JP4287881B2 - 強化された厚手の織物及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、強化材料として役に立つ織物に関連する。特に、選択された特性を得るよう繊維を処理するための織物の製法に関連する。

合成材料は、2つまたはそれ以上の異なった材料の巨視的な組み合わせとして定義することができ、それらの間に認識可能なインタフェースを有する。合成材料は、通常それらの構造的な特性に関して使用されるので、それらはしばしば、接着剤かマトリクス材によって支持される、ファイバや粒子のような補強材を含む材料に関連する。不連続なファイバまたは粒子は、一般的に、連続したマトリクスフェーズより堅くて強い。これらはたとえばポリマー、マスチックまたは水硬化性凝結材であってもよい。

ファイバ補強合成材料はさらに、不連続または連続したファイバを含むものに分けることができる。強大な潜在的利点が、従来の材料上でファイバ補強合成材料の重さに対する強さと重さに対する堅さの比率にある。ファイバがマトリクスに埋め込まれる時、それらの望ましい特性が得られる。マトリクスは、それらを一緒にくくり、負荷をファイバに、そしてファイバ間に移動させ、周囲の状況と取り扱いからファイバを保護する。

グラスファイバ補強有機的マトリクス合成材料は、最もなじみ深く、広く使用されている。そして、産業上の広範な実用性、消費者および軍事の市場を有する。カーボンファイバ補強樹脂マトリクス合成材料は、様々な意味で飛び抜けて一般的に適用される高等な合成材料である。それらは、非常に高い特定の性質、容易に利用可能な高品質の材料、再現可能な物質的なフォーム、増加する有利なコストの見積もり、および製造の比較容易さを提供する。アラミド、他の有機物、ボロンファイバで補強された合成材料と、シリコンカーバイド、アルミナ、他のセラミックファイバで補強された合成材料もまた使用される。

連続した高強度ファイバがいったん生産されると、通常、それらは意図された合成アプリケーションに適した形態に変換される。主な完成形態は、連続するロービング、編みロービング、ファイバガラスマット、チョップドストランド、紡織アプリケーションのためのヤーンである。編みロービングは、たとえばファブリックフォームにファイバガラスかカーボンロービングを織り込むことによって生産される。これは、手動の合板作業に使用される目の粗い製品とファイバ補強プラスチック、マスチック、屋根葺き材、および水硬化凝結材を製造するためのパネル成形行程を生ずる。合成材料の要件によって、多くの織り糸構成が利用可能である。平織りまたは綾織りの織物は、両方向へ強さを与えるが、一方向へ縫われたか編まれたファブリックは、主として一次元の強さを与える。特別なアプリケーションのための、二軸織り、二重斜め織り、そして三軸織りを含む、多くの目新しいファブリックが現在利用可能である。

ファイバガラスヤーンは一般的に、従来の織り方の実施によってファブリックの形状に変換される。様々な種類の織機がこの業界で使用されるが、エアジェット織機が最も一般的である。ファブリックの主要な特徴には、そのスタイルまたは織糸のパターン、ファブリック総数、縦糸ヤーンとフィルヤーンの構造が含まれる。同時に、これらの特徴は、最終的な合成材について、ドレープをかけられることや性能などのファブリックの特性を決定する。ファブリックカウントは、縦糸とフィルヤーンの1インチあたりの数を特定する。縦糸は、機械の方向と平行に動き、フィルヤーンは垂直に動く。

きめ出し（テクスチャライジング）は、紡織ヤーンを“ふわふわにする”ように表面に衝突するエアジェットを受けさせる工程である。このエアジェットは、表面フィラメントを任意に破壊し、ヤーンの外観をより太くする。カーディングは、連続したヤーンから短いファイバガラスヤーンを作る工程である。きめが出された、またはカーディングされたヤーンは、変形されていないヤーンより多くの樹脂または他のマトリクス材料を吸収し、最終合成材料のガラスへの樹脂割合を増加させる。アラミドとグラスファイバはまた、ニードルパンチフェルトへ加工処理されることが知られており、加えて、ファブリックの樹脂吸収および／またはふわふわ感を向上させる。

ニードリング、きめ出し、カーディングが、改良された特徴と、より変わった面の特徴をファブリックに与えているとはいえ、ファブリックの厚さをさらに顕著にするための、ファブリックでのヤーン加工処理の当面の必要性は残存している。

［発明の要約］
本発明は、補強ファイバを含む層を有するファブリックにおいて、機械的な歪みの下でファイバを保持して、少なくとも約５０％層の厚さを増加させる。そして、ファイバが前述の機械的歪みの下にある間に、ファイバにおける重合体被覆材がファイバを保持する。補強ファブリックの厚さを増加させる方法であり、機械的歪みの下で、グラスファイバを含んだ縦糸ヤーンと横糸ヤーンを有する、スクリムタイプ、組み込まれ、織られ、または編まれたファブリックを保持し、ファブリックの厚さを増加させ、結合剤をファブリックに適用して、上記機械的歪みの下でファブリックを保持する、ことから構成される。補強ファブリックの厚さを増加させる方法であり、機械的歪みの下で、グラスファイバを含んだ縦糸ヤーンと横糸ヤーンを有する、スクリムタイプ、組み込まれ、織られ、または編まれたファブリックを保持して、ファブリックの厚さを増加させ、結合剤をファブリックに適用して、上記機械的歪みの下でファブリックを保持して、構成される。
本発明による実施例では、ファブリックは、重合体またはガラスのファイバを含む方向性を有する層を含んで提供される。その中で、少なくともファイバの一部は、少なくとも５０％層の厚さを増加させるために機械的に処理される。これらの処理されたファイバは、層の増加された厚さを保つために重合体被覆材で処理される。

本発明は、織られ、編まれ、組み込まれ、および／またはスクリムのような構造を提供する。これらは、かなり“目が粗い”ことが好ましく、約１平方ｍｍより大きい穴のサイズを有し、約０．０２から４．０平方インチ以上であることが好ましい（０．５から１０２ｍｍ^２）。このような目の粗い構造は、マトリクス材を容易にファブリックに浸透させ、ファイバを包む。本発明は、同様の構造の典型的な高性能ファブリック補強材に対してかなり厚さを増加させる。そのような厚さは、ファブリック構成の通常の手段では、費用効率がよい方法で達成するのが困難である。ファブリックは重大な変形なしに、１平方フィートあたり6ポンドのマトリクス負荷に耐え得るべきである。

