JP2023133739A - carbon fiber bundle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、単繊維の直径が大きくても、集束性、開繊性優れる炭素繊維束に関する。 The present invention relates to a carbon fiber bundle that has excellent bundling and opening properties even if the diameter of the single fibers is large.
炭素繊維は、比強度・比弾性率に優れているため、スポーツ・レジャー用品から航空宇宙用途まで幅広く利用されている。ゴルフクラブシャフトや釣竿などのスポーツ用途、航空機用途に加え、発電用風車の部材、自動車部材、CNGタンク、建造物の耐震補強、および船舶部材などいわゆる一般産業用途への展開が進み、総繊度の大きな炭素繊維束が求められている。 Carbon fiber has excellent specific strength and specific modulus, so it is widely used in everything from sports and leisure goods to aerospace applications. In addition to sports applications such as golf club shafts and fishing rods, and aircraft applications, the development of so-called general industrial applications such as power generation wind turbine components, automobile components, CNG tanks, seismic reinforcement of buildings, and ship components is progressing, and the overall fineness is increasing. Large carbon fiber bundles are required.
炭素繊維束は、直径数ミクロンの炭素繊維の単繊維が数千本から数万本集合したものである。炭素繊維束は一般的にトラバースをかけながら巻き芯上に円筒形状に巻き取った形態のパッケージ(スプール)から解舒して使用する。巻き取る際には収束性が求められ、炭素繊維束と樹脂との成形品にする際には、樹脂の含浸性が均一にするため開繊性が求められる。総繊度の大きな炭素繊維束の中でも、フィラメント直径が8μmを超える炭素繊維束は、樹脂含浸性に優れ、得られる成形品の圧縮強度にも優れることから、フィラメント直径のより太い炭素繊維からなる炭素繊維束が求められている。一方、フィラメント直径が太い炭素繊維はスプールから炭素繊維束を解舒する際に、集束性が悪いと炭素繊維束から一部の炭素繊維がばらけて、スプール側にはり付き、毛羽立ちが発生する場合や、炭素繊維束の幅が安定しない場合があった。 A carbon fiber bundle is an assembly of several thousand to tens of thousands of carbon fiber single fibers each having a diameter of several microns. Carbon fiber bundles are generally used by being unwound from a package (spool) that is wound into a cylindrical shape on a winding core while being traversed. When winding up, convergence is required, and when forming a molded product of a carbon fiber bundle and resin, spreadability is required to ensure uniform resin impregnation. Among carbon fiber bundles with a large total fineness, carbon fiber bundles with a filament diameter exceeding 8 μm have excellent resin impregnation properties and the compressive strength of the resulting molded product. Fiber bundles are required. On the other hand, when carbon fibers with a large filament diameter are unwound from the spool, if the cohesiveness is poor, some carbon fibers will come loose from the carbon fiber bundle and stick to the spool side, causing fuzz. In some cases, the width of the carbon fiber bundle was unstable.
炭素繊維束の高次加工時の取り扱い性を向上させるため、サイジング剤を付与することが一般的である。サイジング剤がフィラメント同士を密着させることで、炭素繊維束に収束性を持たせることができる。サイジング剤を増やせば炭素繊維束の収束性が向上するが、サイジング剤が多すぎると、炭素繊維束の開繊性が低下するのが一般的であるため、収束性と開繊性の両立が困難であった。特に、フィラメント直径の太い炭素繊維束の場合は、フィラメント直径の細い炭素繊維束に比べて、収束性と開繊性を両立させることがさらに困難であった。 In order to improve the handling properties of carbon fiber bundles during high-level processing, it is common to add a sizing agent to the carbon fiber bundles. The sizing agent brings the filaments into close contact with each other, allowing the carbon fiber bundle to have convergence. Increasing the amount of sizing agent will improve the convergence of the carbon fiber bundle, but if there is too much sizing agent, the spreadability of the carbon fiber bundle will generally decrease, so it is difficult to achieve both convergence and spreadability. It was difficult. In particular, in the case of carbon fiber bundles with large filament diameters, it is more difficult to achieve both convergence and spreadability than with carbon fiber bundles with small filament diameters.
特許文献1では、炭素繊維束の有する半永久的な撚りにより、繊維束が捌けることなく自ずと収束し、繊維束としての取り扱い性が向上することが記載されている。また、炭素繊維束を高次加工する際に、フィラメントレベルでの破断により毛羽が生じても、炭素繊維束が半永久的な撚りを有することにより長い毛羽に成長しにくく、高次加工時の取り扱い性が高まると記載されている。
しかしながら、撚りを有する炭素繊維束は開繊性が抑制され、開繊に先立って撚りを解除する方法をとった場合は、撚りを解除することより毛羽が発生するだけでなく、撚りによって内包されていた毛羽が解放されて炭素繊維束の表面に顕在化する課題がある。 However, the spreadability of twisted carbon fiber bundles is suppressed, and if a method is used to untwist the fibers prior to opening, untwisting not only generates fuzz but also causes the fibers to be encapsulated by the twisting. There is a problem in that the fuzz that has been kept is released and becomes visible on the surface of the carbon fiber bundle.
本発明は、従来の課題を解決し、単繊維の直径が大きくても、幅の変動が少なく、開繊性に優れる炭素繊維束を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the conventional problems and provide a carbon fiber bundle that exhibits less variation in width and excellent spreadability even when the diameter of single fibers is large.
本発明の炭素繊維束は以下の特徴を有する。
[1]単繊維の直径が8μm以上であり、平均引き裂き可能距離が550~800mmである炭素繊維束。
[2]繊維束の厚み1mm当たりの交絡度が150回/m以上である[1]に記載の炭素繊維束
[3]単繊維数が12000本以上である[1]または[2]に記載の炭素繊維束。
[4]炭素繊維束2000mの平均トウ幅が4~20mmであり、トウ幅変動率が20%以下である[1]~[3]に記載の炭素繊維束。
[5]ストランド強度が3.0~5.0GPa、ストランド弾性率が230~280GPaである[1]~[4]に記載の炭素繊維束。
[6]引抜加工時のレジンバックフロー倍率が1.0~4.5倍である[1]~[5]に記載の炭素繊維束。
[7]炭素繊維束解舒時の毛羽発生量が0.1g/m以下である[1]~[6]に記載の炭素繊維束。
The carbon fiber bundle of the present invention has the following characteristics.
[1] A carbon fiber bundle whose single fibers have a diameter of 8 μm or more and an average tearable distance of 550 to 800 mm.
[2] The carbon fiber bundle according to [1], wherein the degree of entanglement per mm of thickness of the fiber bundle is 150 times/m or more; [3] The carbon fiber bundle according to [1] or [2], wherein the number of single fibers is 12,000 or more. carbon fiber bundle.
[4] The carbon fiber bundle according to [1] to [3], wherein the average tow width of the carbon fiber bundle of 2000 m is 4 to 20 mm, and the tow width variation rate is 20% or less.
[5] The carbon fiber bundle according to [1] to [4], which has a strand strength of 3.0 to 5.0 GPa and a strand elastic modulus of 230 to 280 GPa.
[6] The carbon fiber bundle according to [1] to [5], wherein the resin backflow magnification during drawing is 1.0 to 4.5 times.
[7] The carbon fiber bundle according to [1] to [6], wherein the amount of fluff generated when the carbon fiber bundle is unwound is 0.1 g/m or less.
