WO2020158496A1 - 繊維パッケージ - Google Patents

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惇二 金羽木
由貴廣 水鳥
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三菱ケミカル株式会社
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    • B65H54/06—Winding and traversing material on to reels, bobbins, tubes, or like package cores or formers for making cross-wound packages
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65H55/04—Wound packages of filamentary material characterised by method of winding
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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65H2701/00—Handled material; Storage means
    • B65H2701/30—Handled filamentary material
    • B65H2701/31—Textiles threads or artificial strands of filaments
    • B65H2701/314—Carbon fibres

Definitions

  • the present invention relates to fiber packages.
  • the present application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2019-011966 filed in Japan on January 28, 2019, the content of which is incorporated herein.
  • a carbon fiber bundle having a fineness of 25,000 to 35,000 denier has a winding angle of 13 to 14° at the start of winding, a winding angle of 3° or more at the end of winding, and a fraction below the decimal point of the wind ratio.
  • a square end type carbon fiber package wound on a bobbin is disclosed as 0.07 to 0.08.
  • Patent Document 2 a carbon fiber bundle drawn out from a bobbin is widened, further partially split into two sub-bundles, and then wound on another bobbin to form a fiber package, and the carbon fiber bundle is extracted from the fiber package. It is described that the sheet molding compound (SMC) was manufactured by feeding the sheet.
  • SMC sheet molding compound
  • An object of the present invention is to provide a fiber package in which a partially split carbon fiber bundle is wound around a bobbin and has no unwinding problem.
  • the present invention has the following configurations.
  • [1] A square end type fiber package in which a carbon fiber bundle is traversed around a bobbin, wherein the carbon fiber bundle is partially split into sub-bundles, and the width of the carbon fiber bundle is the width of the sub-bundle. Fiber package characterized by being smaller than the sum.
  • [2] A square end type fiber package in which a carbon fiber bundle is traversely wound on a bobbin, and the carbon fiber bundle is partially split into sub-bundles, and the bobbin is formed so that the sub-bundles overlap each other.
  • a method of manufacturing a square end type fiber package in which a carbon fiber bundle is traverse-wound around a bobbin which comprises a splitting step of partially splitting the carbon fiber bundle into sub-bundles and a partial splitting into sub-bundles. And a winding step of winding the formed carbon fiber bundle around a bobbin, wherein in the winding step, the carbon fiber bundle is wound around the bobbin so that the width of the carbon fiber bundle becomes smaller than the total width of the sub bundles.
  • a method of manufacturing a square end type fiber package in which a carbon fiber bundle is traverse-wound around a bobbin which comprises a split step of partially splitting the carbon fiber bundle into sub-bundles and a partial splitting into sub-bundles. And a winding step of winding the formed carbon fiber bundle around a bobbin, wherein the carbon fiber bundle is wound around the bobbin so that the sub bundles overlap each other in the winding step.
  • the positions of the center lines are displaced by a gap width of 0.8 times or more the width of the carbon fiber bundle at least between the carbon fiber bundles wound on the bobbin in the traverse cycle that is not separated by 5 cycles or more.
  • the position of the center line is displaced by a gap width of 1.0 times or more of the width of the carbon fiber bundle at least between the carbon fiber bundles wound on the bobbin in the traverse cycle not separated by more than 5 cycles.
  • the positions of the center lines are displaced by a gap width of 1.3 times or more of the width of the carbon fiber bundle between the carbon fiber bundles wound on the bobbin in the traverse cycle that is not separated by 5 cycles or more.
  • [16] The production method according to any one of [10] to [15], wherein the carbon fiber bundle is partially split into three or more sub-bundles in the splitting step.
  • [17] The production method according to any one of [10] to [16], wherein the number of filaments in the sub-bundle is 5000 or less.
  • the production method according to any one of [10] to [17] wherein the total number of filaments of the carbon fiber bundle is 12,000 or more.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of a fiber package.
  • FIG. 2A is a schematic diagram showing a partially split carbon fiber bundle, and is a plan view.
  • FIG. 2B is a schematic view showing a partially split carbon fiber bundle, and is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the fiber direction.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing a fiber package manufacturing apparatus.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a carbon fiber bundle wound around a bobbin so that the sub-bundles are overlapped with each other when the carbon fiber bundle is cut along a plane perpendicular to the fiber direction.
  • FIG. 1 is a schematic view of the fiber package 10 of the present embodiment as seen from a direction perpendicular to the rotation axis of the bobbin 14. As shown in FIG. 1, the fiber package 10 is a square end type fiber package in which a fiber bundle 12 having a width W is traversed around a bobbin 14.
  • the fiber package 10 can be manufactured using, but not limited to, the manufacturing apparatus 100 whose conceptual diagram is shown in FIG.
  • the manufacturing apparatus 100 includes a spreader 110 for deforming and flattening the fiber bundle 12 (or widening it to make it flatter), a splitter 120 for partially splitting the fiber bundle 12, and a fiber bundle 12 And a winder 130 for winding the bobbin on the bobbin 14.
  • the spreader 110 includes a spreader bar 112.
  • the spreader bar 112 may be heated or may be reciprocated in a direction perpendicular to the traveling direction of the fiber bundle 12, and the mechanism therefor can be referred to a known technique.
  • the fiber bundle 12 supplied from the supply bobbin 102 and traveling in the fiber direction is rubbed against the spreader bar 112 to be flattened or widened to have a thickness of about 0.05 to 0.2 mm.
