CN102209806B - 具有接头接合部的纤维束及其制造方法、以及碳纤维的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有接头接合部的纤维束，该纤维束是将由多根纤维构成的纤维束的终端部和由多根纤维构成的纤维束的始端部直接叠合、或将这些终端部和始端部与由多根纤维构成的连接纤维束叠合，形成纤维束叠合部，对该纤维束叠合部喷射加压流体，使各个纤维束的多根纤维彼此发生纤维交织，由此将各纤维束彼此接合起来而成的纤维束，其中，接头接合部由各纤维已开纤的纤维开纤部和位于其两侧的纤维交织部构成，且纤维交织部由在纤维束幅宽方向间隔开地设置的多个部分交织部构成。将该具有接头接合部的纤维束供给于碳纤维的制造工序时，由于接头接合部具有纤维开纤部和纤维交织部，所以减少了热对接头接合部造成的损伤。

Description

具有接头接合部的纤维束及其制造方法、以及碳纤维的制造方法
技术领域
本发明涉及具有接头接合部的纤维束及其制造方法、以及碳纤维的制造方法。在由碳纤维制造用的前体纤维束制造碳纤维时，有时需要将该前体纤维束长时间连续供给于碳纤维制造工序。这种情况下，需要准备将两束碳纤维制造用前体纤维束的一束的终端部与另一束的始端部接在一起的一束连续的前体纤维束。在制作该一束连续的前体纤维束时，可有效使用本发明的具有接头接合部的纤维束。
背景技术
一般，在碳纤维制造工序中使用碳纤维制造用的前体纤维束。该前体纤维束通常以卷在卷线轴等上的形态或折叠层积在箱中的形态被准备在前体纤维束供给部。将从前体纤维束供给部拉出的前体纤维束通常供给于由耐燃化工序和碳化工序构成的烧制工序。
因此，为了将这些前体纤维束长时间连续烧制、长时间连续地持续制造碳纤维，需要用某种手段将从前体纤维束供给部拉出的前体纤维束的始端部接合在正通过烧制工序的前体纤维束的终端部上。通过将这些前体纤维束的长度方向的端部彼此接合，能够将前体纤维束连续供给于碳纤维制造工序，其结果，可谋求工序的作业性的提高。
已知利用加压流体使两束作为碳纤维制造用前体纤维束的聚丙烯腈系前体纤维束的长度方向的端部彼此交织而接合的方法(参见专利文献1)。
但是，虽然利用该方法可以使前体纤维束的端部彼此接合，但由于形成的接头接合部中的纤维的密度增高，所以存在在耐燃化工序中前体纤维束自身的发热导致氧化反应易失控的问题。因此，接头接合部发生烧断或烧损的事故。为了避免蓄热导致接头接合部产生丝断头，有降低耐燃化工序的温度的办法。但是，如果耐燃化工序的温度的降低幅度大，则耐燃化处理所需的时间变长，所以所希望的碳纤维的生产率显著降低。
前体纤维束的单纤维的根数(纤丝数)多时，从加压流体喷射喷嘴喷射出的加压流体喷不到前体纤维束全体上，前体纤维束不以单纤维级进行交织，分成几小束进行缠绕。如果在接合部不均一地产生这样的小束的缠绕，则形成局部纤维密度高的部分，因此易于蓄热。并且，接合部的纤维的缠绕变得不充分，前体纤维束彼此的结束强度也变弱。其结果，存在纤维束不能耐受工序张力而破裂，或接头接合部脱散这样的问题。
作为针对这些问题的对策，已知例如使用由非发热性的耐燃化丝形成的连接介质(连接纤维束)将两束聚丙烯腈系前体纤维束接合的方法(参见专利文献2)。但是，该方法中，虽然有降低蓄热量的效果，但由于接合部的除热不充分，所以在纤维密度变高的接合部依然易于产生丝断头等。
因此，在接头接合部通过耐燃化工序时，必须降低炉内温度。并且，形成了连接纤维束的耐燃化丝和形成了聚丙烯腈系前体纤维束的纤维由于各个纤维束的纤维的分解情况不同，所以形成了聚丙烯腈系前体纤维束的纤维与形成了连接纤维束的耐燃化丝不会充分混纤，不会均一交织。因此，两者的纤维束彼此会脱散开，为了防止灾害的发生不得不使耐燃化炉停止。
另外，还已知如下方法，其不是利用加压空气而形成的交织接合，而是在各个纤维束的末端部将纤维束分割成多个小束，将小束彼此相互织入来进行接合的方法(参见专利文献3)。此时，连接状态为打成结儿的状态，所以结扣被拉紧，接合部的纤维密度增大，产生由蓄热导致的丝断头。并且，由于接合部的各小束间的结束强度不均一，所以应力集中在结束强度弱的小束上，存在从结束强度弱的小束起依次发生破裂的问题。
并且，提出了一种碳纤维制造用的聚丙烯腈系纤维束，其中，用预先进行耐燃化、密度1.30g/cm3以上的耐燃化纤维束形成前体纤维束的末端部，将具有该末端部的前体纤维束彼此在该末端部使纤维彼此交织一体化而形成了接合部(参见专利文献4)。此时，关于接合部的蓄热所导致的丝断头，具有得到改善的倾向，但由于需要专用设备用来使前体纤维束的末端部为耐燃化纤维，所以并不能称为生产率好的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平06-206667号公报
专利文献2：日本特开平10-226918号公报
专利文献3：日本特开2007-046177号公报
专利文献4：日本特开2000-144534号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种可消除上述的现有技术的问题点的具有接头接合部的纤维束及其制造方法。并且，本发明的目的还在于提供一种使用了本发明的具有接头接合部的纤维束的碳纤维的制造方法，其中，接头接合部的蓄热少、烧制工序中难以发生接头接合部因蓄热而烧断的情况、纤维束的工序通过性良好。
用于解决问题的手段
本发明的具有接头接合部的纤维束如下。
一种具有接头接合部的纤维束，该纤维束具有由多根纤维构成的第1纤维束的一端部与由多根纤维构成的第2纤维束的一端部相互叠合而形成的纤维束叠合部、或具有由多根纤维构成的第1纤维束的一端部和由多根纤维构成的第2纤维束的一端部分别与由多根纤维构成的连接纤维束相互叠合而形成的两个纤维束叠合部，上述纤维束叠合部具有在上述各纤维束的长度方向上相间隔地设置的、上述各纤维处于相互缠绕的状态的多个纤维交织部、和位于该多个纤维交织部之间的、上述各纤维处于相互开纤的状态的纤维开纤部，且各个上述纤维交织部由上述纤维束叠合部中的一方纤维束的上述多根纤维与另一方纤维束的上述多根纤维相互缠绕形成的、在上述各纤维束幅宽方向上间隔开地设置的多个部分交织部构成，通过上述多个纤维交织部，在上述纤维束叠合部中上述各纤维束接在一起。
本发明的具有接头接合部的纤维束中，上述第1纤维束和上述第2纤维束分别优选为碳纤维制造用的前体纤维束。
本发明的具有接头接合部的纤维束中，上述连接纤维束的热导率优选为3～700W/m·K。
本发明的具有接头接合部的纤维束中，优选上述连接纤维束为碳纤维束，且其悬垂值为2～15cm，其扁平度为20以上。
本发明的具有接头接合部的纤维束中，上述连接纤维束的细度优选为上述第1纤维束和上述第2纤维束的细度的0.2～3.0倍。
本发明的具有接头接合部的纤维束中，上述接头接合部的常温下的拉伸强度优选为20g/tex以上。
本发明的具有接头接合部的纤维束中，优选上述各纤维交织部在上述纤维束长度方向的长度为8～30mm，上述纤维开纤部在上述纤维束长度方向的长度为30～100mm。
本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法如下。
