、マトリクス樹脂である熱硬化性樹脂と炭素繊維との密着性を良くするために、サイズ剤として熱硬化性樹脂が使用されている。
一方、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を用いた複合材料もある。この場合、炭素繊維とマトリクス樹脂との密着性は、マトリクス樹脂として熱硬化性樹脂を用いた場合より悪くなる傾向にある。
このため、熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂とする場合、炭素繊維のサイズ剤を除去することが好ましい。特許文献１には、脱サイズ方法の例として、炭素繊維をアセトン浴に浸漬する方法が記載されている。なお、サイズ剤を除去することを脱サイズともいう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０７４８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の技術では、アセトン浴に炭素繊維を浸漬するため、脱サイズ用の設備が大掛かりになるという問題がある。
本開示は、上記のような問題点に着目し、大掛かりな設備を必要とせずに、導電性繊維からサイズ剤を除去する脱サイズ方法及び脱サイズされた導電性繊維と可塑性樹脂とを用いて成形物を成形する成形装置を提供することを目的とする。
なお、脱サイズは、マトリクス樹脂と同じ系（タイプ）の樹脂を主成分とするサイズ剤であっても、マトリクス樹脂と繊維との密着性が劣る（改善する）場合もあり、脱サイズの簡略化の要求は高い。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示に係る脱サイズ方法は、導電性繊維に付着したサイズ剤を除去する脱サイズ方法において、前記サイズ剤が付着した導電性繊維に通電する。また、前記導電性繊維を走行させ、走行方向における上流側ローラと下流側ローラとの間に印加電力を供給する。
本開示に係る脱サイズ装置は、導電性繊維に付着したサイズ剤を除去する脱サイズ装置において、前記サイズ剤が付着した前記導電性繊維に通電する通電手段を備える。
本開示に係る成形装置は、サイズ剤が付着した導電性繊維を供給する繊維供給部と、供給された前記導電性繊維に付着した前記サイズ剤を除去する脱サイズ部と、前記サイズ剤が除去された前記導電性繊維に可塑性樹脂を供給する樹脂供給部とを備え、前記脱サイズ部は前記供給された前記導電性繊維に通電する通電手段を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本開示に係る脱サイズ方法では、素材自体に通電することで、素材自体が発熱する。この熱を利用しているため、大掛かりな設備を必要とせずに、導電性繊維からサイズ剤を除去できる。
本開示に係る脱サイズ装置では、上記の脱サイズ方法を利用するため、大掛かりな設備を必要とせずに、導電性繊維からサイズ剤を除去できる。
本開示に係る成形装置では、上記脱サイズ方法を利用するため、大掛かりな設備を必要とせずに、導電性繊維からサイズ剤を除去できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る製造装置を説明するための概略図である。
【図２】試験方法を説明する図である。
【図３】試験結果を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る製造装置を説明するための概略図である。
【図５】変形例１の脱サイズ部を説明する概略図である。
【図６】変形例２の脱サイズ部を説明する概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜本開示の概要＞
１．脱サイズ
（１）導電性繊維
導電性繊維は、当該繊維に電流を流してジュール熱を発生できればよく、その導電率は特に限定するものではない。
導電性繊維は、長繊維であっても短繊維であってもよい。なお、ここでいう長繊維は、１００［ｍｍ］以上の長さをいい、例えば、連続繊維も含まれる。長繊維の形態は、１本のフィラメントから構成されたものであってもよいし、複数本のフィラメントが束状になった繊維束（ストランド）であってもよい。
