(57)【要約】      （修正有）【課題】一方向性織物で起こりやすいクリンプに起因する圧縮強度の低下を抑制することで、特に自動車、風車材料などの圧縮強度などの機械物性が必要な分野へ好適な一方向性織物を提供する。【解決手段】炭素繊維糸条１と補助繊維糸条２が交互に並行して配列されたシート状物と、熱可塑性樹脂繊維糸条３とからなり、補助繊維糸条２を経糸、熱可塑性樹脂繊維糸条３を緯糸として織組織された織物の製造方法であって、熱可塑性樹脂繊維糸条３の繊度が３３０〜６６０ｄｔｅｘ、織物の緯糸密度５〜１０本／インチ、織目付け５００ｇ／ｍ２以上である一方向性織物の両面を、熱可塑性樹脂繊維糸条３の融点以上の温度まで加熱することで熱融着させる一方向性織物の製造方法である。【選択図】図１
2013119679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維糸条と補助繊維糸条が交互に並行して配列されたシート状物と、熱可塑性樹脂繊維糸条とからなり、補助繊維糸条を経糸、熱可塑性樹脂繊維糸条を緯糸として織組織された織物の製造方法であって、
熱可塑性樹脂繊維糸条の繊度が３３０〜６６０ｄｔｅｘ、
織物の緯糸密度５〜１０本／インチ、織目付け５００ｇ／ｍ２以上である一方向性織物の両面を、熱可塑性樹脂繊維糸条の融点以上の温度まで加熱することで熱融着させる一方向性織物の製造方法。
【請求項２】
前記一方向性織物の両面を加熱ロールで圧着させることで熱融着させる請求項１に記載の一方向性織物の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２のいずれかに記載の製造方法によって得られる一方向性織物。
【請求項４】
経糸と緯糸との接着強力が３．０Ｎ以上である請求項３に記載の一方向性織物。
【請求項５】
前記炭素繊維糸条が、フィラメント数２４０００本以上の炭素繊維糸条である請求項３または４に記載の一方向性織物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維強化複合材料用として優れた特性を発揮する一方向性織物およびその製造方法に関するもので、特に産業用途の風車などの最適な複合材料とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、橋、トンネルや建物などを始めとするコンクリート構造体の補強、補修に目止めされた繊維シートを補強材として使用されているのは周知であるが例えば、特許文献１に記載されているような経糸に炭素繊維糸条を一方向に配列した繊維シート状物の代表的な織物である。これらの織物構造を見ると経糸に炭素繊維糸条を用い、緯糸に低融点ポリマーを含む強化繊維糸条を配して織組織をなして織物形成後、熱融着により経糸相互を接着する手法をとっている。しかし緯糸に低融点ポリマーを含む強化繊維糸条で織組織をなして構成されている一方向材織物は緯糸に配した強化繊維糸条は比較的剛性が高いために経糸に配列された炭素繊維糸条へのクリンプは避けられないため、クリンプにより応力が集中して強化繊維織物としての強度物性のなかでも特に引張強度、圧縮強度の低下が生じることがすでに周知されている。
【０００３】
この問題点を解決する目的で応力が集中するようなクリンプを有しない手段として、特許文献２に記載されるような一方向性織物が提案されている。これらは経糸群に配列された炭素繊維糸条の両側に経糸補助繊維糸条を配列させて該経糸補助繊維糸条と緯糸により織組織させて炭素繊維糸条に屈曲を有しない構成となっている。しかし、特許文献１、２の織物に用いられる緯糸はいずれも低融点ポリマーを含んだ強化繊維糸条で構成されており、強化繊維糸条が経糸群と交差している以上、少なからずともに炭素繊維糸条へのクリンプは避けられない。よって、これらの炭素繊維織物は炭素繊維糸条の有する高い圧縮強度などが十分に発揮されず、産業用途の例えば自動車、風車材料などの圧縮強度が必要な複合材料として強度発現不足で産業分野への進出が妨げられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３３１０４７号公報
