TWI746379B - 碳纖維分束方法 - Google Patents

Abstract

本創作提供一種碳纖維分束方法，可使市售之較高K數（例如：12K至60K）的碳纖維卷經由加熱步驟、撥切分絲步驟、表面處理步驟等可得到相同長度之較低K數（例如：1K、2K、6K等）的碳纖維卷。本創作藉由採用較便宜之高強度或高模數的碳纖維為原料，可降低獲得低K數碳纖維的成本，亦使獲得的低K數碳纖維相較於市售同等K數的碳纖維具備更高的強度及模數，可用以製造更輕、更薄但強度增加的產品，並達到節能減碳的綠能效果。本創作藉由選用適當K數的碳纖維原料，亦能生產市面上未見之K數規格的碳纖維，例如2K、4K或5K規格的碳纖維產品。

Description

碳纖維分束方法

本創作係關於一種碳纖維生產方法，尤指一種生產市面上未見碳纖維規格的方法。

高性能纖維是指相較於普通纖維具有突出特性的纖維。高性能纖維具有高強度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、難燃燒、化學穩定性高等特性，在一般工業（例如：風力發電、新能源車、3C產品、體育用品等）及國防工業（例如：航太、航空、軍事等）中占重要地位。

當今世界三大高性能纖維是碳纖維、芳香族聚醯胺纖維（aramid fiber，簡稱芳綸）及超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene，簡稱UHMWPE）纖維。由於高性能纖維皆屬特殊用途纖維，其產品也僅有特定規格，以下將以碳纖維為例，說明現今市售碳纖維在其產品規格上的限制。

碳纖維的規格以「K數」表示，「K數」表示一束碳纖維有幾千根碳纖維絲，規格為「3K」的碳纖維表示一束碳纖維有三千根碳纖維絲，而規格為「12K」的碳纖維則表示一束碳纖維有一萬兩千根碳纖維絲。碳纖維是尖端科技複合材料的重要素材，碳纖維原料需經900公尺以上的加工處理，其中歷經氧化及高溫碳化等程序，才得以產出高強度或高模數的黑色碳纖維絲，由於上述製程需經幾十顆輥軸及5組以上張力裝置的拉引，因此一段僅適合生產12K、24K或更高K數的碳纖維產品；相對地，3K或1K的低K數碳纖維則會受限於絲量少而容易斷裂，致使低K數碳纖維需改用行經短距離的氧化及碳化設備進行生產，因此3K、1K等低K數碳纖維的強度或模數通常低於高K數碳纖維的強度或模數。

在著名碳纖維大廠日本東麗的產品目錄中，不同強度等級的碳纖維有明顯不同的K數規格：1K碳纖維僅最低強度的T300等級有生產，3K碳纖維亦僅較低強度的T300及T400等級有生產，至於T700至T1100的高強度碳纖維大多僅有12K及/或24K的規格而沒有生產1K或3K的規格。同樣地，對於不同模數等級的碳纖維而言，M35至M55僅生產6K及/或12K的規格而沒有生產1K或3K的規格。由於1K及3K的碳纖維寬度較12K及24K的碳纖維寬度小，故可製成較細緻及較多元的碳纖維編織布圖案，但目前僅有較低強度的碳纖維有1K或3K的K數規格，在需採用較低K數碳纖維的情況下，若要提高產品結構強度則需使用多層的碳纖維編織布，但此舉增加了產品厚度及重量、亦增加生產成本。因此，為了提高單層碳纖維編織布的強度及模數以減少成型產品的厚度及重量，實有必要開發製造高強度及高模數之低K數碳纖維（例如：1K或3K的碳纖維）的方法，才得以製造出更輕、更薄但結構強度和剛性增加的成型產品，進而達到降低生產成本及節能減碳的綠能效果。

此外，碳纖維的價格與碳纖維的K數成反比，即1K、3K或6K規格之碳纖維的售價高於12K、24K或更高K數碳纖維的售價。因此，有必要開發一種以較低成本獲得低K數碳纖維的方法。

除此之外，綜觀目前市售碳纖維的產品，較低K數的碳纖維並沒有生產2K、4K或5K規格的碳纖維，倘若能開發生產這些K數規格之碳纖維的方法，將有利於使碳纖維編織布的圖案更多樣化。

有鑑於此，本創作之其中一目的在於開發一種生產高強度及高模數之低K數碳纖維的方法，利用此方法所生產的碳纖維可製造出更輕薄但強度增加的產品，進而達到降低原料使用量及節能減碳的綠能效果。

