JP4408729B2 - 帯状繊維材料の流体処理方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、帯状の繊維材料を、連続的に流体で処理するための帯状繊維材料の流体処理方法および装置に関する。

従来からテープやリボンなどの形態で帯状の繊維材料が利用されている。たとえば、合成樹脂材料などのマトリクスを機械的に強化させて、繊維強化複合材料などを形成するために、帯状の繊維材料が使用されている。炭素繊維やガラス繊維などは、細い繊維の形態で高強度を有する。このような繊維材料は、多数の細い繊維が平行に束ねられる状態で製造される。繊維材料は、繊維の長手方向に高強度を有するので、二次元的な強度を得るためには、繊維材料を交差させて織物状にする必要がある。繊維材料を交差させて織物を形成する製織の場合に、厚みがあると交差部分で織物の表面に対して傾斜する方向に曲り、屈曲が多くなって強度が低下してしまう。繊維の束を帯状にすることによって、交差部分での曲りを減少させ、強度の低下を少なくすることができる。

代表的な強化用の繊維である炭素繊維は、たとえば直径７μｍ程度の原糸を１２０００本程度束ねる１２Ｋや２４０００本程度束ねる２４Ｋなどと呼ばれる繊維束を、幅が数ｍｍ程度の帯状の形状にして使用される。このような帯状の状態での厚さは、０．１ｍｍ程度となる。０．１ｍｍ程度の厚さの中では、炭素繊維が複数の層を形成している。帯状の繊維材料を、さらに薄く広げる開繊処理で厚さを薄くし、ほとんど単繊維の状態にすれば、製織の際の強度低下を避けて、高強度を期待することができる（たとえば、特許文献１参照。）。炭素繊維の開繊糸を使用する織物の製造装置等では、開繊されている形態を損わないような配慮がなされている（たとえば、特許文献２および特許文献３参照。）。

特開平７−３００７３９号公報の従来の技術の欄 特許第２９８３５３１号公報 特開２００３−２５３５４７号公報

開繊によって扁平な帯状に広げられた繊維材料の表面には、ゴミなどが付着したり、開繊などの処理の途中で折れた繊維が毛羽として付着したりしている。表面に付着物があれば、その部分で局所的に厚さが大きくなり、製織時の強度を低下させてしまう。表面を洗浄して、付着物を除去することが考えられるけれども、他の部分に再付着すると、強度低下を免れることはできない。このため、開繊した帯状繊維材料は、水などの洗浄液に浸漬し、毛羽を浮遊させ、作業者が目視して確認する毛羽を人手で除去している。しかしながら、人手による作業では、効率が悪い。

また、開繊処理で薄く扁平な形態にしても、製織などの際に扁平な形態が崩れると、局所的な厚みが増大し、強度低下を招くので、サイジング液に浸漬するサイズ処理などで扁平な形態を保持するようにしている。サイズ処理の対象となる繊維材料の表面に付着物があると、付着物も表面に保持されてしまう。

本発明の目的は、帯状の繊維材料の表面への付着物を効率よく除去することができる帯状繊維材料の流体処理方法および装置を提供することである。

本発明は、帯状の繊維材料を、流体浴槽中で長手方向の一方に、連続的に搬送しながら、
流体浴槽中に、繊維材料の長手向に平行に流れ、流速が繊維材料の幅方向の内方から外方になるに従って増大する流体流を形成することを特徴とする帯状繊維材料の流体処理方法である。

本発明に従えば、流体浴槽中で長手方向の一方に連続的に搬送される帯状の繊維材料の表面に沿って、流体流が形成される。流体流は、繊維材料の長手向に平行に流れ、流速が繊維材料の幅方向の内方から外方になるに従って増大するので、流体の圧力は繊維材料の幅方向の内方で高く、外方で低くなるように分布する。幅方向の内方から外方になるに従って圧力が低下するので、繊維材料の表面には幅方向の内方から外方への力が作用し、付着物を幅方向の外方に移動させることができる。付着物は繊維材料の幅方向の外方に移動するので、繊維材料を連続的に搬送しても、表面から除去された付着物が再付着するのを避けることができ、効率よく付着物を除去することができる。

