(57)【要約】  【課題】  サイジング剤が付与された炭素繊維束の糸幅を安定化させたまま、ボビンに巻き取ることにより、ボビン端面形状を安定化させ、プリプレグや織物等の高次加工性を向上させ、さらには、炭素繊維ボビンの屑発生を抑制し生産ロスを削減することが可能なサイジング剤が付与された炭素繊維パッケージの製造方法を提供する。  【解決手段】  サイジング剤が付与された炭素繊維束をボビンにワインダーで巻き取る工程において、前記の炭素繊維束のボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を、前記ボビンへの巻始めの雰囲気温度に対して±５℃以内に制御して巻き取るサイジング剤が付与された炭素繊維パッケージの製造方法であって、湿度の調整が求められる場合は、炭素繊維束のボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気湿度の変化幅を、前記ボビンへの巻始めの雰囲気湿度に対して±２０％以内に制御して巻き取ることができる。  【選択図】  図１
2007169060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイジング剤が付与された炭素繊維束をボビンに巻き取る工程において、前記炭素繊維束のボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を、前記ボビンへの巻始めの雰囲気温度に対して±５℃以内に制御して巻き取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２】
炭素繊維束のボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気湿度の変化幅を、前記ボビンへの巻始めの雰囲気湿度に対して±２０％以内に制御して巻き取ることを特徴とする請求項１記載の炭素繊維パッケージの製造方法。
【請求項３】
炭素繊維束を案内するトラバースガイドと前記トラバースガイドのトラバース機構とを有し、前記トラバースガイドをトラバース機構によりボビン回転軸方向に往復動させることにより前記炭素繊維束を綾振りさせる炭素繊維束の綾振り装置において、前記トラバースガイドが、糸道を外れる動作をする炭素繊維束を本来の糸道方向に案内する糸ガイド機構を有する炭素繊維束の綾振り装置を用いて、サイジング剤が付与された炭素繊維束をボビンに巻き取ることを特徴とする請求項１または２記載の炭素繊維パッケージの製造方法。
【請求項４】
サイジング剤が付与された走行する炭素繊維束を糸道開口部を有する巻き取り室の中に導入し、その巻き取り室内で炭素繊維束をボビンに巻き取ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維パッケージの製造方法。
【請求項５】
糸道開口部から、炭素繊維束を前記糸道開口部に接触させないように巻き取り室の中に走行導入させることを特徴とする請求項４記載の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、サイジング剤が付与された炭素繊維パッケージの製造方法に関し、さらに詳しくは、本発明は、サイジング剤が付与された炭素繊維束の糸幅を常時一定としたまま、パッケージ不良を発生させることなく安定して炭素繊維パッケージを製造するサイジング剤が付与された炭素繊維パッケージ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、そのままでは単繊維切れや毛羽立ちが起こりやすく、また、加工性や取扱性もよくないため、サイジング剤を付与して集束性や耐擦過性を与え、これらの不都合を起こりにくいようにしており、特に高次加工時に炭素繊維とマトリックス樹脂との接着特性を向上させるために、エポキシ樹脂系やウレタン樹脂系等のサイジング剤が好ましく用いられている。
【０００３】
このようにサイジング剤が付与された炭素繊維束は、その取り扱い性を考慮して一旦ボビンに巻き取られ、パッケージとしたものが多く使用されているが、このようなパッケージはワインダーでボビンに巻き取られて得られる。
【０００４】
炭素繊維束のボビンへの巻き取りは、一般的に炭素繊維束に綾振振動を付与しながら行なわれるが、この綾振振動時、特にボビン端部の折り返しポイントにおいて、走行する炭素繊維束の糸道が変動したりしてしまうとボビン端面で炭素繊維束の位置が変動し、ボビン端面から繊維が一部飛び出したり、ボビン端面が段形状になるなどして、巻き上げ製品の端面形状が凸凹になるという問題があった。
【０００５】
このような巻き上げ製品の端面形状が凸凹になったボビンは、プリプレグや織物の高次加工時においてボビンから糸を引き出す際に、綾落ちや糸取られにより糸切れが多発したり、糸割れや毛羽発生により製品品質が悪化したりするため、ユーザーからのボビン端面形状の向上が求められており、さらに生産時においては、端面形状不良製品を出荷しないように、端面形状不良品を屑扱いにしたりするなどし、大きく生産性を低下させる原因ともなっており、強く改善が求められてきた。このような中、端面形状崩れを防止するための技術として、これまで走行する炭素繊維束の糸道を安定化させる技術が広く提案されてきた（特許文献１および特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、これらの走行する炭素繊維束の糸道安定化技術では、確かに糸道安定効果は非常に高いものの、特にサイジング剤を付与した炭素繊維束を巻き上げる場合、糸道が安定していてもボビン巻き上げ中に走行する炭素繊維束の糸幅が変化してしまい、同じ糸道でも走行糸幅の端部走行位置が異なってしまい、ボビン端面から繊維が一部飛び出したり、ボビン端面が段形状になるなどし、巻き上げ製品の端面形状が悪化して端面凸凹が発生するという問題があった。
