JPH04119123A - 繊維トウ並びに繊維トウの巻取り方法及び巻取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維装置の巻取り工程において、繊維トウを
折れや捩れのないテープ状でボビンに巻取る方法及び巻
取り装置に関し、更に前記の手段で巻取られた開繊性や
拡幅性に優れた繊維トウに関するものである。

〔発明の背景と従来技術及びその問題点〕炭素繊維トウ
に要求される望ましい特性として開繊性や拡幅性が挙げ
られるが、炭素繊維トウではそれらの特性が非常に重要
である。

炭素繊維トウは、繊維束をテープ状にしてエポキシ樹脂
、ポリアミド樹脂、不飽和ポリエステル等をはじめとす
る熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂を含浸せしめたプ
リプレグを、種々の成形法によって成形し、繊維強化プ
ラスチックとして、航空機、宇宙産業、その他の各種産
業材料、あるいは釣竿、ゴルフシャフト、スキー板、ラ
ケット等のスポーツ、レジャー用機材等に利用され開発
が進められている。

上記したように、炭素繊維プリプレグの使用用途は、近
年多様化し、量的に拡大化するとともに、一方向引揃え
炭素繊維プリプレグ製造において、繊維束を極力薄く開
繊してマトリックス樹脂を含浸せしめる極薄プリプレグ
に対する需要が増してきた。

従来はフィラメント数の少ない細い炭素繊維トウを用い
て極薄のプリプレグを製造していたが、近年フィラメン
トの数の多い太い炭素繊維トウを使って極薄の一方向引
揃えのプリプレグの製造が可能となった。このことは、
一般にフィラメント数の少ない細い炭素繊維トウは、フ
ィラメント数の多い太い炭素繊維トウに比して焼成コス
トが高価であるので、前記フィラメント数の多い太い炭
素繊維トウより極薄の一方向引揃えのプリプレグの製造
が可能となったことは価格に有利となるものである。そ
して、プリプレグの製造においては、繊維束の開繊方法
の研究が進められているとともに、開繊性の良好な炭素
繊維が求められている。

炭素繊維トウの開繊性を向上せしめる方法としては、１
）ｌｉｌｉ維束をバラケやすくする。２）折れや捩れの
ないテープ状とする、等の方法があるが、前記の１）の
方法は、繊維束をバラケやすくする種類のサイジング剤
を選定するか又はサイジング剤の付着量を少なくするこ
とが効果があることは知られているが、サイジング剤の
種類変更は他への影響があることから困難であり、また
、付着量を少なくすることは、毛羽が多くなり易いこと
で望ましくない。したがって、本発明は、折れや捩れの
ないテープ又はテープ状とし、しかも開繊性が良好な炭
素繊維トウの提供をその目的とするものである。

ところで、炭素繊維トウを薄層の一方向引揃えシート状
物に開繊する手段としては、直径５〜２００ｍｍφの１
本以上のバーやフリーローラ又は駆動式ローラを使用し
て炭素繊維トウに張力を与えたり、強く接触させたりし
て、開繊させる開繊手段が多く用いられているが、供給
する炭素繊維トウ自体が折れたり、捩れたりしている状
態では、前記した開繊用バー又は開繊用ローラを通過せ
しめると、炭素繊維トウの折れた部分あるいは捩れた部
分は、開繊糸中が狭く厚みを有するものであることによ
り、隣接する開繊された炭素繊維トウとの間隔が０．５
〜２ｍｍ程度の所謂目すき（隙間）が発生することとな
る。このため、一方向引揃えシート状物にマトリックス
樹脂を含浸させたプリプレグの中に発生した前記の目す
き部分には炭素繊維が存在せず樹脂のみの状態となるた
め、プリプレグの割れの原因となる。また、炭素繊維ト
ウの折れや捩れの部分は、繊維束が引締り高密度となっ
ているため、樹脂の含浸が悪く、樹脂も炭素繊維も存在
しない空洞ができたり、離形紙との極部剥離やしわの発
生の原因となり、更に、折れてトウが厚くなった部分を
ロールにて強くプレスされるために起る白筋などのプリ
プレグ品質欠陥となり、そのうえ、コンポジットの品質
欠陥の原因ともなるものである。

