JP4870729B2 - Fabric opening method, fabric and composite material - Google Patents
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Description
本発明は、織物の開繊方法,織物及び複合材料に関するものである。 The present invention relates to a textile opening method, a textile, and a composite material.
複数の炭素繊維フィラメントを集束剤で収束したものを経糸及び緯糸として織成して成る炭素繊維織物は、樹脂と複合化して複合材料とすることにより、軽量且つ高強度を発現することから、航空機材料の分野で幅広く利用されている。また、近年、当該分野では、強度を維持しつつ更なる軽量化の要求がある。 Carbon fiber fabrics made by weaving a plurality of carbon fiber filaments converged with a sizing agent into warps and wefts are combined with a resin to form a composite material that is lightweight and exhibits high strength. Widely used in the field. In recent years, there is a demand for further weight reduction in this field while maintaining strength.
このような軽量化の要求を達成する方法として、織物に使用される糸量(目付重量)を抑えて強度を発現させることが試みられている。 As a method of achieving such a demand for weight reduction, attempts have been made to develop strength by suppressing the amount of yarn (weight per unit area) used in the woven fabric.
しかしながら、単に目付重量を抑えるだけでは、織物に隙間が生じ、複合材料にした場合、十分な強度が発現せず、物性にもばらつきが生じる。 However, simply suppressing the weight per unit area creates gaps in the woven fabric, and when a composite material is used, sufficient strength does not develop and the physical properties also vary.
そこで、上記問題を解決する方法として、織物を構成する経糸及び緯糸を夫々開繊させる方法がある。具体的には、例えば特許文献1には、緯糸(織物の搬送方向に対して直交する糸)をエアジェット噴射により開繊させた後、搬送される織物の表面に、この織物の搬送前後方向(経糸と平行な方向)に往復動するローラ体を押圧せしめて加圧することで経糸(織物の搬送方向に対して平行になる糸)を開繊させる方法が開示されている。また、織物を水中に浸漬させ、音波等により開繊させる方法も知られている。 Therefore, as a method for solving the above problem, there is a method of opening the warp and the weft constituting the woven fabric. Specifically, for example, in Patent Document 1, after weft yarn (yarn perpendicular to the direction of fabric transport) is opened by air jet injection, the front and back direction of transport of this fabric is transferred to the surface of the fabric to be transported. A method is disclosed in which warp yarns (yarns parallel to the conveyance direction of the woven fabric) are opened by pressing and pressing a roller body that reciprocates in a direction parallel to the warp yarns. Also known is a method in which a fabric is immersed in water and opened by sound waves or the like.
しかしながら、上記特許文献1に開示される方法では、緯糸がエアジェット噴射により開繊されるため、繊維フィラメントの束(以下、繊維束または単に糸ともいう)が乱れ、また、毛羽立ちやパサつきが生じ易い、また、織物として見た場合、糸切れや目ズレが発生し易くなり、ハンドリング性が低下する。 However, in the method disclosed in Patent Document 1, since the weft yarn is opened by air jet injection, a bundle of fiber filaments (hereinafter, also referred to as a fiber bundle or simply a yarn) is disturbed, and fluffing and pattering occur. When it sees easily as a textile fabric, it becomes easy to generate | occur | produce a thread | yarn break and a misalignment, and handling property falls.
更に、経糸と緯糸の交点部分(他方の糸の下に入る部分)は、ローラ体によっては直接加圧し難く、均一に開繊し難い。 Furthermore, the intersection of the warp and weft (the part under the other yarn) is difficult to press directly depending on the roller body, and it is difficult to spread it uniformly.
しかも、ローラ体に直接押圧される緯糸の繊維が基材の搬送方向下流側に溜まり易く、この点においても均一に開繊された織物を得ることができない。 In addition, the weft fibers that are directly pressed against the roller body are likely to accumulate on the downstream side in the conveying direction of the base material, and even in this respect, it is not possible to obtain a woven fabric that is evenly spread.
また、ローラ体を用いて開繊する場合、ローラ体による押圧により緯糸が織物の搬送方向に向かって湾曲し易く、目曲がりが生じ易くなる。 Further, when the fiber body is opened using the roller body, the weft yarn is likely to bend in the direction of transport of the fabric due to the pressing by the roller body, and the bending is likely to occur.
従って、上記特許文献1に開示される方法で開繊した織物は、経糸及び緯糸が均一に開繊され難く、よって、この織物と樹脂からなる複合材料は、緯糸の配向が乱れているため十分な強度発現が得られない。 Therefore, in the woven fabric opened by the method disclosed in Patent Document 1, the warp and the weft are difficult to be opened uniformly. Therefore, the composite material composed of the woven fabric and the resin is not sufficient because the orientation of the weft is disturbed. A sufficient strength expression cannot be obtained.
また、上記織物を水中に浸漬させ音波等により開繊させる方法では、繊維束に付着している集束剤の水溶性成分が開繊時に脱落し、繊維束に毛羽立ちやパサつきが生じ易くなり、ハンドリング性が低下する。また、カップリング剤の役目も果たす集束剤が脱落することで、複合材料とした場合、基材である織物とマトリックス(樹脂)との間の接着力が低下する。 Further, in the method of immersing the woven fabric in water and opening it with sound waves or the like, the water-soluble component of the sizing agent adhering to the fiber bundle falls off at the time of opening, and the fiber bundle is likely to be fluffed or puffed. Handleability is reduced. Further, when the sizing agent that also serves as a coupling agent is dropped, when it is made a composite material, the adhesive force between the base fabric and the matrix (resin) is reduced.
