JP5081884B2

JP5081884B2 - 複数炭素繊維束巻取体の製造方法

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Publication number: JP5081884B2
Application number: JP2009224652A
Authority: JP
Inventors: 知之小谷
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2021-03-05
Also published as: JP2010001597A

Description

この発明は、複数炭素繊維束巻取体、この複数炭素繊維束巻取体から各炭素繊維束を分割する装置及び方法に関し、さらに詳しくは、フィラメント数の少ない炭素繊維束を効率的に製造するのに適した複数炭素繊維束巻取体の製造方法に関する。

炭素繊維は、複合材料の強化繊維として航空宇宙用途、スポーツ用途及び一般産業用途等に幅広く利用されている。
炭素繊維は、その前駆体糸条であるポリアクリロニトリル等の前駆体繊維を紡糸する紡糸工程、２００〜３００℃の空気、酸化窒素等の酸化性雰囲気中で前記前駆体繊維を加熱して酸化繊維に転換する耐炎化工程、更に、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性雰囲気中で３００〜３０００℃に加熱して炭素化する炭素化工程を経て製造される。
中でも、耐炎化工程や炭素化工程等の焼成工程は、焼成処理に長時間を要するため、炭素繊維束の走行速度が、他の紡糸工程に比べて遅い。そのため、炭素繊維を高効率で製造するためには、焼成工程が律速となっていた。従って、フィラメント数の少ない炭素繊維束を効率的に生産するために、１つの製造設備に走行させる炭素繊維束の本数を増加する試みが行われてきた。
例えば、前駆体繊維束の焼成工程での仕掛け設備を増設することなく、フィラメント数の少ない炭素繊維束を効率的に生産する方法として、複数の炭素繊維前駆体束を合糸して太い炭素繊維前駆体糸条とし、まとめて１つの焼成工程に導入する方法がある（特公昭６２−３２４６号公報、特開平９−２７３０３２等）。
しかし、複数の炭素繊維前駆体束を合糸し、焼成して得た炭素繊維糸条は、各炭素繊維束が部分的に並列又は上下に重なり合い、炭素繊維束間で構成フィラメントが絡み合う構造を有するため、高速で元の各炭素繊維束に分割しようとすると、毛羽立ち、繊維の切断等が生じ、炭素繊維束の品質が低下する原因になっていた。また、焼成して得た炭素繊維糸条を、一度単一のボビンに巻き取って、別途繊維を分繊する装置を使用して分割することもできるが、そのためには、多数の分繊装置が必要になり、効率的でなかった。特に繊維は、取り扱いの手数が多くなるほど毛羽立ち、品質が低下するので、上記炭素繊維糸条は、単一のボビンに巻き取られることなく、焼成後、その場で各炭素繊維束ごとに分割され、各炭素繊維束ごとにボビンに巻き取られていた。
一方、毛羽立ちや繊維の切断を生じることなく、高速で各炭素繊維束に分割することができれば、複数の炭素繊維束を直接ボビンに巻き取っても、多数の分繊装置が必要になる等の上記不利益は生じない。また、焼成した炭素繊維束を直接ボビンに巻き取ることができれば、炭素繊維束巻取り用のワインダー数を削減できる。
また、炭素繊維糸条から複数の炭素繊維束への分割性を向上させる方法として、紡糸工程で加撚して、各繊維束の収束性を高める方法がある。しかしながら、その場合には、焼成工程の後で炭素繊維束を解撚しなければならず、そのための設備投資が必要となり、好ましくない。