一种具有接头接合部的纤维束的制造方法，在该方法中，对具有由多根纤维构成的第1纤维束的一端部与由多根纤维构成的第2纤维束的一端部相互叠合而形成的纤维束叠合部、或具有由多根纤维构成的第1纤维束的一端部和由多根纤维构成的第2纤维束的一端部分别与由多根纤维构成的连接纤维束相互叠合而形成的两个纤维束叠合部的纤维束的上述纤维束叠合部喷射来自纤维交织装置的加压流体，使上述各纤维缠绕，由此在上述纤维束叠合部中使上述各纤维束彼此接在一起而形成所述具有接头接合部的纤维束，其中，上述纤维交织装置具有第1流体喷射孔列和第2流体喷射孔列，所述第1流体喷射孔列由在沿着上述纤维束幅宽方向的第1直线上间隔开地排列的多个流体喷射孔构成，所述第2流体喷射孔列由在第2直线上间隔开地排列的多个流体喷射孔构成，所述第2直线在上述纤维束长度方向上与上述第1直线间隔开地设置并且与上述第1直线平行，从上述第1流体喷射孔列的多个流体喷射孔和上述第2流体喷射孔列的多个流体喷射孔喷射加压流体，由此，在上述纤维束叠合部中形成在上述各纤维束长度方向上相间隔地设置的、上述各纤维处于相互缠绕的状态的多个纤维交织部、和位于该多个纤维交织部之间的、上述各纤维处于开纤的状态的纤维开纤部，并且以由上述纤维束叠合部中的一方纤维束的上述多根纤维与另一方纤维束的上述多根纤维相互缠绕形成的、在上述各纤维束幅宽方向上间隔开地设置的多个部分交织部构成的方式来形成各个上述纤维交织部，从而在上述纤维束叠合部中使上述各纤维束接在一起而形成所述具有接头接合部的纤维束。
本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法中，优选上述第1纤维束和上述第2纤维束分别为碳纤维制造用的前体纤维束。
本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法中，上述连接纤维束的热导率优选为3～700W/m·K。
本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法中，优选上述连接纤维束为碳纤维束，且其悬垂值为2～15cm，其扁平度为20以上。
本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法中，上述连接纤维束的细度优选为上述第1纤维束和上述第2纤维束的细度的0.2～3.0倍。
本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法中，上述接头接合部的常温下的拉伸强度优选为20g/tex以上。
本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法中，优选上述第1直线与第2直线的间隔为20～100mm，上述第1流体喷射孔列和上述第2流体喷射孔列中的流体喷射孔的排列间距为1.7～4.5mm。
本发明的碳纤维的制造方法如下。
一种碳纤维的制造方法，其中，使本发明的具有接头接合部的纤维束连续地从耐燃化炉、接着从碳化炉中通过，由此制造碳纤维。
发明效果
利用本发明的具有接头接合部的纤维束，带来了如下效果：将该纤维束在烧制工序中连续烧制时，在烧制工序中不会发生纤维束破裂或形成了纤维束的纤维从纤维束中脱散的情况，抑制了接头接合部中的蓄热，且接头接合部的除热良好。
因此，能够使本发明的具有接头接合部的纤维束连续通过烧制工序，而不会显著降低当不具有接头接合部的纤维束、或具有接头接合部但该部分以外的部分的纤维束在通过烧制工序时通常采用的烧制工序中的炉内温度，所以可以以烧制工序的作业性良好的状态长时间连续制造已烧制的纤维、例如碳纤维。其结果，使已烧制的纤维、例如碳纤维的生产率大幅提高。
附图说明
图1是本发明的具有接头接合部的纤维束的一例的示意性纵截面图。
图2是本发明的具有接头接合部的纤维束的其他一例的示意性纵截面图。
图3是本发明的具有接头接合部的纤维束的另一例的示意性纵截面图。
图4是本发明的具有接头接合部的纤维束的一例的一个接头部的示意性俯视图。
图5是在实施本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法时使用的接头装置的一例的示意性侧视图。
图6是用于使在实施本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法所用的纤维发生交织的纤维交织装置的一例的示意性横截面图。
图7是图6的纤维交织装置的S1-S1截面向视图。
图8是用于说明利用图6的纤维交织装置形成本发明的具有接头接合部的纤维束的一例的一个接头接合部的状态的示意性侧视图。
图9是用于准备测定用样品的制作测定用样品的装置的示意性侧视图，所述测定用样品是在测定本发明的具有接头接合部的纤维束所用的连接纤维束的悬垂值时使用的样品。
图10是使用从图9中得到的测定用样品上切下的测定片来测定悬垂值的悬垂值测定装置的示意性侧视图。
图11是说明使用安装在图10的悬垂值测定装置上的测定片来测定悬垂值的测定方法的示意性侧视图。
具体实施方式
首先，对于本发明的碳纤维的制造方法的一实施方式进行说明。作为制造碳纤维的前体纤维束，使用聚丙烯腈系纤维束、沥青系纤维束、纤维素系纤维束等。其中，由于易于表现出高的强度，所以广泛使用聚丙烯腈系纤维束。
在制造作为碳纤维制造用原丝的聚丙烯腈系前体纤维束的工序中纤维束的工序通过速度、与在将所得到的前体纤维束烧制来制造碳纤维的烧制工序中纤维束的工序通过速度存在很大不同。因此，在前体纤维束的制造工序中制造的前体纤维束不能接连供给于烧制工序，所以以适当的保存形态暂时保存。作为适当的保存形态，有卷在卷线轴上的形态、折叠层积在箱体内的形态。暂时保存的前体纤维束其后被从保存处拉出，供给于烧制工序。
以下的说明中，将已经一边从保存处(卷线轴)拉出一边供给于烧制工序的前体纤维束设定为第1纤维束，将接着从其他保存处(其他卷线轴)拉出并供给于烧制工序的预定的前体纤维束设定为第2纤维束。
将第1纤维束从保存处拉出后，在烧制工序中的耐燃化炉内进行耐燃化处理。该耐燃化处理中，将第1纤维束在氧化性气氛下、通常于180～400℃的温度进行加热处理，制成耐燃化丝。将耐燃化丝在烧制工序中在与耐燃化炉连接配置的碳化炉内进行碳化处理，制成碳纤维。从碳化炉拉出的碳纤维根据需要在表面处理工序受到赋予施胶剂等的表面处理后，在卷绕工序被卷绕，形成碳纤维的制品。
如果从保存处拉出的第1纤维束到达其终端部，则第1纤维束的终端部要与从其他保存处拉出的第2纤维束的始端部接头，相互接合。即，前体纤维束的末端部彼此接合，接上的第2纤维束随第1纤维束的移动被导入烧制工序，连续进行碳纤维的制造。
本发明的具有接头接合部的纤维束是为了防止在通过耐燃化工序的过程中接头接合部因蓄热而产生丝断头和工序通过过程中纤维束破裂而开发的。作为接头接合部的形态，有以下两种方式。
图1示出了具有采用了接头接合部形态的第1方式的接头接合部的纤维束。图1中，具有接头接合部的纤维束1具有第1纤维束FB1的端部(终端部)5与第2纤维束FB2的端部(始端部)6以在长度方向相互叠合的状态形成的接头接合部A。在第1纤维束FB1与第2纤维束FB2叠合的纤维束叠合部中，根据需要能够在其长度方向相间隔地设置多个接头接合部A。
