JP2006274497A - Carbon fiber package and method for producing the same - Google Patents

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孝光 廣瀬
Hideyo Matsumae
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon fiber package excellent in processability to higher-order-processed fabrics, prepregs, etc., and capable of supplying stable filament yarn width at low cost, and to provide a method for producing the package. <P>SOLUTION: The carbon fiber package is characterized by meeting the following relationships: W2/W1≥0.95 (wherein, W1 (mm) is an average yarn width on the wound package of carbon fiber bundles, and W2 (mm) is an average yarn width after laterally unreeled) and W2≥0.225×D<SP>1/2</SP>(wherein, W2 is the same, and D is the total fineness (tex) of the unreeled yarn). <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、安定した糸幅の拡い炭素繊維パッケージとその製造方法に関し、さらに詳しくは、炭素繊維束を用いた高次加工の織物やプリプレグ等への加工性に優れた炭素繊維パッケージとその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a carbon fiber package having a stable yarn width and a method for producing the same, and more particularly, a carbon fiber package excellent in processability to a high-order woven fabric or prepreg using a carbon fiber bundle, and the method thereof. It relates to a manufacturing method.

炭素繊維束は、高い比強度、比弾性率およびその優れた耐熱性などから複合材料の強化繊維として、織物やプリプレグの形で加工され、例えば、航空機の補強基材等としていろいろな用途に展開利用されている。
しかしながら、近年、繊維強化複合材料製品の軽量化要求の高まりから、複合材料中の強化繊維の絶対量は極力少なくし、強化繊維含有率を高める傾向にある。従って、少量の強化繊維でかつ優れた特性を発現するために、強化繊維自体が高弾性率でかつ高強度という特性が求められる一方、織物やプリプレグ化などの高次加工工程を経る場合、強化繊維である炭素繊維束が均一でかつ拡がりやすいもの、またはその炭素繊維束の品位を損なわないように、薄く広く、また特に重要な要素である均一に開繊させることが必要である。特に、ボビンから解舒された強化繊維の糸幅そのものが品位に影響しやすい、すなわち、ボビンから解舒されて、高次加工工程に入る前の解舒糸の糸幅が出来るだけ拡く、バラツキの小さい方が有利である高次加工においては、特にこのような要求が高まっている。
Carbon fiber bundles are processed in the form of woven fabrics and prepregs as reinforced fibers for composite materials due to their high specific strength, specific elastic modulus and excellent heat resistance. It's being used.
However, in recent years, with the increasing demand for weight reduction of fiber reinforced composite material products, the absolute amount of reinforcing fibers in the composite material tends to be reduced as much as possible, and the reinforcing fiber content tends to be increased. Therefore, in order to express excellent properties with a small amount of reinforcing fibers, the reinforcing fibers themselves are required to have a high elastic modulus and high strength, but when subjected to a high-order processing step such as woven fabric or prepreg, It is necessary to make the carbon fiber bundles, which are fibers, uniform and easy to spread, or to be thin and wide, and to be uniformly spread, which is a particularly important element, so as not to impair the quality of the carbon fiber bundles. In particular, the yarn width of the reinforcing fiber unwound from the bobbin tends to affect the quality, i.e., the yarn width of the unraveled yarn before it is unwound from the bobbin and enters the high-order processing step is expanded as much as possible. Such demands are particularly high in high-order machining, where a smaller variation is advantageous.

かかる問題を解決する方法としては、高次加工の段階で糸幅を拡幅させる方法と、原料である炭素繊維束を拡がりやすいパッケージにする方法とがある。   As a method for solving such a problem, there are a method of widening the yarn width at the stage of high-order processing and a method of forming a carbon fiber bundle as a raw material into a package that is easy to expand.

従来、強化繊維からなる補強織物の製造方法に関し、その織物上に円筒状物を、加圧状態で転がしながら往復運動させることにより、たて糸の糸幅をよこ糸方向に拡幅させる技術が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、この提案は、強化繊維を織物に製織した後での工程によるものであり、製織前における糸幅の拡幅およびその原料である繊維束そのものを拡幅する内容については何ら提案されていない。   2. Description of the Related Art Conventionally, with respect to a method for manufacturing a reinforced fabric made of reinforcing fibers, a technique has been proposed in which a cylindrical object is reciprocated while rolling in a pressurized state to widen the warp yarn width in the weft direction. (See Patent Document 1). However, this proposal is based on a process after weaving the reinforcing fibers into a woven fabric, and no proposal has been made about the widening of the yarn width before weaving and the content of widening the fiber bundle itself as the raw material.

さらには別の拡幅方法として、製織前に予め気流で開繊させたシートを作製させる方法が提案されている(特許文献2参照)。しかしながら、特許文献1の提案と同様に、その原料である糸幅を拡幅繊維束そのものの内容については何ら提案されておらず、その装置を取り入れるための費用がかかり、コストアップに繋がる可能性がある。
また、一般的に、炭素繊維束の開繊性・拡幅性を向上させるため、炭素繊維束に収束性・耐擦過性・機械特性向上のためにサイジング剤を付与した後、ホットローラーで乾燥させることにより、ある程度炭素繊維束を扁平にした上で、ボビンに巻き取り、それを高次加工工程で解舒して使用することが行なわれている。そこでは、炭素繊維束として、ドレープ値と扁平度を規制した炭素繊維束が提案されている(特許文献3参照)。しかしながら、一般的にドレープ値が低い、すなわち柔らかい炭素繊維束は、形態保持性が小さいために高次加工性における拡がり性が良い反面、炭素繊維束がパッケージとして巻き取られる際のガイドローラーの綾振り運動により、部分的に、特にボビンの両端部で折り曲げられたり、撚りが入ったり炭素繊維束が瞬間的に狭められたりする。そのため、拡幅しやすい炭素繊維束であっても、複数の炭素繊維束を引き揃えて高次加工したとき、その狭められた部分が十分に拡がらず、高次加工製品のうち部分的に炭素繊維が存在しない、いわゆるワレといわれる欠陥部分が発生する可能性がある。
また、炭素繊維束を巻き取るときに安定した拡幅のために重要となるのが、ワインダーで巻き取る際の直前ローラーであり、最終ガイドローラーとローラーと糸条との接触長を規定することで、安定した拡い糸幅が得られるガイド装置が提案されている(特許文献4参照)。しかしながら、このガイド装置では、その最終ローラーに入る以前の工程についての規定はされておらず、特に、ドレープ値が低い、すなわち柔らかい糸条は、形態保持性が小さいため、サイジング付与し、乾燥してからワインダーの最終ガイドローラーに入るまでの糸道ローラーで蛇行し、撚りが入る可能性があり、糸幅が狭くなるなどして拡がり性が劣る可能性がある。
Furthermore, as another widening method, a method has been proposed in which a sheet previously opened with an air stream before weaving is produced (see Patent Document 2). However, similar to the proposal of Patent Document 1, there is no proposal for the contents of the widened fiber bundle itself, which is the raw material width of the yarn, and it is expensive to incorporate the device, which may lead to an increase in cost. is there.
In general, in order to improve the spreadability and spreadability of the carbon fiber bundle, a sizing agent is added to the carbon fiber bundle to improve convergence, scratch resistance and mechanical properties, and then dried with a hot roller. Thus, the carbon fiber bundle is flattened to some extent, wound around a bobbin, and then unwound and used in a high-order processing step. There, a carbon fiber bundle in which the drape value and the flatness are regulated is proposed as a carbon fiber bundle (see Patent Document 3). However, in general, a drape value is low, that is, a soft carbon fiber bundle has a low form retainability, so that it has good spreadability in high-order processability. However, the guide roller twill when the carbon fiber bundle is wound as a package is good. As a result of the swinging motion, it is partially bent, particularly at both ends of the bobbin, twisted, and the carbon fiber bundle is instantaneously narrowed. Therefore, even if the carbon fiber bundle is easy to widen, when a plurality of carbon fiber bundles are aligned and subjected to high-order processing, the narrowed portion does not sufficiently expand, and carbon in the high-order processed product is partially carbonized. There is a possibility that a defect portion called so-called cracking occurs in which no fiber is present.
In addition, what is important for stable widening when winding a carbon fiber bundle is a roller immediately before winding with a winder, and by defining the contact length between the final guide roller, the roller and the yarn. A guide device that can obtain a stable spread yarn width has been proposed (see Patent Document 4). However, in this guide device, there is no provision for the process before entering the final roller, and in particular, the drape value is low, i.e., the soft yarn has a low shape retention, so sizing and drying are performed. After that, it may meander with the yarn path roller until it enters the final guide roller of the winder, twisting may occur, and the spreadability may be inferior due to the narrowing of the yarn width.

