JP2003221764A - 特殊強化繊維織物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】経糸の糸幅が均一で、経糸と緯糸の屈曲による
織縮みがないフラットな炭素繊維織物の製造方法を提供
する。 【解決手段】炭素繊維のマルチフィラメント糸を経糸及
び緯糸に用いて製織する際し、予め特定の高張力以上の
経糸張力下で開繊しつつ整経した後、引続き連続して特
定の低張力以下の経糸張力下で製織する。前記特定の高
張力の値は、０．０７〜０. ０１ｃＮ/ ｄｔｅｘの範囲
であることが好ましく、前記特定の低張力の値は、０.
００２〜０. ００８ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲内にあること
が好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は炭素繊維を用いた強
化繊維プラスチック（ＣＦＲＰ）複合材料として優れた
特性を発揮する強化繊維織物の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、炭素繊維を用いて通常織物や薄目
付織物を得る手法として、数多くの提案がなされてお
り、通常は、シャトル織機やレピア織機により製織され
ている。特に薄目付け織物の場合、例えば特許３０８９
９８４号、特許３０９４８３５号の各明細書によれば、
具体的な値は示されていないが、経糸の扁平形状を潰さ
ないように、経糸張力をできるだけ低く設定することが
開示されている。また、特許２９６４８４０号によれ
ば、経糸の１本当たりの張力が０. ００９〜０. ０３ｃ
Ｎ／ｄｔｅｘかかった状態で開口して緯糸を挿入するこ
とが提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、経糸１
本当たりの製織張力が製織開始時から０. ００９ｃＮ／
ｄｔｅｘ以下では織物全幅の糸幅の規制は困難であり、
特に織物の両端ほど、経糸と緯糸の屈曲による織縮みや
ヘルド、筬の擦過により細くなり糸幅が不均一になる。
また、低張力で製織するためにはバックテンションをあ
まり与えることはできなくなり、当然経糸の張力も不揃
いになる。

【０００４】本発明の目的は、経糸の糸幅が均一で、経
糸と緯糸の屈曲による織縮みがないフラットな炭素繊維
織物の製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に対
し、経糸の繊維幅を均一に整えて織物を形成せしめるも
のであり、そのための手段の主要な構成は炭素繊維のマ
ルチフィラメント糸を経糸及び緯糸に用いて製織する際
し、予め特定の高張力以上の経糸張力下で整経した後、
引続き連続して特定の低張力以下の経糸張力下で製織す
ることを特徴としている。特に、前記特定の高張力の値
は０. ０１ｃＮ／ｄｔｅｘまでであり、予め０. ００４
ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、好ましくは０. ００９ｃＮ／ｄｔ
ｅｘ以下の経糸張力下で製織した後、０. ００２〜０.
００７ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲内の低い経糸張力下で製織
する。また、経糸方向と直交する方向に延在する開繊振
動バーに接触させ、且つ、熱風を該経糸に付与しながら
該開繊振動バーを振動させて開繊拡幅させる。さらに、
炭素繊維のフィラメント数が３０００本以上であること
が好ましく、かかる経糸をもって、経糸密度が８本／
２．５４ｃｍ以下の織物を製織することが望ましい。

【０００６】

【発明の実施の形態】第１図は本発明の炭素繊維織物の
製織方法の概略図を示したものであり、解舒撚りが入ら
ない様にボビンからよこ取りされた炭素繊維マルチフィ
ラメントはバックテンションロール１に導かれる。通
常、該経糸の重量変化による引き出し張力が変化しない
ように単錘ごとに張力を調整して、経糸張力の均一化を
図ろうとしているが、多本数の糸が幅方向に配列された
場合、特に中央部と端部では、その引き出し角度が異な
ることから、どうしても糸列の幅方向では張力ムラが生
じやすくなる。

【０００７】そこで、本発明ではバックテンションロー
ル１を介在させて、経糸群を織幅とほぼ同幅に揃えるこ
とにより、織幅方向の糸張力がきわめて均一化された糸
配列となる。前記バックテンション１から引き出された
経糸は、２本並列して配された開繊振動バー２により糸
幅を開繊拡幅しながら幅方向の均一化を行う。なお、開
繊振動バーは２本並列して配しなければならないもので
はなく、１本或いは３本以上使用しても差し支えない。

