JP2003278032A - 炭素繊維のサイジング付与方法 - Google Patents

炭素繊維のサイジング付与方法

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JP2003278032A
JP2003278032A JP2002073792A JP2002073792A JP2003278032A JP 2003278032 A JP2003278032 A JP 2003278032A JP 2002073792 A JP2002073792 A JP 2002073792A JP 2002073792 A JP2002073792 A JP 2002073792A JP 2003278032 A JP2003278032 A JP 2003278032A
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carbon fiber
sizing
yarn
sizing agent
pressurized gas
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Hidemi Goto
英実 後藤
Toshihiro Tanaka
俊浩 田中
Shigeru Takeda
茂 武田
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】炭素繊維のサイジング処理において比較的安価
な設備で、毛羽によって発生するサイジング剤の付着斑
や多糸条化のときのサイジング液膜によって発生するサ
イジング剤の付着斑を減少させ、以降の工程での毛羽や
糸切れを抑制すること。 【解決手段】炭素繊維糸条にサイジング剤を付与するに
際し、該炭素繊維糸条をサイジング剤の溶液または分散
液中に浸漬した後に、加圧気体を流速0.3〜5m/秒
の範囲で該炭素繊維糸条に吹き付けるサイジング付与方
法において、該加圧気体が噴出されるノズルと遮蔽板と
を設け、該噴出ノズルと該遮蔽板の間に該炭素繊維糸条
を通過させることを特徴とする炭素繊維のサイジング付
与方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維糸条にサ
イジング剤を付与する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】炭素繊維の製造において、生産効率を高
め、製造原価を低減することは極めて重要な問題であ
る。かかる問題に対して、糸条走行速度を大きくする、
さらには、走行糸条数の増加などの手段が採用されるこ
とが多い。
【0003】ところで、炭素繊維はその剛質で脆い特性
から、その製造工程や高次加工工程における擦過により
毛羽が発生しやすいという問題を有している。その対策
として各種のサイジング剤処理を施し、耐擦過性を向上
させるのが一般的である。
【0004】しかしながら、サイジング付与前の糸条に
毛羽があると、その部分は過剰にサイジング剤が付着
し、サイジング付着斑が生じる。この部分は糸条が粘着
しやすく、その製造工程ばかりか高次加工工程において
も毛羽が発生し、最終的には糸切れに発展する問題を生
じる。
【0005】さらに、生産効率を高めるため、走行糸条
数を増やす、すなわち多糸条化を図る場合には、糸条間
の間隔が狭くなり、糸条間にサイジング液の皮膜を生じ
てサイジング付着斑を惹起するという問題があった。こ
のときに程度のひどい場合は糸道が蛇行し、糸切れに至
る場合もある。
【0006】これらサイジング剤付着斑の発生防止を目
的に、特開平7−145549号公報では、サイジング
浴液中に浸漬した後の炭素繊維糸条に加圧気体を吹き付
けて、過剰に付着したサイジング剤を除去し、隣接糸条
間のサイジング液膜を除去する方法が提案されている。
この方法は、比較的安価な設備費でサイジング剤の付着
斑を抑制することができる。
【0007】しかしながら、サイジング剤の表面張力以
上の流速の加圧気体を噴射することが必要であり、実際
の生産装置に適用する場合、加圧気体の噴出ノズルを走
行する炭素繊維糸条に少なくとも1センチメートル以下
の近傍に設置する必要がある。
【0008】この場合、噴出ノズルは加圧気体によって
飛散したサイジング剤が付着し、その表面は粘着性を帯
び、走行する炭素繊維糸条から脱落した小さい毛羽が付
着したり、蓄積しやすくなる。蓄積された毛羽は大きな
