JP7001997B2 - 部分分繊繊維束とその製造方法、および部分分繊繊維束を用いた繊維強化樹脂成形材料とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、部分分繊繊維束およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、分繊することを想定していない、単糸数の多い安価なラージトウを、糸切れを起こすことなく、連続して分繊することを可能にした、複合材料成形に用いられる成形材料作製のために最適な形態に形成可能な部分分繊繊維束とその製造方法、並びにそれをマット化し樹脂を含浸させた繊維強化樹脂成形材料と、それを作製するまでの一連の工程を備えた製造方法に関する。

不連続の強化繊維（例えば、炭素繊維）の束状集合体（以下、繊維束ということもある。）とマトリックス樹脂からなる成形材料を用いて、加熱、加圧成形により、所望形状の成形品を製造する技術は広く知られている。このような成形材料において、単糸数が多い繊維束からなる成形材料では成形の際の流動性には優れるが、成形品の力学特性は劣る傾向がある。これに対し、成形時の流動性と成形品の力学特性の両立を狙い、成形材料内の繊維束として、任意の単糸数に調整した繊維束が使用されている。

繊維束の単糸数を調整する方法として、例えば特許文献１、２には、複数の繊維束を事前に巻き取った複数繊維束巻取体を用いて、分繊処理を行う方法が開示されている。しかし、これらの方法は、事前処理の繊維束の単糸数の制約を受けるため、調整範囲が限定され、所望の単糸数へ調整しづらいものであった。

また、例えば特許文献３～５には、円盤状の回転刃を用いて繊維束を所望の単糸数に縦スリットする方法が開示されている。これらの方法は、回転刃のピッチを変更することで単糸数の調整が可能ではあるものの、長手方向全長に渡って縦スリットされた繊維束は集束性がないため、縦スリット後の糸をボビンに巻き取ったり、巻き取ったボビンから繊維束を巻き出すことといった取扱いが困難になりやすい。また、縦スリット後の繊維束を搬送する際には、縦スリットによって発生した枝毛状の繊維束が、ガイドロールや送りロールなどに巻きつき、搬送が容易でなくなるおそれがある。

また、特許文献６には、繊維方向に平行な縦スリット機能のある縦刃に加え、繊維方向に垂直な横刃を有した分繊カッターによって、縦スリットと同時に繊維を所定長に切断する方法が開示されている。この方法であれば、縦スリット後の繊維束を一旦ボビンに巻き取って搬送することが不要となり、取り扱い性は改善される。しかし、分繊カッターは、縦刃と横刃を備えるため、一方の刃が先に切断寿命に達すると、刃全体を交換せざるを得なくなる弊害が生じるものであった。

また、例えば特許文献７、８には、外周面に複数の突起を有するロールを備え、ロールの突起を繊維束に押し込んで部分的に分繊させるようにした手法が記載されている。しかしこの手法では、基本的にロールの周速と繊維束の搬送速度が同期した同じ速度であるため、分繊処理区間と未分繊処理区間の長さ等の制御ができず、最適な形態の部分分繊繊維束を得ることは困難である。

さらに、特許文献９には、繊維束と直交する方向に延びるモノフィラメントにより、繊維束中に、樹脂含浸容易化のための断続的に伸びる流路を形成する特殊な手法が記載されている。しかしこの手法は、繊維束中に樹脂含浸容易化のための流路を形成する技術に関するものであり、ラージトウ等の繊維束の分繊とは基本的に異なる技術である。

特開２００２－２５５４４８号公報 特開２００４－１００１３２号公報 特開２０１３－４９２０８号公報 特開２０１４－３０９１３号公報 特許第５５１２９０８号公報 国際公開２０１２／１０５０８０号公報 特開２０１１―２４１４９４号公報 米国特許公開２０１２／０２１３９９７Ａ１号公報 欧州特許公開２６８７３５６Ａ１号公報

上述の如く、成形時の流動性と成形品の力学特性を両立させるためには、任意の最適な単糸数に調整された繊維束が必要である。

さらに、繊維束自体に撚りが存在することや、分繊処理工程で繊維束の走行中に撚りが入ることなど、繊維束が撚れた状態で、上述の縦スリット工程を通過する場合、交差した繊維束を長手方向に切断することから、縦スリット工程前後で、繊維束が寸断され、連続的に縦スリット処理が行えない不具合が発生する。

そこで、本発明の課題は、複合材料成形に用いられる成形材料作製のために最適な単糸数の繊維束を形成可能な部分分繊繊維束と、その最適な繊維束形態に連続して安定的にスリット可能な部分分繊繊維束の製造方法を提供することにある。特に、複合材料成形に用いられる成形材料作製のために部分分繊繊維束を切断／散布し、不連続繊維の繊維束の中間基材とする際に、細束の繊維束と太束の繊維束の最適な分布状態への制御が可能になり、それによって成形の際の流動性と成形品の力学特性をバランスよく発現し得る部分分繊繊維束とその製造方法を提供することにある。さらに、撚りが含まれる繊維束や、ラージトウの単糸数の多い繊維束であっても、回転刃の交換寿命を気にすることなく、連続したスリット処理を可能とする、部分分繊繊維束とその製造方法を提供することにある。

また、本発明のもう一つの課題は、上記部分分繊繊維束をマット化し樹脂を含浸させた繊維強化樹脂成形材料と、それを作製するまでの一連の工程を備えた繊維強化樹脂成形材料の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は以下の構成を有する。
（１）複数の単糸からなる繊維束の長手方向に沿って、少なくとも３本以上の複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束であって、前記部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる前記単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下であることを特徴とする部分分繊繊維束。
（２）前記分繊処理区間の長さが、３０ｍｍ以上１５００ｍｍ以下であることを特徴とする、（１）に記載の部分分繊繊維束。
（３）前記未分繊処理区間の長さが、１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることを特徴とする、（１）または（２）に記載の部分分繊繊維束。
（４）前記部分分繊繊維束に含まれる前記未分繊処理区間の含有率が、３％以上５０％以下であることを特徴とする、（１）～（３）のいずれかに記載の部分分繊繊維束。
（５）複数の単糸からなる繊維束を長手方向に沿って走行させながら、複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れて分繊処理部を生成するとともに、少なくとも１つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過した後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる、少なくとも３本以上の複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる前記単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下となるように、前記分繊手段の前記突出部の形状と突き入れ、抜き取りのタイミングを制御することを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
（６）複数の単糸からなる繊維束に複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れ、前記分繊手段を前記繊維束の長手方向に沿って走行させながら分繊処理部を生成するとともに、少なくとも１つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過する位置まで前記分繊手段を走行させた後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる、少なくとも３本以上の複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる前記単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下となるように、前記分繊手段の前記突出部の形状と突き入れ、抜き取りのタイミングを制御することを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
（７）前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記押圧力の上昇に伴って前記繊維束から前記分繊手段を抜き取ることを特徴とする、（５）または（６）に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
（８）前記繊維束に突き入れた前記分繊手段から前記繊維束の長手方向に沿って前後の少なくともいずれか一方の１０～１０００ｍｍの範囲における前記繊維束の撚りの有無を撮像手段により検知することを特徴とする、（５）～（７）のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
（９）前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記撮像手段により撚りを検知し、前記突出部が該撚りに接触する直前から通過するまで、前記押圧力が低減するように前記分繊手段を制御することを特徴とする、（８）に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
（１０）複数の前記突出部が、それぞれ独立して制御可能であることを特徴とする、（５）～（９）のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
（１１）前記分繊手段が、前記繊維束の長手方向に直交する回転軸を備え、前記回転軸表面に前記突出部が設けられていることを特徴とする、（５）～（１０）のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
（１２）（１）～（４）のいずれかに記載の部分分繊繊維束を切断・散布して得られる強化繊維マットと、マトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂成形材料。
（１３）前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする、（１２）に記載の繊維強化樹脂成形材料。
（１４）前記繊維強化樹脂成形材料がシートモールディングコンパウンドであることを特徴とする、（１２）または（１３）に記載の繊維強化樹脂成形材料。
（１５）（１２）～（１４）のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、少なくとも下記工程［Ａ］～［Ｃ］を有することを特徴とする、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
［Ａ］複数の単糸からなる強化繊維束の長手方向に沿って、少なくとも３本以上の複数の束に分割された分繊処理部と未分繊処理部とを交互に形成してなる部分分繊繊維束を得る部分分繊工程であって、前記部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる前記単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下となるように分繊処理を行う部分分繊工程。
［Ｂ］前記部分分繊繊維束を切断して散布し、強化繊維マットを得るマット化工程。
［Ｃ］前記強化繊維マットにマトリックス樹脂を含浸させる樹脂含浸工程。
（１６）少なくとも前記工程［Ａ］～［Ｃ］を１つのプロセス内で連続的に行うことを特徴とする、（１５）に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
（１７）前記工程［Ｂ］においては、部分分繊繊維束をその長手方向に対して、角度θ（０＜θ＜９０°）で切断することを特徴とする、（１５）または（１６）に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。

