(57)【要約】【課題】サイジング剤が実質的に付着していない分散性に優れかつ高次加工性で使用しやすい炭素繊維束パッケージを提供する。【解決手段】サイジング剤付着量が０．１重量％でかつ水分率が０．４重量％以下の炭素繊維束が撥水性円筒に巻き付けられてなる炭素繊維束パッケージである。更には撥水性円筒に水分率が０．５〜６０重量％である炭素繊維束を巻き取った後、水分率を０．４重量％以下になるまで乾燥させる炭素繊維束パッケージの製造方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイジング剤付着量が０．１重量％以下でかつ水分率が０．４重量％以下の炭素繊維束が撥水性ボビンに巻き付けられてなる炭素繊維束パッケージ。
【請求項２】
前記撥水性ボビンがボビンの最外層に撥水層を設けてなる請求項１記載の炭素繊維束パッケージ。
【請求項３】
前記撥水性ボビンの最外層が撥水性フィルムで被覆されてなる請求項１記載の炭素繊維束パッケージ。
【請求項４】
前記撥水性ボビンがプラスチックからなる請求項１記載の炭素繊維束パッケージ。
【請求項５】
前記撥水性ボビンがエンボス加工されてなる請求項１〜４いずれか記載の炭素繊維束パッケージ。
【請求項６】
炭素繊維束と前記撥水性ボビン間の摩擦係数が０．０５以上である請求項１〜５いずれか記載の炭素繊維束パッケージ。
【請求項７】
前記撥水性ボビンの吸水率が３％／６０秒以下である請求項１〜６いずれか記載の炭素繊維束パッケージ。
【請求項８】
前記撥水性ボビンの筒端部１点に１９．６Ｎの荷重を与えた際に荷重付加前後の該ボビンの外径変化率が２％以下である請求項１〜７いずれか記載の炭素繊維束パッケージ。
【請求項９】
撥水性ボビンに水分率が０．５〜６０重量％である炭素繊維束を巻き取った後、該炭素繊維束の水分率を０．４重量％以下に乾燥させる炭素繊維束パッケージの製造方法。
【請求項１０】
撥水性ボビンに水分率が０．５〜６０重量％である炭素繊維束を巻き取った際の撥水性ボビンの内径変化率が２％以下である請求項７記載の炭素繊維束パッケージの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は品質と品位がともに良好で、ハンドリング性および高次加工性に優れた炭素繊維束のパッケージ及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭素繊維は他の補強用繊維に比べて比強度および比弾性率が高いために、その優れた機械的特性を活かして複合材料用補強繊維として、航空宇宙用途やスポーツ用途および一般産業用途において利用されている。
【０００３】
更に、長繊維以外にも、チョップド糸、ミルド糸などの短繊維や或いは牽切紡績糸等、様々な形態で使用されており、その使用方法も熱硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂組成物などの各種マトリックス樹脂中だけでなく、コンクリートやモルタルに混入されて用いられる場合もある。さらに、電気コード用途など導電性を必要とされる用途においては炭素繊維上に金属をコーティングして使用するなど炭素繊維の用途は拡がりを見せている。
【０００４】
しかしながら、従来の炭素繊維では、炭素繊維束の取り扱い性を保ち、繊維束がさばけるのを防ぐためにサイジング剤が０．２〜２重量％程度付与されており、収束性に優れている反面、分散性が十分でない、サイジングが導電性を阻害するなどという問題があった。これらの問題を解決するために、種々の新規サイジング剤が開発されてきたが（例えば特許文献１、特許文献２参照）、各新規用途で要求される分散性は得られていない。
【０００５】
また、分散性を向上させ、導電性を阻害しないようにサイジング剤を付与しないことも考えられるが、従来の製造方法においてサイジング剤を付与せずに炭素繊維束を製造しようとすると、炭素繊維束製造プロセスで容易にさばけ、ローラーやガイド上を走行する時に単繊維が破断して巻付きを発生させて生産性が低下するだけでなく、隣接走行糸との接触により毛羽立ちが起こり繊維が傷むなど品質、品位を満足するものを得ることは困難であった。
【０００６】
従って、熱硬化性樹脂組成物、熱可塑性樹脂組成物、コンクリートおよびモルタルなど各種マトリックス中における分散性に優れ、かつ取り扱い性に優れた炭素繊維束は得られておらず、このような炭素繊維束を安定製造できる技術も見いだされていないのが現状であった。
