(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維長が５００ｍｍ以下の炭素繊維ステープルからなり、構成する炭素繊維ステープルの糸断面構成繊維本数が２０本〜５００本である糸を、たて糸および／またはよこ糸に用いてなる織物であるとともに、たて糸、あるいはよこ糸の織物密度が１０本／ｃｍ以上であり、かつ、織物目付が、１０ｇ／ｍ2 〜１００ｇ／ｍ2 であることを特徴とする炭素繊維織物。
【請求項２】
ステープルダイヤグラムにおいて、最小繊維長が１ｍｍ以下の極短繊維と、最大繊維長が３０〜５００ｍｍである短繊維とを少なくとも含んでおり、かつ該最小繊維長から最大繊維長の短繊維長さが実質的に連続的に変化した分布をとることを特徴とする請求項１に記載の炭素繊維織物。
【請求項３】
炭素繊維ステープルの単糸直径が、４μｍ〜２０μｍのＰＡＮ系炭素繊維であることを特徴とする請求項１または２記載の炭素繊維織物。
【請求項４】
たて糸および／またはよこ糸が実質的に無ヨリであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維織物。
【請求項５】
織物組織が、平織、綾織、または繻子織であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維織物。
【請求項６】
炭素繊維のマルチフィラメント糸を牽切することにより繊維長が５００ｍｍ以下の炭素繊維ステープル束とし、さらに該炭素繊維ステープル束の断面構成繊維本数が２０本〜５００本となるようにしたのち、さらに、該炭素繊維ステープル束をカバリング糸によりカバリングすることにより織物用糸とし、次いで、該織物用糸をたて糸および／またはよこ糸に用い、該たて糸および／またはよこ糸の織密度を１０本／ｃｍ以上にして製織し、織物目付が、１０ｇ／ｍ2 〜１００ｇ／ｍ2 である織物とすることを特徴とする炭素繊維織物の製造方法。
【請求項７】
製織した後、カバリング糸を除去することを特徴とする請求項６に記載の炭素繊維織物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭素繊維織物およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、軽くて、織物表面が滑らかで、曲げ特性が柔らかくて、高級な品位の炭素繊維織物およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
比弾性率が大きく、かつ比強度が大きいことを特徴とする炭素繊維は、レジャー用品から宇宙航空用途の構造材として幅広く利用されている。
【０００３】
このような構造材として炭素繊維を用いる場合、織物を基材とした成型体で用いるのが一般的である。
【０００４】
しかし、従来の炭素繊維織物は補強用として用いられるのが主であり、成型体に必要な剛性を得るために、通常用いられる織物の目付は１００ｇ／ｍ２  以上で、織物用糸の太さは６００デニール以上、さらに大型構造物補強用の織物にいたっては１８００デニール以上で、織物用糸の織密度は１本／ｃｍ〜３本／ｃｍ、比較的高密度な織物でも５本／ｃｍ以下が大多数であった。
【０００５】
このような炭素繊維織物は、比弾性率や比強度等に関する特性以外においては、織物として受けるイメージは、太い糸使い、粗い織密度、重い、硬い、雑な織物表面等により、日常見掛ける衣料用織物と比した場合、織物規格としては土嚢用の袋、あるいは玄米袋等の類似品の域である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記のごとき従来炭素繊維織物をポリエチレンのスリットヤーンあるいは、太い麻糸を使用したところの粗い密度で織り上げた土嚢袋、玄米袋に例えるならば、本発明の炭素繊維織物は、海島綿の細い糸を用い、密な軽い織物とした高級ハンカチに例えられるものである。
【０００７】