  • the spreader 110 can be omitted when the fiber bundle 12 supplied from the supply bobbin 102 is already sufficiently flat. For example, when the width is 50 times or more the thickness, the fiber bundle 12 may be sufficiently flat.
  • the splitter 120 includes a rotary blade 122 for forming slits in the fiber bundle 12 and a plurality of godet rolls 124 for controlling the traveling speed of the fiber bundle 12.
  • the rotation axis of the rotary blade 122 is parallel to the width direction of the fiber bundle 12.
  • a plurality of blades 123 are circumferentially arranged at regular intervals on the outer circumference of the rotary blade 122 so that slits having a constant length are formed intermittently along the fiber direction (longitudinal direction) of the fiber bundle 12 at a constant cycle. Is set up.
  • the length of the slit formed in the fiber bundle 12 by the splitter 120 can be controlled by adjusting the peripheral speed of the rotary blade 122 and the traveling speed of the fiber bundle 12.
  • FIG. 2A and 2B show a partially split fiber bundle 12 having a width W 0 obtained by using a splitter 120 arranged in the width direction of the fiber bundle running on four rotary blades 122.
  • the fiber direction of the fiber bundle be the x direction
  • the width direction be the y direction
  • the thickness direction be the z direction
  • FIG. 2A is a plan view of the fiber bundle 12 viewed from the z direction
  • FIG. 2B is the fiber.
  • a cross section of the bundle 12 perpendicular to the x direction is shown.
  • the fiber bundle 12 is formed with four slit rows: a first slit row 13A, a second slit row 13B, a third slit row 13C, and a fourth slit row 13D.
  • the first slit row 13A includes a plurality of first slits 13a arranged in the x direction.
  • the second slit row 13B includes a plurality of second slits 13b arranged in the x direction.
  • the third slit row 13C includes a plurality of third slits 13c arranged in the x direction.
  • the fourth slit row 13D includes a plurality of fourth slits 13d arranged in the x direction. Since these four slit rows are formed by different rotary blades, their positions in the y direction are different.
  • the slit length L S and the inter-slit gap length L G are constant in any slit row and are common between different slit rows.
  • the ratio L S /(L S +L G ) of the slit length L S to the sum of the slit length L S and the inter-slit gap length L G is usually 90% or more, preferably 95% or more, and even 99%, for example. Good. Therefore, most of the fiber bundle 12 is split into five sub-bundles 11 as shown in FIG. 2B.
  • the slit length L S is preferably 25 mm or more, more preferably more than 50 mm, even more preferably more than 500 mm. This is because when the fiber bundle 12 is chopped into a chopped fiber bundle for use in a sheet molding compound, the fiber length of the chopped fiber bundle is usually about 25 to 50 mm. The longer the slit length L S, the more chopped fiber bundles having a bundle size equal to or smaller than the sub-bundle 11 can be obtained.
  • the slit length L S is, for example, 25 mm or more and 50 mm or less, 50 mm or more and 100 mm or less, 100 mm or more and 200 mm or less, 200 mm or more and 500 mm or less, 500 mm or more and 1000 mm or less, 1000 mm or more, 1500 mm or less, 1500 mm or more and 2000 mm or less, and 2000 mm or more and 3000 mm or less.
  • the inter-slit gap length L G is, for example, 5 to 10 mm, but may be shorter than this range.
  • the positions of the inter-slit gaps G S in the x direction are different between the first slit row 13A and the second slit row 13B. The same is true between the second slit row 13B and the third slit row 13C and between the third slit row 13C and the fourth slit row 13D.
  • the positions of the inter-slit gaps G S in the x direction may be the same between adjacent slit rows.
  • the number of sub-bundles in which the fiber bundle 12 is partially split by the splitter 120 can be appropriately determined depending on the number of rotary blades provided in the splitter 120, but is preferably 3 or more, more preferably 5 or more. It may be 10 or more.
  • the number of filaments of the sub-bundle formed by partial splitting of the fiber bundle 12 is preferably 5000 or less, more preferably 3000 or less, and may be 2000 or less.
  • the winder 130 includes a traverse guide 132 and a press roll 134 that presses the fiber bundle 12 wound around the bobbin 14.
  • the fiber package 10 is obtained by traversing the fiber bundle 12 on the bobbin 14 using the winder 130.
  • the width W of the fiber bundle 12 in the fiber package 10 is smaller than the total width W S of the sub-bundles 11. This means that the fiber bundle 12 is wound around the bobbin 14 so that the sub-bundles 11 overlap with each other as shown in FIG.
  • the mode of overlapping the sub-bundles 11 shown in FIG. 4 is an example, and the sub-bundles 11 may overlap with each other in another mode. When the sub-bundles 11 overlap with each other, biting between the fiber bundles 12 is less likely to occur, so that the unravelability of the fiber bundles 12 when the fiber package 10 is used is good.
  • the width W of the fiber bundle 12 when wound around the bobbin 14 may be made narrower than the total width W S of the sub-bundle 11 by adjusting the groove width of the attached roll.
  • the width W of the fiber bundle 12 is narrowed by passing the grooved roll having a narrow groove width.
  • the width W of the fiber bundle 12 is preferably 90% or less of the sum of the width W S of the sub-bundle 11, and more preferably less 86%. Because of deformation experienced until wound on a bobbin, the width W S of the sub-bundle 11, it may be not the same as that immediately after the split of the fiber bundle 12.
  • the width W of the fiber bundle 12 is not limited, but is, for example, 2 to 15 mm, and may be 3 to 12 mm.