【０００７】
そのため、特にサイジング剤が付与された炭素繊維ボビンの端面形状を安定化させるためには、ワインダーでのボビン巻き取り時の糸幅を安定化させる技術が必要であった。
【特許文献１】特開２００４−１４２９４５号公報
【特許文献２】ＷＯ２００５−０７３１１８Ａ１号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解消し、サイジング剤が付与された炭素繊維束の糸幅を安定化させたまま、ボビンに巻き取ることにより、ボビン端面形状を安定化させ、プリプレグや織物等の高次加工性を向上せしめ、さらには、炭素繊維ボビンの屑発生を抑制し生産ロスを削減することが可能なサイジング剤が付与された炭素繊維パッケージ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】
【０００９】
上記課題を達成するため、本発明は下記の構成を有するものである。
【００１０】
（１）サイジング剤が付与された炭素繊維束をボビンに巻き取る工程において、前記炭素繊維束のボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を、前記ボビンへの巻始めの雰囲気温度に対して±５℃以内に制御して巻き取ることを特徴とする炭素繊維パッケージの製造方法。
【００１１】
（２）炭素繊維束のボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気湿度の変化幅を、前記ボビンへの巻始めの雰囲気湿度に対して±２０％以内に制御して巻き取ることを特徴とする前記（１）記載の炭素繊維パッケージの製造方法。
【００１２】
（３）炭素繊維束を案内するトラバースガイドと前記トラバースガイドのトラバース機構とを有し、前記トラバースガイドをトラバース機構によりボビン回転軸方向に往復動させることにより前記炭素繊維束を綾振りさせる炭素繊維束の綾振り装置において、前記トラバースガイドが、糸道を外れる動作をする炭素繊維束を本来の糸道方向に案内する糸ガイド機構を有する炭素繊維束の綾振り装置を用いて、サイジング剤が付与された炭素繊維束をボビンに巻き取ることを特徴とする前記（１）または（２）記載の炭素繊維パッケージの製造方法。
【００１３】
（４）サイジング剤が付与された走行する炭素繊維束を糸道開口部を有する巻き取り室の中に導入し、その巻き取り室内で炭素繊維束をボビンに巻き取ることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の炭素繊維パッケージの製造方法。
【００１４】
（５）糸道開口部から、炭素繊維束を前記糸道開口部に接触させないように巻き取り室の中に走行導入させることを特徴とする前記（４）記載の炭素繊維パッケージの製造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、サイジング剤が付与された炭素繊維束を巻き取る際の走行する炭素繊維束の糸幅が安定化するため、炭素繊維束をワインダーで巻き取ったボビンの端面形状に凸凹がなく、著しく端面形状の安定した炭素繊維パッケージを製造することができる。さらには、ボビン端面形状が安定するため、糸幅が安定しプリプレグや織物等の高次加工性が向上するばかりか、炭素繊維ボビン生産時の屑発生を抑制し生産ロスを大幅に削減することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明者らは、上記課題について、鋭意検討を重ねた結果、サイジング剤が付与された炭素繊維束の巻き取り中の糸幅変動が、巻き取り中の雰囲気温度の変動さらには雰囲気湿度の変動によるサイジング剤の変化による糸硬さ変動に依存することを見いだし、ワインダーでのボビン巻き取り時の雰囲気温度および雰囲気湿度の変動幅を制御することにより、走行する炭素繊維束の糸幅が大幅に安定化し、端面形状に凸凹の少ない炭素繊維パッケージを製造できることを見いだしたものである。
【００１７】
具体的には、炭素繊維束をボビンに巻き取る際には、ある張力下において複数のローラーを介して一定時間巻き取るのが一般的である。特に、サイジング剤が付与された炭素繊維束においては、一定時間での巻き取り中にサイジング剤の状態の変化により炭素繊維束の硬さが変化した場合、ある張力下において炭素繊維束がローラーに接触した場合の炭素繊維束の拡がり性が変化し、サイジング剤が付与された炭素繊維束の糸幅が変化してしまい、端面形状に凸凹の発生する端面形状崩れに直結する。詳しくは、炭素繊維束の糸質が柔らかくなると炭素繊維束の拡がり性がよくなり、糸幅が広くなるのである。
【００１８】
