JP2964840B2

JP2964840B2 - 炭素繊維織物の製造方法

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Publication number: JP2964840B2
Application number: JP5172156A
Authority: JP
Inventors: 明西村; 清本間
Original assignee: TORE KK
Current assignee: TORE KK
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1999-10-18
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JPH073573A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維織物の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維の工業生産が始まるやいなや、
炭素繊維は織物にも加工され、先端複合材料の中間基材
として定着し、スポーツレジャー用具や航空機部材等に
使われている。炭素繊維による複合材料がガラス繊維に
よる複合材料と区別され、先端複合材料と呼ばれる理由
は、比強度や比弾性率など機械的性質に優れていること
によるが、この優れた材料をさらに広範囲に展開してい
くには、炭素繊維のみならず織物加工や成形加工の加工
費のコストダウンが大きな課題である。

【０００３】一方、炭素繊維は上記のように機械的性質
に優れているが、これを製織し易さから見れば、弾性率
が大きいのでわずかな伸びに対しても大きな張力が発生
する。また、単繊維直径が５〜１５ミクロンと通常の天
然繊維や合成繊維に比べて小さく、破断伸びが１．５％
〜２．５％と小さく、また、結節強さが小さいので、製
織工程で毛羽発生することが避け難く、製織しづらい繊
維である。

【０００４】この様なことから、炭素繊維は、たとえ
ば、特開昭６３−３１５６３８号公報に記載されている
ように、レピア織機やシャットル織機で毛羽発生や糸切
れに注意しながら製織されている。しかしながら、大量
の毛羽発生は避け難く、織機上で発生した毛羽が綿状に
集積し炭素繊維織物に付着し、成形品のなかにも混入す
るという問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、炭
素繊維の製織にあたって上述の問題点を解決し、炭素繊
維の毛羽発生が少なく、高品質の炭素繊維織物が得られ
る、炭素繊維織物の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的に沿うこの発明
の炭素繊維織物の製造方法は、炭素繊維の経糸密度が１
〜１５本／ｃｍの範囲の織物をレピア織機で製織するに
あたり、各綜絖の位置を経糸配列方向に実質上移動しな
いように固定し、各綜絖からの経糸を、各筬羽間に形成
された筬目の、経糸配列方向ほぼ中央部に常時通す方法
からなる。

【０００７】この発明においては、少なくとも経糸とし
て炭素繊維を用いる。緯糸は、経糸と同じ炭素繊維であ
ってよいし、またガラス繊維やポリアラミド繊維のよう
な高弾性率、高強度の補強繊維やポリアミド繊維、ポリ
エステル繊維、ビニロン繊維、ポリエチレン繊維、ＰＥ
ＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）繊維、ポリアミド
繊維、ＰＰＳ繊維、ＡＢＳ繊維やポリプロピレン繊維の
ような合成繊維であってもよい。炭素繊維はマルチフィ
ラメント糸であってもよく、紡績糸であってもよい。

【０００８】炭素繊維がマルチフィラメント糸である場
合、単繊維直径が５〜１３ミクロン程度で、炭素繊維糸
の撚数は実質的に零であってよいが、製織性をより向上
させることができるという理由で、１０〜２５回／ｍ程
度の撚を有するものを使用するのが好ましい。また、炭
素繊維糸は、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系、ピッ
チ系など、いずれの炭素繊維からなるものであってもよ
いが、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）において
使用する織物を製織する場合には、マトリックスとなる
樹脂との接着性を向上させるため、電解酸化処理などに
よって表面に官能基を導入してなるものを使用するのが
好ましい。

【０００９】もっとも、この発明における炭素繊維糸
は、炭素繊維のみで構成されたものでなくてもよい。用
途もよるが、ＣＦＲＰにおいて用いるものにあっては、
炭素繊維と、他の高強度、高弾性率補強繊維（アラミド
繊維、ガラス繊維、シリコーンカーバイド繊維、アルミ
ナ繊維など）とを併用したものであってもよく、また、
炭素繊維とＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）繊
維、ポリアミド繊維、ＰＰＳ繊維、ＡＢＳ繊維などと併
用したものであってもよい。この発明においては、これ
ら補強繊維や熱可塑性繊維を併用してなる糸も、また、
炭素繊維糸という概念に含まれる。