本発明の好ましい工程では、グラスファイバを含む横糸と縦糸ヤーンを有する、織られ、編まれ、組み込まれ、またはスクリムのようなファブリックを提供する。張力は縦糸ヤーンに適用され、それによって、横糸ヤーンの一部に波形がつけられる。その結果、ファブリックの厚さが増す。ファブリックはそのとき重合体樹脂のような接合剤によって接合される。それによって、波形のつけられた横糸ヤーンは実質上定着する。“レノ織糸”のような一定の構造を利用することにより、また幅出し機のフレーム上のような本来の場所で製品を被覆し、乾かすことによって、ファブリックの幅を制御することができ、制御されて反復可能な方法で、はるかに厚いファブリックが生産可能である。

例としてレノ織糸を使用して、本発明は、一定の間隔で、撚られている縦糸ヤーンを貫いて挿入され、適所で固定される横糸ヤーンの構造を利用する。張力が縦糸ヤーンに適用されるとき、縦糸は自ら撚りが戻る方向に作用し、横糸ヤーンにトルク効果を与える。各縦糸ヤーンは撚りが戻っているので、結合したトルク効果は、ファブリックの面で見られるときに一般に正弦曲線状の断面を有する横糸ヤーンを作り出す。このように、ファブリックの厚さはファブリックの幅のわずかな損失を伴って、およそ０．５から１００折り増加させる。

この厚さ増加と、広げられ、制御され、再現可能な幅のために、たとえば幅出し機のフレームまたはクリップを有する幅出し機のフレームの使用によって、製品をファブリック生産装置上で被覆し、乾燥し、正しい位置で保持することが好ましいことが発見されている。幅出し機のフレームは、トルク効果を引き起こすために、必要な張力をファブリックの縦糸ヤーンに適用するよう機能する。クリップは、コーティングラインと乾燥機を通過する際に、ファブリックの端を保持する。そして、それらは必要に応じて幅を加えるか、または減ずるために調節可能である。好ましい実施例では、クリップを介して、高張力を適用することとファブリックの幅を減少させることは、縦糸ヤーンのトルク効果を介してファブリックの厚さを増加させる。厚くされたファブリックの製造は、クリップを備えた幅出し機のフレームに限定されない。“クリップのない”乾燥システムは、寸法安定性にわずかな変動を与える形で使用される。

被覆材選択は本発明の目的にとって重要である。マトリクス材と被覆材は同じであるか異なった材料でもよいと想像されるが、横糸ヤーンがそれらの正弦曲線形を保持するように、被覆材は、いくらか堅く、マトリクス材の中で柔らかくならないようにしなければならない。適当な重合体には高スチレン含有量のスチレン／ブタジエンとスチレンアクリル酸塩重合体が含まれる。ＥとＡ／Ｒガラスはファブリックのための好ましいファイバである。

添付図面は本発明の好ましい具体例、および開示に関連する他の情報を示す。

図１は、ファイバ加工処理前のこの発明のファブリックの平面図である。

図２は、図１の正面図である。

図３は、ファブリックの厚さを増加させるファイバ加工処理後の図１のファブリックの正面図である。

図４は、図３の加工処理されたファブリックの交差部分拡大図である。

図５は好ましい製造実施例の正面透視図である。その中で、図１のファブリックは幅出し機のフレームのクリップチェーンによって保持される。

本発明は、多くの最終用途で役に立つファブリック構造を提供し、以下のものを含む。重合体マトリクス複合物、土壌強化物、道路、アスファルトとマスチック強化物、セメントと石膏ボード、タイル下敷、排水マットまたはシステム、屋根膜と屋根板、ファイバグラスギプス包帯や包帯や整形外科の湿布などのような医療用の患部に当てるもの、ファブリックとカーペットのアプリケーション。そのようなアプリケーションでは、ファブリックは、マトリクスの一面または両面に接触するように、埋め込まれ、または適用される。

［用語の定義］
合成外装材：例えば、ファブリック、クロス、ニット、マット、織物、不織布及び／またはスクリム等を、２種類以上含有した、同一材料または異なる材料から形成される層を２層以上有するもののこと。

ファブリック：薄織物、クロス、ニット、織物、すき薄織物、スパンボンデッド不織布、点接着不織布等の、柔軟性を有する織物材もしくは不織布材、及び縫製材、編材のこと。

ファイバ：フィラメント材に言及する際に使用する一般的な用語。多くの場合、ファイバはフィラメントと同一の意味で使う。一般的な解釈では、フィラメントは、慣例的に、直径の少なくとも１００倍の有限の長さを有している。多くの場合、融解した溶液からたぐる、紡ぐ、支持層上に体積させる等して準備する。

フィラメント：ファイバ状材料の最小単位。合成物に使用するために、ファイバをストランド状に集めた、たぐり寄せ、紡ぎ中に形成される基本単位。一般的に、フィラメントは、長さは非常に長く、直径は非常に小さい。製織したフィラメントは、十分な強度と柔軟性を有すればヤーンとして機能し得る。

ガラス：結晶化させず、硬質状態まで冷却した無機融解製品。一般的に、ガラスは硬質で、比較的割れやすく、かつ貝殻状の裂け目を有している。

ガラス布：例えば、織ったり、編んだり、縫製したり、三つ編みにされたグラスファイバ材からなる方向性を有するファブリックのこと。

グラスファイバ：結晶化しないで硬質状態まで冷却した、無機融解製品から紡いだファイバのこと。

グラスフィラメント：小径を有するように、かつ、長く引き延ばしたガラスの一形態。

メリヤス：フィラメント、ロービング、ヤーンをループ状にすることによって製造したファブリック。

マット：接着剤と共に、緩く支持した、任意の方向を向いたチョップドフィラメント、短いファイバ、渦巻形のフィラメントから構成される繊維材料のこと。

ロービング：ほとんど撚っていない、もしくは全く撚っていない、多数のヤーン、ストランド、タウ糸、末端を平行な束に集めたもの。

引張強度：検体の、ゲージ長さ内における、単位横断面領域における最大荷重または最大力のこと。任意の検体を破壊するのに必要とされる引張応力のこと（ＡＳＴＭ Ｄ５７９，Ｄ３０３９参照）。