また、その糸の形状に影響を与えにくい糸道ローラーで、解舒したときの繊維糸幅のバラツキを小さくする方法が提案されている(特許文献5参照)。しかしながら、この方法では、ローラーと糸とが常に斜めに接触している状態で集束しようとする力が働くため、バラツキは小さくできても繊維束の絶対拡がり幅が小さくなる可能性があるため、拡がり性に劣る可能性がある。   In addition, there has been proposed a method for reducing the variation in the fiber yarn width when unwound with a yarn path roller that hardly affects the shape of the yarn (see Patent Document 5). However, in this method, because the force that tries to converge in a state where the roller and the yarn are always in contact with each other at an angle, the absolute spread width of the fiber bundle may be reduced even if the variation can be reduced. There is a possibility that the spreadability is inferior.

また、炭素繊維束にサイジング剤を付与した後、糸道において炭素繊維束糸幅に対する溝底フラット部の比率を規定する方法が提案されている(特許文献6参照)。この方法では、ドレープ値が低い、すなわち柔らかい糸は形態保持性が小さいため、サイジング付与、乾燥してからワインダーの最終ガイドローラーに入るまでの糸道ローラー上で蛇行しやすくなるため、溝ローラーのエッジに連続的に接触した場合、炭素繊維束が折り畳まれて撚りが入る等するため、高次加工時に拡がらない、すなわち部分的に繊維が存在しない、ワレといわれる欠陥部分が発生する可能性がある。   In addition, a method has been proposed in which, after a sizing agent is applied to a carbon fiber bundle, the ratio of the groove bottom flat portion to the carbon fiber bundle yarn width is defined in the yarn path (see Patent Document 6). In this method, since the drape value is low, that is, the soft yarn has low shape retention, it becomes easy to meander on the yarn path roller from sizing and drying until it enters the final guide roller of the winder. If the edge is in continuous contact, the carbon fiber bundle will be folded and twisted, etc., so that it does not spread during high-order processing, that is, there is a possibility that a defect part called crack will occur, in which there are no fibers in part. There is.

上記のような理由から、拡がり性に優れたものや拡幅させる装置については、いろいろな提案がされているが、拡がり性に有利である解舒された糸束幅が拡く、同時に均質性に優れた炭素繊維束を得ることを両立させることは難しい課題であの未解決である。また、特に開繊性に有利とされている柔らかい炭素繊維束については、十分に満足し得る解決策は見出されていないのが現状である。
特開2003−268669号公報 特開2002−227053号公報 特開2004―76246号公報 特開2004−155590号公報 特開2004−142945号公報 得開2004−232133号公報
For the reasons described above, various proposals have been made for devices having excellent spreadability and widening devices, but the unfolded yarn bundle width, which is advantageous for spreadability, is widened, and at the same time homogeneity. It is an unsolved problem that it is difficult to achieve both of obtaining excellent carbon fiber bundles. In addition, with respect to soft carbon fiber bundles that are particularly advantageous in terms of spreadability, no sufficiently satisfactory solution has been found.
JP 2003-268669 A JP 2002-227053 A JP 2004-76246 A JP 2004-155590 A JP 2004-142945 A No. 2004-232133

本発明の目的は、高次加工の織物やプリプレグ等への加工性に優れ、さらに、安価で安定した糸条幅を供給可能な炭素繊維パッケージとその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a carbon fiber package that is excellent in processability to higher-order processed woven fabrics, prepregs, and the like, and that can supply a cheap and stable yarn width, and a method for producing the same.

上記の目的を達成するため、本発明は、以下の構成を採用する。   In order to achieve the above object, the present invention adopts the following configuration.

本発明の炭素繊維パッケージは、炭素繊維束の巻き取りパッケージ上の平均糸幅W1[mm]と横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅W2[mm]との関係がW2/W1≧0.95であり、かつ前記解舒糸の平均糸幅W2[mm]と総繊度D[tex]の関係がW2≧0.225×D1/2であることを特徴とする炭素繊維パッケージである。 In the carbon fiber package of the present invention, the relationship between the average yarn width W1 [mm] on the take-up package of the carbon fiber bundle and the average yarn width W2 [mm] of the unwinding yarn after the transverse winding is W2 / W1 ≧ A carbon fiber package characterized in that the relationship between the average yarn width W2 [mm] and the total fineness D [tex] of the unwinding yarn is 0.95 and W2 ≧ 0.225 × D 1/2 is there.

さらに、本発明の炭素繊維パッケージは、次の好ましい態様を有している。
(1)前記の解舒糸の平均糸幅W2のCV値が10%以下であること。
(2)前記の横取り解舒する際の解舒張力が0.2×(D/2)1/2[N]以下であり、前記の炭素繊維束に実質的に撚りがないこと。
(3)前記の炭素繊維束の23℃の温度におけるドレープ値が9cm以下であり、実質的に撚りがないこと。
Furthermore, the carbon fiber package of the present invention has the following preferred embodiments.
(1) The CV value of the average yarn width W2 of the unwinding yarn is 10% or less.
(2) The unwinding tension at the time of the unwinding is 0.2 × (D / 2) 1/2 [N] or less, and the carbon fiber bundle is substantially free of twist.
(3) The carbon fiber bundle has a drape value at a temperature of 23 ° C. of 9 cm or less and substantially no twist.

また、本発明の炭素繊維パッケージの製造方法は、炭素繊維束を巻き取り炭素繊維パッケージを製造するに際し、該炭素繊維束をトラバースガイドローラーまで搬送するときのガイドローラーの溝率が5〜40%の範囲のガイドローラーを用い、該トラバースガイドローラーと炭素繊維束の接触長を15mm以上とすることを特徴とする炭素繊維パッケージの製造方法である。   Further, in the method for producing a carbon fiber package of the present invention, when the carbon fiber bundle is wound up and the carbon fiber package is produced, the groove ratio of the guide roller when the carbon fiber bundle is conveyed to the traverse guide roller is 5 to 40%. And a contact length between the traverse guide roller and the carbon fiber bundle is set to 15 mm or more.

本発明の炭素繊維パッケージの製造方法の好ましい態様によれば、糸条走行面が凹上に湾曲して鍔がないガイドローラーの湾曲半径Rが20〜40mmの範囲であるガイドローラーが用いられる。   According to a preferred aspect of the method for producing a carbon fiber package of the present invention, a guide roller having a curved radius R of a guide roller in which the yarn running surface is curved concavely and has no wrinkles is in the range of 20 to 40 mm is used.

本発明によれば、繊度当たりの炭素繊維束の巻き取り糸幅が拡く、また、柔らかい形態保持性が小さい、幅広い巻き取りパッケージを横取りした長手方向に解舒して高次加工工程に入る直前の糸束の形状変化および糸幅のバラツキが小さい炭素繊維パッケージが得られる。かかる炭素繊維パッケージを用いることにより、プリプレグや織物などの高次加工性時の拡幅安定性に優れ、品位の良い安価な高次加工品を製造することができる。   According to the present invention, the winding yarn width of the carbon fiber bundle per fineness is widened, and the soft shape retention is small. A carbon fiber package can be obtained in which the shape change of the immediately preceding yarn bundle and the variation in the yarn width are small. By using such a carbon fiber package, it is possible to produce an inexpensive high-order processed product that is excellent in widening stability at the time of high-order workability such as prepreg and woven fabric and has good quality.

本発明において、炭素繊維パッケージを構成している炭素繊維束は、その巻き取りパッケージ上の平均糸幅W1[mm]と横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅W2[mm]および総繊度D[tex]との関係が、以下の式の範囲にあることを特徴とする炭素繊維束である。   In the present invention, the carbon fiber bundle constituting the carbon fiber package includes the average yarn width W1 [mm] on the winding package and the average yarn width W2 [mm] of the unwinding yarn after the side unwinding and the total The carbon fiber bundle is characterized in that the relationship with the fineness D [tex] is in the range of the following formula.

