JP2011084846A - 抄紙基材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】強化繊維の折損が少なく、かつ摘み皺の少ない高品質な抄紙基材の製造方法に関する。
【解決手段】分散媒体に強化繊維束を投入する工程（I）、前記強化繊維束を前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（II）、及び前記スラリーより分散媒体を除去して強化繊維の抄紙基材を得る工程（III）を少なくとも有し、前記工程（II）において前記分散媒体を乱流状態としてスラリーを調整するとともに、前記工程(III)において渦を発生させずに分散媒体を除去する抄紙基材の製造方法。
【選択図】図２

Description

本発明は、強化繊維からなる繊維折損が少なく、摘み皺の少ない抄紙基材の製造方法に関する。

繊維強化熱可塑性樹脂複合材料は、高剛性、高強度が要求される部材の軽量化材料として適用されている。特に、不連続強化繊維を熱可塑性樹脂で強化した不連続繊維強化熱可塑性樹脂は、短い成形時間で複雑形状を成形できる材料であり、なかでもプレス成形用基材は射出成形材料に比べ繊維長が長いため、軽量化効果が高く、近年注目が集まっている。

このプレス成形用基材の製造方法として、強化繊維の抄紙基材と熱可塑性樹脂シートを積層し加熱、加圧することで、抄紙基材に熱可塑性樹脂を含浸する方法がある。強化繊維からなる抄紙基材は、分散媒体に強化繊維束を投入し、スクリュー攪拌を用いて強化繊維束を分散媒体中に分散させたスラリーを調製し、このスラリーより分散媒体を除去して強化繊維からなる抄紙基材を得る工程を経て製造される。

このような強化繊維からなる抄紙基材を製造する際、抄紙基材の表面に、人の指で摘んだような摘み皺が発生することがあり、抄紙基材の生産収率を低下させる問題があった。摘み皺を観察すると、強化繊維の分散不良が起因となって摘み皺が発生している部分と、分散した強化繊維が抄紙基材の厚み方向に突き刺さるように折り重なって摘み皺となっている部分に大別される。

これに対し、スクリュー攪拌速度を早くすることで、強制的に強化繊維の分散不良をなくす方法があるが、この方法によるとスクリュー攪拌時に強化繊維が折れ、想定した繊維長を維持することができないというデメリットも同時に発生していた。

特許文献１には、スラリー調製工程と分散媒体除去工程の間に乱流インサートを設けることで、分散媒体除去工程に渦巻流を発生させることでパルプ繊維の分散不良をなくす方法が記載されている。しかしながら、分散媒体除去工程に渦巻流が発生すると、強化繊維はパルプ繊維に比べ弾性率が高いため、強化繊維にこの方法をそのまま適用したとしても、分散した強化繊維が抄紙基材の厚み方向に突き刺ささり摘み皺となってしまう問題があった。

特許文献２には、圧縮空気を用いた乱流エネルギーによるカーボン材料の分散方法が記載されているが、これはカーボン材料を物理的に解砕して細かく分散する方法であり、強化繊維にこの方法をそのまま適用したとしても、強化繊維の分散不良はなくなるが、想定した繊維長を維持することができなかった。

特開平６−２０７３９４号公報 特開２００７−２３０８１６号公報

本発明は、かかる従来技術の問題点を解消し、強化繊維の折損が少なく、かつ摘み皺の少ない高品質な抄紙基材の製造方法に関するものである。

すなわち本発明は、以下の（１）〜（８）の製造方法からなる。
（１）分散媒体に強化繊維束を投入する工程（I）、前記強化繊維束を前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（II）、及び前記スラリーより分散媒体を除去して強化繊維の抄紙基材を得る工程（III）を少なくとも有し、前記工程（II）において前記分散媒体を乱流状態としてスラリーを調整するとともに、前記工程(III)において渦を発生させずに分散媒体を除去する抄紙基材の製造方法。
（２）前記工程(II)において、分散槽に配置された少なくとも２つ以上の流体導入口から分散槽内に流体を導入してスラリーを調整する（１）に記載の抄紙基材の製造方法。
（３）前記工程(II)において、前記流体が分散槽内で衝突する位置に流体導入口を配置した請求項１または２に記載の抄紙基材の製造方法。
（４）前記流体が、分散媒体あるいはエアーである（１）〜（３）のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。
（５）前記工程(III)において、前記スラリーよりメッシュを介して分散媒体を除去するものであり、前記メッシュの目開き面積が０〜０．０５ｍｍ^２であり、かつ前記メッシュの通気度が１００〜３００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃである（１）〜（４）のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。
（６）前記工程（I）、（II）、（III）を同一の分散槽内で実施する（１）〜（５）のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。
（７）前記工程（II）と前記工程（III）の間に、工程（II）において分散槽内で調整したスラリーを、分散媒体を除去する抄紙槽に移送する工程（II―Ａ）をさらに有する（１）〜（５）のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。
（８）前記強化繊維が炭素繊維である（１）〜（７）のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。

