JP2004060131A

JP2004060131A - 拡幅された繊維束の製造方法および拡幅された繊維束よりなる積層不織布

Info

Publication number: JP2004060131A
Application number: JP2002247775A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Sasaki; 佐々木　靖夫; Kazuhiko Kurihara; 栗原　和彦
Original assignee: Polymer Processing Research Institute Ltd
Current assignee: Polymer Processing Research Institute Ltd
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP4150896B2

Abstract

【課題】本発明は、炭素繊維やガラス繊維等の繊維束を、簡便な方式で繊維を損傷することなく、拡幅倍率を大きく拡幅できる、拡幅された繊維束の製造方法と、拡幅された繊維束の平面性、弾性率を大きく維持でき、生産性の良いことが特徴である積層不織布を提供することにある。
【解決手段】繊維束を張力下に走行させながら頂点に回転ローラを有する叩打機でその繊維束を叩き、かつ、叩打機で繊維束が叩かれる前または後において、駆動により表面速度を繊維束の速度未満に制御されている複数本のローラ上を摺動させることによる、拡幅された繊維束の製造方法に関し、さらに、拡幅された繊維束を、タテ材、ヨコ材、斜交材の内の少なくとも一方向の材料として使用されている、拡幅された繊維束よりなる２軸または多軸積層不織布に関する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、拡幅された繊維束の製造方法、および拡幅された繊維束よりなる積層不織布に関し、特に、簡便な方式で繊維を損傷することなく拡幅倍率を大きく拡幅できる拡幅された繊維束の製造方法と、拡幅された繊維束の平面性、弾性率を大きく維持できることが特徴である積層不織布に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、炭素繊維のプリプレグなど、高機能繊維束は拡幅されて使用される例が多かった。これは、より薄くして配列させることにより、高機能性繊維の機能を有効に活かすと同時に、高価な繊維を経済的に使用するためである。これらの繊維束の拡幅では、繊維束を叩くことと摺動することによる方式が最も簡便である（特開昭６１−２７５４３８号）。しかし、これらの方法は、拡幅倍率を大きくすることが困難であり、また、拡幅倍率を大きくしようとすると、繊維が傷つく率が大きくなり、また、繊維に含まれている収束剤等の添加物が摺動面に蓄積するという問題点があった。これらの問題点を回避するために、叩くとか摺動するなどの手段を用いずに、弛緩した繊維束に加圧エアーや逆に負圧吸引等のエアーの作用により拡幅する手段が用いられ、拡幅倍率を３倍前後まで大きくでき、繊維を傷める率が少ない技術もある（特許３０６４０１９号、特許３１４６２００号）。しかし、加圧エアーや負圧の作用は、繊維束を構成する個々のフィラメントの強度より桁違いに弱く、安定した拡幅性の維持や高速生産性に問題があり、また、加圧エアーや負圧エアーを多量に使用することは、経済性の面においても問題があった。
【０００３】
また、拡幅された繊維束を使用して、薄い織物を製造することが行われており、樹脂等を含浸して、軽量で薄い補強材として使用されてきている（特開昭５８−１９１２４４号、特開平１１−２１７４５０号、特開２００１−２２６８５０号）。拡幅しないかまたは拡幅倍率の低い繊維束によって織物を製造しても、単位面積当たりの使用する繊維量が大きく、炭素繊維のような高機能繊維では、コストがアップし、また、使用した繊維量が多くても、曲げ強度等は、繊維束間の繊維量の少ない部分で決まるので、使用量の割合に物性もよくない。また、織物構造は、経糸と緯糸が相互に相手を潜ることによって形成されており、繊維束が屈曲した構造にならざるをえない。したがって、この屈曲のためテンションが一定せず、繊維束を構成するフィラメントは弾性率や引張強度の大きいものであっても、その物性を充分に発揮されていない。さらに織物は、経糸のオサ打ちや緯糸のシャトル等の作用で、折角拡幅された繊維束も、幅が狭くなり、拡幅の効果の維持が困難である。また、織物の経糸は糊付工程が必要であるが、糊付工程は工程を増やしてコストアップになるばかりでなく、経糸糊付の糊は、最終的にはＦＲＰとしては性能を損ねる存在であり、また、この糊付工程で、拡幅された繊維束の拡幅幅が小さくなる。拡幅した繊維束を使用することによって、使用する繊維量が少なくなるということは、それに対して樹脂含浸する樹脂の量も少なくなり、コストダウンと製品の軽量化に貢献する。