毛羽溜まりとなった後、走行糸条にくっつき、高次加工
工程における糸切れを引き起こすという問題を生じる。
【0009】一方、加圧気体の噴出ノズルを走行する炭
素繊維糸条から離して設置すると、サイジング剤の表面
張力以上の流速を与えるには大量の加圧気体が必要とな
り、その設備は巨大なものとなり、製造原価の大幅なア
ップにつながる。したがって、該方法では十分なサイジ
ング付着斑防止効果が得られなかった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決すること、すなわち、炭素繊維のサイジング処理に
おいて比較的安価な設備で、毛羽によって発生するサイ
ジング剤の付着斑や多糸条化のときのサイジング液膜に
よって発生するサイジング剤の付着斑を減少させ、以降
の工程での毛羽や糸切れを抑制することを課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決すべく検討中、本発明に到達した。
【0012】すなわち、本発明の炭素繊維のサイジング
付与方法は、前記課題を達成するため、次の(1)の構
成からなる。 (1)炭素繊維糸条にサイジング剤を付与するに際し、
該炭素繊維糸条をサイジング剤の溶液または分散液中に
浸漬した後に、加圧気体を流速0.3〜5m/秒の範囲
で該炭素繊維糸条に吹き付けるサイジング付与方法にお
いて、該加圧気体が噴出されるノズルと遮蔽板とを設
け、該噴出ノズルと該遮蔽板の間に該炭素繊維糸条を通
過させることを特徴とする炭素繊維のサイジング付与方
法。
【0013】また、かかる本発明の炭素繊維のサイジン
グ付与方法において、好ましくは、以下の(2)の構成
からなる。 (2)遮蔽板の平面方向と、炭素繊維糸条の通過方向の
なす角度を−30度以上30度以下として行うことを特
徴とする特徴とする上記(1)記載の炭素繊維のサイジ
ング付与方法。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。
【0015】本発明の方法は、炭素繊維糸条にサイジン
グ剤を付与するに際し、該炭素繊維糸条をサイジング剤
の溶液または分散液中に浸漬した後に、該液中から取り
出し、さらに、流速0.3〜5m/秒の範囲で吹き付け
る加圧気体が噴出されるノズルと遮蔽板とを設け、該噴
出ノズルと該遮蔽板の間に前記炭素繊維糸条を通過させ
るというものである。
【0016】本発明に用いることのできる炭素繊維は、
アクリル系、ピッチ系、セルロース系等の各種繊維を前
駆体として、従来から知られている方法を用いて耐炎化
処理を行い、次いで不活性ガス雰囲気中で700〜30
00℃で焼成したいわゆる炭化糸、黒鉛糸いずれのもの
であっても良い。さらに、これら炭素繊維を表面酸化処
理したものも含まれる。
【0017】上記の炭素繊維の製造方法として、撚りを
かけた糸条を焼成する有燃焼成と撚りをかけない無撚焼
成があるが、いずれにおいても本発明の効果を有する。
【0018】本発明におけるサイジング剤としては、水
溶液および/または水分散液あるいは有機溶剤溶液とし
て用いられるものであって、炭素繊維に集束性を与え、
耐屈曲性や耐擦過性を向上し、かつ該炭素繊維を複合材
料の補強繊維に使用した場合に良好な複合材料特性が得
られるサイジング剤であれば好適に用いられる。
【0019】水溶液または水分散液として用いられるサ
イジング剤としては、例えばポリアルキレンオキサイド
およびその誘導体、ポリビニルピロリドンおよびその誘
導体、ポリビニルアルコールなどの水溶性または水分散
性を有する樹脂、あるいは各種界面活性剤を添加するこ
とにより水分散性となるエポキシ樹脂、不飽和ポリエス
テル樹脂などの各種樹脂が挙げられるが、特に上記の樹
脂に限定されるものではない。これらサイジング剤は2
種以上配合して用いてもよい。
【0020】サイジング剤はその特性に応じて従来から
知られている方法によって調合すれば良い。サイジング
浴の濃度は通常0.5〜10重量%の範囲が用いられ
る。サイジング剤の炭素繊維に対する付着量は、サイジ
ングの種類に応じて多少の差異があるが、炭素繊維当た
り0.2〜5重量%の範囲が一般的である。
【0021】前述したように、毛羽によって発生するサ
イジング剤の付着斑や多糸条化の時のサイジング液膜に
よって発生するサイジング剤の付着斑を減少させ、以降
の工程での毛羽や糸切れを抑制するために、サイジング