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１３２８６３号（全頁）
【０００８】
【特許文献２】特開平９−２５００８７号（全頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記従来技術では達成し得なかった分散性、取り扱い性に優れた炭素繊維束からなるパッケージを提供し、また、かかる分散性に優れた炭素繊維束からなるパッケージを品質と品位ともに低下させることなく安定して生産できる炭素繊維束パッケージの製造方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、次の構成を有する。すなわち、本発明の炭素繊維束パッケージはサイジング剤付着量が０．１重量％以下でかつ水分率が０．４重量％以下の炭素繊維束が撥水性ボビンに巻き付けられてなる炭素繊維束パッケージである。また、撥水性ボビンに水分率が０．５〜６０重量％である炭素繊維束を巻き取った後、水分率を０．４重量％以下に乾燥させる炭素繊維束パッケージの製造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１２】
本発明は、サイジング剤付着量が０．１重量％以下でかつ水分率が０．４重量％以下の炭素繊維束が撥水性ボビンに巻き付けられてなる炭素繊維束パッケージである。
【００１３】
ここで、サイジング剤付着量は０．１重量％を超えないことが重要である。サイジング剤付着量が０．１重量％を超えると各種マトリックス樹脂などの媒体中における分散性が不十分であったり、導電性が十分発揮できない場合がある。ここでサイジング剤付着量というのは、サイジング剤が付着した炭素繊維束１００重量％において、付着しているサイジング剤の量で表される。かかるサイジング付着量は、炭素繊維束を乾燥させた後、サイジング剤を焼きとばすことでその重量差により求めることができる。サイジング付着量は少ないほど好ましく、好ましくは０．０５重量％以下、更に好ましくは０である。
【００１４】
また、本発明の炭素繊維束パッケージを構成する炭素繊維束は、その水分率が０．４重量％以下である。より好ましくは０．２重量％以下である。かかる炭素繊維束の水分率は、炭素繊維束を乾燥させ、乾燥前後の炭素繊維束の重量を測定することで求めることができる。水分率が０．４重量％を超えると水によって炭素繊維束の分散性が低下する場合がある。また、通常、炭素繊維パッケージは包装されて保管および輸送されるが、水分率が０．４重量％を超えた状態では保管および輸送の過程でカビが発生したり、炭素繊維束パッケージの形状が変形することがある。
【００１５】
本発明のパッケージは上記炭素繊維束が撥水性ボビンに巻き付けられてなるものである。撥水性ボビンを用いることで後述するように水等で集束性をもたせた状態にして本発明のパッケージを得ることを可能にしたものであり、吸水してボビンが変形したり、保管中にボビンにかびが発生するのを防止するものである。また、ボビンが変形すると、プリプレグ化工程など、炭素繊維束パッケージを用いる高次加工プロセスで炭素繊維束パッケージを所定のクリールに仕掛けられず、使用できなくなることがある。このため、具体的には炭素繊維束の巻始め時と巻き取り終了後のボビン内径変化率が２％以下、好ましくは１％以下であることが望ましい。
【００１６】
撥水性ボビンの材質としては、吸水率が前記範囲内であれば特に限定されないが、紙管などの表層に撥水加工を施したもの、あるいは、撥水フィルムを巻いたものが好ましい。また、プラスチック製のボビンであってもよい。ここで表層に撥水加工を施したものとしては、ボビンの最外層に撥水性の化合物をコーティングしたものであってもよい。円筒最外層にコーティングする材質は特に限定しないが、ポリエチレンラミネート紙やアルミ紙や離型紙、水溶性オレフィン系ワックスや水性エマルジョン系シリコンやセロファンを用いることができる。あるいは、撥水性を持たせるために最外層が撥水フィルムで被覆されていてもよい。撥水性フィルムの材質は水分が透過しなければ何でもよいが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリスチレン、ナイロン、ポリエステルを用いることができる。