JPH07300739A - 補強織物とその製造方法および製造装置 - Google Patents
補強織物とその製造方法および製造装置Info
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Abstract
度特性を発揮し得る補強織物とその製造方法および製造
装置を提供する。 【構成】 集束性がフックドロップ値FD(15)で20〜
800mmの範囲の、扁平で実質的に撚りがない強化繊
維マルチフィラメント糸を織糸とする補強織物、およ
び、該強化繊維マルチフィラメント糸をたて糸および/
またはよこ糸として補強織物を製織する製造方法および
製造装置。
Description
して優れた特性を発揮する補強織物とその製造方法およ
び製造装置に関し、とくに扁平な強化繊維糸を用いたも
のに関する。
スチック(以下、「FRP」という)には、炭素繊維糸
やガラス繊維糸、ポリアラミド繊維糸等を用いて織物の
形態にした補強織物が多用されている。中でも、比弾性
率が大きく、かつ、比強度が大きい炭素繊維からなる炭
素繊維織物は、通常、一般のシャトル織機やレピア織機
により製織されており、合成樹脂と複合して所定形状に
形成することにより炭素繊維強化プラスチック(以下、
「CFRP」という)等の複合材料に用いる補強基材と
して多用されている。
例えば、CFRPは、その優れた性能を活かして航空機
の構造材等に使われ始めているが、さらにCFRPの使
用範囲を拡大させるためには、成形のみならず炭素繊維
糸や炭素繊維織物の補強基材のコストダウンが大きな課
題である。
程、プリカーサおよび耐炎化工程や焼成工程での生産性
が向上し、安価に製造することが可能となる。
ぼ円形断面に集束させた強化繊維糸を用いて織物にして
いるので、織り込まれた状態においては、たて糸とよこ
糸が交錯する交錯部における強化繊維糸の断面が楕円形
で、織糸が大きくクリンプしている。特に、太い強化繊
維糸を使用した補強織物では、太いよこ糸と太いたて糸
が交錯しているのでこの傾向が大きくなる。
た補強織物では、繊維密度が不均一となって高強度特性
を充分に発揮できない。また、太い強化繊維糸を使用し
た補強織物は、一般に、織物目付や厚みが大きくなるた
め、プリプレグやFRPを成形するときの樹脂含浸性が
悪くなる。
物を用いて得られるFRPやCFRPは、樹脂中に存在
するボイドが多くなり高い強度特性が期待できない。
を小さくすると、強化繊維糸間に形成される空隙が大き
くなる。このため、織物目付の小さい補強織物を用いて
FRPやCFRPを成形すると、強化繊維の体積含有率
が低くなり、強化繊維糸間に形成される空隙部分に樹脂
のボイドが集中的に発生し、高性能な複合材料が得られ
なくなるという欠点があった。
91244号公報に、薄くて幅の広い扁平な炭素繊維糸
を織った、厚みが0.09mm以下で、織物目付が85
g/m2 以下の薄地織物とその製造法が開示されてい
る。この薄地織物は、厚みが非常に薄いために、織糸の
クリンプが小さく、高い補強効果を発揮し、薄いCFR
Pの成形には優れた基材である。
織物の製織方法は、炭素繊維糸が必要本数巻かれた糸ビ
ームから供給されるたて糸、あるいはクリールに取り付
けられた炭素繊維糸ボビンから供給されるシート状に整
列されたたて糸を、綜絖により順次開口させ、この開口
にシャトルまたはレピアでよこ糸を間欠的に挿入して織
物とする。このとき、たて糸に関しては、前記のように
ビームから供給する方法とボビンから直接供給する方法
とがあるが、どちらにしても、炭素繊維糸ボビンをゆっ
くり回転させながら回転軸に直交する方向にたて糸を引
き出して解舒させる方法(横取り解舒)、あるいはボビ
ンの軸方向にたて糸を引き出して解舒させる方法(縦取
り解舒)の2つの方法が採られている。
引き出すことから、横取り解舒の場合に比べ、早い速度
で瞬間的にたて糸を抵抗なく引き出すことができるとい
う利点がある。但し、縦取り解舒においては、ボビンか
ら1巻き引き出す毎に、たて糸に1回の撚りが掛かって
しまう。このため、たて糸は、この撚りが掛かった部分
で扁平状態が潰されて部分的に収束することから、たて
糸の糸幅が均一な補強織物が得られないという問題があ
る。
て糸に撚りが掛からないようにする製織方法も考えられ
る。しかし、従来の綜絖においては、たて糸との干渉を
少なくするためにメールが縦長形状に形成されている。
このため、たて糸は、メールやたて糸密度を揃えるコー
ムによって扁平状態が潰されてしまい、糸幅が均一に拡
がった織物が得られないという問題がある。
糸を迅速に供給しなければならず、供給速度をたて糸に
比べて一段と速くする必要がある。従って、繊維糸ボビ
ンからたて糸を迅速に解舒させるため、よこ糸は、繊維
糸ボビンの軸方向にたて糸を引き出す縦取り解舒の方法
が多く用いられているが、撚りが掛かってしまうという
問題がある。
らないように、よこ糸を横取り解舒させる方法として、
特開平2−74645号公報には、よこ糸を巻いたボビ
ンをモータで積極的に回転させ、重力を利用してよこ糸
の挿入に必要な長さを貯留させる方法が提案されてい
る。
方法では、ボビンに巻かれたよこ糸に巻量によって解舒
速度を変化させなければならないという問題がある。ま
た、よこ糸の挿入に伴ってモータを間欠回転させること
から、モータの起動・停止が頻繁に起こり、特に停止動
作の遅れによる弛み等で扁平糸が捩じれてしまうという
問題が起こる。
よこ糸の交錯部における織糸のクリンプを小さくするた
めには、織糸の繊度を可能な限り大きくするとともに、
織糸の厚みを薄くすることが好ましく、たて糸とよこ糸
がそれぞれの糸幅とほぼ等しい糸間隔で織物構造をなし
ていることが望ましい。
極端に大きくなり、製織時に扁平状態が潰されて繊維密
度が均一な織物が得られないという問題が生じる。ま
た、織糸を極端に薄くすると、糸幅方向の剛性が小さく
なって製織時に簡単に扁平状態が潰れてしまうという問
題が生じる。
め、織糸にサイジング剤を付着させておくことが好まし
い。但し、多量に付着させると、CFRPの成形の際に
樹脂の含浸が阻害され、成形されるCFRPが高い強度
特性を発揮できなくなるという問題がある。サイジング
剤の好ましい付着量としては、0.1〜1.5重量%で
ある。
大きいときには優れた強度特性を有するFRPやCFR
Pの成形が困難であり、また、扁平な強化繊維糸を用い
ても、十分に高い繊維密度の補強織物を得ることが困難
であり、その提供が望まれていた。さらに、扁平な強化
繊維糸から所望の補強織物を製織する際、従来は満足す
べき方法や装置もなく、その提供が望まれていた。
成したプリフォームに関しても、以下のような問題があ
る。すなわち、繊維強化用樹脂補強基材と使用される織
物は厚さに限界があるために、一定以上の厚さの補強基
材とするためには複数枚の織物を積層することによって
得るようにしなければならない。各織物の面方向では強
化繊維を所定の方向に配向させることができるが、厚み
方向に配向させることは出来ず、層間の強度が弱いのが
問題である。
の開発が盛んに行われているが、コストが高くつくこと
や、形状が限定されることがあって実用化が困難な状況
である。
公平5−49023号公報で織物基材をステッチして強
化させる方法が提案されている。しかしながら、通常の
補強織物は取扱い性や高い繊維含有率のFRPを得る目
的で、目の詰まった状態で織られているので、各織糸は
互いにクリンプを有して交錯し合い、動き難い状態にな
っているし、また、織糸自身の断面も前述の如く強固な
織糸の交錯により楕円形に集合されている。また、織物
表面は織糸のクリンプにより凹凸形状をなしており、そ
のような織物を重ね合わせると互いに凹部と凸部が重な
り合うので、織糸はまったく動けないようになってい
る。
シンなどニードルが突き刺さった際には、織糸を構成す
る単繊維が移動しにくくて、しかも繊維が強固に集合し
ているため、繊維が容易に切断されるという問題があ
る。さらに、強化繊維糸に撚りが付与されたり、各単繊
維に交絡が付与されたり、あるいはサイジング剤が強固
に付与されている場合には一層切断されやすい。
で一斉にステッチする場合においては切断箇所がステッ
チ方向において同じ位置に集中するために、繊維強化樹
脂材料にしたとき弱点部が集中することになるので、低
い強度の材料になってしまう問題がある。また、成形工
程における積層の合理化を目的に、予めステッチ糸で縫
合しておく方法も多く採用されているが、前記と同様の
問題がある。
材料用の補強基材として、安価で高い強度特性を発揮し
得る補強織物を提供することにある。
扁平な強化繊維糸であっても、撚りが掛かることなく、
扁平状態を維持して上記補強織物を製織することが可能
な、補強織物の製造方法および製造装置を提供すること
にある。
を用いた、繊維損傷のない補強基材としてのプリフォー
ムを提供することにある。
を用いた、安価で高強度の複合材料形成に用いて最適な
プリプレグを提供することにある。
を用いた、安価で高強度な複合材料を提供することにあ
る。
に、本発明の補強織物は、集束性がフックドロップ値F
D(15)で20〜800mmの範囲の、扁平で実質的に撚
りがない強化繊維マルチフィラメント糸を織糸とするも
のからなる。
とは、強化繊維マルチフィラメント糸の集束性の程度を
表わすもので、図1(a)〜(c)に示す測定装置によ
って測定した金属フックの自由落下距離をもって表わさ
れるものである。
チフィラメント糸のフックドロップ値FD(15)の測定
は、ボビンから、解舒撚りが加わらないようにボビンを
回転させながら強化繊維マルチフィラメント糸を横取り
解舒して長さ1,000mmの強化繊維マルチフィラメ
ント糸101を採取し、その上端を上部クランプ104
で装置に固定する。そして、下端に50mg/デニール
の荷重をかけた状態で、撚りが加わらないように、ま
た、扁平状態がくずれないように、かつ、掴み間隔が9
50mmになるように下部クランプ105で鉛直方向に
固定する。
ィラメント糸101の幅方向中央部に、金属フック10
2(ワイヤー直径:1mm、半径5mm)に綿糸106
で重り103を取り付けた重錘(フック102の上端か
ら重り103の上端までの距離:30mm)のその金属
フック102を、上部クランプの下端から金属フック1
02の上端までの距離が50mmになるように引っ掛
け、手を離して金属フック102の自由落下距離(上記
50mmの位置から、落下位置における金属フック10
2の上端までの距離)を測定する。金属フック102お
よび綿糸106の重量は極力軽くし、金属フック10
2、綿糸106および重り103の合計重量、すなわち
重錘の重量が15gになるようにしておく。そして、使
用するボビンから10個のボビンをランダムに抽出し、
1個のボビンに関して10回の測定を行い、n=100
の平均値をもってフックドロップ値FD(15)とする。な
お、金属フック102が下部クランプ105の位置まで
落下してしまう場合もあるが、そのときの自由落下距離
は900mmとみなして平均値を計算する。そのために
は、下部クランプ105に金属フック102は当たるが
綿糸106や重り103は引っ掛らないようにしておく
必要があり、図1(c)にこの場合の落下状態を示すよ
うに、下部クランプ105の下方に十分な空間を設けて
おく必要がある。なお、測定は、ボビンから採取した強
化繊維マルチフィラメント糸を温度25℃、相対湿度6
0%の環境下に24時間放置した後、温度25℃、相対
湿度60%の環境下で行う。
て糸またはよこ糸)のフックドロップ値FD(15)は、幅
1,000mm、長さ1,000mmの織物を3枚抽出
し、各織物から、たて糸またはよこ糸を、毛羽が発生し
ないように、また、撚りが加わらないようにほぐして長
さ1,000mmの強化繊維マルチフィラメント糸を採