この端面形状の崩れとは、具体的には、サイジング剤が付与された炭素繊維束のスクウェアーエンドパッケージ（紙管軸に対し端面が直角な巻形状）の端面において、端面凸凹の距離差が炭素繊維束の平均糸幅の３０％以上発生するものであり、もちろん凸部には炭素繊維束の飛び出しも含むものである。すなわち、パッケージの形状としては、上述のパッケージの端面凸凹の距離差は、好ましくは３０％未満であり、よりが好ましくは２０％未満であり、さらに好ましくは１０％未満である。凸凹がなく平坦であるほど、高品位の炭素繊維パッケージとなる。
【００１９】
次に、サイジング剤の状態の変化とは、サイジング剤固形成分、例えば、前述のようなエポキシ樹脂成分やウレタン樹脂成分等が、雰囲気温度の変化により、軟化もしくは硬化することであったり、さらには、雰囲気湿度の変化により、サイジング剤の吸湿率が変化することなどである。
【００２０】
以下、本発明のサイジング剤が付与された炭素繊維パッケージの製造方法の好ましい態様について、さらに詳しく説明する。
【００２１】
本発明サイジング剤が付与された炭素繊維パッケージの製造方法は、サイジング剤が付与された炭素繊維束をボビンにワインダーで巻き取る工程において、炭素繊維束ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を前記ボビン巻始めの雰囲気温度に対して±５℃以内にして巻き取るものであり、雰囲気温度の変化幅はより好ましくは±２℃以内である。ここで、ボビンへの巻始めの雰囲気温度としては、サイジング剤成分自体が変質しない範囲内であれば良く、年間を通してのワインダーによる炭素繊維束の巻き取り工程での作業性や、温度調整に伴うエネルギーコスト等を考慮し、雰囲気温度は、好ましくは１０℃〜４０℃内であり、より好ましくは２０℃〜３０℃内であり、さらに好ましくは２３℃〜２７℃内である。年間を通して同一製品を生産するためには、雰囲気温度は、年間の平均気温近傍であることが好ましい。また、この場合のボビン巻き取り中の雰囲気湿度は成り行きでかまわない。
【００２２】
さらに、本発明のサイジング剤が付与された炭素繊維パッケージの製造方法は、サイジング剤の種類によっては吸湿性が強い場合があり、このような吸湿性の強いサイジング剤においては、上記記載の雰囲気温度制御のみでは、雰囲気湿度が変化した場合に、サイジング剤が付与された炭素繊維の吸湿率が微妙に変化することにより、雰囲気温度が変化した場合と同様に炭素繊維束の糸硬さが変化し、糸幅変動につながり、ボビンの端面形状崩れが発生する場合もある。
【００２３】
従って、このような吸湿性の強いサイジング剤が付与された炭素繊維の製造方法としては、上記の雰囲気温度の変化幅の制御に加え、さらにボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気湿度の変化幅を前記ボビンへの巻始めの雰囲気湿度に対して±２０％以内にして巻き取ることが好ましく、雰囲気湿度の変化幅はより好ましくは±１０％以内であり、さらに好ましくは±５％以内である。ボビンへの巻始めの雰囲気湿度は、いかようでもかまわないが、上述の温度と同様に、年間を通してのワインダーによる炭素繊維束の巻き取り工程での作業性や湿度調整に伴うエネルギーコスト等を考慮し、雰囲気湿度は、好ましくは４０％〜８０％内であり、より好ましくは５０％〜７０％内であり、さらに好ましくは５５％〜６５％内である。雰囲気湿度は、年間を通して同一製品を生産するためには、年間の平均湿度近傍であることが好ましい。
【００２４】
上記の温湿度およびその変化幅の制御方法は、どのような方法でもかまわないが、冷水と蒸気を用いて、冷却、除湿、加熱、加湿を繰り返し、調整することが好ましい。
【００２５】
さらに、上記の温湿度およびその変化幅の制御を安定、確実かつ効率的に行うために、連続して１〜７０ｍ／分程度の速度で走行する炭素繊維束の導入口のみ開口した糸道開口部を有し、ワインダーの周辺が覆われた巻き取り室内で前述の雰囲気温湿度およびその変化幅を制御し、その巻き取り室内でサイジング剤が付与された炭素繊維束をボビンに巻き取ることが好ましく、特に、上記糸道開口部からの外気進入を抑えるため、上記巻き取り室内は巻き取り室外に対し１０〜１００Ｐａ程度の加圧サイドであることが好ましい。
【００２６】
また、上記の糸道開口部は、巻き取り室内の雰囲気温湿度安定化およびエネルギーコスト低減のため、走行する炭素繊維束との接触がない範囲内で可能な限り小さいことが好ましい。
【００２７】
以下、このように連続して走行する炭素繊維束の導入口のみ開口し、ワインダーの周辺が覆われた巻き取り室の糸道開口部について、図面に基づき具体的に説明する。
【００２８】
図５は、本発明で用いられる連続して走行する炭素繊維束の導入口のみ開口し、ワインダーの周辺が覆われた巻き取り室（ワインダー周辺巻き取り室）を例示説明するための概略斜視図であり、図６は該糸道開口部の拡大概略正面図である。
【００２９】