  • the winding angle at the beginning of winding is preferably 5 to 30°, and the winding angle at the end of winding is preferably 2 to 17°.
  • the wind ratio R W 2L T /( ⁇ Dtan ⁇ )
  • the traverse length L T is the stroke of the traverse guide that reciprocates in the axial direction of the bobbin.
  • the wind ratio R W represents the number of revolutions of the bobbin during one traverse of the traverse guide. It may be rephrased as the number of turns per traverse cycle.
  • the winding diameter D is the diameter D B of the bobbin at the beginning of winding.
  • the fiber bundle 12 is wound around the bobbin 14 with a constant wind ratio.
  • the wind ratio is an integer
  • ribbon winding it is known that the thread is wound at the same position on the bobbin in all traverse cycles, so-called ribbon winding, and unwindability deteriorates.
  • the fraction after the decimal point of the wind ratio is a multiple of 1/n (n is an integer of 2 or more)
  • the thread is wound at the same position on the bobbin every n cycles of traverse.
  • the ratio is an integer, there is a problem in unwindability.
  • the fractional part of the wind ratio is set so that the position of the center line always shifts between the fiber bundles 12 wound on the bobbin 14 in a traverse cycle that is not more than 5 cycles apart.
  • the center line is the center line of the fiber bundle, and refers to a line that extends in the longitudinal direction of the fiber bundle and divides the fiber bundle into two when viewed from the thickness direction (also in the following. The same).
  • the unwinding Sex may deteriorate. Therefore, more preferably, between the fiber bundles 12 wound around the bobbin 14 in a traverse cycle that is not separated by 5 cycles or more, at least 0.8 times the width W of the fiber bundles 12, preferably 1.0 times or more, More preferably, the position of the center line is displaced with a deviation width of 1.3 times or more.
  • the deviation width here means the deviation width when the direction orthogonal to the center line of the fiber bundle 12 is the deviation direction.
  • the traverse cycle 5 cycles away from the Nth traverse cycle is the (N-5)th traverse cycle and the (N+5)th traverse cycle. It is a traverse cycle.
  • the total number of filaments of the fiber bundle 12 is not limited, but is, for example, 6000 or more, and may be 12,000 to 15,000, 15,000 to 24,000, 24,000 to 40,000, 40,000 to 60,000, and the like.
  • the bobbin 14 is not particularly limited and is, for example, a paper tube.
  • the diameter D B of the bobbin 14 can be set appropriately and can be set to, for example, 50 to 150 mm.
  • the fiber package 10 can also be used by removing the bobbin 14.
  • a splitter with four rotating blades was used for partial splitting of the carbon fiber bundle.
  • the carbon fiber bundle was split into five 1.6 mm wide sub-bundles partially connected to each other.
  • the position of the inter-slit gap in the fiber direction was the same for all slit rows.
  • the winding angle of the winding start was 9.9°
  • the winding angle of the winding end was 5°
  • the wind ratio was 11.30
  • the winding amount was 5.0 kg.
  • the deviation width of the position of the center line between the carbon fiber bundles wound in the traverse cycle not separated by 5 cycles or more was 10 mm or more.
  • Example 2 A fiber package was produced in the same manner as in Experiment 1 except for the following changes.
  • -The carbon fiber bundle initially prepared had a total number of filaments of 50,000, an initial width of 14 mm, and a thickness of 0.2 mm.
  • -A splitter with 16 rotary blades was used for partial splitting of the carbon fiber bundle.
  • the carbon fiber bundle was split into 17 sub-bundles of 0.8 mm width, which were partially connected to each other.
  • the winding angle at the end of winding was set to 3° and the winding amount was set to 9.5 kg.
  • the deviation width of the position of the center line between the carbon fiber bundles wound in the traverse cycle not separated by 5 cycles or more was 10 mm or more, as in Experiment 1.
  • the width of the carbon fiber bundle wound on the bobbin was 12 mm, which was 86% of the total width of the sub-bundle. Therefore, the above-mentioned deviation width was at least 0.8 times the width of the carbon fiber bundle.
  • Example 3 A fiber package was produced in the same manner as in Experiment 1 except for the following changes.
  • the winding angle at the beginning of winding was 14°
  • the winding angle at the end of winding was 10°
  • the winding ratio was 7.91.
  • the deviation width of the position of the center line between the carbon fiber bundles wound in the traverse cycle not separated by 5 cycles or more was 4 mm or more.
  • the width of the carbon fiber bundle wound on the bobbin was 3 mm, which is 38% of the total width of the sub bundle. Therefore, the above-mentioned deviation width was at least 1.3 times the width of the carbon fiber bundle.
  • Example 4 A fiber package was produced in the same manner as in Experiment 3 except for the following changes.
  • the width of the carbon fiber bundle wound on the bobbin was 6 mm, which is 75% of the total width of the sub-bundles. Therefore, the deviation width of the position of the center line between the carbon fiber bundles wound in the traverse cycle not separated by 5 cycles or more was 0.7 times the width of the carbon fiber bundle at the minimum.
  • Example 5 A fiber package was produced in the same manner as in Experiment 1 except for the following changes. -The width of the carbon fiber bundle wound on the bobbin was set to 8 mm, which is the same as the total width of the sub-bundles. Therefore, the deviation width of the position of the center line between the carbon fiber bundles wound in the traverse cycle not separated by 5 cycles or more was 1.3 times the minimum width of the carbon fiber bundle.
  • Example 6 A fiber package was produced in the same manner as in Experiment 2 except for the following changes.