本発明の製造方法によれば、強化繊維束を前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（II）が乱流状態下で行われ、スラリーより分散媒体を除去して強化繊維の抄紙基材を得る工程（III）において渦を発生させずに分散媒体が除去する製造方法で抄紙基材を製造することで、強化繊維の折損を少なく、さらに摘み皺の少ない高品質な抄紙基材を容易に得ることができ、高品質な抄紙基材を高い生産収率で得ることができる。

本発明の抄紙基材の製造装置の一例を模式的に示した図であり、（ａ）は製造装置全体のフロー、（ｂ）は分散槽の上面図（強化繊維束の投入口側からみた図）、をそれぞれ示している。 本発明の抄紙基材の製造装置の別の例を模式的に示した図であり、（ａ）は製造装置全体のフロー、（ｂ）は分散槽の上面図（強化繊維束の投入口側からみた図）、をそれぞれ示している。 抄紙基材の摘み皺の一例を模式的に示す図である。 従来の抄紙基材の製造装置の一例を模式的に示した図である。 実施例２で適用した分散槽の上面図（強化繊維束の投入口側からみた図）を模式的に示した図である。

以下に、本発明の抄紙基材の製造方法について、望ましい実施の形態とともに詳細に説明する。

本発明は、分散媒体に強化繊維束を投入する工程（I）、強化繊維束を分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（II）、及びスラリーより分散媒体を除去して強化繊維の抄紙基材を得る工程（III）を少なくとも有する抄紙基材の製造方法である。

本発明の製造方法を、製造方法の一例を示した模式図である図１や図２、および抄紙基材の模式図である図３を用いて具体的に説明する。

分散媒体に強化繊維束を投入する工程（I）とは、分散媒体１が入った分散槽２の中に強化繊維束３Ａを投入する工程である。強化繊維束を分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（II）とは、分散媒体１が入った分散槽２の中に強化繊維束３Ａを投入した後、分散媒体１および強化繊維束３Ａを分散槽２内で攪拌することで、複数本の強化繊維３Ｂで構成される強化繊維束３Ａが強化繊維３Ｂの単位で分散したスラリー４を調整する工程である。スラリーより分散媒体を除去して強化繊維の抄紙基材を得る工程（III）とは、工程（II）で調整したスラリー４からメッシュ６を介して分散媒体１を除去し、強化繊維の抄紙基材を製造する工程である。

本発明の特徴は、強化繊維束を分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（II）が乱流状態の分散媒体中で行われる抄紙基材の製造方法である。強化繊維束３Ａを乱流状態の分散媒体中で分散させることにより、強化繊維３Ｂまで均一に分散することができる。強化繊維束３Ａを層流状態の分散媒体中で分散すると、分散槽２に投入した強化繊維束３Ａの一部は強化繊維３Ｂまで分散できるが、残りは強化繊維束３Ａのままで残存し、強化繊維３Ｂまで十分に分散されたスラリー４を調整することができない。さらに強化繊維束３Ａを層流状態の分散媒体中で分散させたスラリー４から分散媒体１を除去して得た抄紙基材７には、未分散のまま残存している強化繊維束３Ａが起点となった摘み皺８が発生した。

強化繊維束を分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（II）を乱流状態の分散媒体中で行う方法として、（１）分散媒体表面から分散槽の底面にかけてパンチングメタル板を上下運動させ分散媒体の攪拌を行う方法、および（２）分散槽に配置された流体導入口から分散槽内に流体を導入し分散媒体の攪拌を行う方法など、強化繊維束３Ａが強化繊維３Ｂまで十分に分散できる方法であれば良い。本発明はこれらの方法に限定するものではないが、中でも（２）分散槽に配置された流体導入口から分散槽内に流体を導入し分散媒体の攪拌を行う方法を用いれば、強化繊維３Ｂの繊維折損を少なくできる観点から好ましい。

本発明の更なる特徴は、スラリーより分散媒体を除去して強化繊維の抄紙基材を得る工程（III）において、渦を発生させずに分散媒体を除去する抄紙基材の製造方法である。渦とは、抄紙槽５あるいは分散槽２の底面に配置されているメッシュ６を介してスラリー４から分散媒体１を除去する際に、メッシュ６の直上からメッシュ６の方向に向かって発生する渦のことである。この渦が発生すると、分散した強化繊維３Ｂが渦に巻き込まれ、続いて強化繊維３Ｂがメッシュ６あるいは抄紙基材７に突き刺さり、これが起点となって抄紙基材７に摘み皺８が発生した。