薄くて、布の平面性を維持し、軽量であって引張強度や弾性率等の物性が良いことは、航空機や自動車等の乗物分野ばかりでなく、あらゆる分野に要求されてきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来の拡幅手段の有する問題点を克服し、簡便な手段であるにもかかわらず、拡幅倍率を大きく（３倍以上）とれ、繊維の損傷が少なくでき、また、摺動しても添加物の蓄積が少なく、安定した拡幅ができる手段を提供することにある。さらに、本発明は、拡幅された繊維束からなる織物に代わって、織物の有する問題点を克服し、簡便な手段で、薄くて軽く、平面性もよく、また、繊維束の拡幅が狭くなることも少なく、非常に生産性の良い布状体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、繊維束を張力下に走行させながら頂点に回転ローラを有する叩打機でその繊維束を叩く工程と、かつ、前記叩打機で繊維束が叩かれる前または後において、駆動により表面速度を繊維束の速度未満に制御されている複数本のローラを摺動させる工程とを含むことを特徴とする、拡幅された繊維束の製造方法に関する。
さらに本発明は、元の繊維束から２倍以上の幅に拡幅された繊維束をタテ材、ヨコ材、斜交材の内の少なくとも一方向の材料として使用されている、拡幅された繊維束よりなる２軸または多軸積層不織布に関する。
さらに本発明は、前記の積層不織布において、拡幅された繊維束の耳端部が、中央部より薄く拡幅されており、それらの繊維束が耳端部において重なり合っている拡幅された繊維束よりなる積層不織布に関する。
【０００６】
本発明は、拡幅された繊維束の製造方法、およびその拡幅された繊維束を使用した積層不織布に関する。本発明において繊維束とは、細い繊維が束状に集合しているものをいい、その細い繊維（繊維束を構成する構成繊維）は、長繊維からなり、その構成繊維の繊度は、好ましくは０．１〜１０ｄｔｅｘ、０．５ｄｔｅｘから５ｄｔｅｘがさらに好ましい。０．１ｄｔｅｘより小さいと、個々の繊維の強力が小さく、回転ローラや摺動ローラにおける摩擦力に耐えない場合があるからであり、１０ｄｔｅｘを越える場合は、繊維が剛直で、繊維間の絡み合いがなくなり、拡幅しても割れが入りやすくなる。繊維束としてのトウタル繊度は、１，０００ｄｔｅｘ以上、好ましくは５，０００ｄｔｅｘ以上、１０，０００ｄｔｅｘ以上が最も好ましい。トウタル繊度が大きくないと、拡幅の効率が悪いばかりでなく、構成繊維の繊維数が小さいと、繊維間の絡み合いが少なく、拡幅しても割れが入り易いからである。但し、１００万ｄｔｅｘ以下であることが好ましく、５０万ｄｔｅｘ以下であることがさらに好ましい。トウタル繊度があまりにも大きな繊維束は、摺動ローラ上で均一に摺動せず、フィラメント間の絡み合いも多くなるからである。また、本発明の繊維束は、本質的に無撚であることを特徴とする。繊維束に撚があると、拡幅の妨げとなるからである。但し、トウの撚解除機等で撚を解除しながら装置に掛けられる場合は、多少の撚があっても使用することができる。
【０００７】
本発明の繊維束を構成する繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、高強度ポリビニルアルコール繊維、ＰＢＯ繊維（ヘテロ環含有ポリマー繊維）、ポリアリレート繊維等の高強度、高弾性率繊維であることが望ましく、水溶性ポリビニルアルコール繊維や生分解性ポリマーからなる繊維などのように、特殊な機能を有するものも有効に利用できる。
【０００８】
本発明は、繊維束を張力下に走行させながら叩打機で繊維束を叩くことにより拡幅する。張力は大きすぎても、拡幅効率が悪く、かつ繊維を傷めて、ケバが生じるので好ましくなく、あまり小さい張力は、拡幅の効率が悪い。また、拡幅時の張力は、繊維の種類や、その繊維束が集束剤で固定されているか、繊維束を構成している個々のフィラメントに捲縮が入っているかなどによって影響される。本発明における張力の大きさは、加えた張力をトウタル繊度で割った値である叩打強度で表現することができる。本発明において好ましい叩打強度は、０．０２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であって０．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以下、さらに好ましくは０．０４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であって０．３ｃＮ／ｄｔｅｘ以下、０．０５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であって０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であることが最も望ましい。
【０００９】