本発明は、上述した従来の問題点を解消することを目的とする。具体的には、前駆体繊維束を焼成して炭素繊維束を製造する上で、新たな設備投資を抑えつつ、焼成工程における装置内の繊維束密度を高めて、フィラメント数の少ない炭素繊維束を高効率に生産でき、毛羽の発生が極めて少ない高品質の炭素繊維束が得られる複数炭素繊維束巻取体、この複数炭素繊維束巻取体から各炭素繊維束を分割する装置及び方法を提供することを目的としている。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、複数の炭素繊維束を、引き揃えることなく、又は互いに並列に配置して単一のボビンに巻いた複数炭素繊維束巻取体を、一定張力の下で一定の張力変動を与えながら各炭素繊維束に分繊することにより、毛羽立ち及び繊維の切断を抑えつつ、任意の速度で分繊することができることを見出した。
従って、本発明は、少なくとも２本の収束性が付与された炭素繊維束が、引き揃えることなく単一のボビンに巻き取られてなることを特徴とする複数炭素繊維束巻取体を提供する。
また、本発明は、少なくとも２本の収束性が付与された炭素繊維束が、互いに並列に配置されていて、かつ単一のボビンに巻き取られてなることを特徴とする複数炭素繊維束巻取体を提供する。
また、本発明は、互いに隣接する上記炭素繊維束同士が、サイズ剤によって接着されていることを特徴とする複数炭素繊維束巻取体を提供する。
また、本発明は、これらの複数炭素繊維束巻取体の複数炭素繊維束を各炭素繊維束に分割する分繊装置であって、前記複数炭素繊維束巻取体を回転可能に支持する支持手段と、この支持手段により支持された前記複数炭素繊維束巻取体に巻き取られた複数炭素繊維束を各炭素繊維束ごとに分割する分繊手段と、この分繊手段により分割された各炭素繊維束を張力により引き出す引出手段と、この張力を所定周期で変動させる張力変動手段とを有することを特徴とする分繊装置を提供する。
さらに、本発明は、これらの複数炭素繊維束巻取体の複数炭素繊維束を各炭素繊維束ごとに分割する際に、この複数炭素繊維束を張力変動を与えながら引き出すことを特徴とする複数炭素繊維束の分繊方法を提供する。

本発明の複数炭素繊維束巻取体の一態様を示す斜視図である。本発明の複数炭素繊維束巻取体の一態様を示す斜視図である。図２に示す複数炭素繊維束の拡大図である。本発明の分繊装置の一態様を示す概略図である。本発明の分繊装置の一態様を示す概略図である。本発明で使用する分繊ガイドの概略図である。

以下、本発明について、詳細に説明する。
＜複数炭素繊維束巻取体＞
本発明における複数炭素繊維束巻取体の一実施形態を、添付図面を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態における複数炭素繊維束巻取体１は炭素繊維束４が、単一のボビン２に巻き取られてなるものである。
炭素繊維束４は、５００〜１２０００本、好ましくは、１０００〜８０００本の炭素繊維フィラメントからなる。本発明における炭素繊維束は、通常、ポリアクリロニトリル、ピッチおよびセルロース等の炭素繊維前駆体束を焼成して得られる既存の炭素繊維束が使用できる。
さらに、本実施形態の炭素繊維束４は、収束性が付与されたものである。ここで、「収束性が付与された」とは、炭素繊維束がそれを構成する各フィラメントごとにばらけることなくまとまっている状態をいう。例えば３０００本の炭素繊維に収束性を付与することにより、１本のまとまりある繊維形態を形成する。収束性を付与することにより、毛羽の発生やロールへの巻付き等を防止し、焼成工程通過性や後述の分繊工程通過性を改善するという利点が生ずる。収束性を付与する手段としては、例えば、気体交絡処理、ニードルパンチ処理等のフィラメント同士を交絡させる手段及び仮撚り等による手段等、公知の手段を用いることができる。好ましくは、８０〜６５０ｋＰａの気体圧力で気体交絡処理を行うことが、十分な収束性の付与、及び炭素繊維束の毛羽発生防止のためには好適である。

