JP3862106B2

JP3862106B2 - 強化繊維織物およびその製造方法

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Publication number: JP3862106B2
Application number: JP13933797A
Authority: JP
Inventors: 明西村; 清本間; 郁夫堀部
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1997-05-13
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2017-05-13
Also published as: JPH10317250A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＰＲ）を形成するのに用いる強化繊維織物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強化繊維織物はＦＲＰにしたときの機械的特性の発現性の点から、織糸のクリンプの小さい、織糸同士の拘束の緩い織物構造となっているため、成形の際、含浸ローラによって簡単に織物の組織が崩れ、すなわち目ずれして機械的特性が低下する。また織物を裁断すると織物の織糸がほつれ、成形しずらいなどの問題がある。その対策として強化繊維糸とポリマー糸を引き揃えたり、または強化繊維糸にポリマー糸をカバーリングして織物中にポリマー糸を挿入したのち、ヒータでポリマー糸を加熱、溶融したて糸とよこ糸を接着する方法が提案されている。
【０００３】
しかしながら、上記の方法は、ポリマー糸の挿入箇所などによって下記のようになり、均一な目どめを行うことは困難であり、一方、完全な目止めを行うには多量のポリマーを使用することが必要となり、ＦＲＰの機械的特性が低下するという問題や、強化繊維糸の拡がりが悪くなるという問題があった。
【０００４】
Ａ．ポリマー糸が並行するたて糸またはよこ糸の幅方向端部に位置する箇所に挿入されていると、ヒータでポリマー糸を加熱・溶融する際、ポリマー糸が溶融切断されようとする箇所からポリマー糸が収縮し曲ってポリマーの付着位置が定まらず、たて糸とよこ糸が接着されない現象が多発する。
【０００５】
Ｂ．扁平な強化繊維糸の中央部にポリマー糸が位置している場合、ポリマー糸が加熱・溶融する際、収縮して熱応力で大きな引張り張力が発生し強化繊維の中に入り込んでしまう。したがって、たて糸とよこ糸の交錯部にポリマーが存在しないことになりたて糸とよこ糸を接着することが出来なくなる。
【０００６】
Ｃ．強化繊維糸とポリマー糸を引き揃えて、とくによこ方向に挿入すると、ポリマー糸を加熱・溶融する際、ポリマー糸が収縮して強化繊維がこれによって僅かではあるが曲がり、ポリマーの位置と強化繊維の位置がずれ、目どめされない。
【０００７】
Ｄ．強化繊維糸にポリマー糸をカバーリングして織物中に挿入する方法は、カバーリングにより強化繊維糸が集束された状態で織り組織することになるから、ポリマー糸が溶融した後でも、強化繊維糸が拡がらず、繊維分散の悪い織物となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、従来の技術における上述した問題点を解決し、繊維分散が均一で、目どめが均一でＦＲＰにしたときの機械的特性に優れる強化繊維織物を提供することにある。また、本発明の他の目的は、その製造方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の強化繊維織物は、糸幅が３〜２０ｍｍの範囲にあり、糸幅／糸厚み比が２０以上の無撚の扁平な強化繊維糸をたて糸およびよこ糸とする織物であって、たて糸および／またはよこ糸に並行する低熱収縮性の補助糸にポリマーが補助糸の回りに螺旋状に３０〜７０％被覆され、このポリマーによってたて糸とよこ糸とが接着して糸幅全体が拘束されており、かつ、前記補助糸がたて糸および／またはよこ糸の糸幅のほぼ中央部に位置していることを特徴とするものからなる。
【００１１】
また、本発明に係る強化繊維織物の製造方法は、糸幅が３〜２０ｍｍの範囲にあり、糸幅／糸厚み比が２０以上の無撚の扁平な強化繊維糸を用いて織物を織成し、ポリマーによって被覆された補助糸を強化繊維糸のたて糸および／またはよこ糸と引き揃えて織り込んだ後、ポリマーの融点以上に加熱してポリマーを溶融し、強化繊維糸であるたて糸とよこ糸との糸幅全体をポリマーによって接着して拘束することを特徴とする方法からなる。
【００１２】