本発明は、繊維束に当たる箇所に回転ローラを有する叩打機で、その繊維束を叩くことを特徴とする。叩打機とは、一定周期で繊維束を叩く装置で、繊維束の拡幅後の幅より広い幅を持ち、その繊維束を叩く箇所は、回転ローラを有し、回転ローラの表面で叩くことを特徴とする。回転ローラで叩くことにより、叩打機が繊維束に与える損傷を少なくし、かつ、繊維束に与える叩打時の張力変化が急激になり過ぎず、スムースな拡幅になるからである。叩打機の種々の態様は、図面で説明する。
【００１０】
本発明は、叩打機で繊維束が叩かれる前または後において、駆動により表面速度を繊維束の速度未満に制御されている複数本のローラ（摺動ローラという）を摺動させることを特徴とする。ここで摺動とは、ローラ表面を擦りながら動いていく状態をいう。但し、そのローラは、駆動されることにより一定の表面速度で回転しており、その表面速度は走行する繊維束の速度に達しない範囲で駆動されており、繊維の種類や拡幅状態を確認しながら定められる。そして、その摺動ローラの表面速度は、好ましくは繊維束の走行速度の７０％以下、５０％以下がさらに好ましく、３０％以下が最も好ましい。ローラの表面速度をこの範囲に規定することにより、繊維束とローラ表面との摺動範囲が限定されることにより、繊維の損傷が少なく、また、摩擦によって発生する張力も大きくならないので、品質良く拡幅できる。駆動されておらず、自由に回転する摺動ローラは、叩打による衝撃と張力の変動で、異常な回転（逆回転や繊維束よりも速い表面速度）をする場合があり、安定性に欠ける。また、固定したローラ（固定バー）では、表面の梨地加工面の一部のみが摩滅し、さらに、繊維束に含まれている収束剤等の添加物がローラ面上で蓄積し、製品の品質を損なうばかりでなく、安定した拡幅が不可能となる。但し、本発明における摺動ローラは、複数本からなることを特徴とする。複数本のローラ上で多段階に拡幅されることにより、拡幅に無理がなく、安定して高倍率に拡幅できるからである。また、多段階に摺動することにより張力も揃いやすく、安定した拡幅が可能となる。なお、摺動ローラは、摩擦抵抗を小さく、かつ走行テンションを小さく安定して走行させるため、ローラの表面が平滑ではなく、梨地加工など、表面を粗面にする加工が施されていることが望ましく、材質は金属ばかりでなく、耐摩耗性のセラミックも用いられる。金属ローラでは、焼き入れ等で表面が耐摩耗処理されていることが望ましい。
【００１１】
本発明における拡幅手段は、摺動ローラ群と叩打機の組み合わせを多段階に設けることもできる。カーボン繊維やガラス繊維のように、摺動や叩打でケバが発生しやすい繊維束では、叩打強度を小さく抑えて摺動や叩打すること好ましく、それでも高倍率拡幅を確保したい場合に、多段階拡幅手段が使用される。この場合の叩打強度は、先に述べた１段の叩打強度の８０％以下が好ましく、７０％以下とすることもできる。
【００１２】
本発明は、元の繊維束から２倍以上の幅に拡幅された繊維束を、タテ材、ヨコ材、斜交材の内の少なくとも一方向の材料として使用することを特徴とする積層不織布に関する。積層不織布に使用される拡幅された繊維束は、必ずしも本発明の拡幅手段によるもののみを意味しないが、本発明の拡幅手段によるものがより好ましい。本発明の拡幅手段は、高倍率に安定して拡幅できるので、高速で生産される積層不織布では、安定して拡幅されていることが重要だからである。幅が元の繊維束の幅の２倍以上であることを要件としたのは、本発明の積層不織布が平面性を有し、薄いことを特徴とするからであり、２倍以上、好ましくは２．５倍以上、３倍以上であることが最も好ましい。なお、幅の測定は、ＪＩＳＲ３４２０（１９９９）による。
【００１３】
本発明は、拡幅された繊維束をタテ材、ヨコ材、斜交材の内の少なくとも一方向の材料として使用することを特徴とする２軸または多軸積層不織布に関する。本発明の積層不織布は、スパンボンド不織布等の従来の長繊維不織布とは、長繊維からなることと、織製されていない点で共通するが、スパンボンド等の従来の不織布は、構成するフィラメントがランダムであるのに対して、本発明の積層不織布は、構成するフィラメントが、タテ、ヨコ、斜めに配列している点で異なる。本発明は、このようにフィラメントが配列していることにより、フィラメントのもつ強度や弾性率を有効に利用できるのに対し、ランダム不織布は、繊維の強度や弾性率はフィラメントの絡み合いに依存し、フィラメントそのものが高強度、高弾性率であっても、不織布としては高い値を出すことができない。また、本発明の積層不織布は、織物とは構成するフィラメント（糸）がタテ、ヨコに配列している点は共通するが、織物の経糸緯糸が相互に屈曲しながらお互いを潜る構造となっているのに対して、本発明の積層不織布は、タテ群のフィラメント、ヨコ群のフィラメント、斜め群のフィラメントが平面的に積層されている構造である点で異なる。織物においては、構成するフィラメントが、高強度、高弾性率であっても、織物の経糸緯糸が相互に屈曲しながらお互いを潜る構造となっているため、フィラメントが屈曲し、せっかくのフィラメントの有する高弾性率が活かせないのに対し、本発明におけるフィラメントは、屈曲がなく、直線状に配列しているので、高弾性率が期待できる。また、織物は、高機能繊維織物に使用される高密度織物では、その生産速度は、０．１ｍ／分から０．５ｍ／分と低速であり、生産性が悪いのに対し、直交積層不織布や多軸積層不織布では、２０ｍ／分から５０ｍ／分と、２桁以上の高速速度が可能で、生産性が良い。
