(57)【要約】【課題】繊維束（糸）へのダメージを抑制しつつ、短時間で連続的にサイジング剤を除去でき、しかも、簡易な構成で容易に実現可能な極めて実用性に秀れたサイジング剤の除去方法の提供。【解決手段】複数の繊維フィラメントを収束した糸１、複数の繊維フィラメントを収束した経糸と緯糸とを織成して成る繊維体若しくは複数の繊維フィラメントを収束した糸を一方向に引き揃えて成る繊維体に付着したサイジング剤を除去するサイジング剤の除去方法であって、前記糸１若しくは前記繊維体を前記サイジング剤が溶解可能な溶媒２に気泡３を発生させながら連続的に通過せしめることで、前記糸１若しくは前記繊維体から前記サイジング剤を除去する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の繊維フィラメントを収束した糸、複数の繊維フィラメントを収束した経糸と緯糸とを織成して成る繊維体若しくは複数の繊維フィラメントを収束した糸を一方向に引き揃えて成る繊維体に付着したサイジング剤を除去するサイジング剤の除去方法であって、前記糸若しくは前記繊維体を前記サイジング剤が溶解可能な溶媒に気泡を発生させながら連続的に通過せしめることで、前記糸若しくは前記繊維体から前記サイジング剤を除去することを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項２】
請求項１記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡は少なくとも前記溶媒にして前記糸若しくは前記繊維体が通過する領域に発生させることを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項３】
請求項１，２いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記溶媒が入った容器内に、前記糸若しくは前記繊維体の搬送方向と交差する方向に長さ方向を向けて気泡発生部を配設し、この気泡発生部から発生する気泡により前記溶媒に気泡を発生させることを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項４】
請求項３記載のサイジング剤の除去方法において、前記糸若しくは前記繊維体の搬送幅より広い範囲に前記気泡を生じるように前記気泡発生部の長さ及び配設方向を設定することを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項５】
請求項３，４いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡発生部は、送出圧力が１２４．５Ｐａのとき通気度が５００〜１００００ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃとなるものであることを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項６】
請求項３〜５いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡発生部は、直径０．５〜５０ｍｍの気泡を発生するものであることを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項７】
請求項３〜６いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡発生部への送出圧力を０．０２〜０．２ＭＰａに設定したことを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項８】
請求項３〜７いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡発生部として平織構造の織物から成る袋状体が採用されていることを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記糸若しくは前記繊維体の搬送速度を１〜１０ｍ／ｍｉｎに設定したことを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項１０】
請求項１〜９いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記糸若しくは前記繊維体を前記溶媒に一回通過させることでサイジング剤量を０．８ｗｔ％以下とすることを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記繊維フィラメントは炭素繊維フィラメントであることを特徴とするサイジング剤の除去方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法を用いてサイジング剤が除去されたことを特徴とする糸。
【請求項１３】
請求項１〜１１いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法を用いてサイジング剤が除去されたことを特徴とする繊維体。
【請求項１４】
