JP2005220486A - フッ素繊維交織織物および複合材料 - Google Patents

Abstract

【課題】摺動性に優れ、耐久性のある複合材料製摺動材の補強材として好適なフッ素繊維交織織物およびそれからなる複合材料を提供する。
【解決手段】フッ素繊維糸条と、引張強度が２ＧＰａ以上である高強度繊維糸条とが交織された織物であって、フッ素繊維が織物のいずれか一方の片面面積の３０％以上の面積を被覆していることを特徴とするフッ素繊維交織織物、およびそれからなる複合材料。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に摺動材料の補強材として有用なフッ素繊維交織織物およびそれを用いた複合材料に関する。

フッ素樹脂は優れた耐薬品性、耐熱性、低摩擦性を有し、特殊用途ではあるがその特徴を活かし、軸受けなどの摺動材用途に使われている。例えば、特許文献１においてはフッ素樹脂の低摩擦性を活かし、フッ素樹脂に炭素繊維、ガラス繊維の短繊維を充填材とした摺動材が提案されている。このフッ素樹脂のコンポジット（複合材料）を例えば軸受けに用いる場合においては、摺動特性がよく、従来の金属製に比べて軽量であり、また、耐磨耗性が優れているので潤滑剤を必要とせず、例えば食品関係の機器の軸受け部にシールを兼ねて用いることが出来るなどの特徴を有している。しかし、フッ素樹脂は圧縮弾性率が４００ＭＰａ程度と比較的低く、フッ素樹脂の軸受けにおいては軸から受ける負荷で変形あるいは破壊し易いために、低荷重の軸受けにしか適用できないという問題を抱えている。

上記問題点に対して、フッ素繊維を補強材とし樹脂弾性率が高いエポキシ樹脂などをマトリックスとした複合材料からなるコンポジット軸受けが、特許文献２で提案されている。この技術は、フッ素繊維とポリエステル繊維のフィラメントワインディングで成形されたコンポジット製の軸受けであり、摺動方向、すなわち円周方向に低摩擦性のフッ素繊維が配向しているので、前記したフッ素樹脂の固体を摺動面とするよりも繊維状のものを摺動面とする方が軸受けに作用するラジアル方向の荷重が分散されるので、面に作用する摩擦力が小さくなり、軸の回転が滑らかになる特徴を有している。しかし、上記軸受けは、樹脂との接着性が低いフッ素繊維が軸の回転方向に連続して配向されているので、軸受けに受けるラジアル方向とスラスト方向の荷重がフッ素繊維を剥がす方向に作用するため、逆に耐久性が劣る問題点があり、高荷重の負荷が作用する軸受けには向かないという問題点を有する。

また、上記技術に対して、高荷重に耐える軸受けとして、フッ素繊維とポリエステル繊維との交織織物を補強材とし、フッ素繊維の欠点である低引っ張り強度をポリエステル繊維で補った織物が商品化されており、この織物をコンポジット軸受けの基材として用いることにより、フッ素樹脂繊維とポリエステル繊維と交錯されているのでフッ素繊維の剥離をある程度は抑えることができる。

しかし、通常、コンポジット軸受けは成形におけるマトリックス樹脂の硬化収縮により所定の寸法精度が得られないために切削加工により所定の寸法に仕上げられるが、強化材であるポリエステル繊維が柔軟で、熱可塑性であるために切削加工しにくく、また切削時に熱溶融するために平滑な面に切削することが難しく、フッ素繊維の有する低摩擦性が十分に発揮できない問題点がある。また、従来のフッ素繊維とポリエステル繊維との交織織物を補強材としたコンポジット軸受けは、強度の問題から肉厚の摺動面を作製することが困難であるという問題点もある。肉厚の摺動面を作製すると、例えばシャフトの外径に合わせて摺動面を適宜切削加工できる利点がある。さらに、実用面において強化材がポリエステル繊維であるために軸受けに生ずる摩擦熱で繊維が柔らかくなったり、あるいは溶融したりして摩擦係数が高まる問題点もある。その上、ポリエステル繊維はマトリックス樹脂との接着性がフッ素繊維ほどではないものの低いために、長期耐久性が期待できないという問題もある。

上述したようなことから、コンポジット軸受けなどの摺動部材においては、汎用的で耐久性のある補強材の提供が望まれていた。
特開平６−１１６５８０号公報 米国特許明細書第４，８６７，８８９号

