JPH10316311A - 炭素繊維パッケージおよびその製造方法 - Google Patents

炭素繊維パッケージおよびその製造方法

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JPH10316311A JP14590397A JP14590397A JPH10316311A JP H10316311 A JPH10316311 A JP H10316311A JP 14590397 A JP14590397 A JP 14590397A JP 14590397 A JP14590397 A JP 14590397A JP H10316311 A JPH10316311 A JP H10316311A
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wound
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊度の大きい炭素繊維糸を、高巻密度で巻崩
れしにくい最適な形態のパッケージに巻き取る。 【解決手段】 繊度25,000デニール以上の炭素繊
維糸を、繊度当たりの糸幅が0.15×10-3〜0.3
5×10-3mm/デニールとなるようにボビン上に巻き
取ったスクエアエンド型パッケージであって、巻始めお
よび巻終わりの綾角が、それぞれ10〜30°、3〜1
5°の範囲にあり、かつ、巻き取られている糸条が、1
〜9トラバース毎に、それよりも内層に巻き取られてい
る糸条に対して、糸条平均幅の10〜70%の糸ずれを
有することを特徴とする炭素繊維パッケージ、およびそ
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭素繊維パッケー
ジおよびその製造方法に関し、とくに、高い巻密度で目
標とする崩れにくい形態に精度よく形成された炭素繊維
パッケージおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】炭素繊維の需要は年々増えており、航空
機、スポーツ等のプレミアム用途から建築、土木、エネ
ルギー関係の一般産業用途へ需要がシフトしている。
【0003】一般産業用途、特に大型の構造材料を成形
する方法、例えば織物、フィラメントワインディング法
において必要とする繊度は、通常100,000デニー
ル程度と相当大きい。現状では7,000〜20,00
0デニール程度の糸条を何本か引き揃えて、成形を行っ
ている。ところが、引き揃えによる成形においては、引
き揃え単位間で隙間が開くことにより樹脂の含浸むらが
発生するという問題がある。
【0004】さらに、繊維を上下に重ねることは難し
く、横方向に引き揃えるため、糸条の厚みは引き揃え単
位、すなわち7,000〜20,000デニールの厚み
であり、そのままでは厚みの増大が難しい。特に大型で
かつ厚みの大きい成形体を製造する得る際には、積層回
数、巻き付け回数を多くする必要があり、成形時間の点
でも不利となる。
【0005】すなわち、フィラメント数が大きく、かつ
厚みの大きい炭素繊維のパッケージがあれば、高次加工
設備への炭素繊維の仕掛け回数の減少、成形時間の短
縮、クリール設備のコンパクト化などの利点がある。
【0006】ところが、炭素繊維は一般の有機繊維と異
なり、ヤング率が極めて高く、伸縮性に乏しいため、巻
き取り可能張力の範囲が極めて小さい。そして、張力が
低すぎると、巻端面での崩れ、外力に対する変形、ボビ
ンからの糸条巻層のずり抜けなどのトラブルが生じやす
く、張力が高すぎると、巻き取り時の糸条の損傷、解舒
性の悪化などが生じ、チーズ巻の巻き取り条件を設定す
ることは技術的に難しかった。
【0007】巻崩れや解舒時に毛羽発生が少ない炭素繊
維のパッケージについては、特公昭62−46468号
公報に、炭素繊維が所定のワインド比でボビン上に巻き
取られるスクエアエンド型パッケージにおいて、前記糸
条の巻始め、および巻終わりの綾角がそれぞれ10〜3
0°、4〜12°であって、巻き取られる糸条1〜9ト
ラバース毎に、すでに巻かれた糸条に対して、糸条平均
幅の50〜150%のずれを有することを特徴とするパ
ッケージが提案されている。このパッケージは、糸条と
糸条の重なり度合いを小さくすることにより解舒時の毛
羽や糸切れを防ぐいわゆるオープンワインドによるパッ
ケージにすることを特徴としているが、ボビンの大きさ
が一定の場合、糸条数すなわち繊度が大きく、かつ糸の
厚みが大きい糸条を巻き取るにつれ、オープンワインド
を適用すると、糸−糸の重なり部分でできる空間が大き
くなったり、巻面の凹凸が大きくなったりするため、巻
密度が低い、柔らかいパッケージとなり、巻取張力や巻
面を抑える圧力(面圧)によって糸が端部へ押し出され
ることにより、端面の膨らみが発生し易い。このような
パッケージは搬送中に巻き崩れたり、端面の膨らみがボ
ビンの長さより大きくなるため、高次加工時に糸を仕掛
ける際に糸に傷をつけたりする問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の課題
