JP2011256486A - Producing method of carbon fiber bundle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭素繊維強化複合材料等に使用される炭素繊維束の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a carbon fiber bundle used for a carbon fiber reinforced composite material or the like.
エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂等のマトリックス樹脂に炭素繊維を強化材として複合した炭素繊維強化複合材料は、航空宇宙用途や産業用途、或いは釣り竿、ゴルフクラブシャフト等の汎用スポーツ用途まで幅広く用いられている。かかる炭素繊維強化複合材料の製造においては、炭素繊維をフィラメント又はトウの状態のまま引き揃え、ストランド状、シート状、織物又は編物状にした後、マトリックス樹脂と複合(含浸)してプリプレグを得る。 Carbon fiber reinforced composite materials made by combining carbon fiber with a matrix resin such as epoxy resin, unsaturated polyester resin, and polyamide resin as a reinforcing material are widely used in aerospace applications, industrial applications, and general sports applications such as fishing rods and golf club shafts. It is used. In the production of such a carbon fiber reinforced composite material, the carbon fibers are drawn in the form of filaments or tows, made into strands, sheets, woven fabrics or knitted fabrics, and then composited (impregnated) with a matrix resin to obtain a prepreg. .
炭素繊維は伸度が小さくかつ脆い性質であるために機械的摩擦等によって毛羽が発生し易く、取り扱い性が低い。また、マトリックス樹脂に対する濡れ性にも乏しいため、強化複合材料の強化材として使用した場合に、前記炭素繊維の強化材としての優れた性質を十分に発揮することができない。そのため、従来から炭素繊維にはサイジング剤が付与される。 Since carbon fiber has a low elongation and is brittle, fluff is likely to occur due to mechanical friction or the like, and the handleability is low. Moreover, since the wettability with respect to a matrix resin is also poor, when used as a reinforcing material for a reinforced composite material, the excellent properties of the carbon fiber as a reinforcing material cannot be sufficiently exhibited. Therefore, conventionally, a sizing agent is applied to the carbon fiber.
サイジング剤を炭素繊維に付与する際には、水、又はアセトン等の有機溶剤に、サイジング剤を分散又は溶解させたサイジング剤液が通常用いられる。しかし、サイジング剤を水に分散させた水分散液として用いる方が、有機溶剤に溶解又は分散させて用いる場合に比較して、工業的にも、また安全性の面においてもより優れる。 When the sizing agent is applied to the carbon fiber, a sizing agent solution in which the sizing agent is dispersed or dissolved in water or an organic solvent such as acetone is usually used. However, the use of the sizing agent as an aqueous dispersion in which the sizing agent is dispersed in water is more industrially and safer than the case where it is used after being dissolved or dispersed in an organic solvent.
一般的に、サイジング剤を炭素繊維の表面に付着させるサイジング剤付与処理は、サイジング剤液をロール浸漬法、ロール接触法等によって炭素繊維に付与し、これを乾燥することによって行う。ここで、炭素繊維の表面へのサイジング剤の付着量の調節、付着斑発生の抑制や乾燥工程での乾燥負荷低減を目的として、余剰のサイジング剤液の除去(水切り処理)が通常行なわれる。サイジング剤液の水切り処理の方法としては、ニップロールを用いる方法がある。また、このニップロールによる押圧によって、最終的な炭素繊維束の糸幅を制御することも可能である。 In general, the sizing agent application treatment for attaching the sizing agent to the surface of the carbon fiber is performed by applying the sizing agent solution to the carbon fiber by a roll dipping method, a roll contact method or the like, and drying it. Here, for the purpose of adjusting the amount of the sizing agent attached to the surface of the carbon fiber, suppressing the occurrence of adhesion spots, and reducing the drying load in the drying step, removal of excess sizing agent liquid (draining treatment) is usually performed. As a method for draining the sizing solution, there is a method using a nip roll. Moreover, it is also possible to control the yarn width of the final carbon fiber bundle by pressing with the nip roll.
しかし、サイジング剤の種類によっては、サイジング剤が粘着性を有するものもある。該サイジング剤を含むサイジング剤液を用いた場合、サイジング剤液含浸炭素繊維束から水切りされたサイジング剤液は、炭素繊維束が走行していないニップロール表面において滞留・乾燥し、ニップロール表面でサイジング剤が固着しやすい。一方、炭素繊維束が走行する部位はサイジング剤液を多分に含んだ炭素繊維束によってニップロール表面にサイジング剤液が付与されるため、サイジング剤の固着は生じにくい。しかしながら、サイジング剤付与処理の温度、湿度等の雰囲気条件によってはニップロール表面が乾燥し、サイジング剤が固着する場合がある。 However, depending on the type of sizing agent, the sizing agent has adhesiveness. When a sizing agent liquid containing the sizing agent is used, the sizing agent liquid drained from the sizing agent liquid-impregnated carbon fiber bundle stays and dries on the surface of the nip roll where the carbon fiber bundle does not travel, and the sizing agent liquid on the nip roll surface. Is easy to stick. On the other hand, since the sizing agent liquid is applied to the surface of the nip roll by the carbon fiber bundle that contains the sizing agent liquid in a part where the carbon fiber bundle travels, the sizing agent is hardly fixed. However, depending on atmospheric conditions such as the temperature and humidity of the sizing agent application treatment, the nip roll surface may be dried and the sizing agent may be fixed.