本発明に係る部分分繊繊維束によれば、部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる単糸の割合を、その幅方向断面における全単糸の６７％以下の特定の割合以下としたので、複合材料成形に用いられる成形材料作製のために該部分分繊繊維束を切断／散布し、不連続繊維の繊維束の中間基材とした際に、細束の繊維束と太束の繊維束を最適な範囲内の比率や最適な分布状態に制御することが可能になり、成形の際の流動性と成形品の力学特性をバランスよく発現し得ることが可能になる。特に、未分繊処理部が大きくなりすぎることを防止でき、切断された不連続繊維の繊維束が細束で分散されるため、力学特性の向上が期待できる。未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる単糸の割合を特定の割合以下とするには、例えば、該領域が発生する位置を繊維束の長手方向において適切にずらし、同じ幅方向断面で該領域が重複等により広い領域として形成されることを避けることによって達成可能である。

また、本発明に係る部分分繊繊維束の製造方法によれば、繊維束を連続して安定的にスリット可能で、上記最適な形態の部分分繊繊維束を容易に効率よく製造することができる。特に、撚りが含まれる繊維束や、ラージトウの単糸数の多い繊維束であっても、回転刃の交換寿命を気にすることなく、連続したスリット処理を可能とする、部分分繊繊維束の製造方法を提供することができる。さらに、安価なラージトウの連続スリット処理が可能となり、成形品の材料コスト、製造コストの低減をはかることが可能になる。

また、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料によれば、上記のような成形の際の流動性と成形品の力学特性をバランスよく発現し得る部分分繊繊維束を切断・散布して得られる強化繊維マットと、マトリックス樹脂を含むので、成形の際にも細束の繊維束と太束の繊維束を最適な範囲内の比率や最適な分布状態で混在させることができ、確実に、成形の際の流動性と成形品の力学特性をバランスよく発現させることができる。

さらに、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料の製造方法によれば、複数の束に分繊された分繊処理部と未分繊処理部とを交互に形成してなる部分分繊繊維束を作製し、該部分分繊繊維束を切断、散布して部分分繊繊維束由来のマットを作製し、それにマトリックス樹脂を含浸させて繊維強化樹脂成形材料を得るようにしたので、部分分繊繊維束を切断／散布して不連続繊維の繊維束の中間基材とした際に、細束の繊維束と太束の繊維束を最適な範囲内の比率や最適な分布状態で混在させることが可能になり、成形の際の流動性と成形品の力学特性をバランスよく発現させることが可能になる。特に、部分分繊繊維束の作製工程では、上述したように、繊維束を連続して安定的にスリット可能で、最適な形態の部分分繊繊維束を容易に効率よく製造することができる。特に、撚りが含まれる繊維束や、ラージトウの単糸数の多い繊維束であっても、回転刃の交換寿命を気にすることなく、連続したスリット処理を可能とすることができる。さらに、安価なラージトウの連続スリット処理が可能となり、それによって成形品の材料コスト、製造コストの低減をはかることが可能になる。また、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料の製造方法によれば、一連の工程［Ａ］～［Ｃ］を一つのプロセスで連続的に行うことが可能になり、効率よく円滑にしかも優れた生産性をもって所望の繊維強化樹脂成形材料を製造できるようになる。

本発明における繊維束に分繊処理を施した部分分繊繊維束の一例を示す概略平面図である。 図１の部分分繊繊維束のＡ－Ａ’線およびＢ－Ｂ’線に沿う概略断面図である。 走行する繊維束に分繊手段を突き入れる一例を示す（Ａ）概略平面図と（Ｂ）概略側面図である。 繊維束に移動する分繊手段を突き入れる移動サイクルの一例を示す（Ａ）概略平面図と（Ｂ）概略側面図である。 繊維束に移動する分繊手段を突き入れる移動サイクルの他の例を示す概要説明図である。 本発明において各分繊処理区間をずらす場合の一例を示す（Ａ）概略平面図と（Ｂ）概略斜視図である。 本発明において複数の突出部を独立して制御可能な分繊手段を用いる場合の一例を示す（Ａ）概略斜視図と（Ｂ）分繊手段の概略断面図である。 本発明において回転分繊手段を用いる場合の一例を示す概略斜視図である。 本発明の一実施態様に係る繊維強化樹脂成形材料の製造方法を示す概略構成図である。 本発明における部分分繊繊維束をその長手方向に対して斜めに切断する場合の一例を示す概略斜視図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は当該図面の態様に何ら限定されるものではない。

図１は、本発明における繊維束に分繊処理を施した部分分繊繊維束の一例を示しており、図２は、その部分分繊繊維束のＡ－Ａ’線およびＢ－Ｂ’線に沿う概略断面を示している。図１、図２に示す部分分繊繊維束１０は、複数の単糸１１（図２に図示）からなる繊維束１００の長手方向に沿って、少なくとも３本以上の複数の束（分割繊維束１１０）に分割された分繊処理区間１２０と未分繊処理区間１３０とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束１０であって、部分分繊繊維束１０の長手方向のいずれの幅方向断面（例えば、Ａ－Ａ’線およびＢ－Ｂ’線に沿う断面）においても、未分繊処理部１４０によって隣接する分割繊維束１１０が結合されている領域１６０に含まれる単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下であることを特徴としている。図１における１５０は分繊処理部を示しており、図２における１７０は分繊処理による（分繊処理部１５０による）分割部を示している。

図１に示す部分分繊繊維束１０においては、未分繊処理部１４０によって隣接する分割繊維束１１０が結合されている領域１６０の発生個所が、繊維束１００の長手方向に（部分分繊繊維束１０の長手方向に）順にずらして形成されている。換言すれば、分繊処理部１５０、未分繊処理部１４０、分繊処理部１５０と繰り返し形成される列における未分繊処理部１４０の、繊維束１００長手方向における位置が順次ずらされている。さらに、換言すれば、分繊処理区間１２０と未分繊処理区間１３０とが交互に形成される列における未分繊処理区間１３０の、繊維束１００長手方向における位置が順次ずらされている。その結果、図２のＡ－Ａ’線に沿う概略断面図に示されるように、隣接する分割繊維束１１０が結合されている領域１６０における分割部１７０に至るまでの幅が、結合されていない他の分割繊維束１１０の幅に比べて大きくなり、この断面において領域１６０に含まれる単糸１１の数が多くなる。部分分繊繊維束１０の長手方向のいずれかの位置における幅方向断面には、上記のような領域１６０が形成されない場合、上記のような領域１６０が一つだけ形成される場合、上記のような領域１６０が複数形成される場合、のいずれも発生し得るが、いずれの場合にあっても、上記のような領域１６０に含まれる単糸１１の割合が、その幅方向断面における全単糸１１の６７％以下とされる。このようにすることにより、いずれの断面位置においても、未分繊処理部１４０が大きくなりすぎないようにされる。その結果、このような部分分繊繊維束１０を複合材料成形に用いられる成形材料作製のために切断／散布し、不連続繊維の繊維束の中間基材とした際に、細束の繊維束と太束の繊維束を最適な範囲内の比率や最適な分布状態に制御することが可能になり、成形の際の流動性と成形品の力学特性をバランスよく発現し得ることが可能になる。特に、未分繊処理部１４０（あるいは上記のような領域１６０）を小さく抑えておくことにより、切断された不連続繊維の繊維束が細束の形態で分散されるようになるため、力学特性の向上が期待できる。したがって、上記のような領域１６０に含まれる単糸１１の割合は、５０％以下であるのがより好ましく、４０％以下であるのがさらに好ましい。

次に、本発明において用いる分繊処理について、図３を用いて説明する。図３は、走行する繊維束１００に分繊手段２００を突き入れた一例を示す（Ａ）概略平面図、（Ｂ）概略側面図である。図中の繊維束走行方向Ａ（矢印）が繊維束１００の長手方向であり、図示されない繊維束供給装置から連続的に繊維束１００が供給されていることを表す。

