JP2018020391A - 再生繊維の製造装置及び再生繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二種類の長さからなる再生繊維を製造する製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】再生繊維の製造装置１は、長尺の繊維積層品を長手方向で搬送する搬送手段と、積層品を一定の長さで切断する切断手段５と、を備えている。切断手段５は、上刃６と、上刃６を受ける刃受け面を備えた台座部７と、上刃６を上下方向に駆動する駆動手段と、を備えている。上刃６の刃面が、繊維積層品の幅方向に対して２２．５°の角度をなすように配置されており、繊維積層品１００を一定の間隔で切断する。切断される繊維積層品１００は、長手方向に配置した縦糸の層１０１ と、幅方向に配置した横糸の層１０２と、縦糸に対して約４５°の角度をなすように配置した第一の傾斜糸の層１０３と、第一の傾斜糸に略直交する第二の傾斜糸の層１０４と、を交互に積層して形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、再生繊維の製造装置と製造方法に関する。特に、主に二種類の長さからなる再生繊維を得ることができる再生繊維の製造装置と製造方法に関する。

各種の樹脂の中に強化繊維を添加した繊維強化プラスチックが知られている。繊維強化プラスチックに用いる繊維素材としてはガラス繊維や炭素繊維が知られており、このうち最も一般的なものは、炭素繊維である。繊維強化プラスチックに炭素繊維を適用する形態としては、繊維の向きをそれぞれ変えた複数の層に樹脂を含浸させて重ね合わせた積層品や、平織りの織布に樹脂を含浸させて複数重ね合わせた積層品や、比較的繊長が短い炭素繊維を樹脂に混合した形態が一般的である。以下においては、繊維を一定の方向に配置して積層し、この積層品に樹脂を含浸させて一体とした製品を、「繊維積層品」と称する。

繊維積層品の強度には、繊維を配列した方向が大きく影響する。炭素繊維の場合は、繊維の長さ方向の引張強度が極めて高くなる。特許文献１には、引張強度を平均化する目的で、織布同士を繊維の方向が互いに対して４５°ずれるように配置して積層する技術が開示されている。

炭素繊維は高価で劣化しにくい繊維であり、使用済の繊維強化プラスチックから炭素繊維を取り出して再利用することが望まれている。繊維積層品から炭素繊維を取り出す場合、繊維積層品を裁断してから含浸されている樹脂を除去して炭素繊維を取りだしている。しかし従来は、裁断工程によって炭素繊維がいろいろな長さに切断されるため、再生繊維の集合体としての強度が安定しないという問題点が指摘されていた。また、裁断時に炭素繊維の再利用できない細片が多く生じるために、再生工程の歩留まりが低いという問題点が指摘されていた。

特開２００５−２７１８７５号公報

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、主に二種類の長さからなる再生繊維を製造するための製造装置および製造方法を提供することを、解決すべき課題としてなされたものである。

本発明の再生繊維の製造装置は、長尺の繊維積層品を、この繊維積層品の長手方向に搬送する搬送手段と、繊維積層品を一定の長さで切断する切断手段と、を備えており、切断手段が、上刃と、上刃を受ける刃受け面を備えた台座部と、搬送されてきた繊維積層品を切断する位置で上刃を上下方向に駆動する駆動手段と、を備えている。本発明の再生繊維の製造装置は、上刃の刃面が、繊維積層品の幅方向に対して２２．５°の角度をなすように配置されていることを特徴とする。

本発明はまた、再生繊維の製造方法を提供する。本発明の再生繊維の製造方法は、長手方向に配置した縦糸の層と、幅方向に配置した横糸の層と、縦糸に対して約４５°の角度をなすように配置した第一の傾斜糸の層と、第一の傾斜糸に略直交するように配置した第二の傾斜糸の層と、を交互に積層した長尺の繊維積層品に適用される。本発明の再生繊維の製造方法は、長尺の繊維積層品を長手方向に搬送する工程と、この長尺の繊維積層品を、繊維積層品の幅方向に対して２２．５°の角度をなす切断方向で、一定の間隔で切断する工程と、を備えていることを特徴とする。

本発明の再生繊維の製造装置および製造方法によって、主に二種類の長さからなる再生繊維を得ることができる。繊維長の分布が特定されているため、再生繊維の集合体としての物性値が安定しており、種々の用途に使用することができる。

本発明の再生繊維の製造装置は、原料である繊維積層品の幅方向に対する切断手段の角度が２２．５°である以外は従来知られている切断機の構成を適用することが可能であり、装置を容易に得ることができる。

図１は、原料の繊維積層品の繊維の配置と切断箇所を示す図である。 図２は、本発明の再生繊維の製造装置を模式的に示す上面図である。 図３は、本発明の再生繊維の製造装置を模式的に示す側面図である。 図４は、縦糸の層と横糸の層とを切断することによって得られる二種類の繊維を示す図である。 図５は、第一の傾斜糸の層と第二の傾斜糸の層とを切断することによって得られる二種類の繊維を示す図である。 図６は、本発明の再生繊維の再生方法に用いる繊維積層品の構成を模式的に示す図である。