繊維が束状の場合、同じ種類の繊維（フィラメント）から構成されてもよいし、複数種類の繊維（フィラメント）から構成されてもよい。また、複数種類の繊維（フィラメント）から構成される場合、複数種類の中に導電性繊維が含まれていればよい。
導電性繊維の例としては、炭素繊維等の有機繊維や、ステンレス等の金属繊維等の無機繊維や、有機繊維の表面に導電処理（被覆や塗布）を施した繊維や、導電性フィラーが混入された有機繊維等がある。
【０００９】
（２）サイズ剤
サイズ剤は硬化性樹脂を主成分とする。ここでいう主成分とは、サイズ剤に含まれる樹脂成分中において硬化性樹脂が５０［％］より多く含まれることをいう。サイズ剤の例としては、エポキシ、ビニルエステル、ポリウレタン等がある。
なお、サイズ剤は可塑性樹脂を主成分としてもよい。例えば、導電性繊維を脱サイズして、熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂として成形するような場合である。
【００１０】
（３）通電
通電は導電性繊維に電流を流すことをいう。電流量（通電量）は、通電によりジュール熱が発生して、その熱によりサイズ剤を分解（除去）できる電流量以上であればよい。
【００１１】
２．成形装置
（１）装置
成形装置は、少なくとも、繊維供給部、脱サイズ部、樹脂供給部を備えればよい。
（１−１）繊維供給部
繊維供給部はサイズ剤が付着した導電性繊維を供給できればよい。ここでの導電性繊維は連続繊維が好ましい。供給する繊維は、繊維束が好ましく、その本数は特に限定するものではない。
（１−２）脱サイズ部
脱サイズ部は、サイズ剤が付着する導電性繊維に対して可塑性樹脂が供給される（接触する）前に、導電性繊維のサイズ剤を除去できればよい。
脱サイズ部は、複数本の導電性繊維又は複数本の導電性繊維束が供給される場合、複数本の導電性繊維又は複数本の導電性繊維束が１つにまとめられる前に各導電性繊維又は導電性繊維束を脱サイズしてもよいし、複数本の導電性繊維又は複数本の導電性繊維束が１つにまとめられた後に、当該まとめられた導電性繊維を脱サイズしてもよい。
【００１２】
導電性繊維への通電方法は、特に限定するものではなく、例えば、導電性繊維を樹脂供給位置まで走行させるためのローラであって走行方向に配された複数のローラ間に印加してもよいし、導電性繊維を走行させるためのニップローラを構成する一対のローラ間に印加してもよいし、導電性繊維を走行方向に沿って誘導するために走行方向に沿って配されたガイド間に印加してもよいし、ローラとガイドとの間に印加してもよいし、ローラとニップローラとの間に印加してもよいし、ニップローラとガイドとの間に印加してもよい。つまり、樹脂供給位置までに、走行する導電性繊維と接触する導電性部品間に印加すればよい。
印加電圧及び通電時間は、供給する導電性繊維の本数、導電性繊維の導電率、サイズ剤の種類等により適宜決定すればよい。
【００１３】
（１−３）樹脂供給部
樹脂供給部は溶融した樹脂を導電性繊維に供給する。供給方法は、例えば、固体樹脂を加熱部に供給した後に溶融状態になった樹脂を導電性繊維に供給してもよいし、樹脂シートを複数本の導電性繊維（束）に供給した後に加熱ローラで樹脂シートを溶融させても良い。
【００１４】
（２）可塑性樹脂
可塑化型樹脂は、熱、光（紫外線や赤外線）等で溶融し、溶融後に固化する樹脂である。可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂、及びその共重合体やブレンド物であるポリオレフィン系樹脂、ポリアミド６６、ポリアミド６、ポリアミド１２等の脂肪族ポリアミド系樹脂、酸成分として芳香族成分を有する半芳香族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）やポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）等の芳香族ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリスチレン系樹脂（ポリスチレン樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂等）、ポリ乳酸系などの脂肪族ポリエステル系樹脂、ポリスルフォン樹脂（ＰＳｕ）ポリエーテルスルフォン樹脂（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、ポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）などがある。