本発明の目的は、前記した点に鑑み、複合材料用の基材として、ドレープ性が良好で、深絞り成型時の曲面沿い性に非常に優れ、さらには、薄くて軽量なハイブリッド材のシートとして用いるのに好都合な、高級感のある炭素繊維織物を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明者等は炭素繊維で構成する織糸、および織物の構成について、鋭意検討を重ねた結果、織糸が高密度に組織し、軽くて表面品位に優れ、ドレープ性のある従来に無い炭素繊維織物を見いだした。
【０００９】
すなわち、本発明は、
（１）繊維長が５００ｍｍ以下の炭素繊維ステープルからなり、構成する炭素繊維ステープルの糸断面構成繊維本数が２０本〜５００本である糸を、たて糸および／またはよこ糸に用いてなる織物であるとともに、たて糸、あるいはよこ糸の織物密度が１０本／ｃｍ以上であり、かつ、織物目付が、１０ｇ／ｍ2 〜１００ｇ／ｍ2 であることを特徴とする炭素繊維織物である。
【００１０】
（２）ステープルダイヤグラムにおいて、最小繊維長が１ｍｍ以下の極短繊維と、最大繊維長が３０〜５００ｍｍである短繊維とを少なくとも含んでおり、かつ該最小繊維長から最大繊維長の短繊維長さが実質的に連続的に変化した分布をとることを特徴とする前記１に記載の炭素繊維織物である。
【００１１】
（３）炭素繊維ステープルの単糸直径が、４μｍ〜２０μｍのＰＡＮ系炭素繊維であることを特徴とする前記１または２記載の炭素繊維織物である。
【００１３】
（４）たて糸および／またはよこ糸が実質的に無ヨリであることを特徴とする前記１〜３のいずれかに記載の炭素繊維織物である。
【００１４】
（５）織物組織が、平織、綾織、または繻子織であることを特徴とする前記１〜４のいずれかに記載の炭素繊維織物である。
【００１５】
（６）炭素繊維のマルチフィラメント糸を牽切することにより繊維長が５００ｍｍ以下の炭素繊維ステープル束とし、さらに該炭素繊維ステープル束の断面構成繊維本数が２０本〜５００本となるようにしたのち、さらに、該炭素繊維ステープル束をカバリング糸によりカバリングすることにより織物用糸とし、次いで、該織物用糸をたて糸および／またはよこ糸に用い、該たて糸および／またはよこ糸の織密度を１０本／ｃｍ以上にして製織し、織物目付が、１０ｇ／ｍ2 〜１００ｇ／ｍ2 である織物とすることを特徴とする炭素繊維織物の製造方法である。
【００１６】
（７）製織した後、カバリング糸を除去することを特徴とする前記６に記載の炭素繊維織物の製造方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、さらに詳しく本発明について説明する。
【００１８】
本発明において用いられる炭素繊維は、ポリアクリロニトリル繊維をその前駆体とするものが好都合である。さらに、炭素繊維ステープルの単糸直径は４μｍ〜２０μｍが糸形成、織物形成のさいに取り扱いやすいので好都合であり、さらに５μｍ〜１０μｍがより好ましい。また、本発明の織物用糸をたて糸、よこ糸、あるいはたて糸、よこ糸の双方に使用し、他の糸と併用する場合においては、併用する繊維はセルロース系、ピッチ系の炭素繊維はもとより、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、あるいは天然繊維、合成繊維、その他いかなる繊維も使用できる。
【００１９】
本発明の炭素繊維織物を構成する糸は、繊維長が５００ｍｍ以下の炭素繊維ステープルからなり、好ましくは、該炭素繊維ステープルの繊維長が１ｍｍ以下の極短繊維と、繊維長が３０〜５００ｍｍの超長繊維とを少なくとも含んでなる炭素繊維ステープルであり、例えば次のようにして製造することができる。
【００２０】
通常の２組以上のニップローラを有する牽切機で、炭素繊維のマルチフィラメント糸を牽切することにより得ることができる。この場合、各ローラのニップ力は牽切しようとする炭素繊維の切断強力以上で、また、２組以上のニップローラの牽切ドラフト比は牽切しようとする炭素繊維の切断伸度以上でなければならないことはいうまでもない。さらに、２組以上のニップローラの、ニップ点の間隔、牽切ドラフト比を適宜設定することにより、切断最長繊維長が５００ｍｍ以下とすることができる。
【００２１】
牽切機により得られる切断炭素繊維の集合体には、最短繊維長は測長できない粉状のものまで含まれているが、本発明の織物となるまでの各工程で、１ｍｍ以下の極短繊維長さの切断炭素繊維は脱落してしまう繊維もある。最長切断繊維長が５００ｍｍ以上になると、切断炭素繊維の集合体をドラフトして細化する次工程において均一な細化が困難となる。