再生繊維の製造装置
図２に本発明の再生繊維の製造装置の上面図を示し、図３に再生繊維の製造装置の側面図を示す。以下、図２および図３を参照して、本発明にかかる再生繊維の製造装置の構成を説明する。本発明の再生繊維の製造装置１は、長尺の繊維積層品１００を、繊維積層品１００の長手方向に搬送する搬送手段と、繊維積層品を一定の長さで切断する切断手段５とを備えている。

搬送手段は、繊維積層品１００の位置決めをするガイド部材３と、搬送用のローラ４とを含んで構成される。切断手段５は、上刃６と、上刃６を受ける刃受け面を備えた台座部７とを備えている。また切断手段５は、上刃６を上下方向に駆動する図示されない駆動手段を備えている。

切断手段５の上刃６は、刃面が繊維積層品１００の幅方向に対して２２．５°の角度をなすように配置されている。すなわち、搬送方向Ａに対して６７．５°の角度をなすように配置されている。これにより、駆動手段によって上下運動をする上刃６と台座部７とによって、繊維積層品１００はその幅方向に対して２２．５°傾斜した角度で切断される。

本実施形態の再生装置１は、繊維積層品１００を切断する間隔Ｗを、繊維積層品１００の幅方向の長さの１／２．４以下の任意の長さに設定している。より好ましい繊維積層品１００の切断間隔Ｗは、繊維積層品１００の幅方向の長さの１／５以下の長さである。切断間隔をより大きくした場合、端材の発生によって製造された再生繊維のなかに規定よりも短い長さの繊維が混入する割合が増え、再生繊維の集合体としての特性が変化する恐れがある。

繊維積層品
図６は、本発明の再生繊維の製造に用いられる長尺の繊維積層品１００の構成を模式的に示す図である。以下においては、長尺で全体の形状が略長方形である繊維積層品１００において、長辺と平行な方向を長手方向と称し、長手方向と平行に配置されている繊維を縦糸と称する。また、長手方向に対して垂直な方向を幅方向と称し、幅方向と平行に配置されている繊維を横糸と称する。繊維積層品１００は、縦糸の層１０１と、横糸の層１０２と、縦糸に対して約４５°の角度をなすように配置した第一の傾斜糸の層１０３と、第一の傾斜糸に略直交するように配置した第二の傾斜糸の層１０４と、を交互に積層することで形成されている。それぞれの層１０１，１０２，１０３，１０４は、任意の方向に対して均一な強度を得るために、同じ厚さで積層してもよく、また、特に搬送方向の強度を増すために縦糸の層１０１を厚く積層しても良い。なお、図６では、繊維の配置をより認識しやすくするために、それぞれの層１０１、１０２、１０３、１０４を略正方形で表示しているが、実際の繊維積層品は長尺の織布状となるように、幅方向の両端部を揃えた状態で積層される。

ここで、「第一の傾斜糸の層を、縦糸に対して約４５°の角度をなすように配置した」とは、第一の傾斜糸を縦糸に対して通常の繊維製造工程で実現可能な精度で配置する場合の、角度の目標値を４５°としていることを指す。また、「第二の傾斜糸が第一の傾斜糸に略直交する」とは、第二の傾斜糸を第一の傾斜糸に対して通常の繊維製造工程で実現可能な精度で配置する場合の、角度の目標値を９０°としていることを指す。

再生繊維の製造方法
図１に、繊維積層品１００の上面図を示し、さらに繊維積層品１００を切断手段５によって切断する予定の切断箇所を、一点鎖線の想像線Ｌで示している。切断予定箇所は、切断手段５の上刃６の角度によって、繊維積層品１００の幅方向に対して２２．５°の角度で傾斜するように規定されている。なお、図１では、最上層に第二の傾斜糸の層１０４を配置した繊維積層品１００を例として示しているが、どの層が最上層となっていても、同様に再生繊維を製造することができる。

再生繊維を製造する時、繊維積層品１００は、製造装置１に対して、長手方向で連続的に搬送されて、供給される。図１では、繊維積層品１００の搬送方向である長手方向を、符号Ａを付した矢印で示している。本実施形態の製造方法において、繊維積層品１００の切断予定箇所Ｌと切断予定箇所Ｌとの間の間隔である切断間隔Ｗは、繊維積層品１００の幅方向の長さに対して１／１０以上１／２．４以下に設定されている。すなわち、繊維積層品１００は、幅方向の長さの４２％よりも短い間隔で切断される。

