JP4796263B2 - 強化繊維織物の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化繊維織物の開繊装置、強化繊維織物の製造装置、強化繊維織物の製造方法、並びに強化繊維織物に係り、特に、強化繊維織物を構成する繊維糸条の種類（番手）や強化繊維織物の目付け等に関係なく、布目曲がりを抑制しつつ、経糸および緯糸を均一に且つ十分に開繊することができる開繊技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強化繊維と熱硬化性樹脂とからなる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、軽量で優れた機械特性を有することから、釣竿、ゴルフシャフト等のスポーツレジャー用部材、航空機、自動車、船舶、建築物等の部材として広く用いられている。
ＦＲＰは、例えば、熱硬化性樹脂を、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる強化繊維織物に含浸させ、半硬化状態としたシート状等のプリプレグを用いて製造されている。
【０００３】
一般に、強化繊維糸条はフィラメント数が多くなる程、焼成工程の低コスト化や取り扱い性の向上等が図られ、製造コストが安価になる。さらに、フィラメント数の多い安価な強化繊維糸条を用い、強化繊維糸条の直径に対して密度が相対的に低い強化繊維織物を製造できれば、安価な強化繊維織物が得られる。
【０００４】
そこで、密度が相対的に低い強化繊維織物を製造する技術が多数提案されている。
例えば、特許文献１には、強化繊維束を張力下で走行させながら、その走行方向に運動する往復運動体又は回転体により叩き、走行方向に対して垂直方向に、所定の振幅および振動数で強制振動させた後、ローラ表面などの曲面に押し当てて強化繊維束を開繊する方法が開示されている。
特許文献２には、強化繊維束を張力下で走行させながら、ローラ表面などの曲面に押し当てて強化繊維束を開繊する際に、強化繊維束に熱風を吹き付ける、強化繊維束を熱板に接触させて吸引するなどして、強化繊維束からサイジング剤を除去し、強化繊維束の開繊を促進する方法が開示されている。
特許文献３には、強化繊維束の走行路に周面が接触するように配された一対のローラのうち少なくとも一方のローラを、その回転軸方向（すなわち、強化繊維束の走行方向と直交する方向）に振動させると共に、強化繊維束に周期的に張力変動を与える強化繊維束の拡幅方法が開示されている。この方法によれば、強化繊維束に周期的に張力変動が与えられるので、強化繊維束は張力が低い時に拡幅効率が高まり、張力が高い時に繊維の配向が高まって、強化繊維束の拡幅効果が促進される。
特許文献４には、ウォータージェットを利用した強化繊維織物の開繊方法が開示されている。すなわち、強化繊維織物に対して複数個のノズル孔から水を所定方向に噴射し、その打力により強化繊維織物の経糸および緯糸を開繊する開繊方法が開示されている。
特許文献５、６には、超音波を利用して強化繊維織物を開繊させる強化繊維織物の開繊装置が開示されている。すなわち、特許文献５には、水容器内に水没状態で超音波発振器を配し、さらに同発振器に対向するように水中にガイド板を配した強化繊維織物の開繊装置が開示されている。また、特許文献６には、特許文献５に記載の装置のガイド板に変えて、強化繊維織物と同期して回転する金属ベルトを採用し、さらに強化繊維織物に対して負荷装置により一定の張力をかけながら移送する強化繊維織物の開繊装置が開示されている。
特許文献７には、鋼球の叩打力を利用して強化繊維織物を開繊・偏平化する強化繊維織物の開繊装置およびこの装置を用いた強化繊維織物の製造方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−２７５４３８号公報
【特許文献２】
特開昭６２−１８４１７２号公報
【特許文献３】
特開平２―３６２３６号公報
【特許文献４】
特開平４―２８１０３７号公報
【特許文献５】
特開平３−２０３３５号公報
【特許文献６】
特開平７−１４５５５６号公報
【特許文献７】
特開２０００−２２６７６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献４、５、７に記載の方法に基づいて強化繊維織物に対して連続的な開繊処理を行うと、製織時に発生する織り縮み等に起因した経糸張力ムラによって布目曲がりが発生することがあり、安定して連続的な開繊処理を行うことが困難であった。強化繊維織物に布目曲がりが発生すると、その物性が十分に発揮されないばかりでなく、強化繊維本来の強度特性が十分に発揮されず、信頼性の低いものとなってしまう。また、強化繊維織物に布目曲がりが発生し不均一化すると、ＦＲＰとした際に十分な強度が得られないことに加えて表面平滑性にも欠けたものとなり、好ましくない。
この問題は特に、一般のシャトル織機やレピア織機により製織された相対的に目付けの低い織物において顕著である。相対的に目付けの低い織物では、経糸と緯糸との間に形成される空隙部が大きいため、クリンプが発生しやすい。そのため、もともと布目曲がりが発生しやすいと共に、繊維密度が不均一になりやすく、表面平滑性に欠け、機械的強度特性が十分に発揮されない傾向にある。それ故、相対的に目付けの低い織物を拡幅・偏平化しようとしても、経糸張力ムラが増幅されて布目曲がりが発生しやすい。
なお、かかる問題は、開繊・偏平化する前の織物の経糸が均一な張力で織られている場合には生じないが、実際には経糸の張力を全く同一にして織り上げることは極めて困難である。
また、以上の問題は、強化繊維糸条として相対的に高い番手の繊維を用いた単位面積当たりの質量が相対的に低い織物に顕著である。そのため、特に、相対的に高い番手の強化繊維糸条からなる織物を開繊して均一化する技術が求められる。
【０００７】
また、特許文献４〜６に記載の強化繊維織物の開繊装置では、強化繊維織物に対して水を噴射させたり、水中で超音波を作用させるため、開繊装置を通過した後の織物を乾燥させるなどの必要がある。そのため、強化繊維織物の製造効率が低下すると共に、強化繊維織物の製造装置には、開繊装置の他、乾燥手段等も必要となるため、製造装置が大型化するという不都合がある。
【０００８】
そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、強化繊維織物を構成する繊維糸条の種類（番手）や強化繊維織物の目付け等に関係なく、布目曲がりを抑制しつつ、経糸および緯糸を均一に且つ十分に開繊することができると共に、乾燥等の後処理を必要としない強化繊維織物の開繊装置、および該装置を用いた強化繊維織物の製造装置、並びに強化繊維織物の製造方法を提供することを目的とする。また、経糸および緯糸が均一に且つ十分に開繊され、布目曲がりが少なく、表面平滑性に優れ、高い強度特性を有する強化繊維織物を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するべく検討を行った結果、以下の強化繊維織物の製造方法を発明するに到った。
すなわち、本願発明は、経糸および緯糸が強化繊維糸条からなる強化繊維織物の製造方法において、強化繊維織物に付着しているサイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となる温度で強化繊維織物を加熱しながら、あるいは加熱した後、強化繊維織物を少なくとも一方の面側から間欠的に叩打して開繊する工程を有することを特徴とする。
以下は、本願発明に好ましく用いられる装置等である。
【００１０】
本発明の強化繊維織物の開繊装置は、経糸および緯糸が強化繊維糸条からなる強化繊維織物の開繊装置において、強化繊維織物を少なくとも一方の面側から間欠的に叩打する叩打手段と、強化繊維織物を叩打する際に、あるいは叩打する前に、強化繊維織物に付着しているサイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となる温度で強化繊維織物を加熱する加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