本発明は、上述の問題点を解決したもので、織物の製織工程をそのままにして簡易な方法で経糸及び緯糸を均一に開繊可能で、しかも、ハンドリング性や樹脂との接着力が低下することもなく経糸及び緯糸が均一に開繊され織物表面が平滑で且つ目の詰まった扁平織物を得ることが可能となり、よって、例えば当該扁平織物を用いることにより軽量で且つ高強度の複合材料をコスト安に実現可能となる極めて実用性に秀れた航空機用の複合材料に用いられる織物の開繊方法を提供するものである。 The present invention solves the above-mentioned problems, and allows the warp and weft yarns to be opened evenly by a simple method without changing the weaving process of the woven fabric, and the handling property and the adhesive force with the resin are reduced. Accordingly, it becomes possible to obtain a flat woven fabric having a smooth and clogged fabric surface with the warp and weft uniformly opened, and thus, for example, by using the flat woven fabric, a lightweight and high strength composite material can be obtained. It is an object of the present invention to provide a method for opening a woven fabric used for an aircraft composite material that can be realized at low cost and has excellent practicality.
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。 The gist of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
複数の炭素繊維フィラメント1を収束した経糸2及び緯糸3を平織り織成して成り航空機用の複合材料に用いられる織物4を開繊する織物の開繊方法であって、カバーファクターが86〜90%の前記織物4の表面に保護フィルム5を介して当接摺動体6を設け、この当接摺動体6を前記織物4の表面に対して垂直な軸12を中心に偏心回転運動させることで前記織物4を開繊することを特徴とする織物の開繊方法に係るものである。
A method for opening a woven fabric, which is formed by
また、請求項1記載の織物の開繊方法において、開繊される前記織物4は、フィラメント本数が6000本で繊度400texの炭素繊維フィラメント1を収束した経糸2及び緯糸3から成るものであり、目付が140〜230g/m2であることを特徴とする織物の開繊方法に係るものである。
Further, in the method of opening a woven fabric according to claim 1, the woven fabric 4 to be opened is composed of
また、請求項1,2いずれか1項に記載の織物の開繊方法において、前記当接摺動体6を前記経糸2若しくは前記緯糸3の長手方向に対して斜め方向に往復運動させながら前記織物4に対して偏心回転運動させることを特徴とする織物の開繊方法に係るものである。
The textile opening method according to any one of
また、請求項1〜3いずれか1項に記載の織物の開繊方法において、前記保護フィルム5を前記織物4の上下の両表面に夫々設けた状態で前記織物4を開繊することを特徴とする織物の開繊方法に係るものである。 Further, in the method for opening a fabric according to any one of claims 1 to 3, the fabric 4 is opened in a state where the protective film 5 is provided on both upper and lower surfaces of the fabric 4, respectively. This relates to a method for opening a woven fabric.
また、請求項1〜4いずれか1項に記載の織物の開繊方法において、前記当接摺動体6の前記保護フィルム5を介して前記織物4に当接する当接部が、断面円弧状の頂面を有する環状突起8から成ることを特徴とする織物の開繊方法に係るものである。
Further, in the textile opening method according to any one of claims 1 to 4, the contact portion of the contact sliding body 6 that contacts the fabric 4 via the protective film 5 has an arcuate cross section. The present invention relates to a method for opening a woven fabric characterized by comprising an
また、請求項5記載の織物の開繊方法において、前記環状突起8として直径25〜35mmのものが採用されていることを特徴とする織物の開繊方法に係るものである。
The textile opening method according to claim 5, wherein the
また、請求項1〜6いずれか1項に記載の織物の開繊方法において、前記軸12は前記当接摺動体6の中心位置から1.5〜2.3mmずれた位置に設けられていることを特徴とする織物の開繊方法に係るものである。
Further, in the textile opening method according to any one of claims 1 to 6, the
また、請求項1〜7いずれか1項に記載の織物の開繊方法において、前記軸12を1500〜2500rpmで回転させて前記当接摺動体6を偏心回転運動させることを特徴とする織物の開繊方法に係るものである。
The textile opening method according to any one of claims 1 to 7, wherein the
また、請求項1〜8いずれか1項に記載の織物の開繊方法において、前記保護フィルム5として厚さ35〜75μmのPETフィルムが採用されていることを特徴とする織物の開繊方法に係るものである。 The textile opening method according to any one of claims 1 to 8, wherein a PET film having a thickness of 35 to 75 µm is employed as the protective film 5. It is concerned.
また、請求項1〜9いずれか1項に記載の織物の開繊方法により開繊されていることを特徴とする織物に係るものである。 Moreover, it is based on the textile fabric characterized by having been opened by the textile opening method of any one of Claims 1-9.