本発明の課題は、上述した問題点を解決し、摺動性に優れ、耐久性のある複合材料製摺動材の補強材として好適なフッ素繊維交織織物およびそれからなる複合材料を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明によれば、以下の構成を有するフッ素繊維交織織物およびそれを用いた複合材料を用いると、摺動性に優れ、耐久性のある複合材料（ＦＲＰ）製の摺動材として好適であることを見い出した。

すなわち、本発明に係るフッ素繊維交織織物は、
（１）フッ素繊維糸条と、引張強度が２ＧＰａ以上である高強度繊維糸条とが交織された織物であって、前記フッ素繊維が織物のいずれか一方の片面面積の３０％以上の面積を被覆していることを特徴とするものである。
（２）また、前記織物において、前記被覆面積の割合が５０％以上であることを特徴とするものである。
（３）また、前記織物においてフッ素繊維糸条が４０〜８０重量％含まれていることを特徴とするものである。
（４）また、前記織物において織物組織が平織、綾織、朱子織のいずれかの組織であることを特徴とするものである。
（５）また、前記織物において織物の各織糸がフッ素繊維糸条ないし高強度繊維糸条のいずれか一方の単独糸条からなることを特徴とするものである。
（６）また、前記織物において織物を構成する織糸が、フッ素繊維糸条と高強度繊維糸条との引き揃え糸であることを特徴とするものである。
（７）また、前記織物において織物組織が多重織であることを特徴とするものである。
（８）また、前記織物において織物組織が二重織であり、フッ素繊維糸条が織物面の片面に配列されていることを特徴とするものである。
（９）また、前記織物において高強度繊維が、炭素繊維であることを特徴とするものである。
（１０）また、前記織物において織糸を構成する炭素繊維糸条を構成するフィラメントの繊度が０．３〜０．８ｄＴＥＸ、フィラメント数が１，０００〜２４，０００本であることを特徴とするものである。
（１１）また、前記織物において織糸を構成するフッ素繊維糸条を構成するフィラメントの繊度が１〜２０ｄＴＥＸ、フィラメント数が１５〜８００本であることを特徴とするものである。
（１２）また、前記織物において織糸を構成するフッ素繊維糸条の平均厚みが高強度繊維糸条の平均厚みの１１０％以上であることを特徴とするものである。
（１３）また、前記炭素繊維の引張強度が４ＧＰａ以上、引張弾性率が２００〜６００ＧＰａ、引掛強さ（ＪＩＳ Ｌ１０１３）が０．９ｍｍ²あたり１ｋＮ以上であることを特徴とするものである。
（１４）また、前記織物において織物目付が５０〜３００ｇ／ｍ²、あるいは３００を越え、１，０００ｇ／ｍ²未満であることを特徴とするものである。
（１５）また、前記織物は、上記フッ素繊維糸条および高強度繊維糸条に加え、さらに、複合材料にする際のマトリックス樹脂との接着性（フッ素繊維との物理的な結束、素材としての化学的な結合）を向上する繊維糸条を含む形態に構成することも可能である。接着性向上繊維糸条としては、例えば、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリアミド繊維の合成繊維のいずれかにより構成することが可能である。かかる接着性向上繊維により、一層微細な接着を設計できる。

（１６）また、本発明の複合材料は、上記フッ素繊維交織織物にマトリックス樹脂を含浸し、硬化させたことを特徴とするものである。

本発明によれば、フッ素繊維糸条と、高強度繊維糸条とが交織された織物であって、前記フッ素繊維が織物のいずれか一方の片面面積の３０％以上の面積を被覆したフッ素繊維交織織物であるから、複合材料軸受けの基材とした際にフッ素繊維の低摩擦性が発揮され、かつマトリックス樹脂の接着性の低いフッ素繊維をマトリックス樹脂との接着性の優れた高強度繊維で交錯させて支えているので、フッ素繊維が剥がれることはなく、耐久性の優れた複合材料製摺動材を提供することが出来る。また、高強度繊維が交織されているので、優れた機械的特性を有する複合材料摺動材の提供が可能となる。

以下、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る、平織組織のフッ素繊維交織織物の平面図である。図１において、交織織物１は、後述する高強度繊維糸条２がたて糸として配列され、フッ素繊維糸条３がよこ糸として配列されており、互いに交互に交錯し合った平織組織を構成している。このため、フッ素繊維は織物の両面に露出して、フッ素繊維の被覆率はそれぞれの配列密度（織密度）と織物上での糸幅により若干異なるが、織物面積に対してフッ素繊維はおおよそ５０％となる。