剤付与後の糸条に加圧気体を吹き付けて過剰なサイジン
グ剤を吹き飛ばす方法を採用することは好ましい。
【0022】本発明者らは、サイジング剤付与後の糸条
に加圧気体を吹き付けて過剰なサイジング剤を吹き飛ば
す方法を採用するにあたり問題となる加圧気体噴出ノズ
ルに付着した毛羽溜まりの発生を抑制する方法を見出し
た。
【0023】本発明における特徴は、加圧気体噴出ノズ
ルの向側に遮蔽板を設置し、加圧気体噴出ノズルと遮蔽
板の間に炭素繊維糸条を通過せしむることにより、炭素
繊維糸条に振動を与え、炭素繊維糸条に過剰に付着した
サイジング剤を効率的に除去することにある。遮蔽板の
設置により、ノズルより噴出された加圧気体流と遮蔽板
に当たって跳ね返った加圧気体流がぶつかることによ
り、乱流層が形成され、そこを通過する炭素繊維糸条は
振動を付与され、過剰なサイジング剤および糸条間に形
成されるサイジング剤被膜が効率的に除去されるもので
ある。
【0024】加圧気体は、流速0.3〜5m/秒の範囲
で吹き付けるものであることが重要である。0.3m/
秒より小さいと加圧気体流が弱まり、乱流層の形成がで
きず、本発明の効果を著しく損なう場合があるからであ
り、5m/秒より大きいと乱流層による炭素繊維糸条の
振動が過剰となり、炭素繊維の品位を著しく損なう場合
があるからである。
【0025】加圧気体の噴出方向と炭素繊維糸条の角度
は60度以上120度以下とすることが好ましい。60
度より小さく、あるいは120度より大きくした場合、
遮蔽板から跳ね返る加圧気体流が弱まり、乱流層の形成
ができず、本発明の効果を著しく損なう場合があるから
である。
【0026】遮蔽板の形状としては、平面、曲面いずれ
でもかまわない。遮蔽板の平面方向と糸条の通過する方
向の角度は−30度以上30度以下とすることが好まし
い。−30度より小さく、あるいは30度より大きくし
た場合、遮蔽板から跳ね返る加圧気体流と直接噴出され
た加圧気体流がぶつからず、乱流層の形成ができず、本
発明の効果を著しく損なう場合があるからである。
【0027】加圧気体の噴出ノズルと炭素繊維糸条の距
離は、2cm以上5cm以下が好ましい。2cmより小
さくすると、噴出ノズルは加圧気体によって飛散したサ
イジング剤が付着し、その表面は粘着性を帯び、走行す
る炭素繊維糸条から脱落した小さい毛羽が付着蓄積し、
毛羽溜まりとなり、走行糸条にくっつき、高次加工工程
における糸切れを引き起こす問題を生じる。5cmより
大きくすると遮蔽板設置による乱流層の形成ができず、
本発明の効果を著しく損なう場合があるからである。
【0028】加圧気体の噴出延長線上における炭素繊維
糸条接点と遮蔽板接点の距離は2cm以上30cm以下
とすることが好ましい。2cmより小さいと遮蔽板に毛
羽が付着、蓄積して毛羽溜まりとなり、走行糸条にくっ
つき、高次加工工程における糸切れを引き起こす問題を
生じるからである。30cmより大きくすると遮蔽板設
置による乱流層の形成ができず、本発明の効果を著しく
損なう場合があるからである。
【0029】
【実施例】具体的な実施例を以下に示す。なお、本例中
の毛羽数、糸切れ本数は次の方法で求めた。 (1)毛羽数 炭素繊維糸条に1デニールあたり0.09gの張力下、
3m/分の糸速で走行させて側面から繊維糸条に対し直
角にレーザー光を照射し、毛羽数を毛羽検出装置で検出
し、個/mで表示する。 (2)糸切れ本数 通常の方法で巻き上げた炭素繊維糸条のボビンを縦取り
法で50m/分の速度で解舒したときの50本当たりの
糸切れ発生本数として表した。 実施例1 単繊維繊度が0.6d、フィラメント数が12000本
の無撚のアクリル系炭素繊維糸条を50本用い、糸ピッ
チを15mmとして、10m/分の速度、糸条の張力を
単繊維当たり0.2gの条件で、図1に示すサイジング
槽を使用してサイジング剤を付与した後、糸条から2c
m離れたパイプの直径1mmの孔から流速を0.3〜5
m/秒の範囲で変更した常温空気を炭素繊維糸条に連続
的に吹き付けて、常法どおり巻き取った。この際、ステ
ンレス製の平面の遮蔽板を図1に示すように、炭素繊維
糸条から5cm離して、炭素繊維糸条に平行に設置し
た。
【0030】かくして得られた50本の炭素繊維糸条の
サイジング剤の付着量のばらつき(CV値)、解舒時の
糸切れ状態を表1に示した。なお、サイジング溶液には
樹脂4%からなる水系エマルジョン溶液を用い、サイジ
ング剤の付着量は炭素繊維重量に対し1.2%であっ
