JPS61138739A - 炭素質繊維の解繊方法 - 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】 （童業上の利用分野） 本発明は炭素質繊維のトウ、特に炭素繊維のトウの解繊
方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、炭素繊維は、各種マトリックスとの複合材料と
して利用され、例えばエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、
フェノール樹脂等のマトリックス樹脂を含浸させたもの
（プリプレグ）を種々の成形法にて成形し、繊維強化プ
ラスチックとして釣竿やゴルフシャフト、スキーの板等
のレジャー、スポーツ用や、板バネ、スプリング、歯車
等の工業囲資材として用いられている。

このようにして利用される炭素繊維は、ポリアクリロニ
トリル系繊維のような合成繊維トウを、空気等の酸化性
雰囲気中で加熱して耐炎化したもの、あるいは石炭系又
は石油系ピッチを溶融紡糸して得られた繊維トウを、空
気等の酸化性雰囲気中で加熱して不融化したものを、さ
らに高温の不活性ガス雰囲気中で加熱して炭素化あるい
は黒鉛化処理することによって製造されている。

ところが、耐炎化又は不融化処理された繊維トウ（以下
、単に不融化繊維トウと記す）、及び炭素化又は黒鉛化
処理された繊維トウ（以下、単に炭素繊維トウと記す）
は、前の工程で用いられた油剤や各工程での繊維自体の
熱変質などのために繊維トウがしなやかさに欠け、ある
いは繊維単糸同志が融着し、品質むらを呈したり、マト
リックス樹脂中での単糸分散が不均一となり複合材料の
均質性を損なったりするので、耐炎化、不融化、炭素化
又は黒鉛化の何れかの処理を行なった段階でしなやかで
融着のない状態に解繊しなければならない。従来、不融
化繊維トウ又は炭素繊維トウの解繊方法としては、繊維
トウに乱気流処理を施す方法、バー、ワイヤ、回転ピン
等のガイドにジグザグに屈曲させながら通過させる曲げ
処理法、凸状の曲面を有するロールの曲面に接触させる
方法（特開昭５５−ｇ’）０／！ｒ号公報）及び流体中
で解繊する方法（特開昭！ｔ−ｇ９４．３を号公報）等
が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の方法は何れもしなやかさに欠けあ
るいは繊維単糸同志が融着した状態の不融化繊維トウ又
は炭素繊維トウの解繊を行なうには未だ十分ではなかっ
た。

（問題点を解決するための手段） そこで、本発明者等は繊維トウがしなやかさに欠け、あ
るいは繊維同志が融着した状態の不融化繊維トウ又は、
炭素繊維トウを、簡単な操作により、毛羽立ちを生ずる
ことなくしなやかで融着のない状態に解繊する方法につ
いて、鋭意検討を重ねた結果、繊維トウを傾斜して配設
されたローラの表面に接触させることにより、この目的
が容易に達成されることを見出し、この知見に基づき本
発明を完成した。

すなわち、本発明の要旨は炭素質繊維のトウを、横断面
の形状が円形あるいは楕円形状のローラの側表面に接触
させて解繊するに際して該繊維トウが各ローラに於て該
繊維トウの進行方向に対して横方向にずれる力を受ける
ように、少なくともコ個の前記ローラからなり、各ロー
ラの中心軸が繊維トウの進行方向と交差し、かつ該ロー
ラが実質的交互に相反する方向に傾斜するよう配設する
ことを特徴とする炭素質繊維の解繊方法に存する。

以下、本発明の詳細な説明する。本発明に用いられる炭
素質繊維トウとは、ポリアクリロニトリル系繊維、セル
ロール系繊維、ポリビニルアルコール系繊維等の繊維ト
ウの耐炎化、炭素化又は黒鉛化処理されたもの、あるい
はピッチ系繊維トウの不融化、炭素化又は黒鉛化処理さ
れたものである。

特にピッチ系繊維トウの場合、不融化から炭素化、黒鉛
化へと熱処理が進むにつれて、トウのしなやかさに欠け
る程度、あるいは繊維同志の融着はポリアクリロニトリ
ル系繊維トウなどに比べてより強固となり易く、このよ
うな場合には不融化繊維トウの段階で一旦解繊し、さら
に炭素繊維トウの段階で解繊してもよい。

トウを形成する単糸の本数は特に制限されないが通常３
００〜．７００，０００本、好ましくはｇｏｏ〜ｔｏ、
ｏｏｏ本のものが用いられる。

また、本発明で用いるローラは横断面が円形あるいは楕
円形をした棒状あるいは筒状のもので、例えば第３図に
示す形状のものが用いられる。ローラｌの大きさは炭素
質繊維のトウの性状、単糸数、トウの数あるいは解繊の
程度等により適宜選択されるが、通常は直径（楕円状で
は短径）ｄＯ１５〜５ｃＩｎ、長さｌ／−ｊ（”ＦＦＩ
で、中心軸へ又は軸の挿入孔を有するものが用いられる
。ローラには両端に鍔（図示せず）を設けておくと解繊
操作上好ましい。