なお、ここでいうフッ素繊維の被覆率とは、織物を平面上で見た際の織物面積に対する、フッ素繊維が表面に表れている割合のことであり、測定方法としては実体顕微鏡で拡大撮影し、その取り込み画像を画像処理装置によりフッ素繊維部分とそれ以外に２値化した後、その面積割合を計算することでフッ素繊維の被覆率を求めることが出来る。

本発明のフッ素繊維交織織物は、フッ素繊維の有する低摩擦性を生かして摺動材として有用なもので、織物のどちらか片面面積の３０％以上の面積を被覆しているものである。織物表面に出来るだけ多くフッ素繊維が表れていることが好ましく、フッ素繊維の被覆率は５０％以上、さらに好ましくは６０％以上である。

かかるフッ素繊維の被覆率が３０％未満では、フッ素繊維が織物表面に出ている割合が小さくなり、高強度繊維が表面に出る割合が大きくなる。つまり、高強度繊維自体もフッ素繊維には劣るが金属材料に比べれば遥かに低摩擦性であるものの、フッ素繊維の表面被覆率が小さくなりすぎ、フッ素繊維の有する低摩擦性効果が十分に発揮されず、本発明の課題を解決できない。

一方、高い荷重を支える複合材料軸受けなどにおいては、マトリックス樹脂との接着性の悪いフッ素繊維を接着性に優れた高強度繊維糸条と交錯させることで、複合材料中でフッ素繊維が剥がれようとする力を、マトリックス樹脂と強固に接着された高強度繊維糸条の交錯により阻止できることから、高強度繊維も共に表面に出すことが好ましく、フッ素繊維の被覆率は９０％以下、さらに好ましくは８０％以下であることが好ましい。

しかし、作用する荷重が低荷重である軸受けなどにおいては、別の実施態様で後述するように、織物のどちらか一方の面において高強度繊維を表面に出さずにフッ素繊維同士で交錯させ、フッ素繊維の被覆率が１００％であっても構わない。そうすることにより非常に高い摺動性を発揮させることが出来る。

本発明のフッ素繊維交織織物において、フッ素繊維が４０〜８０重量％であることが好ましい。別の視点からは、高強度繊維が２０〜６０重量％の範囲であることが好ましい。フッ素繊維が４０重量％未満または高強度繊維が６０重量％を越えると、所望の摺動性を発現できない場合がある。一方、フッ素繊維が８０重量％を越える、または高強度繊維が２０重量％未満であると、所望の強度を発現しない場合がある。より好ましくは、フッ素繊維が５０〜７５重量％、高強度繊維が３５〜５０重量％の範囲、更に好ましくは、フッ素繊維が６０〜７０重量％、高強度繊維が３０〜４０重量％の範囲である。

なお、上記した本発明のフッ素繊維交織織物を用いて摺動性の優れた複合材料軸受けを提供する方法の一実施態様としては、本発明のフッ素繊維交織織物にマトリックス樹脂を含浸させて複合材料（ＦＲＰ）にした後、切削加工で所定の寸法に仕上げることにより得ることができる。

このような複合材料軸受けにおいては、交織する高強度繊維の特性が発揮されるので、高負荷が作用しても破壊し難い。また、高強度繊維自体は優れた耐磨耗性を有することが多いので耐久性に優れた複合材料製の軸受けを提供することが出来るものである。

図２は、本発明の他の実施態様に係る、平織組織のフッ素繊維交織織物の平面図である。フッ素繊維交織織物４は、たて糸がフッ素繊維糸条５でよこ糸が高強度繊維糸条６から構成された平織組織の織物である。かかる織物４は、図１に示した実施態様に係る織物１を９０°回転させたものと同じであるが、織物の製織工程においてよこ糸を挿入する際、たて糸が一本交互に上下される開口運動により互いに隣接するたて糸が擦過するが、図２に示すように、たて糸がフッ素繊維糸条５であればフッ素繊維は摺動性が優れるので擦過毛羽を発生させることがなく、高速製織が可能となるので好ましい態様である。

上述したようにフッ素繊維糸条と高強度繊維糸条とを平織組織で一体化した織物構造の交織織物は、複合材料製軸受けとして用いた場合、マトリックス樹脂との接着性が悪いフッ素繊維糸条は、マトリックス樹脂との接着性の優れた高強度繊維糸条で強固に拘束されているので、軸受けに高負荷が作用してもフッ素繊維糸条が剥がれたりするようなことが発生しにくい。