また、焼却処分時に燃焼で塩素ガスやハロゲンガスが発生しないように、フィルムには塩化ビニールなどの塩素化合物やハロゲン化合物を含まないことが好ましい。紙管最外層に被覆させる撥水性フィルムは、フィルムと紙管がずれないように紙管外径より大きな内径を有する筒状の熱収縮フィルム内に紙管を配置し、加熱してフィルムを熱収縮させて紙管最外層一面にフィルムを被覆させたものでもよい。また、複数の種類の異なるフィルムを組み合わせてもよいし、フィルムを紙管等から剥がし易いように巻剥がし部分をもうけてもかまわない。該熱収縮フィルムは熱収縮により非被覆部分を形成しないためにも実質的に周方向（紙管径方向）のみに収縮し、紙管長さ方向にはほとんど熱収縮しないことがより好ましい。さらに、巻き揚げる炭素繊維束が含有している水がフィルムの継ぎ目から紙管に浸透しないように、フィルムの継ぎ目が少ない方がよい。具体的には継ぎ目が２箇所以下、好ましくは継ぎ目のない（シームレス）フィルムがよい。また、フィルムを直接紙管の円周方向に１回転以上巻くことで撥水性ボビンを得ることもできる。
【００１７】
またプラスチック製ボビンとする場合には、例えばポリプロピレンやポリカーボネイトやアクリロニトリルブタジエンスチレン製のものを用いることができる。
【００１８】
本発明に用いるボビンは炭素繊維束パッケージが接する側に撥水加工が施されていれば良いが、より好ましくは、ボビンを６０秒間水中に浸した場合の浸漬前後のボビン重量から求められる吸水率が３％／６０秒以下、さらに好ましくは２％／６０秒以下、特に好ましくは１％／６０秒以下のボビンを用いることができる。
【００１９】
また、パッケージ取り扱い時や輸送時の衝撃によるボビンの破損や炭素繊維束パッケージの変形を防ぐためにも、ある程度の剛性をボビンに持たせることが好ましい。具体的には筒端部１点に１９．６Ｎの荷重を与えた際に荷重付加前後のボビン外径の変化率が２％以下、好ましくは１％以下となることが望ましい。
【００２０】
また、炭素繊維束とボビン間の摩擦係数をある程度上げることで、パッケージ形状を保持することが期待できる。具体的には、後述する方法のように炭素繊維束が撥水性ボビンからすべり出す時の荷重を基に求める炭素繊維束と撥水性ボビン間の摩擦係数が０．０５以上、好ましくは０．１０以上あれば、保管時や輸送時にパッケージ形状が崩れるといった品位の悪化を抑制する点から好ましい。炭素繊維束とボビン間の摩擦係数を上げる手法としては、例えばボビンの表面にエンボス加工を施すことができる。エンボス加工を施すことにより、内層部の炭素繊維をボビン表面のエンボス突起部に把持させることで、保管時や輸送時の衝撃により炭素繊維束パッケージの形状が崩れたり、或いは炭素繊維の自重によりパッケージが下方に部分的または全体的にスライドし、パッケージ形状が悪化することを防ぐことができる。
【００２１】
本発明の炭素繊維束パッケージの製造方法は、撥水性ボビンに水分率が０．５〜６０重量％である炭素繊維束を巻き取った後、該炭素繊維束の水分率を０．４重量％以下に乾燥させるものである。
【００２２】
ここで、炭素繊維束自体は特に限定されないが、炭素繊維フィラメントが１０００〜７２０００本束になったものであり、アクリロニトリル、ピッチまたはレーヨン等を原料として得られる前駆体繊維束を所定の温度により焼成せしめて得られる炭素繊維束を巻き取るものである。中でも高強度を発現させやすいアクリロニトリル系炭素繊維束が好ましい。尚、本発明でいう炭素繊維とは前駆体繊維を耐炎化工程など適切な熱処理を経た後、不活性雰囲気中１０００℃以上に加熱処理（炭素化処理）せしめた炭化繊維と不活性雰囲気中１５００℃以上で加熱処理（黒鉛化処理）せしめた黒鉛化繊維の両方を含むものである。
【００２３】
本発明の炭素繊維束パッケージの製造方法はかかる炭素繊維束をボビン上に巻き取るに際の炭素繊維束の水分率を０．５〜６０重量％にすることが重要であり、水分率を５〜５５重量％とするのがより好ましく、さらには２０〜５０重量％にするのが好ましい。かかる範囲の水分率とすることで、例えサイジング剤の付着量を０．１重量％以下にした場合であっても炭素繊維束の品質、品位を維持したまま炭素繊維パッケージを製造することができる。
【００２４】
炭素繊維束を巻き取る際の水分率が６０重量％を越えると、炭素繊維束パッケージに内在する多量の水分が乾燥時に一度になくなり、パッケージ内に空洞ができてしまうためにパッケージの形状が容易に変わってしまう。すなわち、炭素繊維束をパッケージから解舒する場合や輸送時に衝撃が与えられた場合にパッケージ形状が変化してしまう。