取し、以下、上述した方法によって測定する。ただし、
この場合のフックドロップ値FD(15)は、1枚の織物の
たて糸またはよこ糸について10回の測定を行い、n=
30の平均値をもって表わす。
5537号)におけるフックドロップ値の測定は、次の
ようにして行った。すなわち、まず、長さ120cmの
扁平な強化繊維マルチフィラメント糸101を、50m
g/デニールの初荷重をかけた状態で、糸の両端を撚り
が入らないように、また扁平状態が潰れないように鉛直
方向に固定する。つぎに、固定されている強化繊維マル
チフィラメント糸の上部固定部から10cmの位置で、
強化繊維マルチフィラメント糸の幅のほぼ中央部に、金
属製ワイヤー直径が1mm、半径が5mmのフック10
2に3cmの綿糸で重り103を取り付け、フック10
2の自由落下距離を測定し、糸の場合は、使用するボビ
ンから10個のボビンをランダム抽出し、1個のボビン
につき10回の測定を行い、10回の測定値から値の大
きい3つを削除した値のn=70の平均値をフックドロ
ップ値とする。また、織物の場合は、長さ方向に1.3
m長さの織物を3枚抽出し、各織物からたて糸またはよ
こ糸を、毛羽が発生しないように、また撚りが入らない
ようにほぐし、1枚の織物につきたて糸またはよこ糸に
ついて10回の測定を行い、10回の測定値から値の大
きい3つを削除した値のn=21の平均値を、たて糸ま
たはよこ糸フックドロップ値とする。なお、ワイヤーお
よび綿糸の重量は極力小さくし、ワイヤー、綿糸および
重りの合計重量を30gとする。また、試料は24時
間、温度が25℃、湿度が60%の室内に放置し、測定
は温湿度が各々25℃、60%の室内で行うものとした
もので、これを本明細書中ではFD(30)という。
ラメント糸について、フックドロップ値FD(15)とフッ
クドロップ値FD(30)との関係を評価した結果、FD
(30)/FD(15)比は2〜4であった。すなわち、本願の
基礎とした先の出願におけるフックドロップ値FD(30)
100〜1,000mmをフックドロップ値FD(15)に
換算すると、25〜500mmとなる。
維マルチフィラメント糸は開繊、拡幅されやすい。但し
大きすぎると、マルチフィラメント糸としての形態保持
性がなくなり、織物の製織が困難になるため、大きい方
にも限界がある。集束性をフックドロップ値で上記のよ
うな範囲にすることにより、織物の形態で織糸の最適な
扁平状態が得られ、かつその扁平状態が維持される。
マルチフィラメント糸の集束性は、フックドロップ値F
D(15)で20〜800mmの範囲とされる。たとえば炭
素繊維糸を用いた補強織物とする場合、一般的に炭素繊
維はその製造工程において、切れたフィラメントのロー
ラへの巻き付きによる工程トラブルを防ぐため、エアー
をプリカーサの繊維束に吹き付け、フィラメント同士を
交絡させて、炭素繊維糸に集束性を付与している。ま
た、サイジング剤の付着量や炭素繊維のフィラメント同
士の接着により炭素繊維糸に集束性を付与している。フ
ィラメント同士の交絡度合い、サイジング剤の付着量や
サイジング剤による接着の度合いによってこれら集束性
の程度が決まるが、フックドロップ値FD(15)で20m
m以下となり、集束性の程度が大きすぎると、炭素繊維
の集束性が強すぎて製織した織物の織糸をさらに織機上
で開繊、拡幅してカバーファクターの大きな織物に加工
しても、その効果が上がらない。また、ハンドレイアッ
プ成形やプリプレグ加工の際、織物のたて糸およびよこ
糸の幅が拡がることがなく、炭素繊維糸間に形成される
空隙に樹脂のボイドが集中的に発生する。また、プリプ
レグに加工する際に樹脂の含浸性が悪くなってしまい、
高性能なFRPが得られない。また、フックドロップ値
FD(15)が800mm以上であると、炭素繊維糸の集束
性が悪くなり製織中に毛羽が発生し、作業環境が悪くな
るばかりかFRPの強度も低下する。
サイジング剤の好ましい付着量は、0.1〜1.5重量
%である。サイジング剤付着量が0.1重量%未満であ
ると、扁平状態が維持できにくくなるばかりか、繊維の
集束性が悪くて製織時に毛羽が発生しやすく、製織性が
低下する。一方1.5重量%を超えると、扁平状態は良
好に保てるが、繊維の開繊性が低下し、大きいカバーフ
ァクターの織物が得にくい。本発明の補強織物における
強化繊維フィラメント糸のフックドロップ値とは、織物
からほぐした織糸のフックドロップ値を指し、別の発明
である製造方法および製造装置における強化繊維フィラ
メント糸のフックドロップ値は、使用する糸状のフック
ドロップ値を指すものである。織糸のフックドロップ値
は、製織工程でしごきを受けて製織当初はやや高い値を
示すが、経時とともにサイジング剤が再接着し、糸状で
の値とほぼ同程度の値となる。
からなる織糸には、実質的に撚りがないことが必要であ
る。ここで「実質的に撚りがない」とは、糸長1m当た
りに1ターン以上の撚りがない状態をいう。つまり、現
実的に無撚の状態をいう。
で糸幅が狭く収束して分厚くなり、製織された織物の表
面に凹凸が発生する。このため、製織された織物は、外
力が作用した際にその撚り部分に応力が集中し、FRP
等に成形した場合に強度特性が不均一となってしまう。
りがない織糸からなる補強織物は、織糸の繊度を大きく
しても、また繊維密度を大きくしても、各織糸の交錯部
におけるクリンプは極めて小さく抑えられ、FRPやC
FRPにした際に高い強度特性が得られる。織糸の繊度
を上げられることから、織糸、ひいては補強織物が、よ
り安価に製造される。
ので、織物目付を高く設定でき、かつ、織糸の扁平状態
を確保した状態にてカバーファクターを100%近くに
設定することが可能となる。したがって、FRP等にお
いて、繊維含有率を高く設定できるとともに、織糸間の
樹脂リッチな部分を極めて小さく抑えることができ、高
強度でかつ均一な強度特性を有する複合材料が得られ
る。
に維持されているから、樹脂の含浸性が極めてよい。し
たがって、一層均一な特性の複合材料が得られ、目標と
する強度特性が容易に得られる。
は、上記強化繊維マルチフィラメント糸の糸厚みが0.
05〜0.2mm、糸幅/糸厚み比が30〜150であ
ることが好ましい。糸厚みが上記範囲未満であると、薄
すぎて扁平糸の形態を保持するのが困難となり、上記範
囲を越えると、クリンプを小さく抑えることが困難とな
る。また、糸幅/糸厚み比が30未満であると、扁平糸
の形態の維持と同時にクリンプを抑えることの両方を同
時に達成することが難しくなる。一方、150を超える
と、製織時に扁平状態が潰されやすい。また、糸幅とし
ては、4〜16mmの範囲程度が製織しやすい。
できる。各形態の織物においては、織物厚みおよび織物
目付は以下のような範囲が好ましい。
をたて糸およびよこ糸とする織物とする場合には、織物
厚みが0.1〜0.4mm、織物目付が100〜300
g/m2 であることが好ましい(織物−1)。
糸をたて糸またはよこ糸とし、補助糸を用いて製織され
た一方向性の織物とする場合には、織物厚みが0.07
〜0.3mm、織物目付が100〜320g/m2 であ
ることが好ましい(織物−2)。
強化繊維マルチフィラメント糸を炭素繊維糸とする場合
には、該炭素繊維糸のフィラメント数が5,000〜2
4,000本、繊度が3,000〜20,000デニー
ルであることが好ましい。
度が2,000デニール以下の細い繊維からなる扁平な
織糸を使用することが好ましく、さらに好ましくは50
〜600デニールである。補助糸は、繊度が大きいとク
リンプが大きくなり、また、繊度が小さいと製織や取扱
いに際して切断し易い。この補助糸は、並行する扁平な
織糸を一体に保持することを目的に使用され、炭素繊維
やガラス繊維などの無機繊維、ポリアラミド繊維、ビニ
ロン繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維が使用で
き、種類に関しては特に限定はない。
糸をたて糸とよこ糸の少なくとも一方とする織物であっ
て、該たて糸とよこ糸の少なくとも一方が前記強化繊維
マルチフィラメント糸が複数積層されてなる織物とする
場合には、織物厚みが0.1〜0.6mm、織物目付が
200〜500g/m2 であることが好ましい(織物−
3)。扁平な織糸であるため、このように複数積層した
状態で織成しても、クリンプは小さく抑えられる。積層
により、織物の繊維密度を高めることができる。
される値をいう。 織物の繊維密度(g/m3 )=[織物目付(g/
m2 )]/[織物厚さ(mm)] なお、織物目付(g/m2 )および織物厚さ(mm)
は、それぞれJIS R7602に準拠して測定した値
である。
メント糸を炭素繊維糸とする場合には、該炭素繊維糸の
フィラメント数が3,000〜24,000本、繊度が
1,500〜20,000デニールであることが好まし
い。
00デニール、あるいは1,500〜20,000デニ
ールの太い糸を用いても、上記最適な織物目付の範囲と
することにより、扁平糸の扁平状態が潰されたり、織り
目が粗くなりすぎたり、樹脂の含浸性が悪化したりする
ことを防止できる。
用する炭素繊維扁平糸の特性として、引張破断伸度が大
きく、引張破断強度が高い必要があり、引張破断伸度は
1.5%以上、引張破断強度は200kg・f/mm2
以上、引張弾性率は20,000kg・f/mm2 以上
であることが望ましい。
織物は、たとえば平組織されている。また、扁平なフッ
クドロップ値の大きな織糸を用い、クリンプが極めて小
さいことから、大きなカバーファクターの達成が可能で
ある。
合で、かつ、扁平な強化繊維マルチフィラメント糸が炭
素繊維糸からなる場合、織物目付と炭素繊維糸の繊度と
が次式の関係を満たし、かつ、カバーファクターが95
〜100%であることが好ましい。 W=k・D1/2 但し、W:織物目付(g/m2 ) k:比例定数(1.4〜3.6) D:炭素繊維糸の繊度(デニール)
って、かつ、扁平な強化繊維マルチフィラメント糸が炭
素繊維糸からなる場合、織物目付と炭素繊維糸の繊度と
が次式の関係を満たし、かつ、カバーファクターが95
〜100%であることが好ましい。 W=k・D1/2 但し、W:織物目付(g/m2 ) k:比例定数(0.9〜4.0) D:炭素繊維糸の繊度(デニール)
あって、かつ、扁平な強化繊維マルチフィラメント糸が
炭素繊維糸からなる場合、織物目付と炭素繊維糸の繊度
とが次式の関係を満たし、かつ、カバーファクターが9
5〜100%であることが好ましい。 W=k・D1/2 但し、W:織物目付(g/m2 ) k:比例定数(2.0〜6.0) D:炭素繊維糸の繊度(デニール)
ファクターが95%より小さくなると、炭素繊維糸相互
間に繊維が存在しない空隙部が大きくなり、プリプレグ
やCFRPを製造したとき、この空隙部が樹脂リッチ部
となるのみならず、この空隙部に樹脂が偏在して充填さ
れてボイドが集中する。このため、このようなプリプレ
グやCFRPは、応力が作用したとき、樹脂リッチ部や
ボイドが集中した部分から破壊が進み好ましくない。
間に形成される空隙部の大きさに関係する要素で、織物
上に面積S1 の領域を設定したとき、面積S1 内におい
て織糸に形成される空隙部の面積をS2 とすると、次式
で定義される値をいう。 カバーファクターCf=[(S1 −S2 )/S1 ]×1
00
マルチフィラメントからなるたて糸やよこ糸を用いてい
る。従って、目抜け度の小さな、すなわちカバーファク
ターが大きな織物となる。このようなカバーファクター
の大きな補強織物を用いてプリプレグやFRPを成形す
ると、均一な成形品が得られ、樹脂中にボイドが入った
り、応力が集中するような繊維分布むらが発生しない。
としては、たとえば、強化繊維糸の製造工程において、
複数の強化繊維からなる繊維束をロール等で所定の幅に