また、請求項1〜9いずれか1項に記載の織物の開繊方法により開繊されている織物であって、この織物は、カバーファクターが96%以上であることを特徴とする織物に係るものである。 Moreover, it is the textile fabric opened by the fiber opening method of any one of Claims 1-9, Comprising: This textile fabric concerns on the textile fabric characterized by having a cover factor of 96% or more Is.
また、請求項10,11いずれか1項に記載の織物を基材とし、この基材に樹脂を含浸させて成ることを特徴とする複合材料に係るものである。 A woven fabric according to any one of claims 10 and 11 is used as a base material, and the base material is impregnated with a resin.
本発明は上述のようにしたから、工程を複雑化させることなく簡易な方法で経糸及び緯糸を均一に開繊可能で、しかも、ハンドリング性や樹脂との接着力が低下することもなく経糸及び緯糸が均一に開繊され織物表面が平滑で且つ目の詰まった扁平織物を得ることが可能となり、よって、例えば当該偏平織物を用いることにより軽量で且つ高強度の複合材料をコスト安に実現可能となる極めて実用性に秀れた航空機用の複合材料に用いられる織物の開繊方法となる。 Since the present invention is as described above, the warp and weft can be uniformly opened by a simple method without complicating the process, and the warp and the adhesive force with the resin are not reduced. It is possible to obtain a flat woven fabric with smooth weft yarns and a smooth woven surface, so that, for example, a lightweight and high-strength composite material can be realized at low cost by using the flat woven fabric. Thus, the method of opening a woven fabric used for a composite material for aircraft having excellent practicality becomes.
好適と考える本発明の実施形態を、本発明の作用を示して簡単に説明する。 The preferred embodiment of the present invention will be briefly described by showing the operation of the present invention.
保護フィルム5を介して織物4表面に当接させた当接摺動体6を、前記織物4の表面に垂直な軸を中心に偏心回転運動させながら摺動せしめることで、該経糸2若しくは緯糸3の長手方向に対して斜め方向に経糸2若しくは緯糸3を構成する各繊維フィラメント1の束を押し広げる力(押圧力)を作用させ、織物4を開繊する。
The
このとき、いずれか一方の糸に対して斜めになれば、他方の糸に対しても当然斜めとなる(通常、経糸2と緯糸3とは直交する)。従って、経糸2及び緯糸3を同時的に均等に開繊することができ、経糸2及び緯糸3の開繊度合いをより均一にすることができる。
At this time, if it is inclined with respect to one of the yarns, it is naturally inclined with respect to the other yarn (usually, the
また、保護フィルム5を介して当接摺動体6を繊維フィラメント1の束に押圧するから、経糸2及び緯糸3を傷め難いのは勿論、当接摺動体6に織物4が拘束されないため、それだけ開繊工程を抵抗なくスムーズに進めることができる。
Further, since the contact sliding body 6 is pressed against the bundle of fiber filaments 1 through the protective film 5, the
また、直接押し広げることができない経糸2と緯糸3との交点部分も該交点部分近傍の各繊維フィラメント1の束が押し広げられることで連動して押し広げることができ、良好に開繊することが可能となる。この点、上述したように特許文献1に開示される方法では、ローラ体が経糸と平行方向に往復動するため、繊維に対して斜め方向に押し広げる力が作用せず、交点部分の開繊を十分に行うことができない。
In addition, the intersection of the
また、例えば織物4の表面に垂直な軸を中心に偏心回転運動する当接摺動体6に経糸2若しくは緯糸3の長手方向に対して斜め方向の往復移動運動を加えることで、より広範囲かつ効率的に織物4の開繊を行うことができる。
Further, for example, by applying a reciprocating movement in an oblique direction with respect to the longitudinal direction of the
また、通常の織機で織成した織物4をそのまま開繊することができるため、経糸・緯糸をそれぞれ拡繊・開繊するなどの新たな設備を導入する必要がなく、それだけコスト安となる。更に、溶媒等に織物を浸漬させて開繊する方法と異なり、集束剤が脱落することがなく、よって、従来の織物と同等のハンドリング性を有し、また、毛羽立ちもないものとなる。 Further, since the woven fabric 4 woven with a normal loom can be opened as it is, it is not necessary to introduce new facilities such as expanding and opening warps and wefts, and the cost is reduced accordingly. Further, unlike the method of spreading the fabric by immersing the fabric in a solvent or the like, the sizing agent does not fall off, and therefore, it has the same handling property as that of the conventional fabric and does not fuzz.
従って、本発明によれば、経糸及び緯糸が均一に開繊された扁平な織物を得ることが可能となり、また、目スキ(糸の隙間)が非常に少ない織物を得ることが可能となる。具体的には、例えば特開2005−290623号に開示される測定装置によりカバーファクター(CF:織物の面積に対する糸の占める割合)を測定した際、カバーファクターが96%以上のものを得ることが可能となる。即ち、それだけ織物の表面平滑性が向上すると共に厚さが薄くなる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a flat woven fabric in which warp and weft yarns are evenly spread, and it is possible to obtain a woven fabric having very little stitch space (yarn gap). Specifically, for example, when the cover factor (CF: the ratio of the yarn to the area of the woven fabric) is measured by a measuring device disclosed in JP-A-2005-290623, a cover factor of 96% or more can be obtained. It becomes possible. That is, the surface smoothness of the fabric is improved and the thickness is reduced accordingly.