本発明の炭素繊維束は、単繊維の直径が大きくても、幅の変動が少なく、開繊性に優れる。 The carbon fiber bundle of the present invention exhibits little variation in width even if the diameter of the single fibers is large, and has excellent spreadability.
本発明の炭素繊維束は、単繊維の直径が8μm以上であり、平均引裂可能距離が400~800mmである。
単繊維の直径は、8.5μm以上であることがより好ましく、9μm以上であることがさらに好ましい。
本発明においては、炭素繊維の単繊維の直径とは単繊維の繊維軸に直角な断面の面積と同じ面積を持つ真円の直径である。
単繊維の直径が8μm以上であれば優れた樹脂含浸性が得られ、単繊維の直径が大きくなるほど、単繊維自身の曲げに対する抵抗が強く、真直な状態が保たれるのでコンポジットの圧縮強度が向上される効果が期待できる。単繊維の直径の上限は特にないが、単繊維の直径が大きくなるほど、高次加工時に半径の小さなロールを、単繊維の破断を起こさずに通過することが困難となるため、現実的に15μm程度である。
The carbon fiber bundle of the present invention has a single fiber diameter of 8 μm or more and an average tearable distance of 400 to 800 mm.
The diameter of the single fiber is more preferably 8.5 μm or more, and even more preferably 9 μm or more.
In the present invention, the diameter of a carbon fiber single fiber is the diameter of a perfect circle having the same area as the area of the cross section perpendicular to the fiber axis of the single fiber.
If the diameter of the single fiber is 8 μm or more, excellent resin impregnation properties can be obtained, and the larger the diameter of the single fiber, the stronger the resistance to bending of the single fiber itself and the ability to maintain a straight state, which increases the compressive strength of the composite. You can expect improved effects. There is no particular upper limit for the diameter of a single fiber, but the larger the diameter of a single fiber, the more difficult it becomes to pass through rolls with a small radius during high-order processing without causing breakage of the single fiber, so realistically it is 15 μm. That's about it.
平均引裂可能距離は、後述する方法で測定することができる。本発明の炭素繊維束の平均引裂可能距離は、550mm以上であることが好ましく、600mm以上であることがより好ましく、700mm以上であることがさらに好ましい。
平均引裂可能距離が400mm以上であれば、スプールから解舒した炭素繊維束を高次加工する際に、十分な開繊性を担保でき、800mm以下であればスプールから炭素繊維束を解舒する際に必要な収束性を担保できるため、高次加工時の毛羽発生が抑制される。
The average tearable distance can be measured by the method described below. The average tearable distance of the carbon fiber bundle of the present invention is preferably 550 mm or more, more preferably 600 mm or more, and even more preferably 700 mm or more.
If the average tearable distance is 400 mm or more, sufficient spreadability can be ensured when performing high-order processing on the carbon fiber bundle unwound from the spool, and if it is 800 mm or less, the carbon fiber bundle can be unwound from the spool. Since the necessary convergence can be ensured, the generation of fuzz during high-order processing is suppressed.
本発明の炭素繊維束は、繊維束の厚み1mm当たりの交絡度は150回/m以上であることが好ましい。繊維束の厚み1mm当たりの交絡度が150回/m以上であれば、トウ幅変動率が低くなり高次加工時に安定して開繊することができる。繊維束の厚み1mm当たりの交絡度は、200回/m以上であることがより好ましい。
繊維束の厚み1mm当たりの交絡度は、後述の方法で測定することができる。
The carbon fiber bundle of the present invention preferably has a degree of entanglement of 150 times/m or more per 1 mm of thickness of the fiber bundle. If the degree of entanglement per 1 mm of the thickness of the fiber bundle is 150 times/m or more, the tow width fluctuation rate will be low and the fibers can be opened stably during high-order processing. The degree of entanglement per 1 mm thickness of the fiber bundle is more preferably 200 times/m or more.
The degree of entanglement per 1 mm thickness of the fiber bundle can be measured by the method described below.
本発明の炭素繊維束は、単繊維の数が12000本以上であることが好ましく、24000本以上がさらに好ましい。
単繊維の数が12000本以上であれば、生産効率が良く、価格を抑えることができやすい。
単繊維の数の上限は、100000本以下が好ましく、80000本以下がより好ましく、60000本以下がさらに好ましい。100000本以下であれば、樹脂含浸成形体にする際の取り扱い性、樹脂含浸性が良好となる。12000本以上の繊維束にするには、1つの紡糸ノズルから紡出した物でも良く、また、複数の紡糸ノズルから紡出し、合糸しても良い。
合糸する場所は、交絡を付与する前であれば、特に制限は無いが、繊維束のまとまりが良くなる点から、紡浴の中、または紡浴から出た1番目又は2番目のロールで合糸することが好ましい。
In the carbon fiber bundle of the present invention, the number of single fibers is preferably 12,000 or more, more preferably 24,000 or more.
If the number of single fibers is 12,000 or more, production efficiency is good and it is easy to keep the price down.
The upper limit of the number of single fibers is preferably 100,000 or less, more preferably 80,000 or less, and even more preferably 60,000 or less. When the number is 100,000 or less, the handleability and resin impregnation properties when forming a resin-impregnated molded article will be good. To make a fiber bundle of 12,000 or more fibers, it may be spun from one spinning nozzle, or it may be spun from a plurality of spinning nozzles and combined.
There is no particular restriction on the location where the yarns are interlaced as long as they are not intertwined, but in order to improve the cohesiveness of the fiber bundles, it may be in the spinning bath or on the first or second roll after coming out of the spinning bath. It is preferable to double the threads.
本発明の炭素繊維束は、炭素繊維束2000mの平均トウ幅が4~20mmであり、トウ幅変動率が20%以下であることが好ましい。
前記平均トウ幅は、5~18mmであることがより好ましい。炭素繊維束2000mの平均トウ幅が4mm以上であれば、後工程において十分に開繊することができ薄目付のプリプレグを得ることが可能であり、20mm以下であれば、トウ形態を大きく変化させることなくスプールに巻き取ることができるため、解除する際に糸切れの発生を抑制することが可能である。
前記トウ幅変動率は18%以下がより好ましい。前記トウ幅変動率が20%以下であれば、フィラメントワインディング法などの樹脂含浸加工時における、樹脂の含有比率を精度よく調節することができる。
炭素繊維束のトウ幅変動率は、後述する方法で測定することができる。ここで、トウ幅とは炭素繊維束の幅のことである。
In the carbon fiber bundle of the present invention, the average tow width of 2000 m of carbon fiber bundles is preferably 4 to 20 mm, and the tow width fluctuation rate is preferably 20% or less.
More preferably, the average tow width is 5 to 18 mm. If the average tow width of 2000 m of carbon fiber bundles is 4 mm or more, the fibers can be opened sufficiently in the subsequent process to obtain a prepreg with a thin basis weight, and if it is 20 mm or less, the tow form will change significantly. Since the thread can be wound onto the spool without any trouble, it is possible to suppress the occurrence of thread breakage when the thread is released.
The toe width variation rate is more preferably 18% or less. If the tow width variation rate is 20% or less, the resin content ratio can be adjusted with high precision during resin impregnation processing such as filament winding.
The tow width variation rate of the carbon fiber bundle can be measured by the method described below. Here, the tow width refers to the width of the carbon fiber bundle.