前記叩打手段としては、強化繊維織物を叩打する叩打物と、該叩打物を移動させて強化繊維織物に打ち付ける叩打物移動手段と、強化繊維織物を介して前記叩打物に対向配置され、前記叩打物により叩打される強化繊維織物を支持する支持材とを備えたものが好適である。ここで、前記叩打物移動手段としては、前記叩打物に強化繊維織物の面に対して垂直方向の振動を与える加振手段が挙げられる。この場合、前記叩打手段による加振力が１．１〜５Ｇであることが好ましい。また、前記叩打物はこれを保持するホルダ内に、少なくとも強化繊維織物の面に対して垂直方向の動きを拘束されることなく収容されていることが好ましい。また、強化繊維織物が前記叩打手段内を走行する時間の１０〜３０％の時間、前記叩打手段による強化繊維織物の叩打が停止されるように構成されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の強化繊維織物の製造装置は、上記の本発明の強化繊維織物の開繊装置を備えたことを特徴とする。
【００１４】
以上の強化繊維織物の製造方法によれば、経糸および緯糸が強化繊維糸条からなり、布厚みが０．０７〜０．３６ｍｍ、布目曲がりが３％以下、表面粗さが０．１ｍｍ以下である強化繊維織物を提供することができる。
なお、本明細書における「布厚み」、「布目曲がり」、「表面粗さ」の評価方
法については、「実施例」の項において後述する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図１、図２に基づいて、本発明に係る実施形態の強化繊維織物の製造装置およびこの装置を用いた強化繊維織物の製造方法について説明する。図１は、本実施形態の製造装置の全体構成を示す概略図であり、図２は、後記する叩打手段を拡大して示す斜視図である。なお、図２においては、後記する加振源については図示を省略してある。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の強化繊維織物の製造装置１０は、強化繊維糸条から強化繊維織物６０を製織する製織装置２０と、該装置により製織された強化繊維織物を開繊する開繊装置３０と、該装置により開繊された強化繊維織物を巻取る巻取りローラ（引取り手段）５０とから概略構成されており、特に開繊装置３０の構成が特徴的なものとなっている。
【００１７】
製織装置２０により製織される強化繊維織物６０の構造は、経糸および緯糸が強化繊維糸条からなる織物であれば特に限定されない。織り組織としては、平織り組織が好適であるが、綾織りや朱子織り組織等であっても良い。また、通常は経糸および緯糸としてフィラメント数および繊度が等しい糸条を使用するが、フィラメント数および繊度の異なる複数の糸条を織り込んだものであっても良い。
本実施形態は、いかなる糸条を用いた強化繊維織物に対しても有効であるが、特に、従来技術では製織時の経糸張力ムラに起因する布目曲がりが発生しやすかった相対的に高い番手の繊維を用いた単位面積当たりの質量が相対的に低い強化繊維織物に対して有効である。具体的には、経糸および緯糸が、繊度１，６５０〜１９，０００ｄＴｅｘ、フィラメント数３，０００〜２４，０００本の実質的に撚りのない強化繊維糸条からなり、繊維密度が８本／２．５４ｃｍ以下の強化繊維織物に対して有効である。
また、強化繊維糸条として炭素繊維糸条を用いる場合には、本実施形態は特に、繊度が１，６５０〜１６，５００ｄＴｅｘ、フィラメント数３，０００〜２４，０００本の炭素繊維糸条からなる強化繊維織物に対して有効である。なお、炭素繊維糸条を用いる場合には、生産性等を考慮すれば、織物目付けが８０〜４００ｇ／ｍ２となるように製織することが好ましい。但し、織物目付けが４００ｇ／ｍ２超であっても十分な開繊効果が得られ、特に問題はない。また、炭素繊維糸条を用いる場合には、引張強度が３００〜７００ｋｇ／ｍｍ２、弾性率が２０〜５０×１０３ｋｇ／ｍｍ２、サイジング剤付着量が０．４〜２質量％の範囲となるように製織することが好ましい。
製織装置２０により製織された強化繊維織物６０は、張力調整ロール（張力印加手段）４０を介して開繊装置３０に連続的に供給される。張力調整ロール４０は例えば複数のローラからなり、強化繊維織物６０に張力を印加すると共に、印加する張力を調整する機能を有する。
【００１８】
開繊装置３０は、張力調整ロール４０によって張力を印加された強化繊維織物６０を下面側から間欠的に叩打する叩打手段３１と、叩打手段３１内を走行する強化繊維織物６０を所定の温度で加熱する加熱炉（加熱手段）３６と、叩打手段３１により叩打された強化繊維織物６０を加圧および加熱するニップローラ３７とから構成されている。
【００１９】
図１、図２に示すように、叩打手段３１は、強化繊維織物６０を叩打する鋼球からなる多数の叩打物３２と、これら多数の叩打物３２を保持するホルダ３３と、多数の叩打物３２をホルダ３３ごと振動させる加振手段（叩打物移動手段）３４と、強化繊維織物６０を介して多数の叩打物３２に対向配置され、叩打物３２により叩打される強化繊維織物６０を支持する剛板（支持材）３５とから構成されている。
【００２０】
ホルダ３３は平板に叩打物３２の個数に対応して多数の孔部３３ａが形成されたもので、各孔部３３ａ内に、少なくとも強化繊維織物６０の面に対して垂直方向の動きを拘束されることなく叩打物３２が収容されている。また、叩打物３２の径は孔部３３ａの深さよりも大きく設定されており、叩打物３２はその一部がホルダ３３の上面よりも突出するように収容されている。
叩打物３２の配列については特に限定されないが、単位面積により多くの叩打物３２を配置できることから、図３に示すような千鳥配列等が好ましい。図３は叩打物３２を配列した状態を強化繊維織物側から見た時の平面図である。
【００２１】
加振手段３４は、ホルダ３３の下面側に配置された加振テーブル３４ａと、加振テーブル３４ａに強化繊維織物６０の面に対して垂直方向の振動を与える加振源３４ｂとから構成されている。そして、本実施形態では、加振源３４ｂによって加振テーブル３４ａを振動させることによって、その上に載置されたホルダ３３およびホルダ３３に収容された各叩打物３２に強化繊維織物６０の面に対して垂直方向の振動を与え、これによって各叩打物３２を強化繊維織物６０に打ち付けて叩打するようになっている。
ここで、各叩打物３２は、ホルダ３３内に少なくとも強化繊維織物６０の面に対して垂直方向の動きを拘束されることなく収容されているので、ホルダ３３に振動が付与されると、各叩打物３２にはホルダ３３から離れようとする力が作用する。また、叩打物３２により叩打される強化繊維織物６０は剛板３５によって支持されるので、叩打物３２が強化繊維織物６０を介して剛板３５に衝突する際の衝撃力も強化繊維織物６０に作用する。これらの作用が相俟って強化繊維織物６０に対して強い叩打力が作用し、強化繊維織物６０を開繊させることができる。
【００２２】
叩打物３２の直径は特に限定されないが、４〜８ｍｍが好ましい。叩打物３２の径が８ｍｍ超では、叩打物３２の配列ピッチが大きくなり、強化繊維織物６０に対する叩打物３２の衝突間隔が大きくなるため、開繊が十分に行われない恐れがある。また、叩打物３２の径が４ｍｍ未満では、叩打物３２の質量が小さくなり、叩打物３２から強化繊維織物６０に作用する力が小さくなるため、開繊が十分に行われない恐れがある。
なお、叩打物３２の形状は球状に限らず、角部が強化繊維織物６０と接触しなければいかなる形状であっても良い。球状以外の例としては、立方体の角に丸みをつけた形状が挙げられる。かかる形状の叩打物３２を用いる場合には、球状と同じく、中心から外周部までの距離の最大値を４〜８ｍｍとすることが好ましい。また、その他の例としては、円柱状（楕円柱状を含む）、円錐台状、多角柱の側面すべての角に丸みをつけた形状が挙げられる。かかる形状の叩打物３２を用いる場合には、その最大径を４〜８ｍｍとすることが好ましい。なお、柱状や錐台状の叩打物３２を用いる場合には、さらにその表面に直径４〜８ｍｍ程度の突起物を有するものを用いても良い。また、形状や大きさの異なる複数種類の叩打物３２を併用することも差し支えない。
但し、叩打物３２を回動自在にホルダ３３内に収容することが好ましい。かかる構成とすることにより、強化繊維織物６０の走行に応じて叩打物３２が回動するため、強化繊維織物６０に対する摩擦力を低減し、強化繊維織物６０が損傷されることを防止することができる。
【００２３】
加振源３４ｂによって加振テーブル３４ａに与えられる加振力は１．１〜５Ｇに調整することが好ましく、１．１〜２Ｇに調整することが特に好ましい。加振力が１．１Ｇ未満では、強化繊維織物６０に対して作用する力が小さくなりすぎ、開繊が十分に行われない恐れがあり、加振力が５Ｇ超では、強化繊維織物６０に対して作用する力が大きくなりすぎ、織物に毛羽が発生しやすくなる。なお、巻取りローラ５０による巻取り速度を上げることにより、毛羽発生を抑制することができるが、開繊が不均一となる恐れがあるため、好ましくない。