【００１０】また、この発明で使用する経糸の炭素繊維
糸の太さは、３００デニールから８，０００デニール
（デニール：糸長９，０００ｍ当りの糸重量）程度であ
る。

【００１１】また、工程中での毛羽発生を押さえるとい
う観点で、０．４〜１．５重量％程度のサイジング剤が
付与されていることが好ましい。炭素繊維の引張り弾性
率が大きいので、あまりサイジング剤付着量が多いと、
針金状に硬くなり好ましくない。また、サイジング剤
は、製織後の織物を精錬などの後処理を行わず、そのま
ま成形に供するという観点でエポキシ樹脂系のものが好
ましい。

【００１２】この発明を図面を参照して説明するに、図
１、図２において、経糸１はクリールのボビン２から引
出され、並行配列された経糸１が張力付与ロール３を経
た後、４つの綜絖枠、すなわち織り前Ａ（図２）から第
１綜絖枠４、第２綜絖枠５、第３綜絖枠６、第４綜絖枠
７にとりつけられた多数本（経糸の糸本数分）のワイヤ
ーヘルド８，９，１０，１１のそれぞれの綜目１２、１
３、１４、１５に通され、該経糸１が、筬１６の各筬羽
１７間に形成される筬目１８に、一本づつ通される。経
糸１は、筬羽１７と筬羽１７の間に、つまり各筬目１８
に、第１綜絖枠４の綜目１２に通した経糸から第４綜絖
枠７の綜目１５までに通した経糸を一本一本順番に通
し、これを繰り返して筬１６に経糸１が互いに絡みあわ
ないように通した。経糸１の開口・閉口運動は、第１綜
絖枠４と第３綜絖枠６、第２綜絖枠５と第４綜絖枠７の
上下運動を同期させることによって与えた。各綜絖の上
下運動によって、経糸の１本当りの張力が０．０１〜
０．０３ｇ／デニールがかかった状態で、経糸シートが
開口した時、レピアで緯糸３０が挿入される。緯糸３０
は、次いで筬１６によって織り口まで運ばれ、このとき
綜絖が上下運動して閉口し、織物３１が形成される。か
かる織成操作を繰り返すことによって得られた織物３１
は、ついで巻取ロール（図示略）に巻き取られる。ここ
までの工程は通常の織成操作と何ら変わらない。

【００１３】特に、太い炭素繊維糸条で織物組織が繻子
織りの場合の毛羽発生が多く、その原因を鋭意調査した
結果、下記のことがわかった。経糸の炭素繊維の毛羽発生状況を観察していると、経
糸クリールから引出されたシート状の経糸は、綜絖に入
るまでは極端なフィラメント切れもなく正常であるが、
通常の合成繊維の製織と同様、筬部と綜絖部において著
しく毛羽発生していた。さらに運転状態を詳細に観察していると、経糸の毛羽
が発生する箇所は、全幅に対して一様ではなく、キャリ
アロッド（図２の１９、２０、２１、２２）に通された
１本１本の綜絖の間隔が均一でなく、綜絖の間隔が不均
一になっている所で経糸が集中的に毛羽立っていた。経糸を４枚の綜絖枠に通して、経糸シートに開口・閉
口運動をさせたが、後方の綜絖を通っている経糸が、前
方の綜絖のキャリアロッドに通された１本１本の綜絖の
間隔が不均一な箇所で、経糸が前方の綜絖の綜目の外側
や綜絖ワイヤーに擦られ経糸の炭素繊維が毛羽立ってい
た。