本創作之另一目的在於開發一種以較低成本生產低K數碳纖維的方法，以降低購入低K數碳纖維的價格。

本創作之又另一目的在於生產市面上未見規格之碳纖維產品，例如2K、4K或5K規格的碳纖維產品。

為達成前述目的，本創作提供一種碳纖維分束方法，其包含以下步驟：(A)齊備一第一碳纖維卷，該第一碳纖維卷由一第一碳纖維束纏繞而成，該第一碳纖維束具有一第一長度且該第一碳纖維束包含複數第一碳纖維絲，該複數第一碳纖維絲之每一者的表面包覆一第一表面處理層，各第一表面處理層彼此緊鄰；(B)施予該第一碳纖維束一拉力，該拉力使該第一碳纖維束以10公尺/分鐘至15公尺/分鐘的輸送速度，自該第一碳纖維卷輸出；(C)該拉力使該第一碳纖維束經過一第一加熱裝置，該第一加熱裝置以45°C至400°C的溫度加熱該第一碳纖維束，以軟化該第一表面處理層；(D)該拉力使該第一碳纖維束經過至少一撥絲件之每一者的兩側以將該第一碳纖維束包含的該複數第一碳纖維絲分成複數碳纖維紮，該複數碳纖維紮之每一者包含複數第二碳纖維絲，該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者以一第一間距隔開，該複數碳纖維紮各自具有一第一高度，該複數碳纖維紮之每一者的該第一高度相同；(E)該拉力使該複數碳纖維紮自至少一切割件的兩側經過，該複數碳纖維紮之每一者具有相同的該第一高度，且該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者以該第一間距隔開；(F)該拉力使該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者的間距自該第一間距調整為一第二間距，其中該第二間距大於該第一間距；(G)該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過一張力調整裝置；(H)該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過一表面處理裝置，使該複數碳纖維紮之每一者包含的該複數第二碳纖維絲的表面包覆一第二表面處理層，藉此使該複數碳纖維紮各自對應形成複數第二碳纖維束；(I)該拉力使該複數第二碳纖維束經過至少一寬度調整裝置；及(J)該拉力使該複數第二碳纖維束移動至一捲取裝置以使該複數第二碳纖維束各自對應收捲得到複數第二碳纖維卷，該複數第二碳纖維束之每一者具有一第二長度且各第二碳纖維束包含該複數第二碳纖維絲，其中該第二長度與該第一長度相同，且各第二碳纖維束包含的該複數第二碳纖維絲的數目小於該第一碳纖維束包含的該複數第一碳纖維絲的數目。

藉由本創作之碳纖維分束方法，可利用便宜之高強度及高模數的高K數碳纖維生產低K數碳纖維，所得的低K數碳纖維較市售相同K數的碳纖維具備較高的強度及較高的模數，藉此增加低K數碳纖維的強度及模數，同時亦降低獲得低K數碳纖維的成本。

此外，藉由本創作之碳纖維分束方法，在選用適當K數的碳纖維卷並描配適當數量之撥絲件的情況下，可生產市面上未見規格的碳纖維產品（例如：2K、4K或5K規格的碳纖維）。舉例而言，選用一個12K碳纖維卷描配5個撥絲件，可產出六個2K碳纖維卷；選用一個50K碳纖維卷描配9個撥絲件，可產出十個5K碳纖維卷；選用一個60K碳纖維卷描配14個撥絲件，可產出十五個4K的碳纖維卷。

依據本創作，上述碳纖維分束方法中的步驟(H)包含：(h1)該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過一熱塑性上漿液；(h2)該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過至少一第二加熱裝置，該至少一第二加熱裝置的加熱溫度為120°C至200°C；及(h3)該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過至少一冷卻裝置，該至少一冷卻裝置的冷卻溫度為2°C至10°C，使該複數碳纖維紮之每一者包含的該複數第二碳纖維絲的表面包覆一第二表面處理層，藉此使該複數碳纖維紮各自對應形成複數第二碳纖維束，其中該第二表面處理層為一熱塑層。

依據本創作，上述熱塑層可為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）層、聚丙烯（PP）層、聚乙烯（PE）層、聚碳酸酯（PC）層、聚氨酯（PU）層、及聚醚醚酮（PEEK）層，但不限於此。