【特許文献２】特開平０７−２４３１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は一方向性織物において前述したような問題点を解決し、産業用途分野の特に自動車、風車材料などの圧縮強度などの機械物性が必要な分野へ好適な一方向性織物および製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の要旨は、炭素繊維糸条と補助繊維糸条が交互に並行して配列されたシート状物と、熱可塑性樹脂繊維糸条からなり、補助繊維糸条を経糸、熱可塑性樹脂繊維糸条を緯糸として織組織された織物の製造方法であって、
熱可塑性樹脂繊維糸条の繊度が３３０〜６６０ｄｔｅｘ、
織物の緯糸密度５〜１０本／インチ、織目付け５００ｇ／ｍ２以上で構成した該織物の両面を、熱可塑性樹脂繊維糸条の融点以上の温度で熱融着させる一方向性織物の製造方法にある。
【発明の効果】
【０００７】
一方向性織物で起こりやすいクリンプに起因する圧縮強度の低下を抑制することで、特に自動車、風車材料などの圧縮強度などの機械物性が必要な分野へ好適な一方向性織物を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一方向性織物の平面を示す撮像である。
【図２】従来の一方向性織物の平面を示す撮像である。
【図３】従来の一方向性織物の平面を示す撮像である。
【図４】本発明の一方向性織物の接着工程の概要を示す工程説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について詳細に説明する。
本願発明の一方向性織物の製造方法は、炭素繊維糸条と補助繊維糸条が交互に並行して配列されたシート状物、熱可塑性樹脂繊維糸条からなり、補助繊維糸条を経糸、熱可塑性樹脂繊維糸条を緯糸として織組織された織物の製造方法であって、
熱可塑性樹脂繊維糸条の繊度が３３０〜６６０ｄｔｅｘ、
織物の緯糸密度５〜１０本／インチ、織目付け５００ｇ／ｍ２以上で構成した該織物の両面を、熱可塑性樹脂繊維糸条の融点以上の温度で熱融着させる一方向性織物の製造方法であることが必要である。
【００１０】
（織物）
従来の一方向性織物は、シート状に配列された炭素繊維糸条を経糸に、強化繊維糸条と低融点ポリマーからなる糸を緯糸として、織組織させた後、加熱して熱融着させて一体に保持していた。この場合、強化繊維糸条にガラス繊維を用いた場合には、ガラス繊維は比較的剛性が高いため、経糸と織組織される際にクリンプが発生し、これにより応力が集中して圧縮強度などの強度低下が生じることがあった。また、クリンプを低減させる為に、経糸に配列した炭素繊維糸条の両端に炭素繊維糸条より繊度の小さい補助繊維糸条を配列させて経糸群とし、経糸補助繊維糸条と織組織をなして形成させる一方向性織物も提案されているが、いずれの織物の緯糸も低融点ポリマーを含む強化繊維糸条が用いられており、クリンプによる強度低下は解消されていない問題があった。
【００１１】
本願発明の製造方法で製造される一方向性織物は、炭素繊維糸条と補助繊維糸条が交互に並行して配列されたシート状物、熱可塑性樹脂繊維糸条からなり、補助繊維糸条を経糸、熱可塑性樹脂繊維糸条を緯糸として織組織された織物であることが必要である。本願発明の一方向性織物は、前記シート状物を構成する炭素繊維糸条と補助繊維糸条のうち、補助繊維糸条と熱可塑性樹脂繊維糸条とを織組織させることで、炭素繊維糸条を屈曲させないような織構造とすることが可能となる。さらに、緯糸に用いる強化繊維糸条にガラス繊維を含まないことで、緯糸がクリンプすることにより応力が集中して強度低下することを防止や、一方向性織物となった際に、炭素繊維糸条の長手方向への真直性を向上できるものである。
【００１２】
図３に示す織物は、経糸と緯糸とが目止めされていて炭素繊維糸条間がばらけにくいので、取扱い性は良いが、強度保持を目的に補助繊維糸条として緯糸にガラス繊維が用いられ、経糸と熱融着させて形成されるものである。つまり、用いられるガラス繊維は剛性があるため、平織で織組織された織物の経糸に配列された炭素繊維糸条にクリンプが必然的に生じ、さらに、緯糸との交錯により経糸に配列された炭素繊維糸条は該交錯点でふくらみを生じ、真直性が損なわれてしまう。