さらに、本発明に係る強化繊維織物の製造方法は、糸幅が３〜２０ｍｍの範囲にあり、糸幅／糸厚み比が２０以上の無撚の扁平な強化繊維糸を用いて織物を織成し、低融点ポリマーが鞘で高融点ポリマーが芯である芯鞘型の補助糸を強化繊維糸のたて糸および／またはよこ糸と引き揃えて織り込んだ後、低融点ポリマーの融点以上に高融点ポリマーの融点以下に加熱して低融点ポリマーを溶融し、強化繊維糸であるたて糸とよこ糸との糸幅全体を低融点ポリマーによって接着して拘束することを特徴とする方法からなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、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は本発明に係る強化繊維織物１の一実施例を示している。強化繊維糸からなるたて糸２およびよこ糸３の２方向の糸のほぼ中央部に、ポリマーからなる目どめ剤４が被覆された補助糸５、６がたて糸２およびよこ糸３に並行し、たて糸２とよこ糸３がその交錯部において目どめ剤で接着している。
【００１５】
また、上記の織物は、強化繊維糸の糸幅が３〜２０ｍｍの範囲にあり、糸幅／糸厚み比が２０以上の無撚の扁平な強化繊維糸からなり、糸幅全体がポリマーで接着、拘束されている強化繊維織物である。
【００１６】
このような織物は、一般に、太い強化繊維糸で薄い織物となり、たて糸とよこ糸による交錯点数が少なくて、クリンプの小さな織物となるから、ＦＲＰにした場合の機械的な特性には優れるが、一方織り組織による拘束が甘く、糸幅が広いので、裁断の箇所によっては、織糸全体がほつれたり、裁断された位置によっては糸幅の途中から、たとえば半幅がほつれてしまう。また、湿式プリプレグ加工の際、織目の小さな織物であっても、溶剤で樹脂を希釈した溶液が乾燥する際、表面張力によって織糸の扁平状態が潰れ、目空き状態となり、補強繊維の分散状態が不均一となり好ましくない。
【００１７】
しかし、本発明の織物では、糸幅全体が補助糸に付着したポリマーで接着、拘束されているから、裁断の際のほつれが無くなり、また湿式プリプレグ加工で織糸の扁平状態が潰れるようなことはなく、補強繊維が均一に分散し、ＦＲＰにしたときの性能に優れるプリプレグが得られる。
【００１８】
ここで、糸の厚みはＪＩＳ−Ｒ３４１４，第５．４項に準じ、マイクロメータを用いて、そのスピンドルを静かに回転させて、測定面が試料面に平行に軽く接触し、ラチェットが３回音を立てたときの目盛りを読み、Ｎ＝１０の平均値を糸の厚みとする。
【００１９】
本発明に用いる強化繊維としては、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、炭素繊維などの高強度・高弾性率の強化繊維であり、なかでも、引張弾性率が２００ＧＰａ以上、引張強度が４，５００ＭＰａ以上の炭素繊維は高強度・高弾性率であるのみならず、耐衝撃性にも優れ、また、樹脂がフェノール樹脂であると、炭素繊維は燃焼しないので耐火性にも優れる。また、強化繊維糸の太さとしては、とくに制限はないが、５００デニールから２０，０００デニールの範囲が好ましい。
【００２０】
本発明においては、低熱収縮性の補助糸にポリマーが被覆されている形態である。このような織物は、補助糸にポリマーからなる繊維糸をカバーリング手段によって巻回し、たとえば、強化繊維糸のたて糸やよこ糸と引き揃えて使用して織物を作製した後、ポリマー糸の融点以上で補助糸の融点以下に加熱・溶融することによって、補助糸にポリマーが被覆された目どめ織物を製造できる。
【００２１】
目どめ糸は補助糸の回りで溶融して補助糸と接着するから、従来技術のようにポリマー糸がヒータでポリマー糸を加熱・溶融する際、ポリマー糸が溶融切断箇所からポリマー糸が収縮し曲がってポリマーの付着位置が定まらないという現象は発生せず、たて糸とよこ糸は補助糸が位置する所定の箇所で接着される。
【００２２】
なお、ポリマー糸を加熱・溶融する際、強化繊維はほとんど熱収縮しないので、補助糸が熱収縮すると強化繊維糸が局部的に曲り、ＦＲＰにしたとき引張強度や引張弾性率が低下するので、補助糸は低熱収縮性のものであることが必要である。望ましくは、１００℃における乾熱収縮率が１．０％以下のもので、好ましくは０．１％以下のものである。このような補助糸としてはガラス繊維糸やポリアラミド繊維糸などが好ましく、補助糸の繊度は１００デニール以上８００デニール以下と細い糸が好ましい。
【００２３】
なお、補助糸へのポリマーの被覆は１００％であってもよいが（つまり完全に被覆してもよいが）、３０〜７０％程度にすると補助糸の繊維間にＦＲＰのマトリックス樹脂が含浸されて、補助糸も樹脂で補強されるので好ましい。
【００２４】