依據本創作，上述碳纖維分束方法中的步驟(H)包含：(h1’)該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過一熱固性上漿液；及(h2’)該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過至少一第二加熱裝置，該至少一第二加熱裝置的加熱溫度為120°C至200°C，使該複數碳纖維紮之每一者包含的該複數第二碳纖維絲的表面包覆一第二表面處理層，藉此使該複數碳纖維紮各自對應形成複數第二碳纖維束，其中該第二表面處理層為一熱固層。

依據本創作，上述熱固層可為環氧樹脂層，但不限於此。

依據本創作，撥絲件的材質可為金屬，但不限於此。撥絲件的形狀可為錐形，利用撥絲件的尖端處，可將一碳纖維束包含的複數碳纖維絲分成複數碳纖維紮。

依據本創作，在上述碳纖維分束方法的步驟(D)中，該至少一撥絲件係配置成使該第一碳纖維束包含的該複數第一碳纖維絲等分。

依據本創作，至少一撥絲件可將一碳纖維束包含的複數碳纖維絲等分成具有相同碳纖維絲的複數碳纖維紮。

在一實施例中，在上述碳纖維分束方法的步驟(C)中，該第一加熱裝置以80°C至120°C的溫度加熱第一碳纖維束。

依據本創作，切割件的材質可為鎢鋼、鈦金屬、金鋼砂，但不限於此。切割件為圓形鋸片並可高速轉動，以切割相鄰碳纖維紮之間的碳纖維絲。

在一實施例中，至少一撥絲件的數目與至少一切割件的數目相等。

依據本創作，上述碳纖維分束方法中的步驟(F)包含：(f1)該拉力使以該第一間距隔開的該複數碳纖維紮之每一者自其該第一高度調整為一第二高度，其中該複數碳纖維紮之每一者的該第二高度彼此相同，該第二高度低於該第一高度，且該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者以該第一間距隔開；(f2)該拉力使以該第一間距隔開的該複數碳纖維紮之每一者自其該第二高度調整為一第三高度，其中該複數碳纖維紮之每一者的該第三高度彼此不同；及(f3)該拉力使該複數碳纖維紮之每一者自其該第三高度調整為一第四高度，其中該複數碳纖維紮之每一者的該第四高度彼此相同，且其中該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者的間距為該第二間距，其中該第二間距大於該第一間距。

本創作可以各種不同材質的碳纖維卷為原料，可適用於本創作之碳纖維分束方法的碳纖維卷包含但不限於由下列所構成的群組：聚丙烯腈碳纖維卷、瀝青系長纖碳纖維卷、玄武岩系長纖纖維卷、芳香族聚醯胺纖維卷及超高分子量聚乙烯纖維卷。

除了碳纖維之外，其他高性能纖維如芳香族聚醯胺纖維、超高分子量聚乙烯纖維及玄武岩系長纖纖維卷等皆可使用本創作之分束方法，將一束較多纖維絲的纖維卷分成複數束較少纖維絲的纖維卷，可生產市售無法購得之規格的纖維產品。

以下，列舉數種實施例說明本創作之碳纖維分束方法的實施方式，本領域技術人員可藉由下方實施例的內容輕易理解本創作能達到的優點及效果。應當理解的是，本說明書所列舉的實施例僅用於示範性說明本創作的實施方式，並非用於侷限本創作的範圍，本領域技術人員可根據其通常知識在不悖離本創作的精神下進行各種修飾、變更，以實施或應用本創作之內容。

實施例 1

取用一市售聚丙烯腈碳纖維卷（製造廠商：日本東麗；型號：T700SC；長度：5000公尺），該碳纖維卷的寬度為7公厘（mm），該碳纖維卷係由一長纖碳纖維束纏繞而成，如圖1所示。該碳纖維卷的K數規格為12K，表示該碳纖維束包含一萬兩千根碳纖維絲，各碳纖維絲的表面包覆一環氧樹脂層以使各碳纖維絲緊密相連。利用本創作之碳纖維分束方法，上述碳纖維卷可經由如圖2A所示的碳纖維分束方法分成4卷、每卷K數為3K且長度同為5000公尺的聚丙烯腈碳纖維卷，詳細過程如下所述。

上述市售碳纖維卷之12K碳纖維束係依序經過加熱步驟、撥切絲步驟、張力調整步驟、表面處理步驟及捲取步驟之約15公尺的處理過程以得到4卷3K碳纖維卷，整個分束過程中12K碳纖維束自市售碳纖維卷的輸出速度係由捲取步驟的捲取速度控制，但在以捲取速度控制市售碳纖維卷的輸出速度之前，12K碳纖維束自市售碳纖維卷的輸出速度需由人工控制，故先在市售碳纖維卷之12K碳纖維束的開端以瞬間三秒膠接上一段約15公尺之次級品的12K碳纖維束，待市售碳纖維卷經由本發明之碳纖維分束方法所得的3K碳纖維束開始收捲時，再將該先收捲之次級品的3K碳纖維束自捲取裝置移除，詳細過程如下所述。