従来の、炭素繊維製造における巻取り装置は第２図に示
すように、炭素繊維トウ２６が糸導ガイド２５より導か
れ、炭素繊維トウ２６がトラバースアーム２３に固定さ
れ左右に往復するヤーンガイド２４に案内され、スピン
ドル２１に固設されるポビン２２に巻取られるものであ
るが、前記の巻取りにおけるヤーンガイド２４は、走行
トウの毛羽発生防止、単糸巻付防止２巻取りトウの糸巾
拡大、縮小又は折りたたみ、あるいは、捩れ減少等の目
的のために、種々の材質例えばセラミック、金属あるい
は陶器等より製作され、表面に梨地加工を施されたもの
等があり、そのスリットの形状を円形、Ｕ字形。

その他の形状をしたもの、あるいは棒状体２本を組合わ
せてスリットを形成したもの、カーブドローラやバー自
体をヤーンガイドとしたものがあるが、何れも綾振りの
際にヤーンガイドの往復で走行する炭素繊維トウ２６の
ヤーンガイド２４への入り角は変化を繰り返すので、前
記の走行する炭素繊維トウ２６には複雑な方向の力が加
わり、折れや捩れが発生するものであった。

又、ボビン自体をトラバースさせる方式のワインダーも
、テープ頻用ワインダーとして開発されているが、この
方式のワインダーは、小量巻取りには好適ではあるが２
〜ｌ０ｋｇの巻取りには問題があり、また、装置が大型
化し、設備投資の面でも問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、上記の実情に鑑みて発明されたものであって
、炭素繊維製造において、巻取り工程まで炭素繊維トウ
を折れや捩れのないテープ状で導くことは勿論、ヤーン
ガイドをトラバースせしめて巻取るときにおいても折れ
や捩れのない状態で巻取ることができるテープ又はテー
プ状の炭素繊維トウの製法及びその装置の提供を目的と
するものである。

Ｃ問題点を解決する手段〕 本発明に係る繊維トウは、巻取り用ボビンに巻取られた
繊維トウの撚り数が０．１回１５ｍと等しいか又はそれ
より少ないことを特徴とするテープ又はテープ状であり
、その巻取り方法は、上下方向に所定の間隔を隔て配設
した複数のヤーンガイドの上方より供給されるテープ又
はテープ状の繊維トウの一定面を常に前記の複数のヤー
ンガイドに接触させて走行させ、該走行される繊維トウ
が出口側ヤーンガイドに対して常時一方向から供給せし
められるようになし、前記複数のヤーンガイドがボビン
の巻取り巾に合わせトラバースされることにより前記の
繊維トウをボビンに巻取るようにしたことをその特徴と
し、更に巻取り装置はトラバースアームに直交状態で立
設されたヤーンガイド用固定台を巻取り装置のスピンド
ル軸に平行に往復動せしめ、前記ヤーンガイド用固定台
の上下方向に複数のヤーンガイドを所定の間隔で配設し
、該複数のヤーンガイドの下部の出口側ヤーンガイドに
対し前記複数のヤーンガイドの上部より供給される繊維
トウを一定の入角で入るように構成したことをその特徴
とするものである。

〔作用〕

本発明に係る繊維トウの巻取り方法及びその装置は、複
数個のヤーンガイドを上下方向に直線状に所定の間隔を
隔てて配設したヤーンガイド用固定台をトラバースアー
ムに立設したので、トラバースアームの往復動に従って
前記した複数個のヤーンガイドが配設されたヤーンガイ
ド固定台も巻取り用ボビンの巻取り中に合わせて往復動
され、前記の複数のヤーンガイドの上方から供給される
繊維トウがボビンに巻取られるが、この巻取りに際し、
前記した複数筒のヤーンガイドの上方より供給される繊
維トウの一定面が前記のヤーンガイドに接触せしめられ
るとともに、上下方向に所定の間隔で配設されている前
記の複数個のヤーンガイドによって、繊維トウは出口側
のヤーンガイドに対して常に一定方向から供給されるの
で、該ヤーンガイドが往復動してその折り返しのときに
も前記のヤーンガイドに接触している繊維トウは反転す
ることなく、必ず同一面が接触し続けて折り返されるも
のであるので、繊維トウの折り返しに伴う折れや捩れが
全く存在しない巻取られた繊維トウが得ることができる
ものである。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、１はスピンドルで該スピンドル１には
繊維トウＡが巻取られるボビン２が固設される。３は前
記ボビン２と所定の間隔を有して平行に配設され、カム
ボックス４内の駆動手段によって往復動せしめられるト
ラバースアームである。５は、前記のトラバースアーム
３に直交して立設された縦長のヤーンガイド用固定台で
あり、前記トラバースアーム３の往復動に伴ってボビン
２の巻取り巾に合わせて往復動せしめられるものである
。