【００２２】
次いで、本発明の炭素繊維織物の織物用糸とするには、通常のドラフト部とカバリング部を合わせもつカバリング精紡機を用いることが好ましい。前記繊維長が５００ｍｍ以下の炭素繊維ステープルの束を、糸断面構成繊維本数が２０本〜５００本となるようにドラフトし、次いで、カバリング糸でカバリングしながら引取り、所定のボビンに巻き取ることにより織物用糸とすることができる。
【００２３】
糸断面構成繊維本数が２０本より少ないと、織物用糸として使用に耐える強力が得にくくなるばかりでなく、カバリング精紡機におけるカバリングの密度を大きくしなければ、連続糸として引取り、巻き取ることができにくくなり、さらには、糸切れ多発による紡調不良、糸の太さムラが大となり、織物の品質を悪化させる等の欠点が発生しやすく好ましくない。
【００２４】
また、炭素繊維とカバリング糸との繊度の相対比較において、糸構成炭素繊維の繊度がカバリング糸より小さい場合は、カバリング作用の際、糸張力が炭素繊維束よりもカバリング糸のほうが大きくなり、炭素繊維束がカバリング糸の回りに巻き付いた形状の糸となり、次工程の織物工程で取り扱いずらくなったりするので、カバリング糸の繊度は糸構成炭素繊維の繊度より相対的に小さい繊度の糸を用いる方が好ましい。
【００２５】
カバリング糸の素材は、特に限定されるものではないが、水または溶剤による易溶出型の繊維、もしくは炭素繊維よりも融点あるいは燃焼温度の低い繊維が好ましい。なぜならば、本発明の炭素繊維織物の用途如何によっては、該カバリング糸を除去して使用する場合も生じることがあるからである。カバリング糸の除去方法としては、溶出、焼き飛ばし等の一般的で簡単な方法の利用が好ましい。本発明の炭素繊維織物を得るために、上記織物用糸を、たて糸、あるいはよこ糸のいずれか、またはたて糸、よこ糸の双方に用いた織物構成について説明する。
【００２６】
上記織物用糸を、たて糸、あるいはよこ糸に用いる際の、組合せる他方のよこ糸あるいはたて糸は、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、あるいは天然繊維、合成繊維、その他いかなる繊維よりなる糸をも利用することが可能であるが、本発明の目的を損なわないために、本発明炭素繊維織物の織物用糸よりも見掛けの糸太さが細く、さらには、曲げ特性においても柔らかいものを用いることが好ましい。
【００２７】
本発明の炭素繊維織物の上記織物用たて糸あるいはよこ糸の織物密度は１０本／ｃｍ以上である。また、本発明の炭素繊維織物の織物目付は１０ｇ／ｍ2 〜１００ｇ／ｍ2 であり、好ましくは２０ｇ／ｍ2 〜１００ｇ／ｍ2 であり、織物用糸の繊度と織物密度を適宜組合せることにより達成することができる。
【００２８】
前記炭素繊維ステープルの単糸直径が４μｍ〜２０μｍ、糸断面構成繊維本数が２０本〜５００本の範囲において、たとえば、単糸直径が５μｍ、糸断面構成繊維本数が５０本の場合においては、たて糸およびよこ糸の織物密度を約３０本／ｃｍ以上とすることにより、織物目付を１０ｇ／ｍ２  とすることができる。また、織物目付が１０ｇ／ｍ２  より少ない織物では、薄くて軽い織物ではあるが、透けやすく、また、柔らかすぎて取り扱いにくくくなるので好ましくない。織物目付が約１００ｇ／ｍ２  以上の織物では、厚さ、重さ、柔らかさの点において、難点となるので好ましくない。すなわち、本発明の炭素繊維織物の織物目付は、織物用糸の繊度と織物密度を適宜組合せることにより達成することができる。
【００２９】
また、本発明の炭素繊維織物は、実質的に無ヨリの炭素繊維ステープルからなるため、製織後カバリング糸を除去することにより、炭素繊維束は単繊維にばらけて広がり、このことのために、薄くて軽い織物ながらも透けにくく、表面の凹凸が小さく滑らかで、織物としての高級感もさらに向上するのである。
【００３０】
さらに、本発明の炭素繊維織物は、織物組織が、平織、綾織、または繻子織において得ることができる。特殊な織物組織である、二重、三重の多重織、あるいは、タオル織、パイル織等では、上記の織物特性は得にくくなる。