首先，在市售碳纖維卷之12K碳纖維束的開端黏上一段約15公尺之次級品的12K碳纖維束，並將其纏繞於上述市售碳纖維卷。

如圖2A所示，將上述碳纖維卷1橫置於送紗器2上，以人工牽引方式拉取次級品的12K碳纖維束將其引導經過引導器3至一系列導輥4。送紗器2可調節12K碳纖維束的張力使其以相同的張力自該碳纖維卷輸出；引導器3可使12K碳纖維束保持呈直線輸送。

一系列導輥4包含第一導輥4A、複數導輥組件4B及第二導輥4A。先以人工牽引方式將12K碳纖維束引導經過第一導輥4A至複數導輥組件4B，之後再經由第二導輥4A將12K碳纖維束引導出複數導輥組件4B。當12K碳纖維束在一系列導輥4之間受力移動時，該12K碳纖維束同時受紅外線加熱裝置5加熱，該紅外線加熱裝置5的加熱溫度為80°C至120°C以使碳纖維絲表面包覆的環氧樹脂層軟化，與此同時，12K碳纖維束的寬度逐漸增加，如區間6所示，當12K碳纖維束受力引導出紅外線加熱裝置5時其寬度變為16 mm。

如圖3A及圖3B所示，複數導輥組件4B的每一者包含導輥31及其軌道32，為使12K碳纖維束充分受熱以使其所包含的碳纖維絲表面包覆的環氧樹脂層軟化，可視情況使導輥31在其軌道32垂直移動以調整高度而調整12K碳纖維束在一系列導輥4中的行經路徑。當相鄰導輥組件4B中的導輥31距離越遠時，兩導輥31間的12K碳纖維束行經距離越長，如圖3A所示；當相鄰導輥組件4B中的導輥31距離越近時，兩導輥31間的12K碳纖維束行經距離越短，如圖3B所示。此外，亦可視情況調整導輥組件4B的數量以調整12K碳纖維束的受熱時間，增加導輥組件4B的數量可增加12K碳纖維束的行經路徑、進而增加12K碳纖維束的受熱時間。在此實施例中，導輥組件4B的數量為5個，在其他實施例中，導輥組件4B的數量可為4個至12個。在此實施例中，相鄰導輥組件4B具有不同的置放高度，如圖2A所示；而在其他實施例中，所有的導輥組件4B具有相同的置放高度。

接著，以人工牽引方式將寬度為16 mm的12K碳纖維束由第二導輥4A引導至撥切分絲裝置7。撥切分絲裝置7中的前端等距設有三個撥絲件7A，該三個撥絲件7A呈一直線排列並設置成與12K碳纖維束的移動方向垂直，使得當12K碳纖維束所包含的一萬兩千根碳纖維絲行經三個撥絲件7A時，會因三個撥絲件7A的阻擋而往其兩側前進，因而形成四碳纖維紮，各碳纖維紮包含三千根碳纖維絲，且各碳纖維紮的寬度為4 mm。

接著，以人工牽引方式將該四碳纖維紮引導至第一導輥7B上的四個相應溝槽及第二導輥7B上的四個相應溝槽。如圖4所示，第一導輥7B及第二導輥7B皆為具有四個溝槽的導輥，其中每一溝槽的寬度為4 mm，相鄰溝槽相距2 mm（即相鄰碳纖維紮相距2 mm），第一導輥7B及第二導輥7B的四個溝槽分別容納經三個撥絲件7A等分撥開的四碳纖維紮。圖4僅為示意圖，其中溝槽的寬度與溝槽之間的距離並未按實際比例繪製。

如圖5所示，由於相鄰的碳纖維紮之間可能有少數相連的碳纖維絲51，於是在第一導輥7B與第二導輥7B之間設置三個切割件7C，該三個切割件7C呈一直線排列並與四碳纖維紮的移動方向垂直，用以切割相鄰碳纖維紮之間相連的碳纖維絲。