图2示出了具有采用了接头接合部形态的第2方式的接头接合部的纤维束。图2中，具有接头接合部的纤维束2由第1纤维束FB1、第2纤维束FB2和连接纤维束JFB构成。具有接头接合部的纤维束2具有第1纤维束FB1的端部(终端部)5与连接纤维束JFB的一侧的端部4a以在长度方向上相互叠合的状态形成的一侧的接头接合部A、和第2纤维束FB2的端部(始端部)6与连接纤维束JFB的另一侧的端部4b以在长度方向上相互叠合的状态形成的另一侧的接头接合部A。
图3中给出具有采用了图2所示的接头接合部形态的第2方式的接头接合部的纤维束2的变形方式。图3中，具有接头接合部的纤维束3与图2的纤维束2相同，由第1纤维束FB1、第2纤维束FB2和连接纤维束JFB构成。图3的具有接头接合部的纤维束3与图2的纤维束2不同之处在于：在第1纤维束FB1与连接纤维束JFB叠合的纤维束叠合部中于长度方向上相间隔地具有3个接头接合部A，并且，在第2纤维束FB2与连接纤维束JFB叠合的纤维束叠合部中于长度方向上相间隔地具有3个接头接合部A。对于纤维束叠合部中的接头接合部A的个数，根据需要适宜选择。
需要说明的是，上文说明的第1纤维束与第2纤维束的叠合形态本身、以及第1纤维束与连接纤维束、和第2纤维束与连接纤维束的叠合形态本身分别是已经为人们所知的。
其次，说明本发明的具有接头接合部的纤维束中的接头接合部的结构。本发明的具有接头接合部的纤维束的特征在于该接头接合部的结构。
图4是表示本发明的具有接头接合部的纤维束中的接头接合部A的一例的示意性俯视图。图4中，接头接合部A具有在叠合的各纤维束的长度方向上相间隔地设置的、形成了各纤维束的各纤维处于相互缠绕状态的两个纤维交织部(缠绕部)C、和位于该两个纤维交织部C之间的、各纤维处于相互开纤状态的纤维开纤部B。进而，各纤维交织部C由各纤维束叠合部中的一方纤维束的多根纤维与另一方纤维束的多根纤维相互缠绕形成的、在各纤维束幅宽方向间隔开地设置的多个部分交织部D构成。在纤维束叠合部中，通过两个纤维交织部C，将叠合的各纤维束接在一起，制成具有接头接合部A的连续的纤维束。
如图4所示，两纤维束的端部彼此叠合的接头接合部A具有两纤维束中的多根纤维发生开纤的纤维开纤部B，所以具有该接头接合部A的纤维束被供给于耐燃化工序而经受热处理时，纤维开纤部B发挥使易蓄积在纤维束中的热排放到外部的散热部的作用，从而防止或缓和在耐燃化工序中在接头接合部A中的蓄热。
纤维开纤部(散热部)B是指在后述的纤维交织装置中喷出的加压流体(加压空气)直接喷到纤维束上，形成了纤维束的多根纤维开纤至单纤维级，各纤维不发生交织地混合存在的区域。纤维开纤部B中，优选单纤维彼此不粘接，分别处于与外气接触的状态。图4中，用箭头HR示意性给出纤维开纤部B中的散热状态。
图4中，纤维开纤部B在纤维束长度方向的长度X如果过短，则散热效果变小，如果过长，则接头装置整体大型化，所以纤维开纤部B的长度X优选为30～100mm，更优选为35～50mm。并且，纤维开纤部B在纤维束幅宽方向的长度(宽)优选为开纤前的纤维束的幅宽方向的长度(宽)的1.5～2倍。
纤维开纤部B在纤维束幅宽方向的长度如果小于开纤前的纤维束的幅宽方向的长度的1.5倍，则纤维彼此开纤不充分，有时得不到充分的散热效果。并且，纤维开纤部B在纤维束幅宽方向的长度超过开纤前的纤维束的幅宽方向的长度的2倍时，纤维开纤部B变得过大，在工序通过过程中，与相邻行进的纤维束的纤维接触，有时在它们之间引起纤维彼此混纤。
这样，通过存在纤维开纤部B，能够使位于其两侧的纤维交织部C中所蓄积的热排放到外部。其结果，能够减小蓄积于接头接合部A中的热量，能够大幅减少蓄热所致的丝断头。
纤维交织部(缠绕部)C是指在纤维束幅宽方向存在多个、优选4～10个的部分缠绕部D的区域。部分缠绕部D是指叠合的两纤维束中的多根纤维以单纤维级相互缠绕、相互卷绕的部位。图4中，给出了在纤维束的长度方向上存在于纤维开纤部B的两端的外侧、纤维交织成8个网眼状的状态的各部分缠绕部D。
图4中，纤维交织部C在纤维束长度方向的长度Y如果过短，则各纤维间的结束强度变小，如果过长，则接头装置整体大型化，所以纤维交织部C在纤维束长度方向的长度Y优选为8～30mm，更优选为10～18mm。
通过利用在纤维束幅宽方向间隔开地排列的多个部分交织部D来形成纤维交织部C，对于纤维交织部C而言，能够在维持两纤维束间的结合的同时处于将纤维束细分的状态。部分交织部D的个数为4个以上时，能够将各部分交织部D所含有的纤丝数设定为纤维束的总纤丝数的1/4以下。例如，在使纤丝数为12,000根的第1纤维束与纤丝数为12,000根的第2纤维束接合时，各部分交织部D所含有的纤丝数为约6,000根。
即，由于能够防止各部分交织部D中的纤维高密度化，所以能够抑制接头接合部A中的蓄热。部分交织部D为11个以上时，各部分交织部D所含有的纤丝数变少，1个部分交织部D所具有的纤维的结束强度降低，不能耐受工序张力，纤维束易于破裂。由于各部分交织部D中的纤维的交织状态大致均一，所以通过这些纤维交织，给接头接合部A带来充分的接合强度。
另一方面，在各部分交织部D产生的热沿着纤维向纤维开纤部B移动。图4中，用箭头H示意性给出该热的移动状态。
图5是在实施本发明的具有接头接合部的纤维束的制造方法时使用的接头装置的一例的示意性侧视图。图5中，接头装置50包含：在装置的长度方向相间隔地配置的4个纤维束夹持装置52、在各纤维束夹持装置52之间设置的3个纤维交织装置51和在纤维束夹持装置52与纤维交织装置51a之间设置的6个纤维束松弛装置53。各纤维交织装置51包含：在上下方向间隔开地对置的上部纤维交织装置51a和下部纤维交织装置51b。
在上部纤维交织装置51a的下表面和下部纤维交织装置51b的上表面开有多个流体喷射孔，该流体喷射孔在被导入接头装置50中的第1纤维束FB1和第2纤维束FB2的幅宽方向串行且在纤维束的长度方向间隔开地并行有2列。
各纤维束夹持装置52具有在上下方向开合的上夹板和下夹板以夹住叠合的第1纤维束FB1和第2纤维束FB2。
各纤维束松弛装置53用于使叠合的第1纤维束FB1和第2纤维束FB2在长度方向上松弛一定长度，在各纤维束夹持装置52没有夹持纤维束的状态，用例如可在上下方向移动的沿纤维束幅宽方向延伸的辊将纤维束压低，由此使纤维束在长度方向松弛一定长度。形成纤维束的松弛状态后，各纤维束夹持装置52动作，将纤维束夹住。在该纤维束松弛的状态下，易于利用各纤维交织装置51使形成了纤维束的多根纤维发生交织，所以是优选的，并且该松弛状态也有益于调整纤维交织程度。
对于使用了该接头装置50的、连接第1纤维束FB1和第2纤维束FB2的方法进行说明。
首先，将正通过烧制工序的第1纤维束FB1的终端部与接着通过烧制工序的第2纤维束FB2的始端部叠合，使其位于纤维交织装置51内。各端部优选在纤维束长度方向叠合350～500mm。各纤维束FB1、FB2优选叠合成厚度为0.1～1.0mm的扁平状。通过如此设定，在纤维交织装置50中受到加压流体处理时，能够使纤维束叠合部中双方的纤维束FB1、FB2中的多根纤维开纤至单纤维级且充分地混纤并缠绕。
接着，利用与纤维交织装置51相邻设置的纤维束松弛装置53，在纤维交织装置51的附近，在叠合的纤维束上形成松弛部分。具体地说，例如使用重锤，利用其重量将双方的纤维束FB1、FB2压低而使其松缓。作为松弛的程度，优选5～25％。该松弛程度小于5％时，交织起来的程度变弱，所以接合部的结束强度降低，松弛程度超过25％时，纤维交织部增大，所以易于因蓄热而产生丝断头。