【００２５】
一方、炭素繊維束を巻き取る際の水分率が０．５重量％未満では、サイジング剤を使用せずに炭素繊維束パッケージを製造する場合に、炭素繊維束の収束性が十分に保てないため生産工程に配置されているローラーやガイドで単繊維が破断し糸切れや巻付きを起こしたり、隣接走行している炭素繊維束同士の接触により糸傷みや巻付きが発生するために炭素繊維束パッケージの品質と品位を悪化させるばかりでなく、生産性が低下する。
【００２６】
本発明の炭素繊維束パッケージの製造方法はかかる水分を含んだ炭素繊維束を前記撥水性ボビン上に巻き取り炭素繊維束パッケージとする。パッケージの形態としては、スクエアエンド型、テーパーエンド型などとすることができるが、巻き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という点でスクエアエンド型が好ましい。また、パッケージの型くずれを防止するという点で、綾角は５〜３０度好ましくは１０〜２０度であることが好ましい。
【００２７】
本発明の製造方法において、炭素繊維とマトリックス樹脂間の接着性を良好にするために、炭素繊維束を電解表面処理をすることが好ましい。使用する電解水溶液は求める特性に応じて、酸性水溶液およびアルカリ性水溶液を用いることができる。使用する電解水溶液の種類はマトリックス樹脂の種類や必要とする接着性から決めればよいが、酸性、すなわちｐＨが７未満である電解水溶液を構成する電解質としては、例えば硫酸、硝酸、リン酸、ホウ酸、炭酸等の無機酸、酢酸、アクリル酸、マレイン酸等の有機酸、硝酸ナトリウム、硝酸アンモニウムおよび硝酸水素アンモニウム等の無機塩アンモニウム等を挙げることができる。また、アルカリ性すなわちｐＨが７を超える電解水溶液を構成する電解質としては水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウムなどの水酸化物、アンモニア、炭酸ナトリウム、炭酸水素アンモニウム等の無機塩、酢酸ナトリウム、および安息香酸ナトリウム等の有機塩等を挙げることができる。例えば特開平７−２７９０４０に記載されているような電解処理方法を用いることもできる。
【００２８】
上記の電解水溶液による表面処理を行った後、炭素繊維束の取り扱い時の安全性確保や品位低下抑制のために電解水溶液や異物の除去を目的に、水洗洗浄することが好ましい。
【００２９】
本発明では、上記水洗洗浄後に炭素繊維束をそのまま撥水性ボビン上に巻き取ってもよく、洗浄後の水分率が６０重量％を超えている場合には、水分率が０．５〜６０重量％になるように乾燥させて巻き取ってもよいし、また、洗浄後、水分率が０．５重量％未満になるまで、一旦、洗浄水を乾燥蒸発させた後で、再度水を付与することもできる。水洗洗浄後の炭素繊維束をそのまま撥水性ボビン上に巻き取ると、洗浄時間が短い場合や炭素繊維のフィラメント数が多い場合、洗浄効率が不十分となり電解液などが少量炭素繊維束中に残存する場合がある。このため水洗洗浄後、付着した水や電解液を一旦乾燥蒸発させ、残存する電解液等を除去した後、再度、所定の水分率になるように水を付与することがより好ましい。いずれの場合も、乾燥温度は特に限定しないが、効率的に蒸発させるためには水が気化する１００℃以上程度が好ましい。但し、余り温度を上げ過ぎるとマトリックス樹脂との接着性が低下することから３００℃以下であることが好ましい。また乾燥時間は特に限定しないが、該乾燥後そのままボビン上に巻き上げる場合には水分率が０．５〜６０重量％の範囲となるように、例えば、３〜２４０秒の時間を設定できる。乾燥後、水を再付与し、ボビン上に巻き取る場合は、前記洗浄後、水分率が一旦０．５重量％未満、より好ましくは実質的に０になるように、例えば３〜３００秒乾燥させた後、水分率が０．５〜５０重量％になるように水を再付与することが好ましい。
【００３０】
本発明で用いる水としては、イオン交換水、蒸留水など不純物が少ない水が好ましい。不純物が混入していると乾燥後にも不純物が残存し、複合材料の補強繊維として用いた場合に強度低下の原因となる場合がある。
【００３１】
水の付与方法としては、ディップ方式、バス方式、シャワー方式、スプレー方式あるいはこれらの併用の方式が好ましい。
【００３２】