W2/W1≧0.95 かつ W2≧0.225×D1/2
すなわち、本発明における炭素繊維束は、巻き取りパッケージ上の糸幅に対して、解舒した後の糸幅がほとんど狭くならずに、ある一定以上の拡がり幅を保ったまま解舒されるということである。
W2 / W1 ≧ 0.95 and W2 ≧ 0.225 × D 1/2
That is, the carbon fiber bundle in the present invention is unraveled while maintaining a spread width of a certain level or more, with the yarn width after being unwound almost not narrowed with respect to the yarn width on the winding package. That is.

ここでのパッケージとしては、炭素繊維束を一般的に安価で製造しやすいコアボビンに巻かれたもので、形状としては一般的な円筒型が好ましく、また、コアボビンの材質については特に限定はされないが、安価である紙や比較的安価で再利用が可能な紙などが好ましく、巻き取りパッケージの形態としては、円筒型やテーパーエンド型などとすることができるが、巻取られた炭素繊維束が滑りにくくパッケージ形態保持性が優れているこという点で円筒形が好ましい態様である。
ここで、巻き取りパッケージ上の平均糸幅W1は、次のようにして求められる。平均糸幅W1は、炭素繊維束をボビン上に巻き付けてパッケージ状態としたときの炭素繊維束幅値のことであり、パッケージ表面の糸幅測定しようとする糸条に対し、その端部に対して垂直に金尺(ものさし)を当てて炭素繊維束の糸幅を測定することができ、巻き取りパッケージを平らな場所に静置した状態で1トラバース当たり10点(0.5トラバース5点)を均等に測定し、その平均値により求められる。
As the package here, a carbon fiber bundle is wound around a core bobbin that is generally inexpensive and easy to manufacture, and the shape is preferably a general cylindrical shape, and the material of the core bobbin is not particularly limited. Inexpensive paper and relatively inexpensive paper that can be reused are preferable, and the form of the take-up package may be a cylindrical type or a tapered end type. A cylindrical shape is a preferred embodiment in that it is not slippery and has excellent package shape retention.
Here, the average yarn width W1 on the winding package is obtained as follows. The average yarn width W1 is a carbon fiber bundle width value when a carbon fiber bundle is wound around a bobbin to form a package state. For the yarn to be measured for the yarn width on the package surface, The width of the carbon fiber bundle can be measured by applying a ruler vertically and measuring 10 points per traverse (0.5 traverse 5 points) with the take-up package standing on a flat surface. Is measured evenly and the average value is obtained.

また、さらに横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅W2は、次のようにして測定することができる。巻き取りパッケージをクリールに掛け、走行糸条が糸幅読み取りセンサ−(例えば、メーカー名:オムロン、型式:Z4LC−S2840等)上を常に走行するように、炭素繊維パッケージから3mのところに、回転するガイドを縦(垂直)方向に糸道が規制されるように取り付ける。そこからさらに1mのところに糸幅読み取りセンサーを走行糸条に対して、垂直になるように取り付け、またさらに、そこから20cmのところに毛羽や汚れが付きにくい梨地加工された固定ガイドを2.0〜0.5°のほとんど擦過されない範囲で接触させ、引っ張り速度5m/分で引き取り機で解舒しながら測定する。   Further, the average yarn width W2 of the unwinding yarn after the further side unwinding can be measured as follows. Rotate 3cm from the carbon fiber package so that the winding package is creeled and the running yarn always runs on the yarn width reading sensor (for example, manufacturer name: OMRON, model: Z4LC-S2840, etc.). A guide is attached so that the yarn path is regulated in the vertical (vertical) direction. Install a thread width reading sensor at a distance of 1 m from there, so that it is perpendicular to the running yarn, and further, a satin-finished fixed guide that is less likely to get fuzz and dirt at a distance of 20 cm. The contact is made within a range of 0 to 0.5 ° which is hardly scratched, and measurement is performed while unwinding with a take-up machine at a pulling speed of 5 m / min.

このときのデータは、回/秒の周期で5分間採取したものを用いる。ここでいう、梨地加工された固定ガイドとは、ガイド表面をブラスト処理等で粗したあと、メッキ(硬質クロムメッキ)による表面加工を行ったもの等を指し、その外周表面粗度は、JIS B 0601(2001)で測定される算術平均高さRaで0.4以上3.2以下であることが好ましい。   As the data at this time, data collected for 5 minutes at a cycle of times / second is used. Here, the satin-finished fixed guide means a surface obtained by roughening the guide surface by blasting or the like and then performing surface processing by plating (hard chrome plating). The outer peripheral surface roughness is JIS B The arithmetic average height Ra measured at 0601 (2001) is preferably 0.4 or more and 3.2 or less.

炭素繊維束のパッケージ上の平均糸幅W1[mm]と横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅W2[mm]との関係が、0.95未満であると、解舒したあとの糸幅が狭くなるということであり、その結果、高次加工性時における炭素繊維束の拡がりが不十分となる。また、横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅W2[mm]と繊度D[tex]の関係W2≧0.225×D1/2 が成立しない場合は、横取り解舒した糸幅の単位当たりの拡がり幅が狭いということであり、高次加工時における、特に薄物高次加工製品生産時の炭素繊維束の拡がりが不十分となり、例えば、プリプレグ中で糸条間に隙間(ワレ欠点)ができるなどし、結果、高繊維含有率等の高品質・高品位複合材料を得ることが困難となる。
かかる巻き取りパッケージ上の平均糸幅W1[mm]と横取り解舒した後の平均糸幅W2[mm]との関係W2/W1は、高繊維含有率等の高品質・高品位複合材料を得るという観点からは大きい程好ましいが、繊維束としての形態保持性や設備上の制限等から上限は1.50程度である。
また、かかる巻き取りパッケージ上の平均糸幅W1[mm]の好ましい範囲は1.5以上20mm以下が好ましい。平均糸幅W1が1.5mm未満であると糸が細すぎて、炭素繊維束のパッケージ上から糸を引きとる際の取り扱い性が劣る可能性があ り、また、平均糸幅W1が20mmを超えると安定した糸幅でパッケージとして巻き取ることが出来にくくなる。
When the relationship between the average yarn width W1 [mm] on the package of carbon fiber bundles and the average yarn width W2 [mm] of the unwinding yarn after the side unwinding is less than 0.95, This means that the yarn width is narrowed. As a result, the carbon fiber bundles are not sufficiently expanded during the high-order workability. Further, when the relationship W2 ≧ 0.225 × D 1/2 between the average yarn width W2 [mm] and the fineness D [tex] of the unwinding yarn after the weft unwinding is not satisfied, This means that the spread width per unit is narrow, and the expansion of the carbon fiber bundle at the time of high-order processing, especially at the time of production of thin high-order processed products, becomes insufficient. As a result, it is difficult to obtain a high-quality and high-quality composite material such as a high fiber content.
The relationship W2 / W1 between the average yarn width W1 [mm] on the winding package and the average yarn width W2 [mm] after the side unwinding yields a high-quality and high-quality composite material such as a high fiber content. However, the upper limit is about 1.50 from the viewpoint of shape retention as a fiber bundle and restrictions on equipment.
Moreover, the preferable range of the average yarn width W1 [mm] on the winding package is preferably 1.5 to 20 mm. If the average yarn width W1 is less than 1.5 mm, the yarn may be too thin, resulting in poor handling when pulling the yarn from the carbon fiber bundle package, and the average yarn width W1 may be 20 mm. When it exceeds, it becomes difficult to wind up as a package with a stable yarn width.

横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅W2[mm]と繊度D[tex]の関係(W2≧0.225×D1/2)の好ましい範囲は、かかる巻き取りパッケージ上の平均糸幅W1の上限値から、下記式の関係にあることが好ましい。 The preferred range of the relationship (W2 ≧ 0.225 × D 1/2 ) between the average yarn width W2 [mm] and the fineness D [tex] of the unwinding yarn after the side unwinding is the average yarn on the winding package. From the upper limit value of the width W1, it is preferable that the following relationship is satisfied.