図５に示すように、サイジング剤が付与された炭素繊維束Ｙは、糸道開口部１５を通過した後、炭素繊維束Ｙをボビンに巻き取るワインダーの周辺が覆われたワインダー周辺巻き取り室１６内で、ボビン巻き取り時の雰囲気温湿度およびその変化幅を制御されてボビンに巻き取られる。特に、糸道開口部１５の形状と大きさは走行する炭素繊維束Ｙとの接触がない範囲内で任意に調整することができるが、図６に示すように、糸道開口部１５は、走行する炭素繊維束１ラインに対し、炭素繊維束との接触がないように炭素繊維束の走行位置に対し、好ましくは糸道開口部半径Ｒが２ｃｍ〜１０ｃｍの円形であり、より好ましくは半径２ｃｍ〜７ｃｍの円形であり、さらに好ましくは半径２ｃｍ〜４ｃｍの円形である。糸道開口部半径Ｒが２ｃｍよりも小さい場合は、走行する炭素繊維束の揺れ等により炭素繊維束と糸道開口部１５が接触する場合があり、接触した場合は毛羽等の発生につながることがある。そのため炭素繊維束Ｙを、糸道開口部１５からその糸道開口部１５に接触させないようにワインダー周辺巻き取り室１６の中に走行導入させることが好ましい。糸道開口部１５の形状は、走行する炭素繊維束が複数ラインの場合においても、各走行する炭素繊維束Ｙが糸道開口部１５に接触しない範囲で可能な限り小さければ、上記円形の他、楕円や矩形・多角形などであってもかまわない。
【００３０】
一方、糸道開口部１５を有さない巻き取り室１６内でサイジング剤が付与された炭素繊維束を巻き取ることも可能であるが、この場合は、巻き取り室１６内雰囲気と外気との接触はないものの、連続して走行している炭素繊維束においては、ワインダー以外の工程周辺等を含め、前述の温湿度およびその変化幅を制御する必要もあり、温湿度制御容積の増大のため設備費増大、エネルギーコスト増大等につながることがある。
【００３１】
ワインダー周辺巻き取り室１６は、動力源を有するワインダーを完全に覆うことが可能な大きさで可能な限り小さければいかようでも構わないが、設備費を抑えるためにも単純な直方体形状であることが好ましい。また、巻き取り室１６の壁面の材質は、室内の温湿度の変化幅を小さくするために断熱材で構成されていることが好ましく、ボビンの出し入れが容易なように開閉可能な扉があることが好ましい。巻き取り室１６内のボビン数には特に制限はななく、糸道開口部１５を通過する炭素繊維束Ｙを巻き取り室１６内で、すべて巻き取ることが可能であることが好ましい。さらに、ワインダー周辺巻き取り室１６内の温湿度調整は、巻き取り室内容積の削減および熱源排除の観点から、巻き取り室外に温湿度調整装置を設置し、該温湿度調整装置よりダクト等により室内給排気を実施し、室外より巻き取り室内の温湿度調整をすることが好ましい。
【００３２】
また、本発明のサイジング剤が付与された炭素繊維のパッケージの製造方法は、巻き取られる炭素繊維束とワインダーの組み合わせによっては、巻き取り時の糸道が不安定な場合があり、このような場合、いくら糸幅が安定していても、糸道変動によりボビンの端面形状崩れが発生する場合もある。具体的には、巻き取られる炭素繊維束がテープ状もしくは広幅状態であるために単繊維同士の絡まりが発生し、糸道が変動したり、ワインダーのトラバースガイドで、ガイドロール上を炭素繊維束が斜めに走行したり、横滑りを起こしたりすることにより、サイジング剤が付与された炭素繊維束に撚りや糸折れ、擦過等の損傷が発生して、糸道が変動したりする場合などである。
【００３３】
従って、このような炭素繊維束とワインダーの組み合わせにおいては、上記記載の雰囲気温度の変化幅の制御、もしくは雰囲気温湿度の変化幅の制御に加え、さらに、糸道を安定化させるために、トラバースガイド糸道が変動した際に、炭素繊維束が、本来の糸道の方向に自動的に案内されていくようなトラバースガイドを用いることが好ましい。具体的に、炭素繊維束を案内するトラバースガイドと、前記トラバースガイドのトラバース機構とを有し、前記トラバースガイドをトラバース機構によりボビン回転軸方向に往復動させることにより炭素繊維束を綾振させる炭素繊維束の綾振り装置において、前記トラバースガイドが、糸道を外れる動作をする炭素繊維束を本来の糸道方向に案内する糸ガイド機構を有する炭素繊維束の綾振り装置を用いて、サイジング剤が付与された炭素繊維束をボビンに巻き取ることが好ましい。
【００３４】
すなわち、本発明のサイジング剤が付与された炭素繊維パッケージの製造方法における上記のトラバースガイドの形状においては、走行するサイジング剤が付与された炭素繊維束に撚りや糸折れ、擦過などの損傷を与えなければいかようでもよく公知の形状のものを用いることができるが、走行糸道を安定化させるために、トラバースガイドが、糸道を外れる動作をする炭素繊維束を、本来の糸道方向に案内する糸ガイド機構を有していることが好ましい。以下、この糸道を外れる動作をする炭素繊維束を本来の糸道に案内する糸ガイド機構における好ましい作用について、図面に基づき具体的に説明する。
【００３５】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明のサイジング剤が付与された炭素繊維パッケージの製造方法に用いられるトラバースガイドにおいて、糸道が変動した際に、炭素繊維束Ｙが、本来の糸道の方向に自動的に案内されていくメカニズムを説明するための概略斜視図である。
【００３６】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）には、それぞれ３本のガイドロールが示されている。これらの３本のガイドロールのうち、中央のガイドロールが、本発明のサイジング剤が付与された炭素繊維の製造方法に好ましく用いられる機構のロール傾動可能なガイドロール２であり、この中央のロール傾動可能なガイドロール２の前後に、上流側ガイドロール１と下流側ガイドロール３が配置されている。この傾動可能なガイドロール２の傾動角度範囲は、好ましくは±１０°内であり、より好ましくは±５°内であり、さらに好ましくは±３°内である。傾動角度範囲が広すぎると糸かけ時などで、ガイドロールが大きく傾動した際の揺れが大きくなり、安定するまでに時間が多く必要となったり、糸が脱落したりすることがある。