請求項１〜１１いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法を用いてサイジング剤が除去された前記糸若しくは前記繊維体から成ることを特徴とするプリプレグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイジング剤の除去方法並びに糸，繊維体及びプリプレグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の炭素繊維フィラメントを収束剤で収束した炭素繊維フィラメントの束（以下、繊維束または単に糸という。）を経糸及び緯糸として織成して成る織成繊維体（炭素繊維織物）や、上記糸を一方向に引き揃えて成る一方向繊維体は、樹脂を均一に含浸せしめてプリプレグとし、このプリプレグを複数重ねて硬化成形して複合材料とすることにより、軽量且つ高強度を発現することから、特に炭素繊維織物から成る複合材料は航空機材料分野や車両分野などで幅広く利用されている。
【０００３】
ところで、上記繊維体に含浸せしめられる樹脂としては、良好な耐熱性及び機械的特性が得られることから、エポキシ樹脂が用いられることが多い。
【０００４】
このため、市販の一般的な炭素繊維束には、エポキシ基と良好な接着性を持つ例えばエポキシ系化合物や水溶性ポリマーなどの有機物がサイジング剤として塗布されている（即ち、繊維メーカーからサイジング剤が塗布されていない若しくはエポキシ樹脂以外の樹脂と接着性が良好なサイジング剤が塗布された炭素繊維束を入手することは困難である。）。
【０００５】
従って、上記繊維体に含浸せしめられる樹脂としてエポキシ樹脂以外の樹脂、例えば、ビニルエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ポリイミド樹脂などを用いると、炭素繊維束に塗布されているエポキシ樹脂用のサイジング剤と接着性が低下し、必要な強度が得られなかったり、また、エポキシ樹脂よりも高い耐熱性を有する熱硬化性樹脂を用いると、十分な熱的特性及び機械的特性を得られなかったりする等、種々の不具合がある。
【０００６】
そこで、上記問題点を解決する方法として、例えば特許文献１，２に開示されるような方法でサイジング剤を除去することが提案されている。
【０００７】
特許文献１には、サイジング剤を超臨界若しくは亜臨界の流体（水）を用いて高い割合で炭素繊維のサイジング剤を除去する方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、サイジング剤を加熱することで除去する方法が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１８０３６９号公報
【特許文献２】特公平７−３２５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１に開示される方法でサイジング剤の除去を行う場合、確かに高い割合でサイジング剤を除去することが可能であるが、高温（３５０〜４５０℃）且つ高圧力（２０〜３５ＭＰａ）の処理が必要で、高温高圧処理による繊維へのダメージは無視できず、また、特殊で高価な設備が必要となりコスト高となることは避けられないため、それだけ量産性が悪く、現実的でない。
【００１１】
また、上記特許文献２に開示される方法でサイジング剤の除去を行う場合、高温（４００℃以上）且つ長時間（３０分以上）の処理が必要で、繊維が焼けてしまい、更に、その後洗浄工程が別途必要となるため、特許文献１同様量産性が悪く、やはり現実的でない。
【００１２】
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、繊維束（糸）へのダメージを抑制しつつ、短時間で連続的にサイジング剤を除去でき、しかも、簡易な構成で容易に実現可能な極めて実用性に秀れたサイジング剤の除去方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１４】
複数の繊維フィラメントを収束した糸１、複数の繊維フィラメントを収束した経糸と緯糸とを織成して成る繊維体若しくは複数の繊維フィラメントを収束した糸を一方向に引き揃えて成る繊維体に付着したサイジング剤を除去するサイジング剤の除去方法であって、前記糸１若しくは前記繊維体を前記サイジング剤が溶解可能な溶媒２に気泡３を発生させながら連続的に通過せしめることで、前記糸１若しくは前記繊維体から前記サイジング剤を除去することを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００１５】
また、請求項１記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡３は少なくとも前記溶媒２にして前記糸１若しくは前記繊維体が通過する領域に発生させることを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００１６】
また、請求項１，２いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記溶媒２が入った容器４内に、前記糸１若しくは前記繊維体の搬送方向と交差する方向に長さ方向を向けて気泡発生部５を配設し、この気泡発生部５から発生する気泡３により前記溶媒２に気泡３を発生させることを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００１７】