【００２４】
強化繊維織物６０を製織する際には、経糸張力が極力揃うように制御するが、織り縮み等により、経糸張力を完全に均一化することはできない。そのため、強化繊維織物６０を連続的に叩打すると、製織時に発生した経糸張力ムラが増幅され、布目曲がりが発生することがある。しかしながら、本実施形態では、強化繊維織物６０を連続的に走行させながら、叩打手段３１により強化繊維織物６０を間欠的に叩打する構成を採用しているので、叩打を停止している間に経糸張力ムラの増幅が抑制され、連続運転を行っても、布目曲がりが著しく抑制される。
ここで、強化繊維織物６０が叩打手段３１内を走行する時間の１０〜３０％の時間、叩打手段３１による強化繊維織物６０の叩打が停止されるように構成することが好ましい。叩打の停止時間が叩打手段３１内を走行する時間の１０％未満では、経糸張力ムラの増幅が十分に抑制されず、布目曲がりが発生する恐れがあり、叩打の停止時間が叩打手段３１内を走行する時間の３０％超では、開繊が必要以上に停止され、開繊効率が低下するため、好ましくない。
【００２５】
また、張力調整ロール４０を調整し、叩打手段３１内を走行する強化繊維織物６０にかかる張力を０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘ以下に設定することが好ましい。強化繊維織物６０にかかる張力が０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘ超では、経糸に張力がかかりすぎ、織り組織が過剰に拘束されるため、強化繊維織物６０を叩打しても、十分に開繊されない恐れがある。
【００２６】
本実施形態では、叩打手段３１の加振源３４ｂを除くすべての要素が加熱炉３６内に収容されており、強化繊維織物６０を所定の温度で加熱しながら叩打できるようになっている。加熱方法としては、赤外線加熱、熱風加熱、ヒーター加熱等が挙げられる。
強化繊維織物６０はこれを構成する繊維糸条がサイジング剤によって相互に結合された構造になっているが、強化繊維織物６０を加熱してサイジング剤を軟化させ、その粘度を調整することが好ましい。具体的には、強化繊維織物６０に付着しているサイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となる温度で加熱することが好ましい。サイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ超では、フィラメント間の結束力が強すぎ、十分に開繊を行うには叩打力を増大させる必要があり、場合によっては加振力を５Ｇより大きくする必要がある。上述したように、加振力が５Ｇより大きくなると、織物に毛羽が発生しやすくなるため、好ましくない。
加熱温度はサイジング剤の種類等に応じて適宜設定されるが、１８０℃以下とすることが好ましい。加熱温度が１８０℃超では、サイジング剤が軟化してフィラメント間の結合力が弱まり開繊しやすくなるが、小さな叩打力でも織物に毛羽が発生しやすくなり、十分な開繊を行うのに必要な力がかけられなくなる恐れがある。
なお、強化繊維織物６０は加熱炉３６およびニップロール３７を通過した後、自然冷却され、加熱によって軟化したサイジング剤は、再び固化する。これによって、糸条が安定化され、織物形態が保持される。
【００２７】
本実施形態では、開繊された強化繊維織物６０の形態を保持するため、叩打手段３１の下流側にニップローラ３７が配置されている。ニップローラ３７としては強化繊維織物６０を加圧および加熱することができるものであれば特に限定されないが、金属ローラとゴムローラとからなるものが好ましい。一方のローラを柔軟なゴムローラにより構成することにより、強化繊維織物６０に対して過剰な力がかかることを防止し、製織時の織り縮みによる経糸張力ムラに起因する布目曲がりの発生を抑制しつつ、強化繊維織物６０の形態保持効果を得ることができる。また、ゴムローラとしては、ダイヤモンド状など、経糸が適度にニップされない形状のものが好ましい。フラットローラでは、柔軟なゴムローラを用いても、強化繊維織物６０に対して過剰な力がかかり、製織時の織り縮みによる経糸張力ムラに起因する布目曲がりが発生する恐れがある。
【００２８】
巻取りローラ５０による強化繊維織物６０の巻取り速度（すなわち叩打手段３１内を走行する際の強化繊維織物６０の走行速度）は、０．５〜４．０ｍ／分に設定されていることが好ましい。巻取り速度が０．５ｍ／分未満では、叩打物３２の強化繊維織物６０に対する衝突回数が多くなりすぎ、織物に毛羽が発生しやすくなり、４ｍ／分超では、叩打物３２の強化繊維織物６０に対する衝突回数が少なくなるため、開繊が十分に行われない恐れがある。
また、強化繊維織物６０を、０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘ以下の張力で巻取ることが好ましい。０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘ超の張力で巻取った場合には、製織時の織り縮みによる経糸張力ムラや巻き締まりに起因して布目曲がりが発生する恐れがある。
【００２９】
本実施形態の強化繊維織物の製造装置１０（開繊装置３０）および強化繊維織物の製造方法では、叩打手段３１により強化繊維織物６０を間欠的に叩打することにより、強化繊維織物６０を開繊する構成を採用しているので、上述したように、叩打を停止している間に経糸張力ムラの増幅が抑制され、連続運転を行っても、布目曲がりが著しく抑制される。すなわち、本実施形態によれば、強化繊維織物を構成する繊維糸条の種類（番手）や強化繊維織物の目付け等に関係なく、布目曲がりを抑制しつつ、経糸および緯糸を均一に且つ十分に開繊することができる。そして、経糸および緯糸が均一に且つ十分に開繊され、布目曲がりが少なく、表面平滑性に優れた強化繊維織物を連続的に提供することができる。具体的には、布厚みが０．０７〜０．３６ｍｍ、布目曲がりが３％以下、表面粗さが０．１ｍｍ以下の強化繊維織物を提供することができる。また、本実施形態により得られる強化繊維織物は布目曲がりが抑制されたものであるので、表面平滑性に優れる他、強化繊維本来の強度特性を十分に発揮でき、強度特性に優れたものとなる。そして、このような強化繊維織物を用いることにより、表面平滑性に優れると共に強度特性に優れたＦＲＰを製造することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、強化繊維織物６０を叩打する際に、強化繊維織物６０に付着しているサイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となる温度で加熱する構成を採用しているので、サイジング剤の存在によって強化繊維織物６０が過剰に拘束されることを防止し、良好に開繊処理を施すことができる。なお、強化繊維織物６０を叩打する際に、強化繊維織物６０を加熱する代わりに、あらかじめ強化繊維織物６０を所定の温度で加熱してから叩打するように構成しても良い。また、強化繊維織物６０を加熱する加熱手段の構造も、加熱炉に限定されず、適宜設計できる。
【００３１】
また、本実施形態では強化繊維織物６０を機械的に開繊する構成を採用しているので、超音波やウォータージェットを利用した従来技術と異なり、強化繊維織物６０が水に濡れることがない。そのため、乾燥等の後処理を必要とせず、製造効率が低下し、製造装置が大型化することが必要ないので、好適である。
【００３２】
なお、本実施形態では、加振手段３４により叩打物３２を強化繊維織物６０に対して打ち付ける構成を採用したが、叩打物３２を移動させ強化繊維織物６０に打ち付けることができれば、いかなる叩打物移動手段を採用しても良い。また、本実施形態では、叩打物３２を強化繊維織物６０の一方の面側から叩打する構成としたが、両面側から叩打するように構成しても良い。叩打物３２を強化繊維織物６０に対して打ち付ける方向も、強化繊維織物６０の面に対して垂直方向に限らず適宜設計できる。
また、本実施形態では、開繊装置３０を製織装置２０の下流側に配置し、製織済みの織物を巻返して開繊処理を施す場合について説明したが、本発明は、開繊装置を製織装置内に配置し、製織を完了するまでの間に開繊を施す場合にも適用できる。