図４に、切断間隔Ｗが設定されている切断予定線Ｌの位置で繊維積層品１００を切断したときに、縦糸の層１０１から得られる繊維１０１Ｓと、横糸の層１０２から得られる繊維１０２Ｓと、を示す。図５に、同様に、切断間隔Ｗが設定されている切断予定線Ｌの位置で繊維積層品１００を切断したときに、第一の傾斜糸の層１０３から得られる繊維１０３Ｓと、第二の傾斜糸の層１０４から得られる繊維１０４Ｓとを示す。

図４に示すとおり、縦糸の層１０１から得られる繊維１０１Ｓの繊維長は、Ｗである。横糸の層１０２から得られる繊維１０２Ｓの繊維長は、以下の式（１）で示される。
１０２Ｓの繊維長 ＝ Ｗ ÷ ｔａｎ（２２．５°） ＝２．４１×Ｗ ・・・式（１）

図５から明らかであるように、第一の傾斜糸の層１０３が縦糸に対して約４５°の角度をなして配置されており、且つ切断予定箇所Ｌが幅方向に対して２２．５°の角度をなすように規定されていることによって、第一の傾斜糸の層を切断して得られる繊維１０３Ｓは、縦糸の層１０１から得られる繊維１０１Ｓと同様に、長さが切断間隔（Ｗ）と等しくなる。同様に、 第二の傾斜糸の層１０４が第一の傾斜糸の層と略直交しており、且つ切断予定箇所Ｌが幅方向に対して２２．５°の角度をなすように規定されていることによって、第二の傾斜糸の層を切断して得られる繊維１０４Ｓは、横糸の層１０２から得られる繊維１０２Ｓと同様に、長さが２．４１×Ｗとなる。

搬送手段上で繊維積層品１００が位置ずれを生じ、その結果、切断予定箇所Ｌの角度がずれる場合がある。しかしながら、通常、搬送方向Ａに対する繊維の長手方向の角度のずれは、±５°以下である。たとえ±５°の角度のずれが生じた場合であっても、規定の長さＷに対する誤差は、最大で３．８％となる。同様に、規定の長さ２．４１×Ｗに対する誤差は、最大で２６．８％となる。これらのずれ量は、繊維の集合体の特性に大きな影響を与えない。

繊維積層品１００を切断した場合、幅方向の端部で、規定よりも繊維長の短い端材がわずかに発生する。切断間隔Ｗが小さくなるほど端材の量は減少する。また、再生繊維の製造に用いる繊維積層品１００の幅が広くなるほど、製造される再生繊維に占める端材の割合は低くなる。実際には、繊維の集合体の用途と必要とされる強度に応じて、切断間隔Ｗが選択される。

本発明の再生繊維の製造装置１および製造方法によって、切断間隔Ｗと同じ長さの繊維と切断間隔Ｗの２．４１倍の繊維の二種類からなる再生繊維の集合体を得ることができる。繊維長の分布が特定されているため、再生繊維の集合体としての物性値が安定しており、種々の用途に使用することができる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。たとえば、繊維積層品を、互いに直交する方向に繊維を配置した平織りの織布を互いに４５°ずらして複数重ね合わせたりした積層品で構成することも可能である。

１・・再生繊維の製造装置
３・・ガイド部材
４・・ローラ
５・・切断手段
６・・上刃
７・・台座部
１００・・繊維積層品
１０１・・縦糸の層
１０２・・横糸の層
１０３・・第一の傾斜糸の層
１０４・・第二の傾斜糸の層
１０１Ｓ，１０２Ｓ，１０３Ｓ，１０４Ｓ・・再生繊維
Ａ・・搬送方向（繊維の長手方向）
Ｌ・・切断予定箇所
Ｗ・・切断間隔

Claims (2)

1. 長尺の繊維積層品を、当該繊維積層品の長手方向に搬送する搬送手段と、前記繊維積層品を一定の長さで切断する切断手段と、を備えている再生繊維の製造装置であって
   前記切断手段が、上刃と、前記上刃を受ける刃受け面を備えた台座部と、搬送されてきた繊維積層品を切断する位置で前記上刃を上下方向に駆動する駆動手段と、を備えており、
   前記上刃の刃面が、前記繊維積層品の幅方向に対して２２．５°の角度をなすように配置されていることを特徴とする再生繊維の製造装置。
2. 長手方向に配置した縦糸の層と、幅方向に配置した横糸の層と、前記縦糸に対して約４５°の角度をなすように配置した第一の傾斜糸の層と、当該第一の傾斜糸に略直交するように配置した第二の傾斜糸の層と、を交互に積層した長尺の繊維積層品から再生繊維を製造する製造方法であって、
   前記長尺の繊維積層品を長手方向に搬送する工程と、
   前記長尺の繊維積層品を、前記幅方向に対して２２．５°の角度をなす切断方向で、一定の間隔で切断する工程と、
   を備えていることを特徴とする再生繊維の製造方法。

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