本発明における複数炭素繊維束巻取体の実施形態としては、図１に示すように、少なくとも２本、好ましくは、２〜６本の炭素繊維束４を、引き揃えることなく単一のボビン２に巻き取られたものであってもよい。ここで、「引き揃えることなく」とは、図１に示すように、各炭素繊維束が互いに重なり合うことなく、互いに並列に独立して存在していることを意味する。従って、複数の炭素繊維束を並列又は上下に重ね合わせ、任意に撚りをかけたり、交絡させてこれら炭素繊維束を１本のまとまりある炭素繊維糸条とする「合糸」とは異なる状態である。
このように複数炭素繊維束を巻き取ることにより、後述する分繊装置で各炭素繊維束に分割する際、毛羽立ち及び繊維の切断を抑えつつ、任意の速度で分割することができる。
また、本発明における複数炭素繊維巻取体の実施形態としては、図２に示すように、少なくとも２本、好ましくは、２〜６本の炭素繊維束４を、互いに並列に配置した状態を保持したまま単一のボビン２に巻き取られたものであってもよい。ここで、「互いに並列に配置した」とは、図２に示すように、各炭素繊維束が互いに重なり合うことなく、互いに並列に隣接して存在していることを意味する。例えば、２本の炭素繊維束４は、上下に重ね合わせることなく、互いに隙間なく並列に配列される。このように複数炭素繊維束を巻き取ることにより、後述する分繊装置で各炭素繊維束に分割する際、毛羽立ち及び繊維の切断を抑えつつ、任意の速度で分割することができる。

さらに、炭素繊維束４は、図２における複数炭素繊維束３の先端部の拡大図である図３に示すように、互いに隣接する炭素繊維束４同士が、隣接面５でサイズ剤によって接着されていることが好ましい。単に複数の炭素繊維束を巻き取るのみでは、複数炭素繊維束巻取体に巻き取られた炭素繊維束がばらけてしまい、取扱いが不便だからである。サイズ剤による接着は、例えば、２本の炭素繊維束前駆体を互いに並列に配置された状態で焼成し、乾燥し、得られた２本の炭素繊維束を、並列に配置した状態を保持しつつサイズ剤溶液に浸し、乾燥することにより行われる。これにより、炭素繊維束４に含まれるフィラメント同士がサイズ剤により接着されると共に、隣接する炭素繊維束４同士も隣接面５において接着される。
ここで使用されるサイズ剤としては特に限定はしないが、例えば、エポキシ系、ウレタン系、エステル系及びそれらの混合系等を主成分としたものを使用できる。水に不溶な化合物からなるサイズ剤溶液を調製する際には、分散の安定性のため、界面活性剤を利用することが好ましい。ここで使用される界面活性剤としては、ノニオン系、カチオン系及びアニオン系等のいずれのものも用いることができる。また、脂肪酸エチレンオキシド付加物等の柔軟剤を配合することにより、分繊性の点でより優れた炭素繊維にすることができる。なお、このときに添加する柔軟剤としては、水溶性タイプのものを選択することが好ましい。
複数炭素繊維束３を、並列に配置した状態を保持したまま、ボビン２に巻き取ることによって、本発明の一実施形態である複数炭素繊維束巻取体１が得られる。

ボビン２への巻き取り方法としては、例えば、いわゆるチーズ巻き、パーン巻き、コーン巻き等、公知の巻き取り方法を使用し得る。ボビン２は、いかなる材料から形成されてもよいが、紙、プラスチック、金属が好ましい。ボビン２の形状は、炭素繊維束４を巻き取るのに適していれば、いかなる公知の形状であってもよい。例えば円筒形のような形状のボビンを使用し得る。ボビン２の大きさは、その形状にもよるが、例えば円筒形ボビンの場合、外径６０〜２１０ｍｍ、内径５０〜２００ｍｍ、長さ１５０〜１０００ｍｍである。このようなボビンに複数炭素繊維束を、例えば５００〜２００００ｍ、好ましくは、８００〜１２０００ｍ巻き取る。得られた複数炭素繊維束巻取体の大きさは、巻き取り回数、ボビンの形状にもよるが、例えば、直径７０〜１０００ｍｍ、幅１５０〜１０００ｍｍである。