ニップロール表面にサイジング剤が固着した場合、炭素繊維束がニップロールに巻き付く原因にもなり、生産性を大きく低下させるだけでなく、得られる炭素繊維の品位を低下させる。また、回転中のニップロールから単糸を除去する必要があり、安全性の面でも課題がある。 When the sizing agent adheres to the surface of the nip roll, it also causes the carbon fiber bundle to wind around the nip roll, not only greatly reducing the productivity but also reducing the quality of the obtained carbon fiber. Moreover, it is necessary to remove the single yarn from the rotating nip roll, and there is a problem in terms of safety.
一方、ニップロールを用いずにサイジング剤液の水切り処理を行う方法として、例えば特許文献1、2には、サイジング剤液を付与した炭素繊維束に加圧気体を吹き付け、余剰のサイジング剤液を除去することで付着斑の少ない炭素繊維束を製造する方法が提案されている。該方法によれば、ニップロールを用いた場合に起こり得るサイジング剤の固着もなく、サイジング剤の付着斑の発生を抑制することはできる。しかし、ニップロールによる水切り処理に比べると水切り効率が低く、また処理速度あるいは処理量が大きくなる場合には加圧気体の吹き付け量を増加させる必要があり、サイジング剤液の飛散が生じ、付着斑の要因となる課題がある。また、この方法では炭素繊維束の糸幅を制御することはできない。
On the other hand, as a method of draining the sizing liquid without using a nip roll, for example, in
ニップロールを用いた水切り処理方法は、例えば特許文献3、4に記載されている。該方法では、ニップロールはサイジング剤液を炭素繊維束に含浸させる浸漬槽内に備えられており、ニップロールにより水切りされた余剰のサイジング剤液は、該浸漬槽に直接投入される。また、ニップロールは該浸漬槽内のサイジング剤液に浸漬されている。
For example,
しかしながら、前述したように特許文献3、4に記載された方法では、ニップロールによって水切りされたサイジング剤液は前記浸漬槽内に直接投入される。サイジング剤液の種類によっては、炭素繊維束から水切りされる際にサイジング剤のみが炭素繊維に付着し、水切りされた液はその濃度が低下する場合がある。この現象は、サイジング剤を乳化剤を用いて水に分散させた所謂エマルジョン状態のサイジング剤液で起こりやすい。そのため、水切りされたサイジング剤液が浸漬槽内に直接投入される場合、浸漬槽内のサイジング剤液の濃度が経時的に低濃度側に移行することになる。この結果、炭素繊維束に対して目標とするサイジング剤を付与することができず、更なる改善が求められている。また、特許文献3、4には、積極的にニップロール表面におけるサイジング剤液の乾燥によるサイジング剤の固着を抑制する方法については開示されていない。
However, as described above, in the methods described in
本発明は上記の従来技術における問題点を解決するものであり、ニップロールによる水切り処理において、比較的容易な方法でニップロール表面におけるサイジング剤の固着を抑制し、かつ所望量のサイジング剤を炭素繊維束に付与することが可能な炭素繊維束の製造方法を提供する。 The present invention solves the above-mentioned problems in the prior art. In the draining process using a nip roll, the sizing agent is prevented from sticking to the surface of the nip roll by a relatively easy method, and a desired amount of the sizing agent is added to the carbon fiber bundle. The manufacturing method of the carbon fiber bundle which can be provided to is provided.
本発明に係る炭素繊維束の製造方法は、炭素繊維束にサイジング剤液を含浸する工程と、前記炭素繊維束を少なくとも1対のニップロールに挟持し、前記炭素繊維束に含浸された余剰のサイジング剤液を除去する工程と、を含む炭素繊維束の製造方法において、前記ニップロールの表面に付着するサイジング剤液の乾燥を、前記サイジング剤液をニップロール表面に付与して防止すると共に、前記除去されたサイジング剤液を、前記サイジング剤液を含浸する工程のサイジング剤液に直接投入しない。 The method for producing a carbon fiber bundle according to the present invention includes a step of impregnating a carbon fiber bundle with a sizing agent solution, and an excess sizing in which the carbon fiber bundle is impregnated by sandwiching the carbon fiber bundle between at least one pair of nip rolls. And a step of removing the chemical solution, and the drying of the sizing agent solution adhering to the surface of the nip roll is prevented by applying the sizing agent solution to the surface of the nip roll and the removal. The sizing agent solution is not directly put into the sizing agent solution in the step of impregnating the sizing agent solution.
本発明に係る方法よれば、ニップロールによる水切り処理において、比較的容易な方法でニップロール表面におけるサイジング剤の固着、炭素繊維束のニップロールへの巻き付きを抑制し、かつ所望量のサイジング剤を炭素繊維束に付与することができる。 According to the method of the present invention, in the draining treatment by the nip roll, the sizing agent is prevented from sticking to the nip roll surface and the wrapping of the carbon fiber bundle around the nip roll is suppressed by a relatively easy method, and a desired amount of the sizing agent is added to the carbon fiber bundle. Can be granted.
本発明に係る炭素繊維束の製造方法は、炭素繊維束にサイジング剤液を含浸する工程と、前記炭素繊維束を少なくとも1対のニップロールに挟持し、前記炭素繊維束に含浸された余剰のサイジング剤液を除去する工程と、を含む炭素繊維束の製造方法において、前記ニップロールの表面に付着するサイジング剤液の乾燥を、前記サイジング剤液をニップロール表面に付与して防止すると共に、前記除去されたサイジング剤液を、前記サイジング剤液を含浸する工程のサイジング剤液に直接投入しない方法である。 The method for producing a carbon fiber bundle according to the present invention includes a step of impregnating a carbon fiber bundle with a sizing agent solution, and an excess sizing in which the carbon fiber bundle is impregnated by sandwiching the carbon fiber bundle between at least one pair of nip rolls. And a step of removing the chemical solution, and the drying of the sizing agent solution adhering to the surface of the nip roll is prevented by applying the sizing agent solution to the surface of the nip roll and the removal. The sizing agent liquid is not directly charged into the sizing agent liquid in the step of impregnating the sizing agent liquid.