【００１４】
糸の直交不織布とは、直交積層不織布ともよばれ、タテ糸とヨコ糸が直交し、接合点を接着固定した不織布であり、本出願人によってなされた特公昭５１−９０６７号、また、フランスのシャバノ社等で開発された技術（フランス特許７９７６５号、特公昭４７−１４７９１号等）があり、また別の技術として、ＵＳＰ３０４１２３０号、ＵＳＰ２７９７７２８号、特公昭４７−４９７９６号等もある。
【００１５】
糸の多軸積層不織布とは、斜交する糸とタテ糸またはヨコ糸が接着接合した不織布であり、直交不織布と異なるのは、斜交する糸が含まれていることを特徴とする。糸の多軸積層不織布の製造方法としては、本出願人によってなされた特公昭６２−５４９０４号、特公平１−２４９０３号、特公平３−８０９１１号、特開平８−２０９５１８号等があるが、これらに限定するものではなく、タテ糸またはヨコ糸と斜交する糸が接着接合された不織布であればよい。多軸積層不織布としては、３軸、４軸、５軸等の斜交積層不織布がある。３軸積層不織布、または３軸不織布とは、構成するタテ（経）材に対し互いに逆方向に交差する２方向の斜交材が積層・接合された不織布をいう。４軸積層不織布、または４軸不織布とは、構成するタテ（経）材とヨコ（緯）材に対し、互いに逆方向に走行する２方向の斜交材が交差して積層・接合された不織布をいう。５軸不織布とは、タテ材に対し互いに逆方向に交差する斜交材が、角度を変えることにより、２組の斜交の組み合わせとなる場合である。これらの直交不織布や多軸不織布では、タテ材は１軸と数えられているが、表裏にタテ材を配することもでき、計算上、それも１軸に含む。
【００１６】
本発明における直交不織布や多軸積層不織布においては、タテ糸層、ヨコ糸層、斜め糸層のそれぞれの層間は、接着剤により接合される。接合に使用される接着剤は、他の用途では、種々の弊害を生ずる場合もあるが、本発明のＦＲＰや補強材用途に使用される分野では、後述するように直交不織布や多軸積層不織布の有する接着剤がＦＲＰ等のマトリックスや他の素材との接合にも使用され、一石二鳥の役割を果たす場合もある。このように、直交不織布や多軸積層不織布に使用される接着剤としては、炭素繊維におけるエポキシ樹脂系、ガラス繊維における不飽和ポリエステル樹脂系など使用される繊維に適合する化学種の接着剤が使用される。使用される接着剤の形態としては、エマルジョン型、溶剤型、ホットメルト型など種々の形態で使用することができる。繊維状接着剤を層間に配置することもできる。また、繊維束を構成する繊維がコンジュゲート繊維からなり、そのコンジュゲート成分の一つが接着性を有する場合は、新たな外的な接着剤は必要としない場合もある。
【００１７】
本発明の積層不織布は、拡幅された繊維束の耳端部が、中央部より薄く拡幅されており、それらの拡幅された繊維束が耳端部において、隣接する拡幅された繊維束と重なり合っているいることが好ましい。拡幅された繊維束の「耳端部」とは、拡幅された繊維束を幅方向に１０分割し、両端のそれぞれの２分割を意味し、したがって中央部とは、中央の６分割部分を意味する。「拡幅された繊維束の耳端部が、中央部より薄く拡幅されており」とは、中央部の６分割の平均の質量（長さ１００ｍｍでサンプリングし、１０分割のそれぞれで１０点サンプリングし質量を測定する）と、耳端部４分割の平均の質量を比較し、耳端部の平均の質量が中央部の平均の質量より小さいことを意味する。「薄く」とは、本来は厚さの単位ｍｍで表すべきであるが、繊維集合体は凹凸が激しく、また厚み測定は精度が良くないので、精度がよく、部分の平均の値が表現される質量法で測定し、厚みの測定に代えた。そして、拡幅された繊維束の両耳端の１０分の１程度が、隣接する拡幅された繊維束と相互に重なるようにラップして積層されることが望ましい。「隣接する」とは、拡幅された繊維束をタテ材、ヨコ材、斜交材の内の少なくとも一方向の材料として使用されている場合において、例えばタテ材として使用した場合では、タテ材として配置した拡幅された繊維束相互において、隣り合わせになっていることを意味する。
【００１８】
【実施形態】
本発明の実施の態様の例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の拡幅手段の工程の例を示す。ボビン１から繰り出された繊維束２は、繰出ニップローラ３ａ、３ｂを経て、ターンローラ４ａ、４ｂ間に置かれた張力調整ローラ５により、一定の拡幅適性張力に保たれて走行する。繊維束２は、摺動ローラ６ａ、６ｂ、６ｃ上で摺動されて拡幅されながら走行する。摺動ローラ６ａ、６ｂ、６ｃは、モータＭの回転を変速機Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３で変速し、繊維束２の走行速度未満の表面速度に制御されている。繊維束２は、三角形の頂点に回転ローラ７ａ、７ｂ、７ｃを有する３本足の叩打機８が、進行方向に回転することにより叩打される。この場合、叩打機８の回転速度は、走行する繊維束２の走行速度以上であり、その頂点の回転ローラは、フリー回転でもよいが、繊維束２の走行速度と同速に回転していることが望ましい。叩打機８により叩打された拡幅された繊維束１０は、ターンローラ９（表面速度が繊維束と同速未満に駆動されていることが望ましい）を経て、ニップローラ１１ａ、１１ｂに導かれ、巻取ボビン１２で巻取られる。この図における摺動ローラ群６は、叩打機８の前に置いたが、叩打機８の後に摺動ローラ群を置くこともでき、また叩打機８の前後に分けて置くこともできる。