【０００８】開繊振動バー２の代わりに擦過ロール２’
により繊維幅をある程度まで拡幅しながら幅方向の均一
化を行うことも可能である。この場合は、拡幅の程度に
より該擦過ロール２’への接触角度やロール数、ロール
径を調整して行うのが一般的である。なぜならば、該擦
過ロール方式では元の繊維幅の２倍以上の拡幅は困難で
あり、しかも拡幅幅に比例して擦過張力も大きくなり毛
羽が発生する。しかし、フィラメント数が多い場合や炭
素繊維に付着するサイズ剤が柔らかい場合などのよう
に、拡幅が比較的容易である場合や、拡幅が３０〜５０
％程度であっても十分目的が達成される場合などは、擦
過ロール方式を採用しても十分に実施化が可能である。
この場合、繊維幅と擦過張力とのバランスを考慮し、適
宜変更すれば良い。

【０００９】均一に拡幅された経糸は、３本の搬送ロー
ル３，４，５を介して供給ロール６へと導かれる。この
とき、擦過ロールにより拡幅された経糸は第１番目の搬
送ロール３から供給ロール６へ直接導いても構わない
が、この場合には搬送ロール３と供給ロール６との間の
空間が大きくなり収束されやすくなるため、これらを防
ぐためには複数の搬送ロールを組み合わせて、できるだ
け自由空間を無くすことにより糸の収束は押えられる。

【００１０】また、本発明においては、振動開繊バーに
接触した経糸に熱風を付与することが好ましい。これ
は、振動開繊の容易さは強化繊維に付着しているサイズ
剤やサイズ剤の付着量によっても影響を受けるためであ
る。サイズ剤が柔らかいほど振動開繊は容易である。よ
って、経糸に熱風を付与することによって、サイズ剤の
粘度を下げ振動開繊をより容易とするのである。

【００１１】一般的な製織方法として、経糸の供給方法
には消極送りと積極送りがあり、どちらかを用いて製織
される。ここで、消極送りとは緯糸が挿入されて筬打ち
された分だけ、織物が巻取りニップロールに巻き取ら
れ、その巻取量だけ経糸が引き出される場合をいう。こ
のとき、経糸の引出量及び張力規制はブレーキ装置によ
り行われるため、張力の調整範囲は狭く、経糸は比較的
高張力設定となる。一方、積極送りでは織物が巻取りニ
ップロールで巻き取られると同時に経糸を一斉に積極的
に送り出す機構を有しているため、比較的低張力設定が
可能である。

【００１２】通常、供給方法を一度設定すれば、そのま
ま最後まで継続されて製織されるのが原則である。本発
明は消極送りと積極送りを併用することを特徴とする。
即ち、本発明では予め特定の高張力以上の経糸張力下で
整経した後、特定の低張力以下で製織することを特徴と
するが、特に予め特定の高張力で整経する目的は、経糸
全体の張力を均一化することにある。例えば、張力ムラ
がある場合、高い張力部分の経糸はヘルド、筬へのわず
かな接触によっても繊維幅が変化し、このような状態で
製織されたとしても、形成された織物は繊維幅ムラによ
る外観不良となる。さらに、この状態でクロスロールに
巻き取られたとき、巻き締りによる目曲がり（緯糸が曲
がる現象）が発生する。

【００１３】これは、繊維幅により糸厚みが異なるため
であり、即ち繊維幅が小さくなれば糸厚みが大きくな
り、このままクロスロールに捲かれれば繊維幅が大きい
（糸厚みが小さい) 部分と小さい（糸厚みが大きい）部
分で巻径変化が生じるためである。また、経糸全体の張
力を均一化する手法として、最初から積極送りを採用し
ても可能ではあるが、機掛けのセッティング時における
張力ムラがそのまま発生するため、実施化は極めて困難
である。

【００１４】この種の補強織物は、 均一な経糸張力下で
繊維幅を変化させずに製織することは非常に重要であ
る。このことから、本発明では消極送りと積極送りとを
併用させて経糸張力の均一化を図っている。即ち、図１
のごとく、搬送ロール３〜５を介して供給ロール６に導
かれた糸は、ニップロール７を開放したままの状態でダ
ンサロール８を介して、ヘルド９、筬１０を経て、ロー
ル１１、巻取りニップロール１２、クロスロール１３へ
と順次巻き取る。ダンサロール８はヘルド９による経糸
の開口運動時の張力ムラを吸収する装置であり、バック
テンションロール１によるバックテンションとダンサロ
ール８の荷重とによってバランスを保つ機構になってい
る。

【００１５】バックテンションロール１によるバックテ
ンションが大きくなるに従い、ダンサロール８を通過後
の荷重も大きくする必要がある。バックテンションロー
ル１の荷重の調整は、糸種、目的とする繊維幅、張力の
均一化を考慮して適宜変更すれば良い。ダンサロール８
の通過後の経糸張力を高くするほど、短時間で張力の均
一化を図ることができるが、全体に繊維幅が小さくな
り、次工程における開繊加工条件を物性に影響がでる程
度までに厳しくしなければならない場合が生じる。とこ
ろで、製織工程ではできるだけその開口率を小さくする
ことが好ましい。