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、炭素繊維束の製造方法における炭素繊維束へのサイジング剤付与処理において、炭素繊維束にサイジング剤液を含浸させた後に余剰のサイジング剤液を除去する処理(水切り処理)に用いる少なくとも1対のニップロール表面にサイジング剤液を別途付与し、ニップロール表面に液膜を形成することにより、水切りされたサイジング剤液がニップロール表面において滞留・乾燥することを防ぎ、ニップロール表面におけるサイジング剤の固着を抑制できることを見出した。ニップロール表面におけるサイジング剤液の固着は、炭素繊維束が走行していないニップロール表面に水切りされたサイジング剤液が滞留し、乾燥することで生じる。本発明に係る方法ではこの滞留し、乾燥するサイジング剤液を別途付与するサイジング剤液で随時除去するため、ニップロール表面におけるサイジング剤液の乾燥を防ぎ、サイジング剤の固着を防止できる。ニップロール表面に対するサイジング剤液の付与方法としては、特に限定されず、例えばニップロールをサイジング剤液に浸漬する方法、ニップロール表面全体にサイジング剤液を滴下又は噴射する方法等が挙げられる。 As a result of intensive studies, the present inventors removed excess sizing agent liquid after impregnating the carbon fiber bundle with the sizing agent liquid in the sizing agent application treatment to the carbon fiber bundle in the carbon fiber bundle manufacturing method. By separately applying a sizing agent liquid to at least one pair of nip roll surfaces used for the treatment (draining process) to form a liquid film on the nip roll surface, the drained sizing agent liquid is retained and dried on the nip roll surface. It was found that the sizing agent can be prevented from sticking to the nip roll surface. The fixing of the sizing agent liquid on the nip roll surface occurs when the drained sizing agent liquid stays on the nip roll surface where the carbon fiber bundle is not running and is dried. In the method according to the present invention, the sizing agent liquid that stays and dries is removed as needed with a separately provided sizing agent liquid. Therefore, drying of the sizing agent liquid on the nip roll surface can be prevented and sticking of the sizing agent can be prevented. The method of applying the sizing agent liquid to the nip roll surface is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the nip roll in the sizing agent liquid, a method of dropping or spraying the sizing agent liquid over the entire nip roll surface, and the like.
また、水切りされたサイジング剤液は、炭素繊維束にサイジング剤のみが付着するため濃度が低下する。この濃度の低いサイジング剤液を炭素繊維束用の浸漬槽に回収すると炭素繊維束に含浸させるサイジング剤液の濃度が低下するため好ましくない。そこで、本発明に係る方法では、炭素繊維束用の浸漬槽内のサイジング剤液の濃度低下を抑制するため、ニップロールにより水切りされ、除去されたサイジング剤液は、サイジング剤液を含浸する工程のサイジング剤液には直接投入しない。 Further, the drained sizing agent solution has a lower concentration because only the sizing agent adheres to the carbon fiber bundle. If this low concentration sizing agent solution is recovered in the carbon fiber bundle dipping tank, the concentration of the sizing agent solution impregnated in the carbon fiber bundles is not preferable. Therefore, in the method according to the present invention, in order to suppress a decrease in the concentration of the sizing agent solution in the carbon fiber bundle immersion tank, the sizing agent solution drained and removed by the nip roll is impregnated with the sizing agent solution. Do not add directly to the sizing solution.
更に、前記除去されたサイジング剤液を浸漬槽とは異なる水切り液用槽に投入し、前記ニップロールを該水切り液用槽内のサイジング剤液に浸漬する場合には、該水切り液用槽内のサイジング剤液を、前記サイジング剤液を含浸する工程のサイジング剤液に一致するように濃度調節することが好ましい。前述したように水切りされたサイジング剤液は濃度が低下しているため、該サイジング剤液が投入される水切り液用槽内のサイジング剤液にニップロールを浸漬した場合、ニップロール表面に付与されるサイジング剤液は濃度が低く、炭素繊維束のサイジング剤付着量を低減させる。そこで、水切り液用槽中のサイジング剤液を、前記サイジング剤液を含浸する工程のサイジング剤液と一致するように濃度調節することで、ニップロール表面に付与されるサイジング剤液の濃度を炭素繊維束に含浸されているサイジング剤液の濃度と一致させ、炭素繊維束のサイジング剤付着量の低減を抑制することができる。濃度調節の方法としては特に限定されないが、例えば、水切り液用槽から水切りされ濃度低下したサイジング剤液を排出しつつ、水切り液用槽に浸漬槽と同濃度又はそれ以上の濃度のサイジング剤液を供給する方法が挙げられる。 Furthermore, when the removed sizing agent liquid is put into a draining liquid tank different from the immersion tank, and the nip roll is immersed in the sizing agent liquid in the draining liquid tank, the inside of the draining liquid tank It is preferable to adjust the concentration of the sizing agent solution so as to match the sizing agent solution in the step of impregnating the sizing agent solution. As described above, since the concentration of the drained sizing agent liquid is reduced, the sizing applied to the nip roll surface when the nip roll is immersed in the sizing agent liquid in the draining liquid tank into which the sizing agent liquid is charged. The chemical solution has a low concentration and reduces the amount of sizing agent attached to the carbon fiber bundle. Therefore, the concentration of the sizing agent liquid applied to the nip roll surface is adjusted by adjusting the concentration of the sizing agent liquid in the draining bath to match the sizing agent liquid in the step of impregnating the sizing agent liquid. The concentration of the sizing agent liquid impregnated in the bundle can be matched to suppress a reduction in the amount of sizing agent attached to the carbon fiber bundle. The method for adjusting the concentration is not particularly limited. For example, a sizing agent solution having a concentration equal to or higher than that of the immersion bath is drained into the draining solution tank while discharging the sizing agent solution drained from the draining solution tank. The method of supplying is mentioned.