図３は、本発明のさらに他の実施態様に係る、平織組織のフッ素繊維交織織物の平面図である。図２に示した織物４は、平織組織を構成しているもので、たて糸、またはよこ糸にフッ素繊維糸条を単独で用いた実施態様である。一方、フッ素繊維交織織物は、たて糸、またはよこ糸にフッ素繊維糸条と高強度繊維糸条とを交互または数本置きに配列した交織織物、あるいはたて糸、またはよこ糸にフッ素繊維糸条３、５と高強度繊維糸条２、６とを引き揃えた図３に示す形態の織物５も含まれる。中でも、平織組織であると織物の両面におけるフッ素繊維の被覆率が同じであるからどちらの面を摺動面としてよいために成形時に表裏を間違うことがないため好ましい。

図４は、さらに他の実施態様に係る、綾織組織のフッ素繊維交織織物８の平面図である。たて糸がフッ素繊維糸条５で、よこ糸が高強度繊維糸条６から構成された２／２の綾織組織の織物ある。

かかる織物８のフッ素繊維の被覆率は約５０％であって、前記平織組織の交織織物の被覆率とほぼ同じであるが、フッ素繊維の浮きが長くなり、織物の表面凹凸を小さくなることから表面が平滑な軸受け面を形成させることができるから、滑らかに軸を摺動可能な軸受けを提供することが出来る。

一方、２／２の綾織組織は、平織組織に比べてたて糸とよこ糸の交錯点数が少ないので、フッ素繊維の拘束力が平織組織に比べ劣ることになることからどのような織組織にするかは軸受けが受ける負荷などから適宜選択することができる。

この実施態様は、たて糸にフッ素繊維糸条を用い、２／２の綾織組織とした場合であるが、本発明のフッ素繊維交織織物は上記構成に限定されるものではなく、フッ素繊維糸条をよこ糸に用いたり、たて糸、またはよこ糸に高強度繊維糸条と交互あるいは数本置きに用いる他の綾織組織の交織織物も含まれる。

図５は、さらに他の実施態様に係る、朱子織組織のフッ素繊維交織織物の平面図である。この交織織物９は、たて糸にフッ素繊維糸条５およびよこ糸に高強度繊維糸条６から構成された４枚朱子織組織の織物であり、織物表裏でフッ素繊維の現れ方が異なり、図５ではフッ素繊維が多く表れる面を示し、その面における被覆率は約７５％となる。

そして、このフッ素繊維の被覆率の高い面を摺動面として成形することにより、摺動性が一層優れることになる。また反対面においては高強度繊維による被覆率が高いので織物全体がマトリックスと強固に接着され、優れた耐久性を有することができる。

図６は、さらに他の実施態様に係る、二重織組織のフッ素繊維交織織物の平面図である。この織物１０は、フッ素繊維と高強度繊維からなる二重織組織の交織織物で、フッ素繊維のたて糸５とよこ糸３が織物表面に表れ、高強度繊維のたて糸２とよこ糸６が裏面に表れたもので、摺動面となる織物表面のフッ素繊維の被覆率はおおよそ１００％である。

このように二重織をはじめとする多重織組織の織物であると、フッ素繊維が織物の片方の表面が完全に覆われように配置させることができるので、その面を摺動面とすることで非常に優れた摺動性を発揮できるし、裏面が高強度繊維１００％であるからマトリックス樹脂と強固に接着するので耐久性のあるコンポジット軸受けを得ることができる。

本発明で用いる高強度繊維糸条を構成する高強度繊維としては、引張強度２ＧＰａ以上の繊維であり、パラ系アラミド繊維、炭素繊維、ポリアリレート繊維、ポリビニルアルコール繊維、ＰＢＯ繊維、高倍率延伸ポリエステル繊維、ガラス繊維、ＳＵＳなどを用いた金属繊維などが例として挙げられる。引張強度が２ＧＰａ未満であると、本発明の課題である高強度の複合材料が得られにくくなってしまう。この中でも、特に弾性率に優れるため負荷がかかった際の変形量が小さく、熱の伝導率が高いため、摩擦熱による発熱を除去でき、比重が軽いため取り扱いやすい炭素繊維を用いるのが好ましい。なお、ここでいう引張強度とはＪＩＳ Ｒ８６０１の樹脂含浸ストランド試験に準拠して求められた引張強度である。

本発明で用いる炭素繊維は、ＰＡＮ系、ピッチ系、セルロース系、炭化水素による気相成長系炭素繊維や黒鉛繊維、これらを２種類以上ブレンドして構成されたもの等が例として挙げられる。複合材料の強度や弾性率を更に重要視する場合は、これらの中でもＰＡＮ系炭素繊維を用いるのが好ましい。また、摺動性を更に重要視する場合はピッチ系炭素繊維が好ましい。