＜分繊装置＞
本発明の分繊装置の一実施形態を、添付図面を参照して説明する。図４及び図５に示すように、本実施形態の分繊装置は、複数炭素繊維束巻取体１を回転可能に支持する支持手段と、この支持手段により支持された複数炭素繊維束巻取体１に巻き取られた複数炭素繊維束３を各炭素繊維束ごとに分割する分繊手段と、この分繊手段により分割された各炭素繊維束４を張力により引き出す引出手段と、この張力を所定周期で変動させる張力変動手段とを有する。
本実施形態の複数炭素繊維束巻取体１は、この複数炭素繊維束巻取体を回転可能に支持する支持手段によって支持される(図示せず)。ここで、この支持手段は、複数炭素繊維束巻取体１が回転できるように支持するものであれば、その種類は問わないが、一般的にはクリール等が使用される。
支持手段で支持された複数炭素繊維束巻取体１から複数炭素繊維束巻取体３が引き出され、分繊手段において炭素繊維束４ごとに分割される。分繊手段としては、まず、図４に示すように、分繊位置６を中心とした、炭素繊維束４の流れ方向と複数炭素繊維束３の流れ方向とがなす角度θが、例えば１〜３０°、好ましくは２〜１５°となるように各炭素繊維束４を引き出す手段が挙げられる。ここで、分繊位置６は、分割操作中に前後に移動することがあるが、この場合は平均の分繊位置とする。このように各炭素繊維束を引き出すことにより、例えば炭素繊維束同士がサイズ剤によって接着されていたり、炭素繊維束から生ずる毛羽同士が絡み合っている場合であっても、該接着等は容易に剥離し、炭素繊維束ごとの分割を円滑かつ連続的に行うことができる。例えば、複数炭素繊維束に炭素繊維束が２本含まれる場合は、各炭素繊維束をθが１〜３０°、好ましくは２〜１５°となるように引き出すことが好適である。複数炭素繊維束に炭素繊維束が３本以上含まれる場合は、各炭素繊維束を同時に３方向に分けて引き出して３本の炭素繊維束に分割してもよいし、１本ごと又は複数の炭素繊維束ごとに順次分割してもよい。さらに、炭素繊維束４の引き出し方向は、同一平面方向の他、空間的に異なる方向に引き出される等、いかなる方向であってもよい。

また、分繊手段として、例えば図６に示すような、分繊ガイド８を用いてもよい。分割された炭素繊維束をこの分繊ガイドに通過させることにより、炭素繊維束４を常に一定の方向に引き出すことができ、複数炭素繊維束３の分割を安定かつ確実に行うことができる。この分繊ガイドとしては、例えば、平板の中央部に開口部を有するようなアイガイド(図６Ａ)、ワイヤー等を１回以上巻いた形状を有するようなスネイルガイド(図６Ｂ)、棒状ガイド(図６Ｃ)及びローラーのようなロール状ガイド(図６Ｄ)等が挙げられる。アイガイド(図６Ａ)において、炭素繊維束は、該アイガイド中央の開口部を通過する。スネイルガイド(図６Ｂ)において、炭素繊維束は、該スネイルガイド中央の開口部を通過する。棒状ガイド(図６Ｃ)において、炭素繊維束は、該棒状ガイドの一方の側面を通過する。ロール状ガイド(図６Ｄ)において、炭素繊維束は、該ロール状ガイドの上部(下部)溝を通過する。これらの分繊ガイドは、セラミック、プラスチック、金属等、いかなる材料から形成されていてもよいが、炭素繊維束の毛羽立ち、糸切れ防止の観点からは、セラミック又は金属が好ましい。分繊ガイドの位置は、分割した炭素繊維束を所望の方向に引き出すことができる位置であればよく、例えば図５に示すように、分繊位置６の後方であって分割された炭素繊維束４が通過する任意の位置に配置される。好ましくは、炭素繊維束の流れ方向に沿って、複数炭素繊維束巻取体１より２ｍ以上、好ましくは３ｍ以上後方の位置、若しくは、分繊位置６より１ｍ以上、好ましくは２ｍ以上後方の位置に設置される。さらに、本発明の分繊ガイドを組み合わせて使用してもよく、例えば、上記ロール状ガイドの前方にアイガイド又はスネイルガイドを使用することが、ロール状ガイドから炭素繊維束が脱落することを防止するためには好ましい。