本発明において少なくともコ個のローラからなり、各ロ
ーラの中心軸が炭素質繊維のトウの進行方向と交差し、
かつ該ローラが実質的交互に相反する方向に傾斜するよ
う配設することが重要であるが、各ローラの中心軸が炭
素質繊維のトウの進行方向と交差するとは張架される繊
維トウが各ローラの側表面に接触して繊維同士の融着を
はがす力を受けるように各ローラを配置することであり
、また該ローラが実質的交互に相反する方向に傾斜する
よう配設するとは第３図に示したように炭素質繊維のト
ウの進行方向から見た場合、隣接したローラ同士の中心
軸が交差するように配設することを指すが、解繊操作に
不都合にならない限り多数配設したローラのうち一部が
同方向であるか中間に中立的ローラを有する等の交互規
則性が一部乱れている場合も含めるものとする。

ローラの個数、傾斜角度、配置は、炭素質繊維トウのし
なやかさに欠ける程度と繊維の融着の程度とに応じて適
宜選択される。個数は、通常、同じ大きさのものを２〜
１００個、好ましくはｔ〜４０個、更に好ましくは６〜
弘θ個用いるが、大きさの異なるローラの２〜５種類を
適宜組合せて用いることも出来る。

ローラ中心軸弘の傾斜角度は、第３図に示すように、炭
素質繊維のトウの進行方向から見たする角度αを意味す
るが、解繊操作を行なう場合この角度αが、５〜１００
度、好ましくは１０〜６０度で実施される。傾斜角度が
５度未満では解繊が充分行えず、又、１００度を越える
と繊維トウがローラの端に片寄ったり、ローラ間でトウ
が過度に屈曲を受けたシするので円滑な解繊操作を行な
うのが困難となる。

ローラの配置としては、直線型、Ｓ型、Ｗ型、円弧型又
はこれらを組合せたもの等が用いられる。直線型の場合
を第１図及び第２図について説明する。

第１図は、直線型の一例の平面図、第二図は同正面図で
ある。ローラｌはローラ支持枠Ｓに中心軸の傾斜角度や
ローラの大きさにもよるが通常−〜ＩＯ−とする。炭素
質繊維のトウ３は、案内ローラーから順次隣りのローラ
ｌのローラ表面乙の上と下を交互に通って反対側の案内
ローラコの間に張架される。そして巻取ボビン（図示せ
ず）を回転させることにより炭素質繊維のトウ３を矢印
の方向へ引張ることにより、傾斜方向が交互になってい
るローラ表面６と接触して、炭素質繊維のトウの進行方
向に対し炭素質繊維のトウが横にずれる力を交互にかけ
られることになる。つまり繊維同志の融着をはがすよう
なしごき操作を受けることになる。

Ｓ型の場合は、第９図に示すようにローラｌが交互に傾
斜してＳの字状に配設される。炭素質繊維のトウ３は、
Ｓの字状に配設されたローラの外側の表面に接触するよ
うに張架され、矢印の方向へ引張られる（第９図の（イ
））。なお、他の張架方法として種々挙げられるが（例
えば第９図の（ロ）、（ハ））、トウの進行方向に対し
て横方向にずれる力を交互に受ける限り特に限定される
ものではない。

Ｗ型の場合は、第Ｓ図に示すように同列のローラｌが同
一方向に傾斜した２列となるよう配設される。炭素質繊
維のトウＪは一列のローラ／の間をＷ字状に張架され、
矢印の方向へ引張られる。

円弧型の場合は、第６図に示すようにローラｌが交互に
傾斜して円弧状に配設され、炭素質繊維トウ３は円弧状
に張架され、矢印の方向へ引張られる（飯６図の（イ）
）。なお、円弧型の場合もＳ型と同様に種々の張架方法
（例えば第６図の（ロ）、（ハ））を採用できる。

解繊操作は気相中で行なうことも出来るが、水中又は水
に易溶性の物質、例えば、アニオン活性剤、カチオン活
性剤、非イオン活性剤、両性活性剤、又はそれらの混合
物よりなる界面活性剤、アルコール等の水溶液中で行な
うか、及び又は、水又は前記水易溶性物質の水溶液で、
炭素質繊維トウを湿潤状態にしてから行なえば、毛羽立
ちが少なくまた解繊操作もスムースに行なえるので好ま
しい。水易溶性物質の濃度は物質によって異なるが、界
面活性剤の場合は０．０　／〜Ｓｗｔ％とするのが良く
、解繊後の繊維忙該物質が残存するのが支障となる場合
には、解機後に水洗して該物質を除けば良い。