  • the winding angle at the start of winding was 14°
  • the winding angle at the end of winding was 10°
  • the winding ratio was 7.91
  • the winding amount was 9.5 kg.
  • the deviation width of the position of the center line between the carbon fiber bundles wound in the traverse cycle not separated by 5 cycles or more was 4 mm or more.
  • the width of the carbon fiber bundle wound on the bobbin was 12 mm, which was 86% of the total width of the sub-bundle. Therefore, the deviation width of the position of the center line between the carbon fiber bundles wound in the traverse cycle not separated by 5 cycles or more was 0.3 times the width of the carbon fiber bundle at the minimum.
  • the unwinding property when the bobbin was pulled out from the fiber package produced in each of the above experiments and the carbon fiber bundle was pulled out from the inside was evaluated according to the following criteria. ⁇ : The carbon fiber bundle was not entangled or cut. X: The carbon fiber bundle was entangled or broken.
  • Table 1 shows the conditions used in each of the above experiments and the evaluation results of the fiber package.
  • the reason why the unwinding property of the carbon fiber bundle in the fiber package manufactured in Experiment 5 was not good is that the carbon fiber bundle was wound around the bobbin in a state where the sub-bundles were not overlapped with each other.
  • the unwinding property of the carbon fiber bundles was not good because the displacement of the center line between the carbon fiber bundles wound in traverse cycles not separated by 5 cycles or more. It is considered that the width was partly smaller than the width of the carbon fiber bundle.

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Abstract

本発明は、部分的にスプリットされた炭素繊維束がボビンに巻き取られてなる繊維パッケージであって、解舒性に問題のない繊維パッケージを提供することを目的とする。繊維束（１２）がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージであって、繊維束（１２）が部分的にサブ束（１１）にスプリットされており、繊維束（１２）の幅Ｗがサブ束（１２）の幅ＷＳの総和よりも小さいことを特徴とする繊維パッケージ。また、繊維束（１２）がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージであって、繊維束（１２）は部分的にサブ束（１１）にスプリットされており、サブ束（１１）同士の重なり合いが生じるようにボビンに巻かれていることを特徴とする繊維パッケージ。

Description

繊維パッケージ
　本発明は、繊維パッケージに関する。
　本願は、２０１９年１月２８日に、日本に出願された特願２０１９－０１１９６６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　特許文献１には、繊度２５，０００～３５，０００デニールの炭素繊維束が、巻き始めの綾角を１３～１４°、巻き終わりの綾角を３°以上、ワインド比の小数点以下の端数を０．０７～０．０８としてボビン上に巻き取られたスクエアエンド型の炭素繊維パッケージが開示されている。
　特許文献２には、ボビンから引き出した炭素繊維束を拡幅し、更に、部分的に２つのサブ束にスプリットしたうえで、別のボビンに巻き取って繊維パッケージとし、その繊維パッケージから炭素繊維束を繰り出してシートモールディングコンパウンド（ＳＭＣ）を製造したことが記されている。
国際公開第２００８／０２９７４０号 国際公開第２０１７／１１１０５６号
　本発明は、部分的にスプリットされた炭素繊維束がボビンに巻き取られてなる繊維パッケージであって、解舒性に問題のない繊維パッケージを提供することを目的とする。
　本発明は、以下の構成を有する。
［１］炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージであって、炭素繊維束が部分的にサブ束にスプリットされており、炭素繊維束の幅がサブ束の幅の総和よりも小さいことを特徴とする繊維パッケージ。
［２］炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージであって、炭素繊維束は部分的にサブ束にスプリットされており、サブ束同士の重なり合いが生じるようにボビンに巻かれていることを特徴とする繊維パッケージ。
［３］炭素繊維束の幅が、サブ束の幅の総和の９０％以下である、［１］または［２］に記載の繊維パッケージ。