【００１６】ここでいう開口率とは単位面積当りの炭素
繊維間の開口部の面積比率であり、織物の下部から光を
投光し、その光の透過を画像処理して下記の計算式によ
り求める。 開口率＝開口部面積の和／１００ｍｍ² ×１００（％）

【００１７】このダンサロール８を通過した後の経糸張
力は０．００４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上となるように荷重を
設定することが望ましく、更に好ましくは０. ００９ｃ
Ｎ／ｄｔｅｘ以上とすることが良好である。このように
して消極送りで均一化された後、 ニップロール７により
ニップして低張力製織するために、荷重を変更し積極送
りによる製織を始める。消極送りにより均一化された経
糸は積極送りされニップロールから定量送りされて連続
した安定製織が得られる。

【００１８】このときの積極送りによる製織張力は、ダ
ンサロール８の荷重により決定されるが、 その荷重を重
くするほど張力が高くなり、逆に荷重を小さくするほど
張力は低くなるのはいうまでもない。しかし、張力を高
くし過ぎると擦過で拡幅した糸が細く、しかも織物の端
部は特に織縮みにより繊維幅が細くなり全体として不均
一な織物となる。また、弱すぎると経糸が緩みすぎて製
織不良となる。

【００１９】そのため、製織安定性を実現でき、ヘルド
や筬による擦過や織縮みによる収束が起きてもこれらを
吸収できる程度の低張力で製織することが望ましいが、
０.００２ｃＮ／ｄｔｅｘより低いと経糸が緩みすぎて
製織が不安定であり、また、擦ロールを使う場合や振動
開繊ロールに熱風を付与しない場合には、０. ００７ｃ
Ｎ／ｄｔｅｘを超えると、張力が高すぎて繊維幅が不均
一になる。また、熱風を付与する場合は、０．００８ｃ
Ｎ／ｄｔｅｘを超えると、同じく張力が高すぎて繊維幅
が不均一になる。よって、適正張力は上述の範囲を逸脱
しない範囲であることが好ましく、更に好ましくはいず
れの場合も０. ００２〜０. ００４ｃＮ／ｄｔｅｘの範
囲内が良好である。

【００２０】本発明の製法は経糸の糸幅及び張力均一性
が必要な時に有効であり、３０００フィラメント、特
に、６０００フィラメント数以上の炭素繊維を使用する
場合で、しかも低目付けの織物を製織する場合効果を発
揮する。そのため、経糸密度を８本／２．５４ｃｍ以下
とすることが好ましい。このように予め高張力で製織し
た後、引続き連続して低張力下で製織することによりヘ
ルドや筬の擦過による繊維幅の変化もほとんど起こら
ず、 しかも、糸厚み差からくる目曲がりもほとんどなく
高品質なフラットな織物を安定して製造することができ
る。

【００２１】（実施例１〜４及び比較例）表１に示すご
とく、経糸と緯糸に炭素繊維（三菱レイヨン（株）社製
パイロフィル）からなる１２Ｋ（繊維本数：１２０００
本）のマルチフィラメントをそれぞれに用い、目付け２
００ｇ／ｍ² の織物を製織して経糸幅の均一性の外観評
価を行った。実施例１〜３では、図１において始めニッ
プロール７によるニップを解除した消極送りにて経糸に
０. ００９ｃＮ／ｄｔｅｘの高張力をかけて整経し均一
化させた後、ニップルール８にてニップする積極送りに
切り換えた上で、製織張力を順次変更して経糸の外観状
況を観察した。

【００２２】実施例１では擦過ロール（梨地ロール ♯
２５０）を使用して、経糸を振動開繊させて拡幅した
後、経糸の積極送り時に０. ００２ｃＮ／ｄｔｅｘの低
張力で製織した結果、織物の全幅にわたって経糸の幅が
均一になり非常に安定した製織であった。また、外観品
位も極めて良好であった。また、実施例２は経糸張力を
０. ００４ｃＮ／ｄｔｅｘで製織しているが、 織物の両
端２０ｃｍ位の経糸がやや収束した状態となり、更に実
施例３では経糸張力を０. ００７ｃＮ／ｄｔｅｘで整経
したところ、全体に経糸が若干収束してはいるものの、
外観品位は、 実施例２、３共にほぼ良好であった。

