CN113365933A - 纤维包装 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种将局部分裂的碳纤维束卷绕于卷筒而成的纤维包装，其目的在于提供一种在解舒性上没有问题的纤维包装。一种纤维束(12)横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装，其特征在于，纤维束(12)局部地分裂为子束(11)，纤维束(12)的宽度W小于子束(12)宽度WS的总和。并且，一种纤维束(12)横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装，其特征在于，纤维束(12)局部地分裂为子束(11)，以产生子束(11)彼此间的重叠的方式卷绕于卷筒。

Description

纤维包装
技术领域
本发明涉及纤维包装。
本申请基于申请日为2019年1月28日、申请号为特愿2019－011966号的日本申请要求优先权，在此引用其内容。
背景技术
在专利文献1中公开了将纤度为25000～35000旦的碳纤维束以13～14纤的卷绕起始角、3°以上的卷绕结束角、卷绕比的小数点以下的端数为0.07～0.08卷绕在卷筒上的端面为平面的碳纤维包装。
在专利文献2中记载了将从卷筒抽出的碳纤维束扩幅，并且在局部分裂为两个子束的基础上卷绕到另一个卷筒上而成为纤维包装，从该纤维包装抽出碳纤维束而制造片状模塑料(SMC)的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2008/029740号
专利文献2：国际公开第2017/111056号
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明是将局部分裂的碳纤维束卷绕于卷筒的纤维包装，目的在于提供一种在解舒性上没有问题的纤维包装。
用于解决技术问题的技术方案
本发明具有以下的构成。
[1]一种纤维包装，其为碳纤维束横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装，其特征在于，
碳纤维束局部地分裂为子束，碳纤维束的宽度小于子束的宽度的总和。
[2]一种纤维包装，其为碳纤维束横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装，其特征在于，
碳纤维束局部地分裂为子束，以产生子束彼此间的重叠的方式卷绕于卷筒。
[3]根据[1]或[2]所述的纤维包装，
碳纤维束的宽度为子束的宽度的总和的90％以下。
[4]根据[1]～[3]中任一项所述的纤维包装，
在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，中央线的位置以最小碳纤维束宽度的0.8倍以上的错位宽度错开。
[5]根据[4]所述的纤维包装，
在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，中央线的位置以最小碳纤维束宽度的1.0倍以上的错位宽度错开。
[6]根据[5]所述的纤维包装，
在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，中央线的位置以最小碳纤维束宽度的1.3倍以上的错位宽度错开。
[7]根据[1]～[6]中任一项所述的纤维包装，
碳纤维束局部地分裂为三个以上的子束。
[8]根据[1]～[7]中任一项所述的纤维包装，
所述子束的单纤维数为5000根以下。
[9]根据[1]～[8]中任一项所述的纤维包装，
所述碳纤维束的总单纤维数为12000根以上。
[10]一种纤维包装的制造方法，其为碳纤维束横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装的制造方法，其特征在于，包含：
分裂工序，其使碳纤维束局部地分裂为子束；
卷绕工序，其将局部地分裂为子束的碳纤维束卷绕于卷筒；
在卷绕工序中，以碳纤维束的宽度小于子束的宽度的总和的方式将碳纤维束卷绕于卷筒。
[11]一种纤维包装的制造方法，其为碳纤维束横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装的制造方法，其特征在于，包含：
分裂工序，其使碳纤维束局部地分裂为子束；
卷绕工序，其将局部地分裂为子束的碳纤维束卷绕于卷筒；
在卷绕工序中，以产生子束彼此间的重叠的方式将碳纤维束卷绕于卷筒。
[12]根据[10]或[11]所述的制造方法，
在卷绕工序中，以碳纤维束的宽度为子束的宽度的总和的90％以下的方式将碳纤维束卷绕于卷筒。
[13]根据[10]～[12]中任一项所述的制造方法，