(炭素繊維束)
炭素繊維束を構成する炭素繊維は、ピッチ系、レーヨン系又はポリアクリロニトリル系等のいずれの原料物質から得られたものであってもよく、高強度タイプ(低弾性率炭素繊維)、中高弾性炭素繊維又は超高弾性炭素繊維のいずれでもよい。しかし、高強度及び高弾性の観点から、ポリアクリロニトリル系の炭素繊維であることが好ましい。
(Carbon fiber bundle)
The carbon fiber constituting the carbon fiber bundle may be obtained from any raw material such as pitch-based, rayon-based, or polyacrylonitrile-based, high strength type (low elastic modulus carbon fiber), medium high elastic carbon Either fiber or ultrahigh elasticity carbon fiber may be used. However, from the viewpoint of high strength and high elasticity, polyacrylonitrile-based carbon fibers are preferable.
炭素繊維束を構成する炭素繊維の形態についても特に限定されないが、繊維径としては3〜10μmのものを用いることができる。また、炭素繊維束を構成する炭素繊維数についても特に限定はなく、1000〜100000本とすることができる。 Although the form of the carbon fiber constituting the carbon fiber bundle is not particularly limited, a fiber diameter of 3 to 10 μm can be used. Moreover, there is no limitation in particular also about the carbon fiber number which comprises a carbon fiber bundle, It can be set as 1000-100000.
また、炭素繊維を強化材とした炭素繊維複合材料を製造した際に炭素繊維とマトリックス樹脂との親和性や接着性を向上させるため、炭素繊維への表面処理として、炭素繊維に対し電解液中での電解酸化処理や気相又は液相での酸化処理を施すことが好ましい。 In addition, in order to improve the affinity and adhesion between carbon fiber and matrix resin when producing carbon fiber composites with carbon fiber as a reinforcing material, as a surface treatment for carbon fiber, It is preferable to carry out the electrolytic oxidation treatment in step 1 or the oxidation treatment in the gas phase or liquid phase.
(サイジング剤液含浸工程)
炭素繊維束に含浸させるサイジング剤液としては、サイジング剤を水に分散した水分散液であることが好ましい。サイジング剤の主成分としては、エポキシ樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド樹脂、ウレタン変性エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、サイジング剤の主成分はマトリックス樹脂に合わせて適宜選択することができる。
(Sizing solution impregnation process)
The sizing agent liquid impregnated in the carbon fiber bundle is preferably an aqueous dispersion in which the sizing agent is dispersed in water. The main components of the sizing agent are epoxy resin, epoxy-modified polyurethane resin, polyester resin, phenol resin, polyamide resin, polyurethane resin, polycarbonate resin, polyetherimide resin, polyamideimide resin, polyimide resin, bismaleimide resin, urethane-modified epoxy. Examples thereof include resins, polyvinyl alcohol resins, polyvinyl pyrrolidone resins, and polyether sulfone resins. These may be used alone or in combination of two or more. The main component of the sizing agent can be appropriately selected according to the matrix resin.
サイジング剤液の濃度としては、サイジング剤の種類にもよるが、サイジング剤液が水分散液である場合、水が連続相として存在する濃度範囲であれば特に限定されない。通常、まず10〜50質量%の濃度のサイジング剤の水分散液を調製する。サイジング剤の水分散液の調製段階で濃度を10質量%未満としても問題はないが、水分散液中の水の占める割合が大きくなり、水分散液の調製から実際の使用(炭素繊維のサイジング処理)までの間の運搬・保管等の面で不経済である。このため、使用(炭素繊維のサイジング処理)するに際して、所望の付着量となるように、これを0.1〜10質量%の低濃度水性液に希釈して、炭素繊維に付着させる方法が一般的である。 The concentration of the sizing agent liquid is not particularly limited as long as it depends on the type of the sizing agent, but when the sizing agent liquid is an aqueous dispersion, the concentration range is such that water exists as a continuous phase. Usually, first, an aqueous dispersion of a sizing agent having a concentration of 10 to 50% by mass is prepared. There is no problem even if the concentration is less than 10% by mass in the preparation stage of the aqueous dispersion of the sizing agent, but the proportion of water in the aqueous dispersion increases and the actual use (from carbon fiber sizing) It is uneconomical in terms of transportation and storage until processing). For this reason, when using (carbon fiber sizing treatment), a method of diluting this to a low-concentration aqueous liquid of 0.1 to 10% by mass and adhering to the carbon fiber is generally used so that the desired adhesion amount is obtained. Is.
なお、サイジング剤液には、前記主成分及び水の他に、界面活性剤、平滑剤等を含んでもよい。 In addition, the sizing agent liquid may contain a surfactant, a smoothing agent and the like in addition to the main component and water.