1/2≧W2≧0.225×D1/2
また、横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅W2は、バラツキの指標であるCV値が10%以下にあることが好ましく、更に好ましくは、8%以下である。CV値が10%を超えるということは長手方向の糸幅が安定していないということであり、その結果、プリプレグや織物の高次加工性において、隙間などのワレ欠点ができる原因となり品位が安定しないことが起こりうる。
ここでいうCV値は、解舒した後の解舒糸の平均糸幅W2を回/秒の周期で5分間採取した際に得られるN=300を用いたデータの平均値Xと標準偏差Sにより算出され、以下の式で求められる。
CV値=S/X×100[%]
また、そのときの横取り解舒張力の範囲は、0.3×(D/2)1/2[N]以下であることが好ましく、より好ましくは0.25×(D/2)1/2[N]以下である。解舒張力が0.3×(D/2)1/2[N]を超えると、張力が高いことにより、炭素繊維束とパッケージ表面との擦過による炭素繊維束の品位低下、さらには解舒糸幅が狭くなるため高次加工性の品位悪化につながり、正確な横取り解舒の平均糸幅測定が困難となることがある。また、横取り解舒張力は、品位を悪化させない意味からは低いほど良いが、取り扱い性から下限は、0.05×(D/2)1/2[N]程度である。
D 1/2 ≧ W2 ≧ 0.225 × D 1/2
Further, the average yarn width W2 of the unwinding yarn after the weft unwinding is preferably 10% or less, more preferably 8% or less, as a CV value as an index of variation. When the CV value exceeds 10%, the yarn width in the longitudinal direction is not stable, and as a result, in the high-order processability of prepregs and fabrics, cracking defects such as gaps can be generated and the quality is stable. It can happen.
The CV value here means the average value X and the standard deviation S of the data using N = 300 obtained when the average yarn width W2 of the unwinding yarn after unwinding is sampled at a cycle of times / second for 5 minutes. Calculated by the following formula.
CV value = S / X × 100 [%]
In addition, the range of the transverse unraveling tension at that time is preferably 0.3 × (D / 2) 1/2 [N] or less, more preferably 0.25 × (D / 2) 1/2. [N] or less. When the unraveling tension exceeds 0.3 × (D / 2) 1/2 [N], the tension is high, so that the quality of the carbon fiber bundle is deteriorated due to rubbing between the carbon fiber bundle and the package surface. Since the yarn width is narrowed, the quality of the high-order workability is deteriorated, and it is sometimes difficult to accurately measure the average yarn width of the weft unwinding. In addition, the lower the side unraveling tension, the better from the viewpoint of not deteriorating the quality, but the lower limit is about 0.05 × (D / 2) 1/2 [N] from the viewpoint of handleability.

また、本発明における炭素繊維束は、23℃の温度におけるドレープ値が9cm以下であることが好ましく、すなわち、比較的柔らかい糸束に関する程効果がある。ドレープ値とは、糸束の硬さを表したものであり、その値が小さいほど柔らかく、形態保持性が小さいと言える。炭素繊維束には、機械特性および取り扱い性向上等により、サイジング剤が付着されており、ドレープ値はサイジング剤の付着量や特性により変化する。一般的に、拡がり性、機械特性あるいは開繊性向上のために、炭素繊維束が柔らかい扁平な糸束を用いた場合でも、解舒糸幅が拡く安定したものが得られる。ドレープ値の下限としては、サイジング剤付着量やサイジング剤特性との関係から4cm程度である。   In addition, the carbon fiber bundle in the present invention preferably has a drape value at a temperature of 23 ° C. of 9 cm or less, that is, the carbon fiber bundle is more effective with respect to a relatively soft yarn bundle. The drape value represents the hardness of the yarn bundle, and it can be said that the smaller the value is, the softer the shape is and the less the shape retention is. A sizing agent is attached to the carbon fiber bundle due to improvement in mechanical characteristics and handling properties, and the drape value varies depending on the amount and characteristics of the sizing agent attached. In general, even when a flat yarn bundle with a soft carbon fiber bundle is used to improve spreadability, mechanical properties, or spreadability, a stable yarn with a wide unwinding yarn width can be obtained. The lower limit of the drape value is about 4 cm from the relationship with the sizing agent adhesion amount and the sizing agent characteristics.

ここでいうドレープ値について、図1を用いて説明する。図1は、本発明で用いるドレープ値の測定方法を示す概略側面図である。図1(a)のように、50cmにカットされた炭素繊維束を、温度23℃、湿度60%の雰囲気下で重りを0.0375[g/tex]の比率でぶら下げ、30分以上放置して撚り癖を解き、成形する。それを30cmの長さに切断し、図1(b)のように、その一端部を四角柱の上面に片持支持の状態で垂れ下がらないよう床面と平行になるよう固定する。このとき、炭素繊維束が、四角柱の側面に対して直角になるように、かつ、四角柱の側面から、垂れ下がった炭素繊維束の先端までの長さが25cmになるように固定する。そのあと、重力によって垂れ下がった炭素繊維束の先端と四角柱の側面とがなす最も近い距離[cm]を測定する。このとき、炭素繊維束が垂れ始めてから1秒後の距離をドレープ値とする。また、サイジング剤付着量は、一般的に0.2〜3.0重量%の範囲にあるものが好ましく、より好ましくは0.2〜2.0%重量%の範囲にあるものである。サイジング剤付着量が3.0重量%を超えると集束性が良くなるため形態保持性や取り扱い性が良くなる一方、サイジング剤の経時変化により、解舒時の粘着糸切れや単糸切れ、または集束性が高すぎることによる拡がり不足により高次加工性が劣る傾向を示す。また、サイジング剤付着量が0.2重量%以下であれば、耐擦過性低下や集束性不足により、解舒時での毛羽、糸裁けが発生し、取り扱い性が悪化する傾向を示す。   The drape value here will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic side view showing a drape value measuring method used in the present invention. As shown in FIG. 1A, a carbon fiber bundle cut to 50 cm is hung with a weight of 0.0375 [g / tex] in an atmosphere of a temperature of 23 ° C. and a humidity of 60%, and left for 30 minutes or more. Untwist and twist to form. It is cut into a length of 30 cm and, as shown in FIG. 1 (b), one end thereof is fixed to the upper surface of the quadrangular column so as to be parallel to the floor surface so as not to hang down in a cantilevered state. At this time, the carbon fiber bundle is fixed so that the carbon fiber bundle is perpendicular to the side surface of the square column and the length from the side surface of the square column to the tip of the suspended carbon fiber bundle is 25 cm. Thereafter, the closest distance [cm] formed by the tip of the carbon fiber bundle that hangs down due to gravity and the side surface of the quadrangular column is measured. At this time, the distance after 1 second from the start of drooping of the carbon fiber bundle is taken as the drape value. The sizing agent adhesion amount is generally preferably in the range of 0.2 to 3.0% by weight, and more preferably in the range of 0.2 to 2.0% by weight. When the amount of sizing agent adhering exceeds 3.0% by weight, the converging property is improved, so that the shape retention and handling properties are improved. The high-order workability tends to be inferior due to insufficient spreading due to too high convergence. On the other hand, if the amount of sizing agent attached is 0.2% by weight or less, fluff and thread trimming occur at the time of unwinding due to a decrease in scratch resistance and insufficient convergence, and the handleability tends to deteriorate.

また、本発明において、炭素繊維束に実質的に撚りがないという意味は、例え撚りがあったとしても、残撚り数は1mあたり0.1ターン以下であることが好ましい。残撚り数が0.1ターン/mを超えるということは、糸幅が部分的に狭くなるということであり、拡がり性が劣る傾向を示す。
ここでいう、残撚り数は、以下の方法で測定することができる。炭素繊維パッケージから炭素繊維束を約半分に引き裂きながら横取りに解舒する。捻れが入ったところで捻れを戻して撚りを解き、数値を記録する。それを20m繰り返し、その絶対値を足し算した値を20mで割った値とし、1m当たりの残撚り数とする。
In the present invention, the meaning that the carbon fiber bundle is not substantially twisted means that, even if there is a twist, the number of remaining twists is preferably 0.1 turns or less per meter. That the number of remaining twists exceeds 0.1 turns / m means that the yarn width is partially narrowed, and the spreadability tends to be inferior.
The number of remaining twists here can be measured by the following method. The carbon fiber bundle is unrolled in a horizontal direction while tearing the carbon fiber bundle about half from the carbon fiber package. When the twist enters, unwind the twist and record the value. This is repeated 20 m, and the value obtained by adding the absolute values is divided by 20 m to obtain the number of remaining twists per 1 m.

