JPH03124666A - 繊維束の連続開繊方法及び装置 - 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、多数のフィラメントを集束してなる繊維束を
連続的に開繊する方法及び装置に関する０本発明の方法
及び装置は、繊維強化プラスチックの補強材として使用
する繊維束を、マトリックス樹脂との含浸性。

接着性を向上させ、成形品の性能を効果的に発揮させる
ために開繊する場合、或いはマトリックス樹脂繊維束を
補強材繊維に良好に混合させるために開繊する場合に使
用するに好適なものである。

〔従来の技術〕

近年、炭素繊維強化プラスチックに代表される繊維強化
プラスチック（ＦＲＰ）は先端複合材料として。

軽量、高強度及び高弾性率等の優れた特性を有すること
から、航空宇宙分野、スポーツ、レジャー分野、自動車
及び一般産業分野において実用化されている。

これらＦＲＰの補強材としては種々の形態の補強材があ
る。その中の一つとして繊維束もいろんな成型法の中に
とり入れられている０例えば、直接繊維束を利用するフ
ィラメントワインディング法、繊維束を引き揃えてマト
リックス樹脂に含浸し、一方向プリプレグを作り、それ
を種々の形状に成型する方法、また、連続繊維束でマッ
トを形成し、このマットを補強材として利用する方法等
である。

補強材として使用される繊維束はフィラメントが数１０
０本から多いものでは数万本のものがあり、集束本数が
多（なればなる程、繊維束が太くなり、マトリックス樹
脂の含浸性や長繊維マットに使用した場合。

繊維束同志の交点部分が含浸不良となり白化する等の問
題がある。この点を解決するために繊維束を開繊しよう
とする試みが各種なされている。例えば、特開昭５９−
８５７１５号公報には連続繊維束を一連のバー或いはロ
ーラの上を周回させ引っ張ることにより繊維を開繊する
方法、また、特開平１−５２８３７号公報には、連続繊
維束を１つ又は２つ以上の自由回転ローラ上を周回させ
、その自由回転ローラの少なくとも１つを振動させるこ
とにより開繊する方法、更に特開平１−１３９８３７号
公報には緊張下に供給された連続繊維束に粘稠物質を含
浸させて拡巾する方法が開示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、連続繊維束に張力をかけた状態でローラを通す
ことは、フィラメントの切断による毛羽立ちを起こしや
すく、また、繊維束を中方向に拡げようとする力が弱く
、フィラメント数が増大する程効果が小さい。

また、ローラに振動を与える方法もフィラメント数が増
大する程、摩擦面は繊維束の表面にとどまり、内部への
効果は小さい、繊維束に粘稠物質を含ませ拡巾する方法
は、効果としては期待できるが、繊維束から粘稠物質を
完全に除去することが困難である。

更に最近の先端複合材料の分野では補強材に限らず熱可
塑性マトリックス樹脂を繊維状にして補強材と混合し成
型する方法が研究されている。この場合もマトリックス
樹脂の繊維束を開繊することが、補強材繊維と混合する
上で重要な要因となっている。

本発明の目的は、Ｉａ維束をＦＲＰ補強材として用いた
場合、マトリックス樹脂が繊維束に十分に含浸し。

成形品の性能を効果的に発揮させるような繊維束を提供
することが可能な繊維束の連続開繊方法を与えることで
ある。

また１本発明の別の目的は先端複合材料のマトリックス
として用いられるマトリックス樹脂繊維の繊維束に対す
る連続開繊方法を与えることである。

本発明の更に他の目的は、上記方法を実施するために使
用する繊維束の連続開繊装置を与えることである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は上記問題点を解決すべく検討の結果。

浴液中に繊維束を通し、その浴液中を通過中の繊維束に
３周面に複数の突起を備えたローラを、前記繊維束の走
行方向と逆方向に回転させながら接触させることにより
、繊維束を極めて良好に開繊することが可能であること
を見出し１本発明を達成した。

すなわち１本発明は、浴液中に繊維束を導入して浴液中
を通過させ、その通過中の繊維束に対して１周面に複数
の突起を備えた複数のローラ（以下開繊ローラという）
を、前記繊維束の走行方向と逆方向に回転させながら接
触させることを特徴とする繊維束の連続開繊方法を要旨
とする。

また９本発明は、浴液を収容した浴槽と、該浴槽内に設
けられ、繊維束が浴液内を走行するように案内するガイ
ドロールと、浴液内を走行する繊維束に接触する位置に
配置され２周面に複数の突起を備えた複数の開繊ローラ
と、この複数の開繊ローラを繊維束の走行方向と逆方向
に回転させるローラ駆動装置とを有する繊維束の連続開
繊装置を要旨とする。

ここで、前記した複数の開繊ローラの各々に近接して、
その周面の前記繊維束に接触する部分を除いた他の部分
を包囲するようにケーシングを設けることが好ましい。

以下図面を参照して本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の１実施例による繊維束の連続開繊装置
を示す概略断面図であり、１は繊維束、２は浴槽。