また、本発明によれば、開繊前のカバーファクターが86〜90%である複数の炭素繊維フィラメントを収束した経糸及び緯糸を平織り織成して成る織物を表面が平滑で且つ目の詰まった織物とすることが可能となる。 Further, according to the present invention, a woven fabric obtained by plain weaving warps and wefts obtained by converging a plurality of carbon fiber filaments having a cover factor of 86 to 90% before opening is a woven fabric having a smooth surface and clogged eyes. It becomes possible to do.
開繊前の織物のカバーファクターが86%未満の場合(糸本数若しくは炭素繊維フィラメント本数が少ない場合)、例えば織物の所定の目付で炭素繊維フィラメント本数が多く、糸本数の密度が低い(糸本数が少ない)場合は、図7(a)に図示したように(経糸2のみ図示)、糸同士の間隔が広くなる。この織物を開繊することで扁平にはなるが空隙部が埋まらず(図7(b))、目の詰まった織物を得ることはできない。
When the cover factor of the fabric before opening is less than 86% (when the number of yarns or the number of carbon fiber filaments is small), for example, the number of carbon fiber filaments is large and the density of the yarns is low (the number of yarns). In the case of (small), as shown in FIG. 7A (only the
また、開繊前の織物のカバーファクターが90%より大きい場合(糸本数若しくは炭素繊維フィラメント本数が多い場合)、例えば織物の所定の目付で炭素繊維フィラメント本数が多く、糸本数の密度が高い(糸本数が多い)場合は、図8(a)に図示したように(経糸2のみ図示)、糸同士の間隔が狭くなる。この織物を開繊することで目は詰まるが扁平な織物(表面が平滑な織物)を得ることはできない。なお、糸とは炭素繊維フィラメントを所定の本数収束させた炭素繊維フィラメントの束のことであり、経糸及び緯糸がある。また、糸本数の密度とは、所定の間隔(本発明では25mm間)の中にどの程度糸が存在するかを示す。
Further, when the cover factor of the fabric before opening is larger than 90% (when the number of yarns or the number of carbon fiber filaments is large), for example, the number of carbon fiber filaments is large with a predetermined basis weight of the fabric, and the density of the yarns is high ( In the case where the number of yarns is large), as shown in FIG. 8A (only the
さらに、この織物を基材としてエポキシ樹脂等の合成樹脂を含浸させて複合化した複合材料は樹脂が均一に含浸しているため、曲げ強度・層間せん断強度などが十分に発現する。即ち、織物に樹脂を含浸させた場合、経糸若しくは緯糸(またはその双方)が存在する繊維部には、繊維と樹脂とが共に存在するため強固となるが、経糸と緯糸とで囲繞された空隙部には、繊維が存在せず(樹脂のみしか存在せず)、この空隙部は繊維と樹脂とが共に存在する繊維部に比し脆くなる。従って、カバーファクターの小さい織物(目が粗い織物)に比しカバーファクターの大きい織物(目の詰まった織物若しくは開繊した織物)では、脆い空隙部の割合が小さく、強固な繊維部の割合が大きくなるため、曲げ強度・層間せん断強度などが十分に発現することになる。 Furthermore, since the composite material obtained by impregnating the woven fabric with a synthetic resin such as an epoxy resin is uniformly impregnated with the resin, the bending strength and the interlaminar shear strength are sufficiently developed. That is, when the woven fabric is impregnated with resin, the fiber portion where the warp and / or the weft (or both) are present becomes strong because both the fiber and the resin exist, but the void surrounded by the warp and the weft In the portion, there is no fiber (only resin is present), and this void portion becomes brittle compared to a fiber portion in which both fiber and resin are present. Therefore, in a woven fabric with a large cover factor (woven fabric with clogs or opened fabric) compared to a woven fabric with a small cover factor (woven fabric with coarse eyes), the proportion of brittle voids is small and the proportion of strong fiber portions is small. Since it becomes large, bending strength, interlaminar shear strength, etc. will fully develop.
また、経糸・緯糸の糸本数の密度を上げて目の詰まった織物(開繊前のカバーファクターが大きな織物)を得ることは可能であるが、経糸・緯糸の糸本数の密度を上げると、その断面方向における糸の屈曲度合いが大きくなり、糸そのものの強度発現率が低下する。糸は、断面方向に屈曲せず直線状に近い程、強度発現率が向上するからである。 In addition, it is possible to increase the density of the number of warp and weft yarns to obtain a clogged fabric (woven fabric with a large cover factor before opening), but if the density of the number of warp and weft yarns is increased, The degree of bending of the yarn in the cross-sectional direction increases and the strength expression rate of the yarn itself decreases. This is because the strength expression rate of the yarn increases as it becomes closer to a straight line without bending in the cross-sectional direction.
この点、本発明によれば、適度なカバーファクターを有する織物を開繊することにより、糸の屈曲度合いが小さく、糸の強度発現率の良好な複合材料を得ることが可能となる。 In this regard, according to the present invention, by opening a woven fabric having an appropriate cover factor, it is possible to obtain a composite material having a low degree of yarn bending and a good expression rate of yarn strength.