【００１９】
なお図１では、煩雑さを避けるため１本の繊維束２について説明したが、数１０本、数１００本の繊維束も図１の装置で並列して処理し、別々のボビンで巻き取ることもできる。また、図１の拡幅工程の後に、接着剤樹脂やプリプレグ樹脂で拡幅状態を固定し、その接着性樹脂等で、積層不織布の層間の接着にも使用できる。また、複数の繊維束が拡幅処理され、図５で説明した耳端部処理がなされ、複数の繊維束が耳端部で重なり合って１層の繊維配列ウェブ３５としてシート状に巻き取ることもできる。
【００２０】
図２は、２段階拡幅の例を示す。図１の拡幅工程の拡幅工程の後に、さらに摺動ロール群６ｄ、６ｅを設け、その後にさらに叩打機８−２で叩打することによって拡幅する。
【００２１】
図３は、種々の叩打機の構造の例を示す。図３Ａは、１本足の叩打機２１で、一端に回転ローラ２２ａを有し、叩打機２１が上下方向に振動して回転ローラ２２ａで繊維束を叩打する。上下運動は、回転運動からのクランク機構や、電動バイブレータを使用することもできる。図３Ｂは２本足の叩打機２３であり、頂点に回転ローラ２２ｂ１、２２ｂ２を有し、叩打機２３が回転軸２４を中心に回転することにより繊維束が叩打される。図３Ｃは、図１で示した３本足の叩打機８で、断面が三角形の頂点に回転ローラ７ａ、７ｂ、７ｃを有し、回転軸２４を中心に回転する。図３Ｄは、４本足の叩打機２５で、断面が四角形の頂点に回転ローラ２２ｃ１、２２ｃ２、２２ｃ３、２２ｃ４を有し、叩打機２５が回転軸２４を中心に回転することにより、繊維束を叩打する。同様に５本足、６本足の叩打機の製作も可能であるが、あまり足の多い叩打機は、図４で説明する振幅幅Ｍが小さくなるので好ましくない。
【００２２】
図４は、繊維束を叩打機で叩打する際の振幅について説明する。一定張力に制御された繊維束２は、摺動ローラ群６を経て叩打機８により叩打される。図では頂点に回転ローラ７ａ、７ｂ、７ｃを有する３本足の叩打機８を例に説明する。叩打は、繊維束２の進行方向に叩打されることが望ましい。図では、回転ローラ７ａが一番深くかかった状態より、摺動ローラ９にかかる状態を示してある。摺動ローラ９−２では、接触角度αは１３０度で、そのとき繊維束２が振幅する巾は、図の距離Ｍである。図のターンローラ９−１のように浅くかかる（図では１５０度）と、繊維束２の振幅はＭより小さくなり、Ｍが小さくなりすぎると、拡幅倍率があがらない。ターンローラ９−３のように深くかかると（図では角度１１０度）、振幅範囲はＭのままであるが、回転ローラ７が繊維束２を擦る長さが長くなり好ましくない。本発明では、繊維の種類（繊度、弾性率、捲縮の有無など）や拡幅倍率に合わせ、摺動ローラの周速や位置、叩打機の種類や回転数などを変化させて、振幅範囲を調整し、拡幅倍率を設定する。拡幅倍率を大きくでき、繊維の損傷が少ない振幅範囲として、５ｍｍから３０ｍｍ、好ましくは７ｍｍから２５ｍｍ、１０ｍｍから２０ｍｍが最も好ましいことを、実験結果見いだした。また、拡幅倍率が上がる叩打回数として、１０ｍ／分の繊維束の走行速度に対して、一分間に５００回以上３０００回以下、８００回以上で２０００回以下がさらに好ましく、１０００回以上１５００回以下が最も好ましい。走行速度が１０ｍ／分より増減する場合は、それにほぼ比例して叩打回数も増減する。
【００２３】
図５は、積層不織布におけるタテウェブ、ヨコウェブまたは斜め材ウェブとして使用される隣接する拡幅された繊維束の耳端部が、重なりあって繊維の配列された広巾ウェブを製造する手段の例を示す。拡幅された繊維束１０ａ、１０ｂが間隔を開けて走行しており、ターンローラ３１ａ上で、配管３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄで送られてくる圧縮エアーを、拡幅された繊維束１０ａ、１０ｂの耳端部に当てることにより、耳端部のみ拡げられ薄くなった耳端部が拡幅された繊維束３３ａ、３３ｂとなる。同様に、ターンローラ３１ｂ上に拡幅された繊維束１０ｃ、１０ｄが走行し、ターンローラ３１ｂの裏側で、圧縮空気（配管等は図では省略してある）により耳端部が拡幅され薄くなり、耳端部が拡幅された繊維束３３ｃ、３３ｄとなる。耳端部が拡幅された繊維束３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは、ターンローラ３４上で耳端部を重ね合わせ、必要に応じ重ね合わせ部分を、熱エンボスや超音波シール、接着剤等で接合し、１枚の繊維の配列したウェブ３５とする。図５では拡幅された繊維束が４本の例を示したが、必要に応じ数１０本、数１００本を使用して、より広巾の繊維の配列したウェブ３５とすることができる。