在卷绕工序中，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，使中央线的位置以最小碳纤维束宽度的0.8倍以上的错位宽度错开。
[14]根据[13]所述的制造方法，
在卷绕工序中，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，使中央线的位置以最小碳纤维束宽度的1.0倍以上的错位宽度错开。
[15]根据[14]所述的制造方法，
在卷绕工序中，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，使中央线的位置以最小碳纤维束宽度的1.3倍以上的错位宽度错开。
[16]根据[10]～[15]中任一项所述的制造方法，
在分裂工序中，使碳纤维束局部地分裂为三个以上的子束。
[17]根据[10]～[16]中任一项所述的制造方法，
所述子束的单纤维数为5000根以下。
[18]根据[10]～[17]中任一项所述的制造方法，
所述碳纤维束的总单纤维数12000根以上。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种将局部分裂的碳纤维束卷绕于卷筒而成的纤维包装，能够提供一种在碳纤维束的解舒性上没有问题的纤维包装。
附图说明
图1是表示纤维包装的构成的示意图。
图2A是表示局部分裂的碳纤维束的示意图、平面图。
图2B是表示局部分裂的碳纤维束的示意图、是以与纤维方向垂直的平面剖切时的剖视图。
图3是表示纤维包装的制造装置的概念图。
图4是以与纤维方向垂直的平面剖切以产生子束彼此间的重叠的方式卷绕于卷筒的碳纤维束时的剖视图。
具体实施方式
1.碳纤维包装及其制造方法
以下，参照附图对本发明一实施方式的碳纤维包装进行说明。在本说明书中，也将碳纤维包装简称为纤维包装，并且，将碳纤维束简称为纤维束。
图1是从与卷筒14的旋转轴垂直的方向观察本实施方式的纤维包装10的示意图。如图1所示，纤维包装10是将具有宽度W的纤维束12横动卷绕于卷筒14上而成的端面为平面的纤维包装。
纤维包装10能够使用但不限于图3所示概念图的制造装置100制造。
制造装置100具备：扩张器110，其用于使纤维束12变形而变得扁平(或者通过扩幅而变得更为扁平)；分裂器120，其用于使纤维束12局部分裂；卷绕器130，其用于将纤维束12卷绕于卷筒14。
扩张器110具备撑杆112。撑杆112可以加热，也可以使撑杆在与纤维束12的行进方向垂直的方向上往复运动，用于该目的的机构能够参照公知技术。从供给卷筒102供给、并且在纤维方向上行进的纤维束12通过被撑杆112摩擦而扁平化或扩幅，成为0.05～0.2mm左右的厚度。
在从供给卷筒102供给的纤维束12已经充分扁平时，能够省略扩张器110。
例如，在宽度为厚度的50倍以上时，可以认为纤维束12充分扁平。
分裂器120具备：旋切刀片122，其用于在纤维束12上形成窄缝；多个导丝辊124，其用于控制纤维束12的行进速度。
旋切刀片122的旋转轴与纤维束12的宽度方向平行。恒定的长度的窄缝以恒定的周期沿着纤维束12的纤维方向(长度方向)间歇性形成的方式，在旋切刀片122的外周使多个刀片123在周向上空出恒定间隔设置。
通过分裂器120在纤维束12上形成的窄缝的长度能够通过调节旋切刀片122的圆周速度和纤维束12的行进速度来控制。
在使用将四个旋切刀片122并列设置在行进的纤维束的宽度方向上的分裂器120的情况下得到的、局部分裂的宽度W0的纤维束12如图2A和图2B所示。方便起见，如果以纤维束的纤维方向为x方向、宽度方向为y方向、厚度方向为z方向，则图2A为从z方向观察纤维束12的平面图，图2B表示与纤维束12的x方向垂直的剖面。
如图2A所示，纤维束12形成有被称为第一窄缝列13A、第二窄缝列13B、第三窄缝列13C和第四窄缝列13D这四条窄缝列。
第一窄缝列13A由在x方向排列的多个第一窄缝13a形成。
第二窄缝列13B由在x方向排列的多个第二窄缝13b形成。
第三窄缝列13C由在x方向排列的多个第三窄缝13c形成。
第四窄缝列13D由在x方向排列的多个第四窄缝13d形成。
这四个窄缝列由于通过不同的旋切刀片形成，因而y方向的位置不同。
窄缝长LS和窄缝间间隙长LG在任一窄缝列内是恒定的，并且，在不同窄缝列间也是共通的。
窄缝长LS与窄缝长LS和窄缝间间隙长LG的和的比LS/(LS+LG)通常为90％以上，优选为95％以上，例如可以为99％。因此，纤维束12在几乎所有的部分，如图2B所示，可以分裂成五个子束11。
第一窄缝列13A、第二窄缝列13B、第三窄缝列13C和第四窄缝列13D的y方向的位置以五个子束11具有大概相同的宽度WS的方式设定。