また、樹脂として、これらの樹脂の混合物を使用することもできる。
【００１５】
（３）成形物
成形物は導電性繊維と可塑性樹脂とからなる繊維樹脂材料を成形（固化）したものである。なお、繊維樹脂材料は、成形物の形状に固化される前の状態をいい、可塑性樹脂の状態は、固体状態、粉体状態、流体状態であってもよい。
成形物は、一定の形状を維持できる状態のものをいい、最終製品と形状が異なってもよいし、同じであってもよい。つまり、成形物は、最終製品であってもよいし、最終製品にするために供給される中間製品であってもよい。
【００１６】
＜第１の実施形態＞
１．概要
主に図１を用いて説明する。
第１の実施形態は、導電性繊維として炭素繊維束を利用し、連続状の炭素繊維束と熱可塑性樹脂とから成形物を連続して成形する成形装置１について説明する。なお、導電性繊維（炭素繊維束）を、以下「繊維」とし、符号「Ａ」を用いる。熱可塑性樹脂を、以下「樹脂」とし、符号「Ｂ」を用いる。
成形装置１は、少なくとも、繊維供給部３、脱サイズ部５及び樹脂供給部７を備える。ここでの成形装置１は、樹脂Ｂが繊維Ａに供給されてなる繊維樹脂材料を賦形する賦形部９を備える。なお、繊維樹脂材料の符号を「Ｃ」とする。
【００１７】
ここで、繊維Ａの走行方向において、繊維Ａの進む側を下流側（図１において下側である）とし、下流側と反対側を上流側（図１において上側である）とする。成形装置１は、上流側から繊維供給部３、樹脂供給部７、賦形部９をこの順で備える。なお、一例としての脱サイズ部５は、繊維供給部３内に含まれている。
成形装置１は、繊維Ａや繊維樹脂材料Ｃを走行させるための走行用ローラを１個以上有する。ここでは、成形装置１は樹脂供給部７と賦形部９との間に走行用ローラ（ニップローラ）８を備える。
【００１８】
２．各部の構成
（１）繊維供給部
ここでの繊維Ａはボビン３１に巻き付けられたロービング３３を利用する。
繊維供給部３はロービング３３から引き出された繊維Ａをローラ３５やニップローラ３６で誘導しつつ供給する。なお、ニップローラ３６はロービング３３から繊維Ａを引き出す機能も有する。
【００１９】
（２）脱サイズ部
ローラ３５とニップローラ３６は、繊維Ａと接触する周面を導電性材料（例えば金属材料）で構成されている。脱サイズ部５は、ローラ３５とニップローラ３６との間に電圧を印加する電圧印加手段５１を有する。これにより、ローラ３５とニップローラ３６との間を移動する繊維Ａに電流が流れ、ジュール熱により繊維Ａが発熱する。なお、電圧印加手段５１は通電手段の一例に相当する。
【００２０】
（３）樹脂供給部
樹脂供給部７は繊維Ａが賦形部９に達する前に樹脂Ｂを供給する。ここでは溶融状態の樹脂Ｂが繊維Ａに供給される。樹脂供給部７は、樹脂Ｂを貯留する樹脂貯留タンク７１と、繊維Ａに供給する樹脂Ｂを貯留する樹脂槽７３と、貯留されている樹脂Ｂを樹脂槽７３に送り出すポンプ７５とを備える。
樹脂貯留タンク７１にはヒータ（図示省略）が設けられている。これにより、樹脂貯留タンク７１内の樹脂Ｂを溶融したり、溶融状態を維持したりする。樹脂槽７３には貫通孔７３ａが設けられ、この貫通孔７３ａを所定本数の繊維Ａが通過する。貫通孔７３ａは所定本数の繊維Ａの太さに対応しており、溶融状態の樹脂Ｂが供給されている樹脂槽７３の貫通孔７３ａを通過することで、所定量の樹脂Ｂが繊維Ａに塗布（供給）される。この樹脂Ｂが付着したものが繊維樹脂材料Ｃである。
【００２１】
（４）賦形部