【００３３】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例および比較例について説明する。
いずれの例においても、上記実施形態と同様の開繊装置を用い、開繊条件を変える以外は同一条件として、強化繊維織物に対して開繊処理を施した。
強化繊維織物としては、繊度８，０００ｄＴｅｘ、フィラメント数１２，０００本、糸幅４．５ｍｍ、サイジング剤付着量が１．２質量％である炭素繊維糸条（三菱レイヨン（株）パイロフィルＴＲ５０Ｓ−１２Ｋ）を経糸および緯糸として製織機により製織したものを用いた。経糸および緯糸の密度は３．１７５本／２．５４ｃｍ、目付けは２００ｇ／ｍ２、布厚みは０．３７ｍｍ、織り組織は平織り組織とした。
サイジング剤としては、エポキシ樹脂８０質量部と硬化ひまし油２０質量部とを混合したものを用いた。また、用いたサイジング剤の加熱温度と粘度の関係を測定したので、その結果を図４に示す。
【００３４】
（評価項目および評価方法）
開繊処理後の強化繊維織物に対して以下の評価を行った。
＜糸幅＞
最小０．１ｍｍまで測定できる長さ計を用いて測定した。
＜布厚み＞
開繊処理後の強化繊維織物の布厚みをＪＩＳ Ｒ７６０２に準拠して測定した。
＜布目曲がり＞
開繊処理後の強化繊維織物の布目曲がりをＪＩＳ Ｌ１０９６−１９９９に準拠して測定した。
図５（ａ）〜（ｃ）に布目曲がりの例を模式的に示し、測定方法について簡単に説明する。
織物の一方の耳端の任意の点Ａから、そこを起点とする横糸の糸条に沿って、その横糸の他方の耳端側の点Ｂまで線を引く。次に、点Ａから耳端に対して垂直方向に直線を引き、他方の耳端と交わる点をＣとする。ＡＣ間の距離ａ（ｃｍ）と、ＡＣ間における横糸の最大斜行距離ｂ（ｃｍ）とを測定し、これらの値から次式に基づいて布目曲がりを求める。異なる３ヶ所の布目曲がりを測定し、その平均値を求める。
布目曲がり（Ｄｂ）（％）＝ｂ／ａ×１００
＜表面粗さ＞
開繊処理後の強化繊維織物の表面粗さを、表面粗さ計（型式サーフコム１５００Ａ、東京精密製）を用いて評価した、異なる３ヶ所について測定を行い、その平均値を表面粗さとした。
＜毛羽発生＞
開繊処理後の強化繊維織物を目視観察し、毛羽発生の有無を評価した。
【００３５】
（実施例１）
開繊装置を構成する叩打物としては直径８ｍｍの１０３６０個の鋼球を用い、図３に示したように千鳥状に配列した。加振テーブルを９秒間振動させた後、２秒間停止させるサイクルを繰り返し、強化繊維織物に対して叩打手段により間欠的に叩打を行った。加振力は４Ｇとした。
なお、開繊装置（叩打手段）に供給される直前の強化繊維織物の張力（開繊処理時の張力）をダンサーローラにより０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘに調節し、叩打手段内を走行する強化繊維織物の走行速度（処理速度）を４ｍ／分に設定した。強化繊維織物の加熱温度は１５０℃とし、付着しているサイジング剤の粘度を０．１Ｐａ・ｓ以下の６．０×１０−２Ｐａ・ｓ程度に調整した（図４参照）。また、開繊処理後の強化繊維織物を０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘの張力（巻取り張力）で巻取った。
【００３６】
（実施例２）
叩打物の直径を５ｍｍ、処理速度を３ｍ/分とした以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
（実施例３）
加振力を２Ｇ、処理速度を１.５ｍ/分とした以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
（実施例４）
叩打物の直径を５ｍｍ、加振力を１．１Ｇ、処理速度を１ｍ/分とした以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
（比較例１）
叩打物の振動を停止せず、強化繊維織物に対して叩打手段により連続的に叩打を行った以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
（比較例２）
加熱温度を６０℃とし、付着しているサイジング剤の粘度を０．１Ｐａ・ｓ超の３Ｐａ・ｓ程度に調整した（図４参照）以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
【００３７】
（結果）
各実施例、比較例における開繊条件および評価結果を表１、表２に示す。
表１、表２に示すように、強化繊維織物を１５０℃で加熱し、付着しているサイジング剤の粘度を０．１Ｐａ・ｓ以下に調整した状態で、強化繊維織物に対して間欠的に叩打を行った実施例１〜４では、糸幅が７．７〜７．９ｍｍに拡幅され、布厚みが０．１８〜０．２０ｍｍと小さく偏平化されており、良好に開繊されていることが確認された。さらに、得られた織物は、布目曲がりが１．１〜１．９％と小さく、毛羽発生もなく、表面粗さが０．０５〜０．０９ｍｍと小さく、表面平滑性に優れ、良好な外観を呈するものであった。
【００３８】
これに対して、強化繊維織物に対して連続的に叩打を行った比較例１では、得られた織物は、糸幅が７．９ｍｍに拡幅され、毛羽発生もなかった。しかしながら、布目曲がりが１１．３％と実施例１〜４に比較して著しく大きく、緯糸が曲がってしまい、布厚みが０．１８〜０．３２ｍｍと厚みムラが発生した。また、布目曲がりが大きかったため、表面粗さも０．１４ｍｍと大きく、表面平滑性に欠けた、外観が不良なものであった。
また、強化繊維織物に対して間欠的に叩打を行ったが、加熱温度を６０℃とし、付着しているサイジング剤の粘度を０．１Ｐａ・ｓ超とした比較例２では、得られた織物は、布目曲がり１．５％と小さく、毛羽発生もなかった。しかしながら、糸幅は６．３ｍｍまでしか拡幅されず、布厚みは０．３０ｍｍと大きく十分に偏平化されておらず、十分に開繊されていなかった。また、開繊も不均一であったため、表面粗さが０．１５ｍｍと大きく、表面平滑性に欠けた、外観が不良なものであった。これは、サイジング剤が十分に軟化しておらず、織物を過剰に拘束してしまったためと考えられる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、強化繊維織物を構成する繊維糸条の種類（番手）や強化繊維織物の目付け等に関係なく、布目曲がりを抑制しつつ、経糸および緯糸を均一に且つ十分に開繊することができると共に、乾燥等の後処理を必要としない強化繊維織物の開繊装置、および該装置を用いた強化繊維織物の製造装置、並びに強化繊維織物の製造方法を提供することができる。また、これらの装置や製造方法を用いることにより、経糸および緯糸が均一に且つ十分に開繊され、布目曲がりが少なく、表面平滑性に優れ、高い強度特性を有する強化繊維織物を連続的に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る実施形態の強化繊維織物の製造装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】 図２は、本発明に係る実施形態の強化繊維織物の製造装置に備えられた叩打手段を拡大して示す斜視図である。
【図３】 図３は、本発明に係る実施形態の強化繊維織物の製造装置に備えられた叩打物の好適な配列状態を示す平面図である。
【図４】 図４は、本発明に係る実施例および比較例において用いたサイジング剤の加熱温度と粘度の関係を示すグラフである。
【図５】 図５（ａ）〜（ｃ）は、布目曲がりの測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 強化繊維織物の製造装置
２０ 製織装置
３０ 強化繊維織物の開繊装置
３１ 叩打手段
３２ 叩打物
３３ ホルダ
３４ 加振手段（叩打物移動手段）
３５ 剛板（支持材）
３６ 加熱炉（加熱手段）
３７ ニップローラ
４０ 張力調整ロール（張力印加手段）
６０ 強化繊維織物
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化繊維織物の開繊装置、強化繊維織物の製造装置、強化繊維織物の製造方法、並びに強化繊維織物に係り、特に、強化繊維織物を構成する繊維糸条の種類（番手）や強化繊維織物の目付け等に関係なく、布目曲がりを抑制しつつ、経糸および緯糸を均一に且つ十分に開繊することができる開繊技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