スラリーより分散媒体を除去して強化繊維の抄紙基材を得る工程（III）において、渦を発生させずに分散媒体を除去する方法としては、（１）抄紙槽５あるいは分散槽２の底面に配置されているメッシュ６を介してスラリー４から分散媒体１を除去する際に、分散媒体１を除去する速度を遅くし、スラリー４から分散媒体１を除去する際に発生するメッシュ６の直上の渦を抑制する方法、（２）スラリー４から分散媒体１を除去し、強化繊維を捕集するメッシュ６の目開き面積を小さくし、スラリー４から分散媒体１を除去する際に発生するメッシュ６の直上の渦を抑制する方法など、強化繊維束３Ａが強化繊維３Ｂまで十分に分散したスラリー４の分散媒体１を除去したとき、摘み皺８のない抄紙基材７が得られる方法であれば、特に限定されるものではない。中でも（２）抄紙槽５あるいは分散槽２の底面に配置されているメッシュ６の目開き面積を小さくし、スラリー４から分散媒体１を除去する時に発生するメッシュ６の直上の渦を抑制する方法は、強化繊維３Ｂのメッシュ６への突き刺ささりがなくなり、抄紙基材７の摘み皺８の観点から好ましい。

上述した、強化繊維束を分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（II）を乱流状態の分散媒体中で行う方法の中で、分散槽に配置された流体導入口から分散槽内に流体を導入し分散媒体の攪拌を行う方法について、さらに詳細に説明する。

分散槽２に配置する流体導入口９の位置は、分散媒体１を乱流にできる位置であれば特に限定はないが、中でも分散槽２の側面に配置すると複数の方向から分散槽２内に流体を導入でき、分散媒体１を効率的に乱流にでき好ましい。さらに好ましくは、分散槽２内に導入した流体が、分散槽２内で衝突する位置に流体導入口９を配置と良い。より好ましくは、分散槽２内で少なくとも対向する一対の流体導入口９の軸方向中心線が略同一線上に配置されていると良い。さらに好ましくは、分散槽２内で少なくとも対向する一対の流体導入口９の軸方向中心線が略同一線上かつ分散槽２の底面より同一高さに配置されていると良い。

分散槽２に配置された流体導入口９の数は、分散媒体１を効率的に乱流下にする観点から、少なくとも２個以上あると良い。より好ましくは６個以上、さらに好ましくは２０個以上あると良い。

分散槽２に配置された流体導入口９のノズル径は、分散媒体１を効率的に乱流にする観点から、直径が３ｍｍ以下であると良い。流体導入口９のノズル径は、より好ましくは直径が２ｍｍ以下、さらに好ましくは直径が１ｍｍ以下あると良い。また直径が０．１ｍｍ以下になると、ノズルが詰まる場合がある。

分散槽２に配置された流体導入口９は、分散媒体１を効率的に乱流下にする観点から、隣り合う流体導入口９間のピッチが２００ｍｍ以下、より好ましくは１００ｍｍ以下、さらに好ましくは５０ｍｍ以下であると良い。また隣り合う流体導入口９間のピッチは５ｍｍ以下になると、流体導入配管が設置できない場合がある。

分散槽２に配置された流体導入口９から分散槽２内に流す流体としては、特に限定はないが、好ましくは分散媒体１と同組成の液体あるいはエアー等の気体など、生産効率の観点から分散媒体１の組成が経時的に変化しない流体であると良い。より好ましくは、泡による強化繊維３Ｂの分散向上効果があるエアーが良い。

分散槽２に配置された各々の流体導入口９から分散槽２内に流す流体の流速は、分散媒体１を効率的に乱流にする観点から、２リットル／分以上であると良い。また強化繊維束３Ａの分散の観点から、より好ましくは５リットル／分以上であると良く、さらに好ましくは１０リットル／分以上であると良い。また分散槽２に配置された各々の流体導入口９から分散槽２内に流す流体の流速が３０リットル／分以上になると、強化繊維の繊維折損が発生する場合があることから、流速の上限は３０リットル／分未満とすることが好ましい。

分散媒体に強化繊維束を投入する工程（I）において、分散媒体１に強化繊維束３Ａを投入する割合は、分散槽２内で調製したスラリー中の強化繊維束３Ａの質量含有量（スラリーにおける固形分濃度）が、０．００５〜１．０質量％であることが好ましく、０．０１〜０．５質量％であることがより好ましい。強化繊維束３Ａの質量含有量が１．０質量％を越えると、強化繊維束３Ａの分散が悪くなる場合があり、０．００５質量％未満であると、抄紙基材を製造する際の分散媒体の除去量が多くなり生産効率が悪くなる場合がある。