【００１３】
図２に示した織物は、図３に示した織物の欠点に対して、経糸に配列されている炭素繊維糸条の両側に細い補助繊維糸条を配列させ、緯糸と該補助繊維糸条と織組織されて織物を形成させることで、緯糸との交錯により経糸に配列された炭素繊維糸条は該交錯点でふくらみを抑制し、真直性が向上させた織物であるが、依然として真直性は不十分であった。
【００１４】
そこで本発明者らはこのクリンプの発生要因であるガラス繊維などの強化繊維糸条を用いず、熱可塑性樹脂繊維糸条のみで緯糸を構成させて補助繊維糸条と織物とし、次に少なくとも１対の熱ローラーを用いて該織物を両面圧着させながら緯糸を補助繊維糸条ならびに炭素繊維糸条に接着させることで、クリンプの低減と真直性の向上を実現した。この圧着工程で該緯糸は扁平化して、炭素繊維糸条間の隙間に融着含浸され、さらに炭素繊維糸条との交錯で発生するクリンプは従来の一方向性織物より遥かに低減される。
【００１５】
本発明に用いることができる炭素繊維糸条として、フィラメント数が２４０００本以上である炭素繊維糸条を用いれば、製織の際、織目付を５００ｇ／ｍ２以上とするために、シート状物に配列する炭素繊維糸条と補助繊維糸条の使用本数が適度な数となり、経糸工程管理が煩雑にならない。また、織密度が過度に密にならないので、炭素繊維糸条の繊維間空隙が適度な大きさとなり、ＶａＲＴＭ成形などを行う際に樹脂組成物の含浸性が良好となるので好ましい。
【００１６】
本発明に用いることができる熱可塑性樹脂繊維糸条の繊度は、３３０〜６６０ｄｔｅｘであることが必要である。繊度がこの範囲であれば、製織後に補助繊維糸条の蛇行が発生して、外観品位が損なわたり、織物の形態保持力が弱く取り扱い性が悪くなったりすることが無く、織物の硬さも適度で、樹脂の含浸性も良好である。なお、本発明に用いることができる熱可塑性樹脂繊維糸条としては、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレンなどからなる繊維があげられるが、これらに限定するものではなく他の熱可塑性樹脂を用いても何ら差し支えない。
【００１７】
本発明の一方向性織物に用いることができる補助繊維糸条は、炭素繊維糸条より細いものであると、クリンプが小さくなり、製織や取り扱いが良好であるので好ましい。さらに、好ましくは１０００ｄｔｅｘ以下の繊維糸条が好ましく、更に好ましくは５０〜５００ｄｔｅｘである。補助繊維糸条は、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維などからなる繊維があげられるが、これらに限定するものではない。
【００１８】
本発明の織物は、緯糸密度５〜１０本／インチ、織目付け５００ｇ／ｍ２以上であることが必要である。緯糸密度５〜１０本／インチ、織目付け５００ｇ／ｍ２以上であると、取扱い性十分な接着強力を有した織物が得られる。
【００１９】
本発明の一方向性織物の製造方法は、一方向性織物の両面を、熱可塑性樹脂繊維糸条の融点以上の温度まで加熱することで熱融着させることが必要である。一方向性織物の片面だけを加熱させ、融着させると、経糸との接着が不十分で取扱い性が困難であった。これは、加熱される織物面に存在する熱可塑性樹脂繊維糸条が加熱面に転写されてしまい、非接触面だけが経糸との接着になるため、織物としての拘束力が無くなって織物形成保持がなし得なくなるためである。
【００２０】
また、直接加熱面に接触してない面側の該熱可塑性樹脂繊維糸条も加熱による温度変化により融着度合いの変動が大きく、特に高温で加熱面と接触した時は緯糸方向に沿って該熱可塑性樹脂繊維糸条のない箇所が発生する。これは該樹脂繊維糸条の熱収縮によるものであった。
【００２１】