強化繊維と熱硬化性樹脂とからなる繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、軽量で優れた機械特性を有することから、釣竿、ゴルフシャフト等のスポーツレジャー用部材、航空機、自動車、船舶、建築物等の部材として広く用いられている。
ＦＲＰは、例えば、熱硬化性樹脂を、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等からなる強化繊維織物に含浸させ、半硬化状態としたシート状等のプリプレグを用いて製造されている。
【０００３】
一般に、強化繊維糸条はフィラメント数が多くなる程、焼成工程の低コスト化や取り扱い性の向上等が図られ、製造コストが安価になる。さらに、フィラメント数の多い安価な強化繊維糸条を用い、強化繊維糸条の直径に対して密度が相対的に低い強化繊維織物を製造できれば、安価な強化繊維織物が得られる。
【０００４】
そこで、密度が相対的に低い強化繊維織物を製造する技術が多数提案されている。
例えば、特許文献１には、強化繊維束を張力下で走行させながら、その走行方向に運動する往復運動体又は回転体により叩き、走行方向に対して垂直方向に、所定の振幅および振動数で強制振動させた後、ローラ表面などの曲面に押し当てて強化繊維束を開繊する方法が開示されている。
特許文献２には、強化繊維束を張力下で走行させながら、ローラ表面などの曲面に押し当てて強化繊維束を開繊する際に、強化繊維束に熱風を吹き付ける、強化繊維束を熱板に接触させて吸引するなどして、強化繊維束からサイジング剤を除去し、強化繊維束の開繊を促進する方法が開示されている。
特許文献３には、強化繊維束の走行路に周面が接触するように配された一対のローラのうち少なくとも一方のローラを、その回転軸方向（すなわち、強化繊維束の走行方向と直交する方向）に振動させると共に、強化繊維束に周期的に張力変動を与える強化繊維束の拡幅方法が開示されている。この方法によれば、強化繊維束に周期的に張力変動が与えられるので、強化繊維束は張力が低い時に拡幅効率が高まり、張力が高い時に繊維の配向が高まって、強化繊維束の拡幅効果が促進される。
特許文献４には、ウォータージェットを利用した強化繊維織物の開繊方法が開示されている。すなわち、強化繊維織物に対して複数個のノズル孔から水を所定方向に噴射し、その打力により強化繊維織物の経糸および緯糸を開繊する開繊方法が開示されている。
特許文献５、６には、超音波を利用して強化繊維織物を開繊させる強化繊維織物の開繊装置が開示されている。すなわち、特許文献５には、水容器内に水没状態で超音波発振器を配し、さらに同発振器に対向するように水中にガイド板を配した強化繊維織物の開繊装置が開示されている。また、特許文献６には、特許文献５に記載の装置のガイド板に変えて、強化繊維織物と同期して回転する金属ベルトを採用し、さらに強化繊維織物に対して負荷装置により一定の張力をかけながら移送する強化繊維織物の開繊装置が開示されている。
特許文献７には、鋼球の叩打力を利用して強化繊維織物を開繊・偏平化する強化繊維織物の開繊装置およびこの装置を用いた強化繊維織物の製造方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６１−２７５４３８号公報
【特許文献２】
特開昭６２−１８４１７２号公報
【特許文献３】
特開平２―３６２３６号公報
【特許文献４】
特開平４―２８１０３７号公報
【特許文献５】
特開平３−２０３３５号公報
【特許文献６】
特開平７−１４５５５６号公報
【特許文献７】
特開２０００−２２６７６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献４、５、７に記載の方法に基づいて強化繊維織物に対して連続的な開繊処理を行うと、製織時に発生する織り縮み等に起因した経糸張力ムラによって布目曲がりが発生することがあり、安定して連続的な開繊処理を行うことが困難であった。強化繊維織物に布目曲がりが発生すると、その物性が十分に発揮されないばかりでなく、強化繊維本来の強度特性が十分に発揮されず、信頼性の低いものとなってしまう。また、強化繊維織物に布目曲がりが発生し不均一化すると、ＦＲＰとした際に十分な強度が得られないことに加えて表面平滑性にも欠けたものとなり、好ましくない。
この問題は特に、一般のシャトル織機やレピア織機により製織された相対的に目付けの低い織物において顕著である。相対的に目付けの低い織物では、経糸と緯糸との間に形成される空隙部が大きいため、クリンプが発生しやすい。そのため、もともと布目曲がりが発生しやすいと共に、繊維密度が不均一になりやすく、表面平滑性に欠け、機械的強度特性が十分に発揮されない傾向にある。それ故、相対的に目付けの低い織物を拡幅・偏平化しようとしても、経糸張力ムラが増幅されて布目曲がりが発生しやすい。
なお、かかる問題は、開繊・偏平化する前の織物の経糸が均一な張力で織られている場合には生じないが、実際には経糸の張力を全く同一にして織り上げることは極めて困難である。
また、以上の問題は、強化繊維糸条として相対的に高い番手の繊維を用いた単位面積当たりの質量が相対的に低い織物に顕著である。そのため、特に、相対的に高い番手の強化繊維糸条からなる織物を開繊して均一化する技術が求められる。
【０００７】
また、特許文献４〜６に記載の強化繊維織物の開繊装置では、強化繊維織物に対して水を噴射させたり、水中で超音波を作用させるため、開繊装置を通過した後の織物を乾燥させるなどの必要がある。そのため、強化繊維織物の製造効率が低下すると共に、強化繊維織物の製造装置には、開繊装置の他、乾燥手段等も必要となるため、製造装置が大型化するという不都合がある。
【０００８】
そこで本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、強化繊維織物を構成する繊維糸条の種類（番手）や強化繊維織物の目付け等に関係なく、布目曲がりを抑制しつつ、経糸および緯糸を均一に且つ十分に開繊することができると共に、乾燥等の後処理を必要としない強化繊維織物の開繊装置、および該装置を用いた強化繊維織物の製造装置、並びに強化繊維織物の製造方法を提供することを目的とする。また、経糸および緯糸が均一に且つ十分に開繊され、布目曲がりが少なく、表面平滑性に優れ、高い強度特性を有する強化繊維織物を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決するべく検討を行った結果、以下の強化繊維織物の製造方法を発明するに到った。
すなわち、本願発明は、経糸および緯糸が強化繊維糸条からなる強化繊維織物の製造方法において、強化繊維織物に付着しているサイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となる温度で強化繊維織物を加熱しながら、あるいは加熱した後、強化繊維織物を少なくとも一方の面側から間欠的に叩打して開繊する工程を有することを特徴とする。
以下は、本願発明に好ましく用いられる装置等である。
【００１０】
本発明の強化繊維織物の開繊装置は、経糸および緯糸が強化繊維糸条からなる強化繊維織物の開繊装置において、強化繊維織物を少なくとも一方の面側から間欠的に叩打する叩打手段と、強化繊維織物を叩打する際に、あるいは叩打する前に、強化繊維織物に付着しているサイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となる温度で強化繊維織物を加熱する加熱手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
前記叩打手段としては、強化繊維織物を叩打する叩打物と、該叩打物を移動させて強化繊維織物に打ち付ける叩打物移動手段と、強化繊維織物を介して前記叩打物に対向配置され、前記叩打物により叩打される強化繊維織物を支持する支持材とを備えたものが好適である。ここで、前記叩打物移動手段としては、前記叩打物に強化繊維織物の面に対して垂直方向の振動を与える加振手段が挙げられる。この場合、前記叩打手段による加振力が１．１〜５Ｇであることが好ましい。また、前記叩打物はこれを保持するホルダ内に、少なくとも強化繊維織物の面に対して垂直方向の動きを拘束されることなく収容されていることが好ましい。また、強化繊維織物が前記叩打手段内を走行する時間の１０〜３０％の時間、前記叩打手段による強化繊維織物の叩打が停止されるように構成されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の強化繊維織物の製造装置は、上記の本発明の強化繊維織物の開繊装置を備えたことを特徴とする。