分繊手段で分割された各炭素繊維束４は、張力により引き出す引出手段によって引き出される。この引出手段は、例えば図４及び図５において、各炭素繊維束４を巻き取るワインダー７、複数炭素繊維束３上又は炭素繊維束４上に設置したゴデッドロール、ニップロール、ネルソンロール等の駆動手段(図示せず)であってもよい。特にゴデッドロール、ニップロール、ネルソンロール等の駆動手段を使用すると、ワインダー７に張力変動を伝えることなく各炭素繊維束を引き出すことができるので好ましい。
また、引き出し速度は、例えば、１０〜２００ｍ／ｓ、好ましくは３０〜１２０ｍ／ｓである。このとき、複数炭素繊維束３から分割された各炭素繊維束４を同一速度で同時に引き出すことが好ましい。このように引き出すことによって、複数炭素繊維束３を１本の束として存在するように複数炭素繊維束巻取体１から引き出すことができる。

さらに、各炭素繊維束が引き出される場合、炭素繊維束にかかる張力を所定周期で変動させる張力変動手段によって、炭素繊維束に張力変動を与える。
張力変動は、例えば図５において、少なくとも複数炭素繊維束巻取体１とワインダー７との間、好ましくは、分繊ガイド８の前であって分繊位置６の前後に与えられる。複数炭素繊維束巻取体１の直後に張力変動を与えることにより、複数炭素繊維束巻取体１から複数炭素繊維束３を引き出す際に生じ得るリンガー、毛羽立ち及び糸切れ等の問題を回避できる。また、分繊位置６の前後に張力変動を与えることにより、複数炭素繊維束を分割する際に生じ得る毛羽立ち及び糸切れ等の問題を回避して、複数炭素繊維束の分割を安定かつ確実に行うことができる。
張力変動手段には、例えば、張力変動装置を用いた張力変動手段の他、複数炭素繊維束巻取体を偏心回転可能に支持する支持手段、炭素繊維束の引出速度が変動可能な引出手段等を用いて張力変動を与えることができる。
張力変動装置は、例えば図５において、複数炭素繊維束巻取体１上、複数炭素繊維束巻取体１から引き出された複数炭素繊維束３上又は炭素繊維束４上等の任意の位置に設置することができ、好ましくは、分繊位置６の前方に設置される。
また、複数炭素繊維束巻取体を偏心回転可能に支持する支持手段としては、偏心した軸を有するボビンを用いて偏心回転させる手段、ボビン自体を軸の周りに公転させて偏心回転する手段、およびボビンの軸受けと軸との間に隙間を設けてボビンの回転を偏心させる手段等がある。
炭素繊維束の引出速度が変動可能な引出手段としては、例えば、引き出し速度を周期的に変動させることができる上述のワインダーやゴデッドロール、ニップロール、ネルソンロール等がある。
炭素繊維束に与えられる張力は、例えば、０．２５〜２．５ｍＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは、０．５〜１．５ｍＮ／ｄｔｅｘである。張力が、２．５ｍＮ／ｄｔｅｘ以下であれば、複数炭素繊維束巻取体１の巻きが崩れて糸切れが起こる可能性が少ないため、好ましい。また、０．２５ｍＮ／ｄｔｅｘ以上であれば、炭素繊維束に十分な張力が働き、良好な分繊性が得られるので好ましい。一方、張力変動は、例えば、０．０５〜２秒、好ましくは、０．１〜０．５秒の周期で、±０．１２〜１．２５ｍＮ／ｄｔｅｘ、好ましくは、±０．２５〜０．７５ｍＮ／ｄｔｅｘの張力変動振幅で与えることが好適である。周期が、０．０５秒以上もしくは２秒以下、張力変動振幅が、±０．１２ｍＮ／ｄｔｅｘ以上もしくは±１．２５ｍＮ／ｄｔｅｘ以下であれば、十分な張力変動を与えることができるので好ましい。