炭素繊維束へのサイジング剤液の含浸は、炭素繊維束を等間隔に並列に配置しシート状にしてサイジング剤液に浸漬させることが生産性の観点から好ましい。各炭素繊維束間の間隔としては特に制限されず、各炭素繊維束間に間隙を設けてもよく、間隙を設けてなくてもよい。また、並列に配置する炭素繊維束の本数も特に制限されず、装置の幅に合わせて適宜選択することができる。 The impregnation of the carbon fiber bundle with the sizing agent solution is preferably performed from the viewpoint of productivity by arranging the carbon fiber bundles in parallel at equal intervals to form a sheet so as to be immersed in the sizing agent solution. The interval between the carbon fiber bundles is not particularly limited, and a gap may be provided between the carbon fiber bundles, or a gap may not be provided. Further, the number of carbon fiber bundles arranged in parallel is not particularly limited, and can be appropriately selected according to the width of the apparatus.
炭素繊維束を浸漬槽内のサイジング剤液に浸漬する方法としては、サイジング剤液の種類、浸漬槽の設置位置等にもよるが、特に限定されない。サイジング剤液を炭素繊維束に浸漬させるための浸漬ロールを備える浸漬槽を用いる場合には、浸漬ロールの一部又は全部がサイジング剤液に浸漬している構造であれば、特に浸漬ロールの数には制限はない。また、浸漬槽の大きさは処理される炭素繊維束の本数等により適宜選択することができる。なお、必要に応じて浸漬槽の前後にガイドロールを設置しても良い。 The method for immersing the carbon fiber bundle in the sizing agent solution in the immersion tank is not particularly limited, although it depends on the type of the sizing agent solution, the installation position of the immersion tank, and the like. When using a dipping tank equipped with a dipping roll for dipping the sizing agent solution in the carbon fiber bundle, the number of dipping rolls is particularly suitable if the dipping roll is partly or entirely dipped in the sizing agent solution. There are no restrictions. Further, the size of the immersion tank can be appropriately selected depending on the number of carbon fiber bundles to be treated. In addition, you may install a guide roll before and behind an immersion tank as needed.
炭素繊維束を浸漬槽内のサイジング剤液に浸漬する方法としては、例えば図1に示す装置を用いて行う方法が挙げられる。図1では、炭素繊維束1は2つの浸漬ロール2を介しており、2つの浸漬ロール2は浸漬槽3内のサイジング剤液に浸漬している。炭素繊維束1は2つの浸漬ロール2を介する間に、浸漬槽3内のサイジング剤液に浸漬させられる。これにより、炭素繊維束にサイジング剤液を均一に含浸することができる。
Examples of the method of immersing the carbon fiber bundle in the sizing agent solution in the immersion tank include a method of using the apparatus shown in FIG. In FIG. 1, the carbon fiber bundle 1 is interposed via two
(水切り工程)
本発明に係る方法では、前記サイジング剤液を含浸させた炭素繊維束から余剰のサイジング剤液を除去する(水切りする)ため、該炭素繊維束を少なくとも1対のニップロールに挟持し、ニップロール間を通過させる。ここで、該ニップロールの表面に該炭素繊維束に含まれるサイジング剤液以外に別途前記サイジング剤液を付与することが重要である。即ち、水切りに用いられるニップロール表面に前記サイジング剤液を別途付与することにより、水切りされたサイジング剤液がニップロール表面において滞留し乾燥することを防ぎ、ニップロール表面でサイジング剤が固着する現象を抑制することができる。
(Draining process)
In the method according to the present invention, in order to remove (drain) the excess sizing agent liquid from the carbon fiber bundle impregnated with the sizing agent liquid, the carbon fiber bundle is sandwiched between at least one pair of nip rolls, Let it pass. Here, it is important to separately apply the sizing agent solution to the surface of the nip roll in addition to the sizing agent solution contained in the carbon fiber bundle. That is, by separately applying the sizing agent liquid to the nip roll surface used for draining, the drained sizing agent liquid is prevented from staying on the nip roll surface and drying, and the phenomenon that the sizing agent adheres to the nip roll surface is suppressed. be able to.
また、水切りにより除去されたサイジング剤液は、前記サイジング剤液含浸工程におけるサイジング剤液を内部に含む浸漬槽には直接投入しないようにする。前述したように、水切りされたサイジング剤液は濃度が低く、浸漬槽内のサイジング剤液の濃度低下を抑制するためである。 Further, the sizing agent liquid removed by draining should not be directly put into the immersion tank containing the sizing agent liquid in the sizing agent liquid impregnation step. As described above, the drained sizing agent solution has a low concentration, and is for suppressing a decrease in the concentration of the sizing agent solution in the immersion tank.
ニップロール表面にサイジング剤液を付与する方法としては、ニップロール表面が乾燥しない程度にサイジング剤液を付与することができ、サイジング剤液がニップロール表面で滞留・乾燥することがなければ特に制限はない。 The method of applying the sizing agent liquid to the nip roll surface is not particularly limited as long as the sizing agent liquid can be applied to such an extent that the nip roll surface does not dry, and the sizing agent liquid does not stay and dry on the nip roll surface.