［４］５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれた炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の０．８倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれている、［１］～［３］のいずれかに記載の繊維パッケージ。
［５］５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれた炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の１．０倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれている、［４］に記載の繊維パッケージ。
［６］５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれた炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の１．３倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれている、［５］に記載の繊維パッケージ。
［７］炭素繊維束が部分的に３以上のサブ束にスプリットされている、［１］～［６］のいずれかに記載の繊維パッケージ。
［８］前記サブ束のフィラメント数が５０００本以下である、［１］～［７］のいずれかに記載の繊維パッケージ。
［９］前記炭素繊維束の総フィラメント数が１２０００本以上である、［１］～［８］のいずれかに記載の繊維パッケージ。
［１０］炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージの製造方法であって、炭素繊維束を部分的にサブ束にスプリットするスプリット工程と、部分的にサブ束にスプリットされた炭素繊維束をボビンに巻き取るワインド工程とを含み、ワインド工程では炭素繊維束の幅がサブ束の幅の総和より小さくなるように炭素繊維束をボビンに巻き取ることを特徴とする製造方法。
［１１］炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージの製造方法であって、炭素繊維束を部分的にサブ束にスプリットするスプリット工程と、部分的にサブ束にスプリットされた炭素繊維束をボビンに巻き取るワインド工程とを含み、ワインド工程ではサブ束同士の重なり合いが生じるように炭素繊維束をボビンに巻き取ることを特徴とする製造方法。
［１２］ワインド工程では、炭素繊維束の幅が、サブ束の幅の総和の９０％以下となるように炭素繊維束をボビンに巻き取る、［１０］または［１１］に記載の製造方法。
［１３］ワインド工程において、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれる炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の０．８倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれるようにする、［１０］～［１２］のいずれかに記載の製造方法。
［１４］ワインド工程において、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれる炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の１．０倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれるようにする、［１３］に記載の製造方法。
［１５］ワインド工程において、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれる炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の１．３倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれるようにする、［１４］に記載の製造方法。
［１６］スプリット工程において、炭素繊維束を部分的に３以上のサブ束にスプリットする、［１０］～［１５］のいずれかに記載の製造方法。
［１７］前記サブ束のフィラメント数が５０００本以下である、［１０］～［１６］のいずれかに記載の製造方法。
［１８］前記炭素繊維束の総フィラメント数が１２０００本以上である、［１０］～［１７］のいずれかに記載の製造方法。
　本発明によれば、部分的にスプリットされた炭素繊維束がボビンに巻き取られてなる繊維パッケージであって、炭素繊維束の解舒性に問題のない繊維パッケージを提供できる。
図１は、繊維パッケージの構成を示す模式図である。 図２Ａは、部分的にスプリットされた炭素繊維束を示す模式図であって、平面図である。 図２Ｂは、部分的にスプリットされた炭素繊維束を示す模式図であって、繊維方向に垂直な平面で切断したときの断面図である。 図３は、繊維パッケージの製造装置を示す概念図である。 図４は、サブ束同士の重なり合いが生じるようにボビンに巻かれた炭素繊維束の、繊維方向に垂直な平面で切断したときの断面図である。
１．炭素繊維パッケージとその製造方法
　以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る炭素繊維パッケージについて説明する。本明細書では、炭素繊維パッケージを単に繊維パッケージとも呼び、また、炭素繊維束を単に繊維束とも呼ぶ。
　図１は、本実施形態の繊維パッケージ１０を、ボビン１４の回転軸に垂直な方向から見た模式図である。図１に示すように、繊維パッケージ１０は、幅Ｗを有する繊維束１２がボビン１４上にトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージである。
　繊維パッケージ１０は、限定するものではないが、図３に概念図を示す製造装置１００を用いて製造され得る。
　製造装置１００は、繊維束１２を変形させて扁平にする（または、拡幅してより扁平とする）ためのスプレッダー１１０と、繊維束１２を部分的にスプリットするためのスプリッター１２０と、繊維束１２をボビン１４に巻き取るためのワインダー１３０とを備えている。
　スプレッダー１１０は、スプレッダーバー１１２を備えている。スプレッダーバー１１２は加熱してもよいし、繊維束１２の走行方向と垂直な方向に往復動させてもよく、そのための機構は公知技術を参照することができる。供給ボビン１０２から供給され、繊維方向に走行する繊維束１２は、スプレッダーバー１１２に擦り付けられることで扁平化または拡幅され、０．０５～０．２ｍｍ程度の厚さとされる。
　供給ボビン１０２から供給される繊維束１２が既に十分に扁平なとき、スプレッダー１１０は省略することができる。