拡げ、扁平な形状にしてそのまま保持するか、あるいは
元に戻らないようにサイジング剤等で形態を保持させれ
ばよい。とくに、扁平形状を良好に保持するためには、
扁平糸に0.1〜1.5重量%程度の小量のサイジング
剤を付着させておくことが好ましい。
リフォームやプリプレグ、さらにはFRPやCFRPの
成形に供され、補強基材として優れた特性を発揮する。
強織物の複数枚を積層し、ステッチ糸を用いて一体に縫
合したもの、あるいは、前記した補強織物の少なくとも
1枚と他の補強織物とを積層し、ステッチ糸を用いて縫
合したものからなる。この補強織物は、扁平で実質的に
撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸を織糸として
おり、かつ集束性が低いので(フックドロップ値が大き
いので)、開繊、拡幅されやすく、ニードル等が突き刺
さっても各単繊維は容易に逃げることができる。
においては、織糸内で糸幅方向に横断する繊維が存在し
て繊維を強固に集合させている。したがって、その部分
にステッチやミシンのニードルが突き刺さると、各単繊
維は逃げ難いためにニードルとの抵抗で単繊維が切断さ
れるおそれがある。
べ糸幅の大きい扁平糸を用いているので、必然的に、織
糸の配列ピッチが大きくかつ薄い補強織物となる。した
がって、たて糸とよこ糸の交錯部での拘束力が弱いの
で、先端が鋭利なニードルを突き刺した際、強化繊維糸
自身も動き易くて逃げるし、かつ、強化繊維糸は無撚で
しかも扁平状であるため、しかもフックドロップ値が高
いため、繊維自身も動き易く、繊維損傷を起こすような
ことがない。また、織糸の配列ピッチを大きくとって
も、織糸が扁平で糸幅が大きく、かつ、前述の如くクリ
ンプを極めて小さく抑えることができるので、95〜1
00%の高いカバーファクターを達成できる。
有率の複合材料が得られ、樹脂リッチ部が発生すること
を防止でき、高い強度、弾性率の複合材料が得られる。
また、ステッチしても繊維損傷がないため、均一で高い
強度特性を確保できる。
っても、ステッチする場合基材繊維の損傷は避け難い
し、さらに積層体となると基材表面が織糸間隔を単位と
して凹凸している。その様な織物を数枚積層すると、織
物基材同士の接触面で凹凸が重なり合い、織糸は殆ど動
けない状態となるので、ニードルが貫通する際、高い抵
抗となって、ニードル自身が壊れたり、基材の繊維損
傷、ステッチ糸の切断が多く発生する問題があって、余
り厚い積層体をステッチすることができない。
は、そのような問題点を有しないので、補強織物の積層
枚数を多くすることが可能である。積層体の厚みの限度
としては10mm程度までニードルや基材繊維が損傷す
ることなくステッチ可能である。
を採ることができる。たとえば、各補強織物の織糸が同
一方向に配列された単一積層構成としてもよく、織糸の
配列方向が0°/90°の補強織物層および±45°の
補強織物層を含む構成としてもよい。また、積層された
各補強織物が擬似等方積層構成をなしていると、複合材
料を形成した際より均一な特性とできる。擬似等方性に
積層させる場合には、厚み方向中心に対して鏡面対称に
なるように積層させることが好ましい。そうすることに
より、繊維強化樹脂材料の硬化板にした際に反りが発生
しないからである。
は異方性が極めて高い材料であるため、繊維軸方向には
強いが、繊維軸方向から外れると急激に強度、弾性率が
低くなる。したがって、この炭素繊維織物を使用して、
繊維配向が0°、90°方向の織物と、バイアスに裁断
した繊維配向が+45°、−45°方向の織物を交互に
積層すると、0°、90°、+45°、−45°の繊維
軸方向の特性が同じなので、FRPの全ての方向が同じ
強度、弾性率となり、特に航空機の構造材料として好適
である。
されず、たとえば単環縫いが適用できる。
ガラス繊維糸、ポリアラミド繊維糸などが挙げられ、な
かでも引張破断伸度の大きい糸が好ましい。とくに、ス
テッチ糸の引張破断伸度が補強織物の強化繊維マルチフ
ィラメント糸の引張破断伸度よりも大きいことが好まし
い。引張破断伸度の大きいステッチ糸を用いることによ
り、繊維強化樹脂材料に引張応力が作用しても、強化繊
維マルチフィラメント糸からなる織糸が先に応力を受け
持つことになるから、ステッチ糸が切断されたり、ステ
ッチ糸の締め付けによる織糸の応力集中が避けられる。
的にもよるが、200〜2,000デニールのものが好
ましく、これを5〜20mmのピッチで繰り返し貫通さ
せながら縫合することが好ましい。特に層間を強化させ
る場合においては、1,000〜2,000デニールの
太い繊度が好ましく、成形での積層工程を簡略化させる
目的で縫合させる場合には200〜600デニールの細
い繊度のステッチ糸であってもよい。
させる場合のニードル間隔としては、2〜50mm程度
が好ましい。また、1本のニードルで直線あるいは曲線
に縫い合わしても良く、縫い方としては前述の如く単環
縫いであっても、本縫いであってもよい。このとき、ニ
ードルは、先端が鋭利で、しかも細いものが繊維損傷を
より少なくする上で好ましい。
ニードルによる損傷がなく、優れた基材であるが、ステ
ッチする際のステッチ糸の張力が高いと単繊維が移動し
易いから、貫通部においてその張力により強化繊維の配
向を乱す問題が生じるおそれがある。このような問題に
対しては、補強基材の積層において、最外層に薄くて目
ずれし難いガラスクロスや薄いガラス繊維のサーフェス
マットの配置、あるいは本発明の織物基材で、さらにた
て糸とよこ糸の交点を接着剤で目どめした補強織物を配
置することにより、上記のような繊維配向の乱れを防ぐ
ことができる。
の補強織物に30〜70重量%のマトリクス樹脂を含浸
したものからなる。より好ましい樹脂量は35〜45重
量%である。
シ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの
熱硬化性樹脂は、織物に含浸された状態ではBステージ
である。また、マトリクス樹脂として、ナイロン樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、
ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ビスマ
レイミド樹脂等の熱可塑性樹脂も使用することができ
る。
合材料におけるマイクロクラックの発生を防ぐために
は、マトリクス樹脂の硬化または固化状態における引張
破断伸度を補強織物の強化繊維マルチフィラメント糸の
引張破断伸度よりも大きくすることが効果的である。た
とえば、マトリクス樹脂が、硬化状態における引張破断
伸度が3.5〜10%の熱硬化性樹脂または固化状態に
おける引張破断伸度が8〜200%の熱可塑性樹脂であ
ることが好ましい。
明の補強織物を含み、かつ、30〜70重量%のマトリ
クス樹脂を含むものからなる。マトリクス樹脂として
は、前記と同様の熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が使
用できる。また、マトリクス樹脂の引張破断伸度が補強
織物の強化繊維マルチフィラメント糸の引張破断伸度よ
りも大きいことが好ましく、引張破断伸度が3.5〜1
0%の熱硬化性樹脂または引張破断伸度が8〜200%
の熱可塑性樹脂を使用することが好ましい。
成形することができる。プリプレグを所定の枚数を所定
の方向に積層し、マトリクス樹脂が熱硬化性樹脂の場合
は100〜200℃で加熱しながら4〜10kg/cm
2 の加圧下で樹脂を硬化することによって、熱可塑性樹
脂の場合は7〜30kg/cm2 の加圧下で樹脂の融点
以上に加熱して、樹脂を溶融し冷却することによって成
形することができる。
ロップ値が高く開繊、拡幅されやすい、扁平な強化繊維
マルチフィラメント糸を織糸としているので、FRPを
成形する際、織物自身、プリプレグやプリフォーム等の
補強基材を型に沿わせる際、各織糸が扁平状態や密な繊
維密度を保ちつつ、互いの交差角が容易に変化し、ドレ
ープ性に極めて優れている。
は、目開き等を生じることなく、深絞りで容易に所定形
状に賦形できる。すなわち、本発明に係る繊維強化プラ
スチックの製造方法は、2方向性補強織物からなる、少
なくとも一枚の前述したいずれかの態様の補強織物を含
む補強基材を、該補強織物の織糸の方向が深絞り中心を
向く方向に対して斜めの方向となる各々の隅を固定し、
固定された補強基材を深絞りにより賦形すること特徴と
する方法からなる。
れば、賦形の際に固定部分においても各織糸の交差角を
容易に変化させることができ、型へのドレープ性が大幅
に向上され、所望の成形が極めて容易に行える。
法により製造できる。すなわち、本発明に係る補強織物
の製造方法は、配列された複数本のたて糸間によこ糸を
供給して補強織物を製造する方法において、前記よこ糸
として、集束性がフックドロップ値FD(15)で20〜8
00mm、好ましくは100〜600mmの範囲の、扁
平で実質的に撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸
を用い、該よこ糸をボビンから横取り解舒し、ガイド手
段によってよこ糸をよこ糸供給位置において実質的に水
平方向に位置決めするとともに、前記よこ糸の解舒位置
とガイド手段との間でたて糸に対する1回のよこ糸供給
に必要な長さのよこ糸を保留しつつ、前記よこ糸を緊張
状態で前記ガイド手段を通してたて糸間に供給するよこ
糸供給工程を含む方法からなる(製造方法−1)。
は、配列された複数本のたて糸間によこ糸を供給して補
強織物を製造する方法において、前記たて糸として、集
束性がフックドロップ値FD(15)で20〜800mmの
範囲の、扁平で実質的に撚りがない強化繊維マルチフィ
ラメント糸を用い、該複数本のたて糸を、その配列方向
に実質的に直交する方向に各たて糸の扁平方向を保持す
るとともに配列方向に所望の密度で引き揃えた後、各た
て糸の扁平方向をたて糸配列方向に変換して杼道形成手
段に導くたて糸供給工程を含む方法からなる(製造方法
−2)。
は、配列された複数本のたて糸間によこ糸を供給して補
強織物を製造する方法において、前記たて糸として、扁
平で実質的に撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸
を用い、該複数本のたて糸を、その配列方向に実質的に
直交する方向に各たて糸の扁平方向を保持するとともに
配列方向に所望の密度で引き揃えた後、各たて糸の扁平
方向をたて糸配列方向に変換し、該たて糸を、該たて糸
を案内する手段上で開繊、拡幅して杼道形成手段に導く
たて糸供給工程を含む方法からなる(製造方法−3)。
たとえば、たて糸案内手段の揺動により開繊、拡幅され
る。
もできる。たとえば、製造方法−1のよこ糸供給工程お
よび製造方法−2または製造方法−3のたて糸供給工程
を含む、補強織物の製造方法としてもよい。
織物に製織した後にも、織糸の開繊を付加してもよい。
すなわち、本発明の補強織物の製造方法は、たて糸とよ
こ糸の少なくとも一方に扁平で実質的に撚りがない強化
繊維マルチフィラメント糸を用いて補強織物を製織した
後、織物を案内する手段上でたて糸および/またはよこ
糸を開繊、拡幅する方法からなる(製造方法−4)。
はよこ糸は、たとえば、織物案内手段の揺動により開
繊、拡幅される。あるいは、たて糸および/またはよこ
糸は、流体噴射手段からの噴射流体により開繊、拡幅さ
れる。流体噴射手段を織物面に並行に揺動すると、さら
に開繊、拡幅効果を高めることができる。
マルチフィラメント糸の集束性がフックドロップ値FD
(15)で20〜800mmの範囲にある補強織物が得られ
る。このとき、前述したように、強化繊維マルチフィラ
メント糸の糸厚みが0.05〜0.2mm、糸幅/糸厚