分繊手段２００は、繊維束１００に突き入れ易い突出形状を有する突出部２１０を具備しており、走行する繊維束１００に突き入れ、繊維束１００の長手方向に略平行な分繊処理部１５０を生成する。ここで、分繊手段２００は、繊維束１００の側面に沿う方向に突き入れることが好ましい。繊維束の側面とは、繊維束の断面が、横長の楕円もしくは横長の長方形のような扁平形状であるとした場合の断面端部における垂直方向の面（例えば、図３に示す繊維束１００の側表面に相当する）である。また、具備する突出部２１０は、１つの分繊手段２００につき１つでもよく、また複数であってもよい。１つの分繊手段２００で突出部２１０が複数ある場合、突出部２１０の磨耗頻度が減ることから、交換頻度を減らすことも可能となる。さらに、分繊する繊維束数に応じて、複数の分繊手段２００を同時に用いることも可能である。複数の分繊手段２００を、並列、互い違い、位相をずらす等して、複数の突出部２１０を適切に配置することができる。

複数の単糸からなる繊維束１００を、分繊手段２００により本数のより少ない分繊束に分けていく場合、複数の単糸は、実質的に繊維束１００内で、引き揃った状態ではなく、単糸レベルでは交絡している部分が多いため、分繊処理中に接触部２１１付近に単糸が交絡する絡合部１８１を形成する場合がある。

ここで、絡合部１８１を形成するとは、例えば、分繊処理区間内に予め存在していた単糸同士の交絡を分繊手段２００により接触部２１１に形成（移動）させる場合や、分繊手段２００によって新たに単糸が交絡した集合体を形成（製造）させる場合等が挙げられる。

任意の範囲に分繊処理部１５０を生成した後、分繊手段２００を繊維束１００から抜き取る。この抜き取りによって分繊処理が施された分繊処理区間１２０が生成し、それと同時に上記のように生成された絡合部１８１が分繊処理区間１２０の端部部位に蓄積され、絡合部１８１が蓄積した絡合蓄積部１８０が生成する。また、分繊処理中に繊維束から発生した毛羽は毛羽溜まり１９０として分繊処理時に絡合蓄積部１８０付近に生成する。

その後再度分繊手段２００を繊維束１００に突き入れることで、未分繊処理区間１３０が生成し、繊維束１００の長手方向に沿って、分繊処理区間１２０と未分繊処理区間１３０とが交互に配置されてなる部分分繊繊維束が形成される。本発明に係る部分分繊繊維束では、未分繊処理区間１３０の含有率が３％以上５０％以下とされることが好ましい。ここで、未分繊処理区間１３０の含有率とは、繊維束１００の単位長さにおける未分繊処理区間１３０の合計生成長の割合として定義する。未分繊処理区間１３０の含有率が３％未満だと、分繊処理のプロセス安定性が低下したり、部分分繊繊維束を切断／散布し、不連続繊維の繊維束の中間基材として成形に用いる際の流動性が乏しくなる。一方、５０％を超えるとそれを用いて成形した成形品の力学特性が低下する。

また、個々の区間の長さとしては、上記分繊処理区間１２０の長さが、３０ｍｍ以上１５００ｍｍ以下であることが好ましく、上記未分繊処理区間１３０の長さが、１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることが好ましい。

繊維束１００の走行速度は変動の少ない安定した速度が好ましく、一定の速度がより好ましい。

分繊手段２００は、本発明の目的が達成できる範囲であれば特に制限がなく、金属製の針や薄いプレート等の鋭利な形状のような形状を備えたものが好ましい。分繊手段２００は、分繊処理を行う繊維束１００の幅方向に対して、複数の分繊手段２００を設けることが好ましく、分繊手段２００の数は、分繊処理を行う繊維束１００の構成単糸本数Ｆ（本）によって任意に選択できる。分繊手段２００の数は、繊維束１００の幅方向に対して、（Ｆ／１００００－１）個以上（Ｆ／５０－１）個未満とすることが好ましい。（Ｆ／１００００－１）個未満であると、後工程で強化繊維複合材料にした際に力学特性の向上が発現しにくく、（Ｆ／５０－１）個以上であると分繊処理時に糸切れや毛羽立ちのおそれがある。

本発明において使用する繊維束１００は、複数の単糸からなる繊維束であれば繊維種類は特に限定されるものではない。このうち、強化繊維を用いることが好ましく、中でも、炭素繊維、アラミド繊維およびガラス繊維からなる群から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。これらは単独で使用してもよく２種類以上を併用することもできる。中でも炭素繊維は、軽量でかつ強度に優れた複合材料を提供することが可能となるので、特に好適である。炭素繊維としては、ＰＡＮ系、ピッチ系のいずれでもよく、その平均繊維径は３～１２μｍが好ましく、６～９μｍがより好ましい。

炭素繊維の場合は、通常、連続繊維からなる単糸が３０００～６００００本程度集束した繊維束を、ボビンに巻き取った巻糸体（パッケージ）として供給される。繊維束は無撚りが好ましいものの、撚りが入っているストランドでも使用可能であり、搬送中に撚りが入っても、本発明には適用可能である。単糸数にも制約はなく、単糸数が多い、いわゆるラージトウを用いる場合は、繊維束の単位重量あたりの価格は安価であるため、単糸数が多いほど、最終製品のコストを減らすことができて好ましい。また、ラージトウとして、繊維束同士を１つの束にまとめて巻き取った、いわゆる合糸した形態を使用してもよい。

強化繊維を用いる際は、強化繊維複合材料とする際のマトリックス樹脂との接着性を向上する等の目的で表面処理されていることが好ましい。表面処理の方法としては，電解処理、オゾン処理、紫外線処理等がある。また、強化繊維の毛羽立ちを防止したり、強化繊維ストランドの集束性を向上させたり、マトリックス樹脂との接着性を向上する等の目的でサイジング剤が付与されていても構わない。サイジング剤としては、特に限定されないが、エポキシ基、ウレタン基、アミノ基、カルボキシル基等の官能基を有する化合物が使用でき、これらは１種または２種以上を併用してもよい。

本発明において使用する繊維束は、予め集束された状態であることが好ましい。ここで予め集束された状態とは、例えば、繊維束を構成する単糸同士の交絡による集束した状態や、繊維束に付与されたサイジング剤による集束した状態、繊維束の製造工程で含有されてなる撚りによる集束した状態を指す。

本発明は、繊維束が走行する場合に限らず、図４に示すように、静止状態の繊維束１００に対して、分繊手段２００を突き入れ（矢印（１））、その後、分繊手段２００を繊維束１００に沿って走行（矢印（２））させながら分繊処理部１５０を生成し、その後、分繊手段２００を抜き取る（矢印（３））方法でもよい。その後は、図５（Ａ）に示すように、静止していた繊維束１００を矢印（３）、（４）で示すタイミングにて一定距離移動させた後に、分繊手段２００を元の位置（矢印（４））に戻してもよいし、図５（Ｂ）に示すように、繊維束１００は移動させず、分繊手段２００が絡合蓄積部１８０を経過するまで移動（矢印（４））させてもよい。

繊維束１００を一定距離移動させつつ分繊処理を行う場合には、図４（Ｂ）または図５（Ａ）に示すように、分繊手段２００を突き入れている分繊処理時間（矢印（２）で示す動作の時間）と、分繊手段２００を抜き取り、再度繊維束に突き入れるまでの時間（矢印（３）、（４）、（１）で示す動作の時間）を制御することが好ましい。この場合、分繊手段２００の移動方向は図の（１）～（４）の繰り返しとなる。

また、繊維束１００は移動させず、分繊手段２００が絡合蓄積部１８０を経過するまで分繊手段２００を移動させつつ分繊処理を行う場合には、図５（Ｂ）に示すように、分繊手段を突き入れている分繊処理時間（矢印（２）または矢印（６）で示す動作の時間）と、分繊手段２００を抜き取り、再度繊維束に突き入れるまでの時間（矢印（３）、（４）、（５）または矢印（３）、（４）、（１）で示す動作の時間）を制御することが好ましい。この場合にも、分繊手段２００の移動方向は図の（１）～（４）の繰り返しとなる。

このように、分繊手段２００によって、分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成され、未分繊処理区間が繊維束の全長に対して所定範囲内の比率になるように部分分繊繊維束が製造されることが好ましい。