また本発明で、前記帯状の繊維材料は、繊維の束を扁平に広げる開繊処理で形成されることを特徴とする。

本発明に従えば、開繊処理で薄く扁平に繊維の束を広げて帯状に形成される繊維材料の表面から、付着物を効率よく除去し、製織時の強度低下などを避けることができる。

さらに本発明は、帯状の繊維材料を、流体中で長手方向の一方に、連続的に搬送する流体浴槽と、
流体浴槽中に、繊維材料の長手方向に向い、繊維材料の幅方向の内方から外方になるに従って増大するような流速の分布で、流体を噴出させるノズルとを、
含むことを特徴とする帯状繊維材料の流体処理装置である。

本発明に従えば、帯状繊維材料の流体処理装置は、流体浴槽とノズルとを含む。流体浴槽では、繊維材料を長手方向の一方に、連続的に搬送して、効率よく流体処理を行うことができる。ノズルは、体浴槽中に、繊維材料の長手方向に向い、繊維材料の幅方向の内方から外方になるに従って増大するような流速の分布で、流体を噴出させるので、流体は繊維材料の幅方向の内方から外方になるに従って圧力が低下し、繊維材料の表面には幅方向の内方から外方への力が作用して、付着物を幅方向の外方に移動させることができる。付着物が繊維材料の幅方向の外方に移動するので、流体浴槽中で繊維材料を連続的に搬送しても、表面から除去された付着物が繊維材料に再付着するのを避けることができる。

また本発明で、前記ノズルによって前記流体浴槽中に噴出される流体は、循環して使用され、
該流体の循環経路の途中に設けられる濾過材を、さらに含むことを特徴とする。

本発明に従えば、流体を循環して使用するので、繰返して使用し、ランニングコストの低減を図ることができる。流体の循環経路の途中には濾過材を設けるので、流体浴槽中で除去される付着物などを、濾過材で回収し、ノズルから噴射される流体中には含まれないようにすることができる。
また本発明で、前記ノズルは、面積が異なる複数の開口部が形成される管状部材であって、前記繊維材料の幅方向中央部の開口部は開口の面積が大きく、前記繊維材料の幅方向端部の開口部は開口の面積が小さく形成される管状部材であることを特徴とする。

本発明によれば、流体浴槽中で長手方向の一方に連続的に搬送される帯状の繊維材料の表面に沿って、流速が繊維材料の幅方向の内方から外方になるに従って増大するような流体流が形成され、繊維材料表面の付着物を幅方向の外方に移動させることができる。付着物は繊維材料の幅方向の外方に移動するので、繊維材料を連続的に搬送しても、表面から除去された付着物が再付着するのを避けることができ、効率よく付着物を除去することができる。

また本発明によれば、開繊処理で繊維の束を薄く広げて帯状にした表面から、付着物を効率よく除去し、製織時の強度低下などを避けることができる。

さらに本発明によれば、流体浴槽で、繊維材料を長手方向の一方に、連続的に搬送して、効率よく流体処理を行うことができる。ノズルで、繊維材料が搬送される方向に向い、流速が繊維材料の幅方向の内方から外方になるに従って増大するような分布となる流体流を形成し、繊維材料の表面の付着物を幅方向の外方に移動させることができる。流体浴槽中で繊維材料を連続的に搬送しても、付着物が繊維材料に再付着するのを避けることができる。

また本発明によれば、流体を循環して使用し、流体浴槽中で除去される付着物などを、濾過材で回収することができる。

図１は、本発明の実施の一形態としての洗浄方法を概略的に示す。洗浄槽１中では、帯状繊維材料２が長手方向の一方に、連続的に搬送される。帯状繊維材料２は、たとえば炭素繊維の束を開繊処理して広げて形成され、扁平な形状を有し、流体浴槽としての洗浄槽１中で長手方向の一方に、連続的に搬送しながら、洗浄される。洗浄槽１中には、洗浄液３が貯留される。洗浄液３中には、複数のローラ４，５が設けられ、帯状繊維材料２をほぼ水平な方向に搬送する。帯状繊維材料２を搬送する方向に平行に、ノズル６が洗浄液流７を形成する。洗浄液流７の流れの方向は、帯状繊維材料２の搬送方向と逆方向である。洗浄液流７の下流側には、洗浄槽１から排出される洗浄液３を受ける樋８が設けられる。樋８中にはフィルタ９が設けられ、洗浄液３中に混入する繊維屑などのゴミを除去する。フィルタ９で濾過された洗浄液は、ポンプ１０でノズル６に送込まれ、循環して使用される。ノズル６によって形成される洗浄液流７は、流速が帯状繊維材料２の幅方向の内方から外方になるに従って増大する。なお、洗浄液３としては、水などを使用することができる。