【００２４】
図６は、本発明の２軸積層不織布の製造方法の例を、モデル化して示した。図５で説明した繊維の配列した広巾ウェブ３５をタテウェブ３５ａとし、同様に繊維の配列したウェブ３５をヨコウェブ３５ｂとし、ヨコウェブ３５ｂは、長さ方向をタテウェブ３５ａの幅とほぼ同程度に切断されたウェブ３５ｂ−１、３５ｂ−２、３５ｂ−３が、タテウェブ上に順次積層され、必要に応じエンボスや超音波シール、接着剤等で接合し、２軸積層不織布３６となる。
【００２５】
図７は３軸積層不織布の構造の例を示す。点線で示すタテ方向の多数本の拡幅された繊維束４１ａは、裏面に位置するタテ配置の拡幅された繊維束の列を示す。１点破線で示すタテ方向の多数本の拡幅された繊維束４１ｂは、不織布の表面に位置するタテ配置拡幅された繊維束の列である。４２ａは、互いに斜交する一群の斜め材である１方の拡幅された繊維束群で、４２ｂは、その４２ａ群と斜交するもう１群の斜交材の拡幅された繊維束群である。これらの４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂは、すべてが拡幅された繊維束である必要はなく、少なくともその１部が拡幅された繊維束であればよい。これらのタテ配置の繊維束４１ａ、４１ｂと、斜め材４２ａと４２ｂより３軸積層不織布４３が構成され、それぞれの層間は接合されている。図では、わかりやすくするために、ある１本の拡幅された繊維束の流れを線で示すが、拡幅された繊維束は幅を有する。したがって、図では線が交差した網状物に描かれているが、拡幅された繊維束積層不織布は、一面にフィラメントで充填された不織布となる。また、タテウェブ４１ａや４１ｂは、この図のように多数本使用することなく、図５で示した繊維配列ウェブ３５を使用し、その場合は、表面と裏面の２層ではなく、どちらか一方の１層であってもよい。
【００２６】
図８は４軸積層不織布の例である。図８Ａは、４軸に積層された構造の例で、図８Ｂは、その１群の斜交およびヨコ成分を構成する繊維材４４ａの走行パターンを示したものである。この図８Ｂで、１本の線を太く示して、走行パターンをわかりやすくした。４軸積層不織布４５は、この繊維材４４ａと斜交して対称的に走行する拡幅された繊維束群４４ｂと、図１に示したタテ配置の拡幅された繊維束４１ａ、４１ｂとからなる。また、３軸積層不織布の場合と同様、タテウェブ４１ａや４１ｂの列の代わりに、図５で示した繊維配列ウェブ３５を使用することもできる。これらの多軸積層不織布の製法の原理は、本出願人の先発明特公昭６２−５４９０４号、特公平１−２４９０３号、特公平３−８０９１１号、特開平８−２０９５１８号等で詳述されている。
【００２７】
【実施例】
実施例１　元の幅３．７ｍｍ、厚み２５０μｍのガラス繊維ロービング（ＮＴＢＲＳ１１０ＱＬ、１１００ｔｅｘ、日東紡績株式会社製）を使用し、その繊維束は、図１の拡幅プロセスにより、張力６．９Ｎ／本で走行し、３本の摺動ローラ（直径２０ｍｍ、表面梨地加工＃２００）で、それぞれの表面速度５ｍ／分、５ｍ／分、５ｍ／分）上を速度１０ｍ／分で走行する。摺動ローラ上の繊維束は、その後に設置されている三角形の頂点に回転ローラ（径１４ｍｍ、表面梨地加工＃２００）を有し、回転数６００／分で回転する３本足の叩打機（回転半径３７ｍｍ）による叩打の振動により、繊維束幅１６ｍｍ程度まで拡幅されている。このとき、叩打機の図４の叩打角度は１３０度で、振幅は１５ｍｍであった。繊維束は、さらに叩打機やその後のターンローラ上でも拡幅し、ニップローラを出る時点では、幅１７．３ｍｍ、厚み４５μｍ（幅よりの拡幅倍率４．７倍、厚みよりの拡幅倍率５．６倍）に拡幅されていた。その拡幅された繊維束を複数本走行させ、図５のように並列配置し、不飽和ポリエステル樹脂粉末（ニュートラック５１０、花王石鹸株式会社製）を８．１ｇ／ｍ^２載せ、１１０℃で融着させ、ガラス繊維フィラメントの配列した１枚のシートとした。また、同様にして拡幅した繊維束を、やはり上記の不飽和ポリエステル樹脂粉末（８．５ｇ／ｍ^２）で融着することにより、１本ずつ固め、１本ずつ巻き取った。シート状のフィラメントの配列体をタテウェブ、拡幅され樹脂固定された１本ずつの繊維束を斜め材として、斜め材のピッチは１５ｍｍ間隔で作成し、図７の構造の３軸積層不織布とした。製品の坪量は、２３６．９ｇ／ｍ^２、ガラス繊維２２０．４ｇ／ｍ^２、不飽和ポリエステル樹脂接着剤１６．５ｇであり、製品の厚みは２７０μｍであった。このガラス繊維の３軸積層体は、タテ１層、斜め層２層の３層であり、かつ接着剤樹脂を含んでいるにもかかわらず、元のロービングの厚みとほぼ同等の厚みの製晶とすることができた。この３軸積層体は、不飽和ポリエステルをマトリックスとするＦＲＰの基布などに使用される。
【００２８】