さらに、炭素繊維は高弾性率で、しかもマトリックス樹脂との接着性が優れていることから切削性に優れ、軸受けの寸法精度を得るために切削加工で表面平滑に仕上げることが出来、摺動性の優れた軸受けを提供することが出来る。

かかる炭素繊維としては、単繊維の繊度が０．３〜０．８ｄＴＥＸ、フィラメント数が１，０００〜５０，０００本、総繊度が６００〜３５，０００ｄＴＥＸであることが好ましい。より好ましくは、フィラメント数が６，０００〜２４，０００本、更に好ましくは１２，０００〜２４，０００本である。

なかでも、単繊維の繊度が小さくてフィラメント数が少なく、総繊度の小さい糸を用いる方が表面平滑な織物となるため好ましいが、細繊度の炭素繊維は高価であるとともに、織物にする場合の生産性も低いことから高価な織物になってしまうという場合がある。

一方、単繊維の繊度が大きくてフィラメント数が多く、総繊度の大きい糸を用いて織物にすると生産性は良いものの織物の表面平滑性が低下するとともに織物のたて糸とよこ糸の交錯によって生じる繊維が存在しない空隙部が樹脂リッチ部分となり、繊維が存在しないことになることから耐摩擦性が低下してしまう場合がある。

また、フッ素繊維糸条の平均厚みが炭素繊維糸条の平均厚みの１１０％以上であれば炭素繊維よりも低摩擦性を有するフッ素繊維を織物表面に出すことができることから優れた摺動性を有するＦＲＰが得られる。より好ましくは１２０％以上、さらに好ましくは１３０％以上である。特に、フッ素繊維糸条として高強度繊維糸条よりも厚い平均厚みを有するものであると、交織織物においてフッ素繊維糸条が優先的に表面に突出して、表面凹凸の大きな交織織物となり、複合材料にした際に、一層効果的に摺動性を発現することができる。なお、ここで言うフッ素繊維糸条と炭素繊維糸条の平均厚みとは、織物からフッ素繊維糸条と炭素繊維糸条を糸幅が変化しないように丁寧に取り出し、ＪＩＳ Ｒ７６０２（炭素繊維織物の試験方法）に従って、繊維束の中央部に５０ｋＰａの圧力を２０秒間かけたときの厚みを５箇所測定し、その平均値で表されるものである。

かかる炭素繊維は、引張強度が４ＧＰａ以上であるのが好ましい。かかる強度以上であると、より少量の配合で所望の強度を達成できる。より好ましい引張強度は４．５ＧＰａ以上である。なお、引張強度は高ければ高い方が好ましいが、現在の技術水準からは、１０ＧＰａ以下であるのが一般的である。

同様の視点から、かかる炭素繊維は、引張弾性率が２００〜６００ＧＰａの範囲であるのが好ましい。引張弾性率が２００ＧＰａ未満であると、得られる複合材料の弾性率も低くなるため、複合材料に負荷された際に、複合材料の変形量が大きくなり、フッ素繊維とマトリックス樹脂との剥離を誘起してフッ素繊維が脱落し易くなる。また、引張弾性率が６００ＧＰａを越えると、引張強度が大きく低下する場合があるため、本発明の課題である高い引張強度を発現しにくい。

また、かかる炭素繊維は、優れた力学特性（特にマトリックス樹脂との接着性）、取扱性等の機能付与するために、樹脂等を予め付着、表面処理していることが好ましい。なお、本発明では、かかる機能付与を目的に付着、表面処理している樹脂のことをサイジング剤と総称する。かかるサイジング剤の付着量は０．１〜２重量％の範囲が好ましい。０．１重量％より少ないと、目的の機能である優れた力学特性等が発現しない。一方、２重量％を越えるとフッ素繊維との複合糸条を形成する際に分散不良が起こり、複合糸条の均一性に劣る場合がある。

更に、引掛強さ（ＪＩＳ Ｌ１０１３）が０．９ｍｍ² あたり１ｋＮ以上であるのが好ましい。かかる強さ未満であると、フッ素繊維との複合糸条を形成する際に炭素繊維が容易に折損して、複合糸条中の炭素繊維長さが短くなって高強度の複合材料を得られない場合がある。ここで、引掛強さとは、ＪＩＳ Ｌ１０１３の７．７項記載の方法に準拠して測定したものであり、具体的な炭素繊維における測定方法については、特許２８４２４１２号公報にその詳細に関する記載がある。なお、引掛強さは高ければ高い方が好ましいが、現在の技術水準からは、０．９ｍｍ² あたり１０ｋＮ以下であるのが一般的である。