テックス：１０００メートルあたりの、グラムで表されたファイバの線密度（即ち、ゲージのこと）。

紡織繊維：織る、編む、組み込む等の、種々の方法によって織り交ぜることによって、ヤーンに加工することができるファイバやフィラメント、または、ファブリックに作ることができるファイバやフィラメントのこと。

粘度：材料本体内に現れる流れに抵抗する性質のことで、作用したずれ応力と、ずれ内に結果として起きるひずみ度間の関係を表現した用語。一般的に、粘度とは、ずれ応力の、せん断ひずみに対する比率が一定である、ニュートン粘度を意味している。非ニュートン作用では、その比率が、せん断ひずみに伴って変動する。この種の比率は、対応するずれ応力における見掛け粘度としばしば呼ばれている。粘度は、水を基本基準値として（値１．０）、Ｐａ・ｓ（Ｐ）による、流れの式で測定する。値が高ければ高いほど、流動性は低い。

縦糸：織物の長さの方向に伸延するヤーン、ファイバ、ロービングのこと。また、長手方向におけるヤーン、ファイバ、ロービングの束のことで、略平行である。

織糸：ヤーン、ファイバ、ロービングを絡み合わせることにより形成される、ファイバにおける特殊様式。通常型番号が付けられている。

横糸：織物の横方向の糸、ファイバのこと。このファイバは、縦糸に対して垂直方向に伸延している。フィル、フィリングヤーン、ウーフとも呼ばれる。

織物：ヤーン、ファイバ、ロービング、またはフィラメントを絡み合わせて、平織り、ハーネスサテン織り、レノ織り等のファブリックパターンを形成した材料（一般的には、平面構造）。

編みロービング：ロービング束またはヤーン束を編むことによって作られた重いグラスファイバファブリックのこと。

ヤーン：天然の、もしくは機械製造した、撚りフィラメント、ファイバ、ストランドを、縫製の際や、布地に絡み合わせる際に適した連続した長さを形成するように集めたもの。

無撚糸：軽量なロービングのこと。即ち、いかにもファイバグラスヤーンの線密度とフィラメントの直径を有する、略無撚ストランドのこと（しかし、実質的には撚っていない）。

図、特に図１−５に関連して、ファブリックが描かれている（１０１）。縫われ、織られ、編まれた合成材料が好ましい。それは、それらの押しつける重みに対する強さの比と、織物とニットの場合では、本発明の厚くされたファブリック構造に加工処理され得る横糸と縦糸のヤーンパターンを形成するためである。高強度非金属の横糸と縦糸のヤーンを有する糸目の粗い織り方の層を含む、厚くされたファブリックが生産されることによって、ヤーンの一部は少なくとも約５０％ファブリックの厚さを増加させるよう機械的に処理される。本発明の更なる実施例は、横糸ヤーン（機械と交差する方向のヤーン）の周りで撚られる縦糸（機械方向のヤーン）が、互いに撚られる、レノ織りファブリックである。
横糸ヤーンは、撚られた縦糸ヤーンを通って一定の間隔を置いて挿入され、適所で固定される。張力が縦糸ヤーンに適用されるとき、それらはそれらの撚りを戻す方向に作用する。その結果、横糸ヤーンにトルク効果を引き起こす。各縦糸ヤーンは撚りが戻ろうとするので、結合したトルク効果は、ファブリックの面で見られる時に正弦曲線状の断面を呈する横糸ヤーンを作り出す。その結果、ファブリックの幅におけるわずかな損失だけを伴って、ファブリックの厚さは増加する。そのような“厚くする”効果はまた、“不均衡な”ファブリック構造によって生み出される。たとえば、縦糸ヤーンの結合した重さが横糸ヤーンの結合した重さより大きくなった時である。その結果、横糸ヤーンがトルクによる変形に抵抗する能力は減少する。厚くさせる他の方法は、より重い縦糸ヤーンとそれよりも軽い縦糸ヤーンを縦糸方向に使用することである。これは、張力が作用する際に、１縦糸ごとのより大きな張力と、横糸ヤーンのより広いスパンを作り出す。その結果、トルク効果は増大し、通常の製造状態でも、ファブリックの厚さは増大する。本発明のファブリックは、有機、無機材料のファイバ及びフィラメントを含むことが出来る。これらは、ガラス、オレフィン（たとえばポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン）、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）、グラファイト、レーヨン、ポリエステル、カーボン、セラミックファイバ、またはこれらを組み合わせたもの、たとえばガラスポリエステル混合物またはＳｔ．Ｇｏｂａｉｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（フランス）によって利用可能となったＴｗｉｎｔｅｘ（登録商標）ガラス−オレフィン（ポリプロピレンまたはポリエチレン）混合物、を含むことができる。これらのタイプのファイバとフィラメントでは、それらの耐火性、低コスト、強力な機械力特性の観点から、ガラス合成物が最も望ましい。

ガラス合成物
多くのガラス合成物が開発されているが、ほんのわずかだけが連続グラスファイバを作り出すために商業的に使用される。使用される４つの主要なガラスは、高アルカリ抵抗の（AR−ガラス）ガラス、電気のグレードの（E−ガラス）、化学物質抵抗を有する改良したＥ−ガラス（ＥＣＲ−ガラス）、および高強度（Ｓ−ガラス）である。４つのガラスの代表的な化学組成は表１で表す。

これらの組成を有する４つのグラスファイバ固有の性質を表２で表す。

ガラスの融解と形成
炉床で溶解したガラスの、連続するガラスファイバへの転化は、基本的には細径化（attenuation）工程によって行う。溶解したガラスは、非常に多くの孔若しくはチップ（一般的な製造では４００−８０００）を有する、プラチナ−ロジウム合金ブッシュを介して流動する。ブッシュを電気的に加熱し、一定のガラス粘度を維持する目的で、熱を正確に調整する。ファイバがブッシュから出て行く際に、該ファイバを引き出し、急速にこれを冷却する。ガラスフィラメントが通過する薄い膜を維持するために糊溶液内を連続回転する糊付け器上を、ファイバを通過させることにより、ファイバの表面に糊剤を塗布する。糊付けの後、フィラメントをストランドに形成し、巻取機に近づける。少ない束のフィラメント（スプリットストランド）しか必要としない場合には、複合集合装置（しばしばシューと呼ばれる）を使う。