実施例２　実施例１のガラス繊維ロービングを使用し、その繊維束は、図２の拡幅プロセスにより、張力４．８Ｎ／本で走行し、３本の摺動ローラ（直径２０ｍｍ、表面梨地加工＃２００で、それぞれの表面速度５ｍ／分、６ｍ／分、７ｍ／分）上を速度２０ｍ／分で走行する。摺動ローラ上の繊維束は、その後に設置されている三角形の頂点に回転ローラ（径１４ｍｍ、表面梨地加工＃２００）を有し、回転数１０００／分で回転する３本足の叩打機（回転半径は３７ｍｍ）による叩打の振動により拡幅され、このとき、叩打機の図４の叩打角度は１５０度で、振幅は１０ｍｍであった。繊維束は、さらにその後の２本の摺動ローラ（それぞれの表面速度、１０ｍ／分、１２ｍ／分）上でも拡幅し、その後の回転数１２００／分で回転する３本足の叩打機による叩打（叩打角度は１５０度）によっても拡幅される。この拡幅された繊維束は、ニップローラを出る時点では、幅１７．８ｍｍ（拡幅倍率４．８倍）で、実施例１よりも拡幅された繊維束に発生するケバは少なかった。
【００２９】
実施例３　元の幅７．０ｍｍ、厚み１４０μｍのカーボン繊維束（トレカＣＦ１２Ｋ、８００ｔｅｘ、東レ株式会社製）を使用した。その繊維束は、図１の拡幅プロセスにより、張力７．１Ｎ／本で走行し、１２０℃熱風によりカーボン繊維の集束剤を軟化させながら、４本の摺動ローラ（径２０ｍｍ、表面梨地加工＃２００）で、それぞれの表面速度６ｍ／分、５ｍ／分、４ｍ／分）上を、速度１０ｍ／分で走行する。摺動ローラ上の繊維束は、その後に設置されている四角形の頂点に回転ローラを有し、回転数５００／分で回転する図３の４本足の叩打機（回転半径３７ｍｍ）による叩打の振動によって、繊維束幅２０ｍｍ程度まで拡幅されている。このとき叩打機の図４の叩打角度は１３０度で、振幅は１０ｍｍであった。繊維束は、さらに叩打機やその後のターンローラ上でも拡幅し、ニップローラを出る時点では、幅２１．８ｍｍ、厚み４４μ（幅よりの拡幅倍率３．２倍、厚みよりの拡幅倍率３．２倍）に拡幅されていた。その拡幅された繊維束を複数本走行させ、図５のように並列配置し、エポキシ樹脂粉末（ペルパウダーＰＥ４５、日本ペルノックス社製）を５．７ｇ／ｍ^２載せ、１５０℃で５０秒間加熱してゲル化し、１枚のプリプレグシートとした。このプリプレグシートを経ウェブ、緯ウェブとして使用し、図６の方式で経緯積層することにより直交不織布とした。製品の坪量は、５０．２ｇ／ｍ^２、カーボン繊維３８．２ｇ／ｍ^２、エポキシ接着剤１２．０ｇであり、製品の厚みは、１２０μｍであった。このカーボン繊維の２軸積層体は、タテ１層、ヨコ１層の２層であり、かつ接着剤樹脂を含んでいるにもかかわらず、元のカーボン繊維束の厚みより薄い製品とすることができた。この直交不織布は、エポキシ樹脂をマトリックスとするＦＲＰの基布等として使用される。
【００３０】
実施例４　元の幅２．８ｍｍ、厚み１９０μｍの超高分子量ポリエチレン繊維（商品名ダイニーマ、２７２ｔｅｘ、東洋紡績株式会社製）を使用し、その繊維束は、図１の拡幅プロセスにより、張力２．０Ｎ／本、速度１０ｍ／分で走行する。図１とは異なり、繊維束は、張力調整ローラの後に設置されている、頂点に回転ローラを有し、回転数１１００／分で回転する図３Ｂの２本足の叩打機により叩打される。その後、５本の摺動ローラ（それぞれの表面速度３ｍ／分、４ｍ／分、５ｍ／分）上で、叩打機の振動により拡幅し、ニップローラを出る時点では、幅１８．２ｍｍ（拡幅倍率６．５倍）に拡幅されていた。繊維束は、その拡幅された繊維束を複数本走行させ、図５のように並列配置し、熱可塑性エラストマー（クレイトンＤ１１０７、シェルジャパン株式会社製）のトリクロルエタン溶液を表面に塗布して乾燥し、フィラメントの配列したシートとした。熱可塑性エラストマーの量は、３．７ｇ／ｍ^２であった。また、同様にして拡幅した繊維束を、やはり上記の熱可塑性エラストマーで１本ずつ固め、１本ずつ巻き取った。シート状のフィラメントの配列体をタテウェブ、拡幅され樹脂固定された１本ずつの繊維束を斜め材として、斜め材のピッチは１５ｍｍ間隔で作成し、図７の構造の３軸積層不織布とした。製品の坪量は、６６．３ｇ／ｍ^２、超高分子量ポリエチレン繊維５５．８ｇ／ｍ^２、熱可塑性エラストマー１０．５ｇ／ｍ^２であり、製品の厚みは２３０μｍであった。この製品は、熱可塑性エラストマーシートと共に複数枚積層されて、防弾チョッキ等の耐衝撃性複合製品の基布とされた。
【００３１】