<炭素繊維束の単繊維の断面形状>
本発明の炭素繊維束の単繊維の断面形状は、特に限定されるものではないが、真円度が0.9以下であることが好ましい。本発明において真円度とは、下記式(1)にて求められる値であって、S及びLは、単繊維の繊維軸に垂直な断面を、解像力が5~10nmのSEMで観察し、得られた画像を画像解析することにより得られる、単繊維の断面積及び周長である。
真円度=4πS/L2・・・(1)
<Cross-sectional shape of single fiber of carbon fiber bundle>
Although the cross-sectional shape of the single fibers of the carbon fiber bundle of the present invention is not particularly limited, it is preferable that the circularity is 0.9 or less. In the present invention, roundness is a value determined by the following formula (1), and S and L are obtained by observing a cross section perpendicular to the fiber axis of a single fiber using an SEM with a resolution of 5 to 10 nm. These are the cross-sectional area and circumference of a single fiber obtained by image analysis of the obtained image.
Roundness = 4πS/L 2 ...(1)
しかし、真円度が小さ過ぎると、炭素繊維束から製造するプリプレグの繊維含有率を高くすることが出来ず、複合材料の弾性率が低く制限される。そのため、炭素繊維束を構成する単繊維の真円度は、0.7以上が好ましく、0.75以上がより好ましく、0.8以上が更に好ましい。 However, if the roundness is too small, the fiber content of the prepreg produced from the carbon fiber bundle cannot be increased, and the elastic modulus of the composite material is limited to a low value. Therefore, the circularity of the single fibers constituting the carbon fiber bundle is preferably 0.7 or more, more preferably 0.75 or more, and even more preferably 0.8 or more.
炭素繊維束のストランド強度は、3.0GPa以上が好ましく、3.3GPa以上がより好ましい。ストランド強度が、3.0GPa以上であれば成形品とした際に十分な伸度が得られる。
ストランド強度は、JIS R 7608:2007に準拠して測定される。
The strand strength of the carbon fiber bundle is preferably 3.0 GPa or more, more preferably 3.3 GPa or more. If the strand strength is 3.0 GPa or more, sufficient elongation can be obtained when formed into a molded product.
Strand strength is measured in accordance with JIS R 7608:2007.
炭素繊維束のストランド弾性率は、230GPa以上が好ましく、235GPa以上がより好ましい。ストランド弾性率が、230GPa以上であればコンポジットとした際に十分な剛性が得られる。
ストランド弾性率は、耐炎化繊維束を加熱して炭素化処理する際の加熱温度等を調節することで制御できる。
ストランド弾性率は、JIS R 7608:2007A法に準拠して測定される。
The strand elastic modulus of the carbon fiber bundle is preferably 230 GPa or more, more preferably 235 GPa or more. If the strand elastic modulus is 230 GPa or more, sufficient rigidity can be obtained when the strand is made into a composite.
The strand elastic modulus can be controlled by adjusting the heating temperature and the like when carbonizing the flame-resistant fiber bundle by heating it.
Strand elastic modulus is measured in accordance with JIS R 7608:2007A method.
本発明の炭素繊維束は、引抜加工時のレジンバックフロー倍率が1.0~4.5倍であることが好ましい。
引抜加工時のレジンバックフロー倍率が1.0倍以上であれば引き抜き成形物に含まれるボイドを抑制することができ、レジンバックフロー倍率が4.5倍以下であれば、引き抜き抵抗を抑えて生産性良く引き抜き成形物を得ることができる。
これらの観点から、前記レジンバックフロー倍率は1.1~4.0倍であることがより好ましく、1.2~3.5倍であることがさらに好ましい。
The carbon fiber bundle of the present invention preferably has a resin backflow ratio of 1.0 to 4.5 times during drawing.
If the resin backflow magnification during pultrusion is 1.0 times or more, voids contained in the pultruded product can be suppressed, and if the resin backflow magnification is 4.5 times or less, the drawing resistance can be suppressed. A pultruded product can be obtained with high productivity.
From these viewpoints, the resin backflow magnification is more preferably 1.1 to 4.0 times, and even more preferably 1.2 to 3.5 times.
本発明の炭素繊維束は、炭素繊維束解舒時の毛羽発生量が0.1g/m以下であることが好ましい。
炭素繊維束解舒時の毛羽発生量が0.1g/m以下であれば、プリプレグへの毛羽混入を防止できるため、品位の高いプリプレグを得ることができる。
In the carbon fiber bundle of the present invention, it is preferable that the amount of fuzz generated when the carbon fiber bundle is unwound is 0.1 g/m or less.
If the amount of fluff generated during unwinding of the carbon fiber bundle is 0.1 g/m or less, it is possible to prevent fluff from being mixed into the prepreg, thereby making it possible to obtain a high-quality prepreg.
(炭素繊維束の製造方法)
本発明の炭素繊維束を製造する方法は、特に限定されず、例えば、以下の工程(a)~(h)を順に有する方法で製造することができる。
(a)紡糸原液を紡糸して凝固させ、凝固糸を得る工程。
(b)凝固糸を洗浄、延伸して、工程糸を得る工程。
(c)工程糸に油剤を付着させ、乾燥緻密化し、交絡を付与して前駆体繊維束を得る工程。
(d)前駆体繊維束を耐炎化処理して、耐炎化繊維束を得る工程。
(e)耐炎化繊維束を炭素化処理して、炭素繊維束を得る工程。
(f)炭素繊維束に表面酸化処理を施す工程
(g)表面酸化処理後の炭素繊維束にサイジング剤を付与する工程
(h)ワインディング工程
(Method for manufacturing carbon fiber bundle)
The method for manufacturing the carbon fiber bundle of the present invention is not particularly limited, and, for example, the carbon fiber bundle can be manufactured by a method including the following steps (a) to (h) in order.
(a) Step of spinning and coagulating the spinning dope to obtain a coagulated thread.
(b) A step of washing and stretching the coagulated thread to obtain a processed thread.
(c) Step of attaching an oil to the process yarn, drying and densifying it, and imparting entanglement to obtain a precursor fiber bundle.
(d) A step of flame-proofing the precursor fiber bundle to obtain a flame-resistant fiber bundle.
(e) Carbonizing the flame-resistant fiber bundle to obtain a carbon fiber bundle.
(f) Process of subjecting the carbon fiber bundle to surface oxidation treatment (g) Process of applying a sizing agent to the carbon fiber bundle after surface oxidation treatment (h) Winding process
工程(a)では紡糸原液を紡糸して凝固させて凝固糸を得る。
工程(a)で用いる紡糸原液は、特に限定されず、炭素繊維の強度等の力学特性の発現の点から、アクリロニトリル共重合体の有機溶剤溶液であることが好ましい。アクリロニトリル共重合体は、アクリロニトリルに由来する繰り返し単位を96質量%以上有する共重合体であり、アクリロニトリルに由来する繰り返し単位を97質量%以上有する共重合体が好ましい。
In step (a), the spinning stock solution is spun and coagulated to obtain a coagulated thread.
The spinning stock solution used in step (a) is not particularly limited, but is preferably an organic solvent solution of an acrylonitrile copolymer from the viewpoint of developing mechanical properties such as strength of carbon fibers. The acrylonitrile copolymer is a copolymer having 96% by mass or more of repeating units derived from acrylonitrile, and preferably a copolymer having 97% by mass or more of repeating units derived from acrylonitrile.