例えば、図1に示すように除去されたサイジング剤液を投入する水切り液用槽5を設け、該水切り液用槽5内のサイジング剤液に、下部に配置されたニップロール4を一部浸漬する方法が挙げられる。この場合、上部に配置されたニップロール4の表面にサイジング剤液は付与されない。しかし、通常サイジング剤液含浸炭素繊維束から水切りされたサイジング剤液は、まず上下1対のニップロール4間で滞留し、やがては下部に配置されたニップロール4の表面を伝わるように流れ落ち、下部に配置されたニップロール4の表面に滞留する。そのため、下部に配置されたニップロール4の表面を乾燥させないようにすることで、1対のニップロール4表面においてサイジング剤が固着する現象を十分に抑制できる。
For example, as shown in FIG. 1, a
また、図1に示す方法の場合、水切り液用槽5内のサイジング剤液は水切りにより除去されたサイジング剤液により濃度低下するため、浸漬槽3内のサイジング剤液と一致するように水切り液用槽5内のサイジング剤液の濃度調節を行うことが好ましい。濃度調節は、例えば図1に示すように、サイジング剤液排出ライン6より濃度の低下したサイジング剤液を抜き出しながら、サイジング剤液供給装置8より浸漬槽3内のサイジング剤液と同濃度又はそれ以上の濃度のサイジング剤液を水切り液用槽5内に新たに供給することで行うことができる。
In the case of the method shown in FIG. 1, since the concentration of the sizing agent liquid in the
また、図2に示すように1対のニップロール4を共に水切り液用槽5内のサイジング剤液に浸漬させてもよい。この場合にも、前記図1に示す方法と同様に、水切り液用槽5内のサイジング剤液を、浸漬槽3内のサイジング剤液と一致するように濃度調節することが好ましい。
Further, as shown in FIG. 2, a pair of nip rolls 4 may be immersed in a sizing agent solution in a
更に、図3に示すようにニップロール4に対して、ニップロール4表面近傍に設けられたサイジング剤液滴下/噴射ノズル9よりサイジング剤液を滴下又は噴射し、ニップロール4表面にサイジング剤液を付与してもよい。図3に示す方法の場合、滴下したサイジング剤液がニップロール4表面を伝わり水切り処理後の炭素繊維束に接触したり、あるいは噴射した飛沫液が炭素繊維束に直接散布されたりすることがないように、滴下又は噴射位置を設定することが好ましい。また、図3に示す方法においても、図1に示したように水切り液用槽5内のサイジング剤液に、下部に配置されたニップロール4を一部浸漬させてもよい。また、前記と同様の理由により、1対のニップロール4が縦に配置されている場合、下部に配置されたニップロール4に対してのみサイジング剤液を滴下又は噴射してもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the sizing agent liquid is dropped or jetted from the sizing agent liquid drop /
ニップロール4のニップ圧としては、炭素繊維束に含まれるサイジング剤液の量を所望の量とすることができれば特に限定されない。ニップロール4の材質としては、ゴム、金属等が挙げられるが、通常のニップロールに用いられる材質を用いることができる。水切りに用いるニップロール4の数としては、少なくとも1対のニップロールを用いることができ、必要であれば2対以上のニップロールを用いてもよい。
The nip pressure of the
ニップロール4表面に対するサイジング剤液の付与量としては、ニップロール4表面が乾燥しない程度にニップロール4表面全面がサイジング剤液の液膜で覆われていれば特に限定されない。
The amount of the sizing agent liquid applied to the nip
ニップロール4により水切りされた後の炭素繊維束に含まれるサイジング剤液の量としては、後工程における乾燥効率の観点から20〜60質量%であることが好ましい。
The amount of the sizing agent liquid contained in the carbon fiber bundle after being drained by the
以下、本発明に係る炭素繊維束の製造方法について、実施例に基づいてより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, although the manufacturing method of the carbon fiber bundle which concerns on this invention is demonstrated more concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
(ニップロール表面の液膜形成(濡れ)状況の評価)
サイジング剤液が付与された直後のニップロール表面に、ニップロール幅と同じ長さに切り揃えたウエス(商品名:「キムタオル」、日本製紙クレシア(株)製)を接触させた時のウエスの濡れの程度で、ニップロールの濡れ状況を判断した。ウエスがニップロールの幅方向に均一に濡れていれば、炭素繊維束が走行する部位と走行しない部位との間でニップロール表面の濡れ状況に差はないと判断した。
(Evaluation of liquid film formation (wetting) on nip roll surface)
Immediately after the sizing agent liquid is applied, the nip roll surface is brought into contact with a waste cloth (trade name: “Kim Towel”, manufactured by Nippon Paper Crecia Co., Ltd.) cut to the same length as the nip roll width. The degree of wetting of the nip roll was judged by the degree. If the waste was uniformly wet in the width direction of the nip roll, it was judged that there was no difference in the wet state of the nip roll surface between the portion where the carbon fiber bundle traveled and the portion where it did not travel.
なお、実施例2においては、サイジング剤液が付与された直後のニップロール表面に炭素繊維束が存在し、また1対のニップロール同士を押し当てた状態ではウエスをニップロール表面に接触させることができない。このため、1対のニップロールを離し、かつニップロール表面から炭素繊維束を離した状態でウエスを接触させて評価した。 In Example 2, carbon fiber bundles exist on the surface of the nip roll immediately after the sizing agent solution is applied, and the waste cannot be brought into contact with the surface of the nip roll in a state where a pair of nip rolls are pressed against each other. For this reason, the pair of nip rolls were separated, and evaluation was performed by contacting the waste with the carbon fiber bundle separated from the nip roll surface.