以上から、本発明からなる織物を用いた複合材料は、航空機材料分野において好適に用いることが可能となる。 From the above, the composite material using the woven fabric according to the present invention can be suitably used in the aircraft material field.
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。 Specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施例は、複数の炭素繊維フィラメント1を収束した経糸2と緯糸3とを平織り織成して成る織物4を開繊する織物の開繊方法であって、前記織物4の表面に保護フィルム5を介して当接摺動体6を設け、この当接摺動体6を前記織物4の表面に対して垂直な軸12を中心に偏心回転運動させることで前記織物4を開繊する方法である。
The present embodiment is a method for opening a woven fabric 4 in which a woven fabric 4 formed by plain weaving warps 2 and
ここで、本実施例で使用した織物は、炭素繊維フィラメントの本数が6000本の糸であり、糸本数の密度が経糸・緯糸共に6本/25mm、目付が193g/m2、カバーファクターが90%、平織りに織成した織物を使用した。なお、本実施例では前記織物を使用したが、開繊前のカバーファクターが86〜90%の平織り織成した織物であれば、本発明の効果を得ることができる。 Here, the woven fabric used in this example is a yarn with 6000 carbon fiber filaments, the density of the yarns is 6 warps / weft for both warps and wefts, the basis weight is 193 g / m 2 , and the cover factor is 90. %, A woven fabric in a plain weave was used. In addition, although the said woven fabric was used in the present Example, the effect of this invention can be acquired if it is the woven fabric which carried out the plain weaving of the cover factor before opening of 86 to 90%.
本実施例においては、図1,2に図示したような当接摺動体6を用い、この当接摺動体6を織物4に対して偏心回転運動させることで、この当接摺動体6を前記経糸2若しくは前記緯糸3の長さ方向に対して斜め方向から経糸2若しくは緯糸3に押し広げる力を作用させて開繊する。尚、本実施例においては、織物4の上面に当接摺動体6を当接摺動せしめる構成としているが、織物4の下面に当接摺動せしめる構成としても良いし、織物4の上面側及び下面側に夫々当接摺動体6を配して上下両面に当接摺動し得るように構成しても良い。また、織物4の上面及び下面において(同一部位に)当接摺動体6を相対する方向に回転させながら当接摺動せしめる場合においても、開繊が可能となる。
In this embodiment, the contact sliding body 6 as shown in FIGS. 1 and 2 is used, and the contact sliding body 6 is eccentrically rotated with respect to the fabric 4 so that the contact sliding body 6 is The
具体的には、当接摺動体6は、搬送される織物4の幅より幅広で、この織物4の表面と略水平に偏心回転運動し得るように構成されており、この当接摺動体6を適宜な押圧力で保護フィルム5を介して織物4の表面に押し付けながら偏心回転運動させることで、経糸2及び緯糸3を開繊する。なお、保護フィルム5は織物4の上下の両表面に配されており、織物4と同期しながら移動する(図1に示す矢印方向に移動する)。これにより織物をスムーズに移動させ、当接摺動体6を満遍なく織物に作用させることが可能となる。また、保護フィルム5としては、PETフィルム等、摩擦に強く且つ靱性の高いフィルムを採用すると良く、このフィルムの厚さは35〜75μmに設定するのが好ましい。35μm未満であるとフィルムが薄いためシワや切れが発生し易くなり、均一に開繊された織物を得ることができず、75μmを超えると当接摺動体の環状突起形状が織物表面に上手く反映されず、十分な開繊効果を得ることができない。本実施例においては厚さ38μmのPETフィルムが採用されている。尚、織物4が開繊する原理と当接摺動体6の偏心回転運動の発生機構は後述する。
Specifically, the contact sliding body 6 is wider than the width of the fabric 4 to be conveyed, and is configured to be able to perform eccentric rotational movement substantially horizontally with the surface of the fabric 4. The
この当接摺動体6は、軸12とモータ本体13とから成るモータ14と、該軸12が挿通する挿通孔15を有し前記モータ本体13と連結される金属製の上側板体16と、該上側板体16に対し、複数の弾性体から成る支柱17を介して前記上側板体16に対して微動可能に設けられる金属製の下側板体18と、この下側板体18の下面に設けられる弾性体から成るクッション材19と、後記キャップ体22(環状突起8)とで構成されている。ここで、本実施例における上側板体16,下側板体18及びキャップ体22はステンレス製であり、支柱17及びクッション材19はゴム製の弾性体である。
The contact sliding body 6 includes a