优选窄缝长LS为25mm以上，更优选的是超过50mm，进一步优选为超过500mm。至于原因，是由于为了在片状模塑料中使用而将纤维束12切断成为短切纤维束时，该短切纤维束的纤维长通常为25～50mm左右。窄缝长LS越长，则越能够更多地得到具有与子束11同等以下的束尺寸的短切纤维束。
窄缝长LS例如能够为超过25mm且50mm以下、超过50mm且100mm以下、超过100mm且200mm以下、超过200mm且500mm以下、超过500mm且1000mm以下、超过1000mm且1500mm以下、超过1500mm且2000mm以下、超过2000mm且3000mm以下。
窄缝间间隙长LG例如为5～10mm，也可以短于该范围。
如图2A所示，在第一窄缝列13A和第二窄缝列13B，窄缝间间隙GS的x方向的位置错位。在第二窄缝列13B与第三窄缝列13C之间、以及第三窄缝列13C与第四窄缝列13D之间也是同样的。
这样，通过在相邻的窄缝列之间使窄缝间间隙GS的x方向的位置错位，能够消除纤维束12完全没有分裂的部分。但是，这样的构成不是必须的，在相邻窄缝列之间窄缝间间隙GS的x方向的位置可以是相同的。
关于将纤维束12通过分裂器120局部分裂为几个子束，能够通过在分裂器120上设置的旋切刀片的数量而适当地决定，优选为3以上，更优选的是5以上，也可以为10以上。
通过纤维束12的局部分裂而成的子束的单纤维数优选为5000根以下，更优选的是3000根以下，可以为2000根以下。
如图3所示，卷绕器130具备：环绕导纱器132；压辊134，其对卷绕于卷筒14的纤维束12进行按压。
通过使用卷绕器130而将纤维束12横动卷绕在卷筒14上，能够得到纤维包装10。
纤维包装10中的纤维束12的宽度W小于子束11的宽度WS的总和。这是由于，如图4所示，表示纤维束12以产生子束11彼此间的重叠的方式卷绕于卷筒14。需要说明的是，图4所示的子束11彼此间的重合方式是一个例子，子束11彼此间也可以通过其他方式重叠。
如果子束11彼此间存在重叠，则由于纤维束12彼此间难以产生咬合，因而纤维包装10使用时的纤维束12的解舒性良好。
在以子束11彼此间产生重叠的方式将纤维束12卷绕于卷筒14时，在纤维束12分裂后，通过对从经过了环绕导纱器132至卷绕于卷筒14为止所经过的一个以上的带槽的辊的槽宽度进行调节，使卷绕于卷筒14时的纤维束12的宽度W窄于子束11的宽度WS的总和即可。由于在槽宽度狭窄的带槽辊中通过，纤维束12的宽度W变窄。
在纤维包装10中，纤维束12的宽度W优选为子束11的宽度WS的总和的90％以下，更优选的是86％以下。由于卷绕于卷筒为止期间所受的变形，子束11的宽度WS会与纤维束12的分裂后的宽度不同。
在纤维包装10中，纤维束12的宽度W并不受限定，例如为2～15mm，也可以为3～12mm。
在将纤维束12横动卷绕于卷筒14时，开始卷绕的卷绕角优选为5～30°，完成卷绕的卷绕角优选为2～17°。
在横动卷绕中，在卷绕比RW，横动长度LT、卷绕直径D和卷绕角θ之间，存在通过下式表示的关系。
RW＝2LT/(πDtanθ)
如图1所示，横动长度LT是在卷筒的轴向上往复运动的环绕导纱器的行程。卷绕比RW表示卷筒在环绕导纱器一个往复期间旋转了几周。也可以换言为每一个环绕循环的卷绕数。卷绕直径D在卷绕开始时为卷筒的直径DB。
在纤维包装10的制造中，纤维束12以卷绕比恒定的方式卷绕于卷筒14。
一般来说，在线以卷绕比恒定的方式卷绕于卷筒时，如果卷绕比为整数，则在全部的环绕循环中线被卷绕于卷筒的相同位置，也就是成为带状卷绕，则可知其解舒性差。
在卷绕比的小数点以下的小数部分为1/n(n为2以上的整数)的倍数的情况下，由于在环绕的每n循环时线卷绕于卷筒的相同位置，特别是在n小时，与卷绕比为整数的情况相同而产生解舒性问题。
在这里，优选为以没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒14的纤维束12间的中央线的位置必须错位的方式，设定卷绕比的小数点以下的小数部分。在这里，中央线是指纤维束的中央线，是指在纤维束的长度方向延伸、从厚度方向观察时将纤维束二等分的线(以下相同)。
实际来说，即使使不同环绕循环中卷绕的纤维束12间的中央线的位置以这样的方式错位，在该错位宽度与纤维束12的宽度W相比过小时，解舒性也可能恶化。
在这里，更优选的是在没有间隔五次循环的环绕循环中卷绕于卷筒14的纤维束12间，中央线的位置最小以纤维束12的宽度W的0.8倍以上、优选为以1.0倍以上、更优选的是以1.3倍以上的错位宽度错开。这里所说的错位宽度是指以与纤维束12的中央线正交的方向为错位方向时的错位宽度。
如果对环绕循环进行补充说明，则以从开始卷绕的第N次环绕循环为第N环绕循环时，从第N环绕循环间隔五次循环的环绕循环为第(N－5)环绕循环和第(N+5)环绕循环。