＜複数炭素繊維束の分繊方法＞
本発明の一実施形態は、複数炭素繊維束巻取体に巻き取られた複数炭素繊維束を各炭素繊維束ごとに分割し、分割された各炭素繊維束を張力変動を与えながら引き出すことを特徴とする複数炭素繊維束の分繊方法を提供する。
複数炭素繊維束を各炭素繊維束ごとに分割する方法としては、図４に示すように、分繊位置６を中心とした、複数炭素繊維束３の流れ方向と炭素繊維束４の流れ方向とがなす角度θが、例えば１〜３０°、好ましくは２〜１５°となるように各炭素繊維束４を引き出す方法がある。例えば、複数炭素繊維束に炭素繊維束が２本含まれる場合は、各炭素繊維束をθ＝１〜３０°、好ましくは２〜１５°となるように引き出すことが好適である。複数炭素繊維束に炭素繊維束が３本以上含まれる場合は、各炭素繊維束を同時に３方向に分けて引き出して３本の炭素繊維束に分割してもよいし、１本ごと又は複数の炭素繊維束ごとに順次分割してもよい。炭素繊維束の引き出し方向は、同一平面方向でも、空間的に異なる方向でもよい。複数炭素繊維束の分割を安定かつ確実に行うために、上述の分繊ガイド(図６Ａ〜Ｄ)を用いてもよい。

上記のごとく分割された各炭素繊維束は、張力変動を与えながら引き出される。
炭素繊維束を引き出す方法としては、例えば、分割された炭素繊維束を巻き取るワインダー７を一定速度で駆動して引き出す方法、ゴデッドロール、ニップロール、ネルソンロール等を複数炭素繊維束巻取体１から引き出された複数炭素繊維束３上又は炭素繊維束４上の任意の位置に設置して一定速度で駆動する方法等がある。
また、複数炭素繊維束３から分割された各炭素繊維束４を同一速度で同時に引き出すことが好ましい。このように引き出すことによって、複数炭素繊維束３を１本の束として存在するように複数炭素繊維束巻取体１から引き出すことができる。
張力変動は、いかなる方法によって与えてもよいが、例えば、複数炭素繊維束巻取体を偏心回転させる方法、上述したワインダー等による炭素繊維束の引き出しの速度を変動させる方法、上述した張力変動装置を用いて張力変動させる方法等がある。複数炭素繊維束巻取体を偏心回転させる方法としては、偏心した軸を有するボビンを用いて偏心回転させる方法、ボビン自体を軸の周りに公転させて偏心回転させる方法、及びボビンの軸受けと軸との間に隙間を設けてボビンを偏心回転させる方法等がある。

以下、実施例をあげて本発明の効果を具体的に説明する。
＜複数炭素繊維束巻取体＞
(実施例１)
ポリアクリロニトリル製の炭素繊維前駆体３０００本に、空気交絡処理機を用いて収束性を付与し、炭素繊維前駆体束を得た。この炭素繊維前駆体束を２３０〜２７０℃の空気中で４５分間耐炎化処理を行ない、続いて１４００℃で１分間炭素化処理を施した。得られた炭素繊維束を、エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ株式会社製、エピコート８２８)８０部をノニオン系乳化剤２０部で乳化したエポキシ系サイズ剤溶液に浸し、その後乾燥した。このとき、複数炭素繊維束は、各炭素繊維束同士がサイズ剤によって接着されていることはないが、炭素繊維束から生じる毛羽によって、炭素繊維束同士が一部で絡み合っている状態にある。この炭素繊維束の目付は、２０００ｄｔｅｘであった。得られた複数炭素繊維束５０００ｍを引き揃えることなく独立してかつ同一速度（１００ｍ／ｓ）で同時に引き出しながら、内径７６ｍｍ、外径８２ｍｍ、長さ２８０ｍｍの円筒形ボビンに巻き、直径１３０ｍｍ、幅２６０ｍｍの複数炭素繊維束巻取体を得た。