３は浴槽２内に収容された浴液、４ａ、４ｂ、４ｃ。

４ｄはガイドロール、５は浴液内を通過する繊維束１に
接触するように配置された開繊ローラであり１本実施例
では複数が繊維束１の上下に交互に配置されている。こ
の開繊ローラ５には、第２図に示すように、その周面に
多数の突起６が形成されており２円周方向に突起６と凹
部７が交互に現れるようになっている。突起６は、開繊
ローラ５の円筒面に適当な間隔で溝を形成することによ
って容易に形成可能であるが、その他の方法で形成して
もよい、また、突起６は開繊ローラ５の軸方向に延びる
細長い形状とすることが好ましいが、その他の形状１例
えば軸方向に対して傾斜したもの、或いは短いものであ
ってもよい。

第１図において、開繊ローラ５はその周面の一部に繊維
束ｌが接触するように配置されるが５その際の接触長（
即ち接触角θ）を調整することができるよう。

少なくとも繊維束の一方の側（例えば上側）に配置され
る開繊ローラ５を上下方向に位置調整可能とすることが
好ましい、開繊ローラ５には、各開繊ローラ５を矢印で
示すように繊維束ｌの走行方向とは逆方向に回転させる
駆動装置が連結されている。更に、開繊ローラ５の各々
に近接して、その周面の繊維束１に接触する部分を除い
た他の部分を包囲するようにケーシング８が設けられて
いる。このケーシング８は、開繊ローラ５の回転によっ
て開繊ローラ５周面とケーシング８との間に液の流れが
生じ、その液が繊維束１に衝突させられるように設けら
れるものであり、従って、開繊ローラ５とケーシング８
との間隔はこのような液の流れを形成するのに好適なよ
うに定められている。なおケーシング８は開繊ローラ５
の周面の繊維束１に接触する部分を除いた他の部分の必
ずしも全部を包囲する必要はな（、一部を切り欠いた形
状であってもよい。

〔作用〕

次に、上記構成の連続開繊装置を用いた本発明の開繊方
法を説明する。

第１図において、浴槽２内には液が常時供給されており
、浴液３は常にオーバーフローされ一定レベルを保って
いる。開繊されるべき繊維束１がパッケージ（図示せず
）から引き出され、ガイドロール４ａを経て浴槽２内の
浴液３内に導入され、浴液３内のガイドロール４ｂ、４
ｃを通過し、その後浴液３から離脱し。

ガイドロール４ｄを経て次の絞液工程及び乾燥工程（図
示せず）に向かって走行する。この際、繊維束１は浴液
３内に一定のオーバーフィード条件で送り込まれる。こ
れにより、浴液３内を通過する繊維束１の張力は低い状
態となっている。

繊維束１が浴液３内でガイドロール４ｂ、４ｃ間を矢印
で示す方向に走行する際、その繊維束１は、繊維束の走
行方向とは逆方向に回転している開繊ローラ５に接触す
る。従って、第２図に拡大して示すように。

浴液中を走行する繊維束１に対し、開繊ローラ５の突起
６が次々と接触し、その時の衝撃及び運動方向の異なる
繊維束と突起とが接触することによる拡巾効果が与えら
れる。更に、開繊ローラ５がケーシング８内を回転する
ことによりローラ外周とケーシング８との間に生じる液
層流及び凹部７内に保持される液体が繊維束１に衝突し
、その際に生じる開繊効果により繊維束１が拡巾され、
且つ繊維束の内部まで開繊されることとなる。かくして
、繊維束の張力を高くしてローラに押付けなくても１弱
い張力の状態で走行する繊維束１が複数の開繊ローラ５
を通過するにつれて開繊が進み。

良好に開繊され偏平化される。開繊された繊維束１は浴
外に出た後、適当な絞液手段により絞られ、乾燥機で乾
燥される。

ここで、開繊ローラ５に対する繊維束１の接触角θは、
３０°以下とすることが好ましい。接触角θが３０°よ
り大きい場合は逆転する開繊ローラ５の抵抗が大きすぎ
、繊維束ｌを構成するフィラメントを傷付けやすい、使
用する開繊ローラ５の個数は、繊維束の開繊しやすさ、
必要な開繊度等に応じて定めるが２通常は図示のように
５個程度が好ましい、また、複数のローラの配置は図示
のように交互に上下にあった方が接触角θを調節しやす
いこと及び繊維束の両側から拡巾開繊効果を与えること
ができるため望ましいが１片側どちらかに並揃しても本
発明の実施は可能である。

また、繊維束はオーバーフィードの状態で浴液中に送り
込まれるが、その際のオーバーフィード率としては。

１〜５％が望ましく、更に好ましくは２〜３％がよい。

１％より小さい場合は繊維束に張力がかかった状態で開
繊ローラに接触することになるため、フィラメントを傷
付ける恐れが生じ、かつさほど開繊効果が上がらない、
逆に５％より大きい場合は、繊維束の走行性が安定しな
くなり、均一な開繊状態を得ることができない場合があ
る。繊維束の速度は繊維束の種類や構成フィラメント数
又フィラメントの太さ等により条件が異なるが、一般に
は３０〜１００ｍ／分程度が望ましい。