其次，用纤维束夹持装置52的上夹板和下夹板把持住两纤维束，进行固定以便两纤维束FB1、FB2的重叠不破散。接着，卸下使纤维束FB1、FB2松弛的重锤，从各纤维交织装置51的上部纤维交织装置51a和下部纤维交织装置51b喷射加压流体。通过该加压流体的喷射，在各纤维束夹持装置52之间两纤维束FB1、FB2中的多根纤维相互交织，形成接合部，松弛的纤维束FB1、FB2的垂度消失。并且，作为喷射的流体，可使用液体、气体等可加压供给的流体。作为喷射的流体，从作业性和经济性的方面出发，通常使用空气。
对于接头接合部A的形成的构造，使用图6、图7和图8进行说明。图6是纤维交织装置51的一例的示意性横截面图。图7是图6的纤维交织装置51的S1-S1截面向视图。图8是说明使用图6的纤维交织装置来形成一个接头接合部的状态的示意性侧视图。
纤维交织装置51由上部纤维交织装置51a和下部纤维交织装置51b形成。上部纤维交织装置51a和下部纤维交织装置51b各自具有第1流体喷射孔列71和第2流体喷射孔列72，所述第1流体喷射孔列71由在与纤维束长度方向成直角的第1直线上间隔开地排列的多个流体喷射孔构成，所述第2流体喷射孔列72由在第2直线上间隔开地排列的多个流体喷射孔构成，所述第2直线在纤维束长度方向上与第1直线留有间隔地设置、并与第1直线平行。
上部纤维交织装置51a中的第1流体喷射孔列71和第2流体喷射孔列72的各流体喷射孔在上部纤维交织装置51a的下表面开口。下部纤维交织装置51b中的第1流体喷射孔列71和第2流体喷射孔列72的各流体喷射孔在下部纤维交织装置51a的上表面开口。在上部纤维交织装置51a的下表面与下部纤维交织装置51a的上表面之间形成了流体处理室FC。
上部纤维交织装置51a中的第1流体喷射孔列71和第2流体喷射孔列72的各流体喷射孔的上游与设置在上部纤维交织装置51a上的加压流体供给路FS连通。下部纤维交织装置51b中的第1流体喷射孔列71和第2流体喷射孔列72的各流体喷射孔的上游与设置在下部纤维交织装置51b上的加压流体供给路FS连通。
配置各流体喷射孔，以便从各流体喷射孔喷射加压流体(加压空气)时，得到细的具有强的线速的加压流体的喷射流，并在加压流体处理室FC内产生多个均匀的流体旋涡。通过加压流体的喷射，能够使两纤维束FB1、FB2的多根纤维很细地开纤至单纤维级。通过该纤维的开纤，形成纤维开纤部B。
开纤的多根纤维以固定着纤维束的纤维束夹持装置52为基点向纤维交织装置51形成交织。利用在加压流体处理室FC形成的均匀的多个流体旋涡，将两纤维束FB1、FB2的多根纤维分割成小束，形成多个部分交织部D。通过在纤维束幅宽方向喷射均等的细的具有强的线速的加压流体(加压空气)，能够将分割的各小束所含有的纤丝数设定为相同程度，能够在纤维束幅宽方向形成均匀的多个部分交织部D。即，形成具有结束强度的波动少的多个部分交织部D的纤维交织部C。
接着，为了形成作为能将热排放到外部的散热部的纤维开纤部B，纤维交织装置51需要具有在纤维束长度方向间隔开地并排设置的2列流体喷射孔列。由于在2列喷射孔列之间没有用于形成纤维交织所必需的基点，所以在2列喷射孔列之间，纤维间不发生交织，多根纤维形成开纤的状态。即，在纤维的交织作用方面，2列喷射孔列之间成为无效空间。因此，如图8所示，在2列流体喷射孔列之间形成纤维开纤部(散热部)B，在纤维交织装置51与纤维束夹持装置52之间形成纤维交织部C。
如此，为了得到具有纤维开纤部(散热部)B和纤维交织部C二者的接头接合部，纤维交织装置51需要具有在纤维束长度方向间隔开地并列设置的2列流体喷射孔列71、72。分别在上部纤维交织装置51a的下表面和下部纤维交织装置51b的上表面开口的流体喷射孔列为1列时，不能设定为形成纤维束的多根纤维发生了开纤的状态。
这种情况下，由于纤维的交织形成至位于相邻的纤维束夹持装置52之间的纤维束的中央，所以无法形成能将热排放到外部的纤维开纤部(散热部)。需要说明的是，流体喷射孔列为1列时，交织处理时间缩短，表观上可以形成纤维开纤部(散热部)，但这种情况下，由于交织处理时间短，所以无法形成具有充分的结束强度的纤维交织部，在通过工序的过程中纤维束易于破裂。流体喷射孔列为3列以上时，不仅加压空气量增加，而且纤维开纤部(散热部)的纤维束被加压流体(加压空气)损坏，在通过工序的过程中纤维束易于破裂。
2列流体喷射孔列71、72之间的在纤维束长度方向的长度(列间隔)L优选为20～100mm，更优选为25mm～55mm。长度L小于20mm时，纤维开纤部(散热部)变小，难以获得具备充分的散热效果的纤维开纤部(散热部)，长度L超过100mm时，纤维开纤部(散热部)变大，超出必要的程度。
流体喷射孔列中流体喷射孔的排列间距P优选为1.7～4.5mm，流体喷射孔的孔径HD优选为12～2.5mm。并且，如果考虑流体喷射孔的加工精度，则在各喷射孔间需要某种程度的壁厚，流体喷射孔的排列间距P优选比孔径HD大0.5mm以上。
流体喷射孔的排列间距P小于1.7mm时，得不到细的具有强的线速的加压空气的喷射流，形成狭缝状的喷射流，所以有时不能将纤维束开纤至单纤维水平且不能形成纤维交织部。
流体喷射孔的排列间距P超过4.5mm时，各部分交织部的尺寸变大，各部分交织部所含有的纤丝数增加，所以有时不能抑制蓄热。
对于流体喷射孔的孔径HD，同样，流体喷射孔的孔径HD小的情况下，得不到具有充分的线速的加压流体(加压空气)的喷射流，有时不能将纤维束开纤且不能形成纤维交织部。流体喷射孔的孔径HD大的情况下，由于从各流体喷射孔喷出的加压流体(加压空气)的喷射流变粗，所以不能使多根纤维开纤至单纤维水平，开纤不充分，有时不能获得充分的散热效果。
加压流体(加压空气)的压力优选为0.3～0.6MPa。压力小于0.3MPa时，形成纤维束的多根纤维的开纤不充分，有时难以形成具备多个部分交织部的纤维交织部。压力超过0.6MPa时，纤维束受到加压流体而损害，纤维束易于破裂。
将两纤维束都预先在幅宽方向分割成多个纤维束，用多个纤维交织装置来形成一个接头接合部，这样做是可以的。但是，不仅作业性变差，而且在分割纤维束时，纤维束起毛，接合强度降低，所以优选以不将纤维束分割成多个纤维束的状态，在幅宽方向统一用一个纤维交织装置进行纤维交织处理。
第1纤维束FB1和第2纤维束FB2分别优选为碳纤维制造用的前体纤维束。
图2或图3是通过连接纤维束(连接介质)使各个前体纤维束接合得到的本发明的具有接头接合部的纤维束的一例的示意性纵截面图。
在使用了连接纤维束(连接介质)的方式中，连接纤维束优选其热导率为3～700W/m·K。使用了该连接纤维束(连接介质)的方式中，连接纤维束优选在150～400℃的气氛温度下的发热量为500cal/g以下且热导率为3～700W/m·K。除该优选条件外，对于连接纤维束，还优选形成该连接纤维束的多根纤维的单纤维根数(纤丝数)为3,000以上、连接纤维束的悬垂值为2～15cm且其扁平度为20以上。
使用该连接纤维束时，例如将第1纤维束FB1的终端部5与连接纤维束JFB的一侧的端部叠合，同时将连接纤维束JFB的另一侧的端部与第2纤维束FB2的始端部6叠合，将其叠合部置于纤维交织装置51中。优选各端部与连接纤维束在纤维束长度方向分别叠合350～500mm。
此时，通过使用非发热性(发热量为500cal/g以下)且热导率为3～700W/m·K的连接纤维束，不仅能够大幅降低耐燃化处理中的在接头接合部A的发热量，而且在通过耐燃化工序的过程中，还能够促进第1纤维束FB1和第2纤维束FB2的纤维交织部所蓄积的热量的除热，所以能够大幅减少蓄热所致的丝断头。作为连接纤维束，优选使用碳纤维束。