８は前記ヤーンガイド用固定台５の上部すなわち炭素繊
維トウＡが糸導ガイド１０に案内される入口側に設けら
れたヤーンガイドであり、該入口側ヤーンガイド８は、
それが固定される前記ヤーンガイド用固定台５が往復動
しても供給される炭素繊維トウＡが常に一定位置を通過
するように形成され、その形状は例えば、■型、開口部
を有する略円形又は楕円形あるいは平型等のものが良い
。

７は、前記ヤーンガイド用固定台５の下部すなわち走行
する炭素繊維トウＡが送出される部位に設けられた出口
側ヤーンガイドであり、該ヤーンガイド７は前記したよ
うにトラバースアーム３の往復動と同期して往復動され
るヤーンガイド用固定台５に固設され走行してくる炭素
繊維トウＡを案内してボビン２に巻取らせるものである
ので、その形状は、前記の往復動による折り返し部で前
記走行してくる炭素繊維トウＡがボビン２に対して常に
同一面で相対するように左あるいは右に移動可能な形状
例えば相対する片が鈍角をなすような構成であればよく
、■型、Ｕ型、開口部を有する略円形又は楕円形のもの
が良い。９は前記入口側ヤーンガイド８の下部に近接し
て設けられた第１中間ヤーンガイドであり、６は、前記
第１中間ヤーンガイド９の下方で、かつ、該第１中間ヤ
ーンガイド９と所要の間隔を隔て設けられた第２中間ヤ
ーンガイドで、前記第１中間ヤーンガイド９は入口側ヤ
ーンガイド８を通過した炭素繊維トウＡを前記第２中間
ヤーンガイド６に案内するものであり、前記第１．第２
巾間ヤーンガイド９，６は出口側ヤーンガイド７に炭素
繊維トウを一定の入角で入れるために設置するものであ
るので、前記した入口側ヤーンガイド８、第１中間ヤー
ンガイド９．第２中間ヤーンガイド６及び出口側ヤーン
ガイド７はヤーンガイド固定台５に上下方向に一直線状
に配設されるものである。

本実施例においては、前記した入口側ヤーンガイド８及
び第１中間ヤーンガイド９はその面をスピンドルｌの軸
と直交するように設置され、第２中間ヤーンガイド６及
び出口側ヤーンガイド７０面はそれぞれスピンドル１軸
と平行に設置しであるので、第１中間ヤーンガイド９を
通過した炭素繊維−トウＡはスピンドル１軸に直角に第
２中間ヤーンガイド６に入り、更に出口側ヤーンガイド
７を経てボビン２に巻取られる。

そして、本実施例では、中間ヤーンガイドを２個とした
が、これは２個に限定されるものではなく、３〜５個あ
っても良く、要は走行される炭素繊維トウＡを出口側ヤ
ーンガイドに対して常に一定の入角で入るようにするも
のであればよい。

本実施例は以上のように構成されるので、スピンドル軸
１と平行に往復動するトラバースアーム３に立設状に設
けられボビン２０巻取り巾に合わせて往復動する縦長の
ヤーンガイド用固定台５に、上部に入口側ヤーンガイド
８及び下部に出口側ヤーンガイド７に設置するとともに
、前記入口側ヤーンガイド８と出口側ヤーンガイド７と
の間に第１、第２中間ヤーンガイド９，６を所定間隔を
隔てて設置し、糸導ガイド１０に案内され走行してくる
炭素繊維トウＡを、入口側ヤーンガイド８に案内し、該
入口側ヤーンガイド８では、トラバースの往復動によっ
て炭素繊維トウＡがガイド８の常に一定の位置を通過し
て案内され、該入口側ヤーンガイド８を通過した炭素繊
維トウＡの一定面が常時接触して通過するように案内さ
れ、前記中間ヤーンガイド９．６によって走行される炭
素繊維トウＡはスピンドル１軸に平行となり、そのま＼
の状態で出口側ヤーンガイド７に至り、該ガイド７を介
してボビン２に巻取られるが、炭素繊維トウＡは常に一
定の面が前記ガイドに接触し、しかも常に一定の入角で
出口側ヤーンガイド７に入り、その状態で巻取られるの
で、巻取り時の往復の折り返し位置においても折れを生
じせしめないま−でボビン２に巻き取られるものである
。