細径化（attenuation）比率、即ち、最終フィラメントの直径を、巻取機によって調整する。ファイバの直径は、ブッシュ温度、ガラス粘度、ブッシュ上の圧力ヘッドによっても影響を受ける。最も広く使用されている巻取機は、形成巻取機であり、該形成巻取機は、回転コレットと、形成束が直径方向に大きくなるように、任意の方法で、ストランドを振り分けるトラバースメカニズムを使用している。これにより、後続の処理過程、即ち、ロービング、チョッピング過程において、ストランドが束から離れやすくなる。形成束を乾燥させ、特別な製作領域に移して、ファイバグラスロービング、マット、チョップドストランド、若しくは、他の最終製品に変える。近年では、形成中に直接、最終ロービング製品、最終チョップド製品を製造して、これにより、タームダイレクトドロービングやダイレクトチョップドストランドにする工程も開発されてきた。

製作工程
連続グラスファイバを一旦製造したら、これを予定した使用目的に添った、適宜な形状に転化させる必要がある。主な最終形状は、織物として使用する、連続ロービング、編みロービング、グラスファイバマット、チョップドストランド、ヤーンである。ヤーンは本発明の多くの目的に使用される。

グラスファイバロービングは、複数のストランドの束を、１個の大きなストランドに収束することにより製造し、これを硬い、円筒形のパッケージに巻き込む。これは、マルチエンドロービング工程と呼ばれている。この工程は、沢山の炉乾燥形成パッケージをクリールの中に置くことに始まる。その後、終端を緊張状態で共に集めて、ウェイウィンドと呼ばれる横行−巻き上げ比が一定な、精密なロービングワインダ上に集める。

本発明では、ロービングを各種の方法で使用している。編みロービングは、ファイバグラスロービングをファブリック形式に織ることによって生産される。これは目の粗い製品を生産する。この目の粗い表面は、ポリマーマトリクス複合材料、セメントボード、ロードパッチ、土壌強化、粘着性のアプリケーションにとって理想的である。なぜなら、これらの材料は容易に粗いファイバに結合できるからである。平織または綾織はそれほど粗くないので、保護手袋なしに簡単に扱うことができるが、マトリクス（matrices）と接着剤を吸着する。１方向に縫った、若しくは、編んだファブリックは、主に１方向に力を発揮するが、平織や綾織は２方向に力を発揮する。現在、新しいファブリックが沢山入手可能であり、それらの中には、特別仕様の、２軸織り、ダブルバイアス織り、３軸織り等がある。

ファイバグラスマット、スクリム、チョップドファイバ、および織られたか編まれたフィラメントの複合物またはロービングは、好ましい厚くされたファブリック構造に使用される。適宜な重量のファイバグラスマット（通常チョップドストランドマット）、編みロービングフィラメント、緩いチョップドファイバを、ケミカルバインダで結束し、又は、一緒に機械的に編んだり、縫ってフェルト状にしたり、縫い込んだりして結束する。そのような組み合わせの一つとして、ファイバグラス及び／又は樹脂ファイバマット又は、チョップドガラスを有する層状スクリム、又は、樹脂ファイバの組み合わせがあり、これを組み合わせた後、一緒に縫ったり、フェルト状にしたり、縫い合わせる。

本発明によるヤーンによる外装層は、従来の手段を使用して製造可能である。形成工程を経た細かいファイバストランドからなるヤーンは、加撚工程に十分に耐え得るような完全性を持たせるため、成形チューブ上で空気乾燥させる。製織工程にかける前には、撚ることにより、ヤーンに対して付加的な完全性が加わる。一般的な加撚は、１インチ１回転までで構成されている。殆どの場合、製織工程では、比較的重いヤーンが要求される。これは、通常、２以上の単一のストランドを一緒に撚ることによって行われ、これに続いて解撚工程を行う。解撚工程には、本来、撚ったストランドを、最初の撚りとは反対方向に撚り直す工程が含まれている。通常、撚る方向を示している、Ｓ撚りとＺ撚りの２種類の撚りが使用されていることが知られている。一般的に、Ｓ撚りで一緒に撚った２以上のストランドを、Ｚ撚りで撚ることにより、ヤーンにバランスを与える。このように、加撚工程及び解撚工程により、強度、束の直径、歩止まり等の、ヤーンの特性を調整することが出来る。なお、従来の製織工程により、ファイバグラスヤーンをファブリックの形に変えることが出来る。この業界では、種々の織機が使われているが、エアジェット織機が最も一般的である。

無撚ヤーンも使用可能である。これを投入すると、細かいフィラメントからなるヤーンの適用範囲に、無撚（ロービング）を簡単に広げることが出来る。１ストランド当たりのフィラメントの数が直接間隙に影響を与え、かつ、該数がヤーンの重量に関係する。即ち、ｎ＝（４９０×テックス）／ｄ^２、ここで「ｄ」とは、ミクロンで表した各フィラメントの直径である。こうして、粗いフィラメントを有するロービングを、半分の直径のフィラメントを持つ、殆ど撚っていないヤーンに交換すると、フィラメントの数は、同一のストランドテックスで、４の倍数（a factor of 4）だけ増加する。

本発明による織物の実施例の主な特徴には、そのスタイまたは織りパターン、ファブリック総数、及び縦糸ヤーンやフィルヤーンの構成などが含まれている。これと同時に、これら特徴が、たれ具合のようなファブリックの特性を決定する。ファブリックの総数は、１インチあたりの、縦糸ヤーンとフィルヤーンまたは横糸ヤーンの数とみなされる。縦糸ヤーンは、機械方向と平行に伸延し、横糸ヤーンはこれと直角に伸延している。