【００１４】
以上の強化繊維織物の製造方法によれば、経糸および緯糸が強化繊維糸条からなり、布厚みが０．０７〜０．３６ｍｍ、布目曲がりが３％以下、表面粗さが０．１ｍｍ以下である強化繊維織物を提供することができる。
なお、本明細書における「布厚み」、「布目曲がり」、「表面粗さ」の評価方
法については、「実施例」の項において後述する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図１、図２に基づいて、本発明に係る実施形態の強化繊維織物の製造装置およびこの装置を用いた強化繊維織物の製造方法について説明する。図１は、本実施形態の製造装置の全体構成を示す概略図であり、図２は、後記する叩打手段を拡大して示す斜視図である。なお、図２においては、後記する加振源については図示を省略してある。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の強化繊維織物の製造装置１０は、強化繊維糸条から強化繊維織物６０を製織する製織装置２０と、該装置により製織された強化繊維織物を開繊する開繊装置３０と、該装置により開繊された強化繊維織物を巻取る巻取りローラ（引取り手段）５０とから概略構成されており、特に開繊装置３０の構成が特徴的なものとなっている。
【００１７】
製織装置２０により製織される強化繊維織物６０の構造は、経糸および緯糸が強化繊維糸条からなる織物であれば特に限定されない。織り組織としては、平織り組織が好適であるが、綾織りや朱子織り組織等であっても良い。また、通常は経糸および緯糸としてフィラメント数および繊度が等しい糸条を使用するが、フィラメント数および繊度の異なる複数の糸条を織り込んだものであっても良い。
本実施形態は、いかなる糸条を用いた強化繊維織物に対しても有効であるが、特に、従来技術では製織時の経糸張力ムラに起因する布目曲がりが発生しやすかった相対的に高い番手の繊維を用いた単位面積当たりの質量が相対的に低い強化繊維織物に対して有効である。具体的には、経糸および緯糸が、繊度１，６５０〜１９，０００ｄＴｅｘ、フィラメント数３，０００〜２４，０００本の実質的に撚りのない強化繊維糸条からなり、繊維密度が８本／２．５４ｃｍ以下の強化繊維織物に対して有効である。
また、強化繊維糸条として炭素繊維糸条を用いる場合には、本実施形態は特に、繊度が１，６５０〜１６，５００ｄＴｅｘ、フィラメント数３，０００〜２４，０００本の炭素繊維糸条からなる強化繊維織物に対して有効である。なお、炭素繊維糸条を用いる場合には、生産性等を考慮すれば、織物目付けが８０〜４００ｇ／ｍ２となるように製織することが好ましい。但し、織物目付けが４００ｇ／ｍ２超であっても十分な開繊効果が得られ、特に問題はない。また、炭素繊維糸条を用いる場合には、引張強度が３００〜７００ｋｇ／ｍｍ２、弾性率が２０〜５０×１０３ｋｇ／ｍｍ２、サイジング剤付着量が０．４〜２質量％の範囲となるように製織することが好ましい。
製織装置２０により製織された強化繊維織物６０は、張力調整ロール（張力印加手段）４０を介して開繊装置３０に連続的に供給される。張力調整ロール４０は例えば複数のローラからなり、強化繊維織物６０に張力を印加すると共に、印加する張力を調整する機能を有する。
【００１８】
開繊装置３０は、張力調整ロール４０によって張力を印加された強化繊維織物６０を下面側から間欠的に叩打する叩打手段３１と、叩打手段３１内を走行する強化繊維織物６０を所定の温度で加熱する加熱炉（加熱手段）３６と、叩打手段３１により叩打された強化繊維織物６０を加圧および加熱するニップローラ３７とから構成されている。
【００１９】
図１、図２に示すように、叩打手段３１は、強化繊維織物６０を叩打する鋼球からなる多数の叩打物３２と、これら多数の叩打物３２を保持するホルダ３３と、多数の叩打物３２をホルダ３３ごと振動させる加振手段（叩打物移動手段）３４と、強化繊維織物６０を介して多数の叩打物３２に対向配置され、叩打物３２により叩打される強化繊維織物６０を支持する剛板（支持材）３５とから構成されている。
【００２０】
ホルダ３３は平板に叩打物３２の個数に対応して多数の孔部３３ａが形成されたもので、各孔部３３ａ内に、少なくとも強化繊維織物６０の面に対して垂直方向の動きを拘束されることなく叩打物３２が収容されている。また、叩打物３２の径は孔部３３ａの深さよりも大きく設定されており、叩打物３２はその一部がホルダ３３の上面よりも突出するように収容されている。
叩打物３２の配列については特に限定されないが、単位面積により多くの叩打物３２を配置できることから、図３に示すような千鳥配列等が好ましい。図３は叩打物３２を配列した状態を強化繊維織物側から見た時の平面図である。
【００２１】
加振手段３４は、ホルダ３３の下面側に配置された加振テーブル３４ａと、加振テーブル３４ａに強化繊維織物６０の面に対して垂直方向の振動を与える加振源３４ｂとから構成されている。そして、本実施形態では、加振源３４ｂによって加振テーブル３４ａを振動させることによって、その上に載置されたホルダ３３およびホルダ３３に収容された各叩打物３２に強化繊維織物６０の面に対して垂直方向の振動を与え、これによって各叩打物３２を強化繊維織物６０に打ち付けて叩打するようになっている。
ここで、各叩打物３２は、ホルダ３３内に少なくとも強化繊維織物６０の面に対して垂直方向の動きを拘束されることなく収容されているので、ホルダ３３に振動が付与されると、各叩打物３２にはホルダ３３から離れようとする力が作用する。また、叩打物３２により叩打される強化繊維織物６０は剛板３５によって支持されるので、叩打物３２が強化繊維織物６０を介して剛板３５に衝突する際の衝撃力も強化繊維織物６０に作用する。これらの作用が相俟って強化繊維織物６０に対して強い叩打力が作用し、強化繊維織物６０を開繊させることができる。
【００２２】
叩打物３２の直径は特に限定されないが、４〜８ｍｍが好ましい。叩打物３２の径が８ｍｍ超では、叩打物３２の配列ピッチが大きくなり、強化繊維織物６０に対する叩打物３２の衝突間隔が大きくなるため、開繊が十分に行われない恐れがある。また、叩打物３２の径が４ｍｍ未満では、叩打物３２の質量が小さくなり、叩打物３２から強化繊維織物６０に作用する力が小さくなるため、開繊が十分に行われない恐れがある。
なお、叩打物３２の形状は球状に限らず、角部が強化繊維織物６０と接触しなければいかなる形状であっても良い。球状以外の例としては、立方体の角に丸みをつけた形状が挙げられる。かかる形状の叩打物３２を用いる場合には、球状と同じく、中心から外周部までの距離の最大値を４〜８ｍｍとすることが好ましい。また、その他の例としては、円柱状（楕円柱状を含む）、円錐台状、多角柱の側面すべての角に丸みをつけた形状が挙げられる。かかる形状の叩打物３２を用いる場合には、その最大径を４〜８ｍｍとすることが好ましい。なお、柱状や錐台状の叩打物３２を用いる場合には、さらにその表面に直径４〜８ｍｍ程度の突起物を有するものを用いても良い。また、形状や大きさの異なる複数種類の叩打物３２を併用することも差し支えない。
但し、叩打物３２を回動自在にホルダ３３内に収容することが好ましい。かかる構成とすることにより、強化繊維織物６０の走行に応じて叩打物３２が回動するため、強化繊維織物６０に対する摩擦力を低減し、強化繊維織物６０が損傷されることを防止することができる。
【００２３】
加振源３４ｂによって加振テーブル３４ａに与えられる加振力は１．１〜５Ｇに調整することが好ましく、１．１〜２Ｇに調整することが特に好ましい。加振力が１．１Ｇ未満では、強化繊維織物６０に対して作用する力が小さくなりすぎ、開繊が十分に行われない恐れがあり、加振力が５Ｇ超では、強化繊維織物６０に対して作用する力が大きくなりすぎ、織物に毛羽が発生しやすくなる。なお、巻取りローラ５０による巻取り速度を上げることにより、毛羽発生を抑制することができるが、開繊が不均一となる恐れがあるため、好ましくない。
【００２４】