【００３７】
一般に、炭素繊維束の搬送・案内にガイドロールを用いた場合、炭素繊維束はその経路長が最短となる糸道をとる。よって、ガイドロール上で炭素繊維束の滑りがないとすれば、炭素繊維束はガイドロールの回転軸に対し直角方向に入射する。一方、平行な回転軸を持つロールで構成されたガイドロール群においては、本来の糸道（図１（ａ）の破線）と本来の糸道からずれた糸道（図１（ａ）の実線）で炭素繊維束Ｙの経路長に差はなく、どちらの糸道もとることができる。そこで、図の中央のロール傾動可能なガイドロール２を糸道にずれ（変動）に合わせて傾ける（図１（ｂ））と、炭素繊維束Ｙはロール傾動可能なガイドロール２に直角に入射するため、ずれた糸道は本来の糸道方向に案内される（図１（ｃ））。
【００３８】
また、図２は、本発明で用いられる糸道安定機構を有しないトラバースガイドを例示説明するための概略斜視図である。図２において、走行してきた炭素繊維束Ｙは、糸道安定機構を有しないトラバースガイド６ａによりパッケージ４の軸方向と平行にトラバースされ、プレッシャーロール５を介してボビンに巻き取られる。該トラバースガイド６ａ部分は、３本の固定されたガイドロール７、８、９からなり、それらのガイドロール７、８、９およびプレッシャーロール５は、炭素繊維束Ｙに撚りや糸折れ、擦過などの損傷を与えないため、炭素繊維束Ｙの走行に合わせて回転することができるフリーロールで構成されていることが好ましい。これらの３本のガイドロール７、８、９のうち中間ガイドロール８は、特にテープ状加工された炭素繊維束Ｙを９０°ひねる際の炭素繊維束Ｙのテープ状形態を保つことを補助するためのもので、炭素繊維束Ｙの形態が安定していれば、上部ガイドロール７と最終ガイドロール９の２本で構成してもよいし、炭素繊維束Ｙの形態が不安定であれば、さらに中間ガイドロール数を増やしてもよい。
【００３９】
また、図３は、本発明で用いられる糸道安定機構を有するトラバースガイドを例示説明するための概略斜視図である。図３において、走行してきた炭素繊維束Ｙは、糸道安定機構を有するトラバースガイド６ｂにより、パッケージ４の軸方向と平行にトラバースされ、プレッシャーロール５を介してボビンに巻き取られる。該トラバースガイド６ｂ部分は、３本のガイドロール８、９、１０からなり、最も上流のガイドロール１０部分において、ガイドロールが傾動可能であり、前述の糸道を外れる動作をする炭素繊維束Ｙを、本来の糸道方向に案内する糸ガイド機構（糸道安定機構）を構成している。これらの３本のガイドロール８、９、１０のうち、中間と最下流に位置する中間ガイドロール８と最終ガイドロール９は、ロール傾動可能なガイドロール１０のように傾動するように構成されている必要は必ずしもなく、本来の糸道を確保することが容易にできるように、むしろ固定されている方が好ましい。また、ガイドロール８、９、１０およびプレッシャーロール５は、炭素繊維束Ｙに撚りや糸折れ、擦過などの損傷を与えないため、炭素繊維束Ｙの走行に合わせて回転することができるフリーロールで構成されていることが好ましい。これらの３本のガイドロール８、９、１０のうち中間ガイドロール８は、特にテープ状加工された炭素繊維束Ｙを９０°ひねる際の炭素繊維束Ｙのテープ状形態を保つことを補助するためのもので、炭素繊維束Ｙの形態が安定していれば、ロール傾動可能な上部ガイドロール１０と最終ガイドロール９の２本で構成してもよいし、炭素繊維束Ｙの形態が不安定であれば、さらに中間ガイドロール数を増やしてもよい。
【００４０】
また、図４は、図３のロール傾動可能な上部ガイドロール１０部分の拡大概略斜視図である。図４において、傾動可能な上部ガイドロールは、ガイドロール１１と支持部材１２により構成されており、支持部材１２が、ガイドロール１１の回転軸１４と直角な方向に回転軸１３を持つことによりガイドロール１１が糸道変動に対し、傾動可能な構造を構成している。
【００４１】
このような糸道を外れる動作をする炭素繊維束を、本来の糸道方向に案内する糸ガイド機構を有するトラバースガイドをワインダー巻き取り時に用いることにより、巻き取る炭素繊維束とワインダーの組み合わせによって、巻き取り時の糸道が不安定な場合においても、前述の雰囲気温度の変化幅の制御、もしくは雰囲気温湿度の変化幅の制御効果を最大限に発揮することが可能となる。
【００４２】
上記のような本発明のサイジング剤が付与された炭素繊維パッケージの製造方法によれば、炭素繊維束のボビンへの巻き取り中の糸幅が安定し、かつ、糸道が安定化することにより綾振りが安定していて均斉な綾振り巻き取りが可能となり、炭素繊維パッケージの端面形状が一定であって美しく、高次加工性が向上するばかりか、炭素繊維ボビン生産時の屑発生を抑制し生産ロスを大幅に削減することが可能となるサイジング剤の付与された炭素繊維パッケージを提供することができる。
【００４３】
本発明で用いられる炭素繊維束を構成する炭素繊維は、サイジング剤が付与されていればポリアクリロニトリル系およびピッチ系のいずれからなるものであってもよいが、高強度および高弾性率の観点から、ポリアクリロニトリル系の炭素繊維であることが好ましい。また、炭素繊維束は、単繊維数が１０００〜１０００００本の範囲内にあり、総繊度が１０〜１００００ｔｅｘの範囲にあるようなものが好ましい。ここでいう炭素繊維束という概念には、より高温で焼成することによって得られる黒鉛化繊維束も含まれる。また、炭素繊維強化複合材料（ＣＦＲＰ）としたときのマトリックス樹脂との接着性を向上させるために、表面処理を施した炭素繊維束からなるものであるのも好ましい。