目どめ剤となるポリマーとしては、融点が１００〜１６０℃程度の共重合ナイロンであることが好ましい。ＦＲＰにしたとき、共重合ナイロン、ナイロン６と１２の共重合ナイロン、ナイロン６、ナイロン６６および６１０の共重合ナイロン、ナイロン６、ナイロン１２、６６および６１０の共重合ナイロンは、樹脂の接着性がよいので好ましく、また融点が低いので目どめした織物の製造も容易である。なお、共重合ナイロンの融点および溶剤による溶解性は、前記各種ナイロンポリマーの組み合わせや混合割合により、共重合の際のナイロンポリマーの結晶性の乱れの程度によって決まり、共重合ナイロンの種類によってはメタノールなどのアルコールに可溶なものと、非可溶なものとなる。
【００２５】
また、目どめ剤は共重合ポリエステルからなる低融点ポリエステルであってもよい。なお、共重合ポリエステルとは、アジピン酸、セバチン酸などの脂肪族ジカルボン酸類、フタル酸、イソフタル酸、ナフタリンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸類および／またはヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸などの脂環族ジカルボン酸類と、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、パラキシレングリコールなどの脂肪族や脂環族ジオール類とを所定量含有し、所望に応じてパラヒドロキシ安息香酸などのオキシ酸類を添加した共重合エステルであり、たとえばテレフタル酸とエチレングリコールに、イソフタル酸および１，６−ヘキサンジオールなどを添加共重合させたポリエステルなどがある。
【００２６】
目どめ剤としては上記の共重合ナイロンや低融点ポリエステルが好ましいが、上記以外にもポリエチレンやポリプロピレンなどの低融点ポリマーを使用することができる。特に湿式プリプレグ加工の際の溶剤の種類によって、アルコールに可溶なものを使用するか非可溶なものにするかは、適宜選択することができる。
【００２７】
また、目どめ剤となる低融点の上記のポリマーが鞘で目どめ剤となり、より融点の高いポリマーが芯となって補助糸として役割を担う、いわゆる芯鞘型のマルチフィラメント糸やモノフィラメント糸を、強化繊維糸のたて糸やよこ糸と引き揃えて使用して織物を作製した後、鞘の低融点ポリマーの融点以上で高融点の補助糸としての芯の融点以下に加熱して鞘の低融点ポリマーを溶融することによって、補助糸の回りの低融点ポリマーが溶融し、たて糸とよこ糸が接着した目どめ織物を製造できる。
【００２８】
鞘成分には共重合ナイロン、低融点ポリエステル、ポリエチレンやポリプロピレンなどの低融点ポリマーを使用することができる。たとえば鞘が１６０℃〜２００℃程度の融点を有する低融点ポリエステルポリマーで芯が２６０℃程度の融点を有するポリエステルポリマーや、鞘が９０℃〜１５０℃程度の融点を有するポリエチレンポリマーで芯が１６０℃〜１７５℃程度の融点を有するポリプロピレンポリマーなどの芯鞘型のマルチフィラメント糸やモノフィラメント糸とすることができる。
【００２９】
なお、このような芯鞘型のポリマーは乾熱収縮率が大きいので、低融点ポリマーを加熱して溶融させる際、芯のポリマー糸が溶融せず繊維状に残って収縮するので、織物幅が狭くなり、織糸が蛇行するという問題が発生する。したがって、あらかじめ熱処理などで低収縮化し、１００℃における乾熱収縮率が１．０％以下のもの、好ましくは０．１％以下にしたものを使うとよい。
【００３０】
また、たとえば扁平な強化繊維糸の中央部に、低融点ポリマーを補助糸に巻回したカバーリング糸を目どめ糸として位置させているから、加熱・溶融する際、低融点ポリマー糸の収縮力は補助糸を締める方向には働くが、補助糸の長さ方向に働くことはないので強化繊維の中に入り込んでしまうことはない。
【００３１】
また、本発明ではポリマーはカバーリング糸の被覆糸として供給されるから、強化繊維糸と引き揃えてよこ方向に挿入しても、ポリマー糸の収縮の方向は補助糸を締める方向に働き、長さ方向には収縮しないので、加熱・溶融する際、ポリマー糸が収縮して強化繊維糸が曲がるようなことはなく、すなわちポリマーと強化繊維の位置がずれるようなことはなく、目どめが完全になる。
【００３２】
また、従来のように強化繊維糸にポリマー糸をカバーリングして織物中に挿入する必要はなく、ポリマー成分を強化繊維糸と引き揃えて挿入することができるから、強化繊維糸の広がりが疎外されることはなく、扁平状の強化繊維糸はそのままの状態で織物とすることができ、繊維分散のよい、性能に優れた織物となる。
【００３３】