ディップ方式は、炭素繊維束を水槽中に浸漬する方式であり、バス方式は、ディップ方式の一態様で、水槽の中に少なくとも１つ以上のローラがあるもので、平行に走行する複数の炭素繊維束が水槽の中を同一条件で通過することから効率的、かつ、水分率のばらつきを発生することなく炭素繊維束を濡らすことができる。またシャワー方式やスプレー方式は、使用した水が再度炭素繊維に接触しないため、常にきれいな水を付与できる点で好ましい。また、得られる炭素繊維の使用目的に応じて、付与する水にサイジング剤を分散あるいは溶解しても構わない。この場合、乾燥後のサイジング付着量が０．２重量％未満になるようにサイジング剤の溶解量を調整することが好ましい。
【００３３】
本発明では、水分率が０．５〜６０重量％の炭素繊維束を、パッケージ形態に巻き取った後、パッケージ形態のまま乾燥するものであり、乾燥後の炭素繊維束の水分率は、０．４重量％以下であることが重要である。乾燥後の炭素繊維束の水分率が０．４重量％を超えると、炭素繊維束の分散性が低下する場合がある。また、通常炭素繊維束パッケージは、表面保護のために包装されるが、水分率が０．４重量％を超える状態のままフィルム包装すると、保管や輸送の過程でカビが生えることがある。従って巻き取り後、水分率を０．４重量％以下になるまで乾燥させた後に、炭素繊維束パッケージをフィルム包装することが好ましい。
【００３４】
本発明では、水分率０．５〜６０重量％の炭素繊維束を巻き上げたパッケージを乾燥する条件は、特に限定されず、時間や乾燥可能な温度設備等の能力によって自由に決めれば良い。例えば、温度２０〜２５℃、湿度５０％程度の条件下で、２週間程度自然乾燥すれば目標の水分率にすることができる。
【００３５】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。尚、本実施例で用いた個々の特性値は以下の方法により測定したものである。
（１）水分率
予め炭素繊維束を入れるガラス瓶と蓋を合わせた重さＷ１×１０−３（ｋｇ）を測定し、これに炭素繊維束を入れ、蓋をして重さＷ２×１０−３（ｋｇ）を測定した。次に、炭素繊維束をガラス瓶に入れたまま、蓋を開けて１３０℃×７，２００秒間、乾燥機の中で乾燥させた後、乾燥機内でガラス瓶に蓋をした。乾燥機からガラス瓶を取り出し、乾燥用のデシケータ内で２，４００秒間冷却した後、重さＷ３×１０−３（ｋｇ）を測定した。以上の値を用いて、次式により水分率を求めた。
【００３６】
水分率（重量％）＝｛（Ｗ２−Ｗ３）／（Ｗ３−Ｗ１）｝×１００
炭素繊維束は、４ｋｇ巻の炭素繊維束パッケージの最表層から０．１０±０．０５ｋｇ解舒した部分、および、最内層から２．０±０．５ｋｇの部分まで解舒した部分の２ヶ所それぞれから１本当たり約５×１０−３ｋｇ程度を各３本、計６本採取した。この６本について水分率を測定し平均を求めた。
【００３７】
尚、ボビン上に巻き取る際の水分率を測定する場合には、所定量（４ｋｇ）を巻き取った直後のパッケージについて、上記範囲でサンプリングし、測定した。
（２）サイジング剤付着量
水分率が０．４重量％以下になるまで乾燥された炭素繊維束を約２ｇ採取し、秤量瓶に入れた。秤量瓶の蓋を開けた状態で吸湿用デシケータの中に入れて室温２０〜３０度の場所で２４時間放置して、炭素繊維束に含まれた水を除去した。その後秤量瓶から炭素繊維束を取り出し、重量Ｗ４×１０−３（ｋｇ）を秤量した後、０．８×１０−３ｍ３／秒の窒素流量下で、温度４５０℃に設定した電気炉（容量１２０×１０−６ｍ３）に９００秒放置した。この処理によりサイジング剤を焼き飛ばした。次に、０．３×１０−３ｍ３／秒の乾燥窒素気流中に移し、９００秒間冷却した後、炭素繊維束の重量Ｗ５×１０−３（ｋｇ）を再び秤量した。次式よりサイジング付着量を求めた。
【００３８】
サイジング付着量（％）＝｛Ｗ４−Ｗ５）｝×１００÷Ｗ４
（３）摩擦係数
図１に示すとおり、パッケージの巻取り軸に用いるボビンに長さ５０ｃｍの炭素繊維束を接触角θ（ｒａｄ）がπ（ｒａｄ）（１８０°）になるようにセットする。炭素繊維束の一端に結び目を作り、そこに重量Ｗ６（ｇ）のおもりをぶら下げた状態で、もう一端にも結び目を作りその部分にばねはかりをセットして、下方に引いた。この時、円筒が動かないように固定しておく。炭素繊維束が円筒上ですべり始めた直後のばねはかりが示す荷重をＷ７（ｇ）（＞Ｗ６）とした。摩擦係数は次の式から求めた。