アクリロニトリル共重合体の場合、アクリロニトリル以外に由来する繰り返し単位(以下、「共重合成分」と称する。)としては、例えば、アクリル酸;メタクリル酸;イタコン酸;アクリル酸メチル等のアクリル酸誘導体;メタクリル酸メチル等のメタクリル酸誘導体;アクリルアミド、メタクリルアミド、N-メチロ-ルアクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド等のアクリルアミド誘導体;および酢酸ビニル等のビニル重合性モノマーが挙げられる。共重合成分は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。共重合成分としては、1個以上のカルボキシ基を有するビニル重合性モノマーが好ましい。 In the case of an acrylonitrile copolymer, repeating units derived from sources other than acrylonitrile (hereinafter referred to as "copolymerization components") include, for example, acrylic acid; methacrylic acid; itaconic acid; acrylic acid derivatives such as methyl acrylate; Examples include methacrylic acid derivatives such as methyl acid; acrylamide derivatives such as acrylamide, methacrylamide, N-methylol-acrylamide, and N,N-dimethylacrylamide; and vinyl polymerizable monomers such as vinyl acetate. The number of copolymerization components may be one, or two or more. As the copolymerization component, a vinyl polymerizable monomer having one or more carboxy groups is preferred.
アクリロニトリル共重合体を製造する重合方法は、特に限定されず、例えば、アクリロニトリル共重合体を溶解する有機溶剤中の溶液重合、アクリロニトリル(と共重合成分)の水溶液における水系析出重合、等が挙げられる。
紡糸原液に用いる有機溶剤としては、例えば、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の極性有機溶剤が挙げられる。これらの極性有機溶剤を用いて得られる紡糸原液は、金属元素を含まないため、得られる炭素繊維束の金属元素の含有量を低くすることができる。
紡糸原液の固形分濃度は、20質量%以上が好ましい。
The polymerization method for producing the acrylonitrile copolymer is not particularly limited, and examples thereof include solution polymerization in an organic solvent that dissolves the acrylonitrile copolymer, aqueous precipitation polymerization in an aqueous solution of acrylonitrile (and copolymerization component), etc. .
Examples of the organic solvent used in the spinning dope include polar organic solvents such as dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, and dimethylformamide. Since the spinning dope obtained using these polar organic solvents does not contain metal elements, the content of metal elements in the resulting carbon fiber bundle can be reduced.
The solid content concentration of the spinning dope is preferably 20% by mass or more.
紡糸方法は、湿式紡糸、乾湿式紡糸のいずれでもよい。
例えば、乾湿式紡糸では、吐出孔が多数配置された紡糸口金から紡糸原液を一旦空気中に紡出した後、調温した凝固液中に導いて凝固させ、形成された多数のフィラメントを纏めて凝固糸として引き取る。
凝固液は、紡糸原液に用いる極性有機溶剤と水の混合溶液などの公知のものを使用できる。
The spinning method may be either wet spinning or wet/dry spinning.
For example, in wet-dry spinning, a spinning stock solution is spun into the air from a spinneret with many discharge holes, and then introduced into a temperature-controlled coagulation solution and coagulated, and a large number of filaments formed are collected. Take it off as a coagulated thread.
As the coagulating solution, a known solution such as a mixed solution of a polar organic solvent and water used in the spinning dope can be used.
工程(b)では、工程(a)で得た凝固糸を洗浄、延伸して、工程糸を得る。
洗浄の方法は、凝固糸から溶剤を除去できる方法であればよく、公知の方法を採用できる。
凝固糸を洗浄する前に、繊維を空気中で延伸したり、凝固液よりも溶剤濃度が低く温度が高い溶剤水溶液に中で延伸したりすることで、より緻密なフィブリル構造を形成させることもできる。
また、凝固糸の洗浄後に、繊維を熱水中で延伸することで繊維中のアクリロニトリル共重合体の配向をさらに高めることができ、また若干の緩和を行うことで延伸の歪みを取ることもできる。
In step (b), the coagulated thread obtained in step (a) is washed and stretched to obtain a process thread.
The washing method may be any method as long as it can remove the solvent from the coagulated thread, and any known method can be used.
Before washing the coagulated threads, a more dense fibril structure can be formed by stretching the fibers in air or in an aqueous solution with a lower solvent concentration and higher temperature than the coagulating solution. can.
In addition, after washing the coagulated threads, the orientation of the acrylonitrile copolymer in the fibers can be further enhanced by stretching the fibers in hot water, and by slightly relaxing the fibers, it is also possible to remove the distortion caused by the stretching. .
工程(c)では、工程(b)で得た工程糸に油剤を付着させ、乾燥緻密化し、交絡を付与して前駆体繊維束を得る。
油剤としては公知のものを使用でき、例えば、シリコーンオイル等のシリコーン系化合物からなる油剤が挙げられる。
乾燥緻密化する方法は、油剤が付着した工程糸を公知の乾燥法で乾燥することにより緻密化させればよく、特に制限はない。
乾燥緻密化後の繊維を、必要に応じて、130~200℃の加圧スチーム中、あるいは加熱ロール間や加熱板上で、1.8~6倍に延伸し、アクリロニトリル共重合体の配向のさらなる向上と緻密化を行ってもよい。
さらに、交絡装置で工程糸にエアーを吹き付けて交絡を付与する。交絡装置に特に制限は無いが、上下からエアーを工程糸に吹き付けるものが、交絡が均一になりやすいので好ましい。
In step (c), an oil agent is applied to the process yarn obtained in step (b), the yarn is dried and densified, and entangled to obtain a precursor fiber bundle.
Known oils can be used, and examples include oils made of silicone compounds such as silicone oil.
The method of drying and densification is not particularly limited, as long as the process yarn to which the oil agent has been adhered is dried by a known drying method.
The fibers after drying and densification are stretched 1.8 to 6 times in pressurized steam at 130 to 200°C, or between heating rolls or on a heating plate, as necessary, to change the orientation of the acrylonitrile copolymer. Further improvements and refinements may be made.
Furthermore, an interlacing device blows air onto the process yarn to impart entanglement. Although there are no particular restrictions on the entangling device, it is preferable to use one that blows air onto the process yarn from above and below, since this tends to result in uniform entangling.
工程(d)では、工程(c)で得た前駆体繊維束を耐炎化処理し、耐炎化繊維束を得る。
耐炎化処理として、例えば、220~260℃の空気雰囲気で温度が段階的に上昇するように設定した熱風炉を、30~100分間で通過させる方法が挙げられる。
耐炎化処理中に繊維を伸長しても良い。耐炎化処理における適度な伸長を行うことで、繊維を形成しているフィブリル構造の配向を維持したり、向上させたりすることができ、力学特性に優れた炭素繊維束が得られやすい。
耐炎化繊維束を構成する単繊維の密度を、1.33~1.37g/cm3とすることが好ましい。
In step (d), the precursor fiber bundle obtained in step (c) is flame-resistant treated to obtain a flame-resistant fiber bundle.
As the flameproofing treatment, for example, there is a method in which the material is passed through a hot air oven set to gradually increase the temperature in an air atmosphere of 220 to 260° C. for 30 to 100 minutes.
The fibers may be elongated during the flameproofing treatment. By performing appropriate elongation during the flameproofing treatment, the orientation of the fibril structure forming the fibers can be maintained or improved, making it easier to obtain carbon fiber bundles with excellent mechanical properties.
The density of the single fibers constituting the flame-resistant fiber bundle is preferably 1.33 to 1.37 g/cm 3 .