【００３１】
従来の炭素繊維織物は、通常、補強用として用いられるのが主であるが、本発明の炭素繊維織物は補強用として用いられるばかりでなく、高級な織物表面を呈しているがため、補強用に合わせて、成型体の表面に織物表面を積極的に露呈さす利用法も可能であり、この場合においては、綾織、繻子織の美観を併用できる。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【００３３】
［実施例１］
１本の直径が約７ミクロンのフィラメント糸を１２０００本で１束とする炭素繊維マルチフィラメント糸を牽切機にかけ、繊維長が５００ｍｍ以下で長さ分布を有する繊維よりなる断面単繊維本数が８０００本の炭素繊維ステープルの束とした。この時の牽切ドラフト比は１．５倍である。
【００３４】
次いで、この炭素繊維ステープルの束をカバリング精紡機をとおしてドラフトをかけることにより、糸断面構成炭素繊維本数が２５０本の織物用糸とした。この時のドラフト倍率は３２倍、糸速は２０ｍ／分、カバリング糸の回転数は１００００ＲＰＭ、カバリング数は５００回／ｍで、カバリング糸は水溶性ポリビニルアルコール繊維の５０デニールの糸を用いた。
【００３５】
上記織物用糸をたて糸、およびよこ糸の双方に用い、通常のフィラメント糸用シャトル織機にかけ、平織組織で、双方の糸とも織密度が１０本／ｃｍで製織した。
【００３６】
次いで、この織物を９０℃の熱水中に浸して、水溶性ポリビニルアルコール繊維のカバリング糸を溶出、その後乾燥させた。得られた炭素繊維ステープルのみよりなる織物は目付が６０ｇ／ｍ２  で、織物表面が緻密でありながら滑らかで軽く、透けにくく、柔らかくてドレープ性があり、高級感を呈する織物であった。
［実施例２］
１本の直径が約７ミクロンのフィラメント糸を６０００本で１束とする炭素繊維マルチフィラメント糸を牽切機にかけ、繊維長が５００ｍｍ以下で長さ分布を有する繊維よりなる断面単繊維本数が４０００本の炭素繊維ステープルの束とした。この時の牽切ドラフト比は１．５倍である。
【００３７】
次いで、この炭素繊維ステープルの束をカバリング精紡機をとおすことにより糸断面構成炭素繊維本数が１００本の織物用糸とした。この時のドラフト倍率は４０倍、糸速は１２．５ｍ／分、カバリング糸の回転数は１００００ＲＰＭ、カバリング数は８００回／ｍで、カバリング糸は水溶性ポリビニルアルコール繊維の５０デニールの糸を用いた。
【００３８】
上記織物用糸を以下実施例１と同様の方法にて製織、カバリング糸の溶出、乾燥を行った。
【００３９】
得られた炭素繊維ステープルのみよりなる織物は目付が２４ｇ／ｍ２  で、織物表面が緻密で凹凸が小さく滑らかで、軽く、透けにくく、非常に柔らかくてドレープ性があり、高級感を呈する織物であった。
【００４０】
［実施例３］
実施例２と同様の方法にて得た織物用糸をたて糸、およびよこ糸に用い、通常のフィラメント糸用シャトル織機にかけ、５枚繻子組織で、双方の糸とも織密度が２０本／ｃｍで製織した。
【００４１】
次いで、この織物を実施例１と同様の方法にてカバリング糸の溶出、乾燥を行った。
【００４２】
得られた炭素繊維ステープルのみよりなる織物は目付が４８ｇ／ｍ２  で、たてよこの組織点における繊維拘束が小さいため、単繊維のばらけがよいので非常に透けにく、軽くて緻密で、柔らかくてドレープ性があり、織物表面品位が凹凸が小さく滑らかで、美観と高級感を合わせもつ織物であった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、太い糸、粗い密度で織り上げた従来炭素繊維織物に比べ、実質的に無ヨリの炭素繊維ステープルからなる細い糸で、密な軽い織物とすることにより、織物表面が緻密でありながら滑らかで、透けにくく、非常に柔らかくてドレープ性を有した高級感を呈する炭素繊維織物とすることができる。
【００４４】
また、複合材料用の基材として、ドレープ性が良好で、深絞り成型時の曲面沿い性に非常に優れるがために、しわ発生が無い等の効果があり、さらには、低目付で、表面が滑らかで、薄いため、数枚のシートを重ねて用いるハイブリッド材のシートとして用いるのに好都合であるという効果を奏する。