スラリー７より分散媒体１を除去するために用いるメッシュ６の目開き面積は０〜０．０５ｍｍ^２であると、強化繊維３Ｂのメッシュ６への突き刺ささりがなくなるため、抄紙基材７の摘み皺８の観点から好ましい。より好ましくは、メッシュ６の目開き面積が０〜０．０２ｍｍ^２、さらに好ましくは０〜０．０１ｍｍ^２であると良い。

また、抄紙基材７の生産性の観点から、スラリー７より分散媒体１を除去するために用いるメッシュ６の通気度は１００〜３００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃであると良い。より好ましくはメッシュ６の通気度が１５０〜３００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃ、さらに好ましくは２００〜３００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃであると良い。

スラリーより分散媒体を除去して強化繊維の抄紙基材を得る工程（III）において、スラリー７より分散媒体１を除去するために用いるメッシュ６の材質は、ステンレス製メッシュ、プラスチック製メッシュなどあるが、分散媒体１に対して腐食しにくい材質であれば、特に限定されるものではない。また、メッシュ６の織り構造としては、平織、綾織、繻子織、１重織、１．５重織、２重織、２．５重織、３重織、３．５重織などあるが、強化繊維３Ｂのメッシュ６への突き刺ささりが抑制できるものであれば、特に限定されるものではない。

なお本発明の抄紙基材の製造方法は、抄紙基材７の摘み皺８を少なくする観点から、工程（I）、（II）、（III）を同一の分散槽２内で実施するバッチ方式の抄紙基材の製造方法であってもよい。また抄紙基材７の摘み皺８を少なくする観点から、工程（II）と工程（III）の間に、工程（II）において分散槽２内で調整したスラリーを、移液部１１を介して、工程（III）で分散媒体を除去する抄紙槽５に移送する工程（II―Ａ）を含む連続式の抄紙基材の製造方法であってもよい。

続いて、上述の抄紙基材の製造方法で使用する分散媒体、強化繊維などの原料に関し、詳細に説明する。

本発明の分散媒体とは、強化繊維束３Ａを分散させ得る媒体を意味する。分散媒体１の例としては、水、またはアルコールなどの有機溶媒など、いわゆる溶媒が挙げられるが、分散媒体の排液処理が簡素である水が好ましい。

水としては、通常の水道水のほか、蒸留水、精製水等を使用することができる。水には必要に応じて界面活性剤を混合し得る。界面活性剤は、陽イオン型、陰イオン型、非イオン型、両性の各種に分類されるが、このうち非イオン性界面活性剤が好ましく用いられ、中でもポリオキシエチレンラウリルエーテルがより好ましく用いられる。界面活性剤を水に混合する場合の界面活性剤の濃度は、好ましくは０．０１質量％以上１質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以上０．５質量％以下である。界面活性剤の濃度が０．０１質量％以上であることにより、強化繊維を短時間で分散できる。界面活性剤の濃度が１質量％以下であることにより、抄紙基材への界面活性剤の付着率を抑制でき、抄紙基材を使った繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の力学特性を高く維持することができる。また、分散媒体には必要に応じて高分子化合物を溶解させ、分散媒体の粘度を調整し得る。高分子化合物は、溶媒の種類に応じて水溶性高分子、有機溶性高分子を好ましく用いることができる。分散媒体が水の場合は、デンプン、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシドがより好ましく用いられる。高分子化合物を分散媒体に溶解する場合の高分子化合物の濃度は、好ましくは０．０１質量％以上５質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以上１質量％以下である。高分子化合物の濃度が０．０１質量％以上であることにより、分散媒体１中に分散した強化繊維の再凝集を抑制することができる。高分子化合物の濃度が５質量％以下であることにより、抄紙基材への高分子化合物の付着率を抑制でき、抄紙基材を使った繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の力学特性を高く維持することができる。

分散媒体を構成する溶媒、界面活性剤、および高分子化合物は１種類であってもよいし、２種類以上であってもよい。

分散媒体は、ＪＩＳ Ｋ ７１１７−１（１９９９）に記載された手法により、ブルックフィールド形回転粘度計（Ｂ型）を用いて測定される粘度が、２〜１００ｍＰａ・ｓであることが好ましく、２〜８０ｍＰａ・ｓであることがより好ましく、３〜５０ｍＰａ・ｓであることがさらにより好ましい。粘度が２ｍＰａ・ｓ以上であることにより、メッシュ６の直上に発生する渦を抑制し、抄紙基材７の摘み皺８を少なくでき好ましい。また、Ｂ型粘度計により測定される粘度が１００ｍＰａ・ｓ以下であることにより、分散媒体１をスラリー７から除去する分散媒体除去速度を落とすことなく、抄紙基材７を製造することができる。