フッ素繊維の成分であるフッ素樹脂は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（FEP）、テトラフルオロエチレン−ｐ−フルオロアルキルビニルエーテル共重合体（PFA）、ポリクロロトリフルオロエチレン（PCTFE）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ETFE）等を単独または２種類以上ブレンドしたものを使用することができる。中でもフッ素繊維の中でも最も摺動性が良いＰＴＦＥ繊維を用いるのが好ましい。さらに、ＰＴＦＥ繊維の中でも、エマルジョン紡糸法による繊維や、フィルム割繊法による繊維などがあるが、エマルジョン紡糸法による繊維が、単糸繊度が細く、繊維の断面形状が真円に近く、繊度の均一性に優れるため、織物等にする際の高次加工性に優れ好ましい。

かかるフッ素繊維としては、単繊維の繊度が１〜２０ｄＴＥＸ、フィラメントが１５〜８００本であって総繊度が１００〜２，４００ｄＴＥＸのフッ素繊維糸条であることが好ましい。

フッ素繊維も炭素繊維と同様に、単繊維の繊度が小さくてフィラメント数が少なく、総繊度の小さい糸を用いる方が表面平滑な織物となるため好ましいが、細繊度のフッ素繊維も高価であるとともに、織物にする場合の生産性も低いことから高価な織物になってしまうという場合がある。

一方、単繊維の繊度が大きくてフィラメント数が多く、総繊度の大きい糸を用いて織物にすると生産性は良いものの織物の表面平滑性が低下するとともに織物のたて糸とよこ糸の交錯によって生じる繊維が存在しない空隙部が樹脂リッチ部分となり、繊維が存在しないことになることから耐摩擦性が低下してしまう場合がある。

本発明のフッ素繊維交織織物の目付は、５０〜３００ｇ／ｍ²あるいは３００ｇ／ｍ²を越え１０００ｇ/ｍ²未満の範囲であるのが好ましい。目付が５０〜３００ｇ／ｍ²であると、複合材料にする際に織物一層あたりの厚みが薄くなるため、複合材料の厚みを積層枚数で制御できるだけでなく、積層枚数を相対的に多くできるため複合材料の設計（織物の積層方向）の自由度が広くできる利点がある。また、別の視点からは、目付が３００ｇ／ｍ²を越え１，０００ｇ／ｍ²未満であると、複合材料にする際に織物一層あたりの厚みが厚くなるため、複合材料を成形する際に積層する枚数を少なくできる（成形コストを安くできる）だけでなく、複合材料の厚み制御を、切削や研磨等の二次加工により行うことができる利点がある。

ここで、目付が１，０００ｇ／ｍ²を越えると、マトリックス樹脂の含浸が困難となる場合があるため好ましくない。一方、５０ｇ／ｍ²未満であると、複合材料を成形する際に積層する枚数が多くなり過ぎて成形コストがかかるため好ましくない。

また、本発明に用いる高強度繊維糸条は実質的に無撚りであることが好ましい。織物内で繊維糸条に撚りが存在すると、その撚りの部分は収束されるために隣接する糸束間に隙間が生じて繊維分散の不均一な織物となるだけでなく、本来の目的である機械的特性を損なう場合がある。

そして、その織物を複合材料に成形した際、その糸束間に生じた空隙部はマトリックス樹脂リッチな箇所が存在するために複合材料軸受けとしての摺動性が低下する。

本発明のフッ素繊維交織織物は、以下に定義する繊維密度において０．８ｇ／ｃｍ³ 以上であることが好ましい。ここでいう繊維密度とは、ＪＩＳ Ｒ７６０２（炭素繊維織物試験方法）で測定された織物目付Ｗ（ｇ／ｍ²）と厚さｔ（ｍｍ）から以下の算出式で求めた値である。
繊維密度（ｇ／ｃｍ³ ）＝（Ｗ／ｔ）×１０^-3

本発明の交織織物は、複合材料軸受けに成形して効果が発揮されるもので、複合材料中における繊維含有率が高いほど高荷重に耐える高強度な軸受けを得ることができるが、複合材料中の繊維含有率を高めるためには、用いる織物の繊維密度が影響を及ぼし、繊維密度を０．８ｇ／ｃｍ³ 以上とすることで繊維含有率の高い複合材料が得られる。

本発明におけるマトリックス樹脂は、フッ素樹脂以外のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂もしくはポリアミド、ポリアセタールなどの熱可塑性樹脂である。なかでも、熱硬化性樹脂としては炭素繊維との接着性が良好で機械的特性に優れたエポキシ樹脂や耐熱性、摺動性が優れるフェノール樹脂が好ましい。