之後，以人工牽引方式將上述四碳纖維紮引導至導輥7D中的四個溝槽，導輥7D亦如圖4所示為一具有四個溝槽的導輥，各溝槽的寬度為4 mm且相鄰溝槽相距2 mm（即相鄰碳纖維紮相距2 mm）。接著，以人工牽引方式將導輥7D中的四碳纖維紮再分別引導至具有不同水平高度的四個導輥7E（由上而下分別為第一導輥7E、第二導輥7E、第三導輥7E及第四導輥7E）。導輥7D的水平高度低於第一導輥7B及第二導輥7B的水平高度，如此有利於使第一導輥7E及第二導輥7E上的四碳纖維紮因受力而呈平整地輸送、亦有利於將導輥7D上的四碳纖維紮分別輸送至四個不同水平高度的導輥7E，以進一步增大相鄰碳纖維紮之間的間距。四個導輥7E呈一直線垂直排列並重疊，相鄰導輥7E的高度差為10公分。由於導輥7E中之每一者僅輸送一碳纖維紮，所以四個導輥7E皆為不具溝槽的導輥，且為擴大相鄰碳纖維紮之間的間距，四碳纖維紮於人工牽引後在各自導輥7E上的位置如圖6所示，圖6表示第一導輥7E的頂視圖，最左邊的碳纖維紮表示第一導輥7E上的碳纖維紮，而其他三個碳纖維紮由左至右分別表示第二導輥7E、第三導輥7E及第四導輥7E上碳纖維紮的位置，若將第二導輥7E、第三導輥7E及第四導輥7E上的碳纖維紮投影至第一導輥7E上的平面，相鄰碳纖維紮相距5 mm。

接著，以人工牽引方式將四碳纖維紮牽引至張力裝置8中的第一導輥8A。張力裝置8包含三個導輥8A及微動軸桿（張力調整裝置）8B，三個導輥8A由左至右分別為第一導輥8A、第二導輥8A及第三導輥8A。由於各碳纖維紮在同一平面的間距已增大為5 mm，故以人工牽引方式將在四個導輥7E上的四碳纖維紮牽引至第一導輥8A時，四碳纖維紮在第一導輥8A中亦相距5 mm，即四碳纖維紮之相鄰者已分開相當的距離而沒有互相碰觸的疑慮，故第一導輥8A可使用沒有溝槽的導輥，第二導輥8A及第三導輥8A亦為沒有溝槽的導輥。由於四個導輥7E的高度不同，故四碳纖維紮之每一者自導輥7D、經過導輥7E、再至第一導輥8A所經的路徑長度不同，而導致四碳纖維紮輸送至第一導輥8A時各碳纖維紮的鬆緊程度並不同相同，故四碳纖維紮由第一導輥8A輸送至第二導輥8A後，由微動軸桿（張力調整裝置）8B對各碳纖維紮的鬆緊程度進行調整，使各碳纖維紮不過緊地被拉伸、亦不因鬆弛而下垂，以使各碳纖維紮的張力相同。之後，再以人工方式將四碳纖維紮經由第三導輥8A及導輥9牽引出張力裝置，以接著進行表面處理。於此，導輥9亦為沒有溝槽的導輥，四碳纖維紮於導輥9上亦相距5 mm。

表面處理包含上漿步驟及漿液成形步驟。上漿步驟使用上漿裝置10進行上漿處理。上漿裝置10包含上漿槽10A、導輥10B、三個導輥10C（由左而右分別為第一導輥10C、第二導輥10C及第三導輥10C）及導輥10D，其中三個導輥10C的材質為不鏽鋼，而導輥10D的材質為合成橡膠。由於各碳纖維紮彼此已間隔5 mm，故導輥10B、三個導輥10C及導輥10D之每一者皆為不具溝槽的導輥，且四碳纖維紮於上述導輥上亦相距5 mm。在此實施例中，上漿槽10A內含的漿液為熱塑性上漿液，其為將購買的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）上漿劑溶於水配製成1成分百分比（1%）的水溶液。當以人工方式將四碳纖維紮自導輥9、經由導輥10B、進入上漿槽10A後，各碳纖維紮所包含的碳纖維絲的表面皆包覆了該熱塑性上漿液，此舉亦使各碳纖維紮表面的毛羽被收整，故當四碳纖維紮自上漿槽10A出來後，四碳纖維紮的表面變得平整。當四碳纖維紮行經第三導輥10C時，四碳纖維紮同時受到材質為合成橡膠的導輥10D的擠壓以擠出多餘的熱塑性上漿液。