また、請求項３記載のサイジング剤の除去方法において、前記糸１若しくは前記繊維体の搬送幅より広い範囲に前記気泡３を生じるように前記気泡発生部５の長さ及び配設方向を設定することを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００１８】
また、請求項３，４いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡発生部５は、送出圧力が１２４．５Ｐａのとき通気度が５００〜１００００ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃとなるものであることを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００１９】
また、請求項３〜５いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡発生部５は、直径０．５〜５０ｍｍの気泡３を発生するものであることを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００２０】
また、請求項３〜６いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡発生部５への送出圧力を０．０２〜０．２ＭＰａに設定したことを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００２１】
また、請求項３〜７いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記気泡発生部５として平織構造の織物から成る袋状体６が採用されていることを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００２２】
また、請求項１〜８いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記糸１若しくは前記繊維体の搬送速度を１〜１０ｍ／ｍｉｎに設定したことを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００２３】
また、請求項１〜９いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記糸１若しくは前記繊維体を前記溶媒２に一回通過させることでサイジング剤量を０．８ｗｔ％以下とすることを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００２４】
また、請求項１〜１０いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法において、前記繊維フィラメントは炭素繊維フィラメントであることを特徴とするサイジング剤の除去方法に係るものである。
【００２５】
また、請求項１〜１１いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法を用いてサイジング剤が除去されたことを特徴とする糸に係るものである。
【００２６】
また、請求項１〜１１いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法を用いてサイジング剤が除去されたことを特徴とする繊維体に係るものである。
【００２７】
また、請求項１〜１１いずれか１項に記載のサイジング剤の除去方法を用いてサイジング剤が除去された前記糸１若しくは前記繊維体から成ることを特徴とするプリプレグに係るものである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は上述のようにしたから、繊維束（糸）へのダメージを抑制しつつ、短時間で連続的にサイジング剤を除去でき、しかも、簡易な構成で容易に実現可能な極めて実用性に秀れたサイジング剤の除去方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００３０】
サイジング剤が溶解可能な溶媒２に糸１若しくは繊維体を連続的に通過せしめることで、この糸１若しくは繊維体からサイジング剤を除去する。この除去の際、溶媒２に気泡３を発生させておくことで、気泡３により溶媒２を振動させて溶媒２を波立たせると、糸１若しくは繊維体のサイジング剤と溶媒２との接触速度（接触量）が増加し、それだけ効率的にサイジング剤を除去することが可能となる。
【００３１】
また、溶媒２によりサイジング剤を溶解せしめるため、特許文献１に開示されるような高温高圧処理や特許文献２に開示されるような高温での長時間処理は不要であり、それだけ糸１に損傷を与え難く、この糸１若しくは繊維体から成るプリプレグ及び複合材料は良好な強度発現を示すものとなる。
【００３２】
また、単に気泡３を発生させた溶媒２中を通過させるだけでサイジング剤を除去できるため、連続的に糸１若しくは繊維体を搬送通過せしめることで簡易な構成で簡単に連続的なサイジング剤の除去が可能となり、極めて量産性に秀れることになる。