なお、繊維束１００を構成する単糸の交絡状態によっては、任意長さの未分繊処理区間を確保する（例えば図３において、分繊処理区間１２０を処理後、一定長さの未分繊処理区間１３０を確保した上で次の分繊処理部１５０を処理する）ことなく、分繊処理区間の終端部近傍から、引き続き分繊処理を再開することもできる。例えば、図５（Ａ）に示すように、繊維束１００を間欠的に移動させながら分繊処理を行う場合は、分繊手段２００が分繊処理を行った（矢印（２））後、繊維束１００の移動長さを、直前で分繊処理した長さより短くすることで、再度分繊手段２００を突き入れる位置（矢印（１））が、直前に分繊処理した分繊処理区間に重ねることができる。一方、図５（Ｂ）に示すように分繊手段２００自身を移動させながら分繊処理を行う場合は、一旦、分繊手段２００を抜き取った後（矢印（３））、一定長さを移動させる（矢印（４））ことなく、再び分繊手段２００を繊維束に突き入れる（矢印（５））ことができる。

このような分繊処理は、繊維束１００を構成する複数の単糸同士が交絡している場合、繊維束内で単糸が実質的に引き揃った状態にはないため、繊維束１００の幅方向に対して、既に分繊処理された位置や、分繊手段２００を抜き取った箇所と同じ位置に再度分繊手段２００を突き入れても、単糸レベルで突き入れる位置がずれやすく、直前に形成された分繊処理区間とは、分繊された状態（空隙）が連続することなく、別々の分繊処理区間として存在させることができる。

分繊処理１回あたり分繊する分繊処理区間１２０の長さは、分繊処理を行う繊維束の単糸交絡状態にもよるが、３０ｍｍ以上１５００ｍｍ未満が好ましい。３０ｍｍ未満であると分繊処理の効果が不十分であり、１５００ｍｍ以上になると強化繊維束によっては糸切れや毛羽立ちのおそれがある。

さらに、分繊手段２００が複数設けられる場合には、交互に形成される分繊処理区間と未分繊処理区間とを、繊維束の幅方向に対して、略並行に複数設けることもできる。この際、前述したように、複数の分繊手段２００を、並列、互い違い、位相をずらす等して、複数の突出部２１０を任意に配置することができる。

また更に、複数の突出部２１０を、独立して制御することもできる。詳細は後述するが、分繊処理に要する時間や、突出部２１０が検知する押圧力により、個々の突出部２１０が独立して分繊処理することも好ましい。

いずれの場合であっても、繊維束走行方向上流側に配置した、繊維束を巻き出す巻き出し装置（図示せず）などから繊維束を巻き出す。繊維束の巻き出し方向は、ボビンの回転軸と垂直に交わる方向に引き出す横出し方式や、ボビン（紙管）の回転軸と同一方向に引き出す縦出し方式が考えられるが、解除撚りが少ないことを勘案すると横出し方式が好ましい。

また、巻き出し時のボビンの設置姿勢については、任意の方向に設置することができる。中でも、クリールにボビンを突き刺した状態において、クリール回転軸固定面でない側のボビンの端面が水平方向以外の方向を向いた状態で設置する場合は、繊維束に一定の張力がかかった状態で保持されることが好ましい。繊維束に一定の張力が無い場合は、繊維束がパッケージ（ボビンに繊維束が巻き取られた巻体）からズレ落ちパッケージから離れる、もしくは、パッケージから離れた繊維束がクリール回転軸に巻きつくことで、巻き出しが困難になることが考えられる。

また、巻き出しパッケージの回転軸固定方法としては、クリールを使う方法の他に、平行に並べた２本のローラーの上に、ローラーと平行にパッケージを載せ、並べたローラーの上でパッケージを転がすようにして、繊維束を巻き出す、サーフェス巻き出し方式も適用可能である。

また、クリールを使った巻き出しの場合、クリールにベルトをかけ、その一方を固定し、もう一方に錘を吊るす、バネで引っ張るなどして、クリールにブレーキをかけることで、巻き出し繊維束に張力を付与する方法が考えられる。この場合、巻き径に応じて、ブレーキ力を可変することが、張力を安定させる手段として有効である。

また、分繊後の単糸本数の調整には、繊維束を拡幅する方法と、繊維束の幅方向に並べて配置した複数の分繊手段のピッチによって調整が可能である。分繊手段のピッチを小さくし、繊維束幅方向により多くの分繊手段を設けることで、より単糸本数の少ない、いわゆる細束に分繊処理が可能となる。また、分繊手段のピッチを狭めずとも、分繊処理を行う前に繊維束を拡幅し、拡幅した繊維束をより多くの分繊手段で分繊することでも、単糸本数の調整が可能である。

ここで拡幅とは、繊維束１００の幅を拡げる処理を意味する。拡幅処理方法としては特に制限がなく、振動ロールを通過させる振動拡幅法、圧縮した空気を吹き付けるエア拡幅法などが好ましい。

本発明では分繊手段２００の突き入れと抜き取りを繰り返して分繊処理部１５０を形成する。その際、再度突き入れるタイミングは、分繊手段２００を抜き取った後の経過時間で設定することが好ましい。また、再度抜き取るタイミングも、分繊手段２００を突き入れた後の経過時間で設定することが好ましい。突き入れ、および／または抜き取りのタイミングを時間で設定することで、所定距離間隔の分繊処理区間１２０および、未分繊処理区間１３０を生成することが可能となり、分繊処理区間１２０と未分繊処理区間１３０の比率も任意に決定することが可能となる。また、所定時間間隔は、常時同じでもよいが、分繊処理を進めた距離に応じて長くしていくもしくは短くしていくことや、その時々の繊維束の状態に応じて、例えば繊維束が元々もっている毛羽や単糸の交絡が少ない場合には、所定時間間隔を短くするなど、状況に応じて変化させてもよい。

繊維束１００に分繊手段２００を突き入れると、分繊処理の経過にしたがって、生成する絡合部１８１が突出部２１０を押し続けるため、分繊手段２００は絡合部１８１から押圧力を受ける。

前述の通り、複数の単糸は実質的に繊維束１００内で引き揃った状態ではなく、単糸レベルで交絡している部分が多く、さらに繊維束１００の長手方向においては、交絡が多い箇所と少ない箇所が存在する場合がある。単糸交絡の多い箇所は分繊処理時の押圧力の上昇が早くなり、逆に、単糸交絡の少ない箇所は押圧力の上昇が遅くなる。したがって、本発明の分繊手段２００には、繊維束１００からの押圧力を検知する押圧力検知手段を備えることが好ましい。

また、分繊手段２００の前後で繊維束１００の張力が変化することがあるため、分繊手段２００の近辺には繊維束１００の張力を検知する張力検知手段を少なくとも１つ備えてもよく、複数備えて張力差を演算してもよい。これら押圧力、張力、張力差の検知手段は、個別に備えることもでき、いずれかを組み合わせて設けることもできる。ここで、張力を検知する張力検知手段は、分繊手段２００から繊維束１００の長手方向に沿って前後の少なくとも一方１０～１０００ｍｍ離れた範囲に配置することが好ましい。

これら押圧力、張力、張力差は、検出した値に応じて分繊手段２００の抜き出しを制御することが好ましい。検出した値の上昇に伴って、任意に設定した上限値を超えた場合に分繊手段２００を抜き出すよう制御することが更に好ましい。上限値は、押圧力、張力の場合は０．０１～１Ｎ／ｍｍの範囲、張力差は０．０１～０．８Ｎ／ｍｍの範囲で上限値を設定することが好ましい。なお、上限値は、繊維束の状態に応じて、±１０％の幅で変動させてもよい。ここで、押圧力、張力、張力差の単位（Ｎ／ｍｍ）は、繊維束１００の幅あたりに作用する力を示す。

押圧力、張力、張力差の上限値の範囲を下回ると、分繊手段２００を突き入れてすぐに、分繊手段２００を抜き取る押圧力や張力、張力差に到達するため、十分な分繊距離が取れず、分繊処理区間１２０が短くなりすぎ、本発明で得ようとする分繊処理が施された繊維束が得られなくなる。一方、上限値の範囲を上回ると、分繊手段２００を突き入れた後、分繊手段２００を抜き取る押圧力や張力、張力差に到達する前に繊維束１００に単糸の切断が増えるため、分繊処理が施された繊維束が枝毛状に飛び出すことや、発生する毛羽が増えるなどの不具合が発生しやすくなる。飛び出した枝毛は、搬送中のロールに巻きついたり、毛羽は駆動ロールに堆積し繊維束に滑りを発生させたりする等、搬送不良を発生させやすくする。