之後，各碳纖維紮再接著進行漿液成形步驟，漿液成形步驟可加速碳纖維絲表面包覆之熱塑性上漿液的成形。在此實施例中，漿液成形步驟包含加熱步驟及冷卻步驟。先以人工牽引方式將四碳纖維紮自第三導輥10C、經由導輥11引導行經連續二個加熱滾輪12以使四碳纖維紮所含的水分蒸發。之後，再以人工牽引方式由導輥13將四碳纖維紮引導行經連續兩個冷卻滾輪14以使碳纖維絲表面包覆的熱塑性上漿液冷卻形成熱塑層，使四碳纖維紮形成四碳纖維束，各碳纖維束的寬度為4 mm。於此，加熱滾輪12之每一者的加熱溫度為120°C至140°C，冷卻滾輪14之每一者的的冷卻溫度為3°C至7°C。於此，導輥11、加熱滾輪12、導輥13及冷卻滾輪14皆不具溝槽。

最後，為使四碳纖維束具有市售3K碳纖維卷的寬度（2.85 mm至2.9 mm），故以人工方式將四碳纖維束引導至具有四個溝槽的導輥15與導輥16，導輥15與導輥16皆為寬度調整裝置，導輥15與導輥16具有如圖4所示之四個溝槽的導輥，各溝槽的寬度為2.9 mm，使得四碳纖維束的寬度在導輥15與導輥16的輸送期間可從4 mm進一步縮小為2.9 mm。接著，以人工方式將四碳纖維束經由導輥16引導至捲取裝置17中的四個紙管17A、並以10公尺/分鐘（m/min）至12 m/min的速度收卷。當使用捲取裝置17開始分別收卷四碳纖維束時，即不再以人工方式牽引，即整個分束過程的拉力由人工牽引開始轉為捲取裝置17的捲取拉力，此時原先市售的12K碳纖維束亦開始自橫置於送紗器2上的碳纖維卷1受捲取裝置17的捲取拉力而開始輸出進行分束：送紗器2調節12K碳纖維束的張力使其以相同的張力自碳纖維卷1輸出後，捲取拉力將12K碳纖維束引導至引導器3，引導器3可使12K碳纖維束保持呈直線輸送至一系列導輥4以受紅外線加熱裝置5加熱，待12K碳纖維束的寬度增加為16 mm後，捲取拉力將該12K碳纖維束引導至撥切分絲裝置7以分成四碳纖維紮，捲取拉力再將四碳纖維紮引導至張力裝置8中的微動軸桿（張力調整裝置）8B以調整各碳纖維紮的張力，之後再使碳纖維紮進行表面處理、再進行寬度調整，待開始收卷後，先剪去先前收捲之次級品的3K碳纖維束再持續收卷，最後得到四個3K的碳纖維卷18，其中每一碳纖維卷18中的3K碳纖維束的長度為5000公尺、寬度為2.9 mm，各碳纖維束包含三千根碳纖維絲。如圖7所示，碳纖維卷18之3K碳纖維束的寬度小於碳纖維卷1之12K碳纖維束的寬度，且碳纖維卷18的寬度與市售3K碳纖維卷的寬度相同。

實施例 2

取用一市售聚丙烯腈碳纖維卷（製造廠商：日本東麗；型號：T700SC；長度：5000公尺），該碳纖維卷的寬度為7 mm，該碳纖維卷係由一長纖碳纖維束纏繞而成，如圖1所示。該碳纖維卷的K數規格為12K，表示該碳纖維束包含一萬兩千根碳纖維絲，各碳纖維絲的表面包覆一環氧樹脂層以使各碳纖維絲緊密相連。

實施例2的碳纖維分束方法如圖2B所示，其大致上經由與實施例1相同的操作，僅實施例2的表面處理（包含上漿步驟及漿液成形步驟）與實施例1不同。對於上漿步驟而言，實施例2與實施例1的不同處在於實施例2中的上漿槽10A內含的漿液為熱固性上漿液，其為將環氧樹脂上漿劑溶於水配製成1成分百分比（1%）的水溶液。待四碳纖維紮經過上漿槽10A並行經第三導輥10C時，四碳纖維紮同樣受到材質為合成橡膠的導輥10D的擠壓以擠出多餘的熱固性上漿液。