み比が30以上であることが好ましい。
製造装置を用いて実施できる。すなわち、本発明に係る
補強織物の製造装置は、製織装置の主軸と連動して回転
し、集束性がフックドロップ値FD(15)で20〜800
mmの範囲の、扁平で実質的に撚りがない強化繊維マル
チフィラメント糸からよこ糸を巻回したボビンからよこ
糸を定速で横取り解舒する引取りローラと、引き出され
たよこ糸をよこ糸供給位置において実質的に水平方向に
位置決めするガイドローラと、たて糸に対する1回のよ
こ糸供給に必要な長さのよこ糸を、前記引取りローラと
ガイドローラとの間で保留しつつ前記ガイドローラに供
給するよこ糸保留手段と、前記ガイドローラから送り出
されてくるよこ糸を緊張状態に保つ張力付与手段とを含
むよこ糸供給手段を備えたものからなる(製造装置−
1)。
は、複数のワイヤを有し、集束性がフックドロップ値F
D(15)で20〜800mmの範囲の、扁平で実質的に撚
りがない強化繊維マルチフィラメント糸からなるたて糸
を巻回したボビンから引き出される複数本のたて糸を扁
平状態を保持しながら所望の密度に引き揃えるコーム
と、このコームから送り出されてくる各たて糸の扁平方
向を、それぞれ前記コームの複数のワイヤに対して実質
的に直交する方向に変換するガイドと、このガイドから
送り出されてくる各たて糸に前記変換された方向の姿勢
を保ちながら開閉運動を付与する綜絖とを含むたて糸供
給手段を備えたものからなる。(製造装置−2)。
は、複数のワイヤを有し、集束性がフックドロップ値F
D(15)で20〜800mmの範囲の、扁平で実質的に撚
りがない強化繊維マルチフィラメント糸からなるたて糸
を巻回したボビンから引き出される複数本のたて糸を扁
平状態を保持しながら所望の密度に引き揃えるコーム
と、このコームから送り出されてくる各たて糸の扁平方
向を、それぞれ前記コームの複数のワイヤに対して実質
的に直交する方向に変換するガイドと、前記変換された
方向を保ちながら各たて糸を揺動させて開繊、拡幅する
たて糸開繊、拡幅手段と、このたて糸開繊、拡幅手段か
ら送り出されてくる各たて糸に開閉運動を付与する綜絖
とを含むたて糸供給手段を備えたものからなる(製造装
置−3)。
せることができる。すなわち、製造装置−1のよこ糸供
給手段と製造装置−2または製造装置−3のたて糸供給
手段とを備えた補強織物の製造装置とすることができ
る。
は、たて糸とよこ糸の少なくとも一方を扁平で実質的に
撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸として製織さ
れた補強織物の、たて糸および/またはよこ糸を開繊、
拡幅する手段を備えたものからなる(製造装置−4)。
繊、拡幅装置としては、前記ガイドをたて糸配列方向に
揺動する機構を付加したもの等が挙げられる。また、製
織後の開繊、拡幅手段としては、織物案内手段をたて糸
配列方向に揺動する手段、あるいは、開繊、拡幅のため
の流体(たとえばエア)を噴射する流体噴射手段が挙げ
られる。
参照して説明する。図2ないし図6は本発明の一実施例
に係る補強織物の製造装置を示しており、炭素繊維糸か
らなる織糸を用いて炭素繊維補強織物を製織する装置を
示している。この装置は、よこ糸供給装置として、ボビ
ン1、引取りローラ3、テンション装置4、ガイドロー
ラ5〜7、板バネテンション装置8、押板ガイド9及び
レピア11等を備えており、たて糸供給装置として、ク
リール20、コーム21、水平ガイド22、綜絖23及
び筬24を備えている。
ン1は、多数の炭素繊維からなる扁平な炭素繊維マルチ
フィラメント糸であるよこ糸Twfが巻回され、よこ糸
Twfはテンションローラ2を経て引取りローラ3に案
内され、引取りローラ3の回転により一定速度で横取り
解舒される。
からよこ糸Twfを解舒するときは上方に位置し、引取
りローラ3の回転が停止すると自動的に下方に下がると
共に、ブレーキが働いてボビン1の惰性回転が停止す
る。また、引取りローラ3は、この製織装置の主軸26
と連動して回転し、主軸26は駆動モータ25によって
回転する。よこ糸Twfの解舒速度は、すなわち引取り
ローラ3の表面速度は、織機の回転数(rpm)と1回
転に必要なよこ糸長さ(m)が判れば容易に決めること
ができる。
維マルチフィラメント糸は、炭素繊維の数が5,000
〜24,000本で、実質的に撚りがなく、フックドロ
ップ値FD(15)が20〜800mmで、予めサイジング
剤などで扁平状に形態保持されて一定のトラバース幅で
円筒状の管であるボビン1や後述するクリール20のボ
ビン20a、20bに巻かれている。
は、繊度が3,000〜20,000デニール、糸幅が
4〜16mm、厚みが0.05〜0.2mm、糸幅/糸
厚み比が30〜150のものを使用する。また、炭素繊
維マルチフィラメント織糸として、扁平な単位炭素繊維
糸を複数積層したものを使用する場合、単位炭素繊維糸
は、撚りがなく、フックドロップ値FD(15)が20〜8
00mmで、炭素繊維の数が3,000〜24,000
本、繊度が1,500〜20,000デニール、糸幅が
4〜16mm、厚みが0.05〜0.2mm、糸幅/糸
厚み比が30〜150のものとする。
wfは、テンション装置4のガイド4aを経て、水平ガ
イドローラ5、垂直ガイドローラ6、水平ガイドローラ
7に案内されて板バネテンション装置8へと導かれる。
10〜20mm程度で、長さが100〜300mm程度
のベアリングを内蔵した回転方式が好ましい。直径があ
まりにも小さいとよこ糸Twfを構成する炭素繊維マル
チフィラメント糸が屈曲して単糸切れを起こし易く、ま
た、直径が20mm以上になると回転の惰性が大きくな
って始動、停止時の張力変動が大きくなる問題がある。
さは、通過するよこ糸Twfが左右または上下方向に移
動してガイドローラ5〜7を支持する支持部に接触しな
い長さが必要である。よこ糸Twfがガイドローラ5〜
7の支持部に接触すると、扁平状態が潰れてしまう。
は、案内するよこ糸Twfの高さ方向の位置を決め、垂
直ガイドローラ6はよこ糸Twfの水平方向の位置を決
める。したがって、ガイドローラは、少なくとも水平方
向と垂直方向のものが、それぞれ交互に配置されていれ
ばよい。
ドローラ6との間および垂直ガイドローラ6と水平ガイ
ドローラ7との間で、よこ糸Twfの扁平面を90°捩
じる必要がある。このため、ガイドローラ5、6間及び
ガイドローラ6、7間の距離は、よこ糸Twfの幅によ
って異なるが、50mm以上離す必要がある。ガイドロ
ーラ間の距離が50mmより小さいと、よこ糸Twfが
捩じれたまま垂直ガイドローラ6や水平ガイドローラ7
を通過して織り込まれてしまう。また、短い距離でよこ
糸を90°捩じると、織糸の両端部に張力が加わり、毛
羽が発生する。
が、それぞれ2本の組にしてよこ糸TwfをS字状に通
過させると、よこ糸Twfに作用する張力が安定し、よ
こ糸Twfの位置決めを確実に行うことができる。
による間欠的なよこ糸Twfの挿入に際し、引取りロー
ラ3によって一定速度で解舒されるよこ糸Twfの引取
りローラ3と水平ガイドローラ5間における弛みをスプ
リング4bで吸収させて、よこ糸Twfを常に緊張させ
ておくものである。よこ糸Twfは、スプリング4bで
緊張させておかないと、弛んだ際に捩じれてしまい、捩
じれたままガイドローラ5〜7を通過して織り込まれて
しまう問題が起こる。そして、スプリング4bの下端に
設けたガイド4aは、炭素繊維糸の扁平面が水平に案内
されるように、横長に配置しておく。
法としては、エアの吸引による方法があるが、この方法
では吸引中によこ糸Twfが捩じれてしまう問題があ
る。また、重りによるよこ糸Twfの緊張方法では、張
力変動が大きくなり過ぎ、よこ糸Twfを構成する炭素
繊維が損傷する問題があり、前記スプリングによる方法
が最も簡単で、確実である。
の下流側には、よこ糸Twfの張力を均一にさせるテン
ション装置8が配置されている。このテンション装置8
は、幅の広い2枚の板バネ8a、8bでよこ糸Twfを
挟み込むことにより、よこ糸Twfの張力を均一に保持
するものである。
f供給方法においては、原理的には、垂直ガイドローラ
6によりよこ糸Twfの糸道を決めているが、張力変動
やレピア11への引っ掛け動作によりよこ糸Twfの糸
道が変わることがある。したがって、よこ糸Twfが幅
方向に移動してもよこ糸Twfの端部と干渉する物がな
いことが必要であり、そのために幅の広い板バネ8a、
8bを備えたテンション装置8を用いる。板バネ8a、
8bの幅としては、よこ糸Twfの糸幅の5倍以上あれ
ばよい。
8のよこ糸Twfの下流側に配置されており、先端にV
字形のガイド面9aが形成された板である。このガイド
9は、レピア11への給糸と連動して、織機の回転が伝
達されるカム機構を利用して図2に矢印で示した前後方
向に駆動される。
糸端把持ガイド10が配置されている。糸端把持ガイド
10は、図5に示すように、L字形の受け部材10aと
図示しない駆動手段によって上下方向に駆動される押圧
部材10bとを有している。このガイド10は、レピア
11へのよこ糸Twfの給糸が完了するまでの間押圧部
材10bが下降して、よこ糸Twfを受け部材10aに
押しつけて糸端を把持している。
ド9が矢印方向に押し出されて扁平面がV字形のガイド
面9aの斜面に案内されて下降すると共に、糸端把持ガ
イド10も下降し、扁平形態が潰れずにレピア11の先
端を横切る結果、図6に示すようなレピア11の爪11
aに具合良く引っ掛けられる。
ガイド10とガイド孔を有する給糸ガイドとによって、
よこ糸Twfがレピア11を斜めに横断するように待機
させておき、レピア11が給糸位置に到達したときに、
両ガイドを下降させてレピア11の爪11aによこ糸T
wfを引っ掛けさせている。
の給糸ガイドを用いると、よこ糸Twfが扁平な炭素繊
維マルチフィラメント糸の場合に、前記ガイド孔でよこ
糸Twfが擦られて扁平形態が潰れてしまう。このた
め、本発明の装置では、板バネテンション装置8と糸端
把持ガイド10との間に押し板ガイド9を設け、レピア
11への給糸時に糸端把持ガイド10を下降させると共
に、押し板ガイド9を前進させることにより、織機の後
方によこ糸Twfを押し付けてレピア11に対して横切
るようにしたのである。
向に移動する際、よこ糸Twfをレピア先端の爪11a
に引っ掛け、押え具11bで押さえて把持する。レピア
11は、図2に示したように、後述する筬24の近傍に
配置される長手状の部材で間欠的に横方向に作動して、
よこ糸Twfを多数のたて糸Twr間に挿入するもので
ある。レピア11は、図3及び図4に示すように、アー
ム27a〜27dを有するリンク手段27を介して伝達
される駆動モータ25からの駆動力によって間欠作動す
る。レピア11は、図6に示すように、扁平なよこTw
fを引っ掛ける爪11aが先端に設けられ、爪11aの
近傍には押え具11bが取付けられている。
把持する方法として、図7に示すように、レピア11の
先端に導かれたよこ糸Twfの端部を挟み具12で挟ん
で把持させることにより、ほとんど扁平状態を潰すこと
なくよこ糸挿入を達成することができる。
いては、以上のようなよこ糸供給装置のよこ糸供給工程
により、ボビン1に巻回されたよこ糸Twfが、引取り
ローラ3によって一定速度で解舒され、レピア11の間
欠的なよこ糸挿入の際の弛みがテンション装置4のスプ
リング4bで吸収される。
こ糸Twfは、ガイドローラ5〜7で案内されると共
に、板バネテンション装置8で均一な張力に保持されな
がら、押し板ガイド9と糸端把持ガイド10との協働に
より、レピア11の爪11aに引っ掛けられ、図2に示
す多数のたて糸Twr間に挿入される。このため、炭素
繊維マルチフィラメント糸からなるよこ糸Twfは、捩
じれたり、扁平形態が潰されることなく織り込まれる。
