JP2019007807A - 繊維長測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直径が２０μｍ以下でかつ長尺の繊維の長さを効率よく測定する繊維長測定方法および繊維長測定装置を提供する。
【解決手段】繊維長測定方法は、液体に繊維を分散させた分散液を作成する工程と、二枚の光透過性フィルムの間に分散液を挟んで保持する工程と、光透過性フィルムを撮像する工程と、撮像によって得られた画像データの中の繊維に対応する領域を判別する工程と、判別した繊維の領域のデータを用いて、繊維の長さを計測する工程とを備える。繊維長測定装置は、二枚の光透過性フィルムの間に保持された繊維を撮像する撮像手段と、画像処理ソフトウェアを記憶しているコンピュータとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維長の測定方法に関する。特に、直径が２０μｍ以下で、かつ非常に繊維長の長い繊維の長さを測定する方法に関する。

直径が５〜２０μｍの炭素繊維は、繊維単体や織布の原材料として用いられる他、炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰとも言う）の原材料としても使用される。ＣＦＲＰは、炭素繊維にエポキシ樹脂やポリエステル樹脂を浸透させて熱処理することで製造されるが、この製造工程で多くの端材が発生する。特に、航空機の機体や自動車部品といった大きなサイズの製品を製造する場合には、大量の端材が発生する。炭素繊維は高価な原料であり、このような端材から炭素繊維をとりだして再利用する技術が求められている。同様に、使用後に回収されたＣＦＲＰから炭素繊維をとりだして再生し、再利用する技術が求められている。

炭素繊維は、用途毎に様々な長さで使用されている。また回収工程と再生工程で切断や粉砕が行われることがあり、再生された炭素繊維の長さは数ミリメートルから１０センチメートルを超えるものまで様々である。繊維長は、使用される製品の強度に影響することが知られているので、個々の繊維長を測定し、ロット全体の繊維長分布を精度高く推定することが、製品の品質を管理する上で重要になっている。現状では、ロットごとにサンプリングを行い、手動で長さを計測する方法が試みられているが、有効な手法は見いだせていない。

炭素繊維と同等の極めて細い繊維の長さを測定する方法として、たとえば、パルプを対象とした、ＪＩＳ Ｐ ８２２６が知られている。ＪＩＳ Ｐ ８２２６は、水に分散させたパルプ繊維を測定セルに通し、非偏光光源を用いて繊維とその背面との間で高コントラスト画像を撮像し、画像処理によってパルプの繊維長を測定する。しかしながら、パルプよりも繊維長が長く、直径の細い炭素繊維には、この方法は適用が困難である。

特許文献１には、炭素繊維強化複合材料の検査部位を、高周波を用いて電磁誘導加熱し、その温度変化を測定することで、炭素繊維強化複合材料内における炭素繊維の状態を特定する技術が開示されている。特許文献１の方法は、炭素繊維強化複合材料の温度変化によって、炭素繊維強化複合材料の中に含まれる炭素繊維の繊維長分布を間接的に知ることができる。しかしながら、炭素繊維単体の繊維長分布を測定する方法としては、適用が困難である。

特開２０１５−０７５４２８号公報

本発明はこのような現状に鑑みてなされたものであって、直径が２０μｍ以下でかつ長尺の繊維の長さを効率よく測定する技術の提供を、解決すべき課題としてなされたものである。

本発明の繊維長測定方法は、液体に繊維を分散した分散液を作成する工程と、二枚の光透過性フィルムの間に分散液を挟んで保持する工程と、分散液を保持した光透過性フィルムを撮像する工程と、撮像によって得られた画像データの中の繊維に対応する領域を判別する工程と、判別した繊維の領域のデータを用いて繊維の長さを計測する工程と、を備えることを特徴とする。

本発明の繊維長測定方法は、光透過性フィルムが、ポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレンからなる基材に熱可塑性樹脂を積層したラミネートフィルムであることが好ましい。

本発明はまた、繊維長測定装置を提供する。本発明の繊維長測定装置は、二枚の光透過性フィルムの間に保持された繊維を撮像する撮像手段と、画像処理ソフトウェアを記憶しているコンピュータと、を備えていることを特徴とする。

本発明の繊維長測定方法は、繊維の繊維長を精度高く計測することができる。特に、直径が小さいにもかかわらず非常に長い繊維であっても、容易に長さを計測することができる。

本発明の繊維長測定装置は、汎用性の高い機器によって安価に構成することができる。

図１は、本発明の繊維長測定方法のフローチャートである。 図２は、本発明の繊維長測定装置のブロック図である。

以下に、本発明の繊維長測定方法及び繊維長測定装置を、直径が１〜２０μｍ、繊維長が１ｍｍ〜１００ｍｍの炭素繊維の集合体から無作為に抽出した炭素繊維の繊維長測定に適用した形態を説明する。

図１は、本実施形態の繊維長測定方法のフローチャートである。図２は、本実施形態の繊維長測定装置１のブロック図である。本実施形態の繊維長測定装置１は、撮像手段であるスキャナ２と、画像処理ソフトウェアを記憶しているコンピュータ３と、を備えている。スキャナ２としては、例えば、透過光スキャナ「ＧＴ−Ｘ９８０」（エプソン製）を用いることができる。画像処理ソフトウェアとしては、たとえば、「ＷＩＮＲＯＯＦ」（三谷商事製）を用いることができる。

以下、繊維長測定の各工程を、図１を参照しつつ、詳細に説明する。第一の工程（Ｓ１）として、液体中で炭素繊維を解繊し、分散させた分散液を調製する。炭素繊維が１本ずつばらばらになることで、個々の炭素繊維の繊維長を正確に測定することができる。