【００３９】
摩擦係数＝ｌｎ（Ｗ７／Ｗ６）÷θ
（４）吸水率
炭素繊維束を巻き取るボビンの重量を測定し、その重量をＷ８（ｇ）とした。この円筒を水を満たした槽に６０秒間浸漬させた後、槽から引き上げて表面についた水滴を軽く吹き落とした。水に浸した後の円筒重量をＷ９（ｇ）とし、吸水率（％／６０秒）を以下のとおり求めた。
【００４０】
吸水率（％／６０秒）＝（Ｗ９−Ｗ８）÷Ｗ８×１００
（５）内径変化率
炭素繊維束を巻き取る前のボビンどちらかの端部の内径を互いに１２０°の角度を持つように３箇所測定し、その平均をＲ１とした。炭素繊維束を４ｋｇ巻いた時点で、同様にボビンどちらかの内径を互いに１２０°の角度を持つように３箇所測定し、その平均をＲ２とした。撥水性円筒の内径変化率は次の式から求めた。
【００４１】
内径変化率（％）＝｜１−Ｒ２／Ｒ１｜×１００
（６）荷重付加時の外径変化率
炭素繊維束を巻き取る前に加重を加えていない状態でボビンの外径Ｒ３を測定した後、ボビンどちらか一方の端部から約１ｃｍの場所にアイコーエンジニアリング（株）製プッシュ・プルゲージ（ＡＷＦ−３０型）を用いて１９．６Ｎ／１０ｍｍ２の割合で荷重を加えた。荷重付加した状態で、荷重を加えている直近での円筒外径Ｒ４を測定する。荷重付加時の外径変化率は下式を用いて求めた。
【００４２】
荷重付加時の外径変化率（％）＝（Ｒ３−Ｒ４）÷Ｒ３×１００
（７）分散性
炭素繊維束を３０ｃｍの長さにカットし、これを空中で３回振った時の束のさばけおよび拡がりの程度で目視判定した。判定は４段階で行い、束が単繊維単位で均一に割れるものを優良、数十〜数百の単繊維の塊が全体の２割未満あるがほぼ均一に割れるものを良好、前記単繊維の塊が全体の２割以上見られるものを良、ほぼ束の形状を維持したものを不良とした。
（８）形態保持性
４ｋｇ巻の炭素繊維束パッケージを図２に示すとおり、ボビン一端を床面に接するようにして温度２３℃、湿度６０％の環境で２４時間放置した。ここで放置開始時における炭素繊維束パッケージの端面とボビン端部の距離をＬ１とする。２４時間放置後、炭素繊維最下方の端面とボビン端部の距離をＬ２とする。判定は以下のとおり４段階で行った。
【００４３】
優良  ：  ０．７×Ｌ１≦Ｌ２≦Ｌ１
良好  ：  ０．５×Ｌ１≦Ｌ２＜０．７×Ｌ１
良    ：  ０．３×Ｌ１≦Ｌ２＜０．５×Ｌ１
不良  ：  ０．３×Ｌ１＞Ｌ２
実施例および比較例を下記する。また、表１に結果の一覧を示す。
（実施例１）
アクリロニトリル９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて乾湿式紡糸方法により単繊維繊度１．１ｄｔｅｘ、フィラメント数２４０００のアクリル系繊維束を得た。これを２４０〜２７０℃の空気中で加熱して耐炎化繊維束とし、次いで窒素雰囲気中４００〜８００℃の温度領域で予備炭化した後、窒素雰囲気中で９００〜１５００℃の温度領域で炭化して炭素繊維束を得た。続いて、硫酸水溶液を電解液として炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電気量で表面処理を行い水洗洗浄した後、２００〜３００℃で乾燥した。この後、サイジング剤は付与せず、走行している炭素繊維束にディップ式で水を付与し、水分率４０重量％の炭素繊維束４ｋｇを巻き取った。張力は１繊維束あたり１３．７Ｎ（１４００ｇ重）、綾角１５°でスクエアエンド型に巻き取った。炭素繊維束を巻き取るボビンとしては表面にエンボス加工された紙管（内径８０ｍｍ、外径８４ｍｍ）の最外層にセロファンをコーティングした撥水性紙管に巻き取った。巻き取った直後の炭素繊維束の水分率は３５重量％であり、温度２５℃、湿度５０％の環境で１４日間自然乾燥させることで水分率が０．１重量％の炭素繊維束パッケージを得た。製造過程において糸切れや巻付きの発生はなかった。ここで使用した撥水性紙管と炭素繊維束間の摩擦係数は０．２８、撥水性ボビンの吸水率は１％／６０秒、荷重（１９．６Ｎ／１０ｍｍ２）付加時のボビン外径変化率は０．２％であり、炭素繊維巻き取り前後のボビン内径の変化率は０．３％であった。得られた炭素繊維束パッケージの品位、形態保持性とも優良であり、かびの発生やボビンの変形もなかった。炭素繊維束の分散性も優良であった。
（実施例２）