【００２３】また、実施例４では擦過ロールに代えて振
動開繊バーを使用し、経糸を振動開繊させて拡幅した
後、経糸の積極送り時０. ００２ｃＮ／ｄｔｅｘの低張
力で製織した結果、織物全幅にわたって経糸の幅が非常
に均一で安定した製織であった。さらに、実施例５では
擦過ロールに代えて振動開繊バーとして使用すると共に
経糸に熱風を付与して、経糸を振動開繊させて拡幅した
後、経糸の積極送り時０. ００８ｃＮ／ｄｔｅｘの張力
で製織した結果、全体に経糸が若干収束してはいるもの
の、外観品位はほぼ良好であった。

【００２４】一方、比較例１では消極送り時の経糸張力
を０．００９ｃＮ／ｄｔｅｘとし、積極送り時に０．０
００８ｃＮ／ｄｔｅｘという極めて低い張力に切り換え
て製織したところ、糸緩みが発生し、レピアが経糸すく
いを生じ、製織不良となった。比較例２では、始めから
最後まで０．００９ｃＮ／ｄｔｅｘの高い張力で製織し
たが、織物両端が極端に収束して外観品位も不良であっ
た。また、比較例３では製織開始時から定常製織時のい
ずれの製織時も積極送りにより低張力で製織したとこ
ろ、徐々に織物の幅方向の経糸の一部で張力斑が生じ始
め、経糸の糸幅斑が発生した。さらに、比較例４では製
織開始時の経糸張力を０．００９ｃＮ／ｄｔｅｘに設定
すると共に、定常製織時にも消極送りのみで製織したと
ころ、織物全体が収束し、且つ両端部は中央部に比べて
更に収束し経糸が非常に不均一であった。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明にあっては炭素繊維のマルチフィラメント糸を経糸及
び緯糸を用いて製織する際に、予め特定の高張力以上の
経糸張力下で製織した後、特定の低張力以下の経糸張力
下で製織を施すことにより、織物全幅にわたって収束さ
れることなく拡幅された状態で安定した製織が可能とな
り、しかも経糸幅の均一な強化織物が得られる。また、
この織物を開繊した後、コンポジット化した繊維強化プ
ラスチックの強度低下もなく、工業上極めて有効な手段
であって、幅方向に均一で且つ両品質の強化繊維織物を
製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製織工程を概略で示す説明図である。

【符号の説明】

１ バックテンションロール ２ 振動開繊バー ２’ 擦過ロール ３〜５ 搬送ロール ６ 供給ロール ７ ニップロール ８ ダンサロール ９ ヘルド １０ 筬 １１ ガイドロール １２ 巻取りニップロール １３ クロスロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鮫島 禎雄 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究所内 (72)発明者 伊藤 稔之 愛知県名古屋市東区砂田橋四丁目１番60号 三菱レイヨン株式会社商品開発研究所内 Ｆターム(参考） 4L043 AA02 BB01 BB16 4L048 AA05 AA48 AB07 AB11 AC09 CA01 CA15 DA43 EA03 4L050 AA12 CA04 CA06 CA07 CA09 CA10 CA12 CA29

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素繊維のマルチフィラメント糸を経糸
   及び緯糸に用いて製織するに際し、予め特定の高張力以
   上の経糸張力下で整経した後、引続き連続して特定の低
   張力以下の経糸張力下で製織することを特徴とする特殊
   強化繊維織物の製造方法。
2. 【請求項２】 前記特定の高張力の下限が０．００４ｃ
   Ｎ／ｄｔｅｘであり、前記特定の低張力の上限が０. ０
   ０８ｃＮ／ｄｔｅｘであることを特徴とする請求項１記
   載の特殊強化繊維織物の製造方法。
3. 【請求項３】 前記特定の高張力が０．００９ｃＮ／ｄ
   ｔｅｘ以上であり、前記特定の低張力が０. ００２〜
   ０. ００８ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲内にあることを特徴と
   する請求項１記載の特殊強化繊維織物の製造方法。
4. 【請求項４】 前記経糸を経糸送り方向と直交する方向
   に延在する開繊振動バーに接触させ該開繊振動バーを振
   動して開繊拡幅させることを特徴とする請求項1 〜３の
   いずれか１項に記載の特殊強化繊維織物の製造方法。
5. 【請求項５】 振動開繊バーに接触した前記経糸に熱風
   を付与することを特徴とする請求項４記載の特殊強化繊
   維織物の製造方法。
6. 【請求項６】 前記経糸を経糸送り方向と直交する方向
   に延在する擦過ロールを接触させ該擦過ロールを用いて
   拡幅させることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項
   に記載の特殊強化繊維織物の製造方法。
7. 【請求項７】 炭素繊維のフィラメント数が３０００本
   以上で、且つ経糸密度が８本／２．５４ｃｍ以下の織物
   を製織することを特徴とする請求項１〜６いずれか一項
   記載の特殊強化繊維織物の製造方法。