本発明において、炭素繊維束は、次のようにして得ることができる。原料繊維としては、ポリアクリロニトリル系繊維、ピッチ系繊維およびレーヨン系繊維等、いずれのものでもよいが、耐擦過性に優れた炭素繊維束が得られるという理由で、ポリアクリロニトリル系繊維を原料繊維とすることが好ましい。   In the present invention, the carbon fiber bundle can be obtained as follows. The raw fiber may be any of polyacrylonitrile fiber, pitch fiber, rayon fiber, etc., but for the reason that a carbon fiber bundle excellent in scratch resistance can be obtained, polyacrylonitrile fiber is used as the raw fiber. It is preferable to do.

また、炭素繊維束を構成する単繊維の数は、生産性や樹脂含浸性から3,000〜48,000本の範囲内が適当である。   The number of single fibers constituting the carbon fiber bundle is suitably in the range of 3,000 to 48,000 from the viewpoint of productivity and resin impregnation.

本発明で用いられる炭素繊維束は、その前駆体繊維、好ましくはポリアクリロニトリル系繊維を、酸化性雰囲気中(通常は空気中)にて200〜300℃の範囲の温度で加熱して耐炎化した後、不活性雰囲気中にて最高焼成温度が300〜2,000℃の範囲の温度で加熱して炭化するとともに0.9〜1.0倍の範囲で延伸することによって製造することができる。炭化処理に先立って、耐炎化繊維を不活性雰囲気中にて200〜800℃で加熱する、いわゆる予備炭化処理を施してもよい。耐炎化温度が200℃未満であると、焼け斑が発生し、引張強度の低下等の特性の低下や、糸傷、毛羽の発生等の品位低下を引き起こすことがある。また、耐炎化温度が300℃を超えると、反応熱の蓄熱が起こり、生産が不安定になる。耐炎化温度の好ましい範囲は200〜270℃であり、より好ましい範囲は230〜270℃である。   The carbon fiber bundle used in the present invention is flame resistant by heating the precursor fiber, preferably a polyacrylonitrile fiber, in an oxidizing atmosphere (usually in air) at a temperature in the range of 200 to 300 ° C. Thereafter, it can be produced by heating in an inert atmosphere at a temperature in the range of 300 to 2,000 ° C. and carbonizing and stretching in a range of 0.9 to 1.0 times. Prior to the carbonization treatment, a so-called preliminary carbonization treatment in which the flameproof fiber is heated at 200 to 800 ° C. in an inert atmosphere may be performed. When the flameproofing temperature is less than 200 ° C., burnt spots occur, which may cause deterioration in properties such as a decrease in tensile strength, and deterioration in quality such as generation of yarn scratches and fluff. On the other hand, when the flameproof temperature exceeds 300 ° C., heat storage of reaction heat occurs and production becomes unstable. A preferable range of the flameproofing temperature is 200 to 270 ° C, and a more preferable range is 230 to 270 ° C.

また、炭化温度が300℃よりも低いと、得られる炭素繊維の引張強度や引張弾性率が低下する。一方、炭化温度が2,000℃を超えると、結晶化が促進されて得られる炭素繊維の0°方向の圧縮強度が低下し、繊維強化複合材料製の筒体としたときの捻り強さが損なわれるようになる傾向がある。炭化温度の好ましい範囲は300〜2,000℃であり、より好ましい範囲は300〜1,950℃である。   Moreover, when carbonization temperature is lower than 300 degreeC, the tensile strength and tensile elasticity modulus of the carbon fiber obtained will fall. On the other hand, when the carbonization temperature exceeds 2,000 ° C., the compression strength in the 0 ° direction of the carbon fiber obtained by promoting crystallization is lowered, and the twist strength when the fiber reinforced composite material is formed into a cylinder is reduced. There is a tendency to become damaged. A preferable range of the carbonization temperature is 300 to 2,000 ° C, and a more preferable range is 300 to 1,950 ° C.

さらに、炭化処理における延伸比が0.9倍未満では、得られる炭素繊維の引張強度や引張弾性率が低下する場合がある。一方、延伸比が1.1倍を超えると、解除時の糸切れやローラーとの擦過による毛羽を生ずるようになる場合がある。延伸比の好ましい範囲は0.9〜1.0倍であり、さらに好ましい範囲は0.92〜0.98倍である。   Furthermore, when the draw ratio in the carbonization treatment is less than 0.9 times, the tensile strength and tensile elastic modulus of the obtained carbon fiber may be lowered. On the other hand, when the draw ratio exceeds 1.1 times, there are cases in which fluffing occurs due to yarn breakage at the time of release or rubbing with a roller. A preferable range of the draw ratio is 0.9 to 1.0 times, and a more preferable range is 0.92 to 0.98 times.

また、いわゆる黒鉛化繊維束を得る場合には、上記炭化繊維束を不活性雰囲気中(例えば、窒素雰囲気中)にて2,000℃よりも高い最高焼成温度で黒鉛化するとともに0.9〜1.2倍の範囲で延伸することによって製造することが好ましい。このとき、最高焼成温度は、好ましくは2,000〜3,000℃であり、より好ましくは2,000〜2,900℃であり、さらに好ましくは2,000〜2,700℃の範囲で選択する。最高焼成温度が2,000℃未満では引張弾性率が不足することがあり、また、3,000℃を超えると炭素の結晶化が促進されて繊維強化複合材料としたときの0°方向の圧縮強度低下などの品質低下を招くことがある。   When obtaining a so-called graphitized fiber bundle, the carbonized fiber bundle is graphitized at a maximum firing temperature higher than 2,000 ° C. in an inert atmosphere (for example, in a nitrogen atmosphere) and 0.9 to It is preferable to produce by stretching in a range of 1.2 times. At this time, the maximum firing temperature is preferably 2,000 to 3,000 ° C, more preferably 2,000 to 2,900 ° C, and further preferably 2,000 to 2,700 ° C. To do. If the maximum firing temperature is less than 2,000 ° C, the tensile modulus may be insufficient, and if it exceeds 3,000 ° C, crystallization of carbon is promoted and compression in the 0 ° direction when a fiber reinforced composite material is obtained. It may cause quality deterioration such as strength reduction.

また、黒鉛化処理における延伸比が0.9倍未満では引張弾性率や引張強度が低下することがあり、1.2倍を超えると、解除時の糸切れやローラーとの擦過による毛羽を生ずるようになることがある。延伸比についてのより好ましい範囲は1.0〜1.2倍であり、さらに好ましい範囲は1.0〜1.1倍である。   In addition, if the draw ratio in the graphitization treatment is less than 0.9 times, the tensile modulus and tensile strength may decrease. If the draw ratio exceeds 1.2 times, yarn breakage at the time of release or fluffing due to rubbing with the roller may occur. It may become like this. A more preferable range for the stretch ratio is 1.0 to 1.2 times, and a further preferable range is 1.0 to 1.1 times.