　例えば、幅が厚さの５０倍以上であるとき、繊維束１２は十分に扁平といってよい。
　スプリッター１２０は、繊維束１２にスリットを形成するための回転刃１２２と、繊維束１２の走行速度を制御するための複数のゴデットロール１２４とを備える。
　回転刃１２２の回転軸は、繊維束１２の幅方向に平行である。一定長さのスリットが一定周期で繊維束１２の繊維方向（長手方向）に沿って、間欠的に形成されるように、回転刃１２２の外周には、複数の刃物１２３が周方向に一定間隔を置いて設けられている。
　スプリッター１２０によって繊維束１２に形成されるスリットの長さは、回転刃１２２の周速度と繊維束１２の走行速度を調節することによって制御できる。
　４個の回転刃１２２を走行する繊維束の幅方向に並べたスプリッター１２０を用いた場合に得られる、部分的にスプリットされた幅Ｗ０の繊維束１２を図２Ａおよび図２Ｂに示す。便宜のために、繊維束の繊維方向をｘ方向、幅方向をｙ方向、厚さ方向をｚ方向とすると、図２Ａは繊維束１２をｚ方向から見た平面図であり、図２Ｂは繊維束１２のｘ方向に垂直な断面を示している。
　図２Ａに示すように、繊維束１２には、第一スリット列１３Ａ、第二スリット列１３Ｂ、第三スリット列１３Ｃおよび第四スリット列１３Ｄという４つのスリット列が形成されている。
　第一スリット列１３Ａは、ｘ方向に並んだ複数の第一スリット１３ａからなる。
　第二スリット列１３Ｂは、ｘ方向に並んだ複数の第二スリット１３ｂからなる。
　第三スリット列１３Ｃは、ｘ方向に並んだ複数の第三スリット１３ｃからなる。
　第四スリット列１３Ｄは、ｘ方向に並んだ複数の第四スリット１３ｄからなる。
　これら４つのスリット列は、異なる回転刃によって形成されることから、ｙ方向の位置が異なっている。
　スリット長ＬＳとスリット間ギャップ長ＬＧは、いずれのスリット列内でも一定であり、また、異なるスリット列間においても共通している。
　スリット長ＬＳとスリット間ギャップ長ＬＧの和に対するスリット長ＬＳの比ＬＳ／（ＬＳ＋ＬＧ）は通常９０％以上、好ましくは９５％以上であり、例えば９９％であってもよい。従って、繊維束１２は殆どの部分で、図２Ｂに示すように、５つのサブ束１１にスプリットされている。
　第一スリット列１３Ａ、第二スリット列１３Ｂ、第三スリット列１３Ｃおよび第四スリット列１３Ｄのｙ方向の位置は、５つのサブ束１１が概ね同じ幅ＷＳを有するように設定されている。
　スリット長ＬＳは２５ｍｍ以上であることが好ましく、５０ｍｍ超であることがより好ましく、５００ｍｍ超であることが更に好ましい。なぜなら、シートモールディングコンパウンドに使用するために繊維束１２をチョップしてチョップド繊維束にするとき、そのチョップド繊維束の繊維長は通常２５～５０ｍｍ程度だからである。スリット長ＬＳが長い程、サブ束１１と同等以下の束サイズを有するチョップド繊維束が多く得られる。
　スリット長ＬＳは、例えば、２５ｍｍ超５０ｍｍ以下、５０ｍｍ超１００ｍｍ以下、１００ｍｍ超２００ｍｍ以下、２００ｍｍ超５００ｍｍ以下、５００ｍｍ超１０００ｍｍ以下、１０００ｍｍ超１５００ｍｍ以下、１５００ｍｍ超２０００ｍｍ以下、２０００ｍｍ超３０００ｍｍ以下などであり得る。
　スリット間ギャップ長ＬＧは、例えば５～１０ｍｍであるが、この範囲より短くてもよい。
　図２Ａに示すように、第一スリット列１３Ａと第二スリット列１３Ｂとでは、スリット間ギャップＧＳのｘ方向の位置がずれている。第二スリット列１３Ｂと第三スリット列１３Ｃの間、および、第三スリット列１３Ｃと第四スリット列１３Ｄの間でも同様である。
　このように、隣り合うスリット列の間でスリット間ギャップＧＳのｘ方向の位置をずらすことによって、繊維束１２が全くスプリットされていない部分を無くすことができる。ただし、かかる構成は必須ではなく、隣り合うスリット列の間でスリット間ギャップＧＳのｘ方向の位置が同じであってもよい。
　繊維束１２をスプリッター１２０でいくつのサブ束に部分的にスプリットするかは、スプリッター１２０に設ける回転刃の数によって、適宜決定することができるが、好ましくは３以上、より好ましくは５以上であり、１０以上であってもよい。
　繊維束１２の部分的なスプリットにより形成するサブ束のフィラメント数は、好ましくは５０００本以下、より好ましくは３０００本以下であり、２０００本以下であってもよい。
　図３に示すように、ワインダー１３０は、トラバースガイド１３２と、ボビン１４に巻き取られる繊維束１２を押圧するプレスロール１３４とを備えている。
　ワインダー１３０を用いて繊維束１２をボビン１４上にトラバース巻きすることにより、繊維パッケージ１０が得られる。
　繊維パッケージ１０における繊維束１２の幅Ｗは、サブ束１１の幅ＷＳの総和よりも小さい。これは、図４に示すように、サブ束１１同士の重なり合いが生じるように、繊維束１２がボビン１４に巻かれていることを意味する。なお、図４に示すサブ束１１同士の重なり合いの態様は一例であり、サブ束１１同士は他の態様で重なり合ってもよい。
　サブ束１１同士の重なり合いがあると、繊維束１２同士の間での噛み込みが生じ難くなるので、繊維パッケージ１０の使用時における繊維束１２の解舒性が良好となる。
　サブ束１１同士の重なり合いが生じるように繊維束１２をボビン１４に巻くには、繊維束１２がスプリットされた後、トラバースガイド１３２を経てボビン１４に巻き取られるまでに経由する１つ以上の溝付きロールの溝幅を調節することにより、ボビン１４に巻き取られるときの繊維束１２の幅Ｗをサブ束１１の幅ＷＳの総和よりも狭くしていけばよい。溝幅の狭い溝付きロールを通すことで、繊維束１２の幅Ｗは狭くなる。
　繊維パッケージ１０において、繊維束１２の幅Ｗは、サブ束１１の幅ＷＳの総和の９０％以下であることが好ましく、８６％以下であることがより好ましい。ボビンに巻かれるまでの間に受ける変形のせいで、サブ束１１の幅ＷＳは、繊維束１２のスプリット直後と同じではないことがあり得る。
　繊維パッケージ１０において、繊維束１２の幅Ｗは、限定するものではないが、例えば２～１５ｍｍであり、３～１２ｍｍであってもよい。
　繊維束１２をボビン１４にトラバース巻きするとき、巻き始めの綾角は好ましくは５～３０°、巻き終わりの綾角は好ましくは２～１７°である。
　トラバース巻きにおいて、ワインド比ＲＷ、トラバース長ＬＴ、巻き直径Ｄおよび綾角θの間には、下記式で表される関係がある。
　ＲＷ＝２ＬＴ／（πＤｔａｎθ）
　図１に示すように、トラバース長ＬＴは、ボビンの軸方向に往復動するトラバースガイドのストロークである。ワインド比ＲＷは、トラバースガイドが１往復する間にボビンが何回転するかを表す。１トラバースサイクルあたりの巻き数と言い換えてもよい。巻き直径Ｄは、巻き始めにおいては、ボビンの直径ＤＢである。
　繊維パッケージ１０の製造において、繊維束１２はワインド比一定でボビン１４に巻かれる。