賦形部９は繊維樹脂材料Ｃを所望の形状に賦形する。賦形部９は、繊維樹脂材料Ｃを軟化させるヒータ９１と、軟化状態にある繊維樹脂材料Ｃを賦形させるための賦形用ローラ９３とを備える。
樹脂供給部７から送り出される繊維樹脂材料Ｃの少なくとも表面が固化状態又は固化状態に近い状態になっている場合ある。このため、ヒータ９１は少なくとも変形可能な程度にまで繊維樹脂材料Ｃを軟化させるためのものである。ヒータ９１として、接触タイプ、非接触タイプ等を利用できる。なお、操作性、樹脂Ｂの付着を考慮すると非接触タイプが好ましい。
賦形用ローラ９３は走行する繊維樹脂材料Ｃの両側に配された駆動ローラである。ここでの繊維樹脂材料Ｃの両側は、賦形用ローラ９３に供給される繊維樹脂材料Ｃの移動方向と直交する方向において繊維樹脂材料Ｃの両側である。図１では左右方向である。
【００２２】
賦形用ローラ９３は一対のローラ９３ａ，９３ｂにより構成されている。一対のローラ９３ａ，９３ｂは走行する繊維樹脂材料Ｃに当接し、繊維樹脂材料Ｃが所定方向（ここでは下方）に進むように回転する。一対のローラ９３ａ，９３ｂは賦形用ローラ９３に進入する前の繊維Ａの移動方向と直交する方向を回転軸としている。各ローラ９３ａ，９３ｂはその回転速度が独立して調整可能に設けられている。ローラ９３ａ，９３ｂの回転速度を異なるように調整することで、その速度差により繊維樹脂材料Ｃが変形する。なお、成形物は直線状に延伸する棒状、板状であってもよい。
【００２３】
３．脱サイズ
繊維Ａに電流を流すことで、繊維Ａに付着したサイズ剤を除去している。以下、通電による脱サイジングの試験結果を説明する。
【００２４】
（１）試験内容
試験は、図２に示すように、２つのニップローラ１１，１２間に繊維を架設した状態で所定の電圧を２つのニップローラ１１，１２に印加した。ここでは、ニップローラ１１に正電圧を印加した。
試験条件は、以下の通りである。
ニップローラ間隔：３００［ｍｍ］
電流            ：４．５［Ａ］
通電時間        ：１、３、５、７、１０、１２０、２４０［ｓｅｃ］
繊維銘柄        ：ＳＴＳ４０ Ｆ１３ ２４Ｋ １６００ＴＥＸ Ｓ（東邦テナックス社製）
繊維本本数      ：２４，０００本
サイズ剤        ：Ｆ１３
【００２５】
（２）評価
通電前後の繊維Ａの重量変化により脱サイズ剤を評価した。
試験結果は、図３に示すように、通電時間が１０［ｓｅｃ］まで繊維Ａの重量は減少し、通電時間を１０［ｓｅｃ］以上長くしても、重量変化は見られなかった。
つまり、繊維Ａに通電させて発熱させることで、繊維Ａに付着したサイズ剤が除去されることが明らかになった。
【００２６】
（３）実用性
上記試験結果から、２４，０００［本］の繊維Ａに対して４．５［Ａ］の電流を１０［ｓｅｃ］流すことで、サイズ剤を除去できる。
したがって、例えば、図１で説明した成形装置１において、繊維Ａの走行速度を１０００［ｍｍ／ｍｉｎ］に設定すると、図１のローラ３５とニップローラ３６の間隔を１６７［ｍｍ］以上にすることで、脱サイズ処理が可能となり、成形装置１への組み込みで十分に実用できる。
【００２７】
＜第２の実施形態＞
１．概略
図４を用いて説明する。
第２の実施形態においても繊維Ａと樹脂Ｂとを用いて成形物を製造する。
成形装置１０１は、少なくとも、繊維供給部１０３、脱サイズ部１０５、樹脂供給部７、賦形部１０９を備える。なお、樹脂供給部７は第１の実施形態と同じ構成であるため、その説明を省略する。
【００２８】
（１）繊維供給部
ここでの繊維供給部１０３は、複数個所（例えば２箇所）から繊維Ａを供給する。繊維供給部１０３は、ボビン３１に巻き付けられたロービング３３を複数本（例えば２本）備え、複数本（例えば２本）の繊維Ａを上流側のローラ１３１，１３３、下流側のローラ１３５で誘導して供給する。なお、ローラ１３５はニップローラであり、複数のロービング３３から繊維Ａを引き出す機能も有する。
【００２９】
（２）脱サイズ部
脱サイズ部１０５は、第１の実施形態と同様に、繊維供給部１０３のローラ１３１，１３３，１３５を利用して、繊維Ａに通電させている。ここでは、ローラ１３１，１３３に正電圧を印加する。
【００３０】
（３）賦形部