分繊手段２００の抜き取りタイミングを時間で制御する場合とは異なり、押圧力、張力、張力差を検知する場合には、分繊処理時に繊維束１００を切断するほどの力がかかる前に分繊手段２００を抜き取るため、繊維束１００に無理な力がかからなくなり、連続した分繊処理が可能になる。

更に、繊維束１００が部分的に切断されたような枝切れや毛羽立ちの発生を抑えつつ、分繊処理区間１２０が長く、かつ、絡合蓄積部１８０の形状が長手方向に安定的な繊維束１００を得るためには、押圧力は、０．０４～０．４Ｎ／ｍｍ、張力は０．０２～０．２Ｎ／ｍｍ範囲、張力差は０．０５～０．５Ｎ／ｍｍの範囲とすることが好ましい。

繊維束１００に突き入れた分繊手段２００から繊維束１００の長手方向に沿った前後の少なくとも一方１０～１０００ｍｍ離れた範囲において、繊維束１００の撚りの有無を検知する撮像手段を具備することも好ましい。この撮像により、撚りの位置をあらかじめ特定し、撚りに分繊手段２００を突き入れないように制御することで、突き入れミスを防止することができる。また、突き入れた分繊手段２００に撚りが接近した際に、分繊手段２００を抜き出すこと、つまり撚りを分繊処理しないことで、繊維束１００の狭幅化を防ぐことが出来る。ここで、突き入れミスとは、撚りに分繊手段２００を突き入れてしまい、繊維束１００を分繊手段２００の突き入れ方向に押し動かすのみで、分繊処理されないことをいう。

分繊手段２００が繊維束１００の幅方向に複数存在し、かつ、等間隔に配置される構成では、繊維束１００の幅が変化すると、分繊された単糸本数も変化するため、安定した単糸本数の分繊処理が行えなくなることがある。また、撚りを無理やり分繊処理すると、繊維束１００を単糸レベルで切断し毛羽を多く発生させるため、絡合部１８１が集積されてなる絡合蓄積部１８０の形状が大きくなる。大きな絡合蓄積部１８０を残しておくと、巻体から解舒される繊維束１００に引っかかりやすくなる。

繊維束１００の撚りを検知した場合、前述の撚りに分繊手段２００を突き入れないように制御する以外にも、繊維束１００の走行速度を変化させてもよい。具体的には、撚りを検知した後、分繊手段２００が繊維束１００から抜き出ているタイミングで、撚りが分繊手段２００を経過するまでの間、繊維束１００の走行速度を早くすることで、効率よく撚りを回避することができる。

また、撮像手段で得られた画像を演算する画像演算処理手段を更に備え、画像演算処理手段の演算結果に基づき、分繊手段２００の押圧力を制御する押圧力制御手段を更に備えてもよい。例えば、画像演算処理手段が撚りを検知した場合、分繊手段が撚りを経過する際の撚りの通過性をよくすることが出来る。具体的には、撮像手段により撚りを検知し、突出部２１０が検知した撚りに接触する直前から通過するまで、押圧力が低減するように分繊手段２００を制御することが好ましい。撚りを検知した際、押圧力の上限値の０．０１～０．８倍の範囲に低減させることが好ましい。この範囲を下回る場合、実質的に押圧力を検知できなくなり、押圧力の制御が困難になったり、制御機器自体の検出精度を高める必要が生じる。また、この範囲を上回る場合には、撚りを分繊処理する頻度が多くなり、繊維束が細くなる。

次に、本発明において、部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下であることを達成するための手法の例について説明する。

図６に示す例においては、走行する繊維束１００に対し、分繊手段２００Ａを突き入れ、抜き取りすることにより、上記のような目標とする部分分繊繊維束１０を得ることが可能である。分繊手段２００Ａには、平板状の基板２０１上に、複数の突出部２１０ａが、繊維束１００の幅方向に一定の間隔をもって、かつ、繊維束１００の長手方向に一定量ずつ位置を順にずらした状態にて、立設されている。この分繊手段２００Ａのこれら突出部２１０ａを一度に繊維束１００に突き入れ、繊維束１００を走行させることにより、突出部２１０ａと同数の分繊処理部１５０が生成され始め、繊維束１００が所定長（または所定時間）走行された段階で分繊手段２００Ａを抜き取ることにより、所定長の分繊処理区間１２０が、各分繊処理部１５０を繊維束１００の長手方向に一定量ずつ位置を順にずらした状態で形成される。分繊手段２００Ａを抜き取った後、繊維束１００を所定長（または所定時間）走行させ、再び分繊手段２００Ａの突出部２１０ａを繊維束１００に突き入れることにより、所定長の未分繊処理区間１３０が、分繊処理区間１２０と同様に、各未分繊処理部１４０を繊維束１００の長手方向に一定量ずつ位置を順にずらした状態で形成される。分繊手段２００Ａの突出部２１０ａの突き入れ、抜き取りのタイミングを、繊維束１００の走行速度や走行時間等との関係を考慮しながら適切に制御することにより、前述のような目標とする部分分繊繊維束１０を得ることが可能になる。

図７に示す例においては、走行する繊維束１００に対し、分繊手段２００Ｂを突き入れ、抜き取りすることにより、上記のような目標とする部分分繊繊維束１０を得ることが可能である。分繊手段２００Ｂには、矩形ブロック状の基台２０２に、複数の突出部２１０ｂが、繊維束１００の幅方向に一定の間隔をもって設けられており、複数の突出部２１０ｂは、それぞれ、個別に独立して抜き差しを制御できるように構成されている。すなわち、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各突出部２１０ｂは、基台２０２に対し上下に移動可能に構成されており、これら突出部２１０ｂを個別に制御して抜き差しが制御され、分繊に使用される突出部２１０ｂは基台２０２上に立設された状態に保たれ、分繊が終了した、あるいは分繊に使用されない突出部２１０ｂは、繊維束１００から抜き取られた状態にて基台２０２内に収納される。このような分繊手段２００Ｂを使用して、各突出部２１０ｂの抜き差しを個別に独立して適切に制御することにより、前述のような目標とする部分分繊繊維束１０を得ることが可能になる。

図８に示す例においては、走行する繊維束１００に対し、回転分繊手段２００Ｃを用いて、上記のような目標とする部分分繊繊維束１０を得ることが可能である。回転分繊手段２００Ｃは、繊維束１００の長手方向に直交する回転軸２４０を備えた回転機構を有しており、回転軸２４０の表面には複数の突出部２１０ｃが設けられている。より具体的には、外周上に所定の間隔をもって複数の突出部２１０ｃが配列された突出部プレート２０３が複数枚回転軸２４０に沿う方向に所定間隔をもって配設されており、各突出部プレート２０３はその突出部２１０ｃとともにそれぞれ独立して回転方向の位置を制御可能に構成されている。繊維束１００に対してこの回転分繊手段２００Ｃの突き入れと抜き取りを行うに際し、図示例では、ａ、ｂの突出部２１０ｃを有する突出部プレート２０３が先に回転され、ｃ、ｄの突出部２１０ｃを有する突出部プレート２０３はそれに遅れて回転を開始される。また、図示例では、ｅ、ｆ以降の突出部２１０ｃを有する突出部プレート２０３は不動であることを示している。このような回転分繊手段２００Ｃを用いて、各突出部プレート２０３の回転方向の位置を適切に制御しつつ、回転分繊手段２００Ｃの回転、各突出部２１０ｃの繊維束１００に対する突き入れ、抜き取りを適切に制御することにより、前述のような目標とする部分分繊繊維束１０を得ることが可能になる。

なお、図示は省略するが、回転分繊手段２００Ｃは、押圧力検知機構と回転停止位置保持機構を有していることが好ましい。双方機構によって、所定の押圧力が回転分繊手段２００Ｃに作用するまでは、所定の位置で回転停止位置を保持し分繊を続ける。突出部２１０ｃに絡合部１８１が生じる等、所定の押圧力を超えると、回転分繊手段２００Ｃが回転を始める。その後、突出部２１０ｃが繊維束１００から抜け、次の突出部２１０ｃが繊維束１００に突き入る動作を行う。これら一連の動作が短ければ短いほど、未分繊処理区間は短くなるため、繊維束の分繊処理区間の割合を多くしたい場合にはこれらの動作を短くすることが好ましい。