工程(e)では、工程(d)で得た耐炎化繊維束を炭素化処理し、炭素繊維束を得る。
炭素化処理としては、例えば、窒素等の不活性雰囲気にて最高温度を600℃から800℃として加熱処理する第一炭素化処理と、窒素等の不活性雰囲気にて最高温度を1200℃から2000℃として加熱処理する第二炭素化処理とを含む処理が挙げられる。
第一炭素化処理の処理時間は、1~3分が好ましい。第一炭素化処理においては、フィブリル構造の配向を維持させやすい点から、伸長操作を行うことが好ましい。
第二炭素化処理における処理時間は、1.3~5分が好ましい。第二炭素化処理における温度と処理時間によって炭素繊維束の強度と弾性率を制御することができる。
第二炭素化処理では、繊維束に大きな収縮が発生するため、伸長率を-5%~-2%にすることが好ましい。
第二炭素化処理後は、必要に応じて追加で第三炭素化処理を行ってもよい。
In step (e), the flame-resistant fiber bundle obtained in step (d) is carbonized to obtain a carbon fiber bundle.
Examples of the carbonization treatment include a first carbonization treatment in which the maximum temperature is 600°C to 800°C in an inert atmosphere such as nitrogen, and a first carbonization treatment in which the maximum temperature is 1200°C to 2000°C in an inert atmosphere such as nitrogen. A treatment including a second carbonization treatment in which heat treatment is performed at a temperature of 0.degree.
The treatment time of the first carbonization treatment is preferably 1 to 3 minutes. In the first carbonization treatment, it is preferable to perform an elongation operation because it is easy to maintain the orientation of the fibril structure.
The treatment time in the second carbonization treatment is preferably 1.3 to 5 minutes. The strength and elastic modulus of the carbon fiber bundle can be controlled by the temperature and treatment time in the second carbonization treatment.
In the second carbonization treatment, large shrinkage occurs in the fiber bundle, so it is preferable to set the elongation rate to -5% to -2%.
After the second carbonization treatment, a third carbonization treatment may be additionally performed as necessary.
工程(f)では、工程(e)で得た炭素繊維束に表面酸化処理を施す。表面酸化処理には公知の方法を採用でき、例えば、電解酸化、薬剤酸化、空気酸化等が挙げられる。なかでも、電解酸化が好ましい。 In step (f), the carbon fiber bundle obtained in step (e) is subjected to surface oxidation treatment. Known methods can be used for surface oxidation treatment, such as electrolytic oxidation, chemical oxidation, air oxidation, and the like. Among these, electrolytic oxidation is preferred.
工程(g)では、工程(f)で得た炭素繊維束にサイジング剤を付与する。サイジング剤を有機溶剤に溶解させた溶液や、乳化剤等で水に分散させたエマルションを炭素繊維束に付与した後に、乾燥することで炭素繊維束にサイジング剤を付与することができる。
サイジング剤としては公知のサイジング剤を使用できる。エポキシ樹脂をエマルションにして用いることが好ましい。
炭素繊維束のサイジング剤の付着量の調節は、前記溶液やエマルション中のサイジング剤の濃度を調節したり、溶液やエマルション付与後の絞り量を調節したりすることで行える。炭素繊維束のサイジング剤の付着量は0.4~2.0質量%とすることが好ましい。溶液やエマルションを付与した後の乾燥方法は、特に限定されず、例えば、熱風、熱板、加熱ローラー、赤外線ヒーター等を利用して行うことができる。
In step (g), a sizing agent is applied to the carbon fiber bundle obtained in step (f). The sizing agent can be applied to the carbon fiber bundle by applying a solution in which the sizing agent is dissolved in an organic solvent or an emulsion in which the sizing agent is dispersed in water using an emulsifier or the like to the carbon fiber bundle and then drying the carbon fiber bundle.
As the sizing agent, a known sizing agent can be used. It is preferable to use the epoxy resin in the form of an emulsion.
The amount of the sizing agent attached to the carbon fiber bundle can be adjusted by adjusting the concentration of the sizing agent in the solution or emulsion, or by adjusting the amount of squeezing after applying the solution or emulsion. The amount of the sizing agent attached to the carbon fiber bundle is preferably 0.4 to 2.0% by mass. The drying method after applying the solution or emulsion is not particularly limited, and can be performed using, for example, hot air, a hot plate, a heated roller, an infrared heater, or the like.
工程(h)のワインディング処理では、炭素繊維束をトラバースしながら巻き芯上に巻き取って炭素繊維束のスプールを得る。図6には、トラバースをかけながら炭素繊維束を巻き芯31a上に巻き取る一例の工程の概略を示す。炭素繊維束にねじれが生じないよう上部第1固定ガイドロール32と上部第2固定ガイドロール33の距離は、200mm以下とすることが好ましい。上部第2ガイドロール33からトラバースガイド群34に至る間で炭素繊維束35を90°ねじり、炭素繊維束の幅広面を図6の紙面に平行にする。この際には炭素繊維束に折れなどが生じないよう1000mm以上の距離をとって配置するのが好ましい。トラバースガイド群34が図6の紙面厚み方向に往復することで、スプール31上への炭素繊維束の巻き付き位置を制御する。炭素繊維束を巻き取る方法は、ねじれ等がない状態でスプール上へ炭素繊維束を巻き取ることができる方法であればいかなる方法であっても良い。 In the winding process of step (h), the carbon fiber bundle is traversed and wound onto a winding core to obtain a spool of the carbon fiber bundle. FIG. 6 schematically shows an example of the process of winding the carbon fiber bundle onto the winding core 31a while performing traverse. The distance between the first upper fixed guide roll 32 and the second upper fixed guide roll 33 is preferably 200 mm or less so that the carbon fiber bundle is not twisted. The carbon fiber bundle 35 is twisted by 90 degrees between the upper second guide roll 33 and the traverse guide group 34, so that the wide surface of the carbon fiber bundle is parallel to the paper plane of FIG. In this case, it is preferable to arrange the carbon fiber bundles at a distance of 1000 mm or more to prevent bending or the like. By reciprocating the traverse guide group 34 in the thickness direction of the paper in FIG. 6, the position at which the carbon fiber bundle is wound onto the spool 31 is controlled. The method for winding up the carbon fiber bundle may be any method as long as it can wind up the carbon fiber bundle onto the spool without twisting or the like.
上述の工程(a)~(h)の何れにおいても、炭素繊維束の平均引き裂き可能距離、炭素繊維束の厚み1mm当たりの交絡度、炭素繊維束のトウ幅変動率を制御する操作が行える。
例えば、工程(c)の最後、あるいは工程(d)において前駆体繊維束を耐炎化炉に導入する前に、前駆体繊維束に空気等の流体を吹き付け、その流体の流量を調節することで炭素繊維束の厚み1mm当たりの交絡度を制御することができる。
また、工程(g)において付与するサイジング剤の付着量を調節することで炭素繊維束の厚み1mm当たりの交絡度を制御することもできる。
In any of the above steps (a) to (h), operations can be performed to control the average tearable distance of the carbon fiber bundle, the degree of entanglement per 1 mm thickness of the carbon fiber bundle, and the rate of variation in the tow width of the carbon fiber bundle.
For example, at the end of step (c) or before introducing the precursor fiber bundle into the flameproofing furnace in step (d), a fluid such as air may be sprayed onto the precursor fiber bundle and the flow rate of the fluid may be adjusted. The degree of entanglement per 1 mm thickness of the carbon fiber bundle can be controlled.
Moreover, the degree of entanglement per 1 mm thickness of the carbon fiber bundle can also be controlled by adjusting the amount of the sizing agent applied in step (g).