基本的には、４つの織りパターンがある。即ち、平織り、バスケット織り、綾織り、サテン織りである。平織りは、１本の縦糸ヤーンが、１本のフィルヤーンの上下を絡み合わせた、一番シンプルな形状である。バスケット織りは、２以上の縦糸ヤーンが、２以上のフィルヤーンの上下に絡み合っている。綾織りは、少なくとも２つのフィルヤーン上に、１以上の縦糸ヤーンを持っている。サテン織り（カラスの足跡）は、１本の縦糸ヤーンを、３本のフィルヤーンの上と、１本のフィルヤーンの下に絡み合わせることによって構成することにより、ファブリックに不規則なパターンを形成する。８ハーネスサテン織りは特殊なケースであり、１本の縦糸ヤーンを、７本のフィルヤーンの上と、１本のフィルヤーンの下に絡み合わせることによって、不規則なパターンを形成している。ボード製作に際しては、コーナー部の周囲等、複雑な外形にうまく合致するのはサテン織りであり、続いて、綾織り、バスケット織り、平織りの順に適合度が下がってしまう。

きめ出し（テクスチャライジング）は、紡織ヤーンに、その表面に影響を与える、エアジェットにかけて、該ヤーンをふわふわにする工程である。エアジェットにより、表面フィラメントが任意に破壊され、ヤーンが比較的太い外観を呈するようにする。エアジェットの速度や、ヤーンの供給率により、表面フィラメントの破壊程度を調整することが可能である。ファイバ、ヤーン、又はロービングを静電気的に、又は機械的に操作することにより、同様な効果を得ることが出来る。

ファブリックのデザイン
しばしば、構成と呼ばれる、ファブリックパターンは、ｘｙ座標系のことである。ｙ軸は縦糸ヤーンを表し、これはファブリックロールの長軸である（一般的に、およそ３０−１５０メートル、即ち、１００−５００フィート）。ｘ軸は、フィル方向であり、即ち、ロールの幅を表す（一般的に、およそ９１０−３０５０ミリメートル、即ち、３６−１２０インチ）。基本的なファブリックは、数が少ないが、異なる縦糸／フィル総数を有する、異なるタイプや異なるサイズのヤーンの組み合わせにより、数百のバリエーションが可能となる。

基本のファブリック構成は、紡織工程、不織工程、編工程により作られたものが含まれる。本発明において好ましいデザインの１つは、ｘ軸ストランドとｙ軸ストランドを、第３のストランド又は編みヤーンと共に支持する、編み構造である。このタイプの編み方は、横糸挿入型縦糸編み（ｗｅｆｔ−ｉｎｓｅｒｔｅｄ−ｗａｒｐ ｋｎｉｔｔｉｎｇ）である。位置がずれないトリコットステッチを使うと、ｘ軸ストランドとｙ軸ストランドの圧縮が最も少なくて済むので、与えられた面積重量で最大のカバー範囲を得ることが出来る。この構造における適用範囲を更に広げることも可能である。即ち、当然のことながら、きつく撚ったヤーンよりも広がってしまう、略無撚ヤーン又はロービングを使って、有穴性を更に少なくすることである。このデザインは、ファブリックに形成する前に、又は後に、機械的な（縫製）手段を用いて又は、フィラメントに高速でエアを吹き付けることにより、フィラメントを広げることにより、更に向上させることが出来る。

コットンシャツから、ファイバグラス製の競技場の天蓋まで、あらゆる物に使われる最も一般的な織り構成は平織りである。基本的な構成では、４つの織糸、即ち、２本の縦糸と２本の横糸が必要である。この基本単位は、パターンの繰り返しと呼ばれている。平織りは、最も多く絡み合った織り方のため、基本のファブリックデザインとしては最も目が詰んだものであり、面内ずれ動作に対して最も耐性がある。平織りの１つのバリエーションであるバスケット織りは、対を成した縦糸と横糸が使われており、即ち、２本が上に伸延し、２本が下を伸延している。サテン織りは、絡み合いが最小である構成の１族に相当する。サテン織りでは、横糸が、数本の縦糸上を飛ばしている、又はこれに浮いている。サテン織りは、ｘヤーンの長さの繰り返しであり、浮き長さは、ｘ−１ヤーンである。即ち、１パターンの繰り返しあたり、１本のヤーンあたり、絡み合いポイントは１点だけである。ファブリックに編み込まれていない浮きヤーンは、少なからぬゆるみや柔軟性を作り出している。サテン織りは、ずれやゆがみに対する耐性は低いが、それ故、一般的な複雑な湾曲部上に、たやすく作られる（覆われる）。サテン織りは、標準的な４、５、８ハーネス形状として製作可能である。ハーネスの数が増えるにつれ、浮き長さ及び、取り扱い作業中に、ファブリックの調整を最も困難にしてしまうゆるみも増える。紡織ファブリックは、一般的に、平織りでは、引っ張り強度が比較的高いが、サテン織りでは、せん断強さが比較的高い。（所定のサイズのヤーンの場合）ヤーンの絡み合いが多ければ多いほど、単位長さ当たり織ることが出来るヤーンの数が減ってしまう。ヤーンとヤーンの間の間隔を開けてしまうと、一緒に束ねることが出来る数が減ってしまう。これは一方向性の材料や、比較的物理的特性が良いと、ヤーン総数（１インチ当たりのヤーン数）が多いことによる。

織り構成の内、ガラス横糸（又はロービング）と縦糸（又はロービング）を有する平織りは、ロッキングレノで知られている。織り合わせたレノヤーンを把持すると、レピア織機で製造した開口した織端をしっかり固定し、閉じこめる。レノ織りは、これに続く取り扱い作業中に、織端がほぐれてしまうのを防止する手助けをしている。しかしながら、かなり開口した（しかし安定した）織り方が望まれるところで価値がある。

本発明の好ましい“レノ織りの”ファブリックは、横糸ヤーン（１０）と縦糸ヤーン（１２）から成る。横糸ヤーン（１０）は、機械と交差する方向に方向づけられ、縦糸ヤーン（１２）は、機械方向（１０）に方向づけられる。図１、２に示すように、横糸ヤーン（１０）と縦糸ヤーン（１２）は一定の間隔をあけて互いの周囲で撚られ、適切な場所で固定される。ヤーン間の間隔は、０．０２から４．０平方インチ（０．５から１０２ｍｍ^２）の範囲の穴のサイズで適切に開いていることが好ましい。レノ織り（１００）は、“厚くされた”ファブリック（１００）に変換可能である。