は、上記のような問題点に着目し、基本的にパッケージ
への巻き形態を変えて、とくに繊度の大きい炭素繊維糸
の巻取について、高い巻密度でかつ巻崩れしにくい、最
適な形態のパッケージと、その製造方法を提供すること
にある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る炭素繊維パッケージは、繊度25,0
00デニール以上の炭素繊維糸を、繊度当たりの糸幅が
0.15×10-3〜0.8×10-3mm/デニールとな
るようにボビン上に巻き取ったスクエアエンド型パッケ
ージであって、巻始めおよび巻終わりの綾角が、それぞ
れ10〜30°、3〜15°の範囲にあり、ワインド比
Wにおける端数W0 が0.12〜0.88の範囲にある
ことを特徴とするものからなる。このパッケージにおい
ては、巻き取られている糸条が、1〜9トラバース毎
に、それよりも内層に巻き取られている糸条に対して、
糸条平均幅の10〜70%の糸ずれを有することが好ま
しい。
【0010】また、本発明に係る炭素繊維パッケージの
製造方法は、繊度25,000デニール以上の炭素繊維
糸を、繊度当たりの糸幅が0.15×10-3〜0.8×
10-3mm/デニールとなるようにボビン上に巻き取っ
てスクエアエンド型パッケージを形成するに際し、巻始
めおよび巻終わりの綾角を、それぞれ10〜30°、3
〜15°の範囲にし、ワインド比Wにおける端数W0
0.12〜0.88の範囲にすることを特徴とする方法
からなる。この方法においても、巻き取られる糸条に、
1〜9トラバース毎に、すでに巻き取られた糸条に対し
て、糸条平均幅の10〜70%の糸ずれを付与すること
が好ましい。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態について説明する。本発明において、炭素繊維糸の
繊度とは、単糸繊度(デニール)×フィラメント数で表
されるものである。繊度は上記のように25,000デ
ニールを超えるものであればいずれを問わないが、通常
補強繊維としての性能を発揮しうるためには、単糸繊度
は通常0.2〜0.9デニールであるため、フィラメン
ト数は28,000本以上となる。
【0012】巻き取られる炭素繊維糸の繊度を25,0
00デニール以上にする方法としては、太デニールの前
駆体繊維を出発物質として用いる方法、いくつかの少フ
ィラメント数の前駆体繊維を焼成工程の途中でワインダ
ーで巻き終わるまでに合糸する方法、一旦炭素繊維とし
て巻き取ったものをクリールから引き出して合糸しなが
ら巻き取る方法などがあるが、いずれかに限定されるも
のではない。
【0013】糸幅を0.15×10-3〜0.8×10-3
mm/デニールに規制する方法としてもとくに限定され
ないが、糸条を溝付きローラ、固定ガイド等に接触させ
る方法、サイジング剤を付与することにより、単糸が移
動するのを拘束する方法等を組み合わせて実施するのが
一般的である。また、糸幅は10m間隔で測定した5点
の平均値として表す。本発明においては、巻き取られる
炭素繊維糸は太デニールであるので、上記範囲を越えた
糸幅とすることは実質的に困難である。
【0014】上記厚みの大きい太デニールの炭素繊維糸
を巻き取る具体的な手段としては、たとえば、ワインダ
ーの巻取スピンドルに巻取用のボビンをセットし、綾振
りガイドとして、スピンドル軸に平行にトラバースする
外径が5〜30mmである自由回転ロールを複数本並べ
て用い、炭素繊維糸を綾振りガイドを通して巻き上げ
る。この場合、巻始めの綾角が10°未満、とくに5°
未満(巻終わり綾角が3°未満、とくに2°未満)であ
ると、巻崩れやすく、糸傷みの原因になる。より好まし
くは巻始め綾角の範囲は12〜17°で、巻終わり綾角
の範囲は4〜7°である。
【0015】上記ワインダーを用いて前記炭素繊維糸を
所定のワインド比で巻き取る際には、巻かれる糸がボビ
ン上で均一に分布することが望ましい。このボビン上で
の糸の位置の均一性を決定するのは、ボビンの回転数と
トラバース速度の比、すなわちワインド比である。具体
的にワインド比Wは次式で表される。 W=2L/(πD0 tanθ) ここでLはワインダーのガイドがボビンに対し実質的に
平行にトラバースするストローク、すなわちトラバース
幅(mm)、D0 はボビンの外径(mm)、θは巻始め
の綾角である。
【0016】ワインド比が整数の場合は、1トラバース
後の糸の位置は全く前の糸に重なることになり、整数か
らずれるとその値に応じて1トラバース後の位置が前の
糸とずれるのである。ワインド比が整数の場合は全く同
じ位置に糸が巻き取られ続けるので糸が局在化し、不均
一な巻密度の低いパッケージとなり巻きくずれが発生し
易い。
【0017】巻かれる糸をボビン上で均一に分布させる
ためには、この整数からのずれの小数部分、すなわちワ
インド比Wの端数W0 を0.12〜0.88の範囲にす
ればよい。この範囲であればトラバース毎に糸が存在す
る位置を万遍なく変更できるため、巻密度の高いパッケ
ージを作ることができる。W0 が0.12未満であった