と、クリール20は、多数のボビン20aが回転自在に
支持され、各ボビン20aには、よこ糸供給装置のボビ
ン1と同様に、扁平な炭素繊維マルチフィラメント糸か
らなるたて糸Twrが巻回され、たて糸Twrは、横取
り解舒された後、コーム21、水平ガイド22、綜絖2
3及び筬24を経て織前へ導かれる。
の解舒速度は、よこ糸Twfに比べて極端に遅く、一定
の速度でよいから、ボビン20aは軽いブレーキ付きで
あればよい。
1a、21a間に織物のたて糸Twrの間隔と同じ間隔
に複数のワイヤ21bを上下方向に設けたものを多数連
結したもので、ワイヤ21b、21b間にたて糸Twr
を1本ずつ通すことにより、多数のたて糸Twrを水平
方向に対して位置決めし、たて糸Twrを所望の密度に
引き揃える。
20のボビン20a、20bから供給される扁平なたて
糸Twrが支持枠21a、21aと接触せず、たて糸T
wrの扁平面がワイヤ21bのみと接触するよう、所定
の長さにする必要がある。ワイヤ21bの長さが所定長
さ以下であると、たて糸Twrが潰れてしまう。ワイヤ
21bの最適な長さは、クリール20の高さと、クリー
ル20からコーム21ならびに水平ガイド22までの距
離によって決まるが、300mm程度の長さが必要であ
る。
aを有し、ボビン20aから解舒されたたて糸Twrを
2本のガイドバー22aにS字状に巻回して、上下方向
の位置を規制する。ここで、たて糸Twrは、コーム2
1と水平ガイド22との間で扁平面を90°、つまりた
て糸配列方向に捩じる必要がある。このため、コーム2
1と水平ガイド22との間隔は、たて糸Twrの幅によ
って異なるが、50mm以上離す必要がある。コーム2
1と水平ガイド22との間隔が、50mm以下であると
たて糸Twrが捩じれたまま水平ガイド22を通過して
織り込まれてしまう。
うち、1本のガイドバーを水平方向に(図2の矢印方向
に)揺動させることによって、たて糸Twrを開繊、拡
幅することができる。ガイドバー22aに扁平なたて糸
TwrをS字状に巻回することによって、ガイドバー2
2aに接するたて糸Twrの内面と外面との糸長差が発
生し、内面の繊維は弛み、外面の繊維が引っ張られてい
るので、これを水平方向つまり糸の幅方向に揺動させる
ことによって、たて糸が開繊し幅が広くなるのである。
たて糸の内面と外面との糸長差を大きくする意味合いか
ら、ガイドバー22aの直径はできるだけ小さい方がよ
いが剛性も必要なので、鋼製で15〜40mm程度であ
る。また、ガイドバー22aの揺動速度は、0.5〜1
0回/秒、振幅は3〜10mm程度である。揺動速度が
10回/秒以上、振幅が10mm以上になると、ガイド
バー22aに炭素繊維が擦れて毛羽が発生して好ましく
ない。また、揺動速度が0.5回/秒以下、振幅が3m
m以下であると、十分にたて糸Twrが開繊しなく、幅
が広くならない。
で炭素繊維糸を開繊、拡幅する場合、織物がこれらガイ
ドバー22aでニップされて、毛羽が発生しないよう
に、各々のガイドバー22aをある程度離れさせてお
く。水平ガイドバー22aが2本の場合、1本を静止さ
せて他の1本を揺動させる。また、互いのバーの運動方
向が逆になるように2本とも揺動させてもよい。3本の
場合、真ん中のガイドバーを揺動させ、また、真ん中の
ガイドバーと他のバーの運動方向が逆になるように3本
とも揺動させてもよい。また、これらガイドバーはたて
糸Twrの走行によって回転できるようにしてもよい
し、回転を止めておいてもよい。
て糸Twrの上下方向の位置の規制と揺動運動によるた
て糸Twrの開繊、拡幅の機能を持たせたが、たて糸T
wrの上下方向の位置規制のためのガイドバー22a
と、このガイドバー22aと綜絖23との間にたて糸T
wrの開繊、拡幅のための揺動するガイドバーを別に設
けてもよい。
置されており、水平ガイド22で上下方向の位置が位置
決めされた各たて糸Twrを筬24へ案内するが、図示
しない駆動手段によって昇降され、筬24の下流側の多
数のたて糸Twr間によこ糸Twfを通す杼道を形成す
る。
隣接する糸と綜絖との間における干渉を少なくする目的
で縦長形状になっている。しかし、このように縦長形状
のメールに扁平な糸を通すと、扁平形状が潰され扁平形
状を維持して製織することが出来ない。したがって、綜
絖23は、メール23aの形状を横長に形成することが
好ましく、メール23aの横方向の長さは、たて糸Tw
rとして用いる炭素繊維マルチフィラメント糸の糸幅と
同等または若干長く設定する。メール23aの形状とし
ては、矩形あるいは横長楕円が好ましい。
ビン20aから解舒された多数のたて糸Twrを所定の
密度に配列させると共に、杼道に通されたよこ糸Twf
を織前へ押し付けるもので、フレーム24aに多数の筬
羽24bが上下方向に配置されている。筬24は、図4
に示すように、駆動モータ25の回転が伝達されるカム
28によって、図4に矢印で示すたて糸Twrの走行方
法に往復動され、これによりよこ糸Twfを織前へ押し
付ける。
きるだけ低く設定することが望ましい。これは、綜絖2
3に案内されてくるたて糸Twrの筬24の横方向の位
置が僅かにずれて筬羽24bと接触しても、たて糸Tw
rの張力が低いと扁平形状が潰されることがなく、ま
た、綜絖23が揺れてたて糸Twrの位置がずれ、たて
糸Twrがメール23aの片側に寄っても扁平形状が潰
されることがないからである。
程に従ってたて糸Twrが所望の密度に引き揃えされる
と共に、よこ糸供給装置から送られてくるよこ糸Twf
が織前に押し付けされ、炭素繊維補強織物が製織され
る。
20aのそれぞれからたて糸Twrが横取り解舒され
る。各たて糸Twrは、コーム21で水平方向の位置が
位置決めされた後、90°捩りを付与されて水平ガイド
22へと導かれる。
wrは、上下方向の位置がガイドバー22a、22aに
よって位置決めされた後、図示しない駆動手段によって
昇降される各綜絖23に1本おきに案内され、筬24の
下流側の多数のたて糸Twr間によこ糸Twfを通す杼
道が形成される。このようにしてクリール20の多数の
ボビン20aから解舒された多数のたて糸Twrは、筬
24で所定密度に配列され、織前へと案内される。
たときに、レピア11の間欠作動により多数のたて糸T
wr間によこ糸Twfが挿入され、挿入されたよこ糸T
wfは筬24によって織前へ押し付けられ、図2に示す
ように、炭素繊維補強織物が製織されていく。このたて
糸供給工程により、各Twrは等間隔でシート状に揃え
られ、安定した製織が可能になる。
織後における織糸の開繊、拡幅方法について説明する。
たて糸Twrとよこ糸Twfの少なくとも一方が撚りの
ない扁平な炭素繊維マルチフィラメント糸で、配列され
たたて糸Twr間によこ糸Twfが挿入され、挿入され
たよこ糸Twfは筬24によって織前へ押し付けられ、
炭素繊維補強織物が製織され、巻取ロール30で巻き取
られクロスビーム31に巻かれる。この巻取ロール30
とクロスビーム31間に、織物面に並行に小径ローラ3
2a、32b(織物案内手段32)を取り付けて織物を
この小径ローラ32a、32bにS字状に巻回し、小径
ローラを織物面の方向に揺動運動させて、織物に揺動運
動を与える。この揺動する小径ローラは少なくとも1本
取り付けることが必要であり、小径ローラが1本の場
合、小径ローラの前後にガイドバーを取り付けて織物を
ローラにS字状に巻回し、小径ローラを揺動運動させ
て、織物に揺動運動を与えたて糸Twrおよびよこ糸T
wfを開繊、拡幅することができる。小径ローラに織物
をS字状に巻回することによって、ローラに接する織糸
の内面と外面との糸長差が発生し、内面の繊維は弛み、
外面の繊維が引っ張られているので、これを揺動させる
ことによって、織物のたて糸Twrおよびよこ糸Twf
が開繊し幅が広くなるのである。
いから、小径ローラの直径はできるだけ小さい方がよい
が剛性も必要なので、鋼製で15〜40mm程度であ
る。また、小径ローラの揺動速度は、0.5〜10回/
秒以上、振幅は3〜10mm程度である。揺動速度が1
0回/秒以上、振幅が10mm以上になると、小径ロー
ラに炭素繊維が擦れて毛羽が発生して好ましくない。ま
た、揺動速度が0.5回/秒以下、振幅が3mm以下で
あると、十分に織糸が開繊しなく、幅が広くならない。
に並行に、かつよこ糸Twfの延在方向に取り付ける
と、特にたて糸Twrの開繊、拡幅に効果がある。ま
た、織物面に並行に、かつよこ糸Twfに対して斜め、
たとえば45度の方向に取り付けるとたて糸Twrおよ
びよこ糸Twfを同時に開繊、拡幅することができる。
運動で炭素繊維糸を開繊、拡幅する場合、織物がこれら
小径ローラ32a、32bやガイドバーでニップされて
毛羽が発生しないように、各々の小径ローラ32a、3
2bがガイドバーをある程度離れさせておく。小径ロー
ラが2本の場合、1本を静止させて他の1本を揺動させ
る。また、互いの小径ローラの運動方向が逆になるよう
に2本とも揺動させてもよい。3本の場合、真ん中の小
径ローラを揺動させ、また、真ん中の小径ローラと他の
小径ローラの運動方向が逆になるように3本とも揺動さ
せてもよい。また、これら小径ローラは織物の走行によ
って回転できるようにしておくと、織物の目ずれが発生
しないので好ましい。
について説明する。但し、本実施例では、上述の方法と
ともに適用されている。織前と巻取ロール30間または
巻取ロール30とクロスビーム31間に、織物面に並行
配列している多数のノズル孔を有するノズル装置33を
取り付け、織物に流体を噴射することによって織物のた
て糸Twrおよびよこ糸Twfを開繊、拡幅することが
できる。流体は空気または水であってよいが、空気の場
合は流体の質量が小さいので、開繊、拡幅効果を上げる
意味合いから、ノズル孔を極力織物面に近づけて噴射す
る必要がある。好ましくは1〜5mm程度で、あまり近
づけると、製織中の張力変動やトラブル処理作業時にノ
ズル装置33が織物に接触するので好ましくない。5m
m以上になると織物面に到達する前に空気流の圧力が低
下し開繊、拡幅効果が低下する。本発明に用いるノズル
装置33はノズル孔が0.1〜0.7mm、ノズルのピ
ッチが2〜10mm程度で、噴射圧力は4〜15kg/
cm2 程度である。また、流体が水の場合はノズル孔は
0.05〜0.5mm、ノズルのピッチが0.5〜5m
m程度で、噴射圧力は2〜6kg/cm2 程度である。
織物面からのノズル孔の距離は、空気に比べて水の質量
は大きいので、それほど近づける必要はなく、5〜30
cm程度離れていればよい。
装置33を静止して流体を噴射することによって、特に
織物のよこ糸が開繊、拡幅される。また、ノズル装置3
3をよこ糸配列方向に揺動させると、織物のたて糸Tw
rとよこ糸Twfが同時に開繊、拡幅されるので効率が
よい。この場合の揺動の速度は1〜30回/秒、揺動の
振幅は3〜20mm程度である。
物面がノズル位置から離れ、織物のたて糸およびよこ糸
が開繊、拡幅効果を低下させることがあるが、この場合
は織物を挟んでノズルの反対側にメッシュ金網を設置
し、織物を金網に接触させてノズルと織物の間隔を保つ
ようにするとよい。また、目ずれしやすい織物の場合
は、メッシュ金網のかわりにスリット付きロールを設置
し、このスリットに噴射された流体が通るようにすると
よい。
物のたて糸およびよこ糸の織糸の開繊状態に影響するの
で、たて糸や織物を40〜80℃に加熱して開繊する
と、サイジング剤が軟らかくなり、強化繊維のフィラメ
ントの接着が弱くなるので、開繊効果をさらに高め、織
糸が拡幅し、カバーファクターの大きな織物が得られ
る。
よる揺動法とノズルによる流体噴射法がそれぞれ単独で
あってもよいが、本実施例の如くこれらを併用して用い
ることもできる。また、上記に説明した織物織糸の開
繊、拡幅方法は、織機のオンライン上で行う場合につい