本発明の重要な特徴を図３に示す。交互の横糸ヤーン（１０ａ）と（１０ｂ）は平織りのファブリックで見られるとき、一般に正弦曲線状の断面を呈し、より好ましくは、横糸は例えば横糸ヤーン（１０ａ）と（１０ｂ）で少なくとも2つの異なった態様を表す正弦曲線状の断面の間を行き来する。望ましくは、厚くされたファブリックには、少なくともおよそ1mm、望ましくは10mm以上、およびいくつかの場合500mm以上の厚さがある。そのような厚さは、ファブリック構成の通常の手段を使ってガラスヤーンを利用するのに効率がよい方法ではめったに達成可能でないと経験により立証された。レノ織りのような特別な織り糸構造の性質を利用することによって、また幅出し機のフレーム上で製品を被覆し、乾かすことによって、ファブリックの幅を制御することができ、制御されて反復可能な方法で、好ましい厚くされたファブリック（１０１）または厚くされたファブリック構造（３０）が生産可能である。

本発明の厚くされたファブリック（１０１）を生産する第１の実施例では、レノ織り（１００）の縦糸ヤーンに張力をかける。たとえば、縦糸ヤーン（１２）は、自身の撚りが戻り始め、横糸ヤーン（１０ａ）と（１０ｂ）にトルク効果を引き起こす。それぞれの縦糸ヤーン（１２）の撚りが解けると、結合したトルク効果は、ファブリックの平面で見られるときに正弦曲線状の断面を呈する横糸ヤーン（１０ａ）または（１０ｂ）を作り出す。図３参照。横糸ヤーン（１０ａ）と（１０ｂ）の正弦曲線状の断面の高いポイントと低いポイントから測定されるファブリックの厚さは、このようにファブリックの幅のわずかな損失を伴って増加する。

レノ織り（１００）の厚さ増加は、接合材や被覆材を使用するなどの何らかの方法によって固定されるべきである。拡大図４で示すように重合体樹脂（１５）の使用は役に立ち、図５で示すように参照されたクリップを備える幅出し機のフレーム（１０５）上で重合体樹脂が被覆され、乾かされる。トルク効果を引き起こすために必要な緊張をファブリックのワープレンス（warpulence）に作用させるために幅出し機のフレームは機能する。クリップは、コーティングラインと乾燥機（図示せず）を通って動くときファブリックの端を保持し、必要に応じてファブリックの幅を加えるか、または減らすことにおいて調整可能である。高緊張を適用する場合、クリップの使用によりレノ織り（１００）の幅が減少するのを許容することで、縦糸ヤーン（１２）に適用された張力によって作られた横糸ヤーン上のトルク効果を介して、ファブリックの厚さを増加させることができる。クリップを備えた幅出し機のフレーム（１０５）は本発明を実施する際に役立つが、本発明はそれほど制限されない。ファブリックの横糸と厚さの何らかの大きな変化と共に“クリップのない”乾燥システムを使用することができる。また、他の手段で厚さをさらに高めることができると考えられている。そのような方法のひとつは、“不均衡な”構造でファブリックを作成することであり、縦糸ヤーンの結合した重さは横糸の結合した重さより大きい。横糸ヤーンがトルクによる変形に抵抗する能力はこのようにして減少する。本発明の基本における、より大きい厚さを得る別の方法は、太い縦糸ヤーンと細い縦糸ヤーンを縦糸方向に使用することである。これは、作用する1横糸ヤーンあたりのより大きい量の緊張と横糸ヤーンのより広いスパンを結果として生じる。

本発明に適したグラスファブリックの設計は、幾つかのファブリックパラメータ、即ち、ファイバの種類、ヤーンの種類、編みスタイル、ヤーン総数、面積重量だけで開始される。

ファイバ仕上げもまた、重要である。ファイバは、時にはあらい編み工程を経なければならないが、ファイバ仕上げにより、該ファイバが滑らかになり、これを保護するのに役立つからである。紡織ファブリックの質は、しばしば、ファイバ仕上げのタイプや品質によって決まる。しかしながら、特別上等な仕上剤は、一般的に消費者によって指図され、また、樹脂の化学作用によって決まり、エポキシ等の樹脂材料から構成することが出来る。

本発明を実施するに際しては、次のファブリックの型や分類が役に立つ。

今までの測定では、面積重量約１５−５００グラム／ｍ^２、厚さ約０．０２５−０．２５インチのファブリックが最も好ましいことがわかっている。

本発明のファブリック１００の厚さを増加させることは、費用をあまり加えないで、長手方向において良好な強度値／剛性値を有し、横方向（横糸方向）において、良好な靱性を有すると共に衝撃に対する良好な耐性を持つファブリックにすることが可能である。ファブリックを厚くする能力は、それが多くの最終用途に使用されるのを許容する。たとえば、合成物や、ハウジングや、弾道のアプリケーションや、航空宇宙産業や、自動車のアプリケーションのための補強や、石こうやセメント板、コンクリートの補強などである。

織機に対して、新しい秘訣、特に３次元織りに関する秘訣を「教え込む」ことも出来るが、興味深い変更は２次元ファブリックに対しても加えることも出来る。織機は、異なる縦糸とファイバフィルを使って、エンドレスな螺旋形状を織ることが出来る。また、ガラス紡織ロービング縦糸、たとえばＥガラスヤーン、オレフィン縦糸横糸、たとえばポリエチレン、ポリスチレンファイバを使用することが出来る。その他に、外装材用のロービング、ヤーンとして、或いは、織りフェルト、編みフェルトを追加して接着した層、又はこれを縫製した層、或いは、不織層として、フランス、パリのＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｓ．Ａ．製のＴｗｉｎｔｅｘ（登録商標）グラス−ポリオレフィン混合物、ポリマ個別複合層、エラストマ、レーヨン、ポリエステル、グラスフィラメントを使用することが出来る。