【００１４】一般に炭素繊維織物は、炭素繊維糸が通常
の合成繊維糸と比べ太く、また複合材料にした時、織物
を構成する織糸の屈曲による応力集中を小さくし、機械
的特性を大きくするため、密度の小さな織物規格となっ
ている。したがって、炭素繊維織物を製織する際、経糸
密度も粗く、すなわちキャリアロッドに通された綜絖の
密度も粗くなっている。綜絖の綜目に経糸が通って、こ
れら経糸のシートは製織中は開口・閉口運動をし、綜絖
は上下運動して常に振動が与えられる状態である。合成
繊維織物を製織する場合、経糸密度も２０〜５０本／ｃ
ｍと大きいので、使用する綜絖本数も多く、したがって
綜絖の密度も大きく、すなわち綜絖の間隔が小さく問題
ないが、炭素繊維織物の場合、経糸密度は１〜１５本／
ｃｍ程度と小さいので、綜絖の密度が粗く、すなわち綜
絖の間隔が大きいので、経糸張力のバラツキによって、
キャリアロッドに通された綜絖の位置が大きく移動する
ものと考えられる。これは、繊度の大きな経糸糸条を使
用し、繻子織りのように綜絖枚数を多くすることが必要
となる織物では特に顕著となる。

【００１５】一方、経糸は筬の筬目に通され、この筬は
織機本体に固定されているので、このように、綜絖の位
置が移動すると、経糸が綜絖の綜目に対して斜め方向に
入り、筬羽のエッジに擦られることになる。この擦れに
よって、炭素繊維糸を構成するフィラメントの切れ頻度
が多くなり、毛羽発生も多くなることがわかった。

【００１６】そこで、本発明の実施態様を図面に基づい
て説明するに、図２に示すように、綜絖枠を４枚使用
し、織り前Ａから第１綜絖枠４、第２綜絖枠５、第３綜
絖枠６および第４綜絖枠７とし、各々の上部のキャリア
ロッド１９、２０、２１、２２には織物の経糸間隔（ｍ
ｍ）×綜絖枚数の等間隔で溝２３を付け、この溝２３に
使用する全ての綜絖を引っ掛けた。綜絖枠に対するキャ
リアロッドの固定は、上下方向はミドルフック２４で固
定し、左右方向には各綜絖に通した経糸１が等間隔で配
列するように、第１綜絖枠４〜第４綜絖枠７の各キャリ
アロッド１９、２０、２１、２２の溝２３が順番に経糸
間隔分づつずれるようにし、その上を押さえ板２５で各
綜絖が移動出来ないようにした。綜絖の左右方向の固定
は、必ずしも上部と下部の双方のキャリアロッドに対し
て行う必要はなく、少なくともどちらか片方のキャリア
ロッドで固定すればよい。

【００１７】筬１６に対しては、経糸１が筬目１８の経
糸配列方向のほぼ中央部を通るように、各綜絖枠または
筬１６の位置を調整し、綜絖枠と筬１６の位置を固定す
る。すなわち筬面と、各綜絖を通った経糸１とのなす角
度がほぼ直角になるようにし、全ての経糸１が筬目１８
に真っ直ぐ入るようにする。

【００１８】各綜絖の固定は、必ずしも上記方法に限定
するものではなく、簡便的に通常の溝のないキャリアロ
ッドに、経糸の間隔、すなわち筬羽のピッチで各綜絖を
等間隔に並べ、耐久性のある接着テープで固定してもよ
い。つまり、所定の間隔に並べられた綜絖が運転中も移
動しないように、固定させておけばよい。

【００１９】また、本発明で使用する綜絖枚数は、４枚
に限定するものではなく、織物の組織を形成するに必要
な枚数を使用すればよく、例えば、織物組織が平組織の
場合は２枚か４枚、５枚繻子織りの場合は５枚、８枚繻
子織りの場合は８枚使用できる。

【００２０】本発明では綜絖を通った経糸と筬面とのな
す角度は、９０°であることが最も好ましいが、綜絖枠
や筬の取り付けで若干ずれることはある。実用的には９
０°±１０°以内であれば問題はない。この角度を外れ
ると、経糸と筬羽との擦れが大きくなり毛羽が発生する
ので好ましくない。