賦形部１０９は繊維樹脂材料Ｃを所望の形状に賦形する。賦形部１０９は、繊維樹脂材料Ｃを下流側に移動させるための移動用ローラ（ニップローラ）１９１と、繊維樹脂材料Ｃを賦形させる賦形用ローラ１９３とを備える。
賦形用ローラ１９３に供給される繊維樹脂材料Ｃが変形自在な場合はヒータを備えなくてもよいが、ここでの賦形部１０９はヒータを備える。
ヒータは、図４に示すように、走行用ローラ１９１と賦形用ローラ１９３とに印加する印加手段１９５により構成される。電圧の印加により、走行用ローラ１９１と賦形用ローラ１９３との間を走行する繊維Ａに電流が流れ、ジュール熱による発熱により繊維樹脂材料Ｃが加熱される。
賦形用ローラ１９３は、第１の実施形態と同様に、一対のローラ１９３ａ，１９３ｂにより構成され、各ローラ１９３ａ，１９３ｂはその回転速度が独立して調整可能に設けられている。
【００３１】
２．賦形部のヒータ
第２の実施形態では、賦形部１０９におけるヒータとして、繊維樹脂材料Ｃを走行させるための走行用ローラ１９１と賦形用ローラ１９３に電流を流している。これにより、走行用ローラ１９１と賦形用ローラ１９３間を走行する繊維Ａが発熱する。この場合、繊維Ａ自体が発熱するため、樹脂Ｂと繊維Ａとの密着性を向上させることができる。つまり、繊維Ａへの樹脂Ｂの含浸に着目すると、繊維（フィラメント）への通電により繊維Ａ周辺の樹脂Ｂを溶融させて繊維Ａ間に浸透させ易くする含浸方法とも言える。
【００３２】
＜変形例＞
以上、第１及び第２の実施形態を説明したが、これらの実施形態に限られるものではなく、例えば、以下のような変形例であってもよい。また、実施形態と変形例、変形例同士を組み合わせたものであってよい。
また、実施形態や変形例に記載していていない例や、要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。
【００３３】
１．脱サイズ
脱サイズは導電性繊維に電気を流してジュール熱を発生させることで行っている。したがって、脱サイズは導電性繊維に電流を流せればよく、その通電方法について特に限定するものではない。
以下、第１及び第２の実施形態と異なる変形例について説明する。
【００３４】
図５に示す変形例では、繊維供給部は第２の実施形態と同じであり、２本の繊維Ａ１，Ａ２は各ロービング３３から引き出され、ローラ１３１，１３３でガイドされながら、ローラ（ニップローラ）１３５により１つの繊維束Ａとなって下流側へ送り出される。ジュール熱用の電圧がローラ１３１とローラ１３３との間に印加されている。ここでは、ローラ１３１に正電圧が印加されている。これにより、電流は、図中の矢印で示すように、ローラ１３１から繊維Ａ１、ローラ１３５で合流する繊維Ａ２を通り、ローラ１３３へと流れる。
【００３５】
図６に示す例では、繊維供給部は第１の実施形態と同じであり、１本の繊維Ａはロービング３３から引き出され、ローラ３５でガイドされながら、ニップローラ３６により下流側へ送り出される。ニップローラ３６は一対のローラ３６ａ，３６ｂにより構成されている。ジュール熱用の電圧がローラ３６ａとローラ３６ｂとの間に印加されている。ここでは、ローラ３６ｂに正電圧が印加されている。これにより、電流は、繊維Ａを横切るように流れる。この場合、通電時間が短くなるため、通電量を多くすることで脱サイズが可能となる。
【００３６】
２．賦形部
第２の実施形態では、走行用ローラ１９１と賦形用ローラ１９３とに印加して、走行用ローラ１９１と賦形用ローラ１９３との間の繊維樹脂材料Ｃ（繊維Ａ）を通電により加熱している。しかしながら、例えば、走行用ローラ１９１を構成する２個のローラに印加してもよいし、賦形用ローラ１９３の２個のローラ１９３ａ，１９３ｂに印加してもよい。なお、ここでの印加は樹脂Ｂの加熱目的である。
【００３７】
１    成形装置
３    繊維供給部
５    脱サイズ部
７    樹脂供給部
【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】
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