一般的な結合剤／ガラスファイバ添加剤は、約３−３０重量パーセントである。このような結合材は、被覆材であってもなくてもよい。これらの結合剤はまた、外装表面ファイバ全体を完全に被覆してもしなくてもよい。この目的に沿う結合剤は、沢山あり、例えば、フェノール結合剤、尿素ホルムアルデヒド樹脂、又は、分子の一部として、若しくは、別の添加剤として、カルボキシルポリマを有する、又は有さない、アクリル樹脂、スチレンアクリル樹脂によって変化した尿素ホルムアルデヒド樹脂等である。更に、これらの結合剤には、ＵＶ抑制剤、カビ抑制剤、難燃剤等の添加剤を添加することが出来る。カルボキシルポリマ添加剤を結合性樹脂に添加すると、例えば、硬化した石膏、ポルトランドセメントに密接に接着させることが出来るが、このような添加剤の無い樹脂よりも粘着しにくい。特に好ましい結合樹脂混合物は、７０重量パーセントの尿素ホルムアルデヒド樹脂と、３０重量パーセントのスチレンアクリルラテックス又は、アクリルラテックス混合物と、カルボキシルポリマ添加剤である。

本発明のファブリック（１０１）又は厚くされたファブリック（３０）は、図３、図４に示すように、使用前に樹脂の被覆剤（１５）でさらに処理されるか、被覆されて、望ましい正弦曲線状パターンで横糸ファイバ（１０ａ）と（１０ｂ）を固定させる。樹脂製の被覆剤（１５）は、前述したように、個別の層を形成するためにファイバ同士を結合させるために使用する糊付けや結合剤とは区別される。被覆剤（１５）には、参照として挙げた、米国特許第４，６４０，８６４で開示したものが含まれ、これは、アルカリ耐性、耐水性及び／又は難燃性を有する、または、前述の特性を促進するための添加物を含むのが好ましい。それらは、ファブリック（１０１）または、厚くされたファブリック（３０）の製造中に適用されるのが好ましい。

図４に示すように、本発明によるファブリック（１０１）に適用した被覆剤（１５）は、ファイバ部分を被覆し、ヤーン（１０）、（１２）を結合させると好ましい。また、被覆剤（１５）は、マトリクスの接触角を増加若しくは減少させて、ヤーンへの浸透を減らし、若しくは、付着性を高めることが出来る。被覆剤（１５）には、更に、ＵＶスタビライザ、成形遅延剤、撥水剤、難燃剤及び／又は、分散剤、触媒、充填剤等の他の任意の成分を含有させることが出来る。被覆剤（１５）は、液状であると好ましく、また、たとえば幅出し機のフレーム（１０５）によってファブリック（１０１）を張力下で液体に通して、若しくは液体を（水噴霧用前駆物質を用いて若しくは用いずに）、ファブリック（１０１）の一方の側又は両側に噴霧する。その後、ファブリック（１０１）を圧迫し、乾燥させることが出来る。

各種の液体塗布方法が使われており、その中には、ディップコーター、ドクターブレード装置、ロールコーター等を使用したものが含まれている。本発明による樹脂製被覆剤（１５）でファブリック（１０１）を処理する方法の内、１つの望ましい方法は、液状樹脂合成物の入った水槽に、部分的に浸したロールの下部を持ち、このローラの上部に対してファブリック（１０１）を押しつけると、所定量の樹脂合成物がファブリック（１０１）に移るというものである。第１のローラ上にある第２ローラが、ファブリック（１０１）の動きや、該ファブリック（１０１）上に配置された所定量の樹脂製被覆剤（１５）の均一性を調節している。その後、被覆済みファブリック（１０１）を、適宜な方法でスチーム缶に導いて、乾燥を促進させる。被覆済みファブリックを、約２５０−４５０°Ｆ（１００―２００℃）でスチーム缶上を通過させると好ましい。これにより、ラテックスが使用させている場合には、水分が飛ばされ、更に、樹脂含有液状材が流れて更にファイバの隙間を充填し、ファブリック（１０１）中のファイバを更に、またより均一に被覆する。この被覆剤は、目標の表面領域の約５０−８０パーセントを被覆しているのが望ましく、より好ましくは、８０―９９パーセントを被覆している。

本発明による好ましい樹脂製被覆剤（１５）には、１以上の樹脂を含有させた樹脂混合物がある。該樹脂には、固い粒子やファイバを含めることで、該粒子やファイバが癒着し、又は、溶けて、連続的な、若しくは、半連続的な被覆を形成し、これが液状の水分の浸透を実質的に防止する。これは、アルカリ性であってもよい。被覆剤は、色々な厚さで塗布することが出来る。例えば、ファブリック（１００）の繊維成分を十分に被覆して、被覆剤（１５）からファイバが突出しないようにすることも出来るし、又、ファイバが被覆剤（１５）から突出する形で塗布することも可能である。

本発明による被覆剤（１５）は、実質的に耐水性樹脂により形成することが可能だが、これを、樹脂及び、珪酸塩、シリカ、石膏、二酸化チタン、炭酸カルシウム等の、充填剤の混合物から形成しても、同様に良好な結果に到達する。被覆剤（１５）を、熱可塑性、ラテックス状、若しくは、硬化可能な、熱硬化形状で塗布することが出来る。許容できる樹脂には、ｐｖｃプラスチゾル、スチレン／ブタジエン（たとえばＢＡＳＦＮＤ ５６００）、スチレン／アクリルコーポリマ、アクリル樹脂（たとえば、Ｐａｒａｎｏｌ ＳＡ２００またはＲｏｈｍ＆ＨａａｓＧＬ６１８）、難燃性アクリル樹脂、若しくはＰｙｒｏｐｏｌｙ ＡＣ２００１等の、アクリル樹脂に臭素化モノマを添加したもの、ポリ（ビニルアセテート）、ポリ（ビニルアルコール）、ビリニデンクロライド、シロキサン、Ｖｙｃａｒ（商標）５７８等の、ポリビニルクロライドが含まれる。ビニルエステル、エポキシ、又はポリエステルなどのような、熱硬化性樹脂はまた高い張力と剛性のために利用される。更に、樹脂被覆剤又は飽和剤に、臭素化燐合成物、ハロゲン化パラフィン、コロイド状五酸化アンチモン、ホウ砂、不発泡バーミキュライト、クレイ、コロイド状シリカ、コロイド状アルミニウム等の、難燃剤を添加することが出来る。更に、パラフィン、パラフィンとアンモニウムソルトの混合物、アルコールと撥水性を分けるように設計した、３ＭＣｏ．のＦＣ−８２４等の、フルオロケミカル、有機水素ポリシロキサン、シリコンオイル、ワックス−アスファルトエマルジョン、及び、少量のポリ（ビニルアセテート）を有する、若しくは有さないポリ（ビニルアルコール）等の、耐水性添加剤を添加することが出来る。最後に、被覆剤（１５）には、カオリンクレイ等の顔料またはランプブラック増粘剤が含まれる。