本発明の抄紙基材を構成する強化繊維とは、ＪＩＳ−Ｒ−７６０１（１９９９）により測定される引張弾性率が２０〜６００ＧＰａの範囲内である繊維のことである。引張弾性率が２０ＧＰａより小さいと、抄紙基材を使った繊維強化熱可塑性樹脂複合材料の力学特性が低く、高剛性、高強度が要求される部材の軽量化材料に適用することができない。引張弾性率が６００ＧＰａを越えると、強化繊維の伸度が小さく、極めて繊維折損しやすく、分散媒体中に投入する強化繊維束の繊維長を維持することができない。好ましくは５０〜５００ＧＰａの範囲内であると良く、さらに好ましくは１５０〜４００ＧＰａの範囲内であると良い。

本発明の抄紙基材を構成する強化繊維としては、例えば、アルミニウム、鉄、マグネシウム、チタンおよびこれらとの合金などの金属繊維や、ＳｉＣを主成分とする繊維、ガラス繊維、ホウ素繊維、アルミナ繊維、石英繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維、活性炭素繊維などの無機繊維や、アラミド繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維などの有機繊維や、ニッケルや銅をガラス繊維や炭素繊維などの表面にコーティングした金属被覆繊維が挙げられる。これらは、単独または２種以上併用して用いても良い。なお本発明の抄紙基材の製造方法は、分散した強化繊維３Ｂが渦に巻き込まれ、続いて強化繊維３Ｂがメッシュ６あるいは抄紙基材７に突き刺さり、これが起点となって抄紙基材７に発生する摘み皺８を少なくできるため、引張弾性率の高い炭素繊維に好ましく適用できる。中でも繊維の強度と弾性率のバランスの観点から、ポリアクリロニトリル系の炭素繊維がさらに好ましく適用できる。

本発明の抄紙基材を構成する強化繊維束は、連続繊維を所定長さにカットしたチョップド繊維束が好ましく用いられる。分散性の観点から、２〜５０ｍｍの範囲内であると良く、より好ましくは３〜３０ｍｍの範囲内であり、さらに好ましくは３〜２５ｍｍの範囲内である。

本発明の抄紙基材を構成する強化繊維束のフィラメント数は分散性の観点から、１００〜７００，０００本の範囲内で使用することが好ましく、強化繊維束の取り扱い性とのバランスの観点から１，０００〜５０，０００本の範囲内で使用することがさらに好ましい。

抄紙基材の目付は、１０〜５００ｇ／ｍ^２であることが好ましく、５０〜３００ｇ／ｍ^２であるとより好ましい。１０ｇ／ｍ^２未満であると抄紙基材の破れなどの取扱い性に不具合が生じるおそれがあり、５００ｇ／ｍ^２を越えると、抄紙基材の乾燥に時間がかかるなど、その後のプロセスに不具合が生じるおそれがある。

本発明において得られる抄紙基材は、繊維強化脂複合材料用の強化繊維抄紙基材として用いることができる。好ましくは、強化繊維の抄紙基材と熱可塑性樹脂シートを積層し加熱、加圧することで、抄紙基材に熱可塑性樹脂を含浸したプレス成形用基材として用いることができる。

以下、実施例によって、本発明の抄紙基材の製造方法について具体的に説明するが、下記の実施例は本発明を制限するものではない。
各実施例および比較例で用いた評価方法は次の通りとした。

［メッシュの目開面積の評価］
抄紙基材の製造に使用したメッシュの異なる１ヶ所から試験片約１ｃｍ×１ｃｍを採取し、試験片をデジタルマイクロスコープ（キーエンス社製、ＶＨＸ−１０００）にて、試験片内で目開部分（貫通している部分）を無作為に１００個抽出し、目開部分の縦長さ（Ａ１）、横長さ（Ａ２）を０．０１ｍｍ単位まで測定し、次式によりメュシュの目開面積（Ｓ）を求めた。
・目開面積（Ｓ）＝Ａ１×Ａ２
なお、無作為に抽出する目開部分を１００個以上とすれば、算出される目開面積（Ｓ）の値にはほぼ変化がなかった。