さらに、前記一方向性織物の両面を加熱ロールで圧着させることで熱融着させると、該熱可塑性樹脂繊維糸条が扁平化し、該経糸の炭素繊維糸条間の隙間に熱可塑性樹脂が含浸され融着することで、更に経糸に配列した炭素繊維糸条との交錯で発生するクリンプが低減されたり、経糸に配列された炭素繊維糸条は長手方向への真直性が向上されたりするので好ましい。
【００２２】
本発明の一方向性織物は、熱可塑性樹脂繊維糸条と炭素繊維糸条または補助繊維糸条との間の接着強力が３．０Ｎ以上であると、目止めと織物形態保持が良好となるので、取扱い性に支障がない点で好ましい。従来の一方向性織物は緯糸に強化繊維と熱可塑性繊維糸条を挿入して該織物を形成していた。つまり、熱可塑性繊維糸条は炭素繊維糸条と強化繊維（ガラス繊維）の目止めの役割を持ち、強化繊維が織物の形態を保持する役割を持っていた。本願発明の織物の緯糸は熱可塑性繊維糸条のみで構成されるものであり、目止めと織物形態保持を行うためには、熱可塑性樹脂繊維糸条と炭素繊維糸条または補助繊維糸条との間の接着強力を３．０Ｎ以上とすることで好ましい。
【００２３】
次いで、本発明の製造方法について、簡単に説明する。
通常のシャトル、レピア織機の製織工程(図示なし)に於いて、クリールに炭素繊維糸条と補助繊維糸条を別々に掛ける。それぞれの糸条を横取りしながら引き出す。尚、補助繊維糸条は縦取りに引き出しても差し支えない。引き続き別々に各ガイド、コーム類を経て経糸供給装置を通過させる。炭素繊維糸条と補助繊維糸条は平織で織組織させる為、別々に上下になるようにヘルドへ挿入させる。次に、隣接する炭素繊維糸条と補助繊維糸条を同じ筬羽へ導かれる。各糸条の供給方法は各糸条に撚や捩れをできるだけ施さないようクリールからの横取りが好ましいが、部分整経による糸条準備でも差し支えない。平織で開口された経糸の開口にレピアで熱可塑性樹脂繊維糸条からなる緯糸を縦取りで挿入する。あるいは、緯糸を一度木管に巻き返し、シャトル内へ該木管を収めた後、シャトルを往復運動させて緯糸を挿入する。挿入された緯糸は筬により、打込まれて織物が形成される。接着工程は図４の如く、製織された織物はよこ取りで引き出され、上下のガイドロールにて離型紙を該織物の上下から介添えさせた後、熱可塑性樹脂繊維糸条の融点以上に加熱された１対の金属ローラーへ挿入される。
【００２４】
接着力は使用している熱可塑性樹脂繊維糸条により決定されるが、該金属ローラーの圧力に多少影響される。該金属ローラーの圧力はむしろ該織物の品位に影響し、さらに該ローラーの大きさ、重量によっても品位に影響するため、接着する織物に合わせて、クリアランスを調整したり、圧力を調整したりして、織物の外観状態を確認しながら適宜設定すれば良い。なお、ローラー圧力が高すぎると緯糸が蛇行しやすく、また、織物に毛羽が発生する。また、使用する金属ローラーの直径が３００ｍｍ以上であれば、いわゆる金属ローラーの自重圧力で十分に接着可能となるので好ましい。
【００２５】
次いで１００℃以上の温度で圧着された該一方向性織物は金属プレート１６に接触させる。該プレートは該織物を冷却して温度を下げた後に離型紙を剥がしやすくする為である。冷却方法は例えばファンなどで強制的に冷却する方法でも何ら限定するものではない。冷却された該織物の上下に介添えした離型紙はガイドロール１７によって上下に剥離されてそれぞれロール１８、１９に巻き取られる。この後、両面圧着により該織物の緯糸へ配された熱融着樹脂繊維糸条が溶融されて経糸に配された炭素繊維糸条の相互が接着された該織物はワインダー２０で巻きとられる。
【００２６】
（接着強力の測定）
接着強力の測定方法は、まず、経糸対して平行に、一方向性織物を１５０ｍｍ幅に切断し、平面上に、切断した一方向性織物を固定する。次に、前記一方向性織物の経糸の中央部にバネ秤りのフックを引っ掛け、該織物を平面と平行かつ引っ掛けた経糸に垂直な方向に引っ張っていき、経糸と緯糸との接着がはがれる直前にバネ秤りが示した目盛りの最大値を測定した。測定は３０回繰り返して行い、その平均値を接着強力とした。
【００２７】
次に本発明の一方向性織物に関する実施例を以下に説明する。
（実施例１）