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１
引張強度が３，５００ＭＰａ、引張弾性率が２３０ＧＰａ、単糸繊度が０．６６ｄＴＥＸのフィラメント数が３，０００本で総繊度が１，９８０ｄＴＥＸの炭素繊維と、４フッ化エチレン樹脂からなるフッ素繊維糸条として７．４ｄＴＥＸでフィラメント数が１８０フィラメントの糸条を２本引き揃えた糸条群である総フィラメント数が１８０本、総繊度が２，６６０ｄＴＥＸとを、それぞれ織物の織糸として用い、たて糸およびよこ糸ともに炭素繊維糸条とフッ素繊維糸条とを一本交互に配列させ、たて糸およびよこ糸の織物密度がそれぞれ５本／ｃｍとなる炭素繊維とフッ素繊維との交織織物を製織した。この織物における繊維目付は２３０ｇ／ｍ²であり、フッ素繊維の被覆割合は４５％であった。また、この織糸に使用した炭素繊維の引掛強さは、０．９ｍｍ²あたり４５０Ｎであった。

かかる交織織物に樹脂体積含有率が５０％となるように１３０℃キュアタイプのエポキシ樹脂を含浸させ、プリプレグを作製し、それを用いて複合材料（外径１３ｃｍの円板）を成形し、耐摩耗性試験片Ａとした。

かかる試験片を用いてＪＩＳ Ｌ１０９６（Ｃ法：テーパー形法）に準拠し、テーパー摩耗試験機を用いて耐摩耗性を評価した。なお、摩耗輪の重りは１０００ｇ、摩耗輪表面にはＡＡ１５０の研磨紙を取り付け、５００回転毎に交換しながら２０００回転での耐摩耗性を評価した。評価後の試験片表面状態を観察したところ、樹脂部分が若干摩耗している程度であり、耐摩耗性は良好であった。

実施例２
実施例１で用いた織糸の炭素繊維糸条とフッ素繊維糸条（２本引き揃え糸）に替えて、炭素繊維糸条として引張強さが４，９００ＭＰａ、引張弾性率が２３０ＧＰａ、単糸繊度が０．６６ｄＴＥＸのフィラメント数が１２，０００本で総繊度が８，０００ｄＴＥＸの炭素繊維と４フッ化エチレン樹脂からなるフッ素繊維糸条として７．４ｄＴＥＸでフィラメント数が１，８００フィラメントの糸条を８本引き揃えた群である総フィラメント数が７２０本、総繊度が１０，７００ｄＴＥＸとをそれぞれ織物の織糸として用い、たて糸およびよこ糸ともに炭素繊維糸条とフッ素繊維糸条とを一本交互に配列させ、たて糸およびよこ糸の密度がそれぞれ２．５本／ｃｍとなる炭素繊維とフッ素繊維との交織織物製織した他は、実施例１と同じようにして耐摩耗性試験片Ｂを作製し、耐摩耗性を評価した。なお、この織物における繊維目付は４６０ｇ／ｍ²であり、フッ素繊維の被覆割合は４２％であった。また、この織糸に使用した炭素繊維の引掛強さは０．９ｍｍ² あたり１，６００Ｎであった。評価後の試験片表面状態を観察したところ、樹脂部分が若干摩耗している程度であり、耐摩耗性は良好であった。

比較例１
実施例１の炭素繊維のかわりに単糸繊度１１．６ｄＴＥＸ、フィラメント数１４４本、総繊度が１，６７０ｄＴＥＸのポリエステル繊維を用いた以外は、実施例１と同じようにして耐摩耗試験片Ｃを作製し、耐摩耗性を評価した。なお、この織物における繊維目付は２２０ｇ／ｍ²であり、フッ素繊維の被覆割合は４４％であった。評価後の試験片表面状態を観察したところ、ポリエステル繊維とフッ素繊維がともにがマトリックス樹脂と剥離し、織物が脱落した箇所がみられ、摩耗した量も大きかった。

比較例２
実施例１用いた炭素繊維とフッ素繊維の交織織物においてたて糸およびよこ糸がともに炭素繊維糸条とフッ素繊維糸条の配列が炭素繊維糸条が３本に対してフッ素繊維糸条が１本の割合になるようにした織物を用いた以外は、実施例１と同じようにして耐摩耗試験片Ｄを作製した。なお、この織物における繊維目付は２１５ｇ／ｍ²であり、フッ素繊維の被覆割合は１３％であった。評価後の試験片表面状態を観察したところ、織物が脱落することはなかったもののフッ素繊維の織物被覆率が小さかったことから摩耗した量も大きかった。これらの評価結果をまとめると表１のようになる。