(実施例２)
上記実施例１と同様の炭素繊維前駆体束を用い、実施例１と同様の方法で炭素繊維束を得た。得られた２本の炭素繊維束５０００ｍを２本を上下に重ね合わせることなく互いに並列に配置した状態を保持しつつ、実施例１と同一の円筒形ボビンに巻き、直径１３０ｍｍ、幅２６０ｍｍの複数炭素繊維束巻取体を得た。このとき、複数炭素繊維束は、炭素繊維束から生じる毛羽によって、炭素繊維束同士が一部で絡み合っている状態にある。
(実施例３)
上記実施例１と同様の炭素繊維前駆体束を用い、この炭素繊維前駆体束２本を上下に重ね合わせることなく並列に配置し、２３０〜２７０℃の空気中で４５分間耐炎化処理を行ない、続いて１４００℃で１分間炭素化処理を施した。得られた２本の炭素繊維束を並列に配置した状態を保持しつつ上記エポキシ系サイズ剤溶液に浸し、その後乾燥した。このとき、複数炭素繊維束は、互いに隣接する炭素繊維束同士がサイズ剤によって接着されている状態にある。得られた２本の炭素繊維束５０００ｍを実施例１と同一の円筒形ボビンに巻き、直径１３０ｍｍ、幅２６０ｍｍの複数炭素繊維束巻取体を得た。

(比較例１)
上記実施例１と同一の炭素繊維前駆体束を用い、この炭素繊維前駆体束２本を溝ロールを用いて合糸し、２３０〜２７０℃の空気中で４５分耐炎化処理を行い、続いて１４００℃で１分間炭素化処理を施した。得られた複数炭素繊維束を上記エポキシ系サイズ剤溶液に浸し、その後乾燥した。このとき、得られた複数炭素繊維束は、長手方向に見たとき、ある部分は並列し、又ある部分は重なり合っているような合糸された状態にある。その後、実施例１と同一の円筒形ボビンに巻き、直径１３０ｍｍ、幅２６０ｍｍの複数炭素繊維束巻取体を得た。

＜複数炭素繊維束の分繊方法及び分繊装置＞
以下、図５を参考に説明する。実施例３で得られた複数炭素繊維束巻取体１をクリール(図示せず)に取り付けた。このクリールは、ボビン２自体を軸の周りに公転させて偏心回転するように支持しているので、複数炭素繊維束巻取体１を偏心回転させることができる。
次いで、この複数炭素繊維束巻取体１から引き出された２本の炭素繊維束４を、分繊ガイド８に通した。この分繊ガイドは、このクリールから３ｍ後方の位置に設置した。分繊ガイドには、直径５０ｍｍのセラミック製ロール状ガイド(湯浅糸道工業（株）、製品番号：Ａ０１０６０)を使用し、分繊ガイドの中心距離は５０ｍｍである。また、分繊ガイド８の１０ｍｍ前にアイガイド(湯浅糸道工業（株）、製品番号：Ａ４１１００７)を配置し、炭素繊維束４を開口部に通した。これにより、分繊位置６を中心とした、複数炭素繊維束３の流れ方向と炭素繊維束４の流れ方向とがなす角度θは、約３°となった。
上記分繊ガイド８を通過した２本の炭素繊維束４を、さらにワインダー７で巻き取った。
ここで、実施例１〜３の複数炭素繊維束巻取体と、比較例１の複数炭素繊維束巻取体を使用して、上記のように分繊した場合における、ワインダーの速度、炭素繊維束にかかる張力及び張力変動を表１に示す。