回転分繊手段２００Ｃに突出部２１０ｃを多く配置することで、分繊処理割合の多い繊維束１００を得られたり、回転分繊手段２００Ｃの寿命を長くしたりすることができる。分繊処理割合の多い繊維束とは、繊維束内における分繊処理された長さを長くした繊維束もしくは、分繊処理された区間と未分繊処理の区間との発生頻度を高めた繊維束のことである。また、１つの回転分繊手段２００Ｃに設けられた突出部２１０ｃの数が多いほど、繊維束１００と接触して突出部２１０ｃが磨耗する頻度を減らすことにより、寿命を長くすることができる。突出部２１０ｃを設ける数としては、円盤状の外縁に等間隔に３～１２個配置することが好ましく、より好ましくは４～８個である。

このように、分繊処理割合と突出部の寿命とを優先させつつ、繊維束幅が安定した繊維束１００を得ようとする場合、回転分繊手段２００Ｃには、撚りを検知する撮像手段を有していることが好ましい。具体的には、撮像手段が撚りを検知するまでの通常時は、回転分繊手段２００Ｃは回転および停止を間欠的に繰り返すことで分繊処理を行い、撚りを検知した場合には、回転分繊手段２００Ｃの回転速度を通常時より上げる、および／または停止時間を短くすることで、繊維束幅を安定させることができる。

前記停止時間をゼロに、つまり、停止せず連続して回転し続けることもできる。

また、回転分繊手段２００Ｃの間欠的な回転と停止を繰り返す方法以外にも、常に回転分繊手段２００Ｃを回転し続けてもよい。その際、繊維束１００の走行速度と回転分繊手段２００Ｃの回転速度とを、相対的にいずれか一方を早くする、もしくは遅くすることが好ましい。速度が同じ場合には、突出部２１０ｃを繊維束１００に突き刺す／抜き出す、の動作が行われるため、分繊処理区間は形成できるものの、繊維束１００に対する分繊作用が弱いため、分繊処理が十分に行われない場合がある。またいずれか一方の速度が相対的に早過ぎる、もしくは遅すぎる場合には、繊維束１００と突出部２１０ｃとが接触する回数が多くなり、擦過によって糸切れするおそれがあり、連続生産性に劣ることがある。

本発明では、分繊手段２００、２００Ａ、２００Ｂ、回転分繊手段２００Ｃの突き入れと抜き取りを、分繊手段２００、２００Ａ、２００Ｂ、回転分繊手段２００Ｃの往復移動によって行う往復移動機構を更に有してもよい。また、分繊手段２００、２００Ａ、２００Ｂ、回転分繊手段２００Ｃを繊維束１００の繰り出し方向に沿って往復移動させるための往復移動機構を更に有することも好ましい態様である。往復移動機構には、圧空や電動のシリンダやスライダなどの直動アクチュエータを用いることができる。

また、本発明に係る部分分繊繊維束は、分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成される限りにおいて、種々の態様を採ることができる。また、任意長さ領域に含まれる分繊処理区間の数は一定でなくともよく、分繊処理区間の数が変動することで、例えば、後工程で部分分繊繊維束を所定の長さにカットして不連続繊維にした際に、分繊処理区間の数が多い箇所が分繊起点となって、所定の単糸本数からなる繊維束に分割制御しやすくすることができる。一方、部分分繊繊維束をカットせず連続繊維として用いる際は、後工程で樹脂等を含浸し強化繊維複合材料とする際に、分繊処理区間が多く含まれる領域から、強化繊維束内に樹脂が含浸する起点となり、成形時間が短縮できるとともに、強化繊維複合材料中のボイド等を低減させることができる。

未分繊処理区間は、１つの分繊処理区間の分繊処理を終えた後、一定の距離をおいて新たに分繊処理される分繊処理区間との隣接する端部同士の区間として説明してきたが、これに限定されるものではない。繊維束の長手方向に対して分繊処理区間の端部同士の区間で未分繊処理区間が形成されない場合がある。このような場合であっても、単糸レベルで繊維束１００の幅方向に対して分繊位置がずれて、異なる分繊処理区間がそれぞれ形成されていれば、繊維束内長手方向に有限長さの分繊処理区間として存在する限りにおいて、分繊処理区間の先端同士が近接（実質的に繋がっている）していても良い。少なくとも単糸レベルで幅方向に対して分繊位置がずれて別々の分繊処理区間が形成されることで、連続して分繊処理を行う際に、糸切れや毛羽立ちを抑制することができ、品位の良い分繊繊維束を得ることができる。

部分分繊繊維束に糸切れが生じていると、部分分繊繊維束を所定の長さにカットし、不連続繊維強化複合材料とする際に、糸切れを起こした箇所でカット長が短くなり、不連続繊維強化複合材料とした際の力学特性が低下するおそれがある。また、部分分繊繊維束を連続繊維として用いる際であっても、糸切れを起こした箇所で繊維が不連続となり、力学特性が低下する恐れがある。

繊維束に強化繊維を用いる場合の分繊処理区間の数は、ある幅方向の領域において少なくとも（Ｆ／１００００－１）箇所以上（Ｆ／５０－１）箇所未満の分繊処理区間数を有することが好ましい。ここで、Ｆは分繊処理を行う繊維束を構成する総単糸本数（本）である。分繊処理区間の数は、ある幅方向の領域において少なくとも（Ｆ／１００００－１）箇所以上分繊処理区間を有することで、部分分繊繊維束を所定の長さにカットし不連続繊維強化複合材料にした際に、不連続繊維強化複合材料中の強化繊維束端部が細かく分割されるため、力学特性に優れた不連続繊維強化複合材料を得ることができる。また、部分分繊繊維束をカットせず連続繊維として用いる際は、後工程で樹脂等を含浸し強化繊維複合材料とする際に、分繊処理区間が多く含まれる領域から、強化繊維束内に樹脂が含浸する起点となり、成形時間が短縮できるとともに、強化繊維複合材料中のボイド等を低減させることができる。分繊処理区間数を（Ｆ／５０－１）箇所未満とすることで、得られる部分分繊繊維束が糸切れを起こしにくく、繊維強化複合材料とした際の力学特性の低下を抑制できる。

分繊処理区間を、繊維束１００の長手方向に周期性や規則性を持たせて設けると、後工程で部分分繊繊維束を所定の長さにカットした不連続繊維とする場合、所定の分繊繊維束本数へ制御しやすくすることができる。

次に、本発明に係る繊維強化樹脂成形材料について説明する。
本発明における繊維強化樹脂成形材料は、上記部分分繊繊維束を切断・散布して得られる強化繊維マットと、マトリックス樹脂を含むものである。

ここで、本発明に係る切断された上記部分分繊繊維束の平均繊維長としては、５～１００ｍｍの範囲にあることが好ましく、１０～８０ｍｍの範囲にあることがより好ましい。また、繊維長の分布としては、単一の繊維長の分布であっても構わないし、２種類以上の混合であっても構わない。

また、マトリックス樹脂としては特に制限はなく、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも使用可能であり、成形品としての機械特性を大きく低下させない範囲で適宜選択することができる。例示するなら、熱硬化性樹脂であれば、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノシキ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂などを用いることができる。中でも、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂のいずれか、もしくはこれらの混合物からなることが好ましい。また、熱可塑性樹脂であれば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂、ナイロン６樹脂、ナイロン６，６樹脂等のポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂等のポリエステル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルスルフォン樹脂、芳香族ポリアミド樹脂等の樹脂を用いることができる。中でも、ポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂のいずれかからなることが好ましい。本発明においては、マトリックス樹脂の含浸性や、含浸工程への適用性の観点から、熱硬化性樹脂がより好ましく用いることができる。

図９は、本発明の一実施態様に係る繊維強化樹脂成形材料の製造方法を示している。図９において、１は本発明における、少なくとも強化繊維マットとマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂成形材料の製造工程の全体を示しており、該製造工程１は、少なくとも、複数の単糸からなる強化繊維束の長手方向に沿って、少なくとも３本以上の複数の束に分繊された分繊処理部と未分繊処理部とを交互に形成してなり、長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる前記単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下となるような部分分繊繊維束７を得る部分分繊工程［Ａ］２と、部分分繊繊維束７を切断して散布し、強化繊維マット９ｂを得るマット化工程［Ｂ］３と、強化繊維マット９ｂにマトリックス樹脂（本実施態様では、熱硬化性樹脂９ｃ）を含浸させる樹脂含浸工程［Ｃ］４を有している。