て説明したが、一旦巻き取られた織物に対し別のライン
で行ってもよい。
幅や織物の織糸の開繊、拡幅の方法によって、織物のた
て糸およびよこ糸の開繊、拡幅の程度が異なり、フック
ドロップ値も異なることがあるが、本発明においては、
たて糸およびよこ糸のフックドロップ値FD(15)が20
〜800mmの範囲であればよい。
はよこ糸が撚りがなくて、フックドロップ値FD(15)が
20〜800mmの扁平な炭素繊維マルチフィラメント
糸からなる織物であれば、揺動や流体の噴射により開
繊、拡幅しやすくなるので、たて糸及び/又はよこ糸の
開繊、拡幅効果を上げることができるので好ましい。
法及び製造装置においては、繊度の大きい、フックドロ
ップ値が特定の範囲の、実質的に撚りがない扁平な炭素
繊維マルチフィラメント糸からなるたて糸及びよこ糸
が、扁平状態を維持して薄く繊維密度が均一な補強織物
に製織され、図8に示すように、たて糸Twrとよこ糸
Twfが交錯した部分におけるクリンプの発生も殆ど見
られなかった。ここで、図8は、製織された炭素繊維織
物の断面を拡大したもので、たて糸とよこ糸となる炭素
繊維糸は実際のものよりも誇張してモデル的に表現して
ある。
したたて糸とよこ糸とを使用して製織する場合は、以下
のようにする。すなわち、よこ糸に関しては、ボビン1
を2つあるいは3つ用意し、各ボビン1から解舒される
よこ糸Twfを単位炭素繊維糸とし、2本あるいは3本
のよこ糸Twfを引取りローラ3の上で積層されるよう
に、引取りローラ3に案内した後、テンション装置4か
ら板バネテンション装置8へと導く。そして、積層され
たよこ糸Twfを、レピア11によって多数のたて糸T
wr間に挿入すれば、積層されたよこ糸Twfは扁平状
態が潰されることなく、多数のたて糸Twr間に挿入す
ることができる。
つのボビン20aから解舒されたたて糸Twrを単位炭
素繊維糸として積層し、積層されたたて糸Twrをコー
ム21のワイヤ21b、21b間に挿通した後、水平ガ
イド22、綜絖23を経て筬24の筬羽24b、24b
間に導く。
製造方法および製造装置においては、複数の単位炭素繊
維糸を積層したよこ糸Twfおよび/又はたて糸Twr
を製織した補強織物が得られる。
を積層したよこ糸Twfとたて糸Twrと製織した補強
織物は、図9に示すように、繊維密度が均一に製織さ
れ、たて糸Twrとよこ糸Twfが交錯した部分におけ
るクリンプの発生も殆ど見られなかった。
る。たとえば図10に示すように、たて糸Twrを、2
本積層したものと、単層のものとの混ざったものとする
こともでき、図11に示すように、たて糸Twrを3本
あるいはそれ以上積層した構成とすることもできる。い
ずれの態様においても、扁平な織糸を用いているため、
クリンプは極めて小さく押さえられる。
織物は、各種プリフォームやプリプレグ、FRPの成形
に供される。たとえば本発明に係るプリフォームの一実
施例を図12を参照して説明する。
り、織物基材として、4枚の2方向性炭素繊維織物41
〜44を有し、これら織物が層状に配置されている。織
物41と44、および42と43はそれぞれ織糸方向が
同一になるよう配置され、織物41、44と42、43
は織糸方向が45°ずれて配置され、積層された基材の
厚み中心からみて鏡面対称になるよう配置されている。
そして、織物の織糸は繊度が7,200デニールで、糸
幅が8mm、糸幅/糸厚み比が73、そしてフックドロ
ップ値FD(15)が100mm(FD(30)で290mm)
の炭素繊維扁平糸で構成されている。45は単環縫いに
よりステッチされたステッチ糸であり、繊度が700デ
ニール、破断伸度が2.5%の炭素繊維からなる双糸か
らなるものである。このステッチ糸45は、前記層状に
配置された織物基材41〜44の厚み方向に繰り返し貫
通させて縫合されている。
基材を構成する織物が、織糸間隔が大きく薄い織物であ
り、たて糸とよこ糸の交錯部での拘束力が弱く、しかも
織糸自身のフックドロップ値FD(15)が20mm以上と
炭素繊維が移動し易い構造であるので、ステッチされた
際の繊維損傷がなく、炭素繊維の有する高い強度弾性率
を発揮する優れた繊維強化樹脂を製造可能な基材とな
る。
いて説明する。 実施例1 引張破断強度が500kg・f/mm2 、引張弾性率が
23,500kg・f/mm2 、引張破断伸度が2.1
%の撚りのない炭素繊維糸(東レ(株)社製トレカ T
700SC−12K(炭素繊維の数12,000本、繊
度7,200デニール))からなり、糸幅が6.5m
m、糸の厚みが0.12mmで、サイジング剤を0.8
%付着させて形態を保持させた扁平なフックドロップ値
FD(15)が75mm(FD(30)で150〜300mm)
の炭素繊維糸を用い、本発明の製造方法及び製造装置に
より織機回転数120rpmで本発明の炭素繊維補強織
物を製織した。
よこ糸の密度が1.25本/cmの平織で、たて糸及び
よこ糸の糸幅が7.6mm、糸の厚みが0.11mm、
糸幅/糸厚み比が69.1、たて糸相互間及びよこ糸相
互間の織糸ピッチと糸幅との間の織糸ピッチ/糸幅比が
1.05、厚みが0.22mm、織物目付が200g/
m2 、繊維密度が0.91g/cm3 であった。また、
扁平な織糸のフックドロップ値FD(15)はたて糸が83
mm(FD(30)で240mm)、よこ糸が85mm(F
D(30)で245mm)であった。フックドロップ値は、
得られた織物から撚りが入らないように織糸をほぐし、
図1に示した方法により測定した。
糸に解舒撚りが入っておらず、カバーファクターが9
9.8%と空隙部が殆どない繊維密度が均一で、表面が
平滑な織物であった。
は、類似の炭素繊維糸(東レ(株)社製 トレカT30
0 B−3K(炭素繊維の数3,000本、繊度1,8
00デニール))を用いた、たて糸およびよこ糸の密度
が5.0本/cmの平織で、織物目付が200g/m2
の従来の炭素繊維補強織物に比べて織糸密度が1/4で
あるから4倍という早い速度であり、非常に生産性が向
上していた。
度が3.5%のエポキシ樹脂を36重量%含浸させてプ
リプレグを得た。このプリプレグは炭素繊維補強織物と
同様に、表面が平滑で炭素繊維が均一に分布していた。
層させてオートクレーブ成形法でCFRPを作製し、A
STM−D−3039のCFRP引張試験法に準拠して
引張破断強度と引張弾性率とを測定した。その結果を、
炭素繊維の体積含有率と共に表1に示した。この測定に
際し、CFRPは、炭素繊維糸が1.6%の伸度で破断
したが、引張方向に直交する横方向において、マトリッ
クス樹脂のマイロクラックは発生しなかった。
よこ糸の密度が1.25本/cmの平織の炭素繊維補強
織物を片側レピア織機を用い、たて糸は横取りで解舒さ
せ、次いでたて糸クリールの円孔ガイド、配列ガイド、
縦長孔の綜絖に順次導く従来の製織法で、また、よこ糸
は、縦取り解舒による従来の製織法により製織した。
れて集束した状態で織り込まれており、よこ糸は1m当
たり3〜4個の解舒撚りが入って集束しており、カバー
ファクターが85.0%と非常に織り目が粗く、織物表
面が凹凸していた。さらに、この織物は、たて糸及びよ
こ糸の糸幅が4.9mm、糸幅/糸厚み比が28.8、
織糸ピッチ/糸幅比が1.63、厚みが0.34mm、
織物目付が200g/m2 、繊維密度が0.59g/c
m3 であった。
シ樹脂を含浸させ、プリプレグを作製した。このとき、
織物の空隙部の樹脂が離形フイルムに採られて欠損し、
この欠損分の樹脂を追加しなければならなかった。
施例1と同様にして同方向に4枚積層し、オートクレー
ブ成形法でCFRPを作製した。得られたCFRPは、
織物の空隙部で表面が窪んで凹凸しており、ボイドが多
数みられた。
の試験法により引張破断強度と引張弾性率とを測定し
た。その結果を、炭素繊維の体積含有率と共に表1に併
記した。なお、得られたCFRPは、炭素繊維の体積含
有率に関する実施値が44%であったため、表1には、
炭素繊維の体積含有率を55%に換算した値を記した。
明の炭素繊維補強織物から作製したCFRPは、非常に
高い引張破断強度を備え、引張弾性率においても、従来
の炭素繊維織物基材では考えられない高い値を示してい
る。これに対し、比較例1−1のCFRPは、用いた補
強基材の繊維密度が0.60g/cm3 のように小さい
織物であるから、炭素繊維の体積含有率が低く、織物の
空隙部にマトリクス樹脂が偏在していたため、この部分
からクラックが発生し、比較例1−1の結果から明らか
なように、実施例1のCFRPに比べて引張破断強度が
小さかった。
この織物に樹脂伸度が1.7%のエポキシ樹脂を含浸さ
せてプイプレグを作製し、実施例1と同様にしてCFR
Pを作製した。このCFRPについて、実施例1の試験
法により引張破断強度と引張弾性率とを測定し、その結
果を炭素繊維の体積含有率と共に表1に併記した。
1.7%と小さいため、引張方向に直交する横方向にお
いてマイクロクラックの発生が先行し、表1から分かる
ように、実施例1に比べて引張破断強度が低くなってい
た。
た炭素繊維糸を用い本発明の炭素繊維補強織物を製織
し、この織物にビニルエステル樹脂(昭和ハイポリマー
(株)社製 RIPOXY,P804)をハンドレイア
ップで含浸させ、これを4枚積層して常温で硬化させた
CFRPを作製した。
形であるにも拘らず、45%という炭素繊維の高い体積
含有率を示し、かつ、完全に樹脂が含浸されてボイドの
ないものであった。これは、製織された炭素繊維補強織
物の繊維密度が0.91g/cm3 と高いことから可能
になったものである。
度と引張弾性率とを、実施例1の試験法により測定した
ところ、表2に示すように、実施例1のオートクレーブ
成形法で得られたCFRP並みの高い強度を有する結果
が得られた。ここで、表2に示す引張強度利用率(%)
とは、炭素繊維の強度から算出した理論強度に対する実
測による引張強度の比をいう。
23,500kg・f/mm2 、引張破断伸度が1.5
%の炭素繊維糸(東レ(株)社製トレカT300 B−
3K(炭素繊維の数3,000本、繊度1,800デニ
ール))からなり、糸幅が2mm、糸の厚みが0.1m
mで、サイジング剤を1.0%付着させて形態を保持さ
せた扁平炭素繊維糸を用い、比較例1−1と同じ方法に
よる従来の製織法により炭素繊維補強織物を製織した。
得られた炭素繊維補強織物は、たて糸及びよこ糸の密度
が5.0本/cmの平織で、たて糸及びよこ糸の糸幅が
1.6mm、糸の厚みが0.13mm、糸幅/糸厚み比
が12.3、たて糸相互間及びよこ糸相互間の織糸ピッ
チと糸幅との間の織糸ピッチ/糸幅比が1.25、厚み
が0.27mm、織物目付が200g/m2 、繊維密度
が0.74g/cm3 であった。また、フックドロップ
値FD(15)はたて糸が70mm、(FD(30)で160m
m)、よこ糸が91mm(FD(30)で210mm)であ
った。
ルエステル樹脂をハンドレイアップで含浸させ、4枚積
層して常温硬化させたCFRPを作製した。得られたC
FRPは、炭素繊維の体積含有率が32.1%と通常の
値で、樹脂含浸性も良好であった。このCFRPの引張
破断強度と引張弾性率とを実施例1の試験法により測定
し、その結果を表2に炭素繊維の体積含有率および引張
強度利用率と共に併記した。
は問題がなく、実施例2のCFRPと比べ、用いた炭素
繊維糸だけが異なっていた。しかし、表2に示したよう
に、これら炭素繊維糸がCFRPの強度に寄与する引張
強度利用率から判断しても、実施例2のCFRPに比べ
て引張破断強度が極端に小さかった。
繊維糸織物の繊維密度が0.74g/cm3 であるのに
対し、実施例2のCFRPに用いた炭素繊維補強織物で
は、繊維密度が0.91g/cm3 と高く、したがって
CFRPにおける炭素繊維の体積含有率が高くなるこ