之後，各碳纖維紮再接著進行漿液成形步驟。在此實施例中，漿液成形步驟僅包含加熱步驟。四碳纖維紮自第三導輥10C、經由導輥11引導行經連續二個加熱滾輪12以使四碳纖維紮所含的水分蒸發，此時碳纖維絲表面包覆的熱固性上漿液形成熱固層，使四碳纖維紮形成四碳纖維束。於此，加熱滾輪12的加熱溫度為120°C至140°C。此外，導輥11及加熱滾輪12皆不具溝槽。

接著，將四碳纖維束經由導輥13（不具溝槽）引導至與實施例1相同的導輥15與導輥16（寬度調整裝置），使四碳纖維束的寬度從4 mm縮為2.9 mm，之後再將四碳纖維束引導至捲取裝置17中的四個紙管17A分別收捲，得到四個3K的碳纖維卷18，其中每一碳纖維卷18中的3K碳纖維束的長度為5000公尺、寬度為2.9 mm，各碳纖維束包含三千根碳纖維絲。如圖7所示，碳纖維卷18之3K碳纖維束的寬度小於碳纖維卷1之12K碳纖維束的寬度，且碳纖維卷18的寬度與市售3K碳纖維卷的寬度相同。

由於起始原料碳纖維卷1採用較高強度的碳纖維，即12K的碳纖維卷1本身的碳纖維強度較市售3K碳纖維高，所以經由本發明之碳纖維分束方法所得之3K碳纖維卷18的碳纖維強度亦高於市售3K碳纖維卷的碳纖維強度。由上可知，本創作可產生較高強度或較高模數之低K數的碳纖維，可增加低K數碳纖維所製成產品的強度，廣泛增加低K數碳纖維的應用領域。

綜上所述，本創作的碳纖維分束方法不僅可降低低K數碳纖維的取得成本，還提高低K數碳纖維的強度及模數，因此可用以製造更輕薄但強度更強的產品，同時亦達到節能減碳的綠能效果。此外，藉由選用適當K數的碳纖維原料，本創作的碳纖維分束方法可生產市面上未見規格的碳纖維產品。

1:碳纖維卷 2:送紗器 3:引導器 31:導輥 32:軌道 4:一系列導輥 4A:導輥 4B:導輥組件 5:紅外線加熱裝置 51:相連的碳纖維絲 6:區間 7:撥切分絲裝置 7A:撥絲件 7B:導輥 7C:切割件 7D:導輥 7E:導輥 8:張力裝置 8A:導輥 8B:微動軸桿（張力調整裝置） 9:導輥 10:上漿裝置 10A:上漿槽 10B:導輥 10C:導輥 10D:導輥 11:導輥 12:加熱滾輪 13:導輥 14:冷卻滾輪 15:導輥 16:導輥 17:捲取裝置 17A:紙管 18:碳纖維卷

圖1係市售12K之碳纖維卷的示意圖。

圖2A係碳纖維分束方法之採用熱塑性上漿液的流程示意圖。

圖2B係碳纖維分束方法之採用熱固性上漿液的流程示意圖。

圖3A係複數導輥組件4B之相對位置示意圖。

圖3B係複數導輥組件4B之相對位置之另一示意圖。

圖4係具有四個溝槽之輥輪的示意圖。

圖5係相鄰碳纖維紮間之相連的碳纖維絲的示意圖。

圖6係第一導輥7E的頂視圖。

圖7係3K之碳纖維卷的示意圖。

無。

1:碳纖維卷

2:送紗器

3:引導器

4:一系列導輥

4A:導輥

4B:導輥組件

5:紅外線加熱裝置

6:區間

7:撥切分絲裝置

7A:撥絲件

7B:導輥

7C:切割件

7D:導輥

7E:導輥

8:張力裝置

8A:導輥

8B:微動軸桿(張力調整裝置)

9:導輥

10:上漿裝置

10A:上漿槽

10B:導輥

10C:導輥

10D:導輥

11:導輥

12:加熱滾輪

13:導輥

14:冷卻滾輪

15:導輥

16:導輥

17:捲取裝置

17A:紙管

18:碳纖維卷

Claims (7)