複数のクリール５から繰り出された複数の単糸の強化繊維６ａからなる強化繊維束６が部分分繊工程［Ａ］２に供給され、その工程２にて前述の如く部分分繊処理が行われ、部分分繊繊維束７が作製される。作製された部分分繊繊維束７は、続いて（連続して）、マット化工程［Ｂ］３に供給され、その工程３にて、カッターユニット８で不連続の繊維束に切断された後、散布機構９ａを通して、例えば周回されるベルト１３上に、強化繊維マット９ｂが形成されるように散布される。この強化繊維マット９ｂにマトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂９ｃが含浸されるが、本実施態様では、強化繊維マット９ｂと供給された含浸されるべき熱硬化性樹脂９ｃとが、強化繊維マット９ｂの上下両側に順次供給されてくるフィルム１２に挟まれ、挟まれた状態で例えば複数の樹脂含浸ローラー１４間で加圧されることによって、樹脂含浸工程［Ｃ］４における樹脂含浸が促進されている。マトリックス樹脂が含浸された強化繊維マット９ｂは、連続したシート状の繊維強化樹脂成形材料１５として、図に示すように折り重ねられたり、巻き取られたりして、一連の連続した繊維強化樹脂成形材料の製造工程１が終了する。繊維強化樹脂成形材料１５は、例えば、シートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）として製造される。

このように、先ず部分分繊繊維束７を作製し、該部分分繊繊維束７を切断、散布して部分分繊繊維束由来の強化繊維マット９ｂを作製し、それにマトリックス樹脂９ｃを含浸させて繊維強化樹脂成形材料１５を得るようにしたので、部分分繊繊維束７を切断／散布して不連続繊維の繊維束の中間基材としての強化繊維マット９ｂとした際に、細束の繊維束と太束の繊維束を最適な比率の範囲内で混在させることが可能になり、それにマトリックス樹脂９ｃを含浸させた繊維強化樹脂成形材料１５では、成形の際の流動性と成形品の力学特性をバランスよく発現させることが可能になる。特に、部分分繊繊維束７の作製工程では、前述の如く、繊維束を連続して安定的にスリット可能で、最適な形態の部分分繊繊維束７を容易に効率よく製造することができる。特に、撚りが含まれる繊維束や、ラージトウの単糸数の多い繊維束であっても、回転刃の交換寿命を気にすることなく、連続したスリット処理を可能とすることができる。さらに、安価なラージトウの連続スリット処理が可能となり、それによって最終的な成形品の材料コスト、製造コストの低減をはかることが可能になる。

ここで、上述の繊維強化樹脂成形材料の製造工程１では、効率よく円滑にしかも優れた生産性をもって所望の繊維強化樹脂成形材料１５を製造することができるという観点から、好ましい例として一連の工程［Ａ］～［Ｃ］を一つのプロセスで連続的に行う態様を示しているが、必ずしも一連の工程［Ａ］～［Ｃ］を一つのプロセスで連続的に行う必要はなく、例えば工程［Ａ］を経て得られた部分分繊繊維束を一旦巻き取った後に、工程［Ｂ］に供してもよい。

また、本発明においては、図９に示したようなマット化工程［Ｂ］３において部分分繊繊維束７を切断する場合、部分分繊繊維束７をその長手方向に対して、角度θ（０＜θ＜９０°）で切断することも好ましい。例えば、図１０に示すように、部分分繊繊維束７の長手方向（図における繊維束の走行方向）に対して、角度θ（０＜θ＜９０°）に傾けた切断刃８ａにより部分分繊繊維束７を切断する。このようにすれば、切断刃８ａによる切断線が分繊処理部１５０と未分繊処理部１４０とにわたって延びる機会が多くなり、部分分繊繊維束７を切断して不連続繊維の繊維束とする際に、該不連続繊維束が未分繊処理部１４０のみから形成される機会が減少するので、より細束の不連続繊維束からなるマットの形成が可能になる。このようなマットを用いた繊維強化樹脂成型材料では、とくに成形品の力学特性の向上をはかることが可能になる。

次に、本発明の実施例、比較例について説明する。なお、本発明は本実施例や比較例によって何ら制限されるものではない。

［使用原料］
繊維束［Ａ－１］：
繊維径７．２μｍ、引張弾性率２４０ＧＰａ、単糸数５０，０００本の連続した炭素繊維束（ＺＯＬＴＥＫ社製、“ＰＡＮＥＸ（登録商標）３５”）を用いた。
マトリックス樹脂［Ｍ－１］：
ビニルエステル樹脂（ダウ・ケミカル（株）製、“デラケン（登録商標）７９０”）を１００重量部、硬化剤としてｔｅｒｔ－ブチルパーオキシベンゾエート（日本油脂（株）製、“パーブチル（登録商標）Ｚ”）を１重両部、増粘剤として酸化マグネシウム（協和化学工業（株）製、ＭｇＯ＃４０）を４重量部、内部離型剤としてステアリン酸亜鉛（堺化学工業（株）製、ＳＺ－２０００）を２重量部を、十分に混合・攪拌して得られた樹脂コンパウンドを用いた。

[力学特性の評価方法]
繊維強化樹脂成形材料を平板金型の中央部に配置（チャージ率にして５０％）した後、加圧型プレス機により１０ＭＰaの加圧のもと、約１４０℃×５分間の条件により硬化させ、３００×４００ｍｍの平板を得た。平板長手方向を０°とし、得られた平板より０°と９０°方向から、それぞれ１００×２５×１．６ｍｍの試験片５片（合計１０片）を切り出し、ＪＩＳ Ｋ７０７４（１９８８年）に準拠し測定を実施した。力学特性としては、曲げ強度、曲げ弾性率、曲げ弾性率のＣＶ値（％）を求めた（ＣＶ：変動係数）。

（実施例）
繊維束［Ａ－１］を、ワインダーを用いて一定速度１０ｍ／ｍｉｎで巻出し、１０Ｈｚで軸方向へ振動する振動拡幅ロールに通し、拡幅処理を施した後に、６０ｍｍ幅の幅規制ロールを通すことで６０ｍｍへ拡幅した拡幅繊維束を得た。

得られた拡幅繊維束に対して、厚み０．２ｍｍ、幅３ｍｍ、高さ２０ｍｍの突出形状を具備する分繊処理用鉄製プレート１６枚を、強化繊維束の幅方向に対して３．８ｍｍ等間隔に配し、さらに幅方向に隣接する前記分繊処理用鉄製プレート同士を、強化繊維束の長手方向に対して７ｍｍ等間隔で階段状にずらして配した、図６（Ｂ）に例示した分繊手段２００Ａと類似の分繊処理手段を準備した。この分繊処理手段を拡幅繊維束に対して、間欠式に抜き挿しし、部分分繊繊維束を得た。この時、分繊処理手段は一定速度１０ｍ／ｍｉｎで走行する拡幅繊維束に対して、３ｓｅｃ間分繊処理手段を突き刺し分繊処理区間を生成し、０．２ｓｅｃ間で分繊処理手段を抜き、再度突き刺す動作を繰り返し行なった。
得られた部分分繊繊維束は、分繊処理区間で繊維束が幅方向に対して１５分割に分繊されており、少なくとも１つの分繊処理区間の少なくとも１つの端部に、単糸が交絡した絡合部が蓄積されてなる絡合蓄積部を有していた。また、前記部分分繊繊維束における幅方向断面の未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる単糸の割合は、最大でその幅方向断面における全単糸の３３％であった。

部分分繊繊維束を１５００ｍ作成したところ、一度も糸切れ、巻きつきを起こすこと無く、繊維束内に存在した繊維の撚りは分繊処理手段を抜き挿しする際に走行方向へ通過し、安定した幅で分繊処理を行うことが出来た。

また、得られた部分分繊繊維束から長さ１ｍで５本のサンプルを切り出し、各サンプル内における分繊処理区間と未分繊処理区間の長さをそれぞれ計測・平均値を算出して、分繊処理区間、未分繊処理区間の距離を求めたところ、分繊処理区間は５００ｍｍ、未分繊処理区間は３３ｍｍであった。また、計測した上記サンプル内の未分繊処理区間の総和をサンプルの総長さ５ｍで除し、得られた値を部分分繊繊維束の含有率として求めたところ、未分繊処理区間の含有率は６％であった。