　一般に、ワインド比一定で糸をボビンに巻くとき、ワインド比が整数であると、全てのトラバースサイクルで糸がボビンの同じ位置に巻かれる、いわゆるリボン巻きとなり、解舒性が悪くなることが知られている。
　ワインド比の小数点以下の端数が１／ｎ（ｎは２以上の整数）の倍数である場合も、トラバースのｎサイクル毎に糸がボビンの同じ位置に巻かれるので、特にｎが小さいときには、ワインド比が整数の場合と同じく解舒性に問題が生じる。
　そこで、好ましくは、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビン１４に巻かれる繊維束１２の間では中央線の位置が必ずずれるように、ワインド比の小数点以下の端数が設定される。ここで、中央線とは、繊維束の中央線のことであり、繊維束の長手方向に延び、厚さ方向から見たときに繊維束を二等分するラインのことをいう（以下においても同じとする）。
　実際には、異なるトラバースサイクルで巻かれる繊維束１２の間で中央線の位置をこのようにずらしたとしても、そのズレ幅が繊維束１２の幅Ｗに比べて過小であるときは、解舒性が悪化し得る。
　そこで、更に好ましくは、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビン１４に巻かれる繊維束１２の間では、最小でも繊維束１２の幅Ｗの０．８倍以上、好ましくは１．０倍以上、より好ましくは１．３倍以上のズレ幅で、中央線の位置がずれるようにする。ここでいうズレ幅は、繊維束１２の中央線と直交する方向をズレ方向としたときのズレ幅をいう。
　トラバースサイクルについて補足説明すると、巻き始めからＮ回目のトラバースサイクルを第Ｎトラバースサイクルとしたとき、第Ｎトラバースサイクルから５サイクル離れたトラバースサイクルは、第（Ｎ－５）トラバースサイクルと第（Ｎ＋５）トラバースサイクルである。
　繊維束１２の総フィラメント数は、限定するものではないが、例えば６０００本以上であり、１２０００～１５０００本、１５０００～２４０００本、２４０００～４００００本、４００００～６００００本等であり得る。
　ボビン１４は、特に限定されず、例えば、紙管である。
　ボビン１４の直径ＤＢは、適宜設定でき、例えば、５０～１５０ｍｍとすることができる。
　繊維パッケージ１０は、ボビン１４を抜き取って使用することもできる。
２．実験結果
　本発明者等が行った実験の結果を以下に記す。
［実験１］
　総フィラメント数１５０００本、初期幅８ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの扁平な炭素繊維束を準備し、これを部分的にスプリットしたうえで、直径８２ｍｍ、長さ２８０ｍｍの紙製ボビンにトラバース長２５４ｍｍで巻き取ることにより、スクエアエンド型の繊維パッケージを作製した。スプレッダーによる拡幅は行わなかった。
　炭素繊維束の部分的なスプリットには、４個の回転刃を持つスプリッターを使用した。スリット長１０００ｍｍ、スリット間ギャップ長５ｍｍであるスリット列を４列形成することにより、炭素繊維束は一部で互いにつながった１．６ｍｍ幅のサブ束５本にスプリットされた。スリット間ギャップの繊維方向の位置は、全スリット列とも同じとした。
　巻き取りにおいては、巻き始めの綾角を９．９°、巻き終わりの綾角を５°、ワインド比を１１．３０、巻き取り量を５．０ｋｇとした。この条件では、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルで巻かれる炭素繊維束間での、中央線の位置のズレ幅は１０ｍｍ以上であった。
　スプリット処理後に炭素繊維束が経由する溝付きロールの溝幅を調節することにより、ボビンに巻き取られる炭素繊維束の幅を、サブ束の幅の総和の７５％である６ｍｍとした。よって、上記ズレ幅は最小で炭素繊維束の幅の１．７倍であった。
［実験２］
　以下のように変更したこと以外は、実験１と同様にして繊維パッケージを作製した。
・最初に準備する炭素繊維束が、総フィラメント数５００００本、初期幅１４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍであった。
・炭素繊維束の部分的なスプリットには、１６個の回転刃を持つスプリッターを使用した。スリット長７００ｍｍ、スリット間ギャップ長５ｍｍであるスリット列を１６列設けることで、炭素繊維束は一部で互いにつながった０．８ｍｍ幅のサブ束１７本にスプリットされた。
・巻き終わりの綾角を３°にするとともに、巻き取り量を９．５ｋｇとした。このとき、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルで巻かれる炭素繊維束間での、中央線の位置のズレ幅は、実験１と同じく１０ｍｍ以上であった。
・ボビンに巻き取られる炭素繊維束の幅を、サブ束の幅の総和の８６％である１２ｍｍとした。よって、上記ズレ幅は最小で炭素繊維束の幅の０．８倍であった。
［実験３］
　以下のように変更したこと以外は、実験１と同様にして繊維パッケージを作製した。
・巻き始めの綾角を１４°、巻き終わりの綾角を１０°、ワインド比を７．９１とした。この条件では、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルで巻かれる炭素繊維束間での、中央線の位置のズレ幅は４ｍｍ以上であった。
・ボビンに巻き取られる炭素繊維束の幅を、サブ束の幅の総和の３８％である３ｍｍとした。よって、上記ズレ幅は最小で炭素繊維束の幅の１．３倍であった。
［実験４］
　以下のように変更したこと以外は、実験３と同様にして繊維パッケージを作製した。
・ボビンに巻き取られる炭素繊維束の幅を、サブ束の幅の総和の７５％である６ｍｍとした。よって、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルで巻かれる炭素繊維束間での、中央線の位置のズレ幅は、最小で炭素繊維束の幅の０．７倍であった。
［実験５］
　以下のように変更したこと以外は、実験１と同様にして繊維パッケージを作製した。
・ボビンに巻き取られる炭素繊維束の幅を、サブ束の幅の総和と同じ８ｍｍとした。よって、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルで巻かれる炭素繊維束間での、中央線の位置のズレ幅は、最小で炭素繊維束の幅の１．３倍であった。
［実験６］
　以下のように変更したこと以外は、実験２と同様にして繊維パッケージを作製した。
・巻き始めの綾角を１４°、巻き終わりの綾角を１０°、ワインド比を７．９１、巻き取り量を９．５ｋｇとした。この条件では、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルで巻かれる炭素繊維束間での、中央線の位置のズレ幅は４ｍｍ以上であった。