表１

＊試験１は、実施例１の複数炭素繊維束巻取体を使用。試験２は、実施例２の複数炭素繊維束巻取体を使用。試験３〜５は、実施例３の複数炭素繊維束巻取体を使用（但し試験５は、張力変動を行っていないので比較例）。試験６〜８は、比較例１の複数炭素繊維束巻取体を使用。

＜評価＞
(1)分繊位置
分繊位置６から分繊ガイド８までの距離ｄを測定した。分繊位置６が分繊ガイドから離れているほど、複数炭素繊維束の分割を安定かつ確実に行っていることになる。ここで、分繊位置６は、分割操作中に前後に移動することがあるが、この場合は平均の分繊位置とする。分繊位置の評価は、◎：２ｍ以上、○：１ｍ以上２ｍ未満、△：５０ｃｍ以上１ｍ未満、×：５０ｃｍ未満との基準に従った。
(2)製品品質
ワインダーで巻き取られた炭素繊維束の毛羽立ち及び糸切れの有無を、目視により確認した。評価は、毛羽立ちについては、炭素繊維束巻取体１に毛羽立ちが生じている箇所を測定することにより行い、◎：５箇所未満、○：５箇所以上２０箇所未満、×：２０箇所以上との基準に従った。糸切れについては、○：糸切れなし、×：糸切れありとの基準に従った。
試験１〜８に対して行った上記評価の結果を、表２に示す。

表２

試験１〜４で分割された炭素繊維束は、毛羽立ちや糸切れの問題がなく、良質な炭素繊維束が得られた。特に、試験１〜３は、製品品質の観点から、良好な炭素繊維束が得られた。
一方、試験５〜８で分割された炭素繊維束は、分繊の安定性及び製品品質において問題があった。

本発明に従う特定の複数炭素繊維束巻取体を選択することにより、複数炭素繊維束から各炭素繊維束への高速分繊が可能となる。これにより、複数の炭素繊維前駆体繊維束を焼成して得られた複数炭素繊維束をそのまま単一のボビンに巻き取ることができ、炭素繊維束巻き取りのためのワインダー及びボビン等の新たな設備投資が不要となる。特に、本出願人の先願に係る特願２０００−２０９３１１号明細書に記載の炭素繊維前駆体繊維束の巻取体を使用することにより、「単一のボビンに巻かれた前駆体繊維束→焼成工程→単一のボビンに巻かれた炭素繊維束」という一連の流れを形成するため、従来の焼成装置をそのまま流用することができる。また、単一のボビンから多数の炭素繊維束を任意の速度で引き出してそのまま製織工程等で使用することもできるので、炭素繊維分割装置を別途準備して炭素繊維束を分割しておく必要がなく、工程の省略、設備コストの削減を図ることができる。別途炭素繊維分割装置を使用する場合であっても、高速で分割することが可能であるため、数台の分繊装置を有効に使用して効率よく分割することができる。さらに、全体として工程数を削減できるため、炭素繊維束の品質向上も期待できる。

１：複数炭素繊維束巻取体
２：ボビン
３：複数炭素繊維束
４：炭素繊維束
５：隣接面
６：分繊位置
７：ワインダー
８：分繊ガイド

Claims

炭素繊維前駆体繊維束に、空気交絡処理を施し、収束性を付与する工程、
前記炭素繊維前駆体繊維束に耐炎化処理、炭素化処理を施し、炭素繊維束とする工程、少なくとも２本の前記炭素繊維束を、重なり合うことなく、互いに並列に配置し、かつ単一のボビンに巻き取る工程、
を有し、互いに隣接する前記炭素繊維束同士が、サイズ剤によって接着されていることを特徴とする複数炭素繊維束巻取体の製造方法。