【００４４】
さらに、炭素繊維束に付与せしめるサイジング剤は、炭素繊維束の集束性や耐擦過性を向上させるもので、エポキシ樹脂系サイジング剤が好ましく用いられる。炭素繊維束へのサイジング剤の付着量は、好ましくは０．２〜５重量％の範囲であり、より好ましくは０．５〜３重量％の範囲内である。付着量が０．２重量％よりも少ないと耐擦過性が低下して毛羽を生じやすくなり、付着量が５重量％よりも多いとＣＦＲＰとしたときにマトリックス樹脂との接着性が低下してＣＦＲＰの物性が悪くなる場合や、炭素繊維束が硬くなり、開繊性や拡幅性が悪くなる場合がある。このようにして得られた炭素繊維束は、高品位でかつボビン内の糸幅が非常に安定しているため、複数の炭素繊維束の糸幅を常時均一に拡幅する必要がある薄物プリプレグ等において、効果的に用いることが可能である。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例を用いて本発明の炭素繊維パッケージの製造方法について、より具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等によりなんら限定されるものではない。下記に示す実施例および比較例において、炭素繊維パッケージ形状、炭素繊維束の平均糸幅およびパッケージの端面凸凹差は、次のようにして判定および測定をした。
【００４６】
＜パッケージ形状＞
サイジング剤が付与された炭素繊維束のスクウェアーエンドパッケージ（紙管軸に対し端面が直角な巻形状）の端面において、端面凸凹の距離差が炭素繊維束の平均糸幅の３０％以上ある場合にパッケージ不良「×」とし、端面凸凹の距離差が炭素繊維束の平均糸幅の３０％未満の場合を良「○」とした。
【００４７】
＜炭素繊維束の平均糸幅＞
得られた炭素繊維パッケージ表面から炭素繊維束を糸幅が変化しないように、１００ｍ手でゆっくり引き出した際にパッケージ表面から炭素繊維束が離れる直前の糸幅を０．１ｍごとに０．１ｍｍ単位で合計１０００点測定した際の平均値を平均糸幅とした。
【００４８】
＜パッケージの端面凸凹差＞
得られた炭素繊維パッケージを水平な平面に縦置き（スクウェアーエンドパッケージ（紙管軸に対し端面が直角な巻形状）の端面が上下）にし、上部側紙管の端部を基準としてノギスを用いて、上部側端面の最大凸部（端面から炭素繊維束が飛び出している部分も含む）および最大凹部までの距離をそれぞれ１０回ずつ測定し、それぞれの平均値の差を端面凸凹差とした。逆端面を測定する際は、ボビン上下を反転させて測定した。両端面の測定結果のうち平均値の差が大きい方を測定した炭素繊維パッケージの端面凸凹差とした。
【００４９】
また、本実施例において、サイジング剤は下記の方法で調製した。すなわち、下記に示すサイジング剤タイプＡとサイジング剤タイプＢのそれぞれについて、成分（ａ）と成分（ｂ）を高粘度乳化装置に仕込み、８０〜９０℃の温度に加熱して混合したものに、（ｃ）と（ｄ）を添加して均一なエマルジョンを調製した。さらに、水を加えて希釈し、炭素繊維束のサイジング剤付着量が目標値となるように濃度を調製し、サイジング剤タイプＡとサイジング剤タイプＢの２種類のサイジング剤を得た。
【００５０】
［サイジング剤タイプＡ］
（ａ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（“エピコート”（登録商標）８２８、ジャパンエポキシレジン社製）：３０重量部
（ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（“エピコート“（登録商標）１００１、ジャパンエポキシレジン社製）：４０重量部
（ｃ）ポリオキシエチレンオレイルエーテル（“ＥＭＡＬＥＸ”（登録商標）  ５０８、日本エマルジョン（株）製：１０重量部
（ｄ）ポリオキシエチレンイソステアリルエーテル（“ＥＭＡＬＥＸ”（登録商標）１８１５、日本エマルジョン（株）製：２０重量部
［サイジング剤タイプＢ］
（ａ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（“エピコート“（登録商標）８２８、ジャパンエポキシレジン社製）：２０重量部
（ｂ）ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（“エピコート”（登録商標）１００１、ジャパンエポキシレジン社製）：２０重量部
（ｃ）ポリオキシエチレンオレイルエーテル（“ＥＭＡＬＥＸ”（登録商標）  ５０８、日本エマルジョン（株）製：３０重量部
（ｄ）ポリオキシエチレンイソステアリルエーテル（“ＥＭＡＬＥＸ”（登録商標）１８１５、日本エマルジョン（株）製：３０重量部
（実施例１）