【００２１】

【実施例】

（実施例）経糸に東レ株式会社製炭素繊維“トレカ”Ｔ
−３００Ｂ、フィラメント数が６，０００フィラメン
ト、断面積が０．２２５ｍｍ²、撚数がほぼ零回の炭素
繊維糸を準備し、クリールに４４０本セットした。クリ
ールから解舒された経糸を３本の張力付与ローラに通
し、ガイドロールを経たのち、綜絖枠に取り付けられた
ワイヤーヘルドの綜目に通した。綜絖枠は５枚使用し、
織り前から第１綜絖枠、第２綜絖枠、第３綜絖枠、第４
綜絖枠および第５綜絖枠とし、各々の上部のキャリアロ
ッドには織物の経糸間隔２．２７ｍｍ×５（綜絖枚数）
＝１１．３５ｍｍの間隔で溝を付け、綜絖枠に対するキ
ャリアロッドの固定は、第１綜絖枠〜第５綜絖枠の各キ
ャリアロッドの溝が順番に２．２７ｍｍずれるように
し、その上を押さえ板で各綜絖が移動出来ないようにし
た。経糸は、筬密度が４．４本／ｃｍの筬目に第１綜絖
枠の綜目に通した経糸から第５綜絖枠綜目に通した経糸
を一本一本筬目に通し、これを繰り返して筬に経糸が互
いに絡みあわないように通した。これら経糸に開口・閉
口運動を行わせ、経糸が開口したときに緯糸を打ち込
み、目付が３４８ｇ／ｍ²、織物幅は１００ｃｍの５枚
繻子の織物を製造した。

【００２２】この状態で製織を続けたところ、製織長さ
が増えるに従い、筬に付着する毛羽は若干観察された
が、綿状の毛羽が織物に付着するようなことはなく、織
機上で巻き取った織物は、織物に付着した毛羽は皆無
で、織物表面の毛羽立ちも少なく、織物品位はよく、そ
のまま次のプリプレグ工程に投入することができた。

【００２３】（比較例）従来技術のように、溝無しのキ
ャリアロッドを用いて、キャリアロッド上で全ての綜絖
が自由に移動出来るようにし、その他は実施例と同条件
にて、経糸、緯糸密度は各々４．４本／ｃｍ、炭素繊維
目付が３４８ｇ／ｍ²、織物幅は１００ｃｍの５枚繻子
の織物を製造した。

【００２４】織り上がった炭素繊維織物を検反機で検査
したところ、織物表面の毛羽立ちが多く、また、平均直
径が１０〜３０ｍｍ程度の綿状の毛羽が、織物１００ｍ
ｍ当たり３５個付着しており、このままプリプレグ工程
に投入すると、成形品に悪影響を及ぼすので、検反機上
で炭素繊維織物の織糸がめずれしないように丁寧に除去
した。したがって、検反効率は極めて悪かった。

【００２５】

【発明の効果】この発明においては、炭素繊維織物を製
織するにあたり、各綜絖の位置を固定し、筬羽間の筬目
のほぼ中央部に経糸を通しているから、経糸密度の小さ
な炭素繊維織物を製造するにあたっても、運転中に綜絖
の位置がずれるようなことはなく、所定の均一な経糸間
隔を維持できるとともに、経糸と筬面とのなす角度を９
０°あるいはその近傍に維持して、緯糸の筬羽あるいは
綜絖との擦れを極めて僅かに抑えることができる。した
がって、綜絖や筬羽に擦られて発生する炭素繊維の毛羽
量が少なくなり、炭素繊維織物への綿状の毛羽付着も実
質的に皆無とすることができ、織物品位を大幅に向上さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施態様に係る方法を実施するた
めのレピア織機の部分斜視図である。

【図２】図１の装置の拡大部分斜視図である。

【符号の説明】

１経糸２ボビン３張力付与ロール４、５、６、７綜絖枠８、９、１０、１１ワイヤーヘルド１２、１３、１４、１５綜目１６筬１７筬羽１８筬目１９、２０、２１、２２キャリアロッド２３溝２４ミドルフック２５押さえ板３０緯糸３１織物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) D03D 23/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維の経糸密度が１〜１５本／ｃｍ
の範囲の織物をレピア織機で製織するにあたり、各綜絖
の位置を経糸配列方向に実質上移動しないように固定
し、各綜絖からの経糸を、各筬羽間に形成された筬目
の、経糸配列方向ほぼ中央部に常時通すことを特徴とす
る炭素繊維織物の製造方法。
【請求項２】綜絖を通った経糸と筬面とのなす角度が
９０°±１０°以内であることを特徴とする請求項１に
記載の炭素繊維織物の製造方法。