【００３３】
また、複合材料用途で、特に高耐熱性樹脂で硬化温度が２５０℃以上の場合、残存するサイジング剤の分解量が低減され、複合材料の高性能化を図ることができる。
【００３４】
また、サイジング剤除去後の炭素繊維束に付着するサイジング剤量を任意にコントロールできることになり、目的のプリプレグ及び複合材料に合ったサイジング剤量に容易に設定可能となる。
【実施例】
【００３５】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００３６】
本実施例は、複数の繊維フィラメントを収束した糸１に付着したサイジング剤を除去するサイジング剤の除去方法であって、前記糸１を前記サイジング剤が溶解可能な溶媒２に気泡３を発生させながら連続的に通過せしめることで、前記糸１から前記サイジング剤を除去するものである。
【００３７】
具体的には、図１に図示したように、多数のボビン11を備えたボビンスタンド12から夫々引き出した糸１（炭素繊維束）を、溶媒２としてのＭＥＫ（メチルエチルケトン）をためた容器４内に通過せしめ、溶媒２に浸漬してサイジング剤を除去した糸１を加熱乾燥する第一乾燥部13及び第二乾燥部14を通過させた後、夫々を巻取ロール15に巻き取る構成のサイジング剤除去装置を用いて前記糸１からサイジング剤を除去する。尚、図中、符号16は糸をガイドするガイドロール、17はプーラー、18は弛み調整ロールである。
【００３８】
尚、本実施例においては、糸１を溶媒２に通過せしめることで糸１に付着したサイジング剤を除去しているが、サイジング剤が付着したままの糸を用いて経糸と緯糸とを織成して成る織成繊維体若しくは糸を一方向に引き揃えて成る一方向繊維体を構成し、この繊維体を巻回ロールに巻回してこの巻回ロールから引き出して上記糸１同様に溶媒２を通過せしめて繊維体（を構成する糸）からサイジング剤を除去するように構成しても良い。
【００３９】
また、溶媒２としては、アセトン等、他の有機溶剤を採用しても良い。また、乾燥部13・14としては例えば加熱板を搬送される糸１の上下に対向状態に設けた構成などが採用できるが、加熱乾燥に限らず、搬送される糸１にエアーを吹き付ける構成など、糸１を乾燥させるものであれば種々のものを採用できる。また、繊維フィラメントとしては、炭素繊維の他、アラミド繊維など他の繊維フィラメントを採用しても良い。
【００４０】
各部を具体的に説明する。
【００４１】
本実施例においては、気泡３を少なくとも溶媒２中の糸１が通過する領域に発生させ得るように、容器４内にして糸１の搬送方向と交差する方向に長さ方向を向けて気泡発生部５を配設し、この気泡発生部５から発生する気泡３により前記溶媒２に気泡３を発生させている。
【００４２】
また、本実施例の気泡発生部５は、直径０．５〜５０ｍｍの気泡３を発生させるように構成されている。０．５ｍｍ未満であると気泡が細か過ぎて炭素繊維束内部までの気泡の浸透がなく洗浄効果が少なくなり、５０ｍｍを超えると気泡が大き過ぎてやはり炭素繊維束内部まで気泡の浸透がなく洗浄効果が少なくなる。特に１〜１０ｍｍに設定するのが好ましい。
【００４３】
また、気泡発生部５における気泡３の送出圧力は０．０２〜０．２ＭＰａに設定されている。０．０２ＭＰａ未満であるとサイジング剤除去効果が少なくなってしまい、０．２ＭＰａを超えると溶媒２中で糸１が踊ることで毛羽立ってしまう。
【００４４】
気泡発生部５としては、図２に図示したように、平織構造の綿織物から成るホース状の袋状体６（繊維体）が採用されている。この袋状体６は、送出圧力が１２４．５ＰａのときＪＩＳ  Ｌ  １０９６  Ａ法（フラジール形法）による通気度が５００〜１００００ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃとなるように構成されている。このような袋状体６は、適宜経糸６ａと緯糸６ｂとの隙間の大きさ（目粗さ）を調整することで、直径０．５〜５０ｍｍの気泡３を発生させたり、送出圧力が１２４．５Ｐａのとき気泡発生量を５００〜１００００ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃと設定したりすることを容易に行え、更に、０．０２〜０．２ＭＰａ程度の送出圧力にも耐え得る構成となる。尚、通気度が５００ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ未満であると繊維体が緻密過ぎ適性な大きさの気泡を発生させることができなくなり、１００００ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃを超えると繊維体の隙間が大きく繊維体の空気入り口から長さ方向に対し、均一に気泡を発生させることができなくなる。
【００４５】
この気泡発生部５としての袋状体６の一端側にはホース７を介してコンプレッサ21が接続され、このコンプレッサ21からエアー（空気）が圧送される。
【００４６】
上記構成の気泡発生部５は、容器４内に配設されるガイドロール16に掛け回され、溶媒２中の最も深い位置を通過する糸１の下方位置に、この糸１の搬送方向と直交する方向に長さ方向を向けて配設されている。従って、溶媒２に浸漬される糸１の浸漬開始位置から浸漬終了位置に至るまで糸１の周囲に満遍なく気泡３が存在し、効率的にサイジング剤を除去できる。