接头接合部A中的多根纤维的单纤维根数(纤丝数)优选为3,000～100,000。更优选为12,000～60,000。并且，单纤维(纤丝)的细度优选为0.8～1.7dtex(0.7～1.5旦尼尔)。
该接头接合部A对聚丙烯腈系前体纤维束的接头特别有效，具有该接头接合部的聚丙烯腈系前体纤维束在通过烧制工序时，不会产生蓄热所致的丝断头，不需要降低耐燃化炉内的温度，对连续制造碳纤维是优选的。
图2和图3所示的具有接头接合部A的纤维束中，第3纤维束(连接纤维束)JFB以在第1前体纤维束(第1纤维束)FB1与第2前体纤维束(第2纤维束)FB2之间架桥的状态与各前体纤维束进行了接合。作为该连接纤维束JFB，优选使用热导率为3～700W/m·K、纤丝数为3000以上、其悬垂值为2～15cm、其扁平度为20以上的碳纤维束。
在前体纤维束与碳纤维束的接合部中，在使第1前体纤维束FB1和碳纤维束JFB各自的多根纤维相互缠绕的部分形成接头接合部A。并且，在碳纤维束JFB和第2前体纤维束FB2各自的多根纤维相互缠绕的部分形成接头接合部A。
在图2的具有接头接合部的纤维束中，在第1前体纤维束FB1与碳纤维束JFB的叠合部、和碳纤维束JFB与第2前体纤维束FB2的叠合部分别设置有1处接头接合部A。接头接合部的个数越多，接合部整体的拉伸强度越趋于稳定，但如果要同时制作多个接头接合部，则设备大型化，所以设备方面的成本升高。也可以多次使用制作一个接头接合部的设备，但存在作业次数增加的问题。接头接合部的个数优选为2处、或如图3所示的3处、或4处左右。
优选预先进行切割，以使连接纤维束FJB的端部4a、4b、第1前体纤维束FB1的端部5和第2前体纤维束的端部6位于距接头接合部A的端部1～5cm左右的位置。通过在耐燃化炉中的热处理，前体纤维束有时收缩，为了防止纤维交织部松开，优选残留1cm左右的长度来调整端部的位置。残留的长度大于5cm时，烧制工序中，有可能引起与相邻行进的纤维束的混纤等故障，所以不是优选的。
优选的是，连接纤维束是热导率为3～700W/m·K以下、纤丝数为3,000以上的碳纤维束，其悬垂值为2～15cm、进而后述的纤维束的扁平度为20以上。
根据交织结合的前体纤维束的纤丝数，能够适宜选择连接纤维束的纤丝数。但是，纤丝数小于3,000时，连接纤维束与前体纤维束没有充分交织，在烧制工序中的张力的作用下，有时纤维束破裂。纤丝数增加时虽然有益于有效除去耐燃化炉内由前体纤维产生的反应热，但多余的纤丝数多、纤维束过粗时，连接纤维束与前体纤维束的纤维交织部过粗，在通过烧制工序的过程中，有可能在与相邻行进的纤维束之间产生混纤等不良情况，所以不优选。因此，纤丝数优选为100,000以下。
如果用于连接纤维束的碳纤维束的热导率不足3W/m·K，则耐燃化处理时，不能使接头接合部产生的热充分散逸，即，除热效果低，所以引起因蓄热导致的纤维束的破裂。并且，如果碳纤维束的热导率超过700W/m·K，则纤维束的弹性模量过高，既不能良好地形成接头接合部，也与高的除热效果相抵。碳纤维束的热导率更优选为7～50W/m·K。
基于以下所示的纤维束的热扩散率、密度、比热，通过下面所示的式1计算出热导率。
λ＝αρCp    (式1)
λ：热导率(W/(m·k))
α：热扩散率(m2/s)
该热扩散率是依据下述文献记载的光交流法计算出的。T.Yamane，S.Katayama，M.Todoki and I.Hatta：J.Appl.Phys.，80(1996)4385。
ρ：密度(kg/m3)
该密度是基于被测物在空气中的重量W1(kg)和将该被测物沉入密度ρL的液体中时在液体中的重量W2(kg)并通过以下给出的式2计算出的。
ρ＝W1×ρL/(W1-W2)    (式2)
Cp：比热(J/(kg·K))
该比热的值是以JIS-R1672为参考，用DSC(差示扫描量热仪)在测定温度25℃测定得到的值。只要是具有Perkin-Elmer社制造的DSC-7这种程度的功能的DSC足以。作为标准试样，能够使用蓝宝石(α-Al2O3)和铝容器。
需要说明的是，纤维束的热扩散率、比热分别是以测定次数为2次测定得到的值的平均值，密度是以测定次数为6次测定得到的值的平均值。
如果连接纤维束的悬垂值超过15cm，则纤维束过硬，所以在使用了加压流体的纤维交织处理时，形成连接纤维束的多根纤维难以相互扩展，在形成了第1前体纤维束的多根纤维和形成了第2前体纤维束的多根纤维与形成了连接纤维束的多根纤维之间不能均一地进行纤维彼此的交织。因此，连接纤维束的悬垂值优选为10cm以下，更优选为8cm以下。
悬垂值是表示纤维束的硬度的值。其值越小，可以说纤维束越柔软，形态保持性越小。连接纤维束的悬垂值的下限优选为2cm。即，多根纤维易于相互扩展，易于进行纤维交织以至于整体成为较柔软的纤维束，但悬垂值小于2cm时，纤维束过于柔软，其处理变难。并且，由于多根纤维易于扩展，所以在与前体纤维束接合时，对除热有效的各单丝易于断开，用于耐受工序张力的拉伸强度也降低，因而悬垂值优选为2cm以上。
作为控制悬垂值的方法有多种，但代表性的是，能够用施加于连接纤维束上的施胶剂的附着量来控制。只要增加施胶剂的附着量，悬垂值就增高，减少附着量，悬垂值就降低，所以可以将连接纤维束的悬垂值调整为所期望的值。
使用图9～图11来说明悬垂值的测定方法。首先，从连接纤维束(碳纤维束)上切下长度SL为约50cm的测定用样品，准备测定用样品。图9是用于准备在测定悬垂值时使用的测定片的测定用样品制作装置的示意性侧视图。图9中，测定用样品的制作装置90在其上部具有用于固定测定用样品的上端的样品固定部91。将准备的测定用样品92的上端固定于样品固定部91，使测定用样品92下垂。
接下来，在测定用样品92的下端安装砝码93，以使0.0375g/tex的张力作用于测定用样品92。其后，将测定用样品的制作装置90的内部维持在温度23℃、湿度60％的气氛。在该气氛下，将测定用样品92放置30分钟以上。其后，将测定用样品91从测定用样品的制作装置90中取出。去掉所得到的测定用样品91的上下端部，准备长度TL为30cm的测定片。
图10是使用从图9得到的测定用样品上切出的测定片来测定悬垂值的悬垂值测定装置的示意性侧视图。图10中，悬垂值测定装置100包含垂直固定在基台101上面的四棱柱102和自由装卸地安装于四棱柱102的上面的、相对于四棱柱102的垂直侧面在直角方向突出的平板103。
悬垂值测定装置100中，将预先准备的测定片TP的一端部固定在四棱柱102的上面，同时，将测定片TP载置于平板103的上面。由此，使测定片TP处于以悬臂支持的状态不下垂且与基台101的上面平行的位置。测定片TP与四棱柱102的上面之间的固定长度设定为5cm，从四棱柱102的垂直侧面突出的长度DL设定为25cm。
测定片TP在悬垂值测定装置100上的安装结束后，从四棱柱102上快速去掉平板103。如图11所示，失去平板103的支持的测定片TP因重力而成为下垂的状态。将卸下平板103导致测定片TP开始下垂1秒后测定片103的前端(自由端)与四棱柱102的垂直侧面之间的水平距离Ld(cm)设定为悬垂值。