表１に示すように、実施例１および実施例２のものは、耐摩耗性に優れ、摺動部材として適した複合材料が得られることがわかった。一方、比較例１のものは マトリックス樹脂との接着性が悪いポリエステル繊維とフッ素繊維の交織織物を用いたことから試験途中で織物がマトリックス樹脂と剥離し、織物部分が脱落した箇所がみられ、摩耗した量も大きかった。また、比較例２においてもフッ素繊維の織物表面被覆率が小さかったことから摩耗した量が多かった。

本発明に係るフッ素繊維交織織物は、フッ素繊維と炭素繊維等の高強度繊維が適切に交織されているので、優れた機械的特性、耐摩耗性を有する複合材料摺動材の提供が可能となる。

本発明の一実施態様に係る、平織組織のフッ素繊維交織織物の部分平面図である。 本発明の他の実施態様に係る、平織組織のフッ素繊維交織織物の部分平面図である。 本発明のさらに他の実施態様に係る、平織組織のフッ素繊維交織織物の部分平面図である。 本発明のさらに他の実施態様に係る、綾織組織のフッ素繊維交織織物の部分平面図である。 本発明のさらに他の実施態様に係る、朱子織組織のフッ素繊維交織織物の部分平面図である。 本発明のさらに他の実施態様に係る、二重織組織のフッ素繊維交織織物の部分平面図である。

符号の説明

１、４、７、８、９、１０ フッ素繊維交織織物
２、６ 炭素繊維糸条（高強度繊維糸条）
３、５ フッ素繊維糸条

Claims (18)

1. フッ素繊維糸条と、引張強度が２ＧＰａ以上である高強度繊維糸条とが交織された織物であって、フッ素繊維が織物のいずれか一方の片面面積の３０％以上の面積を被覆していることを特徴とするフッ素繊維交織織物。
2. 前記被覆面積の割合が５０％以上であることを特徴とする、請求項１に記載のフッ素繊維交織織物。
3. 前記フッ素繊維糸条が４０〜８０重量％含まれていることを特徴とする、請求項１または２に記載のフッ素繊維交織織物。
4. 織物組織が、平織、綾織、朱子織のいずれかの組織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フッ素繊維交織織物。
5. 織物を構成する各織糸がフッ素繊維糸条および高強度繊維糸条のいずれか一方の単独糸条からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物。
6. 織物を構成する織糸がフッ素繊維糸条と高強度繊維糸条との引き揃え糸条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フッ素繊維交織織物。
7. 織物組織が多重織であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物。
8. 織物組織が二重織であり、フッ素繊維糸条が織物面の片面に配列されていることを特徴とする、請求項７に記載のフッ素繊維交織織物。
9. 高強度繊維が炭素繊維であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物。
10. 織物の織糸を構成する炭素繊維糸条を構成するフィラメントの繊度が０．３〜０．８ｄＴＥＸ、フィラメント数が１，０００〜２４，０００本であることを特徴とする、請求項９に記載のフッ素繊維交織織物。
11. 織物の織糸を構成するフッ素繊維糸条を構成するフィラメントの繊度が１〜２０ｄＴＥＸ、フィラメント数が１５〜８００本であることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物。
12. 織物の織糸を構成するフッ素繊維糸条の平均厚みが高強度繊維糸条の平均厚みの１１０％以上であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物。
13. 前記炭素繊維の引張強度が４ＧＰａ以上、引張弾性率が２００〜６００ＧＰａ、引掛強さ（ＪＩＳ Ｌ１０１３）が０．９ｍｍ² あたり１ｋＮ以上であることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物。
14. 織物目付が５０〜３００ｇ／ｍ²であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物。
15. 織物目付が３００ｇ／ｍ²を越え１，０００ｇ／ｍ²未満であることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物。
16. 前記フッ素繊維糸条および高強度繊維糸条に加え、さらに、複合材料にする際のマトリックス樹脂との接着性を向上する繊維糸条を含むことを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物。
17. 前記接着性向上繊維糸条が、ポリエステル繊維、アクリル繊維、ポリアミド繊維のいずれかにより構成されている、請求項１６に記載のフッ素繊維交織織物。
18. 請求項１〜１７のいずれかに記載のフッ素繊維交織織物にマトリックス樹脂を含浸し、硬化させてなることを特徴とする複合材料。

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