［メッシュの通気度の評価］
ＪＩＳ Ｌ １０９６（１９９９）に記載の通気性評価方法のなかで、Ａ法（フラジール型法）を用いてメッシュの通気度を評価した。抄紙基材の製造に使用したメッシュの異なる５ヶ所から試験片約２０ｃｍ×２０ｃｍを採取し、フラジール型通気度試験機（(株)大栄科学精器製作所製、ＡＰ−３６０ＳＭ）を用い、円筒の一端に試験片を取り付けた後、加減抵抗器によって傾斜形気圧計が１２５Ｐａ（１．２７ｃｍＨ_２Ｏ）の圧力を示すように吸込みファンを調整し、そのときの垂直形気圧計の示す圧力と、使用した空気孔の種類とから、試験機に附属の表によって試験片を通過する空気量（ｃｍ３／ｃｍ２／ｓ）を求めた。測定は５回とし、その平均値を算出し、メッシュの通気度とした。

［摘み皺個数の評価］
抄紙により得られた抄紙基材の任意の部位より、６００ｍｍ×６００ｍｍの正方形状に抄紙基材を切り出し、目視観察にて抄紙基材表面に発生した摘み皺の数を測定した。測定した摘み皺の数が０個を◎、摘み皺の数が１個以下を○、摘み皺の数が５個以下を△、摘み皺の数が６個以上を×として評価した。

［繊維長の評価方法］
抄紙により得られた抄紙基材の任意の部位より、２０ｍｍ×２０ｍｍの正方形状に抄紙基材を切り出し、石英ガラス容器に投入した。容器に抄紙基材を入れた状態で、空気中、５００℃の温度で２時間加熱し、熱可塑性樹脂を焼き飛ばした後、室温まで冷却し、サイジング剤などの強化繊維に付着している成分を焼き飛ばして強化繊維を分離させた。分離させた強化繊維を、無作為に４００本抽出し、光学顕微鏡もしくは走査型電子顕微鏡にてその長さを１μｍ単位まで測定し繊維長とし、次式により数平均繊維長（Ｌｎ）を求めた。
・数平均繊維長（Ｌｎ）＝（ΣＬｉ）／４００
・Ｌｉ：測定した繊維長（ｉ＝１、２、３、・・・、４００）
なお、無作為に抽出する測定強化繊維本数を４００本以上とすれば、算出される強化繊維の数平均繊維長（Ｌｎ）の値にはほぼ変化がなくなった。

［ＰＡＮ系炭素繊維（Ａ１）］
アクリロニトリル（ＡＮ）９９．４モル％とメタクリル酸０．６モル％からなる共重合体を用いて、乾湿式紡糸方法により単繊維デニール１ｄ、フィラメント数１２，０００のアクリル系繊維束を得た。得られたアクリル系繊維束を２４０〜２８０℃の温度の空気中で、延伸比１．０５で加熱し、耐炎化繊維に転換し、次いで窒素雰囲気中３００〜９００℃の温度領域での昇温速度を２００℃／分とし１０％の延伸を行った後、１，３００℃の温度まで昇温し焼成した。この炭素繊維束に硫酸を電解質とした水溶液で、炭素繊維１ｇあたり３クーロンの電解表面処理を行い、さらに浸漬法によりサイジング剤を付与し、１２０℃の温度の加熱空気中で乾燥し、カートリッジカッターでカットし、ＰＡＮ系炭素繊維束（Ａ１）を得た。
総フィラメント数：１２，０００本
単繊維直径：７μｍ
単位長さ当たりの質量：０．８ｇ／ｍ
比重：１．８ｇ／ｃｍ３
引張強度（注１）：４．２ＧＰａ
引張弾性率（注２）：２３０ＧＰａ
サイジング種類：ポリオキシエチレンオレイルエーテル
サイジング付着量（注３）：１．５質量％。
カット長：６．４ｍｍ
（注１）引張強度、（注２）引張弾性率の測定条件：
これらは、ＪＩＳ−Ｒ−７６０１（１９９９）「樹脂含浸ストランド試験法」に記載された手法により求めた。ただし、測定する強化繊維の樹脂含浸ストランドは、“ＢＡＫＥＬＩＴＥ”（登録商標）ＥＲＬ４２２１（１００重量部）／３フッ化ホウ素モノエチルアミン（３重量部）／アセトン（４重量部）を、強化繊維に含浸させ、１３０℃、３０分で硬化させて形成した。また、ストランドの測定本数は、６本とし、各測定結果の平均値を、その強化繊維の引張強度、引張弾性率とした。
（注３）サイジング剤の付着量の測定条件：
試料として、サイジング剤が付着している強化繊維約５ｇを採取し、耐熱性の容器に投入した。次のこの容器を１２０℃で３時間乾燥した。吸湿しないようにデシケーター中で注意しながら室温まで冷却後、秤量した重量をＷ_１（ｇ）とした。続いて、容器ごと、窒素雰囲気中で、４５０℃で１５分間加熱後、同様にデシケーター中で吸湿しないように注意しながら室温まで冷却後、秤量した重量をＷ_２（ｇ）とした。以上の処理を経て、強化繊維へのサイジング剤の付着量を次の式により求めた。
（式）付着量（質量％）＝１００×｛（Ｗ_１−Ｗ_２）／Ｗ_２｝
なお、測定は３回行い、その平均値を付着量として採用した。