ポリアクリロニトリル系繊維を前駆体とする炭素繊維束（単繊維径７μｍ、単繊維数１２０００本）に、上記のサイジング剤タイプＡを１．０重量％付着させた後、ローラー間で単繊維数１２０００本あたり２Ｋｇの張力を付与し２００℃の温度で乾燥させた。その後、単繊維数１２０００本あたり６５０ｇの張力を付与して１０ｍ／分の速度でボビンに巻き上げ、６Ｋｇのスクウェアーエンドパッケージ（紙管軸に対し端面が直角な巻形状）とした。また、巻き上げ時に使用したトラバースガイドは、炭素繊維を巻き上げるのに使用する炭素繊維束に撚りや糸折れ、擦過などの損傷を与えない図２に示す糸道安定機構を有しないフリーロールで構成されたトラバースガイドを使用した。また、冷水と蒸気を用いて、冷却、加熱を繰り返し、雰囲気温度および雰囲気温度の変化幅を調整し、ボビンへの巻始め時の雰囲気温度を２５℃とし、ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を±５℃に制御した。この際の雰囲気湿度は成り行きで、巻始め湿度５２％、湿度変化幅±３５％であった。その結果、ボビンの端面形状が一定であって美しく、品位のよい炭素繊維パッケージとなった。結果を表１に示す。
【００５１】
（実施例２）
ボビン巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を±２℃に制御したこと以外は、すべて実施例１と同様にして炭素繊維パッケージを得た。この際の雰囲気湿度は成り行きで、巻始め湿度５５％、湿度変化幅±３３％であった。その結果、ボビンの端面形状が一定であって非常に美しく、品位のよい炭素繊維パッケージとなった。結果を表１に示す。
【００５２】
（比較例１）
ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を±６℃に制御したこと以外は、すべて実施例１と同様にして炭素繊維パッケージを得た。この際の雰囲気湿度は成り行きで、巻始め湿度６６％、湿度変化幅±３４％であった。その結果、巻き上げ中に炭素繊維束の糸幅が変化して、ボビンの端面形状が凸凹となり、パッケージ形状が悪く、パッケージ不良が発生した。結果を表１に示す。
【００５３】
（実施例３）
サイジング剤を付与した直後に１５０℃の温度のホットロール乾燥機を追加し、炭素繊維束をテープ状加工し、ボビンへの巻き上げ時に、図３に示す、炭素繊維束に撚りや糸折れ、擦過などの損傷を与えず、かつ、糸道を外れる動作をする繊維束を本来の糸道方向に案内する糸ガイド機構（糸道安定機構）を有すフリーロールで構成されたトラバースガイドを設置したこと以外は、すべて実施例１と同様にして炭素繊維パッケージを得た。この際の雰囲気湿度は成り行きで、巻始め湿度５０％、湿度変化幅±３６％であった。その結果、ボビンの端面形状が一定であって美しく、品位のよい炭素繊維パッケージとなった。結果を表１に示す。
【００５４】
（実施例４）
ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を±２℃に制御したこと以外は、すべて実施例３と同様にして炭素繊維パッケージを得た。この際の雰囲気湿度は成り行きで、巻始め湿度４８％、湿度変化幅±３７％であった。その結果、ボビンの端面形状が一定であって非常に美しく、品位のよい炭素繊維パッケージとなった。結果を表１に示す。
【００５５】
（実施例５）
ボビンへの巻き上げ時に、図２に示す、撚りや糸折れ、擦過などの損傷を与えない糸道安定機構を有しないフリーロールで構成されたトラバースガイド糸道を用いたこと以外は、すべて実施例３と同様にして炭素繊維パッケージを得た。この際の雰囲気湿度は成り行きで、巻始め湿度６２％、湿度変化幅±３２％であった。その結果、テープ状の糸の単繊維どうしに絡まりが発生し、糸道が変動して、ボビンの端面形状が凸凹となり、パッケージ形状が悪く、パッケージ不良が発生した。結果を表１に示す。
【００５６】
（比較例２）
ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を±６℃に制御したこと以外、はすべて実施例３と同様にして炭素繊維パッケージを得た。この際の雰囲気湿度は成り行きで、巻始め湿度５６％、湿度変化幅±３８％であった。その結果、巻き上げ中に炭素繊維束の糸幅が変化して、ボビンの端面形状が凸凹となり、パッケージ形状が悪く、パッケージ不良が発生した。結果を表１に示す。
【００５７】
（実施例６）
サイジング剤のタイプをＢとしたこと以外は、すべて実施例１と同様にして炭素繊維パッケージを得た。この際の雰囲気湿度は成り行きで、巻始め湿度５０％、湿度変化幅±３９％であった。その結果、巻き上げ中に湿度が変動に伴い、炭素繊維束の糸幅が変化して、ボビンの端面形状が凸凹となり、パッケージ形状が悪く、パッケージ不良が発生した。結果を表１に示す。
【００５８】
（実施例７）
冷水と蒸気を用いて、冷却、除湿、加熱、加湿を繰り返し、雰囲気温度および雰囲気温度の変化幅を調整し、ボビンへの巻始め時の雰囲気湿度を６０％とし、ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気湿度の変動幅を±２０％に制御したこと以外は、すべて実施例６と同様にして炭素繊維パッケージを得た。その結果、ボビンの端面形状が一定であって美しく、品位のよい炭素繊維パッケージとなった。結果を表１に示す。
【００５９】
（実施例８）
ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅±２℃とし、を雰囲気湿度の変動幅を±５％に制御したこと以外は、すべて実施例７と同様にして炭素繊維パッケージを得た。その結果、ボビンの端面形状が一定であって非常に美しく、品位のよい炭素繊維パッケージとなった。結果を表１に示す。