さらに、水に易溶性の物質として硫酸、硝酸等の酸、苛
性ソーダ、苛性カリ等のアルカリ、あるいは塩化ナトリ
ウム、炭酸カリウム等の壇も用いる事が出来る。そして
これら物質の水溶液を用い解繊した炭素質繊維のトウは
、引続きこれら物質の水溶液を使って湿式酸化、電解酸
化等の表面処理をする操作に供することが出来る。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明は炭素質繊維のトウを、少
なくともコ個のローラからなり、隣接したローラ同士を
交互に相反する方向に傾斜して配設されたローラのロー
ラ表面に当接させるという簡単な操作により、しなやか
さに欠けたり、あるいは一部融着した繊維を柔軟な状態
に容易に解繊することが出来るので、炭素質繊維の解繊
法として極めて優れている。

（実施例） 次に実施例により本発明全頁に具体的に説明するが、本
発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に限定され
るものではない。

実施例１ 直径（ｄ）１．６（Ｍ、長さく１）ニー、傾斜角（に）
３０度、ｗｔ％のアニオン系界面活性剤の水溶液を入れ
た水槽内に設置した。

本装置に石炭系ピッチを溶融紡糸し、不融化、炭素化し
て得られた単糸直径ｉｏμ、単糸本数３ｏｏｏ本の炭素
繊維トウを第Ｓ図に示すように張架し、さらに本装置か
ら出た解繊トウを水洗しながら速度約２　ｍ　／　Ｉｕ
Ｒで巻取り、その後乾燥した。

かくして得られた解繊トウはしなやかで繊維同志の融着
かなく、マトリックスのエポキシ樹脂中に含浸し、硬化
後核トウの長手方向に対する横断面を走査型電子顕微鏡
下で観察すると、第７図に示すように単糸７がエポキシ
樹脂ｇ中に均一に分散し優れた均質性を示した。

これに反し、本解繊を行なう前の炭素繊維のトウはしな
やかさに欠け、繊維同志の融着も多く、同様にしてその
横断面を観察すると第Ｓ図のように単糸７が凝集し、エ
ポキシ樹脂ｇ中に不均一に分散し均質性が劣っていた。

実施例２ 炭素質繊維のトウが不融化繊維トウである以外は実施例
／と同様にして実施し、解繊トウを得、さらに炭素化し
て炭素繊維のトウを得た。

該トウはしなやかで繊維同志の融着かなく、実施例１と
同様にして横断破面を観察すると単糸が均一に分散し均
質であった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いる装置の一例の平面図、第２図は
同正面図、第３図は第１図Ａ−ＡＭ矢視拡大図、第グ〜
６図はローラの配役の他の例を示す説明図　第７〜ｇ図
はエポキシ樹脂中の繊維の分散状態を示す模式図である
。 ／；ローラ　　　　　　　　コ；案内口・−ラ３；炭素
質繊維のトウ　　乙；ローラの表面７；間隔（ｒ、、）
　　　　　　　　　ｇ　；長さく１）９；径（ｄ）／θ
；傾斜角度（ψ 出願人　　三菱化成工業株式会社 代理人　　弁理士　良否用　　− （ほか１名）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）炭素質繊維のトウを、横断面の形状が円形あるい
   は楕円形状のローラの側表面に接触させて解繊するに際
   して該繊維トウが各ローラに於て該繊維トウの進行方向
   に対して横方向にずれる力を受けるように、少なくとも
   ２個の前記ローラからなり、各ローラの中心軸が繊維ト
   ウの進行方向と交差し、かつ該ローラが実質的交互に相
   反する方向に傾斜するよう配設することを特徴とする炭
   素質繊維の解繊方法。
2. （２）炭素質繊維のトウを水で湿潤状態にしてローラ表
   面に当接させることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の方法。
3. （３）炭素質繊維のトウを水中でローラ表面に当接させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法。
4. （４）炭素質繊維が、ピッチ系繊維、ポリアクリロニト
   リル系繊維、セルロース系繊維またはポリビニルアルコ
   ール系繊維を不融化または耐炎化したものであることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに
   記載の方法。
5. （５）炭素質繊維が、ピッチ系繊維、ポリアクリロニト
   リル系繊維、セルロース系繊維またはポリビニルアルコ
   ール系繊維を不融化または耐炎化の後、炭素化又は／及
   び黒鉛化したものであることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項〜第３項のいずれかに記載の方法。
6. （６）水が界面活性剤又はアルコールを含有することを
   特徴とする特許請求の範囲第２項又は第３項に記載の方
   法。
7. （７）ローラの配設が、炭素質繊維のトウの進行方向か
   ら見た場合の、隣接する２個のローラの中心軸の交差す
   る角度αを５〜１００度としたことを特徴とする特許第
   １項記載の方法。