例Ａ
この試みは、開口した不均衡な構造のレノ織りファブリックへの十分に厚さを増加させる効力（“Ｚ”面で）を立証するために行われた。

縦糸ヤーンの集合体の重さが横糸ヤーンの集合体の重さよりかなり重いときに、仕上げ機上の張力下で、顕著なトルク効果が、縦糸ヤーンに引き起こされる。トルク効果は横糸ヤーンにウェブの幅を横切る正弦曲線状の形に変形させる。そして、その結果、ファブリックの厚さは増す。

Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｆａｂｒｉｃｓ，Ｓｔ．Ｃａｔｈａｒｉｎｅｓ，Ｏｎｔａｒｉｏ，Ｃａｎａｄａによる現在のファブリックスタイル番号００６１基づくファブリックが、ほぼ正確な構造とコストを有する、開発のための有益な起点として役立つということが計算によって示される。００６１ファブリックは、７３５テックス横糸ヤーンと２７５テックスヤーンを取り替えることによって、構造を不均衡にするように変更される。これは、ファブリックの費用を削減し、トルク効果の観測を確実にするのを助ける。低価格、アルカリ耐性、目の粗いファブリックを結合させるために必要な優れた強さにおいて有利であるため、堅く、安価なＳＢＲ（スチレンブタジエンゴム）ラテックスが被覆のために選択された。フレームＤは、２つの理由から仕上げ機として選択された。その理由は、２つの１．２メートルのパネルを並べて被覆できること、幅出し機のフレーム（１０５）のクリップが、トルク効果が起こるときファブリックの幅を制御するのに役立つこと、である。クリップがなければ、ファブリックの幅を仕上げラインの上で制御するのは難しいと予想される。

結果と提案
ファブリックの厚さは、トルク効果を用いない同じファブリックよりも０．５から１００倍増加できることがわかる。０．５４ｍｍから１．４６ｍｍへ、２．７倍の増加が観測された。これは、フレームＤ上のファブリックに可能な最も高い張力を適用することで達成され、その後、クリップ（１０５）の幅をゆっくり減少させた。ファブリックの幅は２４６５ｍｍから２３８０ｍｍ（約３．４％）へ、８５ｍｍ（３．３インチ）減少した。ファブリックは、工程で過度に歪められず、品質の多少の微調整が許容され得るべきである。厚くされたファブリックの、４５．７メートルの長さのロール２個と３０メートルの長さのロール２個が生産された。

試験の詳細

機械：フレームＤ
ラインスピード：２５メートル／分
炉温度：１８５／１８５℃
巻取機：センタ巻取機
開放圧：１４０ｐｓｉｇ
前部出力圧：８ｐｓｉｇ
張力：１５
クリップ間隔：９３インチ

ファブリックの分析

１パネルの最終的な幅：１１９０ｍｍ（フリンジエッジを含めると１２０２ｍｍ）
ヤーン総数：１０ｃｍあたり２０．６４ｘ１０．０ｅｎｄ／ｐｉｃｋｓ
被覆されたファブリックの重量：１１３．４グラム／ｍ^２
被覆材付加量：３１．９％
厚さ：１．４６ｍｍ（０．０５８インチ）

上記から、本発明が、より厚いファブリックと製造方法を提供すると理解できる。実質的に補強の費用を増加させないで、これらのファブリックは、垂直または“Ｚ”方向へマトリクスを補強するすばらしい能力を有するだろう。

図１は、ファイバ加工処理前のこの発明のファブリックの平面図である。 図２は、図１の正面図である。 図３は、ファブリックの厚さを増加させるファイバ加工処理後の図１のファブリックの正面図である。 図４は、図３の加工処理されたファブリックの交差部分拡大図である。 図５は好ましい製造実施例の正面透視図である。その中で、図１のファブリックは幅出し機のフレームのクリップチェーンによって保持される。

Claims (2)

1. 合成材料を補強するための補強ファブリックであって、
   該補強ファブリックは、
   補強ファイバである第２のヤーンと共にレノ織物に織られた補強ファイバである第１のヤーンを有するファブリックの層を有し、
   前記層の前記第１のヤーンには、張力が適用され、これにより該第１のヤーンは前記層の第２のヤーンにトルクを作用させて、前記第２のヤーンが第１の位置から第２の位置に波立つことで、前記ファブリックの幅を減少させる形で少なくとも前記層の厚みを５０パーセント増加させており、
   前記層上に、前記第２の位置にある第２のヤーンを保持する接合剤を設け、て構成し、
   前記より厚くなった補強ファブリックで前記合成材料を補強し得るようにしたことを特徴とする補強ファブリック。
2. 補強ファブリックの層の厚さを増加させて合成材料を補強する方法であって、前記層は、補強ファイバである第２のヤーンと共にレノ織物に織られた補強ファイバである第１のヤーンを有する層であり、
   該方法は、
   前記層の前記第１のヤーンに張力を作用させて前記層の第２のヤーンにトルクを作用させ、前記第２のヤーンを前記層の第１の位置から該層の第２の位置に波立たせて、前記ファブリックの幅を減少させる形で少なくとも前記層の厚みを５０パーセント増加させ、
   前記第２の位置にある第２のヤーンを保持する接合剤を前記層上に適用し、
   前記より厚くなった補強ファブリックで前記合成材料を補強するようにして構成したことを特徴とする方法。

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