【００６０】
（比較例３）
ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅を±６℃に制御したこと以外、はすべて実施例７と同様にして炭素繊維パッケージを得た。その結果、巻き上げ中に炭素繊維束の糸幅が変化して、ボビンの端面形状が凸凹となり、パッケージ形状が悪く、パッケージ不良が発生した。結果を表１に示す。
【００６１】
（実施例９）
ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気湿度の変化幅を±３０％に制御したこと以外は、すべて実施例７と同様にして炭素繊維パッケージを得た。その結果、巻き上げ中に炭素繊維束の糸幅が変化して、ボビンの端面形状が凸凹となり、パッケージ形状が悪く、パッケージ不良が発生した。結果を表１に示す。
【００６２】
（実施例１０）
サイジング剤を付与した直後に１５０℃の温度のホットロール乾燥機を追加し、炭素繊維束をテープ状加工し、ボビン巻き上げ時に、図３に示す、炭素繊維束に撚りや糸折れ、擦過などの損傷を与えず、かつ、糸道を外れる動作をする繊維束を本来の糸道方向に案内する糸ガイド機構（糸道安定機構）を有するフリーロールで構成されたトラバースガイドを設置したこと以外は、すべて実施例７と同様にして炭素繊維パッケージを得た。その結果、ボビンの端面形状が一定であって美しく、品位のよい炭素繊維パッケージとなった。結果を表１に示す。
【００６３】
（実施例１１）
ボビンへの巻き上げ時に、図２に示す、撚りや糸折れ、擦過などの損傷を与えない糸道安定機構を有しないフリーロールで構成されたトラバースガイド糸道を用いた以外は、すべて実施例１０と同様にして炭素繊維パッケージを得た。その結果、テープ状の糸の単繊維どうしに絡まりが発生し、糸道が変動して、ボビンの端面形状が凸凹となり、パッケージ形状が悪く、パッケージ不良が発生した。結果を表１に示す。
【００６４】
（比較例４）
ボビンへの巻始めから巻終わりまでの雰囲気温度の変化幅±６℃とし、を雰囲気湿度の変動幅を±３０％に制御したこと以外は、すべて実施例１０と同様にして炭素繊維パッケージを得た。その結果、巻き上げ中に炭素繊維束の糸幅が変化して、ボビンの端面形状が凸凹となり、パッケージ形状が悪く、パッケージ不良が発生した。結果を表１に示す。
【００６５】
（実施例１２）
サイジング剤を付与した炭素繊維束を乾燥させた後、炭素繊維束の走行位置に対し、半径３ｃｍの円形の糸道開口部を有するワインダーの周辺が縦２ｍ×横１．５ｍ×高さ２ｍで直方体形状の厚さ８ｃｍの発砲スチロール製の断熱材で覆われた巻き取り室の中に走行導入させた後、該巻き取り室内で１ボビンを巻き上げたこと以外は、すべて実施例６と同様にして炭素繊維パッケージを得た。その結果、雰囲気湿度は成り行きであったが、巻始め湿度５０％、湿度変化幅±１８％と巻き取り室内の雰囲気温湿度が安定して、ボビンの端面形状が一定であって美しく、品位のよい炭素繊維パッケージとなった。結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の炭素繊維パッケージの製造方法では、サイジング剤が付与された炭素繊維束を巻き取る際の走行する炭素繊維束の糸幅が安定化するため、炭素繊維束をワインダーで巻き取ったボビンの端面形状に凸凹がなく、著しく端面形状の安定した炭素繊維パッケージを製造することができ、さらには、ボビン端面形状が安定するため、糸幅が安定しプリプレグや織物等の高次加工性が向上するばかりか、炭素繊維ボビン生産時の屑発生を抑制し生産ロスを大幅に削減することが可能となり、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、本発明で用いられるトラバースガイドのメカニズムを説明するための概略斜視図である。
【図２】図２は、本発明で用いられる糸道安定機構を有しないトラバースガイドを例示説明するための概略斜視図である。
【図３】図３は、本発明で用いられる糸道安定機構を有するトラバースガイドを例示説明するための概略斜視図である。
【図４】図４は、図３の傾動可能な上部ガイドロール部分の拡大概略斜視図である。
【図５】図５は、本発明で用いられる走行する炭素繊維束の導入口のみ開口し、ワインダーの周辺が覆われた巻き取り室を例示説明するための概略斜視図である。
【図６】図６は、図５の糸道開口部の拡大概略正面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１：上流側ガイドロール
２：ロール傾動可能なガイドロール
３：下流側ガイドロール
４：パッケージ
５：プレッシャーロール
６ａ：糸道安定機構を有しないトラバースガイド
６ｂ：糸道安定機構を有するトラバースガイド
７：上部ガイドロール
８：中間ガイドロール
９：最終ガイドロール
１０：ロール傾動可能な上部ガイドロール
１１：ガイドロール
１２：支持部材
１３：支持部材の回転軸
１４：ガイドロールの回転軸
１５：糸道開口部
１６：（ワインダー周辺）巻き取り室
Ｙ：炭素繊維束
Ｐ：トラバース方向
Ｒ：糸道開口部半径
【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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