図２は、ノズル６によって形成される流体流の概略的な流速分布を示す。ノズル６は大略的に管状であり、一端側から流量Ｑで流体が送込まれる。ノズル６には面積が異なる開口部１１，１２，１３が形成される。開口部１１，１２，１３の面積Ａ１，Ａ２，Ａ３は、中央の開口部１２の面積Ａ２が大きく、両側の開口部１１，１３の面積Ａ１，Ａ３は小さく、Ａ２＞Ａ１，Ａ３となっている。各開口部１１，１２，１３から流出する流体流の流速をそれぞれｖ１，ｖ２，ｖ３とすると、ｖ１，ｖ３＞ｖ２となる。

図３は、図２に示すような流速ｖ１，ｖ２，ｖ３の違いが流体液中の圧力に与える影響を示す。ノズル６にお湯などの流体１７が送込まれると、各開口部１１，１２，１３からは、流速ｖ１，ｖ２，ｖ３で流体１７が流出する。流体の密度をρ、流速をｖ、圧力をｐ、重力加速度をｇ、基準からの高さをｚとする。

ここでｖ１＞ｖ２であるので、ｐ１＜ｐ２が成立する。同様に、ｖ２＜ｖ３であるので、ｐ２＞ｐ３となる。

したがって、仮に開口部１２付近に物体があるとすれば、物体は圧力の高いところから低いところに動こうとするので、開口部１１，１３の方へ動こうとする。

すなわち、ノズル６によって、流体浴槽である洗浄槽１中で長手方向の一方に連続的に搬送される帯状繊維材料２の表面に沿って、流体流である洗浄液流７が形成される。洗浄液流７は、帯状繊維材料２を搬送する方向に流れ、流速が帯状繊維材料２の幅方向の内方から外方になるに従って増大するので、流体である洗浄液３の圧力は帯状繊維材料２の幅方向の内方で高く、外方で低くなるように分布する。幅方向の内方から外方になるに従って圧力が低下するので、帯状繊維材料２の表面には幅方向の内方から外方への力が作用し、毛羽などの付着物を幅方向の外方に移動させることができる。付着物は帯状繊維材料２の幅方向の外方に移動するので、帯状繊維材料２を連続的に搬送しても、表面から除去された付着物が再付着するのを避けることができ、効率よく付着物を除去することができる。

帯状繊維材料２としては、細い炭素繊維の束を扁平に広げる開繊処理で形成されるものを処理の対象とすることができる。開繊処理で薄く扁平に繊維の束を広げて帯状に形成される帯状繊維材料２の表面から、毛羽などの付着物を効率よく除去し、製織時の強度低下などを避けることができる。

図４は、本発明の実施の他の形態としての洗浄装置２１の概略的な構成を示す。図１〜図３に対応する部分には、同一の参照符を付して、重複する説明を省略する。洗浄装置２１は、フレーム２２の上面で洗浄槽１を支持する。フレーム２２内には、洗浄液１７のタンク２３が設けられる。タンク２３にも洗浄液３が貯留され、ポンプ１０でノズル６に送り込まれる。ノズル６は、洗浄槽１に貯留される洗浄液３の液面付近に洗浄液流７を形成する。帯状繊維材料２は、洗浄液３の液中に浸漬され、毛羽などの付着物は液面まで浮上する。洗浄液流７は、液面まで浮上した付着物を、樋８が設けられる側に押し流す。前述のように、洗浄液流７の流速は、帯状繊維材料２の幅方向の中央付近で遅く、幅方向の両側では速くなるので、幅方向の中央から両側への圧力分布が生じ、付着物も幅方向の両側に移動する。したがって、帯状繊維材料２が洗浄液槽３に入り込む場所付近では、付着物は幅方向の両側に除去され、帯状繊維材料２には再付着しにくい。

洗浄液流７は、洗浄槽１から排水口２４を通って外部に排出される。排水口２４は、洗浄槽１の側壁の中間部分に形成され、洗浄液３の液面の高さを決定する。洗浄液３の液面が排水口２４の高さを超えようとすると、洗浄液３は排水口２４から流出し、樋８のフィルタ９で濾過され、排水管２５を通ってタンク２３に流下する。タンク２３内の洗浄液はポンプ１０で圧送され、吸水管２６を介してノズル６に供給される。