炭素繊維を分散させる液体は、炭素繊維の鮮明な画像を撮像するために、可視光の透過率が高いことが求められる。そこで、分散剤を添加した水が好適に用いられる。分散剤としては、例えばポリエチレンオキサイドを用いることができる。ポリエチレンオキサイドを用いる場合の水溶液の濃度は、１．０×１０^−３重量％から１０．０×１０^−３重量％の範囲で選択することができる。細い炭素繊維に対しては分散剤の濃度の低い液体を用い、より太い炭素繊維に対しては分散剤の濃度を濃くすることで、均一に炭素繊維が分散した分散液を調製することができる。

繊維を分散させる液体としては、測定する繊維の形状、比重に合わせた分散剤を添加した液体を適宜使用することができる。たとえば、ポリエチレンオキサイドの水溶液を用いることができる。ポリエチレンオキサイドは、現在、明成化学工業株式会社の製品名「アルコックス」等が普及している。

より確実に炭素繊維を短繊維状態で液体に分散させるためには、炭素繊維の解繊と分散を二段階で行うことが好ましい。この場合、最初に少量の水の中で炭素繊維を短繊維状態になるまで攪拌して解繊し、次に、解繊した炭素繊維と水とを分散剤を含む水に添加してさらに攪拌することで、均一に炭素繊維が分散した分散液を調製することができる。

第二の工程（Ｓ２）では、二枚の光透過性フィルムの間に第一の工程（Ｓ１）で調製した分散液を滴下し、二枚の光透過性フィルムによって分散液を挟んで押圧し、保持する。光透過性フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレンからなる基材に熱可塑性樹脂を積層したラミネートフィルムを用いることができる。

二枚の光透過性フィルムによって分散液を挟んで押圧し、保持する工程は、繊維同士の凝集を防ぎ、繊維長の長さ計測工程を阻害しないことを特徴とする。この際に、繊維同士が並行の場合、２ピクセル以上離れている事、繊維同士が交差している場合は、なす角が５°以上であると好ましい。

一例として、水平に静置した縦２９７ｍｍ、横２１０ｍｍ，厚さ１００μｍのラミネートフィルム（アイリスオーヤマ製）の上面に分散液を０．５ｍｌ滴下し、同一のラミネートフィルムを重ね合わせて分散液を挟み、二枚のラミネートフィルムの間隔を均一にしてその間に分散液を拡げることで、炭素繊維が重なり合うことなく撮像に適した状態で保持することができる。ラミネートフィルムの間隔は、炭素繊維が分散液の中を移動しない距離まで短くすることが好ましい。

第三の工程（Ｓ３）では、スキャナ２を用いて、炭素繊維を含む分散液を保持した状態のラミネートフィルムを撮像する。２枚のラミネートフィルムはいずれも光透過性であるので、ラミネートフィルムと共に、ラミネートフィルムの間に保持されている炭素繊維を撮像することができる。一例として、撮像条件を１２００ｄｐｉ以上に設定することで、炭素繊維の鮮明な画像データを得ることができる。また、このとき繊維長の較正のために、定規を同時に撮像することが好ましい。

第四の工程（Ｓ４）では、コンピュータ３が記憶している画像処理ソフトウェアを用いて、画像の長さの較正と明暗調整を行い、繊維が撮像されている領域の判別を行う。

第五の工程（Ｓ５）では、画像処理ソフトウェアを用いて、繊維の領域を判別した画像データを用いて、繊維の長さを計測する。計測は画像処理ソフトウェアの公知の自動距離測定機能によって自動的に行うことができる他、ユーザが画像データ上の開始点と終了点の座標を入力することによって、計測することも可能である。

本発明の繊維長測定方法を、炭素繊維の集合体から無作為に抽出したサンプルに適用することで、炭素繊維の集合体全体の繊維長分布を推定することが可能となる。

本実施形態の繊維長測定装置１と繊維長測定方法を適用することにより、直径が１〜２０μｍ、繊維長が１ｍｍ〜１００ｍｍの繊維の繊維長を精度高く計測することができた。

以上、実施形態に基づいて、本発明に係る繊維長測定装置と繊維長測定方法を詳細に説明した。しかしながら、特許請求の範囲の発明には、これらの例示以外の様々な形態が含まれる。例えば、撮像手段としては、スキャナの他、カメラや顕微鏡を使用することができる。また、画像処理ソフトウェアとしては、二値化、エッジ処理、距離計測の可能な任意のソフトウェアを適用することができる。分散剤は、実際に測定する繊維の比重や長さに合わせて、任意の物質を選択でき、また水以外の溶媒も適用可能である。

１ 繊維長測定装置
２ スキャナ（撮像手段）
３ コンピュータ

Claims (3)

1. 液体に繊維を分散させた分散液を作成する工程と、
   二枚の光透過性フィルムの間に前記分散液を挟んで保持する工程と、
   前記分散液を保持した前記光透過性フィルムを撮像する工程と、
   撮像によって得られた画像データの中の前記繊維に対応する領域を判別する工程と、
   判別した前記繊維の領域のデータを用いて、前記繊維の長さを計測する工程と、
   を備えることを特徴とする繊維長測定方法。
2. 前記光透過性フィルムが、ポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレンからなる基材に熱可塑性樹脂を積層したラミネートフィルムであることを特徴とする請求項１に記載の繊維長測定方法。
3. 二枚の光透過性フィルムの間に保持された繊維を撮像する撮像手段と、
   画像処理ソフトウェアを記憶しているコンピュータと、
   を備えていることを特徴とする繊維長測定装置。

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