1. 一種碳纖維分束方法，包含以下步驟： (A)   齊備一第一碳纖維卷，該第一碳纖維卷由一第一碳纖維束纏繞而成，該第一碳纖維束具有一第一長度且該第一碳纖維束包含複數第一碳纖維絲，該複數第一碳纖維絲之每一者的表面包覆一第一表面處理層，各第一表面處理層彼此緊鄰； (B)    施予該第一碳纖維束一拉力，該拉力使該第一碳纖維束以10公尺/分鐘至15公尺/分鐘的輸送速度，自該第一碳纖維卷輸出； (C)    該拉力使該第一碳纖維束經過一第一加熱裝置，該第一加熱裝置以45°C至400°C的溫度加熱該第一碳纖維束，以軟化該第一表面處理層； (D)   該拉力使該第一碳纖維束經過至少一撥絲件之每一者的兩側以將該第一碳纖維束包含的該複數第一碳纖維絲分成複數碳纖維紮，該複數碳纖維紮之每一者包含複數第二碳纖維絲，該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者以一第一間距隔開，該複數碳纖維紮各自具有一第一高度，該複數碳纖維紮之每一者的該第一高度相同； (E)    該拉力使該複數碳纖維紮自至少一切割件的兩側經過，該複數碳纖維紮之每一者具有相同的該第一高度，且該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者以該第一間距隔開； (F)     該拉力使該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者的間距自該第一間距調整為一第二間距，其中該第二間距大於該第一間距； (G)   該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過一張力調整裝置； (H)   該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過一表面處理裝置，使該複數碳纖維紮之每一者包含的該複數第二碳纖維絲的表面包覆一第二表面處理層，藉此使該複數碳纖維紮各自對應形成複數第二碳纖維束； (I)       該拉力使該複數第二碳纖維束經過至少一寬度調整裝置；及 (J)      該拉力使該複數第二碳纖維束移動至一捲取裝置以使該複數第二碳纖維束各自對應收捲得到複數第二碳纖維卷，該複數第二碳纖維束之每一者具有一第二長度且各第二碳纖維束包含該複數第二碳纖維絲，其中該第二長度與該第一長度相同，且各第二碳纖維束包含的該複數第二碳纖維絲的數目小於該第一碳纖維束包含的該複數第一碳纖維絲的數目。
2. 如請求項1所述之碳纖維分束方法，其中在該步驟(A)中，該第一碳纖維卷選自於由下列所構成的群組：聚丙烯腈碳纖維卷、瀝青系長纖碳纖維卷、玄武岩系長纖纖維卷、芳香族聚醯胺纖維卷、及超高分子量聚乙烯纖維卷。
3. 如請求項1所述之碳纖維分束方法，其中該步驟(H)包含： (h1) 該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過一熱塑性上漿液； (h2) 該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過至少一第二加熱裝置，該至少一第二加熱裝置的加熱溫度為120°C至200°C；及 (h3) 該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過至少一冷卻裝置，該至少一冷卻裝置的冷卻溫度為2°C至10°C，使該複數碳纖維紮之每一者包含的該複數第二碳纖維絲的表面包覆一第二表面處理層，藉此使該複數碳纖維紮各自對應形成複數第二碳纖維束，其中該第二表面處理層為一熱塑層。
4. 如請求項1所述之碳纖維分束方法，其中該步驟(H)包含： (h1’) 該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過一熱固性上漿液；及 (h2’) 該拉力使以該第二間距隔開的該複數碳纖維紮經過至少一第二加熱裝置，該至少一第二加熱裝置的加熱溫度為120°C至200°C，使該複數碳纖維紮之每一者包含的該複數第二碳纖維絲的表面包覆一第二表面處理層，藉此使該複數碳纖維紮各自對應形成複數第二碳纖維束，其中該第二表面處理層為一熱固層。
5. 如請求項1所述之碳纖維分束方法，其中在該步驟(D)中，該至少一撥絲件係配置成使該第一碳纖維束包含的該複數第一碳纖維絲等分。
6. 如請求項1所述之碳纖維分束方法，其中該步驟(C)中，該第一加熱裝置以80°C至120°C的溫度加熱該第一碳纖維束。
7. 如請求項1至6任一項所述之碳纖維分束方法，其中該步驟(F)包含： (f1) 該拉力使以該第一間距隔開的該複數碳纖維紮之每一者自其該第一高度調整為一第二高度，其中該複數碳纖維紮之每一者的該第二高度彼此相同，該第二高度低於該第一高度，且該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者以該第一間距隔開； (f2) 該拉力使以該第一間距隔開的該複數碳纖維紮之每一者自其該第二高度調整為一第三高度，其中該複數碳纖維紮之每一者的該第三高度彼此不同；及 (f3) 該拉力使該複數碳纖維紮之每一者自其該第三高度調整為一第四高度，其中該複數碳纖維紮之每一者的該第四高度彼此相同，且其中該複數碳纖維紮之每一者與其相鄰者的間距為該第二間距，其中該第二間距大於該第一間距。

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