【００４７】
また、気泡発生部５としての袋状体６（溶媒２中に設けられる気泡３を放出可能な部分）の全長が、少なくとも多数の糸１の搬送幅Ａ（搬送される多数の糸１にして糸１の搬送方向に対して最も右側の糸１と最も左側の糸１との距離）より長く（上記繊維体の場合は繊維体の幅より長く）なるように設定されている。従って、全ての糸１（若しくは繊維体全体）の周囲に気泡３を可及的に均一に生ぜしめることが可能となる。
【００４８】
本実施例においては、容器４として高さ１７０ｍｍ・幅３００ｍｍ・奥行き５００ｍｍのものが採用されている。具体的には、容器４は、仕切り20により気泡３を発生させサイジング剤を除去する処理部４ａと、この処理部４ａから溶媒２の一部を取り出し貯留しておく貯留部４ｂとに分けられている。この貯留部４ｂに貯留された溶媒２は、エアーポンプにより取出路22を介して溶剤チャージタンク19へ送られ、この溶剤チャージタンク19から送出路23を介して処理部４ａへと循環せしめられる。
【００４９】
また、気泡発生部５としては全長４５０ｍｍ・幅６０ｍｍのものが採用されている。また、気泡発生部５は糸１から１０〜１００ｍｍ程度離して設けると良く、５０ｍｍ程度が特に好ましい。この場合、容器４中の溶媒２全体に満遍なく気泡３を発生させることが可能となる。
【００５０】
尚、気泡発生部５は糸１の搬送方向と直交方向でなく傾斜方向に長さ方向を向けて配設しても良く、この場合は、傾斜した状態で糸１の搬送幅Ａをカバーできるように糸１の搬送方向と直交方向に長さ方向を向けて配設する場合より全長をやや長めに設定すると良い。また、気泡発生部５は１つに限らず、糸１の搬送方向に沿って複数並設しても良い。
【００５１】
本実施例は、糸１の搬送速度が１〜１０ｍ／ｍｉｎとなるようにプーラー17の回転速度が設定されている。１ｍ／ｍｉｎ未満だと速度が遅く連続生産性に欠け、１０ｍ／ｍｉｎを超えると速度が速く適当な洗浄効果が得られなくなる。３ｍ／ｍｉｎに設定すると特に好ましい。
【００５２】
本実施例は上述のようにしたから、サイジング剤を溶解可能な溶媒２に糸１を連続的に通過せしめることで、この糸１からサイジング剤を除去する際、溶媒２に気泡３を発生させておくことで、気泡３により溶媒２を振動させて溶媒２を波立たせることで、糸１のサイジング剤と溶媒２との接触速度（接触量）が増加し、それだけ効率的にサイジング剤を除去することが可能となる。
【００５３】
また、溶媒２によりサイジング剤を溶解せしめるため、特許文献１に開示されるような高温高圧処理や特許文献２に開示されるような高温での長時間処理は不要であり、それだけ糸１に損傷を与え難く、この糸１から成る繊維体を用いて作製したプリプレグ及び複合材料は良好な強度発現を示すものとなる。
【００５４】
また、単に気泡３を発生させた溶媒２中を通過させるだけでサイジング剤を除去できるため、連続的に糸１を搬送通過せしめることで簡易な構成で簡単に連続的なサイジング剤の除去が可能となり、極めて量産性に秀れる。
【００５５】
また、複合材料用途で、特に高耐熱性樹脂で硬化温度が２５０℃以上の場合、残存するサイジング剤の分解量が低減され、複合材料としての高性能化が図れる。
【００５６】
また、サイジング剤除去後の炭素繊維束に付着するサイジング剤量を任意にコントロールできるため、目的のプリプレグ及び複合材料に合ったサイジング剤量に容易に設定できる。
【００５７】
例えば、サイジング剤を除去していない未処理の炭素繊維束（糸）に付着するサイジング剤量は通常１．６ｗｔ％程度であるが、本実施例の場合には容器４を一回通過させるだけで、０．８ｗｔ％以下とすることができる。
【００５８】
よって、本実施例は、繊維束（糸）へのダメージを抑制しつつ、短時間で連続的にサイジング剤を除去でき、しかも、簡易な構成で容易に実現可能な極めて実用性に秀れたものとなる。
【００５９】
本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。
【００６０】
サイジング剤が１．６ｗｔ％付着する糸から上述の本実施例に係る装置を用いてサイジング剤を除去する際、上記糸の搬送速度、袋状体（繊維体）の通気度及び袋状体への空気の送出圧力を図３に図示したように変化させて、残存するサイジング剤量（残サイズ量）を夫々測定した。実施例１，２はいずれの数値も本実施例の数値範囲内とし、比較例１，２は通気度を本実施例の数値範囲から逸脱させている。
【００６１】
図３より、実施例１，２の方がサイジング剤を良好に除去できることが確認できた。また、実施例１と実施例２との比較より、搬送速度が遅い方がサイジング剤を一層良好に除去できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本実施例の概略説明図である。
【図２】本実施例の袋状体の拡大概略説明図である。
【図３】実験条件及び実験結果を示す表である。
【符号の説明】
【００６３】
１  糸
２  溶媒
３  気泡
４  容器
５  気泡発生部
６  袋状体
【図１】
2009091668.tif 000003
【図２】
2009091668.tif 000004
【図３】
2009091668.tif 000005