为了使在第1前体纤维束与连接纤维束的纤维束叠合部、和第2前体纤维束与连接纤维束的纤维束叠合部中，各个纤维束叠合部中的纤维间的交织处理更加均一，连接纤维束(碳纤维束)的扁平度优选为20以上。扁平度不足20时，连接纤维束变细，所以流体交织处理时形成了连接纤维束的多根纤维的分解方式易于变得不均一，成为烧制工序中接头接合部的拉伸强度降低和丝断裂温度降低的原因。
扁平度的上限为200左右，如果超过200则纤维束的幅宽过大，所以在形成了第1前体纤维束的纤维与形成了连接纤维束的纤维之间的纤维交织中和形成了第2前体纤维束的纤维与形成了连接纤维束的纤维之间的纤维交织中易于产生交织不均，导致烧制工序中接头接合部的拉伸强度的降低。
连接纤维束(碳纤维束)的扁平度是连接纤维束的幅宽W相对于连接纤维束的厚度T的大小、即W/T。
连接纤维束的幅宽W(mm)是将连接纤维束静置于平坦的测定台上的状态下测定的幅宽方向的长度，是用尺对该幅宽方向的长度直接进行测定而得到的值。
连接纤维束的厚度T(mm)是基于形成了连接纤维束的多根纤丝中各纤丝的单丝细度Y(g/m)、密度ρ(kg/m3)、形成了连接纤维束的纤丝的数目F和连接纤维束的幅宽W(mm)并由下述所示的式3和式4计算出的值。
D ( mm ) = ( 4 × Y × 10 3 / ( π × ρ ) ) (式3)
T(mm)＝F×D2/W    (式4)
连接纤维束的细度优选相对于第1前体纤维束、第2前体纤维束的细度为0.2～3.0倍。小于0.2倍时，在第1前体纤维束部分和第2前体纤维束部分易于产生连接纤维束的纤维没有进行缠绕的交织不良部。超过3.0倍时，在连接纤维束部分易于产生第1前体纤维束的纤维和第2前体纤维束的纤维没有进行缠绕的交织不良。
连接纤维束的细度相对于第1前体纤维束和第2前体纤维束的细度更优选为0.3～1.2倍，进一步优选为0.4～0.8倍。在第1和第2的两前体纤维束的细度相同的情况下以及不同的情况下，连接纤维束的细度处于上述优选的细度范围时，由这些纤维束形成的具有接头接合部的纤维束在烧制工序的通过性方面良好，可以进行纤维束的连续烧制。即，可以进行连续的碳纤维束的制造。
前体纤维束与碳纤维束间的接合部在常温气氛中的拉伸强度优选为20g/tex以上。常温是指将前体纤维束和碳纤维束进行接合的作业气氛、即外部气温水平，具体为20～30℃。优选在该温度范围的全部温度下接合部的拉伸强度为20g/tex以上。更优选在5℃左右至50℃左右的温度范围的全部温度下接合部的拉伸强度为20g/tex以上。
在所述温度范围的任一温度中，接合部的拉伸强度小于20g/tex时，接合部有时无法耐受在烧制工序中的张力，发生破裂，产生故障。从烧制工序的通过性的角度出发，优选接合部的拉伸强度高，但为了提高接合部的拉伸强度而欲使纤维交织紧密时，反而前体纤维束、进而碳纤维束的各纤丝有时破裂。接合部的拉伸强度只要具有50g/tex左右足以。
拉伸强度是使用拉伸试验机(具有ORIENTEC社制造的型号RTC-1225A这种程度的能力的拉伸试验机)以100mm/分钟的拉伸速度对接合了前体纤维束和碳纤维束的两端部间的拉伸强力进行测定时的最大值除以第1或第2前体纤维束内的发生了破裂的一侧的纤维束的细度(tex)而得到的值。
用于连接纤维束的碳纤维束通过满足其热导率为3～700W/m·K、形成该纤维束的纤丝数为3,000根以上、且其悬垂值为2～15cm、其扁平度为20以上的所有条件，由该纤维束构成的具有接头接合部的纤维束发挥出极其优异的烧制工序通过性。
对于热导率为3～700W/m·K、纤丝数为3,000根以上的碳纤维束，其可通过对用于制造该碳纤维束的前体纤维束的纤丝数和对其进行烧制时的条件所致的碳化或石墨化的程度进行调整而得以制造。
用作悬垂值为2～15cm、扁平度为20以上的连接纤维束的碳纤维束的优选制造方法的一例如下。作为前体纤维，以聚丙烯腈作为原料进行纺丝，将得到的聚丙烯腈纤维束暂时卷在卷线轴上，进行准备。将准备的聚丙烯腈纤维束从卷线轴上拉出，在空气中、230～280℃进行耐燃化处理，接下来，用最高温度管理为1,900℃以下的碳化炉进行碳化，制成碳纤维束。根据需要，也可以将所得到的碳纤维束在最高温度1,900～2,600℃加热，制成石墨化纤维束。
在1.5～6.0g/tex、优选2.0～5.5g/tex的张力下对这样得到的碳纤维束或石墨化纤维束赋予施胶剂后，将纤维束推压至温度管理为100～150℃左右的热辊上，使其扁平化，同时将其干燥，并卷绕。通过该工序，得到悬垂值为2～15cm、扁平度为20以上的碳纤维束。需要说明的是，对赋予的施胶剂没有特别限定，然而为了将悬垂值调节在上述范围，只要适当选择其附着量、附着方法、进而选择干燥温度即可。
通过使用具有这样的特性的碳纤维束作为连接纤维束，能够有效除去在耐燃化炉的纤维束的发热，能够大幅改善所希望的碳纤维的生产率。
其次，使用几个实施例来说明本发明。但是，本发明并不限于这些实施例。
实施例中，对在具有接头接合部的纤维束能够不产生丝断头地通过碳纤维制造工序中存在的耐燃化炉的炉内温度进行了测定，以及在耐燃化炉内温度为245℃时，对具有接头接合部的纤维束可不产生丝断头地通过的工序张力进行了测定。进而，作为作业性的指标，测定耐燃化炉内温度为245℃、工序张力为5kg/st下的工序通过率。
任一实施例中，都将耐燃化炉中纤维束的耐燃化处理时间设定为60分钟。考虑温度控制的变动幅度，以1℃为单位对耐燃化炉内的温度进行调整。将样品数设定为20，将能通过工序的样品数设定为工序通过率。
实施例中所用的前体纤维束为一根纤丝的细度为1.0dtex(0.9旦尼尔)、纤丝数为24,000的聚丙烯腈系前体纤维束。将各实施例和比较例的结果列于表1。
实施例1
将第1前体纤维束FB1的端部5与第2前体纤维束FB2的端部6以纤维束叠合部的长度为400mm的方式进行叠合。使用图5所示的接头装置，在纤维束叠合部使两纤维束接合。此时，使用3个纤维交织装置51。将各纤维交织装置51的第1流体喷射孔列71和第2流体喷射孔列72各自的流体喷射孔的孔径设定为1.5mm，将流体喷射孔的排列间距设定为2.5mm。将两流体喷射孔列71、72之间的在纤维束长度方向的长度(列间隔)L设定为30mm。通过使用了圆棒的纤维束松弛装置53，对叠合的第1和第2纤维束FB1、FB2赋予9.0％的松弛。
其后，从流体喷射孔喷射2秒钟压力为0.4MPa的加压空气。由此，在纤维束形成了3个接头接合部。形成的各接头接合部A具备1个纤维开纤部(散热部)B和2个纤维交织部C。各纤维开纤部(散热部)B的长度X为42mm，各纤维开纤部(散热部)的幅宽方向的长度为开纤前的纤维束的幅宽方向的长度的1.6倍。各纤维交织部C具有4个部分交织部D。各纤维交织部C的长度Y为14mm。
另一方面，对没有接头接合部的相同的前体纤维束、即连续原纤维束，使用相同的耐燃化炉进行耐燃化处理。
将连续原纤维束的耐燃化处理的结果和实施例1的具有接头接合部的连续纤维束的耐燃化处理的结果列于表1。与连续原纤维束相比，实施例1的具有接头接合部的连续纤维束的情况下可通过耐燃化炉的温度降低10℃左右，但确认了其降低幅度并没有使作业性大幅降低。可通过的工序张力也为7kg/st，工序通过率为95％。进而，确认了，烧制后的接合部维持了扁平状的均匀的接合形态。这意味着，在与相邻行进的纤维束之间纤维彼此没有发生混纤。
实施例2