強化繊維織物６０を製織する際には、経糸張力が極力揃うように制御するが、織り縮み等により、経糸張力を完全に均一化することはできない。そのため、強化繊維織物６０を連続的に叩打すると、製織時に発生した経糸張力ムラが増幅され、布目曲がりが発生することがある。しかしながら、本実施形態では、強化繊維織物６０を連続的に走行させながら、叩打手段３１により強化繊維織物６０を間欠的に叩打する構成を採用しているので、叩打を停止している間に経糸張力ムラの増幅が抑制され、連続運転を行っても、布目曲がりが著しく抑制される。
ここで、強化繊維織物６０が叩打手段３１内を走行する時間の１０〜３０％の時間、叩打手段３１による強化繊維織物６０の叩打が停止されるように構成することが好ましい。叩打の停止時間が叩打手段３１内を走行する時間の１０％未満では、経糸張力ムラの増幅が十分に抑制されず、布目曲がりが発生する恐れがあり、叩打の停止時間が叩打手段３１内を走行する時間の３０％超では、開繊が必要以上に停止され、開繊効率が低下するため、好ましくない。
【００２５】
また、張力調整ロール４０を調整し、叩打手段３１内を走行する強化繊維織物６０にかかる張力を０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘ以下に設定することが好ましい。強化繊維織物６０にかかる張力が０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘ超では、経糸に張力がかかりすぎ、織り組織が過剰に拘束されるため、強化繊維織物６０を叩打しても、十分に開繊されない恐れがある。
【００２６】
本実施形態では、叩打手段３１の加振源３４ｂを除くすべての要素が加熱炉３６内に収容されており、強化繊維織物６０を所定の温度で加熱しながら叩打できるようになっている。加熱方法としては、赤外線加熱、熱風加熱、ヒーター加熱等が挙げられる。
強化繊維織物６０はこれを構成する繊維糸条がサイジング剤によって相互に結合された構造になっているが、強化繊維織物６０を加熱してサイジング剤を軟化させ、その粘度を調整することが好ましい。具体的には、強化繊維織物６０に付着しているサイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となる温度で加熱することが好ましい。サイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ超では、フィラメント間の結束力が強すぎ、十分に開繊を行うには叩打力を増大させる必要があり、場合によっては加振力を５Ｇより大きくする必要がある。上述したように、加振力が５Ｇより大きくなると、織物に毛羽が発生しやすくなるため、好ましくない。
加熱温度はサイジング剤の種類等に応じて適宜設定されるが、１８０℃以下とすることが好ましい。加熱温度が１８０℃超では、サイジング剤が軟化してフィラメント間の結合力が弱まり開繊しやすくなるが、小さな叩打力でも織物に毛羽が発生しやすくなり、十分な開繊を行うのに必要な力がかけられなくなる恐れがある。
なお、強化繊維織物６０は加熱炉３６およびニップロール３７を通過した後、自然冷却され、加熱によって軟化したサイジング剤は、再び固化する。これによって、糸条が安定化され、織物形態が保持される。
【００２７】
本実施形態では、開繊された強化繊維織物６０の形態を保持するため、叩打手段３１の下流側にニップローラ３７が配置されている。ニップローラ３７としては強化繊維織物６０を加圧および加熱することができるものであれば特に限定されないが、金属ローラとゴムローラとからなるものが好ましい。一方のローラを柔軟なゴムローラにより構成することにより、強化繊維織物６０に対して過剰な力がかかることを防止し、製織時の織り縮みによる経糸張力ムラに起因する布目曲がりの発生を抑制しつつ、強化繊維織物６０の形態保持効果を得ることができる。また、ゴムローラとしては、ダイヤモンド状など、経糸が適度にニップされない形状のものが好ましい。フラットローラでは、柔軟なゴムローラを用いても、強化繊維織物６０に対して過剰な力がかかり、製織時の織り縮みによる経糸張力ムラに起因する布目曲がりが発生する恐れがある。
【００２８】
巻取りローラ５０による強化繊維織物６０の巻取り速度（すなわち叩打手段３１内を走行する際の強化繊維織物６０の走行速度）は、０．５〜４．０ｍ／分に設定されていることが好ましい。巻取り速度が０．５ｍ／分未満では、叩打物３２の強化繊維織物６０に対する衝突回数が多くなりすぎ、織物に毛羽が発生しやすくなり、４ｍ／分超では、叩打物３２の強化繊維織物６０に対する衝突回数が少なくなるため、開繊が十分に行われない恐れがある。
また、強化繊維織物６０を、０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘ以下の張力で巻取ることが好ましい。０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘ超の張力で巻取った場合には、製織時の織り縮みによる経糸張力ムラや巻き締まりに起因して布目曲がりが発生する恐れがある。
【００２９】
本実施形態の強化繊維織物の製造装置１０（開繊装置３０）および強化繊維織物の製造方法では、叩打手段３１により強化繊維織物６０を間欠的に叩打することにより、強化繊維織物６０を開繊する構成を採用しているので、上述したように、叩打を停止している間に経糸張力ムラの増幅が抑制され、連続運転を行っても、布目曲がりが著しく抑制される。すなわち、本実施形態によれば、強化繊維織物を構成する繊維糸条の種類（番手）や強化繊維織物の目付け等に関係なく、布目曲がりを抑制しつつ、経糸および緯糸を均一に且つ十分に開繊することができる。そして、経糸および緯糸が均一に且つ十分に開繊され、布目曲がりが少なく、表面平滑性に優れた強化繊維織物を連続的に提供することができる。具体的には、布厚みが０．０７〜０．３６ｍｍ、布目曲がりが３％以下、表面粗さが０．１ｍｍ以下の強化繊維織物を提供することができる。また、本実施形態により得られる強化繊維織物は布目曲がりが抑制されたものであるので、表面平滑性に優れる他、強化繊維本来の強度特性を十分に発揮でき、強度特性に優れたものとなる。そして、このような強化繊維織物を用いることにより、表面平滑性に優れると共に強度特性に優れたＦＲＰを製造することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、強化繊維織物６０を叩打する際に、強化繊維織物６０に付着しているサイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となる温度で加熱する構成を採用しているので、サイジング剤の存在によって強化繊維織物６０が過剰に拘束されることを防止し、良好に開繊処理を施すことができる。なお、強化繊維織物６０を叩打する際に、強化繊維織物６０を加熱する代わりに、あらかじめ強化繊維織物６０を所定の温度で加熱してから叩打するように構成しても良い。また、強化繊維織物６０を加熱する加熱手段の構造も、加熱炉に限定されず、適宜設計できる。
【００３１】
また、本実施形態では強化繊維織物６０を機械的に開繊する構成を採用しているので、超音波やウォータージェットを利用した従来技術と異なり、強化繊維織物６０が水に濡れることがない。そのため、乾燥等の後処理を必要とせず、製造効率が低下し、製造装置が大型化することが必要ないので、好適である。
【００３２】
なお、本実施形態では、加振手段３４により叩打物３２を強化繊維織物６０に対して打ち付ける構成を採用したが、叩打物３２を移動させ強化繊維織物６０に打ち付けることができれば、いかなる叩打物移動手段を採用しても良い。また、本実施形態では、叩打物３２を強化繊維織物６０の一方の面側から叩打する構成としたが、両面側から叩打するように構成しても良い。叩打物３２を強化繊維織物６０に対して打ち付ける方向も、強化繊維織物６０の面に対して垂直方向に限らず適宜設計できる。
また、本実施形態では、開繊装置３０を製織装置２０の下流側に配置し、製織済みの織物を巻返して開繊処理を施す場合について説明したが、本発明は、開繊装置を製織装置内に配置し、製織を完了するまでの間に開繊を施す場合にも適用できる。
【００３３】
【実施例】
次に、本発明に係る実施例および比較例について説明する。
いずれの例においても、上記実施形態と同様の開繊装置を用い、開繊条件を変える以外は同一条件として、強化繊維織物に対して開繊処理を施した。