り0.88を越えると、上述のとおり整数に近づくため
糸がボビン上に局在化し、巻き密度が低いくずれやすい
パッケージとなる。
【0018】また、トラバースされながらボビン上に巻
かれる糸は数回のトラバース毎にほぼ同じ位置に重なっ
てゆくが、その際の下の糸(すでに内層側に巻き取られ
た糸)に対する上の糸のずれ幅を糸ずれ幅といい、その
幅の下の糸条幅に対する割合を糸ずれ量という。本発明
における、太デニールでかつ厚みの大きい炭素繊維のパ
ッケージでは、この糸ずれ量も重要であり、糸ずれ量が
70%を超える場合は糸−糸間の重ならない部分の割合
が大きくなり、その部分に空間が開いてしまう。そのた
めパッケージとしての巻密度が低くなり、張力、面圧に
より押されて端部が膨らんだり、巻き取り時に端部が巻
き崩れたり、たとえパッケージとして巻き上げることが
できても運搬時に巻きが崩れたりすることがある。逆に
糸ずれ量を10%未満にする場合は、糸の上下の重なり
面積が多くなりすぎ、上下の糸の毛羽が干渉し合った
り、サイジング剤の粘着により解舒時に毛羽や糸切れを
生じることがある。糸ずれ量のより好ましい範囲は20
〜50%である。
【0019】このような太デニール炭素繊維を通常の巻
取機を使用して、ボビンで巻き取る際の糸ずれ量は、前
述により決定したワインド比と糸条幅により決定される
が、その決定方法については特公昭62−46468号
公報の記述の方法と同じでよい。
【0020】
【実施例】以下、実施例により本発明をより詳細に説明
する。 実施例1(水準1〜7)、比較例1(水準8、9) 繊度31,500デニール(フィラメント数:50,0
00本)の炭素繊維糸を糸幅12mmに保ちながら、内
径82mm、長さ280mmの紙管に巻き幅250mm
にて巻き取り、スクエアエンド型のパッケージを作っ
た。表1、2に示すようにワインド比を変更することに
より糸ずれ量を変更し、得られるパッケージの巻姿、巻
密度および横取りによる解舒性を調べた。得られたパッ
ケージのうち水準2において巻姿、解舒性ともに特に良
好なものが得られた。
【0021】比較例2(水準10、11) 繊度7,200デニール(フィラメント数:12,00
0本)の炭素繊維糸を糸幅7mmに保ちつつ、実施例1
と同様の内径、長さを有する紙管に巻き幅250mmに
て巻き取り、スクエアエンド型のパッケージを作った。
表3に示すようにワインド比を変更して、得られるパッ
ケージの巻姿、巻密度および横取りによる解舒性を調べ
た。得られたパッケージはいずれも巻姿、解舒性ともに
劣っていた。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【表3】
【0025】実施例1の結果から判るように、本発明で
規定した要件を満足することにより(水準2:とくにこ
の場合、ワインド比の端数)、大きな繊度の炭素繊維糸
であっても、巻密度、巻姿、解舒性の全てが良好なパッ
ケージを得ることができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の炭素繊維
パッケージおよびその製造方法によれば、とくに大きな
繊度の炭素繊維糸を、高い巻密度で巻姿も良好な、巻崩
れが起こりにくく解舒性も良好な望ましいパッケージの
形態に巻き取ることができる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊度25,000デニール以上の炭素繊
    維糸を、繊度当たりの糸幅が0.15×10-3〜0.8
    ×10-3mm/デニールとなるようにボビン上に巻き取
    ったスクエアエンド型パッケージであって、巻始めおよ
    び巻終わりの綾角が、それぞれ10〜30°、3〜15
    °の範囲にあり、ワインド比Wにおける端数W0 が0.
    12〜0.88の範囲にあることを特徴とする炭素繊維
    パッケージ。
  2. 【請求項2】 巻き取られている糸条が、1〜9トラバ
    ース毎に、それよりも内層に巻き取られている糸条に対
    して、糸条平均幅の10〜70%の糸ずれを有すること
    を特徴とする、請求項1記載の炭素繊維パッケージ。
  3. 【請求項3】 繊度25,000デニール以上の炭素繊
    維糸を、繊度当たりの糸幅が0.15×10-3〜0.8
    ×10-3mm/デニールとなるようにボビン上に巻き取
    ってスクエアエンド型パッケージを形成するに際し、巻
    始めおよび巻終わりの綾角を、それぞれ10〜30°、
    3〜15°の範囲にし、ワインド比Wにおける端数W0
    を0.12〜0.88の範囲にすることを特徴とする、
    炭素繊維パッケージの製造方法。
  4. 【請求項4】 巻き取られる糸条に、1〜9トラバース
    毎に、すでに巻き取られた糸条に対して、糸条平均幅の
    10〜70%の糸ずれを付与することを特徴とする、請
    求項3記載の炭素繊維パッケージの製造方法。
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