更に、得られた炭素繊維束を水溶液中にて表面を電解処理し、サイジング剤を付着させた後、予備乾燥により糸条をある程度乾燥し、更に高い温度で乾燥する方法が好ましく適用される。予備乾燥には、炭素繊維束をある程度扁平・開繊できるホットローラーを用いることが好ましく、ここで予備乾燥温度は100〜200℃が好ましい。また、糸条とローラーとの接触時間は、5〜30秒が好ましい。接触時間が5秒以下であると十分な乾燥が得られないため、十分に扁平な糸束をキープ出来なくなることがある。また、接触時間が30秒以上になると生産速度ダウンによる生産性悪化や設備が大きくなりすぎることによる設備費が高くなる。
また、炭素繊維束にサイジング剤を付与した後、炭素繊維糸束幅wに対する搬送ローラーの溝底フラット部の幅B(mm)の比率T(B/w)は、1<T≦4の範囲であることが好ましい。前記の比率Tが1未満であると炭素繊維束の端部が溝ローラーのエッジで糸折れが発生し、高次加工性時にワレなどの悪影響が出る。また、比率Tが4を超えると炭素繊維糸束幅に対して、マシンの機幅が大きくなりすぎることにより、設備費アップに繋がり良くない。
本発明の炭素繊維パッケージの製造方法においては、炭素繊維束にサイジング剤を付着・乾燥し、糸条形態をある程度扁平にしてから、パッケージとして巻き取られる間の搬送工程で如何にして、残撚りの少ない状態で巻き上げることができるかが重要である。糸条を搬送するときのガイドローラー形状は、一般的に溝付きローラーや鍔付きローラーが用いられる。しかしながら、それでは、蛇行しやすい比較的柔らかい糸条は、溝や鍔に接触し易く、比較的溝幅が大きいローラーを使用しても結果的に連続した残撚りが入りやすいことになる。ただし、残撚りが入ってもそれが瞬間的なものであれば、ローラーとローラーとの間のフリーレングス部分である程度の張力で残撚りが解ければ問題ない。
この方法として、トラバースガイドまでの間の溝ローラー方式を、例えば、図2(図3は図2のA−A‘の断面図)のような形状とした鍔付きローラーを用いることにより、残撚りが入り難く、搬送糸に連続的な残撚りが入らないように最終トラバースガイドまで搬送することができる。その溝率は、好ましくは5〜40%であり、更に好ましくは10〜20%である。溝率が5%未満では、繊維束間で干渉し合い混繊して糸切れが発生し生産性が劣る可能性がある。また、溝率が40%を超えると、溝ローラーのエッジ部分に長く接触する可能性があるため糸折れが発生し、パッケージ上の糸幅が狭くなる可能性がある。ここでいう溝率について、図2を用いて説明する。図2は、本発明の一実施態様を示すある時間帯の鍔付きガイドローラーを例示する側面図であり、図3は、図2のガイドローラーの鍔付きローラー軸2をとおるA−A‘における断面図である。
溝率は、図2のように、繊維束Fを搬送する鍔付きガイドローラーで、繊維束Fが接触する部分の円周(鍔付きローラー半径の)に対して、鍔付きローラー凸幅Lに示す鍔部分の回転方向の総長がどれくらい占めるかの比率を表し、下記の式で求められる。
Further, a method is preferably applied in which the surface of the obtained carbon fiber bundle is subjected to electrolytic treatment in an aqueous solution, a sizing agent is adhered, the yarn is dried to some extent by preliminary drying, and dried at a higher temperature. For the preliminary drying, it is preferable to use a hot roller capable of flattening and opening the carbon fiber bundle to some extent. Here, the preliminary drying temperature is preferably 100 to 200 ° C. The contact time between the yarn and the roller is preferably 5 to 30 seconds. If the contact time is 5 seconds or less, sufficient drying cannot be obtained, and a sufficiently flat yarn bundle may not be kept. In addition, when the contact time is 30 seconds or more, the equipment cost is increased due to the deterioration of productivity due to a reduction in production speed and the fact that the equipment becomes too large.
Moreover, after giving a sizing agent to the carbon fiber bundle, the ratio T (B / w) of the width B (mm) of the groove bottom flat portion of the conveying roller to the carbon fiber yarn bundle width w is in the range of 1 <T ≦ 4. It is preferable that When the ratio T is less than 1, yarn breakage occurs at the edge of the groove roller at the end of the carbon fiber bundle, and adverse effects such as cracking occur during high-order workability. On the other hand, if the ratio T exceeds 4, the machine width of the machine becomes too large with respect to the carbon fiber yarn bundle width, leading to an increase in equipment cost.
In the method for producing a carbon fiber package of the present invention, the sizing agent is attached to the carbon fiber bundle and dried, the yarn form is flattened to some extent, and then the remaining twist is performed in the conveying process while being wound as a package. It is important to be able to wind up in a state with little. As a guide roller shape when the yarn is conveyed, a grooved roller or a ridged roller is generally used. However, a relatively soft yarn that is easy to meander easily touches the grooves and folds, and as a result, a continuous residual twist is likely to occur even when a roller having a relatively large groove width is used. However, there is no problem if the residual twist is released with a certain amount of tension at the free-length portion between the rollers if the residual twist is instantaneous even if it enters.
As this method, the grooved roller system up to the traverse guide is used, for example, by using a roller with a hook having a shape as shown in FIG. 2 (FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 2). Can be conveyed to the final traverse guide so that continuous residual twist does not enter the conveyed yarn. The groove ratio is preferably 5 to 40%, more preferably 10 to 20%. If the groove ratio is less than 5%, the fiber bundles interfere with each other and mix, resulting in yarn breakage and poor productivity. Further, if the groove ratio exceeds 40%, the edge of the groove roller may be contacted for a long time, so that yarn breakage may occur and the yarn width on the package may be narrowed. The groove ratio here will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a side view illustrating a guide roller with a hook in a certain time zone showing an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view along AA ′ through the hook roller shaft 2 of the guide roller in FIG. It is sectional drawing.
As shown in FIG. 2, the groove ratio is a guide roller with ridges that conveys the fiber bundle F, and the convex width L of the ridge roller with respect to the circumference (of the ridge roller radius) of the portion with which the fiber bundle F contacts. It represents the ratio of the total length in the rotation direction of the heel part shown, and is obtained by the following formula.

溝率=鍔数×L/2π×半径×100[%]
また、炭素繊維束に残撚りが入らない方法として、搬送ガイドの糸条走行面が凹上に湾曲して鍔がないガイドローラーを用いることもできる。走行糸条とガイドローラーが接触する部分の鍔付きローラーの湾曲半径Rは、糸条の太さなどにもよるが、単繊維の本数が12000本程度の汎用的な炭素繊維束であれば、20〜40mmが好ましく、更に好ましくは25〜35mmである。鍔付きローラー半径Rが20mm未満では、繊維束が集束しようとする力が大きく働いたり、場合によっては残撚りが入ることがある。また、鍔付きローラー半径Rが40mmを超えると、安定して搬送することが出来なくなり、生産性が下がる傾向がある。
その後、撚りを入れないようにトラバースガイドを介して、パッケージとして巻き取る。このときのトラバースガイドを図4に本発明の炭素繊維パッケージの製造方法の一実施態様を例示説明するためのトラバースガイド装置部分の概略側面図を示して説明する。図4に示すように、巻取ボビン10の回転軸と実質的に平行に回転軸が配されたガイドローラー5bを、最終のガイドローラー5a直上に、さらに1本設置することが好ましい。巻取ボビン10の回転軸と実質的に平行に回転軸が配されたガイドローラーは、最終のガイドローラー5aを含めて2本以上有していることが好ましく、これらガイドローラーと糸条Fとの接触長の合計が25mm以上であることが好ましい。この形態によれば、さらに糸道を安定させることが可能となるが、上述のとおり装置が大型化してしまうことを考慮すれば、巻取ボビン9の回転軸と実質的に平行に回転軸が配されたガイドローラー本数は3本以下、合計接触長は75mm以下であることが好ましい。
Groove ratio = power x L / 2π x radius x 100 [%]
In addition, as a method for preventing the residual twist from entering the carbon fiber bundle, a guide roller that has no wrinkles due to the yarn running surface of the conveyance guide being curved concavely can be used. The radius of curvature R of the roller with a hook at the portion where the running yarn contacts the guide roller is dependent on the thickness of the yarn, etc., but if it is a general-purpose carbon fiber bundle having about 12,000 single fibers, 20-40 mm is preferable, More preferably, it is 25-35 mm. When the radius R of the flanged roller is less than 20 mm, a force for converging the fiber bundle may be exerted greatly, or a residual twist may occur depending on circumstances. On the other hand, when the radius R of the flanged roller exceeds 40 mm, it cannot be stably conveyed, and the productivity tends to decrease.
Then, it winds up as a package through a traverse guide so that twist may not be put. The traverse guide at this time will be described with reference to FIG. 4 showing a schematic side view of a traverse guide device portion for illustrating one embodiment of the carbon fiber package manufacturing method of the present invention. As shown in FIG. 4, it is preferable to further install one guide roller 5b having a rotation axis substantially parallel to the rotation axis of the winding bobbin 10 directly above the final guide roller 5a. It is preferable to have two or more guide rollers including the final guide roller 5a, the guide rollers having the rotation shaft arranged substantially parallel to the rotation shaft of the winding bobbin 10. The total contact length is preferably 25 mm or more. According to this embodiment, it is possible to further stabilize the yarn path. However, in consideration of the increase in the size of the apparatus as described above, the rotation axis is substantially parallel to the rotation axis of the winding bobbin 9. The number of guide rollers arranged is preferably 3 or less, and the total contact length is 75 mm or less.