そして、上記のようにして得られた炭素繊維トウの撚り
検査を行った。検査方法は、試料チーズのトウ端を横路
機のクリップで把持し、横取り方法でチーズよりトウを
５ｍ引き出してクリップで固定し、横路し、これを５回
繰り返す方法で行ったが、撚り数は皆無であった。

〔具体例１〕 １２．０００フイラメント、　　７．２００デニールの
炭素繊維トウを本発明の巻取り操作を使用して、巻取り
速度２ｍ／分、来県カフ５０　ｇ　、接圧２．５ｋｇ、
ワインド数６の巻取り条件で、３０．５ｃｍ　（１２イ
ンチ）紙管に巻巾２５．４ｃｍ　（１０インチ）になる
ように綾振りを行い、２，０００　ｍ巻取りを行った。

この巻取りチーズを試料Ａとし、最外層、中層、最内層
について前述の検査を行った。その結果表１に示すよう
に、撚り数は平均値０〜０回／　５　ｍと皆無であった
。したがって、本発明の方法、装置によって行った繊維
トウの巻取りによって得られた繊維トウは折れや捩じれ
の全くないものであることが確認できた。

〔具体例２〕 １２、０００フイラメント、７．２００デニールの炭素
繊維トウを本発明の巻取り装置を使用してテープ状で２
，０００ｍを巻取ったものを再び同巻取り装置で巻取り
速度１００ｍ／分、糸張カフ５０ｇ、接圧２．５ｋｇ、
ワインド数６の巻取り条件で、３０．５ｃｍ　（１２イ
ンチ）紙管に巻巾２５．４ｃｍ　（１０インチ）になる
ように綾振りを行い２，０００ｍ巻取りを行った。この
巻取りチーズを試料Ｂとし、最外層、中層、最内層につ
いて、前述の撚り検査を行った。その結果表１に示すよ
うに、撚り数は平均０〜０回／　５　ｍと皆無であり、
折れや捩れのないテープ状に巻取られた繊維トウである
ことが確認された。

〔比較例１〕 １　、２０００フイラメント、７，２００デニールの炭
素繊維トウを従来のワイングーを使用して巻取り速度２
ｍ／分、糸張カフ５０ｇ、接圧２．５ｋｇ、ワインド数
６の巻取り条件で３０．５ｃｍ　（１２インチ）紙管に
巻中２５．４ｃｍ　（１０インチ）で綾振りを行い、２
．０００ｍ巻取りを行った。この巻取りチーズを試料Ｃ
とし、前述の検査方法で撚り検査を前記チーズの最外層
。

中層、最内層について行った結果、表１に示すように撚
り数は平均値０．６〜１．０回／　５　ｍと多く、当該
トウは、折れや捩れがあることが確認された。

〔比較例２〕 １２．０００フイラメント、７．２００デニールの炭素
繊維トウを本発明の巻取り装置を使用して、折れや捩れ
のないテープ状で２．０００ｍ巻取ったものを、従来方
式のワイングを使用して巻取り速度１００ｍ／分、糸張
カフ５０ｇ、接圧２．５ｋｇ　、ワインド数６の巻取り
条件で３０．５ｃｍ　（１２インチ）紙管に巻き巾２５
．４ｃｍ　（１０インチ）で綾振りを行い、２，０００
　ｍ巻取りを行った。この巻取りチーズを試料りとし、
前述の検査方法で撚り検査を当該チーズの最外層。

中層、最内層について行った結果、表１に示すように、
撚り数は平均値０．７〜０．９回／　５　ｍであり、従
来方式では繊維トウを折れや、捩れのないテープ状で巻
取ることはできなかった。

以下余白 表１ 撚り）炙摘芳課 （回１５ｍ） 前記具体例１及び２、比較例１及び２で巻取った試料Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄについて開繊性テストを行った。この開繊
性テストの方法は、マンドレル方式一方向引揃え炭素繊
維プリプレグ製作方法を模擬テスト化するために、トウ
のクリールスタンド、開繊装置、ドラム（直径４００ｍ
ｍφ）を備えたテスト装置を使用して、試料トウを開繊
装置を経てドラム上に巻取り速度５０ｍ／分で巻付けた
ものを測定対象とし、開繊中を１００１１ＩＩ１１間隔
でｎ＝１０００測定を行うものであり、このデータを表
２に示す。