以下、本発明について実施例を挙げて具体的に説明するが、以下の実施例は本発明の範囲を限定するものではない。実施例における各種算出および測定方法は以下の通りとした。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the following Examples do not limit the scope of the present invention. Various calculations and measurement methods in Examples were as follows.
(炭素繊維の単繊維の直径の算出方法)
炭素繊維束を構成する炭素繊維の密度(g/cm3)、炭素繊維束1m当たりの質量(g/m)、炭素繊維束のフィラメント数より、炭素繊維フィラメント1本当たりの断面積を算出した。その断面積と等しい面積を有する真円の直径を算出し、炭素繊維の単繊維の直径とした。
(Method for calculating the diameter of a carbon fiber single fiber)
The cross-sectional area of one carbon fiber filament was calculated from the density of the carbon fibers constituting the carbon fiber bundle (g/cm 3 ), the mass per meter of carbon fiber bundle (g/m), and the number of filaments in the carbon fiber bundle. . The diameter of a perfect circle having an area equal to the cross-sectional area was calculated and used as the diameter of a single carbon fiber.
(平均引裂可能距離の測定方法)
炭素繊維束を1160mmの長さにカットし、その一端を水平な台上に粘着テープで動かないように固定する(この点を固定点Aと呼ぶ)。該繊維束の固定していない方の一端を指で2分割し、その一方を緊張させた状態で台上に粘着テープで動かないように固定する(この点を固定点Bと呼ぶ)。
2分割した他方を、固定点Aが支点となり弛みが出ないよう台上に沿って動かし、固定点Bからの直線距離が500mmの位置で静止させ、台上に粘着テープで動かないように固定する(この点を固定点Cと呼ぶ)。固定点A、B、Cで囲まれた領域を目視で観察し、固定点Aから最も遠い交絡点を見つけ、固定点Aと固定点Bで結ばれる直線上に投影した距離を最低目盛りが1mmの定規で読み取り、引き裂き可能距離とする。前記操作の繰り返し30回の測定の算術平均値を平均引き裂き可能距離とする。
本測定方法において、固定点Aから最も遠い交絡点とは、固定点Aからの直線距離が最も遠く、かつ弛みのない3本以上のフィラメントが交絡している点のことである。
(Measurement method of average tearable distance)
The carbon fiber bundle was cut to a length of 1160 mm, and one end of the carbon fiber bundle was fixed with adhesive tape on a horizontal table so that it would not move (this point is referred to as fixing point A). One end of the unfixed fiber bundle is divided into two parts with a finger, and one part is fixed to the table with adhesive tape in a taut state so that it does not move (this point is referred to as fixing point B).
Move the other half of the two halves using fixed point A as a fulcrum and move them along the table so that there is no slack, stop them at a straight-line distance of 500 mm from fixed point B, and fix them on the table with adhesive tape so that they do not move. (This point is called fixed point C). Visually observe the area surrounded by fixed points A, B, and C, find the farthest intersecting point from fixed point A, and measure the distance projected on the straight line connected between fixed points A and B with a minimum scale of 1 mm. Read with a ruler to determine the distance that can be torn apart. The arithmetic mean value of the measurements obtained by repeating the above operation 30 times is defined as the average tearable distance.
In this measurement method, the intertwined point furthest from the fixed point A is the point where the straight line distance from the fixed point A is the furthest and three or more filaments without slack are intertwined.
(繊維束の厚み1mm当たりの交絡度の測定方法)
a)スプールから可能な限り低い張力で撚りを加えることなく解舒した炭素繊維束を1.4m切り出し試料とする。試料の形態を乱さないように試料の一方の端部を垂下装置の上部つかみ部に取り付け、上部つかみ部から1m下方の位置におもりをつり下げて試料を鉛直方向に垂らす。おもりの荷重は試料のテックス数に、17.64を乗じた荷重(mN)とし、980mNを上限とする。
b)上部つかみ部から5cm下の位置で厚み測定装置ダイヤルシックネスゲージ((株)ミツトヨ製、コードNo.7321)を用いて試料の厚みを測定する。
c)試料の上部つかみ部から10cm下の位置に繊維束をほぼ2等分するように、直径が0.5mmの表面が滑らかに仕上げ処理されているフックの一端を挿入し、フックの他端に試料のテックス数をフィラメント数で除した値に88.2を乗じた値で、19.6を下限値、98を上限値とする荷重(mN)を取り付け、自然落下させフックを下降させる。
d)フックの一端を挿入した開始点からフックが糸の絡みによって停止した点までのフックの下降距離(m)を測定し、フックの挿入位置を、フックを停止位置より約10mmの間隔を空けた下部に刺し直して、順次下降距離を測定する。
e)フックが1m下方のおもりのつり下げ位置に達したら、その時の下降距離は測定せずに、未測定の試料を上記a)と同様に準備し、上記b)から同様の操作により、フックの下降距離を測定し合計50回測定し平均値を求め、その逆数としてフックが1m下降するのに必要な下降回数を算出し交絡度とした。
f)上記e)で求めた交絡度を、試料の厚みの平均値として算出した炭素繊維束の厚み(mm)で除し、繊維束の厚み1mm当たりの交絡度を算出した。
(Method for measuring degree of entanglement per 1 mm thickness of fiber bundle)
a) A 1.4 m long carbon fiber bundle was unwound from the spool at the lowest possible tension without twisting and was used as a sample. One end of the sample is attached to the upper grip of the hanging device so as not to disturb the shape of the sample, and a weight is suspended 1 m below the upper grip to suspend the sample in the vertical direction. The load of the weight is the load (mN) obtained by multiplying the tex number of the sample by 17.64, and the upper limit is 980 mN.
b) Measure the thickness of the sample at a position 5 cm below the upper grip using a dial thickness gauge (manufactured by Mitutoyo Co., Ltd., code No. 7321).
c) Insert one end of a hook with a diameter of 0.5 mm and a smooth surface so as to divide the fiber bundle into two
d) Measure the descending distance (m) of the hook from the starting point where one end of the hook is inserted to the point where the hook stops due to the entanglement of the thread, and place the hook insertion position approximately 10 mm apart from the hook stopping position. Re-insert the needle in the lower part of the tube and measure the descending distance in sequence.
e) When the hook reaches the hanging position of the weight 1m below, prepare the unmeasured sample in the same way as in a) above without measuring the descending distance, and remove the hook from b) by the same operation. The descending distance of the hook was measured 50 times in total, the average value was determined, and the number of descending times required for the hook to descend by 1 m was calculated as the reciprocal of the descending distance, which was defined as the degree of entanglement.
f) The degree of entanglement determined in e) above was divided by the thickness (mm) of the carbon fiber bundle calculated as the average thickness of the sample to calculate the degree of entanglement per 1 mm of the thickness of the fiber bundle.