［分散媒体（Ｂ１）］
水と水溶性高分子（住友精化（株）製、ＰＥＯ−８Ｚ（商品名））を混合し、濃度０．２５質量％の分散媒体を得た。分散媒体のＢ型粘度計で測定される粘度は１０ｍＰａ・ｓであった。

［メッシュ（Ｃ１）］
抄紙基材の製造に使用するメッシュ６として、プラスチックワイヤーメッシュ（日本フィルコン（株）製、ＳＳ−４００（商品名））を使用した。
タイプ：２重織
メッシュの目開面積：０．０１ｍｍ^２
メッシュの通気度：１５０ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ

［メッシュ（Ｃ２）］
抄紙基材の製造に使用するメッシュ６として、プラスチックワイヤーメッシュ（日本フィルコン（株）製、ＯＬ−３６（商品名））を使用した。
タイプ：綾織
メッシュの目開面積：０．１ｍｍ^２
メッシュの通気度：３８０ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓ

［実施例１］
図２に示すバッチ式抄紙装置を使って以下の手順で抄紙基材を作成した。

６００ｍｍ×６００ｍｍ×６００ｍｍの分散槽２の底面には、強化繊維を分散した後、強化繊維を捕集するためメッシュ６を配置した。メッシュ６にはメッシュ（Ｃ１）を使用した。さらに、メッシュ６のたるみを防止するため、メッシュ６の下部に、厚さ２０ｍｍの多孔板の上に２０メッシュの金網が取り付けてあるメッシュ補強１３を配置した。

分散槽２の側面のうち対向する側面に１５０ｍｍピッチで片側３個ずつ、計６個の流体導入口９を、流体導入口９から導入された流体が分散槽２内で衝突するように、相対する流体導入口９それぞれの軸方向中心線がほぼ一直線となるような位置に配置した。ここで流体導入口９のノズル径は直径０．９ｍｍとした。

分散槽２内に分散媒体（Ｂ１）を１６０リットル投入し、分散槽２内に強化繊維束（Ａ１）を１６ｇ投入し、続いて流体導入口９からエアーを流量６リットル／分で１分間導入し、分散媒体１中で強化繊維束３Ａを攪拌した後、流体導入口９からのエアー導入を止め、強化繊維束３が強化繊維３Ｂの単位で分散したスラリー４を調整した。

流体導入口９からのエアー導入を止めた直後に、分散媒体除去バルブ１２を開き、スラリー４から分散媒体１を真空吸引（図示しない）により除去し、目付が４０ｇ／ｍ^２の炭素繊維からなる抄紙基材を得た。各工程における実施条件および得られた炭素繊維からなる抄紙基材の評価結果を、表１に示した。

［実施例２］
実施例１において、分散槽２の側面のうち対向する側面に１５０ｍｍピッチで片側３個ずつ、計６個の流体導入口９を、流体導入口９から導入された流体が分散槽２内で衝突しないように、図５に示すとおり、相対する流体導入口９それぞれの軸方向中心線がほぼ等間隔となる位置に配置した。このほかは、実施例１と同様に行った。

［実施例３］
実施例１において、分散槽２の側面のうち対向する側面に２００ｍｍピッチで片側２個ずつ、計４個の流体導入口９を、流体導入口９から導入された流体が分散槽２内で衝突するように、相対する流体導入口９それぞれの軸方向中心線がほぼ一直線となるような位置に配置した。このほかは、実施例１と同様に行った。

［実施例４］
実施例１において、メッシュ６にはメッシュ（Ｃ２）を使用した。このほかは、実施例１と同様に行った。

［実施例５］
実施例１において、流体導入口９から分散媒体（Ｂ１）を流量６リットル／分で１分間導入し、分散媒体１中で強化繊維束３Ａを攪拌した後、流体導入口９からの分散媒体（Ｂ１）の導入を止め、強化繊維束３が強化繊維３Ｂの単位で分散したスラリー４を調整した。このほかは、実施例１と同様に行った。