すなわち、洗浄装置１は、帯状繊維材料２を、流体である洗浄液３中で長手方向の一方に、連続的に搬送する流体浴槽としての洗浄槽１と、洗浄槽１中に、帯状繊維材料２が搬送される方向に向い、帯状繊維材料２の幅方向の内方から外方になるに従って増大するような流速の分布で、洗浄液３を噴出させるノズル６とを含む。帯状繊維材料２の洗浄装置２１は、洗浄槽１で、帯状繊維材料２を長手方向の一方に、連続的に搬送して、効率よく洗浄などの流体処理を行うことができる。ノズル６は、洗浄槽１中に、帯状繊維材料２が搬送される方向に向い、帯状繊維材料２の幅方向の内方から外方になるに従って増大するような流速の分布で、洗浄液３を噴出させるので、洗浄液３は帯状繊維材料２の幅方向の内方から外方になるに従って圧力が低下し、帯状繊維材料２の表面には幅方向の内方から外方への力が作用して、毛羽などの付着物を幅方向の外方に移動させることができる。付着物が帯状繊維材料２の幅方向の外方に移動するので、洗浄槽１中で帯状繊維材料２を連続的に搬送しても、表面から除去された付着物が帯状繊維材料２に再付着するのを避けることができる。

なお、排水口２４や樋８は、洗浄槽１で洗浄液流７の下流側ではなく、幅方向の両側に設けることもできる。幅方向の両側から下流側にかけて、平面視で「コ」の字状に設けることもできる。洗浄された帯状繊維材料２は、乾燥ローラ２７で乾燥される。帯状繊維材料２の搬送は、駆動ローラ３０による駆動で行われる。帯状繊維材料２が洗浄槽１内に導入される部分には導入ローラ３１が設けられ、洗浄槽１から排出される部分には排出ローラ３２が設けられる。

また、ノズル６によって洗浄槽１中に噴出される流体である洗浄液３は、循環して使用され、洗浄液３の循環経路の途中に設けられる濾過材であるフィルタ９をさらに含むので、洗浄液３を繰返して使用し、ランニングコストの低減を図ることができる。フィルタ９では、洗浄液槽１中で除去される毛羽などの付着物を回収し、ノズル６から噴射される洗浄液流７中には含まれないようにすることができる。

以上の説明では、流体として洗浄液３を用いて帯状繊維材料２を洗浄する処理を行っているけれども、炭素繊維などの開繊処理を流体中で行う場合に本発明を適用することもできる。また、サイジング処理などに本発明を適用することもできる。

本発明の実施の一形態である帯状繊維材料の洗浄方法を概略的に示す平面図である。 図１の洗浄方法に使用するノズル６の基本的構成を示す断面図である。 図２のノズル６で圧力差が生じる状態を示す図である。 本発明の実施の他の形態である帯状繊維材料の洗浄装置２１の概略的な構成を示す断面図である。

符号の説明

１ 洗浄槽
２ 帯状繊維材料
３ 洗浄液
６ ノズル
７ 洗浄液流
８ 樋
９ フィルタ
１０ ポンプ
１１，１２，１３ 開口部
１７ 流体
２１ 洗浄装置

Claims (5)

1. 帯状の繊維材料を、流体浴槽中で長手方向の一方に、連続的に搬送しながら、
   流体浴槽中に、繊維材料の長手向に平行に流れ、流速が繊維材料の幅方向の内方から外方になるに従って増大する流体流を形成することを特徴とする帯状繊維材料の流体処理方法。
2. 前記帯状の繊維材料は、繊維の束を扁平に広げる開繊処理で形成されることを特徴とする請求項１記載の帯状繊維材料の流体処理方法。
3. 帯状の繊維材料を、流体中で長手方向の一方に、連続的に搬送する流体浴槽と、
   流体浴槽中に、繊維材料の長手向に向い、繊維材料の幅方向の内方から外方になるに従って増大するような流速の分布で、流体を噴出させるノズルとを、
   含むことを特徴とする帯状繊維材料の流体処理装置。
4. 前記ノズルによって前記流体浴槽中に噴出される流体は、循環して使用され、
   該流体の循環経路の途中に設けられる濾過材を、さらに含むことを特徴とする請求項３記載の帯状繊維材料の流体処理装置。
5. 前記ノズルは、面積が異なる複数の開口部が形成される管状部材であって、前記繊維材料の幅方向中央部の開口部は開口の面積が大きく、前記繊維材料の幅方向端部の開口部は開口の面積が小さく形成される管状部材であることを特徴とする請求項３または４に記載の流体処理装置。

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