なお、本発明においては目どめの方向は必ずしもたて糸とよこ糸の２方向である必要はなく、織糸の太さや織密度などによる織物組織による織糸の拘束度合いにもよるが、少なくともよこ糸に付着していると、たて糸幅全体が目どめ剤で拘束されていることになるから、縦型乾燥炉による湿式プリプレグ加工のときなどに発生する、織物のたて糸方向に張力が働くことによる織物構造の変化、すなわちクリンプ・インタージェンジによるたて糸幅の細幅化を防ぐことが出来る。
【００３４】
また、目どめ剤は糸幅の中央部に位置することは必ずしも必要ではない。よこ糸糸幅の中心に対して左右にずれ、たとえば強化繊維糸のたて糸とたて糸との間やよこ糸とよこ糸の間に位置していてもよい。また、たて糸とよこ糸をその交錯部で接着していると、交錯点が接着し織物の形態は安定するが、その必要は必ずしもなく、たて糸とたて糸との間やよこ糸とよこ糸の間に位置し、たて糸とよこ糸を目どめ剤で接着させなくてもよい。目どめ剤は扁平なたて糸やよこ糸の幅全体に線状に配置していると、表面張力、熱風の通過やクリンプ・インタージェンジによる糸幅の細幅化を防ぐことが出来るのである。
【００３５】
目どめ剤は、本質的には、ＦＲＰのマトリックス樹脂を形成するものではなく、使用する樹脂の種類によっては、全く異質なものとなってしまうので、使用量は極力少ない方がよく、０．５〜１５ｇ／ｍ²の範囲が好ましい。０．５ｇ／ｍ²未満であると扁平な織糸の幅方向の拘束が弱くなり、湿式プリプレグ加工の際、織糸の細幅化を防ぐことが出来ない。また、１５ｇ／ｍ²を超えるとＦＲＰの機械的特性を低下させることがある。０．５〜１５ｇ／ｍ²の範囲であれば、織糸の細幅化を防ぐことが出来るし、ＦＲＰの機械的特性もさほど低下させることはない。
【００３６】
また、本発明においては目どめ剤が織糸の細幅化を防ぐことから、線状に配置する１本あたりのポリマーの量が重要となる。目どめ剤としてのポリマー量は、強化繊維糸条に対して０．２重量％〜２重量％の範囲程度が好ましい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の強化繊維織物およびその製造方法によれば、扁平な強化繊維糸に対しても、均一な繊維分散を確保しつつ、かつ、裁断等の際のほつれを発生させることなく、均一な所望の目どめを行うことができ、ＦＲＰにしたときの機械的特性に優れる強化繊維織物を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る強化繊維織物の部分平面図である。
【符号の説明】
１強化繊維織物
２たて糸
３よこ糸
４ポリマーからなる目どめ剤
５、６補助糸

Claims

糸幅が３〜２０ｍｍの範囲にあり、糸幅／糸厚み比が２０以上の無撚の扁平な強化繊維糸をたて糸およびよこ糸とする織物であって、たて糸および／またはよこ糸に並行する低熱収縮性の補助糸にポリマーが補助糸の回りに螺旋状に３０〜７０％被覆され、このポリマーによってたて糸とよこ糸とが接着して糸幅全体が拘束されており、かつ、前記補助糸がたて糸および／またはよこ糸の糸幅のほぼ中央部に位置していることを特徴とする強化繊維織物。
前記ポリマーが低融点ポリマーからなり、補助糸が該低融点ポリマーよりも４０℃以上高い融点を有する高融点ポリマーからなる、請求項１に記載の強化繊維織物。
ポリマーが共重合ナイロンからなり、補助糸がガラス繊維からなる、請求項２に記載の強化繊維織物。
補助糸に被覆されるポリマーの量が０．５〜１５ｇ／ｍ ² の範囲にある、請求項１ないし３のいずれかに記載の強化繊維織物。
前記強化繊維糸が炭素繊維糸である、請求項１ないし４のいずれかに記載の強化繊維織物。
糸幅が３〜２０ｍｍの範囲にあり、糸幅／糸厚み比が２０以上の無撚の扁平な強化繊維糸を用いて織物を織成し、ポリマーによって被覆された補助糸を強化繊維糸のたて糸および／またはよこ糸と引き揃えて織り込んだ後、ポリマーの融点以上に加熱してポリマーを溶融し、強化繊維糸であるたて糸とよこ糸との糸幅全体をポリマーによって接着して拘束することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の強化繊維織物の製造方法。
糸幅が３〜２０ｍｍの範囲にあり、糸幅／糸厚み比が２０以上の無撚の扁平な強化繊維糸を用いて織物を織成し、低融点ポリマーが鞘で高融点ポリマーが芯である芯鞘型の補助糸を強化繊維糸のたて糸および／またはよこ糸と引き揃えて織り込んだ後、低融点ポリマーの融点以上に高融点ポリマーの融点以下に加熱して低融点ポリマーを溶融し、強化繊維糸であるたて糸とよこ糸との糸幅全体を低融点ポリマーによって接着して拘束することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の強化繊維織物の製造方法。