［比較例１］
実施例１において、メッシュ６にはメッシュ（Ｃ２）を使用した。このほかは、実施例１と同様に行った。

［比較例２］
図４に示すバッチ式抄紙装置を使って以下の手順で抄紙基材を作成した。

６００ｍｍ×６００ｍｍ×６００ｍｍの分散槽２の底面には、強化繊維を分散した後、強化繊維を捕集するためメッシュ６を配置した。メッシュ６にはメッシュ（Ｃ１）を使用した。さらに、メッシュ６のたるみを防止するため、メッシュ６の下部に、厚さ２０ｍｍの多孔板の上に２０メッシュの金網が取り付けてあるメッシュ補強１３を配置した。

分散槽２には３枚羽根、外径２７０ｍｍ、羽根段数１段からなるスクリュー攪拌機１４を設置した。

分散槽２内に分散媒体（Ｂ１）を１６０リットル投入し、分散槽２内に強化繊維束（Ａ１）を１６ｇ投入し、スクリュー攪拌機１４を６００ｒｐｍにて１分間回転させ、分散媒体１中で強化繊維束３Ａを攪拌した後、スクリュー攪拌を止め、強化繊維束３が強化繊維３Ｂの単位で分散したスラリー４を調整した。

スクリュー攪拌を止めた直後に、分散媒体除去バルブ１２を開き、スラリー４から分散媒体１を真空吸引（図示しない）により除去し、目付が４０ｇ／ｍ^２の炭素繊維からなる抄紙基材を得た。各工程における実施条件および得られた炭素繊維からなる抄紙基材の評価結果を、表１に示した。

表１から明らかなように、実施例１〜４ではいずれも摘み皺が少なく、強化繊維の平均繊維長が長い抄紙基材を得ることができた。強化繊維束を乱流下で分散媒体中に分散させスラリーとし、さらに渦の発生しない状態でスラリーより分散媒体を除去することにより、抄紙基材に発生する摘み皺を少なくでき、強化繊維の平均繊維長を長く維持した状態で抄紙基材を製造できることが明らかとなった。（実施例１〜４および比較例１〜２参照）。

分散槽内に導入した流体が、分散槽内で衝突する位置に流体導入口を配置し、さらに流体導入口の数を増やすことにより、抄紙基材に発生する摘み皺を少なくできることが明らかとなった。（実施例１〜３）

分散槽に配置された流体導入口から分散槽内に流す流体に、分散媒体あるいはエアーを適用することにより、抄紙基材に発生する摘み皺を少なくできることが明らかとなり、中でもエアーを使うことで摘み皺の発生を防止できることが明らかとなった。

本発明において得られる抄紙基材は、電気・電子機器部品、土木・建築用部品、自動車・二輪車用部品、航空機用部品などの各種用途に用いることができる。

１ 分散媒体
２ 分散槽
３Ａ 強化繊維束
３Ｂ 強化繊維
４ スラリー
５ 抄紙槽
６ メッシュ
７ 抄紙基材
８ 摘み皺
９ 流体導入口
１０ 移液バルブ
１１ 移液部
１２ 分散媒体除去バルブ
１３ メッシュ補強
１００、２００、３００ 抄紙基材の製造装置
Ｐ 隣り合う流体導入口のピッチ

Claims (8)

1. 分散媒体に強化繊維束を投入する工程（I）、前記強化繊維束を前記分散媒体中に分散したスラリーを調製する工程（II）、及び前記スラリーより分散媒体を除去して強化繊維の抄紙基材を得る工程（III）を少なくとも有し、前記工程（II）において前記分散媒体を乱流状態としてスラリーを調整するとともに、前記工程(III)において渦を発生させずに分散媒体を除去する抄紙基材の製造方法。
2. 前記工程(II)において、分散槽に配置された少なくとも２つ以上の流体導入口から分散槽内に流体を導入してスラリーを調整する請求項１に記載の抄紙基材の製造方法。
3. 前記工程(II)において、前記流体が分散槽内で衝突する位置に流体導入口を配置した請求項１または２に記載の抄紙基材の製造方法。
4. 前記流体が、分散媒体あるいはエアーである請求項１〜３のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。
5. 前記工程(III)において、前記スラリーよりメッシュを介して分散媒体を除去するものであり、前記メッシュの目開き面積が０〜０．０５ｍｍ^２であり、かつ前記メッシュの通気度が１００〜３００ｃｍ^３／ｃｍ^２／ｓｅｃである請求項１〜４のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。
6. 前記工程（I）、（II）、（III）を同一の分散槽内で実施する請求項１〜５のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。
7. 前記工程（II）と前記工程（III）の間に、工程（II）において分散槽内で調整したスラリーを、分散媒体を除去する抄紙槽に移送する工程（II―Ａ）をさらに有する請求項１〜５のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。
8. 前記強化繊維が炭素繊維である請求項１〜７のいずれかに記載の抄紙基材の製造方法。

Images