と、また、実施例2の炭素繊維補強織物では、織糸のク
ランプも小さいので高い強度特性が発現したものであ
る。
2並びに比較例2における引張試験に基づき、横軸を引
張歪み(%)、縦軸を引張破断強度(kg・f/m
m2 )として、図13に示す強度特性図を描いた。
のCFRPでは空隙部のマトリクス樹脂に富んだ部分か
らのクラックの発生、比較例1−2のCFRPでは引張
方向に直交する横方向におけるマイクロクラックの発
生、にそれぞれ起因すると思われる破断歪みに先行する
引張弾性率の低下がみられた。また、比較例2のCFR
Pにおいても、引張歪みが0.6%の付近から引張弾性
強度の変化率の低下が見られた。これは、比較例2のC
FRPを観察したところ、樹脂にクラックが発生してい
たことから、用いた炭素繊維糸のクリンプが伸ばされた
結果、含浸させた樹脂で炭素繊維糸を支えきれなくなっ
たことに起因するものと推定される。したがって、この
CFRPを構造材料として使用する場合には、引張破断
強度を基準にすることは危険であり、より低い引張破断
強度を基準にする必要がある。
張弾性率が23,500kg・f/mm2 、引張破断伸
度が2.1%の撚りのない炭素繊維糸(東レ(株)社製
トレカT700SC−12K(炭素繊維の数12,0
00本、繊度7,200デニール))からなり、糸幅が
6.5mm、糸の厚みが0.12mmで、サイジング剤
を0.8%付着させて形態を保持させた扁平なフックド
ロップ値FD(15)が75mm(FD(30)で220mm)
の炭素繊維糸を、また、よこ糸に、ガラス繊維糸(日東
紡(株)社製 ECE225−1/2)(繊維の数46
0本、繊度405デニール))を補助糸として、それぞ
れ使用し、本発明の製造方法および製造装置により本発
明の炭素繊維補強織物を製織した。
が1.25本/cm、よこ糸密度が2.5本/cmの平
織組織からなる一方向織物で、たて糸幅が7.8mm、
たて糸の厚みが0.1mm、たて糸の糸幅/糸厚み比が
78、たて糸の織糸ピッチ/糸幅比が1.03、厚みが
0.11mm、織物目付が111g/m2 、繊維密度が
1.01g/cm3 であった。扁平な炭素繊維織糸のフ
ックドロップ値FD(15)は83mm(FD(30)で245
mm)であった。この炭素繊維補強織物は、隣接するた
て糸間の隙間がなく、薄くて繊維密度が均一な織物であ
った。
脂をハンドレイアップで含浸させ、4枚同方向に積層さ
せて常温硬化し、CFRPを作製した。このCFRP
を、実施例1の試験法に基づいて、炭素繊維糸の配向方
向について引張破断強度を評価した。その結果と、炭素
繊維の体積含有率および引張弾性率と共に表3に示す。
得られたCFRPは、ハンドレイアップ成形であるにも
拘らず、炭素繊維の含有率が高く、引張破断強度の点で
も優れたものであった。
繊維糸(補助糸)を用い、たて糸密度が1.25本/c
m、よこ糸密度が2.5本/cmの平織組織からなる一
方向炭素繊維補強織物を、片側レピア織機を用い、たて
糸は横取り解舒させ、次いでたて糸クリールの円孔ガイ
ド、配列ガイド、縦長孔の綜絖に順次導く従来の製織法
で、また、よこ糸のガラス繊維糸は縦取り解舒による従
来の製織法で製織した。
5.0mm、たて糸の厚みが0.15mm、たて糸の糸
幅/糸厚み比が33、たて糸の織糸ピッチ/糸幅比が
1.60、厚みが0.16mm、織物目付が111g/
m2 、繊維密度が0.69g/cm3 で、たて糸間に隙
間ができ、非常に織り目の荒い織物であった。
ハンドレイアップ成形してCFRPを作製し、実施例1
の試験法に基づいて引張破断強度を評価した。その結果
を、表3に併記した。
RPは、実施例3のCFRPと比べると炭素繊維の体積
含有率が約34%と低く、引張破断強度も約105kg
・f/mm2 と小さかった。一方、実施例3のCFRP
を観察したところ、比較例3のCFRPに比べると、樹
脂が炭素繊維補強織物中に均一に含浸され、殆どボイド
が見られなかった。
23,500kg・f/mm2 、引張破断伸度が2.1
%の撚りのない炭素繊維糸(東レ(株)社製トレカT7
00SC−12K(炭素繊維の数12,000本、繊度
7,200デニール))からなり、糸幅が6.5mm、
糸の厚みが0.12mmでサイジング剤を0.8%付着
させて形態を保持させた扁平な、フックドロップ値FD
(15)が75mm(FD(30)で220mm)の炭素繊維糸
を用い、請求項25のよこ糸供給工程と請求項26のた
て糸供給工程による製造方法により織機回転数120r
pmで、たて糸およびよこ糸の密度が1.0本/cm
の、本発明の平織の炭素繊維補強織物を製織した。
物案内手段の揺動で行った。織物案内手段の揺動は、巻
取ロールとクロスビームの間に、織物面に並行に、よこ
糸の延在方向に取り付けた、直径27mmの2本の小径
ローラに織物をS字状に巻回し、巻取ロール側の小径ロ
ーラを、振動速度が5回/秒、振幅が5mmで左右方向
に揺動させた。
よこ糸の糸幅、糸の厚み、糸幅/糸厚み比、たて糸相互
間およびよこ糸相互間の織糸ピッチと糸幅との間の織糸
ピッチ/糸幅比、織物目付、繊維密度、カバーファクタ
ーおよびフックドロップ値を表4に示した。低目付な織
物であるが、特にたて糸が開繊、拡幅し、カバーファク
ターの大きな織物が得られた。
加え、織糸の開繊、拡幅を行い、本発明の平織の炭素繊
維補強織物を製織した。流体噴射手段による流体噴射
は、巻取ロールとクロスビームの間に織物案内手段の次
に、織物面に並行配列しているノズル孔0.3mm、ノ
ズルのピッチが5mmのノズル装置を織物面から2mm
の位置に設置し、噴射圧力7kg/cm2 で圧空を噴射
した。得られた炭素繊維補強織物5の諸特性を表4に示
した。実施例織物4に比べ、さらによこ糸が大幅に開
繊、拡幅されて、たて糸およびよこ糸とも開繊、拡幅さ
れて低目付ではあるが、均一でカバーファクターの大き
な織物が得られた。
おいて、下記のたて糸案内手段によるたて糸の開繊、拡
幅(請求項28)を行ないながら、実施例5の方法で本
発明の平織の炭素繊維補強織物を製織した。たて糸案内
手段によるたて糸の開繊、拡幅は、たて糸シートを、互
いに離れた直径27mmの2本のガイドバーにS字状に
巻回し、クリール側のガイドバーの揺動速度が5回/
秒、振幅が5mmで左右方向に揺動させた。得られた炭
素繊維補強織物6の諸特性を表4に示した。実施例織物
5に比べ、さらにたて糸が開繊、拡幅されて、たて糸お
よびよこ糸の間隔が小さくて、織糸間の空隙が小さな、
カバーファクターの大きな織物が得られた。
3,500kgf/mm2 、引張破断伸度が2.1%の
よりのない炭素繊維糸(炭素繊維の数12,000本、
繊度7,200デニール)からなり、糸幅6.5mm、
糸厚み0.12mmでサイジング剤を0.2%付着させ
て形態を保持させた扁平な、フックドロップ値FD(15)
が571mm(FD(30)が1,620mm)の炭素繊維
糸を用い、実施例6と同じ方法で本発明の炭素繊維補強
織物を製織した。得られた炭素繊維補強織物7は、実施
例織物6よりもよこ糸の開繊・拡幅が大きく、カバーフ
ァクターがほとんど100%の織物を得た。
で、請求項25のよこ糸供給工程と請求項26のたて糸
供給工程による製造方法により織機回転数120rpm
で、たて糸およびよこ糸の密度が1.0本/cmの、本
発明の平織の炭素繊維補強織物を製織した。得られた炭
素繊維補強織物の諸特性を実施例織物と同様表4に示し
た。本発明の請求項25のよこ糸供給工程と請求項26
のたて糸供給工程を採用しているので、たて糸およびよ
こ糸は扁平状態が保たれていたが、たて糸およびよこ糸
の密度が小さいので、すなわち、糸間隔が大きいので、
カバーファクターが小さな織物となった。
23,500kg・f/mm2 、引張破断伸度が2.1
%の撚りのない炭素繊維糸(東レ(株)社製トレカT7
00SC−12K(炭素繊維の数12,000本、繊度
7,200デニール))からなり、糸幅が6.5mm、
糸の厚みが0.12mmでサイジング剤を2.5%付着
させて形態を保持させた扁平な、フックドロップ値FD
(15)が11mm(FD(30)で30mm)の炭素繊維糸を
用い、あとは実施例6と同じ方法で平織の炭素繊維補強
織物を製織した。たて糸の開繊、拡幅および織物の織糸
の開繊、拡幅を行ったにもかかわらず、得られた織物の
糸幅は、使用した炭素繊維糸と変わらず、カバーファク
ターの小さな織物となった。
扁平状で撚りが無く、かつフックドロップ値が大きいの
で、単に扁平状態を保持するだけでは比較例4のように
カバーファクターの小さな織物しかできない場合でも、
シート状たて糸の開繊、拡幅や、織物の開繊、拡幅によ
り、大きな繊度の糸で、低目付でカバーファクターが大
きく、かつ薄い織物を製造することができる。また、表
5から明らかなように、本発明に係る補強織物をCFR
Pに成形した際に、極めて優れた引張破断強度、引張弾
性率、表面平滑性およびボイド率を達成することができ
る。
が3.5%のエポキシ樹脂を36重量%含浸させてプリ
プレグを得、各プリプレグを同方向に4枚積層させてオ
ートクレーブ成形法でCFRPを作製し、ASTM−D
−3039のCFRP引張試験法に準拠して引張破断強
度と引張弾性率とを測定した。その結果を、炭素繊維の
体積含有率、表面平滑性及びボイド率と共に表5に併記
した。
係る補強織物(実施例1〜6)は、比較例1〜5の補強
織物に比べ、高いカバーファクターおよび良好な表面平
滑性を有しており、それをCFRPに成形した際に、極
めて優れた引張破断強度、引張弾性率、表面平滑性およ
びボイド率を達成できる。
を、図12に示したように0°/90°および±45°
の繊維方向になるように4枚積層し、ポリアラミド繊維
380Dからなるステッチ糸を用いて単環縫いにて縫合
して、所定形状のプリフォームを作成したところ、ニー
ドルの折損や強化繊維の切断、損傷もなく、CFRPに
した際に所定の高いかつ均一な強度特性が得られるプリ
フォームを作成できた。
によるときは、フックドロップ値が特定の範囲の扁平で
実質的に撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸を織
糸としているので、繊度の大きい織糸を用いても、薄く
て、織糸のクリンプの極めて小さい織物とすることがで
き、安価で高い強度特性を発揮し得る複合材料用補強基
材を得ることができる。
縫合して作製したプリフォームは、繊維損傷のない、目
標とする高い強度特性を均一に発揮し得る複合材料用補
強基材となる。
安価で高強度の複合材料形成に用いて最適なプリプレ
グ、および繊維強化複合材料を得ることができる。
び製造装置によるときは、繊度の大きい扁平な強化繊維
糸であっても、撚りが掛かることがなく、扁平状態を維
持して上記のような目標とする補強織物を確実に製織す
ることができる。
図、(b)は(a)の拡大部分正面図、(c)は(a)
の部分斜視図である。
斜視図である。
部拡大図である。
大図である。
図である。
図である。
糸を用いて製織された本発明の補強織物の部分縦断面図
である。
よこ糸を用いて製織された本発明の補強織物の部分縦断
面図である。
な強化繊維糸が2本積層されてなるたて糸を含む補強織
物の部分縦断面図である。
糸を含む補強織物の部分縦断面図である。
分解斜視図である。
織物を用いたCFRPの強度−歪み線図である。
Claims (42)
- 【請求項1】 集束性がフックドロップ値FD(15)で2
0〜800mmの範囲の、扁平で実質的に撚りがない強
化繊維マルチフィラメント糸を織糸とする補強織物。 - 【請求項2】 前記強化繊維マルチフィラメント糸の糸
厚みが0.05〜0.2mm、糸幅/糸厚み比が30〜
150である、請求項1の補強織物。 - 【請求項3】 前記強化繊維マルチフィラメント糸をた
て糸およびよこ糸とする織物であって、織物厚みが0.