・ボビンに巻き取られる炭素繊維束の幅を、サブ束の幅の総和の８６％である１２ｍｍとした。よって、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルで巻かれる炭素繊維束間での、中央線の位置のズレ幅は、最小で炭素繊維束の幅の０．３倍であった。
　上記の各実験で作製した繊維パッケージからボビンを引き抜き、内側から炭素繊維束を引き出したときの解舒性を、以下の基準で評価した。
　〇：炭素繊維束が絡まったり、切れたりしなかった。
　×：炭素繊維束が絡まったり、切れたりする不具合が生じた。
　上記の各実験で用いた条件と繊維パッケージの評価結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実験５で作製した繊維パッケージにおいて、炭素繊維束の解舒性が良好でなかった理由は、サブ束同士が重なり合っていない状態で炭素繊維束がボビンに巻かれたためと考えられる。
　実験４および６で作製した繊維パッケージにおいて、炭素繊維束の解舒性が良好でなかった理由は、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルで巻かれる炭素繊維束間での、中央線の位置のズレ幅が、一部で、炭素繊維束の幅に比べ過小だったためと考えられる。
１０　繊維パッケージ
１１　サブ束
１２　繊維束
１３Ａ　第一スリット列
１３ａ　第一スリット
１３Ｂ　第二スリット列
１３ｂ　第二スリット
１３Ｃ　第三スリット列
１３ｃ　第三スリット
１３Ｄ　第四スリット列
１３ｄ　第四スリット
１４　ボビン

Claims (18)

  1. 　炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージであって、炭素繊維束が部分的にサブ束にスプリットされており、炭素繊維束の幅がサブ束の幅の総和よりも小さいことを特徴とする繊維パッケージ。
  2. 　炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージであって、炭素繊維束は部分的にサブ束にスプリットされており、サブ束同士の重なり合いが生じるようにボビンに巻かれていることを特徴とする繊維パッケージ。
  3. 　炭素繊維束の幅が、サブ束の幅の総和の９０％以下である、請求項１または２に記載の繊維パッケージ。
  4. 　５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれた炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の０．８倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれている、請求項１～３のいずれか一項に記載の繊維パッケージ。
  5. 　５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれた炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の１．０倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれている、請求項４に記載の繊維パッケージ。
  6. 　５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれた炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の１．３倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれている、請求項５に記載の繊維パッケージ。
  7. 　炭素繊維束が部分的に３以上のサブ束にスプリットされている、請求項１～６のいずれか一項に記載の繊維パッケージ。
  8. 　前記サブ束のフィラメント数が５０００本以下である、請求項１～７のいずれか一項に記載の繊維パッケージ。
  9. 　前記炭素繊維束の総フィラメント数が１２０００本以上である、請求項１～８のいずれか一項に記載の繊維パッケージ。
  10. 　炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージの製造方法であって、炭素繊維束を部分的にサブ束にスプリットするスプリット工程と、部分的にサブ束にスプリットされた炭素繊維束をボビンに巻き取るワインド工程とを含み、ワインド工程では炭素繊維束の幅がサブ束の幅の総和より小さくなるように炭素繊維束をボビンに巻き取ることを特徴とする製造方法。
  11. 　炭素繊維束がボビンにトラバース巻きされてなるスクエアエンド型の繊維パッケージの製造方法であって、炭素繊維束を部分的にサブ束にスプリットするスプリット工程と、部分的にサブ束にスプリットされた炭素繊維束をボビンに巻き取るワインド工程とを含み、ワインド工程ではサブ束同士の重なり合いが生じるように炭素繊維束をボビンに巻き取ることを特徴とする製造方法。
  12. 　ワインド工程では、炭素繊維束の幅が、サブ束の幅の総和の９０％以下となるように炭素繊維束をボビンに巻き取る、請求項１０または１１に記載の製造方法。
  13. 　ワインド工程において、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれる炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の０．８倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれるようにする、請求項１０～１２のいずれか一項に記載の製造方法。
  14. 　ワインド工程において、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれる炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の１．０倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれるようにする、請求項１３に記載の製造方法。
  15. 　ワインド工程において、５サイクル以上離れていないトラバースサイクルでボビンに巻かれる炭素繊維束の間では、最小でも炭素繊維束の幅の１．３倍以上のズレ幅で中央線の位置がずれるようにする、請求項１４に記載の製造方法。
  16. 　スプリット工程において、炭素繊維束を部分的に３以上のサブ束にスプリットする、請求項１０～１５のいずれか一項に記載の製造方法。
  17. 　前記サブ束のフィラメント数が５０００本以下である、請求項１０～１６のいずれか一項に記載の製造方法。
  18. 　前記炭素繊維束の総フィラメント数が１２０００本以上である、請求項１０～１７のいずれか一項に記載の製造方法。
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