炭素繊維束をエンボス加工を施した紙管をポリエチレンテレフタレートグリコールからなる継ぎ目のない熱収縮フィルムで覆い、１４５℃で５秒間かけて熱収縮させて得られる撥水性ボビン（内径８０ｍｍ、外径８４ｍｍ）に巻き取った以外は実施例１と同様の方法で炭素繊維束パッケージを得た。ここで熱収縮フィルムとして、厚み４０μｍで、紙管長手方向の熱収縮率が１％、紙管周方向の熱収縮率が４１％のものを用いた。巻き取った直後の炭素繊維束の水分率を３５重量％とし、温度２５℃、湿度５０％の環境で１４日間自然乾燥させることで水分率が０．１重量％の炭素繊維束パッケージを得た。製造過程において糸切れや巻付きの発生はなかった。ここで使用した撥水性紙管と炭素繊維間の摩擦係数は０．３９、撥水性紙管の吸水率は１％／６０秒、荷重（１９．６Ｎ／１０ｍｍ２）付加時のボビン外径変化率は０．２％であり、炭素繊維巻き取り前後のボビン内径の変化率は０．２％であった。得られた炭素繊維束パッケージの品位、形態保持性ともに優良であり、かびの発生やボビン変形もなかった。また、炭素繊維束の分散性も優良であった。
（実施例３）
炭素繊維束を巻き取るボビンとして、エンボス加工を施した紙管を厚さの異なる２種類のポリエチレン製熱収縮性フィルムで覆ったボビン（内径８０ｍｍ、外径８４ｍｍ）を用いた。熱収縮性フィルムは紙管長さ方向には収縮せず、紙管周方向に１００℃の温度で４０％収縮するものを使用し、より具体的には、厚さ３０μｍの熱収縮性フィルムで紙管の周方向の８０％を覆い、継ぎ目の部分の上から周方向の３０％程度の７０μｍの熱収縮性フィルムを重ね、１７０℃で１５秒間かけて熱収縮させて得られたフィルムの継ぎ目が２箇所ある撥水性紙管である。つまりは、厚みの異なるフィルムで継ぎ接ぎをすることで、撥水性をもたせつつフィルムを容易に取り外すことができるボビンである。かかるボビンを用いた以外は実施例１と同様の方法で炭素繊維束パッケージを得た。
【００４４】
巻き取った直後の水分率を３５重量％とし、温度２５℃、湿度５０％の環境で１４日間自然乾燥させることで水分率が０．１重量％の炭素繊維束パッケージを得た。製造過程において糸切れや巻付きの発生はなかった。ここで使用した撥水性紙管と炭素繊維束間の摩擦係数は０．３８、撥水性紙管の吸水率は１％／６０秒、荷重（１９．６Ｎ／１０ｍｍ２）付加時のボビン外径変化率は０．２％であり、炭素繊維束巻き取り前後のボビン内径の変化率は０．２％であった。得られた炭素繊維束パッケージの品位、形態保持性ともに優良であり、かびの発生や筒変形もなかった。また炭素繊維束の分散性も優良であった。
（実施例４）
炭素繊維束を巻き取るボビンとしてエンボス加工されたプラスチック筒（内径８０ｍｍ、外径８４ｍｍ）を用いた以外は実施例１と同様の方法で炭素繊維束パッケージを得た。プラスチック自体撥水性を有することから、特に撥水加工は行わなかった。
【００４５】
巻き取った直後の水分率を３５重量％とし、温度２５℃、湿度５０％の環境で１４日間自然乾燥させることで水分率が０．１重量％の炭素繊維束パッケージを得た。製造過程において糸切れや巻付きを発生はなかった。ここで使用した撥水性ボビンと炭素繊維束間の摩擦係数は０．２０、撥水性ボビンの吸水率は０％／６０秒、荷重（１９．６Ｎ／１０ｍｍ２）付加時のボビン外径変化率は０．６％であり、炭素繊維束巻き取り前後のボビン内径の変化率は０．６％であった。得られた炭素繊維束パッケージの品位は優良であり、かびの発生やボビン変形もなかった。またパッケージ中の炭素繊維が自重でやや下方にスライドしたが、形態保持性は良好であった。炭素繊維束の分散性は優良であった。
（実施例５）
炭素繊維束を巻き取るボビンとして、エンボス加工していない表面が平滑なプラスチック円筒（内径８０ｍｍ、外径８４ｍｍ）を用いた以外は実施例１と同様の方法で炭素繊維束パッケージを製造した。巻き取る直前の炭素繊維束の水分率は４０重量％、巻き取った直後の水分率は３５重量％の炭素繊維束パッケージを、１４日間自然乾燥させることで水分率が０．１重量％の炭素繊維束パッケージを得た。ここで使用した撥水性ボビンと炭素繊維間の摩擦係数は０．０２、撥水性ボビンの吸水率は０％／６０秒、加重（１９．６Ｎ／１０ｍｍ２）付加時のボビン外径変化率は０．６％であり、炭素繊維束巻き取り前後のボビン内径の変化率は０．６％であった。
【００４６】
かかる炭素繊維束パッケージは炭素繊維束が自重で下方にスライドしたものの、炭素繊維束の分散性は優良でかびの発生やボビンの変形もなかった。
（比較例１）