続いて、得られた部分分繊繊維束を、ロータリーカッターへ連続的に挿入して繊維束を繊維長２５ｍｍに切断、均一分散するように散布することにより、繊維配向が等方的である不連続繊維不織布を得た。得られた不連続繊維不織布の目付は１ｋｇ／ｍ^２であった。

マトリックス樹脂［Ｍ－１］をドクターブレードを用いて均一にポリプロピレン製の離型フィルム２枚それぞれに塗布し、２枚の樹脂シートを作製した。これら２枚の樹脂シートで上記の得られた不連続繊維不織布を上下から挟み込み、ローラーで樹脂を不織布中に含浸させることにより、シート状の繊維強化樹脂成形材料を得た。この時、繊維強化樹脂成形材料の強化繊維重量含有率が４７％になるように、樹脂シート作製の段階で樹脂の塗布量を調整した。得られた繊維強化樹脂成形材料について、前述の力学特性の評価方法に基づき、繊維強化樹脂成形材料を成形し、力学特性を評価したところ、曲げ強度４３０ＭＰａ、曲げ弾性率２７ＧＰａ、曲げ弾性率のＣＶ８％であった。

（比較例１）
繊維束［Ａ－１］に拡幅処理・分繊処理を施さずに切断、散布し、不連続繊維不織布を得た以外は、実施例と同様にして評価を行った。その結果、曲げ強度３００ＭＰａ、曲げ弾性率２２ＧＰａ、曲げ弾性率のＣＶ２４％であった。

（比較例２）
一定速度１０ｍ／ｍｉｎで走行する繊維束［Ａ－１］を用いた拡幅繊維束に対して、実施例と同様の分繊処理手段を常に突き刺した状態で保持し、連続的に分繊処理を施した連続分繊繊維束を作製した。得られた連続分繊処理繊維束は分繊処理区間が繊維長手方向に連続して形成され、一部で著しい毛羽立ちによる品位悪化が見られ、繊維束内に存在した繊維の撚りが分繊処理手段に集積され、部分的な糸切れが生じ、連続して分繊処理を行うことが出来なかった。

上記の通り、実施例においては優れた力学特性（曲げ強度、弾性率）、低ばらつきを両立して発現することが確認できた。一方、比較例１においては、分繊処理が施されていなかったため、成形品中の繊維束がいずれも太く、繊維束端部部位での応力集中が発生し、力学特性の低下とばらつきの増大が見られた。

本発明は、複数の単糸からなる繊維束をより単糸数の少ない細い束に分繊することが望まれるあらゆる繊維束に適用でき、特に、複合材料成形に用いられる成形材料作製のために部分分繊繊維束を切断／散布し、不連続繊維の繊維束の中間基材とする際に、細束の繊維束と太束の繊維束の最適な分布状態への制御を行うことができ、それによって成形の際の流動性と成形品の力学特性をバランスよく発現し得ることが望まれる場合に好適である。

１ 繊維強化樹脂成形材料の製造工程
２ 部分分繊工程［Ａ］
３ マット化工程［Ｂ］
４ 樹脂含浸工程［Ｃ］
５ クリール
６ 強化繊維束
６ａ 強化繊維
７ 部分分繊繊維束
８ カッターユニット
８ａ 切断刃
９ａ 散布機構
９ｂ 強化繊維マット
９ｃ 熱硬化性樹脂
１０ 部分分繊繊維束
１１ 単糸
１２ フィルム
１３ ベルト
１４ 樹脂含浸ローラー
１５ 繊維強化樹脂成形材料
１００ 繊維束
１１０ 分割繊維束
１２０ 分繊処理区間
１３０ 未分繊処理区間
１４０ 未分繊処理部
１５０ 分繊処理部
１６０ 分割繊維束が結合されている領域
１７０ 分割部
１８０ 絡合蓄積部
１８１ 絡合部
１９０ 毛羽溜まり
２００、２００Ａ、２００Ｂ 分繊手段
２００Ｃ 回転分繊手段
２０１ 基板
２０２ 基台
２０３ 突出部プレート
２１０、２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ 突出部
２１１ 接触部
２４０ 回転軸

Claims (13)

1. 複数の単糸からなる繊維束を長手方向に沿って走行させながら、複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れて分繊処理部を生成するとともに、少なくとも１つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過した後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる、少なくとも３本以上の複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記押圧力の上昇に伴って前記繊維束から前記分繊手段を抜き取り、前記部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる前記単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下となるように、前記分繊手段の前記突出部の形状と突き入れ、抜き取りのタイミングを制御することを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
2. 複数の単糸からなる繊維束に複数の突出部を具備する分繊手段を前記繊維束に突き入れ、前記分繊手段を前記繊維束の長手方向に沿って走行させながら分繊処理部を生成するとともに、少なくとも１つの前記分繊処理部における前記突出部との接触部に前記単糸が交絡する絡合部を形成し、しかる後に前記分繊手段を前記繊維束から抜き取り、前記絡合部を含む絡合蓄積部を経過する位置まで前記分繊手段を走行させた後、再度前記分繊手段を前記繊維束に突き入れる、少なくとも３本以上の複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束の製造方法であって、前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記押圧力の上昇に伴って前記繊維束から前記分繊手段を抜き取り、前記部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる前記単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下となるように、前記分繊手段の前記突出部の形状と突き入れ、抜き取りのタイミングを制御することを特徴とする、部分分繊繊維束の製造方法。
3. 前記繊維束に突き入れた前記分繊手段から前記繊維束の長手方向に沿って前後の少なくともいずれか一方の１０～１０００ｍｍの範囲における前記繊維束の撚りの有無を撮像手段により検知することを特徴とする、請求項１または２に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
4. 前記接触部における前記突出部に作用する前記繊維束の幅あたりに作用する押圧力を検知し、前記撮像手段により撚りを検知し、前記突出部が該撚りに接触する直前から通過するまで、前記押圧力が低減するように前記分繊手段を制御することを特徴とする、請求項３に記載の部分分繊繊維束の製造方法。
5. 複数の前記突出部が、それぞれ独立して制御可能であることを特徴とする、請求項１～４のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
6. 前記分繊手段が、前記繊維束の長手方向に直交する回転軸を備え、前記回転軸表面に前記突出部が設けられていることを特徴とする、請求項１～５のいずれかに記載の部分分繊繊維束の製造方法。
7. 複数の単糸からなる繊維束の長手方向に沿って、少なくとも３本以上の複数の束に分割された分繊処理区間と未分繊処理区間とが交互に形成されてなる部分分繊繊維束であって、前記部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる前記単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下である部分分繊繊維束を切断・散布して得られる強化繊維マットと、マトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂成形材料の製造方法であって、少なくとも下記工程［Ａ］～［Ｃ］を有することを特徴とする、繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
   ［Ａ］複数の単糸からなる強化繊維束の長手方向に沿って、少なくとも３本以上の複数の束に分割された分繊処理部と未分繊処理部とを交互に形成してなる部分分繊繊維束を得る部分分繊工程であって、前記部分分繊繊維束の長手方向のいずれの幅方向断面においても、未分繊処理部によって隣接する分割繊維束が結合されている領域に含まれる前記単糸の割合が、その幅方向断面における全単糸の６７％以下となるように分繊処理を行う部分分繊工程。
   ［Ｂ］前記部分分繊繊維束をその長手方向に対して、角度θ（０＜θ＜９０°）で切断して散布し、強化繊維マットを得るマット化工程。
   ［Ｃ］前記強化繊維マットにマトリックス樹脂を含浸させる樹脂含浸工程。
8. 少なくとも前記工程［Ａ］～［Ｃ］を１つのプロセス内で連続的に行うことを特徴とする、請求項７に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
9. 前記分繊処理区間の長さが、３０ｍｍ以上１５００ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７または８に記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
10. 前記未分繊処理区間の長さが、１ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項７～９のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
11. 前記部分分繊繊維束に含まれる前記未分繊処理区間の含有率が、３％以上５０％以下であることを特徴とする、請求項７～１０のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
12. 前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする、請求項７～１１のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。
13. 前記繊維強化樹脂成形材料がシートモールディングコンパウンドであることを特徴とする、請求項７～１２のいずれかに記載の繊維強化樹脂成形材料の製造方法。

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