(炭素繊維束の平均トウ幅およびトウ幅変動率の測定方法)
図5に示した装置を用いて、炭素繊維束を巻き出しスプール13から、巻き出しダンサーロール17Aで巻き出し張力を20Nに制御しながら、ゴデットロール18で速度50m/分で引き出し、巻き取りダンサーロール17Bで巻き取り張力を20Nに制御しながら、巻き取りスプール16に巻き取った。その間にトウ幅センサ15(CCD透過型デジタルレーザセンサ、株式会社キーエンス製、センサヘッド:IG-028)にて、炭素繊維束の幅(トウ幅)を繊維束の長さ1000mに渡って測定した。センサを設置する箇所の前後のロール間距離は炭素繊維束(トウ)の傾きやねじれが生じない距離とする。データサンプリング間隔を20msとして、得られる60000点のトウ幅のデータから、平均トウ幅とトウ幅の変動係数を求めた。トウ幅の変動係数をトウ幅変動率とした。
(Method for measuring average tow width and tow width variation rate of carbon fiber bundle)
Using the apparatus shown in FIG. 5, the carbon fiber bundle is pulled out from the unwinding
(引き抜き成形時のレジンバックフロー率の評価方法)
高次加工時の炭素繊維束の取り扱い性評価の指標として、引き抜き成形時のレジンバックフロー率の評価を行った。炭素繊維束を10本使用し、エポキシ樹脂組成物にはDY9577(三塩化ホウ素アミン錯体、ハンツマン・ジャパン株式会社製)7質量部とCY184(脂環式エポキシ樹脂、ハンツマン・ジャパン株式会社製)100質量部の混合物を使用した。引き抜き成形条件は、引抜金型の直径を6mm、金型温度を190℃、トウ張力を1500cN、引抜速度を0.25m/分とし引き抜き成形物を得た。引き抜き成形を実施中に、エポキシ樹脂組成物を含浸した炭素繊維束が金型に進入する際に、引き抜き成形物長さ1mを得るための、金型入り口から溢れてくるエポキシ樹脂組成物の質量をレジンバックフロー量とし、レジンバックフロー量を長さ1mの引抜成形品中の樹脂の質量で除すことでバックフロー倍率を算出した。
(Evaluation method of resin backflow rate during pultrusion molding)
As an index for evaluating the handling of carbon fiber bundles during high-order processing, we evaluated the resin backflow rate during pultrusion molding. Ten carbon fiber bundles were used, and the epoxy resin composition contained 7 parts by mass of DY9577 (boron trichloride amine complex, manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.) and 100 parts by mass of CY184 (alicyclic epoxy resin, manufactured by Huntsman Japan Co., Ltd.). A mixture of parts by weight was used. The pultrusion molding conditions were such that the diameter of the pultrusion mold was 6 mm, the mold temperature was 190° C., the tow tension was 1500 cN, and the drawing speed was 0.25 m/min to obtain a pultrusion molded product. During pultrusion, when the carbon fiber bundle impregnated with the epoxy resin composition enters the mold, the mass of the epoxy resin composition overflowing from the entrance of the mold to obtain a pultrusion molded product with a length of 1 m. was defined as the resin backflow amount, and the backflow magnification was calculated by dividing the resin backflow amount by the mass of the resin in the pultrusion molded product having a length of 1 m.
(プリプレグ作製時における毛羽発生量の評価方法)
高次加工時の炭素繊維束の取り扱い性評価の指標として、一方向に炭素繊維を引き揃えたプリプレグを作製する際に、アイレットガイドに堆積した毛羽の量を評価した。55本の炭素繊維束を1000m引き出してアイレットガイドに堆積した毛羽の量(g)を計測し、炭素繊維束の長さ(=1000)、本数(=55)で除することにより炭素繊維束1本の1mあたりで発生する毛羽量(g)を求めた。
(Method for evaluating the amount of fuzz generated during prepreg production)
As an index for evaluating the handleability of carbon fiber bundles during high-order processing, we evaluated the amount of fuzz that accumulated on the eyelet guide when producing prepregs in which carbon fibers were aligned in one direction. Pull out 55 carbon fiber bundles for 1000 m, measure the amount of fluff (g) accumulated on the eyelet guide, and divide by the length of the carbon fiber bundle (=1000) and the number of carbon fiber bundles (=55). The amount of fluff (g) generated per meter of the book was determined.
(ストランド物性の測定方法)
JIS R 7608:2007に準拠して、炭素繊維束のストランド強度及びストランド弾性率を測定した。なお、ストランド弾性率は、同法のA法で算出した。
(Method for measuring strand physical properties)
The strand strength and strand elastic modulus of the carbon fiber bundle were measured in accordance with JIS R 7608:2007. Note that the strand elastic modulus was calculated using method A of the same method.
(実施例1)
単繊維繊度2.5dtex、真円度0.86、単繊維数24000本、総繊度60000dtexの前駆体繊維束を交絡装置に通して空気を吹き付けて、複数の単繊維間に交絡処理を施した。
交絡装置は、図1~3に示すものであり、前駆体繊維束を通す空間が丸断面形状のものを使用し、前駆体繊維束と接触する部分にはメッキ加工を施した。交絡装置の丸断面の大きさは直径16mmとし、工程糸に噴き出す圧縮空気の流量を500NL/分とした。圧縮空気は上下各1個の噴き出し口から工程糸に向けて噴き出した。
交絡装置に導入する時点の繊維束の幅は18mm、水分率は3%であり、処理速度は、90m/分、外気温度は25℃であった。
(Example 1)
A precursor fiber bundle with a single fiber fineness of 2.5 dtex, roundness of 0.86, 24,000 single fibers, and a total fineness of 60,000 dtex was passed through an interlacing device and air was blown to perform interlacing treatment between multiple single fibers. .
The interlacing device shown in FIGS. 1 to 3 was one in which the space through which the precursor fiber bundle passed had a round cross-section, and the portion that came into contact with the precursor fiber bundle was plated. The size of the round cross section of the entangling device was 16 mm in diameter, and the flow rate of compressed air blown onto the process yarn was 500 NL/min. Compressed air was blown out toward the process yarn from one outlet at the top and one at the bottom.
The width of the fiber bundle at the time of introduction into the entangling device was 18 mm, the moisture content was 3%, the processing speed was 90 m/min, and the outside temperature was 25°C.
このようにして交絡処理した前駆体繊維束を、熱風循環式耐炎化炉にて240℃~260℃の加熱空気中で伸張率を+2.0%として70分間耐炎化処理を行って耐炎化繊維束を得た後、窒素雰囲気下、最高温度が660℃の熱処理炉にて伸張率を3.0%として、1.5分間の前炭素化処理を行い、次いで窒素雰囲気下、最高温度が1350℃の熱処理炉にて伸張率を-4.5%として、1.5分間、炭素化処理し、炭素化繊維束を得た。 The thus-entangled precursor fiber bundles are subjected to flame-retardant treatment in heated air at 240°C to 260°C for 70 minutes at an elongation rate of +2.0% in a hot air circulation flame-retardant furnace to create flame-retardant fibers. After obtaining the bundle, a pre-carbonization treatment was performed for 1.5 minutes at an elongation rate of 3.0% in a heat treatment furnace with a maximum temperature of 660°C under a nitrogen atmosphere, and then under a nitrogen atmosphere with a maximum temperature of 1350°C. Carbonization treatment was carried out for 1.5 minutes at an elongation rate of -4.5% in a heat treatment furnace at .degree. C. to obtain a carbonized fiber bundle.