对于第1前体纤维束FB1和第2前体纤维束FB2，准备与实施例1的情况相同的纤维束。另外准备由纤丝数为24,000、热导率为55W/m·K的碳纤维束构成的连接纤维束JFB。将准备的3个纤维束叠合成图3所示的状态。将第1前体纤维束FB1与碳纤维束JFB的叠合部的长度、和第2前体纤维束FB1与碳纤维束JFB的叠合部的长度分别设定为400mm。将第1前体纤维束FB1的末端与第2前体纤维束FB2的末端之间的间隔设定为500mm。
使用图5所示的接头装置，在各个纤维束叠合部，使第1前体纤维束FB1与碳纤维束JFB接合，并使第2前体纤维束FB1与碳纤维束JFB接合。此时，使用与实施例1中使用的相同的3个纤维交织装置51。与实施例1的情况相同，利用使用了圆棒的纤维松弛装置53对叠合的纤维束赋予9.0％的松弛。
其后，与实施例1的情况同样地从流体喷射孔喷射2秒钟压力为0.4MPa的加压空气。由此，在第1纤维束FB1与碳纤维束JFB之间形成3个接头接合部，在第2纤维束FB2与碳纤维束JFB之间形成3个接头接合部。形成的各接头接合部A具备1个纤维开纤部(散热部)B和2个纤维交织部C。各纤维开纤部(散热部)B的长度X为42mm，各纤维开纤部(散热部)的幅宽方向的长度为开纤前的纤维束的幅宽方向的长度的1.6倍。各纤维交织部C具有4个部分缠绕部D。各纤维缠绕部C的长度Y为14mm。需要说明的是，位于第1前体纤维束FB1的末端与第2前体纤维束FB2的末端之间的区间的碳纤维束未受到加压空气的喷射。
将该实施例中的具有使用了连接纤维束(碳纤维束)的接头接合部的连续纤维束的耐燃化处理结果列于表1。该连续纤维束具有与连续原纤维束同等的可通过耐燃化炉的温度。因此，能够使接合部通过，而不用降低耐燃化炉的炉内温度。可通过的工序张力也为7kg/st，接合部具有充分的纤维间的结束强度，工序通过率为100％。工序通过后的接合部的状态也良好。
比较例1
准备与实施例1的情况同样的第1纤维束FB1与第2纤维束FB2叠合的纤维束。对于准备的纤维束，使用图5所示的接头装置，在纤维束叠合部使两纤维束接合。此时，使用3个纤维交织装置51。各纤维交织装置51中的流体喷射孔列设定为1列。流体喷射孔的孔径设定为3.0mm，流体喷射孔的排列间距设定为6.0mm。利用使用了圆棒的纤维束松弛装置53，对叠合的第1和第2纤维束FB1、FB2赋予7.0％的松弛。
其后，从流体喷射孔喷射2秒钟压力为0.4MPa的加压空气。由此，在纤维束上形成3个接头接合部。在形成的各接头接合部中形成了1个纤维交织部，而没有纤维开纤部(散热部)。形成的各纤维交织部具有2个部分交织部。各纤维交织部的长度Y为5mm。
该比较例中的具有接头接合部的连续纤维束由于接合部难以被除热，所以在耐燃化炉中易于烧损。因此，可通过耐燃化炉的温度为240℃，如表1所示，与连续原纤维束相比，可通过耐燃化炉的温度大大降低。由于各部分交织部中的纤维交织的不均较大，所以，可通过的工序张力也降低了，为5kg/st，工序通过率为80％，不是优选的纤维束。
[表1]
Figure BDA0000060240390000211
接下来说明的实施例是采用了一部分条件与上述实施例不同的条件的实施例。
作为耐燃化炉的条件，以炉内风速在相对于前体纤维束行进方向垂直的方向为1.0米/秒的方式使空气流动，并将施加于炉内行进的纤维束上的张力调整为1.5g/tex。测定该耐燃化炉的接头接合部可通过的上限温度。
使用的前体纤维束是实质上没有捻搓的多根纤维，是单纤维(1根纤丝)的细度为1.1dtex、纤丝数为24,000的聚丙烯腈系前体纤维束。对于以下的各实施例，将结果列于表2。
实施例3
将第1前体纤维束FB1和第2前体纤维束FB2之间留出间隔，并在相向的各自的端部叠合纤丝数分别为48,000、24,000、12,000的作为连接纤维束JFB的碳纤维束进行接合，制成具有接头接合部的3种纤维束样品。此时，在将叠合的纤维束进行接合时，首先，对叠合的纤维束在其长度方向赋予松弛量为9.0％的松弛，其后，为了在叠合部将两纤维束接合，使用3个纤维交织装置51。各纤维交织装置51具有第1流体喷射孔列71和第2流体喷射孔列72。从各自的流体喷射孔列的间隔开地排列的流体喷射孔喷射2秒压力为0.4MPa的加压空气，在各自的叠合部使形成各个纤维束的多根纤维发生交织。由此，制成在各自的叠合部具有3个接头接合部A的如图3所示的具有接头接合部的纤维束3。各接头接合部A具有相间隔地设置的2个纤维交织部C和位于这2个纤维交织部C之间的纤维开纤部(散热部)。
如表2所示，与作为参考例的没有纤维束的接合部的连续原纤维束相比，各纤维束样品(a)、(b)、(c)的可通过耐燃化炉的温度都降低0～1℃，以该程度来说，接合部的可通过耐燃化炉的温度的降低幅度小。使具有接合部的各纤维束样品(a)、(b)、(c)向耐燃化炉以后的各工序行进，不仅耐燃化工序，而且还包含碳化工序，直至最终将纤维束卷在安装于卷绕器上的卷线轴上，都没有观察到蓄热或工序中的张力所导致的丝断头。因此，能够不改变生产条件，于先导入到烧制工序的纤维束的终端部连接新的纤维束的始端部，能够大幅提高碳纤维的生产效率。
实施例4
该实施例中，将用作连接纤维束的碳纤维束改变为表2所示的纤维束，与实施例3(b)同样地进行纤维束的烧制。其结果，可通过耐燃化炉的温度比参考例的温度低3℃，即使在碳化工序，也观察到张力所致的若干丝断头，但确认了其处于可充分耐受碳纤维的生产的水平。
实施例5
该实施例中，如图2所示，将接合部的个数设定为1，除此以外，与实施例3(a)同样地进行纤维束的烧制。其结果，可通过耐燃化炉的温度比参考例的温度低4℃，即使在碳化工序，也观察到张力所致的若干丝断头，但确认了其处于可充分耐受碳纤维的生产的水平。
实施例6
将用作连接纤维束的碳纤维束设定为表2所示的纤维束，将前体纤维束FB1、FB2与碳纤维束JFB的细度比设定为3.09，除此以外，与实施例3同样地进行纤维束的烧制。其结果，可通过耐燃化炉的温度比参考例的温度分别低5℃，即使在碳化工序也观察到丝断头，但确认了其处于可耐受碳纤维的生产的水平。
实施例7
将用作连接纤维束的碳纤维束设定为表2所示的纤维束，将前体纤维束FB1、FB2与碳纤维束JFB的细度比设定为0.15，除此以外，与实施例3同样地进行纤维束的烧制。其结果，可通过耐燃化炉的温度比参考例的温度分别低5℃，即使在碳化工序也观察到丝断头，但确认了其处于可耐受碳纤维的生产的水平。
实施例8
该实施例是连接纤维束的碳纤维束的悬垂值为20cm(在优选的悬垂值2～15cm的范围外)时的实施例。将碳纤维束的悬垂值设定为20cm，除此以外，与实施例3(b)同样地进行纤维束的烧制。由于悬垂值高，所以碳纤维束硬，形成碳纤维束的多根纤维难以扩展。因此，与实施例3(b)的情况相比，难以获得与形成了前体纤维束的纤维充分的交织，接合部的拉伸强度变低。其结果，可通过耐燃化炉的上限温度变为253℃。
实施例9
该实施例是连接纤维束的碳纤维束的悬垂值为1cm(在优选的悬垂值2～15cm的范围外)时的实施例。除了将碳纤维束的悬垂值设定为1cm以外，与实施例3(b)同样地进行纤维束的烧制。其结果，由于作为连接纤维束的碳纤维束的悬垂值低，所以纤维束过于分解，其处理性恶化，接头作业所需的时间增加。可通过耐燃化炉的上限温度为254℃，其降低的程度小。
实施例10