クッション材19の下面には、樹脂製の保護フィルム5を介して織物4に当接する当接部として、断面円弧状の頂面を有する環状突起8(キャップ体22)が多数設けられており、側面視において互いに織物4との当接部分がオーバーラップするようにジグザグ状に設けられている(尚、例えば3列以上設ける場合は千鳥状に設けても良い)。また、本実施例においてはステンレス製のキャップ体22の底面を前記クッション材19に接着結合している。従って、キャップ体22はクッション材19に対してその一部若しくは全部が沈み込み可能であり、織物4の表面の凹凸形状に柔軟に対応できる。
The lower surface of the
また、環状突起8の頂部は半径1mm〜半径3mm程度に設定するのが好ましい。特に好ましくは1mmである。これにより頂面の円弧形状の効果を十分に活かすことができる。
また、環状突起8の直径は25〜35mm程度に設定するのが好ましい。特に好ましくは30mmである。上記範囲外であると、本実施例で使用する織物に対して環状突起8の形状を十分に活かすことができない。具体的には糸同士の間隔と突起形状の大きさが合わなくなるため、開繊される部分とされない部分が発生し、織物全体を均一に開繊することができない。
Moreover, it is preferable to set the top part of the
The diameter of the
尚、本実施例においては、当接摺動体6の当接部として環状突起8を採用しているが、半球状や柱状の突起等、他の構成を採用し、これらをクッション材19の下面に多数並設した構成としても良いが、環状突起8の場合、どのような方向に移動させても織物4と一様に当接でき且つ柱状や半球状のものに比し当接範囲が広いため、特に好適である。
In the present embodiment, the
ここで環状突起8が織物4を開繊する原理を説明する。後述するように当接摺動体6は、中心位置から離れた偏心位置に織物4の表面に対して垂直な回転軸を有する後記円盤体20が該回転軸を中心に回転することで偏心回転運動する。従って、当接摺動体6に設けられる各環状突起8も前記回転軸を中心に偏心回転運動することになるが、この偏心回転運動する環状突起8の軌跡はトータルでは図3に図示したような円状の軌跡を描き、図3に示すように、環状突起8のR形状の頂部が織物4に当接し、経糸2及び緯糸3の長手方向に対して斜め方向に押圧力が加わる。これにより、経糸2及び緯糸3を構成する炭素繊維フィラメント1の束が斜め方向に強く押し広げられる。また、経糸2及び緯糸3との交点部分は、環状突起8が該交点部分近傍の経糸2及び緯糸3を斜め方向に押し広げるため、該交点部分(特に他方の糸の下に入る部分)を連動して押し広げることが可能となる。また、複数の環状突起8が、搬送される織物4の幅方向全面に対して均一に当接摺動するため、経糸2及び緯糸3の区別なく、均一な開繊を行うことが可能となる。また、保護フィルム5を介しているので炭素繊維フィラメント1を傷付けることなく、炭素繊維フィラメント1の束を押し広げることが可能となる。
Here, the principle by which the
次に当接摺動体6の偏心回転運動の発生機構について説明する。当接摺動体6の偏心回転運動は、モータ14の軸12(織物4の表面に対して垂直に設けられる)を、下側板体18とベアリング21(ラジアルベアリング)を介して設けられる円盤体20の中心位置から離れた偏心位置に連結し、軸12の回転によりこの円盤体20が偏心回転運動することにより発生する。
Next, a mechanism for generating the eccentric rotational motion of the contact sliding body 6 will be described. The eccentric rotational movement of the abutting sliding body 6 is performed by rotating the
具体的には、軸12の回転により円盤体20が偏心回転運動すると、この円盤体20とベアリング21を介して設けられる下側板体18(及びクッション材19)が、図1に図示したような織物4の搬送方向に対して直交状態のまま偏心回転運動しようとするが、この下側板体18は弾性のある支柱17を介して上側板体16と連結されているため、支柱17による弾性体の復元力を受けながら放射方向に細かく振動しつつ偏心回転運動することになる。尚、円盤体20は、この円盤体20の中心位置が長方形状の下側板体18の中心位置(対角線の交点)に合うように設けられている。従って、円盤体20及び下側板体18の中心位置が当接摺動体6の中心位置となる。
Specifically, when the
これにより、各炭素繊維フィラメント1の長手方向に対して斜め方向に環状突起8が押し付けられるだけでなく、この環状突起8の頂部が振動しつつ擦り付けられることにより、各炭素繊維フィラメント1同士を押し広げる作用が極めて良好に発揮されることになる。
As a result, not only the
尚、本実施例において、上側板体16は適宜な支持部材(図示省略)に設けられ、搬送される織物4に対して固定状態に設けられており、この上側板体16にはモータ本体13が固定状態に設けられている。具体的には、上側板体16(及び当接摺動体6)が織物4の搬送方向に対して直交する向きとなるように固定されている。
In this embodiment, the
また、軸12は円盤体20の中心位置から1.5〜2.3mm程度ずらした位置(偏心位置)に設けるのが好ましい。特に好ましくは中心位置から2.0mm程度ずらした位置である。1.5mm未満であると当接摺動体6の振れ幅が小さ過ぎて十分に各繊維フィラメント1の束を押し広げることができず、2.3mmを超えると当接摺動体6の振れ幅が大き過ぎて経糸や緯糸が曲がってしまう。例えば、当接摺動体6の軸12の偏心位置を、中心位置から0.5mm、2.0mm、2.5mmずらした位置として織物を開繊した場合の各織物のカバーファクターを測定したところ、図9に図示したように2.0mmとした場合は0.5mmとした場合より均一な開繊織物が得られ、当該織物のカバーファクターを測定したところ、大きい値を有するものが得られた。2.5mmの場合は経糸及び緯糸がずれてしまい、均一な開繊織物を得ることができなかった。なお、当該織物のカバーファクターは測定していない。
The