また、巻取ボビン10の回転軸と実質的に直角にねじれた位置に回転軸が配されたガイドローラー4bを、第1のガイドローラー4a直下に、さらに1本設置することが好ましい。巻取ボビン10の回転軸と実質的に直角にねじれた位置に回転軸が配されたガイドローラーは、第1のガイドローラー4aを含めて2本以上有していることが好ましく、これらガイドローラーと糸条Fとの接触長の合計が25mm以上であることが好ましい。この形態によれば、さらに糸道を安定させることが可能となるが、上述のとおり装置が大型化してしまうことを考慮すれば、巻取ボビン10の回転軸と実質的に直角にねじれた位置に回転軸が配されたガイドローラー本数は3本以下、合計接触長は75mm以下であることが好ましい。   In addition, it is preferable to further install one guide roller 4b having a rotation shaft arranged at a position twisted substantially at right angles to the rotation shaft of the winding bobbin 10 immediately below the first guide roller 4a. It is preferable to have two or more guide rollers including the first guide roller 4a in which the rotation shaft is arranged at a position twisted substantially at right angles to the rotation shaft of the winding bobbin 10. The total contact length between the thread F and the yarn F is preferably 25 mm or more. According to this embodiment, it is possible to further stabilize the yarn path. However, in consideration of the increase in the size of the device as described above, the position twisted substantially perpendicular to the rotation axis of the winding bobbin 10. It is preferable that the number of guide rollers provided with a rotating shaft is 3 or less, and the total contact length is 75 mm or less.

以上、述べてきたように、本発明の綾振りガイド装置1が有している全てのガイドローラーと糸条Fとの接触長の合計は、糸道を安定させる観点からは長いほど好ましいが、やはり装置が大型化してしまうことを考慮すれば、50mm以上150mm以下であることが好ましい。また、同様に、ガイドローラーの全本数は7本以下であることが好ましい。   As described above, the total contact length of all the guide rollers and the yarn F that the traverse guide device 1 of the present invention has is preferably as long as possible from the viewpoint of stabilizing the yarn path. Considering that the apparatus will be enlarged again, it is preferably 50 mm or more and 150 mm or less. Similarly, the total number of guide rollers is preferably 7 or less.

次に、最終のガイドローラー5aにおける糸条の離れ点から、巻取ボビン10または巻取機プレッシャーローラー7のいずれかにおける糸条Fの接触点までの距離のうち、短い方が25mm以下であることが好ましい。例えば、図4においては、最終のガイドローラー5aにおける糸条の離れ点から、巻取機プレッシャーローラー7における糸条の接触点までの距離Hが25mm以下であることが好ましい。距離Hは、糸道を安定させる観点からは短いほど好ましいが、ローラー配置の点や糸かけ作業性の点からは5mm以上であることが好ましい。また、巻取ボビン10に巻き取った後、巻取機プレッシャーローラーにより接圧する場合には、最終のガイドローラー5aにおける糸条の離れ点から巻取ボビンにおける糸条の接触点までの距離が25mm以下であることが好ましい。また、トラバースガイドを介す際のガイドローラーと走行糸条との位置関係は、撚りを入れないようにするため直角直進、または、巻取りボビンの回転軸と実質的に平行に回転軸が配されたガイドローラーを用いることが好ましい。   Next, the shorter one of the distance from the separation point of the yarn in the final guide roller 5a to the contact point of the yarn F in either the winding bobbin 10 or the winding machine pressure roller 7 is 25 mm or less. It is preferable. For example, in FIG. 4, it is preferable that the distance H from the yarn separation point in the final guide roller 5a to the yarn contact point in the winder pressure roller 7 is 25 mm or less. The distance H is preferably as short as possible from the viewpoint of stabilizing the yarn path, but is preferably 5 mm or more from the viewpoint of roller arrangement and threading workability. Further, when the winding bobbin 10 is wound and then contacted by the winder pressure roller, the distance from the yarn separation point on the final guide roller 5a to the yarn contact point on the winding bobbin is 25 mm. The following is preferable. In addition, the positional relationship between the guide roller and the traveling yarn when passing through the traverse guide is such that the rotation axis is arranged in a straight line or substantially parallel to the rotation axis of the winding bobbin so as not to twist. It is preferable to use a guide roller.

以下、実施例を用いて本発明をより具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.

[実施例1]
単繊維数12,000本、単繊維繊度1.1[dtex]のアクリロニトリル系繊維束を、240℃の温度の酸化性雰囲気中にて120分間加熱し耐炎化繊維束を得た後、不活性雰囲気中にて最高焼成温度700℃の温度で加熱して予備炭化し予備炭化繊維束を得た。引き続き、予備炭化繊維束を、最高焼成温度2000℃の不活性中で炭化処理するとともに0.95倍に延伸し、炭化繊維束を得た。次に、得られた炭化繊維束を水溶液中にて表面を電解処理し、サイジング剤(竹本油脂株式会社製、製品名:T1800を0.5重量%になるように付与した後、予備乾燥として130℃の温度で6秒間ホットローラー乾燥、および空気中200℃の温度で乾燥し、ドレープ値が8cmである炭素繊維束を得た。
引き続き、得られた炭素繊維束を、走行炭素繊維糸束幅に対する搬送ローラーの溝底フラット部の幅との比率が2で、溝率が20%の溝ローラーおよびガイドローラーを用いて走行させた後、綾振りガイド装置(トラバースガイドローラー)3が図4に示すようになるように設置し、そのガイドローラー接触長を20mmなるように調整した。このときの、図4の第1のガイドローラー4aとガイドローラー4bは、巻取ボビン10の回転軸に対して垂直な面に平行となるようにガイドローラーの軸を取り付け、最終のガイドローラー5aとガイドローラー5bは、巻取ボビン10の回転軸と平行となるように取り付けた。さらに、補助ガイドローラー6に関しては、ガイドローラー4b〜補助ガイドローラー6間の糸道と補助ガイドローラー6〜ガイドローラー5b間の糸道のいずれもが、補助ガイドローラー6の回転軸と垂直な面内となるよう、補助ガイドローラー6を配置した。すなわち、トラバースガイドの5個のガイドローラー全てを、各々その前後の糸道に対して、ガイドローラー回転軸が垂直に捻れた位置になるように配置した。そのあと連続して、巻取機のプレッシャーローラー7における糸条の接触点までの距離Hを20mmに調整し、スクエアエンド型の炭素繊維パッケージとして巻き取った。その炭素繊維パッケージを横方向に4.2[N]の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表1に示す。
[Example 1]
An acrylonitrile fiber bundle having 12,000 single fibers and a single fiber fineness of 1.1 [dtex] is heated in an oxidizing atmosphere at a temperature of 240 ° C. for 120 minutes to obtain a flameproof fiber bundle, and then inert. Pre-carbonized by heating at a maximum firing temperature of 700 ° C. in an atmosphere to obtain a pre-carbonized fiber bundle. Subsequently, the preliminary carbonized fiber bundle was carbonized in an inert atmosphere having a maximum firing temperature of 2000 ° C. and stretched 0.95 times to obtain a carbonized fiber bundle. Next, the surface of the obtained carbonized fiber bundle is subjected to electrolytic treatment in an aqueous solution, and a sizing agent (manufactured by Takemoto Yushi Co., Ltd., product name: T1800 is added so as to be 0.5% by weight, followed by preliminary drying Hot roller drying at a temperature of 130 ° C. for 6 seconds and drying at a temperature of 200 ° C. in air gave a carbon fiber bundle having a drape value of 8 cm.
Subsequently, the obtained carbon fiber bundle was run using a groove roller and a guide roller having a ratio of the width of the groove bottom flat portion of the transport roller to the running carbon fiber yarn bundle width of 2 and a groove rate of 20%. Thereafter, the traverse guide device (traverse guide roller) 3 was installed as shown in FIG. 4, and the guide roller contact length was adjusted to 20 mm. At this time, the first guide roller 4a and the guide roller 4b in FIG. 4 are attached with the shaft of the guide roller so as to be parallel to the plane perpendicular to the rotation axis of the winding bobbin 10, and the final guide roller 5a The guide roller 5 b was attached so as to be parallel to the rotation axis of the winding bobbin 10. Further, with respect to the auxiliary guide roller 6, both the yarn path between the guide roller 4b and the auxiliary guide roller 6 and the yarn path between the auxiliary guide roller 6 and the guide roller 5b are surfaces perpendicular to the rotation axis of the auxiliary guide roller 6. The auxiliary guide roller 6 was disposed so as to be inside. That is, all of the five guide rollers of the traverse guide were arranged so that the guide roller rotation shafts were twisted vertically with respect to the respective yarn paths before and after the traverse guide. Subsequently, the distance H to the contact point of the yarn in the pressure roller 7 of the winder was adjusted to 20 mm, and wound up as a square end type carbon fiber package. The characteristics when the carbon fiber package was pulled out in the transverse direction under a tension condition of 4.2 [N] were as follows. The results are shown in Table 1.