(ニップロール表面におけるサイジング剤の固着、炭素繊維束の巻き付きの評価)
ニップロール表面におけるサイジング剤の固着、炭素繊維束の巻き付きの評価は、炭素繊維束の製造を10時間連続して行い、その間におけるニップロール表面におけるサイジング剤の固着、炭素繊維束の巻き付きの有無を観察することで行った。
(Evaluation of sticking of sizing agent on nip roll surface, winding of carbon fiber bundle)
For evaluation of sizing agent fixation and carbon fiber bundle winding on the nip roll surface, the production of the carbon fiber bundle is carried out continuously for 10 hours, and the presence or absence of sizing agent fixation and carbon fiber bundle winding on the nip roll surface is observed. I went there.
(炭素繊維束へのサイジング剤の付着量)
製造した炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は、メチルエチルケトンによるソックスレー抽出法によりサイジング剤付与後の炭素繊維束のサイジング付着量を測定することにより求めた。なお抽出時間は1時間とした。
(Amount of sizing agent attached to carbon fiber bundle)
The amount of the sizing agent attached to the produced carbon fiber bundle was determined by measuring the amount of the sizing agent attached to the carbon fiber bundle after the sizing agent was applied by a Soxhlet extraction method using methyl ethyl ketone. The extraction time was 1 hour.
[実施例1]
サイジング剤付与前の炭素繊維束(商品名:「パイロフィルTR 50S」、三菱レイヨン(株)製:フィラメント数15000本、総繊度10000dtex、繊維径7μm)60本を、炭素繊維束間に隙間が出来ないように、それぞれ6mm間隔の並列状態(炭素繊維束60本が形成する処理幅360mm)に配置し、シート状にした。該炭素繊維束のシートを、図1に示す浸漬槽3内のサイジング剤液に浸漬した。該サイジング剤液は、以下の3つの成分を下記配合比で混合しサイジング剤とした後、該サイジング剤を水で希釈して固形分40質量%の水分散液として調製した後、さらに5.5質量%に希釈して浸漬槽3に投入した。なお、該サイジング剤液の希釈後の濃度は、炭素繊維束に対してサイジング剤が1質量%付着する濃度である。
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂 40質量%
(商品名:「JER828」、ジャパンエポキシレジン(株)製)
・ビスフェノールA型エポキシ樹脂 40質量%
(商品名:「JER1001」、ジャパンエポキシレジン(株)製)
・プルロニック型界面活性剤 20質量%
(商品名:「アデカプルロニックF−88」、(株)ADEKA製)。
[Example 1]
60 carbon fiber bundles (product name: “Pyrofil TR 50S”, manufactured by Mitsubishi Rayon Co., Ltd .: 15,000 filaments, total fineness of 10000 dtex, fiber diameter: 7 μm) before the sizing agent is applied, a gap is created between the carbon fiber bundles. In such a manner, they were arranged in a parallel state at intervals of 6 mm (a treatment width of 360 mm formed by 60 carbon fiber bundles) and formed into a sheet shape. The carbon fiber bundle sheet was immersed in a sizing solution in the
・ Bisphenol A type epoxy resin 40% by mass
(Product name: “JER828”, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
・ Bisphenol A type epoxy resin 40% by mass
(Product name: “JER1001”, manufactured by Japan Epoxy Resin Co., Ltd.)
・ Pluronic surfactant 20% by mass
(Product name: “Adeka Pluronic F-88”, manufactured by ADEKA Corporation).
浸漬槽3内のサイジング剤液に浸漬され、浸漬ロール2及びガイドロール7を経たサイジング剤液含浸炭素繊維束を、下部に配置されたニップロール4が水切り液用槽5内のサイジング剤液に浸漬された1対のニップロール4に挟持し、水切り処理を行った。水切り処理により除去したサイジング剤液は水切り液用槽5に回収した。水切り処理により除去したサイジング剤液の濃度は、5.2〜5.3質量%であった。水切り液用槽5内のサイジング剤液の濃度低下を抑制するため、サイジング剤液排出ライン6より濃度低下したサイジング剤液を抜き出しながら、サイジング剤液供給装置8より新たにサイジング剤液を水切り液用槽5内に供給し、濃度が浸漬槽3内のサイジング剤液と同一となるようにした。また、ニップロール4による水切りの処理速度は10m/minであった。
The sizing agent solution-impregnated carbon fiber bundle immersed in the sizing agent solution in the
ニップロール4は幅方向に均一に濡れており、炭素繊維束が走行する部位と走行しない部位(60本の炭素繊維束が形成するシートの両端)との間で差は見られなかった。また、ニップロール4表面におけるサイジング剤の固着、炭素繊維束の巻き付きは生じなかった。サイジング剤付与処理後の炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は1.01質量%であった。
The
[実施例2]
図2に示すように1対のニップロール4を横に配置し、1対のニップロール4両方を水切り液用槽5内のサイジング剤液中に浸漬した以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を処理し、評価した。ニップロール4表面の濡れ状態は、1対のニップロール4を離し、かつニップロール4から炭素繊維束を離した状態でウエスを接触させて評価したが、ウエスはニップロール4の幅方向に均一に濡れていた。また、ニップロール4表面におけるサイジング剤の固着、炭素繊維束の巻き付きは生じなかった。サイジング剤付与処理後の炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は0.99質量%であった。
[Example 2]
As shown in FIG. 2, a pair of nip rolls 4 is disposed horizontally, and both the pair of nip rolls 4 are immersed in a sizing agent solution in a
[実施例3]