実施例５　元の幅２．２ｍｍ、厚み１１０μｍのポリビニルアルコール系繊維（８０℃熱水中で溶解するポリビニルアルコール系繊維トウ、２００ｔｅｘ）を使用し、その繊維束は、図１の拡幅プロセスにより、張力２．６Ｎ／本で走行し、３本の摺動ローラ（それぞれの表面速度は、２ｍ／分、３ｍ／分、４ｍ／分）上を速度８ｍ／分で走行する。摺動ローラ上の繊維束は、その後に設置されている頂点に回転ローラを有し、１２００回／分で上下に振動する図３の１本足の叩打機による叩打の振動により、繊維束幅１０ｍｍまで拡幅され、さらに叩打機やその後のターンローラ上でも拡幅した。そして、ニップローラを出る時点では、幅１３ｍｍ（拡幅倍率５．９倍）に拡幅されていた。その拡幅された繊維束を複数本走行させ、図５のように並列配置し、ポリビニルアルコール系接着剤（ポバール２１０、ケン化度８８％、クラレ株式会社製）水溶液により、固形分として６．５ｇ／ｍ^２を載せ、加熱乾燥して、１枚のフィラメントの配列したシートとした。このシートを経ウェブ、緯ウェブとして使用し、図６の方式で経緯積層し直交不織布とした。製品の坪量は、５３．１ｇ／ｍ^２、繊維４０．２ｇ／ｍ^２、接着剤１２．９ｇであり、製品の厚みは、７０μｍであった。本製品は、ケミカルレース用基布としてそのまま使用され、また水溶性の不織布と水溶性接着剤で積層接着されて、やはりケミカルレース用基布として使用される。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は、繊維束を簡便な手段で拡幅することにより、高倍率に拡幅された繊維配列ウェブが製造できることを特徴とする。本発明は、拡幅倍率が画期的に高くでき、したがって薄い繊維配列ウェブが製造可能なことを特徴とする。薄いウェブが製造できるということは、炭素繊維等の高価な繊維の繊維量が少量でも、平面に繊維が敷き詰められ、コストの安い製品が製造可能である。さらに繊維量が少ないことより、プリプレグ等のマトリックス樹脂も少ないすることができ、さらにコストが安くなるばかりでなく、物性を損なわずに、軽量な製品が製造可能となった。
【００３３】
本発明の拡幅された繊維束よりなる積層不織布は、織物に比較して、繊維束が屈曲していないので、薄く、平面性が良く、そのため弾性率が高い製品となる。また、織物の製法に比較して、工程がシンプルで、拡幅された繊維束の乱れが少ないく、目開きも少なく、ケバの発生が少ないので、品質の良いものが製造可能である。さらに本発明の積層不織布は、生産速度が速いために、コスト安く製造可能なことも特徴である。織物は、糊付工程が必要で、糊付けしないと、さらに生産性が落ち、ケバの発生が激しくなる。
【００３４】
本発明の拡幅された繊維束よりなる積層不織布において、配列された拡幅された繊維束の耳端部を薄くして隣接する繊維束との境界部を薄くすることにより、相互にラップし、繊維束の耳端部でギャップのない製品となり、外観的にも物性的にも均一な製品とすることができた。物性の内、特に曲げ強度は、ギャップがあるとその部分で曲げが始まり、曲げ強度が極端に落ちるので、ギャップがないことが重要であり、ギャップが無いよう多量の繊維を使用することは、コスト高になるばかりでなく、重量も大きくなる。
【００３５】
本発明の拡幅された繊維束は、プリプレグ等のマトリックス樹脂を充填し、ＦＲＰや各種シートの補強に使用でき、また、管状物に巻き付けて管状物の補強にも使用できる。また、本発明の２軸や３軸積層不織布は、やはりプリプレグ等のマトリックス樹脂を充填し、ＦＲＰや各種シートの補強に使用でき、防弾チョッキやケミカルレース用不織布の基布とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の繊維束の拡幅工程の側面を示す概略図
【図２】本発明の２段階拡幅工程の例を示す側面図。
【図３】本発明の種々の叩打機の例を示す側面図。
【図４】叩打機の叩打角度と振幅を示す概略図。
【図５】拡幅された繊維束を重ね合わせてシート化する工程の概略図。
【図６】２軸積層不織布を製造する積層プロセスの概念図。
【図７】３軸積層不織布の構造を示す概念図。
【図８】４軸積層不織布の構造を示す概念図。
【符号の説明】
１：ボビン、　２：繊維束、　３：繰出ニップローラ、　４：ターンローラ、
５：張力調整ローラ、　６：摺動ローラ、
Ｍ：モータ、　Ｖ：変速機
７：回転ローラ、　８：叩打機、　９：ターンローラ、
１０：拡幅された繊維束、　１１：ニップローラ、　１２：巻取ボビン。
２１：１本足叩打機、　２２：回転ローラ、
２３：２本足叩打機、　２４：回転軸、　２５：４本足叩打機。
３１：ターンローラ、　３２：圧縮エアー配管、
３３：耳端部が拡幅された繊維束、　３４：ターンローラ、
３５：広巾の繊維の配列したウェブ。
３６：２軸積層不織布。
４１：拡幅された繊維束、　４２：斜め材、
４３：３軸積層不織布。
４４：ヨコ成分を構成する繊維材、　４５：４軸積層不織布。

Claims

繊維束を張力下に走行させながら頂点に回転ローラを有する叩打機で該繊維束を叩く工程と、前記叩打機で繊維束が叩かれる前または後において、駆動により表面速度を繊維束の速度未満に制御されている複数本のローラを摺動させる工程とを含むことを特徴とする、拡幅された繊維束の製造方法。
元の繊維束から２倍以上の幅に拡幅された繊維束を、タテ材、ヨコ材、斜交材の内の少なくとも一方向の材料として使用されている、拡幅された繊維束よりなる２軸または多軸積層不織布。
請求項２の積層不織布において、拡幅された繊維束の耳端部が中央部より薄く拡幅されており、それらの繊維束が隣接する拡幅された繊維束とが耳端部において重なり合っている、拡幅された繊維束よりなる積層不織布。