また、開繊ローラ５の回転数や突起６の敗、凹部７の巾
についても前記と同様であるが、繊維束の長さ５ｆｌ〜
２Ｃ１）につき１回突起６が衝突するような条件で且つ
凹部７の巾としては１〜３−１となるように設計された
ローラが望ましい。

本発明によって開繊される繊維束としては、炭素繊維、
ガラス繊維等の無Ｉａ繊維から芳香族ポリアミドポリエ
ーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン等の有機繊
維でも可能でフィラメント数としては、５００〜ｓｏ、
ｏｏｏ木程度で、特に１，０００〜３０゜ＯＯＯ本程度
のフィラメント数が好ましい。

浴槽２内の浴液３として使用される液体の種類としては
、水が一般的であるが、水堰外の有機溶剤等も使用可能
である。また、浴液中には界面活性剤や表面処理剤等を
単独に又は混合して添加することも可能である。

〔実施例〕

以下１本発明の実施例及び比較例を説明する。

実施例１ フィラメント径７°μｍ、フィラメントｔ＆１２，００
０木、繊維束の中２．８鰭の炭素繊維束を第１図に示す
開繊装置を用い、繊維束の走行速度を５０ｍ／ｌ１ｉｎ
オーバーフィード率を２％、開繊ローラ５の直径を１０
０龍φ、各開繊ローラの突起６の個数を１００．凹部７
の巾を１．７＋ｕ、開繊ローラ５の回転数を１５０ｒｐ
＋ｓ　、回転方向を繊維束の進行方向と逆方向、開繊ロ
ーラ５への繊維束の接触角θをそれぞれ１５°とし。

浴液として水を用い、開繊処理を行った。得られた乾燥
後の繊維束は良く開繊されており、巾が約２０１）にも
なっていた。

比較例１ 実施例１の条件で繊維束を開繊ローラに接触させず浴槽
の底部に超音波発振子（周波数３８ＫＨｚ、出力４００
Ｗ）を設置し、超音波を発生させ、超音波の振動による
開繊を試みた。その結果得られた乾燥後の繊維束はあま
り開繊されておらず、巾が約５Ｈにしか拡げられていな
かった。

比較例２ 実施例１の繊維束を用い、複数の開繊ローラの代りに１
００龍φの自由回転ローラを５本ジグザグに浴液中に配
置し、そのローラの間を一定張力下で繊維束を走行させ
た。得られた繊維束は巾が約３．５鶴にしが拡げられて
おらず、且つ毛羽立ちの発生が見られた。

比較例３ 比較例１の走行条件を２０ｍ／■ｉｎに下げ、他の条件
は同様で開繊した結果、得られた繊維束は巾が約５龍に
しか拡げられてぃながった。

〔発明の効果〕

以上のように本発明は、浴液中を走行する繊維束に対し
て２表面に複数の突起を有する開繊ローラを繊維束の走
行方向とは逆方向に回転させながら接触させるように構
成したので、開繊ローラの回転によって凹部内の液やロ
ーラ表面に沿って流れる液が繊維束に衝突して与える衝
撃、開繊ローラ外周の突起が繊維束に衝突する際の衝撃
、その突起が繊維束をこするカ等により、繊維束に張力
を掛けなくても繊維束の内部までの均一な開繊効果を得
ることができ５毛羽立ち等の損傷のない、且つ良好に開
繊された繊維束を得ることができる。

なお、開繊ローラの外周にケーシングを配置すると。

繊維束に衝突する液流の勢いが増し、　−ＪＩ開繊効果
が向上する。

かくして９本発明により開繊した繊維束は、ＦＲＰ成形
品における補強材として使用する際、マトリックスとの
含浸性、接着性が良好で、成形品の性能を効果的に発揮
することができ、また、マトリックス樹脂繊維として使
用する際には補強材繊維と良好に混合でき。

成形品の性能を効果的に発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による連続開繊装置の概略断
面図、第２図は開繊ローラの一部を拡大して示す概略断
面図である。 ｉ−繊維束、２−浴槽、３−浴液、４ａ、４ｂ、４ｃ、
４ｄ・−・ガイドロール、５−・開繊ローラ、６−・突
起。 ７−・−凹部、８−ケーシング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）浴液中に繊維束を導入して浴液中を通過させ、そ
   の通過中の繊維束に対して、周面に複数の突起を備えた
   開繊ローラを、前記繊維束の走行方向と逆方向に回転さ
   せながら接触させることを特徴とする繊維束の連続開繊
   方法。
2. （２）浴液を収容した浴槽と、該浴槽内に設けられ、繊
   維束が浴液内を走行するように案内するガイドロールと
   、浴液内を走行する繊維束に接触する位置に配置され、
   周面に複数の突起を備えた複数の開繊ローラと、この複
   数の開繊ローラを繊維束の走行方向と逆方向に回転させ
   るローラ駆動装置とを有する繊維束の連続開繊装置。
3. （３）前記複数の開繊ローラの各々に近接して、その周
   面の前記繊維束に接触する部分を除いた他の部分を包囲
   するケーシングが設けられていることを特徴とする請求
   項２記載の繊維束の連続開繊装置。