[実施例2]
搬送ガイドが湾曲したすなわち鍔がないガイドローラーを用いたこと以外は、全て実施例1と同じとして炭素繊維パッケージを得、その炭素繊維パッケージを横方向に4.2[N]の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表1に示す。
[Example 2]
A carbon fiber package was obtained in the same manner as in Example 1 except that the conveyance guide was curved, that is, a guide roller having no wrinkles was used, and the carbon fiber package was pulled out in a lateral direction under a tension condition of 4.2 [N]. The characteristics were as follows. The results are shown in Table 1.

[実施例3]
サイジング剤(Sz)付着量が1.0%、ドレープ値が16cmの比較的硬い炭素繊維を得た後は、全て実施例1と同じとして炭素繊維パッケージを得、また、その炭素繊維パッケージを横方向に4.2[N]の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表1に示す。
[Example 3]
After obtaining a relatively hard carbon fiber having a sizing agent (Sz) adhesion amount of 1.0% and a drape value of 16 cm, the same carbon fiber package as in Example 1 was obtained. The characteristics when pulled in the direction under a tension condition of 4.2 [N] were as follows. The results are shown in Table 1.

[比較例1]
溝率が100%である溝ローラーおよびガイドローラーを用いたこと以外は、全て実施例1と同じとして炭素繊維パッケージを得、また、その炭素繊維パッケージを横方向に4.2[N]の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 1]
A carbon fiber package was obtained in the same manner as in Example 1 except that a groove roller and a guide roller having a groove ratio of 100% were used, and the carbon fiber package had a tension of 4.2 [N] in the transverse direction. The characteristics when drawn out under the conditions were as follows. The results are shown in Table 1.

[比較例2]
溝率が100%である溝ローラーおよびガイドローラーを用いたこと以外は、全て実施例3と同じとして炭素繊維パッケージを得、また、その炭素繊維パッケージを横方向に4.2[N]の張力条件で引き出したときの特性は次のとおりであった。結果を表1に示す。
[Comparative Example 2]
A carbon fiber package was obtained in the same manner as in Example 3 except that a groove roller and a guide roller having a groove ratio of 100% were used, and the carbon fiber package had a tension of 4.2 [N] in the transverse direction. The characteristics when drawn out under the conditions were as follows. The results are shown in Table 1.

Figure 2006274497
Figure 2006274497

実施例1〜3の炭素繊維パッケージは、比較例1、2の炭素繊維パッケージに比較して、高次加工性のための強化繊維として使用した場合、ワレなどの欠点が少ない良好な高次加工品が得られた。   The carbon fiber packages of Examples 1 to 3 are good high-order processed with fewer defects such as cracks when used as reinforcing fibers for higher-order processability than the carbon fiber packages of Comparative Examples 1 and 2. Goods were obtained.

本発明の炭素繊維パッケージは、繊度当たりの炭素繊維束の巻き取り糸幅が拡く、また、柔らかい形態保持性が小さい、幅広い巻き取りパッケージを横取りした長手方向に解舒して高次加工工程に入る直前の糸束の形状変化および糸幅のバラツキが小さい。そのため、本発明の炭素繊維パッケージを用いることにより、プリプレグや織物などの高次加工性時の拡幅安定性に優れ、品位の良い安価な高次加工品を製造することができる。   In the carbon fiber package of the present invention, the winding width of the carbon fiber bundle per fineness is widened, and the soft shape retention is small. Small variation in yarn bundle shape and variation in yarn width immediately before entering For this reason, by using the carbon fiber package of the present invention, it is possible to produce an inexpensive high-order processed product with excellent widening stability at the time of high-order workability such as a prepreg or a woven fabric, and a good quality.

図1は、本発明で用いるドレープ値の測定方法を示す概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view showing a drape value measuring method used in the present invention. 図2は、本発明の一実施態様を示すある時間帯の鍔付きガイドローラーを例示する側面図である。FIG. 2 is a side view illustrating a hooked guide roller of a certain time zone showing an embodiment of the present invention. 図3は、図2のガイドローラーのA−A‘における断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line A-A ′ of the guide roller in FIG. 2. 図4は、本発明の炭素繊維パッケージの製造方法の一実施態様を例示説明するためのトラバースガイド装置部分の概略側面図である。FIG. 4 is a schematic side view of a traverse guide device portion for illustrating an embodiment of the carbon fiber package manufacturing method of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 :ドレープ値
2 :鍔付きローラー軸
3 :綾振りガイド装置
4a:第1のガイドローラー
4b:ガイドローラー
5a:最終のガイドローラー
5b:ガイドローラー
6 :補助ガイドローラー
7 :プレッシャーローラー
8 :ガイド案内部
9 :糸条パッケージ
10:巻取ボビン(紙管)
F :繊維束
R :鍔付きローラー半径
L :鍔付きローラー凸幅
1: Drape value 2: Roller shaft with hook 3: Traverse guide device 4a: First guide roller 4b: Guide roller 5a: Final guide roller 5b: Guide roller 6: Auxiliary guide roller 7: Pressure roller 8: Guide guide Part 9: Yarn package 10: Winding bobbin (paper tube)
F: Fiber bundle R: Roller radius with ridge L: Convex width of roller with ridge

Claims (6)

炭素繊維束の巻き取りパッケージ上の平均糸幅W1[mm]と横取り解舒した後の解舒糸の平均糸幅W2[mm]との関係がW2/W1≧0.95であり、かつ前記解舒糸の平均糸幅W2[mm]と総繊度D[tex]の関係がW2≧0.225×D1/2であることを特徴とする炭素繊維パッケージ。 The relationship between the average yarn width W1 [mm] on the winding package of the carbon fiber bundle and the average yarn width W2 [mm] of the unwinding yarn after transverse unwinding is W2 / W1 ≧ 0.95, and A carbon fiber package, wherein the relationship between the average yarn width W2 [mm] of the unwinding yarn and the total fineness D [tex] is W2 ≧ 0.225 × D1 / 2 . 解舒糸の平均糸幅W2のCV値が10%以下である請求項1記載の炭素繊維パッケージ。   The carbon fiber package according to claim 1, wherein the CV value of the average yarn width W2 of the unwinding yarn is 10% or less. 解舒張力が0.3×(D/2)1/2[N]以下である請求項1または2記載の炭素繊維パッケージ。 The carbon fiber package according to claim 1 or 2, wherein the unwinding tension is 0.3 x (D / 2) 1/2 [N] or less. 炭素繊維束の23℃の温度におけるドレープ値が9cm以下であり、実質的に撚りのない炭素繊維束である請求項1〜3のいずれかに記載の炭素繊維パッケージ。   The carbon fiber package according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon fiber bundle is a carbon fiber bundle having a drape value of 9 cm or less at a temperature of 23 ° C of substantially no twist. 炭素繊維束を巻き取り炭素繊維パッケージを製造するに際し、該炭素繊維束をトラバースガイドローラーまで搬送するためのガイドローラーの溝率が5〜40%の範囲のガイドローラーを用い、該トラバースガイドローラーと炭素繊維束の接触長を15mm以上とすることを特徴とする炭素繊維パッケージの製造方法。   When producing a carbon fiber package by winding a carbon fiber bundle, a guide roller having a groove ratio of 5 to 40% for conveying the carbon fiber bundle to a traverse guide roller is used. A method for producing a carbon fiber package, wherein the contact length of the carbon fiber bundle is 15 mm or more. 炭素繊維束を巻き取り炭素繊維パッケージを製造するに際し、糸条走行面が凹上に湾曲して鍔がないガイドローラーの湾曲半径Rが20〜40mmの範囲であるガイドローラーを用いることを特徴とする炭素繊維パッケージの製造方法。   When producing a carbon fiber package by winding a carbon fiber bundle, a guide roller having a curved radius R of a guide roller in which the yarn running surface is curved concavely and has no wrinkles is in a range of 20 to 40 mm is used. A method for manufacturing a carbon fiber package.
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