強化繊維織物としては、繊度８，０００ｄＴｅｘ、フィラメント数１２，０００本、糸幅４．５ｍｍ、サイジング剤付着量が１．２質量％である炭素繊維糸条（三菱レイヨン（株）パイロフィルＴＲ５０Ｓ−１２Ｋ）を経糸および緯糸として製織機により製織したものを用いた。経糸および緯糸の密度は３．１７５本／２．５４ｃｍ、目付けは２００ｇ／ｍ２、布厚みは０．３７ｍｍ、織り組織は平織り組織とした。
サイジング剤としては、エポキシ樹脂８０質量部と硬化ひまし油２０質量部とを混合したものを用いた。また、用いたサイジング剤の加熱温度と粘度の関係を測定したので、その結果を図４に示す。
【００３４】
（評価項目および評価方法）
開繊処理後の強化繊維織物に対して以下の評価を行った。
＜糸幅＞
最小０．１ｍｍまで測定できる長さ計を用いて測定した。
＜布厚み＞
開繊処理後の強化繊維織物の布厚みをＪＩＳ Ｒ７６０２に準拠して測定した。
＜布目曲がり＞
開繊処理後の強化繊維織物の布目曲がりをＪＩＳ Ｌ１０９６−１９９９に準拠して測定した。
図５（ａ）〜（ｃ）に布目曲がりの例を模式的に示し、測定方法について簡単に説明する。
織物の一方の耳端の任意の点Ａから、そこを起点とする横糸の糸条に沿って、その横糸の他方の耳端側の点Ｂまで線を引く。次に、点Ａから耳端に対して垂直方向に直線を引き、他方の耳端と交わる点をＣとする。ＡＣ間の距離ａ（ｃｍ）と、ＡＣ間における横糸の最大斜行距離ｂ（ｃｍ）とを測定し、これらの値から次式に基づいて布目曲がりを求める。異なる３ヶ所の布目曲がりを測定し、その平均値を求める。
布目曲がり（Ｄｂ）（％）＝ｂ／ａ×１００
＜表面粗さ＞
開繊処理後の強化繊維織物の表面粗さを、表面粗さ計（型式サーフコム１５００Ａ、東京精密製）を用いて評価した、異なる３ヶ所について測定を行い、その平均値を表面粗さとした。
＜毛羽発生＞
開繊処理後の強化繊維織物を目視観察し、毛羽発生の有無を評価した。
【００３５】
（実施例１）
開繊装置を構成する叩打物としては直径８ｍｍの１０３６０個の鋼球を用い、図３に示したように千鳥状に配列した。加振テーブルを９秒間振動させた後、２秒間停止させるサイクルを繰り返し、強化繊維織物に対して叩打手段により間欠的に叩打を行った。加振力は４Ｇとした。
なお、開繊装置（叩打手段）に供給される直前の強化繊維織物の張力（開繊処理時の張力）をダンサーローラにより０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘに調節し、叩打手段内を走行する強化繊維織物の走行速度（処理速度）を４ｍ／分に設定した。強化繊維織物の加熱温度は１５０℃とし、付着しているサイジング剤の粘度を０．１Ｐａ・ｓ以下の６．０×１０−２Ｐａ・ｓ程度に調整した（図４参照）。また、開繊処理後の強化繊維織物を０．０４ｃＮ／ｄＴｅｘの張力（巻取り張力）で巻取った。
【００３６】
（実施例２）
叩打物の直径を５ｍｍ、処理速度を３ｍ/分とした以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
（実施例３）
加振力を２Ｇ、処理速度を１.５ｍ/分とした以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
（実施例４）
叩打物の直径を５ｍｍ、加振力を１．１Ｇ、処理速度を１ｍ/分とした以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
（比較例１）
叩打物の振動を停止せず、強化繊維織物に対して叩打手段により連続的に叩打を行った以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
（比較例２）
加熱温度を６０℃とし、付着しているサイジング剤の粘度を０．１Ｐａ・ｓ超の３Ｐａ・ｓ程度に調整した（図４参照）以外は、実施例１と同様に開繊処理を施した。
【００３７】
（結果）
各実施例、比較例における開繊条件および評価結果を表１、表２に示す。
表１、表２に示すように、強化繊維織物を１５０℃で加熱し、付着しているサイジング剤の粘度を０．１Ｐａ・ｓ以下に調整した状態で、強化繊維織物に対して間欠的に叩打を行った実施例１〜４では、糸幅が７．７〜７．９ｍｍに拡幅され、布厚みが０．１８〜０．２０ｍｍと小さく偏平化されており、良好に開繊されていることが確認された。さらに、得られた織物は、布目曲がりが１．１〜１．９％と小さく、毛羽発生もなく、表面粗さが０．０５〜０．０９ｍｍと小さく、表面平滑性に優れ、良好な外観を呈するものであった。
【００３８】
これに対して、強化繊維織物に対して連続的に叩打を行った比較例１では、得られた織物は、糸幅が７．９ｍｍに拡幅され、毛羽発生もなかった。しかしながら、布目曲がりが１１．３％と実施例１〜４に比較して著しく大きく、緯糸が曲がってしまい、布厚みが０．１８〜０．３２ｍｍと厚みムラが発生した。また、布目曲がりが大きかったため、表面粗さも０．１４ｍｍと大きく、表面平滑性に欠けた、外観が不良なものであった。
また、強化繊維織物に対して間欠的に叩打を行ったが、加熱温度を６０℃とし、付着しているサイジング剤の粘度を０．１Ｐａ・ｓ超とした比較例２では、得られた織物は、布目曲がり１．５％と小さく、毛羽発生もなかった。しかしながら、糸幅は６．３ｍｍまでしか拡幅されず、布厚みは０．３０ｍｍと大きく十分に偏平化されておらず、十分に開繊されていなかった。また、開繊も不均一であったため、表面粗さが０．１５ｍｍと大きく、表面平滑性に欠けた、外観が不良なものであった。これは、サイジング剤が十分に軟化しておらず、織物を過剰に拘束してしまったためと考えられる。
【００３９】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、強化繊維織物を構成する繊維糸条の種類（番手）や強化繊維織物の目付け等に関係なく、布目曲がりを抑制しつつ、経糸および緯糸を均一に且つ十分に開繊することができると共に、乾燥等の後処理を必要としない強化繊維織物の開繊装置、および該装置を用いた強化繊維織物の製造装置、並びに強化繊維織物の製造方法を提供することができる。また、これらの装置や製造方法を用いることにより、経糸および緯糸が均一に且つ十分に開繊され、布目曲がりが少なく、表面平滑性に優れ、高い強度特性を有する強化繊維織物を連続的に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る実施形態の強化繊維織物の製造装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】 図２は、本発明に係る実施形態の強化繊維織物の製造装置に備えられた叩打手段を拡大して示す斜視図である。
【図３】 図３は、本発明に係る実施形態の強化繊維織物の製造装置に備えられた叩打物の好適な配列状態を示す平面図である。
【図４】 図４は、本発明に係る実施例および比較例において用いたサイジング剤の加熱温度と粘度の関係を示すグラフである。
【図５】 図５（ａ）〜（ｃ）は、布目曲がりの測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ 強化繊維織物の製造装置
２０ 製織装置
３０ 強化繊維織物の開繊装置
３１ 叩打手段
３２ 叩打物
３３ ホルダ
３４ 加振手段（叩打物移動手段）
３５ 剛板（支持材）
３６ 加熱炉（加熱手段）
３７ ニップローラ
４０ 張力調整ロール（張力印加手段）
６０ 強化繊維織物
Claims (2)
- 強化繊維織物を叩打する叩打物と、該叩打物を移動させて強化繊維織物に打ち付ける叩打物移動手段とを備える叩打手段内に、経糸および緯糸がマルチフィラメントである強化繊維糸条からなる強化繊維織物を走行させて、連続的な開繊処理を行う強化繊維織物の製造方法において、
前記開繊処理は、強化繊維織物に付着しているサイジング剤の粘度が０．１Ｐａ・ｓ以下となる温度で強化繊維織物を加熱しながら、あるいは加熱した後、前記叩打物移動手段の振動と停止とを繰り返して強化繊維織物を少なくとも一方の面側から叩打し、前記叩打物移動手段の停止時間の合計は、強化繊維織物が前記叩打手段内を走行する時間の１０〜３０％の時間であることを特徴とする強化繊維織物の製造方法。 - 開繊された強化繊維織物を０．０４ｃＮ／ｄｔｅｘ以下の張力で引取る工程をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の強化繊維織物の製造方法。
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