该实施例是连接纤维束的碳纤维束的扁平度为14(在优选的扁平度20以上的范围外)时的实施例。除了将碳纤维束的扁平度设定为14以外，与实施例3(b)同样地进行纤维束的烧制。其结果，与实施例8的情况相同，形成了碳纤维束的多根纤维难以扩展。因此，与实施例3(b)的情况相比，难以获得与形成了前体纤维束的纤维充分的交织，接合部的拉伸强度变低。其结果，可通过耐燃化炉的上限温度变为253℃。
实施例11
该实施例是连接纤维束的热导率为1W/m·k(在优选的热导率3～700W/m·k的范围外)时的实施例。作为热导率为1W/m·k的连接纤维束，使用纤丝数为24,000的耐燃化纤维束，除此以外，与实施例3同样地进行纤维束的烧制。由于连接纤维束的热导率低，所以耐燃化炉中的接合部的散热不充分，易于因蓄热而产生丝断头。其结果，可通过耐燃化炉的上限温度变为252℃。
[表2]
Figure BDA0000060240390000241
工业实用性
通过本发明的具有接头接合部的纤维束，带来了如下效果：在将该纤维束在烧制工序中连续烧制时，在烧制工序中不会发生纤维束破裂或形成了纤维束的纤维从纤维束中脱散的情况，抑制了接头接合部中的蓄热，且接头接合部的除热良好。因此，能够使本发明的具有接头接合部的纤维束在烧制工序中连续通过，而不会显著降低当不具有接头接合部的纤维束、或具有接头接合部但该部分以外的部分的纤维束在通过烧制工序时通常采用的烧制工序中的炉内温度，所以可以以烧制工序的作业性良好的状态长时间连续制造已烧制的纤维、例如碳纤维。其结果，使已烧制的纤维、例如碳纤维的生产率大幅提高。
符号说明
1：具有接头接合部的纤维束
2：具有接头接合部的纤维束
3：具有接头接合部的纤维束
4a：一侧的端部
4b：另一侧的端部
5：端部(终端部)
6：端部(始端部)
50：接头装置
51：纤维交织装置
51a：上部纤维交织装置
51b：下部纤维交织装置
52：纤维束夹持装置
53：纤维束松弛装置
71：第1流体喷射孔列
72：第2流体喷射孔列
90：悬垂性测定用样品制作装置
91：样品固定装置
92：测定用样品
93：砝码
100：悬垂值测定装置
101：基台
102：四棱柱
103：平板
A：接头接合部
B：纤维开纤部
C：纤维交织部
D：部分交织部
DL：悬垂值测定片从四棱柱突出的长度
FB1：第1纤维束
FB2：第2纤维束
FC：加压流体处理室
FS：加压流体供给路
H：热
HD：流体喷射孔的孔径
HR：散热
JFB：连接纤维束(碳纤维束)
L：相邻的流体喷射孔列之间的在纤维束长度方向的长度(列间隔)
Ld：悬垂值(距离)
P：流体喷射孔的排列间距
SL：悬垂值测定用样品的长度
TL：悬垂值测定片的长度
TP：悬垂值测定片
X：纤维开纤部在纤维束长度方向的长度
Y：纤维交织部在纤维束长度方向的长度

Claims (15)

1.一种具有接头接合部的纤维束，该纤维束具有通过由多根纤维构成的第1纤维束的一端部与由多根纤维构成的第2纤维束的一端部相互叠合而形成的纤维束叠合部，或者具有通过由多根纤维构成的第1纤维束的一端部和由多根纤维构成的第2纤维束的一端部分别与由多根纤维构成的连接纤维束相互叠合而形成的两个纤维束叠合部，
所述纤维束叠合部具有在所述各纤维束的长度方向上相间隔地设置的多个纤维交织部和位于该多个纤维交织部之间的纤维开纤部，各个所述纤维交织部的所述各纤维处于相互缠绕的状态，所述纤维开纤部的所述各纤维处于相互开纤的状态，并且，
各个所述纤维交织部由在所述各纤维束幅宽方向上间隔开地设置的多个部分交织部构成，所述多个部分交织部是通过所述纤维束叠合部中的一方纤维束的所述多根纤维与另一方纤维束的所述多根纤维相互缠绕而形成的，
通过所述多个纤维交织部，在所述纤维束叠合部中所述各纤维束接在一起。
2.如权利要求1所述的纤维束，其中，所述第1纤维束和所述第2纤维束分别为碳纤维制造用的前体纤维束。
3.如权利要求2所述的纤维束，其中，所述连接纤维束的热导率为3W/m·K～700W/m·K。
4.如权利要求3所述的纤维束，其中，所述连接纤维束为碳纤维束，并且，所述连接纤维束的悬垂值为2cm～15cm、扁平度为20以上。
5.如权利要求4所述的纤维束，其中，所述连接纤维束的细度为所述第1纤维束和所述第2纤维束的细度的0.2倍～3.0倍。
6.如权利要求4所述的纤维束，其中，所述接头接合部的常温下的拉伸强度为20g/tex以上。
7.如权利要求1所述的纤维束，其中，所述各纤维交织部在所述纤维束长度方向的长度为8mm～30mm，所述纤维开纤部在所述纤维束长度方向的长度为30mm～100mm。
8.一种具有接头接合部的纤维束的制造方法，在该方法中，对于具有通过由多根纤维构成的第1纤维束的一端部与由多根纤维构成的第2纤维束的一端部相互叠合而形成的纤维束叠合部、或者具有通过由多根纤维构成的第1纤维束的一端部和由多根纤维构成的第2纤维束的一端部分别与由多根纤维构成的连接纤维束相互叠合而形成的两个纤维束叠合部的纤维束，对所述纤维束叠合部喷射来自纤维交织装置的加压流体，使所述各纤维缠绕，由此在所述纤维束叠合部中使所述各纤维束彼此接在一起而形成所述具有接头接合部的纤维束，其中，
所述纤维交织装置具有第1流体喷射孔列和第2流体喷射孔列，所述第1流体喷射孔列由在沿着所述纤维束幅宽方向的第1直线上间隔开地排列的多个流体喷射孔构成，所述第2流体喷射孔列由在第2直线上间隔开地排列的多个流体喷射孔构成，所述第2直线与所述第1直线在所述纤维束的长度方向上间隔开地设置并且所述第2直线与所述第1直线平行，
从所述第1流体喷射孔列的多个流体喷射孔和所述第2流体喷射孔列的多个流体喷射孔喷射加压流体，由此，在所述纤维束叠合部中形成在所述各纤维束长度方向上相间隔地设置的多个纤维交织部和位于该多个纤维交织部之间的纤维开纤部，各个所述纤维交织部的所述各纤维处于相互缠绕的状态，所述纤维开纤部的所述各纤维处于开纤的状态，并且，各个所述纤维交织部以由在所述各纤维束幅宽方向上间隔开地设置的多个部分交织部构成的方式来形成，所述多个部分交织部通过所述纤维束叠合部中的一方纤维束的所述多根纤维与另一方纤维束的所述多根纤维相互缠绕形成，从而在所述纤维束叠合部中使所述各纤维束接在一起而形成所述具有接头接合部的纤维束。
9.如权利要求8所述的纤维束的制造方法，其中，所述第1纤维束和所述第2纤维束分别为碳纤维制造用的前体纤维束。
10.如权利要求9所述的纤维束的制造方法，其中，所述连接纤维束的热导率为3W/m·K～700W/m·K。
11.如权利要求10所述的纤维束的制造方法，其中，所述连接纤维束为碳纤维束，并且，所述连接纤维束的悬垂值为2cm～15cm、其扁平度为20以上。
12.如权利要求11所述的纤维束的制造方法，其中，所述连接纤维束的细度为所述第1纤维束和所述第2纤维束的细度的0.2倍～3.0倍。
13.如权利要求11所述的纤维束的制造方法，其中，所述接头接合部的常温下的拉伸强度为20g/tex以上。
14.如权利要求8所述的纤维束的制造方法，其中，所述第1直线与第2直线的间隔为20mm～100mm，所述第1流体喷射孔列和所述第2流体喷射孔列中的流体喷射孔的排列间距为1.7mm～4.5mm。
15.一种碳纤维的制造方法，其中，使权利要求4所述的纤维束连续地从耐燃化炉、接着从碳化炉中通过，由此制造碳纤维。
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