次いで、炭素化繊維束を重炭酸アンモニウム5質量%水溶液中で走行させ、炭素化繊維束を陽極として、炭素化繊維束1g当たり30クーロンの電気量となるように対極との間で通電処理を行った後、90℃の温水で洗浄して乾燥した。次いで、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を主成分とするサイジング剤を6.0質量%含む水分散液に浸漬した。次いで、ニップロールを通過させた後に150℃に加熱されたロールに30秒間接触させることで水分を乾燥し、炭素繊維に対して1.2質量%のサイジング剤が付着したサイジング剤付着炭素繊維束を得た。 Next, the carbonized fiber bundle was run in an aqueous solution of 5% by mass of ammonium bicarbonate, and the carbonized fiber bundle was used as an anode to conduct an electric current treatment between it and a counter electrode so that the amount of electricity was 30 coulombs per 1 g of the carbonized fiber bundle. After that, it was washed with 90°C warm water and dried. Next, it was immersed in an aqueous dispersion containing 6.0% by mass of a sizing agent containing bisphenol A type epoxy resin as a main component. Next, after passing through a nip roll, the moisture was dried by contacting with a roll heated to 150°C for 30 seconds, and the sizing agent-attached carbon fiber bundle, to which 1.2% by mass of sizing agent was attached to the carbon fibers, was obtained. Obtained.
得られた炭素繊維を神津製作所製KTW-C型巻取機(商品名)を使用し炭素繊維束を紙製の巻芯(紙管)に巻き取った。紙管としては直径82mm、長さ280mmのものを使用し、トラバース幅は254mmとした。炭素繊維束の巻取部への供給速度は11m/分とし、炭素繊維束を上記紙管に2000m巻き取った。 The obtained carbon fiber bundle was wound around a paper core (paper tube) using a KTW-C type winder (trade name) manufactured by Kozu Seisakusho. A paper tube with a diameter of 82 mm and a length of 280 mm was used, and the traverse width was 254 mm. The carbon fiber bundle was fed to the winding section at a speed of 11 m/min, and the carbon fiber bundle was wound around the paper tube for 2000 m.
このようにして得られた炭素繊維束の各種評価を行った。得られた炭素繊維束を巻き出した際のトウ幅安定性は高く、高次加工時の取り扱い性も良好であった。結果を表1に示す Various evaluations of the carbon fiber bundle thus obtained were performed. The tow width stability when the obtained carbon fiber bundle was unwound was high, and the handleability during high-order processing was also good. The results are shown in Table 1.
(実施例2)
交絡装置に供給する圧縮空気の流量を300NL/分とした以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束を巻き出した際のトウ幅安定性は高く、高次加工時の取り扱い性も良好であった。評価結果を表1に示した。
(Example 2)
A carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the flow rate of compressed air supplied to the entangling device was 300 NL/min. The tow width stability when the obtained carbon fiber bundle was unwound was high, and the handleability during high-order processing was also good. The evaluation results are shown in Table 1.
(実施例3)
交絡装置に供給する圧縮空気の流量を200NL/分とした以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束を巻き出した際のトウ幅安定性は高く、高次加工時の取り扱い性も良好であった。評価結果を表1に示した。
(Example 3)
A carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the flow rate of compressed air supplied to the entangling device was 200 NL/min. The tow width stability when the obtained carbon fiber bundle was unwound was high, and the handleability during high-order processing was also good. The evaluation results are shown in Table 1.
(実施例4)
交絡装置に供給する圧縮空気の流量を100NL/分とした以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束を巻き出した際のトウ幅安定性は高く、高次加工時の取り扱い性も良好であった。評価結果を表1に示した。
(Example 4)
A carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the flow rate of compressed air supplied to the entangling device was 100 NL/min. The tow width stability when the obtained carbon fiber bundle was unwound was high, and the handleability during high-order processing was also good. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例1)
交絡装置に供給する圧縮空気の流量を50NL/分とした以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束を巻き出した際のトウ幅安定性は低く、高次加工時の取り扱い性も不良であった。評価結果を表1に示した。
(Comparative example 1)
A carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the flow rate of compressed air supplied to the entangling device was 50 NL/min. The tow width stability when the obtained carbon fiber bundle was unwound was low, and the handleability during high-order processing was also poor. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例2)
交絡装置に供給する圧縮空気の流量を550NL/分とした以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束を巻き出した際のトウ幅安定性は低く、高次加工時の取り扱い性も不良であった。評価結果を表1に示した。
(Comparative example 2)
A carbon fiber bundle was obtained in the same manner as in Example 1, except that the flow rate of compressed air supplied to the entangling device was 550 NL/min. The tow width stability when the obtained carbon fiber bundle was unwound was low, and the handleability during high-order processing was also poor. The evaluation results are shown in Table 1.
(比較例3)
交絡装置は、前駆体繊維を通す空間が偏平矩形断面形状のものを使用し、前駆体繊維束と接触する部分にはメッキ加工を施した。交絡装置の空気吹き出し孔の孔径、ピッチ、高さ(前記偏平矩形断面形状の短辺方向の長さ)、及び幅(前記偏平矩形断面形状の長辺方向の寸法)は、それぞれφ0.75、1.35mm、2.5mm、及び20mmとし、交絡装置に供給する圧縮空気の流量を200NL/分とした以外は、実施例1と同様の方法で炭素繊維束を得た。得られた炭素繊維束を巻き出した際のトウ幅安定性は低く、高次加工時の取り扱い性も不良であった。評価結果を表1に示した。
(Comparative example 3)
The interlacing device used had a space through which the precursor fibers passed and had a flat rectangular cross-section, and the portions that came into contact with the precursor fiber bundles were plated. The hole diameter, pitch, height (length in the short side direction of the flat rectangular cross-sectional shape), and width (dimension in the long side direction of the flat rectangular cross-sectional shape) of the air blowing holes of the interlacing device are φ0.75, respectively. Carbon fiber bundles were obtained in the same manner as in Example 1, except that the lengths were 1.35 mm, 2.5 mm, and 20 mm, and the flow rate of compressed air supplied to the entangling device was 200 NL/min. The tow width stability when the obtained carbon fiber bundle was unwound was low, and the handleability during high-order processing was also poor. The evaluation results are shown in Table 1.
(参考例1)
三菱ケミカル(株)製の炭素繊維束パイロフィルTRW40-50L(フィラメントフィラメント繊度0.75dtex、フィラメント数50000本、サイジング剤:K、サイジング剤付着量:1.4%)の各種評価を行った。評価結果を表1に示した。
(Reference example 1)
Various evaluations were performed on carbon fiber bundle Pyrofil TRW40-50L (filament fineness 0.75 dtex, number of filaments 50,000, sizing agent: K, sizing agent adhesion amount: 1.4%) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. The evaluation results are shown in Table 1.
1:交絡付与装置
2:繊維束の走行路
3:流体噴射室
3a:内壁面
3b:流体噴射孔
4:シール室
4a:ハウジング
4b:ラビリンスシール構造体
5:シール室
5a:ハウジング
5b:ラビリンスシール構造体
6:エゼクター
6a:流体導入口
F:炭素繊維前駆体繊維束
7:炭素繊維束
8:固定点A
9:固定点B
10:固定点C
11:交絡点
12:引き裂き可能距離
13:巻き出しスプール
14:炭素繊維束
15:トウ幅センサ
16:巻き取りスプール
17A:巻き出しダンサーロール
17B:巻き取りダンサーロール
18:ゴデットロール
19:スプール
19a:巻き芯
20:上部第1固定ガイドロール
21:上部第2固定ガイドロール
22:トラバースガイド群
23:炭素繊維束
1: Entanglement imparting device 2: Fiber bundle travel path 3: Fluid injection chamber 3a:
9: Fixed point B
10: Fixed point C
11: Intertwining point 12: Tearing distance 13: Unwinding spool 14: Carbon fiber bundle 15: Tow width sensor 16: Winding
22: Traverse guide group 23: Carbon fiber bundle
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