また、軸12の回転数は、織物の送り速度を毎分0.5mとした場合、1500〜2500rpmに設定するのが好ましい。特に好ましくは2000rpmである。1500rpm未満であると織物の所定のエリアを開繊する際に回転数に対しての織物の送り速度が速くなり、当該エリアにおいて各繊維フィラメントの束を満遍なく押し広げる前(開繊する前)に次のエリアが送られてきてしまうため、開繊が不十分となる。2500rpmを超えると織物の所定のエリアの各繊維フィラメントの束を押し広げ過ぎるため、経糸や緯糸が曲がってしまう。
The rotational speed of the
また、クッション材19としては、硬度が10〜20、厚さが5〜20mmのウレタン樹脂製のスポンジ状のゴム体を採用すると良い。特に好ましくは硬度が15程度、厚さが15mm程度のものを採用すると良い。硬度が20を超える場合または厚さが5mm未満である場合は織物表面の凹凸形状に十分に対応できない(追従性が悪い)。硬度が10未満である場合または厚さが20mmを超えると環状突起8が織物表面を押圧する前にクッション材19がその押圧力を吸収してしまうため該環状突起8の凹凸形状の効果を十分に発揮できない。
The
また、本実施例においては、上側板体16及びモータ本体13(当接摺動体6)は、織物4に対して固定状態に設けられているが、当接摺動体6を偏心回転運動させる際、この当接摺動体6を同時に織物4の搬送方向に対して斜め方向に細かな往復運動を加えた構成としても良い。この場合、当接摺動体6は図4に図示したように擬似楕円状の軌跡を示す。この場合も本実施例と同様に経糸2及び緯糸3の長手方向に対して斜め方向に当接摺動体6が移動し良好な開繊を行うことができる。
In this embodiment, the
ここで、本実施例で使用した環状突起8はステンレスであり、弾性を有するクッション材19及び支柱17の存在により、織物4表面にやや強めに押し付けても、このクッション材19及び支柱17により過剰な押圧力が吸収される。従って、環状突起8の断面円弧状の頂部を良好な開繊ができる程度に十分強く擦り付けることができ、しかも織物4に傷を付けにくい。
Here, the
上記構成の当接摺動体6を用いて織物4を開繊すると、図5に図示したような状態(図1中、当接摺動体6より織物4の搬送方向上流側の状態)から、図6に図示したように経糸2及び緯糸3を構成する各繊維フィラメント1が偏ったりせず適度にばらける。さらに、経糸2及び緯糸3との交点部分は、当接摺動体6により該交点部分近傍の経糸2及び緯糸3を斜め方向に押し広げるため、該交点部分(特に他方の糸の下に入る部分)を連動して押し広げることが可能となる。これにより、厚さがt0からt1に押圧されて開かれた扁平織物(図1中、当接摺動体6より織物4の搬送方向下流側の状態)とすることができ、経糸2と緯糸3とで囲繞される空間が可及的に小さい例えばカバーファクターが96%以上の織物4を得られることになる。また、この織物4からなる複合材料は、織物4にエポキシ樹脂等の樹脂が均一に含浸しているため、硬化成形後の複合材料は軽量且つ高強度となる。よって、航空機用材料等に適した極めて商品価値の高いものとなる。
When the fabric 4 is opened using the contact sliding body 6 having the above configuration, the state shown in FIG. 5 (in FIG. 1, the upstream side in the transport direction of the fabric 4 from the contact sliding body 6) As shown in FIG. 6, the fiber filaments 1 constituting the
本実施例は上述のようにしたから、保護フィルム5を介して織物4表面に当接させた当接摺動体6を、経糸2及び緯糸3を構成する各炭素繊維フィラメント1の束の長手方向に対して斜め方向から押し広げる力を作用させることで経糸2及び緯糸3を開繊することができ、経糸2及び緯糸3を傷め難い。また、上記作用により、直接押し広げることができない経糸2と緯糸3との交点部分も該交点部分近傍が押し広げられることで連動して押し広げることができ、良好に開繊することが可能となる。
Since the present embodiment is as described above, the longitudinal direction of the bundle of the carbon fiber filaments 1 constituting the
また、当接摺動体6を該当接摺動体6の放射方向に細かく振動させながら織物4に対して偏心回転運動させるから、振動により一層良好に開繊が行われ、効率的に開繊を行うことが可能となる。 Further, since the abutting sliding body 6 is eccentrically rotated with respect to the fabric 4 while being vibrated finely in the radial direction of the corresponding sliding body 6, the opening is performed more satisfactorily by the vibration and the opening is performed efficiently. It becomes possible.
また、通常の織機で織成した織物4をそのまま開繊することができるため、新たな設備を導入する必要がなく、それだけコスト安となる。更に、溶媒等に織物を浸漬させて開繊する方法と異なり、集束剤が脱落することがなく、よって、従来の織物と同等のハンドリング性を有し、また、毛羽立ちもないものとなる。 Further, since the woven fabric 4 woven with a normal loom can be opened as it is, it is not necessary to introduce new equipment, and the cost is reduced accordingly. Further, unlike the method of spreading the fabric by immersing the fabric in a solvent or the like, the sizing agent does not fall off, and therefore, it has the same handling property as that of the conventional fabric and does not fuzz.