表１に示す如く、経糸群にフィラメント数５００００本の炭素繊維糸条（三菱レイヨン株式会社、商品名：パイロフィル  ＴＲＷ４０  ５０Ｌ）とガラス繊維（ユニチカグラスファイバー社製、商品名：ＥＣＧ７５  Ｇ１／２  ３．８Ｓ）を交互に配列させてレピア織機（津田駒社製）で製織を実施。緯糸に３３０ｄｔｅｘの熱可塑性樹脂繊維糸条（東レ株式会社製）を用い目標目付６００ｇ／ｍ２の一方向性織物を製織した。製織後、図４の装置にて該織物を１３０℃に設定した上下の金属熱ローラーへ３ｍ／分の速度で挿入し、緯糸に配した熱可塑性樹脂繊維糸条を両面圧着させ、経糸群と接着された一方向性織物を加工して取扱い性、接着強力の評価を実施した。
【００２８】
実施例1〜３では織物実目付６６９ｇ／ｍ２で緯糸密度を５〜１０本／インチにしたところ、いずれも取扱い性十分な接着強力を有した織物が得られた。実施例４では緯糸密度４本／インチで熱可塑性樹脂繊維糸条を３３０ｄｔｅｘで製織したところ、実施例１〜３で得られた織物よりは接着強力は劣っていたが、取扱い性は良好であった。また、比較例１では緯糸密度８本／インチで熱可塑性樹脂繊維糸条を１１０ｄｔｅｘで製織したところ、接着力がかなり劣り、実用に供し得ないものであった。比較例２では熱可塑性樹脂繊維糸条を３３０ｄｔｅｘで緯糸密度３本／インチで製織したところ、比較例１と同様に接着強力がかなり劣り取扱い性も非常に悪いものであった。
【００２９】
比較例３では経糸は炭素繊維糸条のみを配列し、緯糸としてガラス繊維に熱可塑性樹脂繊維糸条を添加させて用いた一方向性織物であり、非常に硬いものであったが、接着性は良好であった。比較例４では従来の一方向性織物(図２)で経糸に炭素繊維糸条と補助繊維糸条を配列し、緯糸としてガラス繊維に熱可塑性樹脂繊維糸条を添加させたものであり、樹脂の含浸性および取扱い性は良好であった。
【００３０】
（ＶａＲＴＭ成形）
表1の実施例２および比較例２，３で得られた織物を、ＶａＲＴＭ成形するため、３００ｍｍ×３００ｍｍの大きさに切断したものを３枚、いずれも０°方向に積層した。用いた樹脂はインフュージョン成形用エポキシ樹脂（ナガセケムテック社製、商品名：ＸＮＲ６８１５（混合物樹脂粘度２６０ｍＰａ・ｓ)で主剤と硬化剤（主剤１００質量部、硬化剤２７質量部の割合）を注入し、成形後は３０℃×２４時間維持し、更に８０℃×２時間でポストキュアを行い、成形板を製作した。次いでＳＡＣＭＡ法ＳＲＭ１Ｒ規格に準拠し圧縮強度を測定した。樹脂含浸時間は実施例２、比較例２共に比較例３に比べ、樹脂含浸性は大幅に向上した。また、得られたコンポ物性は比較例２、３、４に比べ約３０〜４０％の強度が向上した。
【００３１】
【表１】
2013119679.tif 000003
＊１  ：経糸は炭素繊維糸条のみ、緯糸はガラス繊維に熱可塑性樹脂繊維糸条（１１０ｄｔｅｘ）添加
＊２  ：経糸は実施例１〜４と同じ、緯糸はガラス繊維に熱可塑性樹脂繊維糸条（１１０ｄｔｅｘ）添加
判定基準    ：○○・・非常に良好、○・・・良好
△・・・やや不良、×・・・不良
【００３２】
【表２】
2013119679.tif 000004
【００３３】
以上の説明からも明らかなように、本発明において炭素繊維糸条と繊維糸条をシート状物とし、緯糸に熱可塑性樹脂繊維糸条のみで構成させ、更に面圧着により接着を施すことで、炭素繊維糸条のクリンプが大幅に軽減され、樹脂含浸時間の向上、更に上記表２の如くコンポ物性の強度発現が大幅に向上する事を可能にした。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・・・・炭素繊維糸条
２・・・・・・補助繊維糸条
３・・・・・・熱可塑性樹脂繊維糸条
４・・・・・・ガラス繊維に熱可塑性樹脂繊維糸条（１１０ｄｔｅｘ）添加した糸条
１１・・・・・一方向性織物
１２、１３・・離型紙
１４・・・・・ガイドロール
１５・・・・・金属ローラー
１６・・・・・金属プレート
１７・・・・・ガイドロール
１８、１９・・ロール
２０・・・・・ワインダー
【図１】
2013119679.tif 000005
【図２】
2013119679.tif 000006
【図３】
2013119679.tif 000007
【図４】
2013119679.tif 000008