1〜0.4mm、織物目付が100〜300g/m2 で
ある、請求項1または2の補強織物。 - 【請求項4】 前記強化繊維マルチフィラメント糸をた
て糸またはよこ糸とし、補助糸を用いて製織された一方
向性の織物であって、織物厚みが0.07〜0.3m
m、織物目付が100〜320g/m2 である、請求項
1または2の補強織物。 - 【請求項5】 前記強化繊維マルチフィラメント糸が炭
素繊維糸であり、該炭素繊維糸のフィラメント数が5,
000〜24,000本、繊度が3,000〜20,0
00デニールである、請求項1ないし4のいずれかに記
載の補強織物。 - 【請求項6】 前記強化繊維マルチフィラメント糸をた
て糸とよこ糸の少なくとも一方とする織物であって、該
たて糸とよこ糸の少なくとも一方は前記強化繊維マルチ
フィラメント糸が複数積層されてなり、織物厚みが0.
1〜0.6mm、織物目付が200〜500g/m2 で
ある、請求項1または2の補強織物。 - 【請求項7】 前記強化繊維マルチフィラメント糸が炭
素繊維糸であり、該炭素繊維糸のフィラメント数が3,
000〜24,000本、繊度が1,500〜20,0
00デニールである、請求項1、2または6の補強織
物。 - 【請求項8】 平組織されてなる、請求項1ないし7の
いずれかに記載の補強織物。 - 【請求項9】 前記強化繊維マルチフィラメント糸が炭
素繊維糸からなり、前記織物目付と前記炭素繊維糸の繊
度とが次式の関係を満たし、かつ、カバーファクターが
95〜100%である、請求項3の補強織物。 W=k・D1/2 但し、W:織物目付(g/m2 ) k:比例定数(1.4〜3.6) D:炭素繊維糸の繊度(デニール) - 【請求項10】 前記強化繊維マルチフィラメント糸が
炭素繊維糸からなり、前記織物目付と前記炭素繊維糸の
繊度とが次式の関係を満たし、かつ、カバーファクター
が95〜100%である、請求項4の補強織物。 W=k・D1/2 但し、W:織物目付(g/m2 ) k:比例定数(0.9〜4.0) D:炭素繊維糸の繊度(デニール) - 【請求項11】 前記強化繊維マルチフィラメント糸が
炭素繊維糸からなり、前記織物目付と前記炭素繊維糸の
繊度とが次式の関係を満たし、かつ、カバーファクター
が95〜100%である、請求項6の補強織物。 W=k・D1/2 但し、W:織物目付(g/m2 ) k:比例定数(2.0〜6.0) D:炭素繊維糸の繊度(デニール) - 【請求項12】 請求項1ないし11のいずれかに記載
の補強織物の複数枚を積層し、ステッチ糸を用いて一体
に縫合してなるプリフォーム。 - 【請求項13】 請求項1ないし11のいずれかに記載
の補強織物の少なくとも1枚と他の補強織物とを積層
し、ステッチ糸を用いて一体に縫合してなるプリフォー
ム。 - 【請求項14】 前記ステッチ糸による縫合が単環縫い
によって行われている、請求項12または13に記載の
プリフォーム。 - 【請求項15】 前記ステッチ糸の引張破断伸度が補強
織物の強化繊維マルチフィラメント糸の引張破断伸度よ
りも大きい、請求項12ないし14のいずれかに記載の
プリフォーム。 - 【請求項16】 請求項1ないし11のいずれかに記載
の補強織物に30〜70重量%のマトリクス樹脂が含浸
されているプリプレグ。 - 【請求項17】 前記マトリクス樹脂が熱硬化性樹脂ま
たは熱可塑性樹脂である、請求項16のプリプレグ。 - 【請求項18】 前記マトリクス樹脂の硬化または固化
状態における引張破断伸度が補強織物の強化繊維マルチ
フィラメント糸の引張破断伸度よりも大きい、請求項1
6または17のプリプレグ。 - 【請求項19】 前記マトリクス樹脂が、硬化状態にお
ける引張破断伸度が3.5〜10%の熱硬化性樹脂また
は固化状態における引張破断伸度が8〜200%の熱可
塑性樹脂である、請求項16ないし18のいずれかに記
載のプリプレグ。 - 【請求項20】 請求項1ないし11のいずれかに記載
の補強織物を含み、かつ、30〜70重量%のマトリク
ス樹脂を含む繊維強化プラスチック。 - 【請求項21】 前記マトリクス樹脂が熱硬化性樹脂ま
たは熱可塑性樹脂である、請求項20の繊維強化プラス
チック。 - 【請求項22】 前記マトリクス樹脂の引張破断伸度が
補強織物の強化繊維マルチフィラメント糸の引張破断伸
度よりも大きい、請求項20または21の繊維強化プラ
スチック。 - 【請求項23】 前記マトリクス樹脂が、引張破断伸度
が3.5〜10%の熱硬化性樹脂または引張破断伸度が
8〜200%の熱可塑性樹脂である、請求項20ないし
22のいずれかに記載の繊維強化プラスチック。 - 【請求項24】 2方向性補強織物からなる、少なくと
も一枚の前記請求項1ないし3、5ないし9および11
のいずれかに記載の補強織物を含む補強基材を、該補強
織物の織糸の方向が深絞り中心を向く方向に対して斜め
の方向となる各々の隅を固定し、固定された補強基材を
深絞りにより賦形することを特徴とする、繊維強化プラ
スチックの製造方法。 - 【請求項25】 配列された複数本のたて糸間によこ糸
を供給して補強織物を製造する方法において、前記よこ
糸として、集束性がフックドロップ値FD(15)で20〜
800mmの範囲の、扁平で実質的に撚りがない強化繊
維マルチフィラメント糸を用い、該よこ糸をボビンから
横取り解舒し、ガイド手段によってよこ糸をよこ糸供給
位置において実質的に水平方向に位置決めするととも
に、前記よこ糸の解舒位置とガイド手段との間でたて糸
に対する1回のよこ糸供給に必要な長さのよこ糸を保留
しつつ、前記よこ糸を緊張状態で前記ガイド手段を通し
てたて糸間に供給するよこ糸供給工程を含む、補強織物
の製造方法。 - 【請求項26】 配列された複数本のたて糸間によこ糸
を供給して補強織物を製造する方法において、前記たて
糸として、集束性がフックドロップ値FD(15)で20〜
800mmの範囲の、扁平で実質的に撚りがない強化繊
維マルチフィラメント糸を用い、該複数本のたて糸を、
その配列方向に実質的に直交する方向に各たて糸の扁平
方向を保持するとともに配列方向に所望の密度で引き揃
えた後、各たて糸の扁平方向をたて糸配列方向に変換し
て杼道形成手段に導くたて糸供給工程を含む、補強織物
の製造方法。 - 【請求項27】 配列された複数本のたて糸間によこ糸
を供給して補強織物を製造する方法において、前記たて
糸として、扁平で実質的に撚りがない強化繊維マルチフ
ィラメント糸を用い、該複数本のたて糸を、その配列方
向に実質的に直交する方向に各たて糸の扁平方向を保持
するとともに配列方向に所望の密度で引き揃えた後、各
たて糸の扁平方向をたて糸配列方向に変換し、該たて糸
を、該たて糸を案内する手段上で開繊、拡幅して杼道形
成手段に導くたて糸供給工程を含む、補強織物の製造方
法。 - 【請求項28】 前記たて糸を、前記たて糸案内手段の
揺動により開繊、拡幅する、請求項27の補強織物の製
造方法。 - 【請求項29】 請求項25のよこ糸供給工程および請
求項26または27のたて糸供給工程を含む、補強織物
の製造方法。 - 【請求項30】 たて糸とよこ糸の少なくとも一方に扁
平で実質的に撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸
を用いて補強織物を製織した後、織物を案内する手段上
でたて糸および/またはよこ糸を開繊、拡幅する補強織
物の製造方法。 - 【請求項31】 前記たて糸および/またはよこ糸を、
前記織物案内手段の揺動により開繊、拡幅する、請求項
30の補強織物の製造方法。 - 【請求項32】 前記たて糸および/またはよこ糸を、
流体噴射手段からの噴射流体により開繊、拡幅する、請
求項30の補強織物の製造方法。 - 【請求項33】 前記流体噴射手段を織物面に並行に揺
動させる、請求項32の補強織物の製造方法。 - 【請求項34】 前記強化繊維マルチフィラメント糸の
集束性がフックドロップ値FD(15)で20〜800mm
の範囲にある、請求項27ないし33のいずれかに記載
の補強織物の製造方法。 - 【請求項35】 前記強化繊維マルチフィラメント糸の
糸厚みが0.05〜0.2mm、糸幅/糸厚み比が30
〜150である、請求項27ないし34のいずれかに記
載の補強織物の製造方法。 - 【請求項36】 前記強化繊維マルチフィラメント糸が
炭素繊維糸である、請求項25ないし35のいずれかに
記載の補強織物の製造方法。 - 【請求項37】 製織装置の主軸と連動して回転し、集
束性がフックドロップ値FD(15)で20〜800mmの
範囲の、扁平で実質的に撚りがない強化繊維マルチフィ
ラメント糸からよこ糸を巻回したボビンからよこ糸を定
速で横取り解舒する引取りローラと、引き出されたよこ
糸をよこ糸供給位置において実質的に水平方向に位置決
めするガイドローラと、たて糸に対する1回のよこ糸供
給に必要な長さのよこ糸を、前記引取りローラとガイド
ローラとの間で保留しつつ前記ガイドローラに供給する
よこ糸保留手段と、前記ガイドローラから送り出されて
くるよこ糸を緊張状態に保つ張力付与手段とを含むよこ
糸供給手段を備えた、補強織物の製造装置。 - 【請求項38】 複数のワイヤを有し、集束性がフック
ドロップ値FD(15)で20〜800mmの範囲の、扁平
で実質的に撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸か
らなるたて糸を巻回したボビンから引き出される複数本
のたて糸を扁平状態を保持しながら所望の密度に引き揃
えるコームと、このコームから送り出されてくる各たて
糸の扁平方向を、それぞれ前記コームの複数のワイヤに
対して実質的に直交する方向に変換するガイドと、この
ガイドから送り出されてくる各たて糸に前記変換された
方向の姿勢を保ちながら開閉運動を付与する綜絖とを含
むたて糸供給手段を備えた、補強織物の製造装置。 - 【請求項39】 複数のワイヤを有し、集束性がフック
ドロップ値FD(15)で20〜800mmの範囲の、扁平
で実質的に撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸か
らなるたて糸を巻回したボビンから引き出される複数本
のたて糸を扁平状態を保持しながら所望の密度に引き揃
えるコームと、このコームから送り出されてくる各たて
糸の扁平方向を、それぞれ前記コームの複数のワイヤに
対して実質的に直交する方向に変換するガイドと、前記
変換された方向を保ちながら各たて糸を揺動させて開
繊、拡幅するたて糸開繊、拡幅手段と、このたて糸開
繊、拡幅手段から送り出されてくる各たて糸に開閉運動
を付与する綜絖とを含むたて糸供給手段を備えた、補強
織物の製造装置。 - 【請求項40】 請求項37のよこ糸供給手段と請求項
38または39のたて糸供給手段とを備えた、補強織物
の製造装置。 - 【請求項41】 たて糸とよこ糸の少なくとも一方を扁
平で実質的に撚りがない強化繊維マルチフィラメント糸
として製織された補強織物の、たて糸および/またはよ
こ糸を開繊、拡幅する手段を備えた、補強織物の製造装
置。 - 【請求項42】 前記強化繊維マルチフィラメント糸が
炭素繊維糸である、請求項37ないし41のいずれかに
記載の補強織物の製造装置。
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