纤维束12的总单纤维数虽然不受限定，例如能够为6000根以上、12000～15000根、15000～24000根、24000～40000根、40000～60000根等。
卷筒14不受特别地限定，例如为纸管。
卷筒14的直径DB能够适当地设定，例如能够为50～150mm。
纤维包装10能够抽出卷筒14使用。
2.实验结果
本发明的发明人等所进行的实验的结果如下所述。
[实验1]
准备总单纤维数为15000根、初始宽度为8mm、厚度为0.1mm的扁平的碳纤维束，在使其局部分裂的基础上，通过将其以横动长度254mm的方式卷绕于直径82mm、长度280mm的纸质卷筒而制作端面为平面的纤维包装。不使用扩张器进行扩幅。
在碳纤维束的局部分裂中，使用具有四个旋切刀片的分裂器。通过形成四列窄缝长1000mm、窄缝间间隙长5mm的窄缝列，使碳纤维束分裂成五根一部分相互连接的1.6mm宽度的子束。窄缝间间隙的纤维方向的位置与全窄缝列相同。
在卷绕中，以开始卷绕的卷绕角为9.9°、完成卷绕的卷绕角为5°、卷绕比为11.3、卷绕量为5.0kg。在该条件下，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕的碳纤维束间的中央线位置的错位宽度为10mm以上。
通过对分裂处理后碳纤维束所经过的带槽辊的槽宽进行调节，能够使卷绕于卷筒的碳纤维束的宽度为子束的宽度总和的75％即6mm。因此，上述错位宽度最小为碳纤维束宽度的1.7倍。
[实验2]
除了以下变更之外，与实验1同样地制作纤维包装。
·最初准备的碳纤维束为总单纤维数50000根、初始宽度14mm、厚度0.2mm。
·在碳纤维束的局部分裂中，使用具有十六个旋切刀片的分裂器。通过设置十六列窄缝长700mm、窄缝间间隙长5mm的窄缝列，使碳纤维束分裂为十七根一部分相互连接的0.8mm宽度的子束。
·以完成卷绕的卷绕角为3°、卷绕量为9.5kg。此时，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕的碳纤维束间的中央线位置的错位宽度与实验1相同，为10mm以上。
·使卷绕于卷筒的碳纤维束的宽度为子束宽度总和的86％即12mm。因此，上述错位宽度最小为碳纤维束宽度的0.8倍。
[实验3]
除了以下变更之外，与实验1同样地制作碳纤维包装。
·以开始卷绕的卷绕角为14°、完成卷绕的卷绕角为10°、卷绕比为7.91。在该条件下，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕的碳纤维束间的中央线位置的错位宽度为4mm以上。
·使卷绕于卷筒的碳纤维束的宽度为子束宽度总和的38％即3mm。因此，上述错位宽度最小为碳纤维束宽度的1.3倍。
[实验4]
除了以下变更之外，与实验3同样地制作纤维包装。
·使卷绕于卷筒的碳纤维束的宽度为子束宽度总和的75％即6mm。因此，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕的碳纤维束间的中央线位置的错位宽度最小为碳纤维束宽度的0.7倍。
[实验5]
除了以下的变更之外，与实验1同样地制作纤维包装。
·使卷绕于卷筒的碳纤维束宽度为与子束宽度总和相同的8mm。因此，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕的碳纤维束之间的中央线位置的错位宽度最小为碳纤维束宽度的1.3倍。
[实验6]
除了以下的变更之外，与实验2同样地制作纤维包装。
·以开始卷绕的卷绕角为14°、完成卷绕的卷绕角为10°、卷绕比为7.91、卷绕量为9.5kg。在该条件下，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕的碳纤维束间的中央线位置的错位宽度为4mm以上。
·使卷绕于卷筒的碳纤维束的宽度为子束宽度总和的86％即12mm。因此，在没有五次循环以上的环绕循环中卷绕的碳纤维束间的中央线位置的错位宽度最小为碳纤维束宽度的0.3倍。
从上述各实验中制作的纤维包装抽出卷筒，按照以下基准评价从内侧抽出碳纤维束时的解舒性。
〇：碳纤维束无卷绕、切断。
×：碳纤维束产生卷绕、切断的缺陷。
在上述各实验中使用的条件和纤维包装的评价结果如表1所示。
[表1]
Figure BDA0003182073820000101
对于在实验5中制作的纤维包装中碳纤维束的解舒性不为良好的理由来说，可以认为是在子束彼此间没有重叠的状态下将碳纤维束卷绕于卷筒。
对于在实验4和6中制作的纤维包装中碳纤维束的解舒性不为良好的理由来说，可以认为是在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕的碳纤维束间的中央线位置的错位宽度在一部分与碳纤维束的宽度相比过小。