た。 比較例1 吹き付ける空気の流速を0、0.2、10m/秒にした
こと以外は実施例1の記述と同じ方法で炭素繊維糸条を
巻き取った。かくして得られた50本の炭素繊維糸条の
サイジング剤の付着量のばらつき(CV値)、解舒時の
糸切れ状態を表1に示した。 比較例2 遮蔽板を設置しないこと以外は実施例1の記述と同じ方
法で炭素繊維糸条を巻き取った。かくして得られた50
本の炭素繊維糸条のサイジング剤の付着量のばらつき
(CV値)、解舒時の糸切れ状態を表1に示した。
【0031】
【表1】
【0032】実施例2 吹き付ける空気の流速を0.5m/分に固定し、遮蔽板
の角度を炭素繊維糸条に対し、−50度〜+50度の範
囲で変更した以外は実施例1の記述と同じ方法で炭素繊
維糸条を巻き取った。かくして得られた50本の炭素繊
維糸条のサイジング剤の付着量のばらつき(CV値)、
解舒時の糸切れ状態を表2に示した。
【0033】表1の結果から、遮蔽板の設置によりサイ
ジング付着量のばらつき(CV値)を大幅に抑制でき、
毛羽、糸切れも大幅に抑制できることが分かる。また、
表2の結果から、遮蔽板と炭素繊維糸条の角度は−30
度〜+30度の範囲で、サイジング付着量のばらつき
(CV値)、毛羽、糸切れをさらに抑制できることが分
かる。
【0034】
【表2】
【0035】
【発明の効果】本発明は上述した通り、炭素繊維のサイ
ジング処理において比較的安価な設備で、毛羽によって
発生するサイジング剤の付着斑や多糸条化のときのサイ
ジング液膜によって発生するサイジング剤の付着斑を減
少させ、以降の工程での毛羽や糸切れを抑制する効果を
有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の炭素繊維のサイジング方法の一実施態
様例を示す模式図である。
【図2】本発明の炭素繊維のサイジング方法の他の実施
態様例を示す模式図である。
【符号の説明】
1:ローラ 2:被処理糸条 3:サイジング液 4:加圧気体の供給パイプ 5:加圧気体 6:遮蔽板 7:炭素繊維糸条と遮蔽板のなす角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4L033 AA09 AB01 AC11 AC12 CA11 CA29 CA48 4L037 AT03 CS03 CS04 FA01

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素繊維糸条にサイジング剤を付与するに
    際し、該炭素繊維糸条をサイジング剤の溶液または分散
    液中に浸漬した後に、加圧気体を流速0.3〜5m/秒
    の範囲で該炭素繊維糸条に吹き付けるサイジング付与方
    法において、該加圧気体が噴出されるノズルと遮蔽板と
    を設け、該噴出ノズルと該遮蔽板の間に該炭素繊維糸条
    を通過させることを特徴とする炭素繊維のサイジング付
    与方法。
  2. 【請求項2】遮蔽板の平面方向と、炭素繊維糸条の通過
    方向のなす角度を−30度以上30度以下として行うこ
    とを特徴とする請求項1記載の炭素繊維のサイジング付
    与方法。
JP2002073792A 2002-03-18 2002-03-18 炭素繊維のサイジング付与方法 Pending JP2003278032A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101300559B1 (ko) 2011-01-24 2013-09-03 인하대학교 산학협력단 고풀림성과 고전도성을 가지는 탄소섬유의 사이징 방법
JP2014125698A (ja) * 2012-12-26 2014-07-07 Toho Tenax Co Ltd サイジング剤付着炭素繊維束及びその製造方法並びにこのサイジング剤付着炭素繊維束を用いる圧力容器の製造方法
JP2015200051A (ja) * 2014-03-31 2015-11-12 帝人株式会社 繊維束の製造方法
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CN110042585A (zh) * 2019-03-14 2019-07-23 英鸿纳米科技股份有限公司 一种高强度碳纤维生产用上浆设备

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