炭素繊維束を巻き取るボビンとして撥水加工、エンボス加工ともに行っていない紙管（内径８０ｍｍ、外径８４ｍｍ）を用いたこと以外は実施例１と同様の方法により炭素繊維束パッケージを得た。ここで使用したボビンと炭素繊維束間の摩擦係数は０．０４で、加重（１９．６Ｎ／１０ｍｍ２）付加時のボビン外径変化率は０．２％であり、巻き取り中に炭素繊維束に含有されている水をボビンが吸水してしまいボビンの吸水率は９％／６０秒であった。巻き取り中に炭素繊維束に含まれる水分を吸水しボビンが変形してしまい、炭素繊維束巻き取り前後のボビン内径の変化率は３．０％となった。また炭素繊維束パッケージを乾燥後にフィルムを掛けて保管したところボビンにかびが発生し、形態保持性もボビンに吸収された水分の影響で水分が乾燥しきれずに炭素繊維束の自重で巻き取られた炭素繊維束全体が下方にスライドしてしまい、不良であった。さらに、炭素繊維束はボビンからの水分により、パッケージの内側ほど水分率が高くなり分散性にばらつきがみられた。
（比較例２）
炭素繊維束を巻き取るボビンとして撥水加工を行っていないエンボス加工を施した紙管（内径８０ｍｍ、外径８４ｍｍ）を用いた以外は実施例１と同様の方法で炭素繊維束パッケージを得た。ここで使用したボビンと炭素繊維束間の摩擦係数は０．４１、加重（１９．６Ｎ／１０ｍｍ２）付加時のボビン外径変化率は０．２％であり、ボビン吸水率は９％／６０秒であった。形態保持性は良好であったが、巻き取り中に炭素繊維束に含まれる水分を吸水しボビンが変形してしまい、炭素繊維束巻き取り前後のボビン内径の変化率は２．５％となった。また乾燥後にフィルムを掛けて保管したところ、形態保持性はエンボス突起部に紙管と接触している炭素繊維束が把持され経時的にパッケージ形状が変化せずに良好であったが、ボビンにかびが発生した。炭素繊維束はボビンからの水分によりパッケージの内側ほど水分率が高くなり分散性にばらつきが見られた。
（比較例３）炭素繊維束の巻き取り後の乾燥条件を温度２５℃、湿度５０％の環境で７日間自然乾燥させ、乾燥後の炭素繊維束水分率を３重量％とした以外は実施例１と同様の方法により炭素繊維束パッケージを得、そのままフィルムで包装した。ここで使用した撥水性紙管と炭素繊維束間の摩擦係数は０．２８、加重（１９．６Ｎ／１０ｍｍ２）付加時のボビン外径変化率は０．２％、撥水性紙管の吸水率は１％／６０秒、炭素繊維巻き取り前後の紙管内径の変化率は０．３％であった。かかるパッケージの形態保持性は炭素繊維束内の水分が乾燥せずに、炭素繊維束パッケージの自重でパッケージ全体が下方にスライドして不良であった。さらに炭素繊維束に含有された水の影響で分散性も不良であった。
（比較例４）
水洗洗浄後、２００〜３００℃で乾燥した後に、水分を付与せず水分率０．２重量％でボビンに巻き取った以外は、実施例１と同様の方法で炭素繊維束パッケージをボビン上に巻き取ろうとしたところ、炭素繊維束が毛羽立ち、単繊維切れが発生したため、炭素繊維束パッケージを得ることができなかった。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、分散性に優れた高品位な炭素繊維束パッケージを提供することができる。さらには、実質的にサイジング剤が付着しておらず、分散性に優れた炭素繊維であって、品位や品質を低下させることなく、高次加工で使用しやすい炭素繊維束パッケージを生産性よく得ることができる。また、本発明の炭素繊維束パッケージは形態保持性や保管性にも優れるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】炭素繊維束とボビン間の摩擦係数測定方法を表す概要図である。
【図２】炭素繊維パッケージ形態保持性評価方法を表す概略斜視図である。
【符号の説明】
１・・・・・ボビン
２・・・・・炭素繊維束
３・・・・・ばねはかり
４・・・・・おもり
５・・・・・ばねはかりを動かす方向
６・・・・・２４時間放置後の炭素繊維束パッケージの端部。
Ｌ１・・・・・巻取り直後の炭素繊維束パッケージ端部とボビン端部との距離。
Ｌ２・・・・・２４時間放置後の炭素繊維束パッケージの端部とボビン端部との距離。
【図１】
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【図２】
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