附图标记说明
10 纤维包装；
11 子束；
12 纤维束；
13A 第一窄缝列；
13a 第一窄缝；
13B 第二窄缝列；
13b 第二窄缝；
13C 第三窄缝列；
13c 第三窄缝；
13D 第四窄缝列；
13d 第四窄缝；
14 卷筒。

Claims (18)

1.一种纤维包装，其为碳纤维束横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装，其特征在于，
碳纤维束局部地分裂为子束，碳纤维束的宽度小于子束的宽度的总和。
2.一种纤维包装，其为碳纤维束横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装，其特征在于，
碳纤维束局部地分裂为子束，以产生子束彼此间的重叠的方式卷绕于卷筒。
3.根据权利要求1或2所述的纤维包装，
碳纤维束的宽度为子束的宽度的总和的90％以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的纤维包装，
在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，中央线的位置以最小碳纤维束宽度的0.8倍以上的错位宽度错开。
5.根据权利要求4所述的纤维包装，
在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，中央线的位置以最小碳纤维束宽度的1.0倍以上的错位宽度错开。
6.根据权利要求5所述的纤维包装，
在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，中央线的位置以最小碳纤维束宽度的1.3倍以上的错位宽度错开。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的纤维包装，
碳纤维束局部地分裂为三个以上的子束。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的纤维包装，
所述子束的单纤维数为5000根以下。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的纤维包装，
所述碳纤维束的总单纤维数为12000根以上。
10.一种纤维包装的制造方法，其为碳纤维束横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装的制造方法，其特征在于，包含：
分裂工序，其使碳纤维束局部地分裂为子束；
卷绕工序，其将局部地分裂为子束的碳纤维束卷绕于卷筒；
在卷绕工序中，以碳纤维束的宽度小于子束的宽度的总和的方式将碳纤维束卷绕于卷筒。
11.一种纤维包装的制造方法，其为碳纤维束横动卷绕于卷筒而成的端面为平面的纤维包装的制造方法，其特征在于，包含：
分裂工序，其使碳纤维束局部地分裂为子束；
卷绕工序，其将局部地分裂为子束的碳纤维束卷绕于卷筒；
在卷绕工序中，以产生子束彼此间的重叠的方式将碳纤维束卷绕于卷筒。
12.根据权利要求10或11所述的纤维包装的制造方法，
在卷绕工序中，以碳纤维束的宽度为子束的宽度的总和的90％以下的方式将碳纤维束卷绕于卷筒。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的纤维包装的制造方法，
在卷绕工序中，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，使中央线的位置以最小碳纤维束宽度的0.8倍以上的错位宽度错开。
14.根据权利要求13所述的纤维包装的制造方法，
在卷绕工序中，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，使中央线的位置以最小碳纤维束宽度的1.0倍以上的错位宽度错开。
15.根据权利要求14所述的纤维包装的制造方法，
在卷绕工序中，在没有间隔五次循环以上的环绕循环中卷绕于卷筒的碳纤维束之间，使中央线的位置以最小碳纤维束宽度的1.3倍以上的错位宽度错开。
16.根据权利要求10至15中任一项所述的纤维包装的制造方法，
在分裂工序中，使碳纤维束局部地分裂为三个以上的子束。
17.根据权利要求10至16中任一项所述的纤维包装的制造方法，
所述子束的单纤维数为5000根以下。
18.根据权利要求10至17中任一项所述的纤维包装的制造方法，
所述碳纤维束的总单纤维数为12000根以上。
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