図3に示すように下部に配置されたニップロール4を水切り液用槽5内のサイジング剤液に浸漬する代わりに、2つのサイジング剤液滴下ノズル9よりそれぞれニップロール4の幅方向全体に対しサイジング剤液を滴下した以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を処理し、評価した。ウエスはニップロール4の幅方向に均一に濡れており、炭素繊維束が走行する部位と走行しない部位(60本の炭素繊維束が形成するシートの両端)との間で差は見られなかった。また、ニップロール4表面におけるサイジング剤の固着、炭素繊維束の巻き付きは生じなかった。サイジング剤付与処理後の炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は1.01質量%であった。
[Example 3]
As shown in FIG. 3, instead of immersing the
[実施例4]
炭素繊維束の本数を30本、炭素繊維束間の隙間を6mmとなるように並列状態(炭素繊維束間隔12mm、炭素繊維束30本が形成する処理幅360mm)に配置し、シート状にした以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を処理し、評価した。ウエスはニップロール4の幅方向に均一に濡れており、炭素繊維束が走行する部位と走行しない部位(炭素繊維束間の隙間)との間で差は見られなかった。また、ニップロール4表面におけるサイジング剤の固着、炭素繊維束の巻き付きは生じなかった。サイジング剤付与処理後の炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は1.01質量%であった。
[Example 4]
The number of carbon fiber bundles is 30 and the gap between the carbon fiber bundles is 6 mm. The carbon fiber bundles are arranged in a parallel state (carbon fiber bundle interval 12 mm, treatment width 360 mm formed by 30 carbon fiber bundles) to form a sheet. Except for the above, the carbon fiber bundles were processed and evaluated in the same manner as in Example 1. The waste was evenly wet in the width direction of the
[比較例1]
下部に配置されたニップロール4を水切り液用槽5内のサイジング剤液中に浸漬しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を処理し、評価した。ニップロール4表面の濡れ評価において、60本の炭素繊維束からなるシートの両端の、炭素繊維束が走行していないニップロール4表面においては、水切りされたサイジング剤液が滞留していたためウエスを良く濡らした。しかし、炭素繊維束が走行する部位にておいては、ウエスの濡れ方が不均一であり、部分的にウエスが全く濡れていない箇所が確認された。また、炭素繊維束の製造開始後2時間で、60本の炭素繊維束からなるシートの両端の炭素繊維束が走行していないニップロール4表面に滞留していたサイジング剤液が乾燥し固着が生じ始めた。固着量は時間の経過とともに増大し、この固着物に接触したシート両端に位置する炭素繊維束にはニップロール4への巻き付きが観察された。また、炭素繊維束が走行する部位においても微小な単糸の巻き付きが散見された。サイジング剤付与処理後の炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は1.01質量%であった。
[Comparative Example 1]
The carbon fiber bundle was processed and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the
[比較例2]
下部に配置されたニップロール4を水切り液用槽5内のサイジング剤液中に浸漬しなかったこと以外は、実施例4と同様の方法で炭素繊維束を処理し、評価した。ニップロール4表面の濡れ評価において、炭素繊維束間の隙間に相当するニップロール4表面においては、水切りされたサイジング剤液が滞留していたためウエスを良く濡らした。しかし、炭素繊維束が走行する部位においては、ウエスの濡れ方が不均一であり、部分的にウエスが全く濡れていない箇所が確認された。炭素繊維束の製造開始後2時間で、全ての炭素繊維束間の隙間に相当するニップロール4表面においてサイジング剤液が滞留・乾燥し、サイジング剤の固着が生じた。また、この固着物に接触した炭素繊維束からはニップロール4への巻き付きが観察された。更に、炭素繊維束が走行する部位においても微小な単糸の巻き付きが散見された。サイジング剤付与処理後の炭素繊維束におけるサイジング剤の付着量は0.99質量%であった。
[Comparative Example 2]
The carbon fiber bundle was treated and evaluated in the same manner as in Example 4 except that the
1 炭素繊維束
2 浸漬ロール
3 浸漬槽
4 ニップロール
5 水切り液用槽
6 サイジング剤液排出ライン
7 ガイドロール
8 サイジング液供給装置
9 サイジング剤液滴下/噴射ノズル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記炭素繊維束を少なくとも1対のニップロールに挟持し、前記炭素繊維束に含浸された余剰のサイジング剤液を除去する工程と、を含む炭素繊維束の製造方法において、
前記ニップロールの表面に付着するサイジング剤液の乾燥を、前記サイジング剤液をニップロール表面に付与して防止すると共に、
前記除去されたサイジング剤液を、前記サイジング剤液を含浸する工程のサイジング剤液に直接投入しない炭素繊維束の製造方法。 Impregnating a carbon fiber bundle with a sizing agent solution;
Sandwiching the carbon fiber bundle between at least one pair of nip rolls and removing an excess sizing agent liquid impregnated in the carbon fiber bundle,
While preventing the drying of the sizing agent liquid adhering to the surface of the nip roll by applying the sizing agent liquid to the nip roll surface,
A method for producing a carbon fiber bundle in which the removed sizing agent solution is not directly charged into the sizing agent solution in the step of impregnating the sizing agent solution.
前記水切り液用槽内のサイジング剤液を、前記サイジング剤液を含浸する工程のサイジング剤液に一致するように濃度調節する請求項1に記載の炭素繊維束の製造方法。 The removed sizing agent liquid is put into a draining liquid tank, the nip roll is immersed in the sizing liquid in the draining liquid tank,
The method for producing a carbon fiber bundle according to claim 1, wherein the concentration of the sizing agent solution in the draining solution tank is adjusted so as to match the sizing agent solution in the step of impregnating the sizing agent solution.
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- 2010-06-09 JP JP2010131839A patent/JP2011256486A/en active Pending
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