以下余白 表２ 開繊性テスト結果 試料Ａは、開繊系中平均値が１０．２〜１０．６ｍｍ、
Ｃｖ（Ｉ！２〜６％、試料Ｂは、開繊系中１０．３〜１
０．７ＩＩＩｍ、ＣＶ値３〜６％と試料Ａ及びＢはとも
に良好な開繊性を示しており、ドラム上に開繊されて巻
付けられたトウの形状も、トウの系中が広く、均一に開
繊状態を呈したのに対し、試料Ｃは、開繊系中６．３〜
７．６ｍｍ　、、ＣＶ値１３〜１６％、試料りは、開繊
系中８．３〜８．６ｍｍ　、　ＣＶ値１２〜１７％と試
料Ａ及びＢと比較して、開繊系中が狭いうえに、ばらつ
き大きく、しかも、ドラム上の開繊状態も５０ｍ当り３
〜７カ所の折れや捩れによる系中が３〜４ｍｍの開繊性
不良箇所が見られた。

また、前記した試料Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄについて、マンドレ
ル方式一方向引揃えプリプレグ製作テストをＣＦ目付７
０ｇ／ｍ”の極薄プリプレグ条件で行った。その結果、
試料Ａ及びＢで製作したプリプレグは、目すきや毛羽が
なく品質良好であったが、従来方式で巻取った試料Ｃ，
Ｄで製作したプリプレグは、０．５〜２．５ｍｍの目す
きが多発しており、品質的に問題があるものであった。

〔発明の効果〕

本発明に係る繊維トウの巻取り方法及び装置は、複数個
のヤーンガイドを上下方向に所定の間隔を隔てて配設し
たヤーンガイド用固定台をスピンドル軸に平行に往復動
せしめて、上方より前記複数のヤーンガイドを介して繊
維トウをボビンに巻取るようにしたものである。供給さ
れる繊維トウが複数個のヤーンガイドを通過することに
よって、繊維トウは出口側ヤーンガイドに対し常に一定
方向から供給されるので、該ヤーンガイドが往復動して
、その折り返しのときも前記のヤーンガイドに接触する
繊維トウは反転することなく、同一面が接触し続けて折
り返すものであるので、繊維トウの折り返しに伴う折れ
や捩れの全くない巻取られた繊維トウを得られるもので
、このように折れや捩れのないテープ状で巻取られた繊
維トウは、撚り数が極めて少なく５ｍ当りＯ〜０．１回
程度であり、一方向引揃え繊維プリプレグ装置において
、繊維トウを極く薄く均一に開繊することが可能となる
ものであり、プリプレグ製造において開繊性を良好なら
しめるための装置を開発するに余分な投資を行うことも
なく、開繊工程で開繊性を上げるために繊維トウの走行
テンションを高くする必要がなくなり、毛羽発生を抑制
することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例である巻取り装置の説明図、
第２図は従来の巻取り装置の説明図である。 Ａ：炭素繊維トウ　　　２：ボビン ３：トラバースアーム ５：ヤーンガイド用固定台 ６．７，８，９：ヤーンガイド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）巻取り用ボビンに巻取られた繊維トウの撚り数が
   ０．１回／５ｍと等しいか又はそれより少ないことを特
   徴とするテープ又はテープ状繊維トウ。
2. （２）上下方向に所定の間隔を隔て配設した複数のヤー
   ンガイドの上方より供給されるテープ又はテープ状の繊
   維トウの一定面を常に前記の複数のヤーンガイドに接触
   させて走行させ、該走行される繊維トウが出口側ヤーン
   ガイドに対して常時一方向から供給せしめられるように
   なし、前記複数のヤーンガイドがボビンの巻取り巾に合
   わせトラバースされることにより前記の繊維トウをボビ
   ンに巻取るようにしたことを特徴とする繊維トウの巻取
   り方法。
3. （３）トラバースアームに直交状態で立設されたヤーン
   ガイド用固定台を巻取り装置のスピンドル軸に平行に往
   復動せしめ、前記ヤーンガイド用固定台の上下方向に複
   数のヤーンガイドを所定の間隔で配設し、該複数のヤー
   ンガイドの下部の出口側ヤーンガイドに対し前記複数の
   ヤーンガイドの上部より供給される繊維トウを一定の入
   角で入るように構成したことを特徴とする繊維トウの巻
   取り装置。