従って、本実施例によれば、経糸及び緯糸が均一に開繊された扁平な織物を得ることが可能となり、具体的には、目スキ(糸の隙間)が非常に少ないものを得ることが可能となり、この織物を基材として航空機材料分野で要求されるような十分な強度発現が可能な複合材料を得ることが可能となる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to obtain a flat woven fabric in which warp and weft yarns are evenly spread. Specifically, it is possible to obtain a fabric having very little stitch space (yarn gap). This makes it possible to obtain a composite material capable of exhibiting sufficient strength as required in the aircraft material field using this woven fabric as a base material.
本実施例の効果を裏付ける実験例について説明する。 An experimental example supporting the effect of the present embodiment will be described.
図10に図示した織物Aと織物Bを用いて評価を行った。なお、各織物に使用した糸はフィラメント本数6000本・繊度400texの炭素繊維フィラメントの束からなるものである。具体的には各織物の開繊処理をしていないもの、超音波による開繊処理を施したもの、上述のように当接摺動体を偏心回転運動させることにより開繊処理を施したものについて、夫々カバーファクターを測定し、また、毛羽の有無及びハンドリング性の良し悪しを評価した。また、夫々の織物に一般的なエポキシ樹脂を均一に含浸せしめて半硬化して成るプリプレグを夫々8枚ずつ重ね、硬化成形した複合材料の曲げ強度及び層間せん断強度(ILSS)を測定した。実験結果を図11,12に示す。 Evaluation was performed using the fabric A and the fabric B shown in FIG. The yarn used for each woven fabric is a bundle of carbon fiber filaments having 6,000 filaments and a fineness of 400 tex. Specifically, for each fabric that has not been subjected to fiber opening treatment, that has been subjected to fiber opening treatment by ultrasonic waves, and that has been subjected to fiber opening treatment by rotating the contact sliding body eccentrically as described above The cover factor was measured, and the presence / absence of fluff and the quality of handling were evaluated. In addition, each woven fabric was uniformly impregnated with a general epoxy resin and semi-cured prepregs were stacked eight by eight, and the bending strength and interlaminar shear strength (ILSS) of the cured composite material were measured. The experimental results are shown in FIGS.
尚、カバーファクターの測定は、特開2005−290623号に開示されるような、経糸と緯糸とで織成され繊維強化樹脂に使用される織物の、該経糸と緯糸とで囲繞された開口部の開口率(開口部の開口面積の総和/測定範囲全面積)を測定する開口率測定装置であって、発光部と該発光部の発光を受光する受光部とが繊維強化樹脂に使用される織物を挟んで対置され、この発光部及び受光部は同期移動するように構成された測定装置(スキャナー)により行い、毛羽立ちの有無は目視観察により評価し、ハンドリング性はプリプレグの作製時における加工性のし易さ、具体的には毛羽の除去の頻度、目ズレの有無などにより評価した。 In addition, the measurement of the cover factor is an opening surrounded by the warp and the weft of the fabric woven with the warp and the weft and used for the fiber reinforced resin as disclosed in JP-A-2005-290623. The aperture ratio measuring apparatus for measuring the aperture ratio (total of the aperture areas of the apertures / total area of the measurement range), wherein the light emitting part and the light receiving part for receiving the light emitted from the light emitting part are used for the fiber reinforced resin The light-emitting part and the light-receiving part are placed on opposite sides of the fabric and are measured by a measuring device (scanner) configured to move synchronously. The presence or absence of fluff is evaluated by visual observation. Evaluation was made based on ease of wearing, specifically, the frequency of fluff removal and the presence or absence of misalignment.
また、曲げ試験及び層間せん断試験は、図13に図示したように、試料Aを支持体Cによる支点間距離Lを所定値に設定した状態で圧子Bにより荷重Pを加えることで行った。 Further, the bending test and the interlaminar shear test were performed by applying a load P with the indenter B in a state where the distance L between fulcrums by the support C was set to a predetermined value as shown in FIG.
具体的には、曲げ試験は、JIS K7074に準拠した3点曲げにより行い、試料の厚さ:2±0.4mm、幅:15±0.2mm、長さ:100±1mmとし、試験条件は、支点間距離:80±0.2mm、試験速度:1mm/minとし、曲げ強度は、(3*P*L)/(2*b*h2)から求めた。また、層間せん断試験は、JIS K7078に準拠した3点曲げにより行い、試料の厚さ:1.8〜4.2mm、幅:10.0±0.2、全長:7×試料厚さとし、試験条件は、支点間距離:5×試料厚さ、試験速度:1mm/min、層間せん断強度は(3/4)*P/(b*h)から求めた。尚、P:荷重(N)、L:支点間距離(mm)、b:試料片幅(mm)、h:試料片厚さ(mm)である。 Specifically, the bending test is performed by three-point bending according to JIS K7074. The thickness of the sample is 2 ± 0.4 mm, the width is 15 ± 0.2 mm, and the length is 100 ± 1 mm. The distance between the fulcrums was 80 ± 0.2 mm, the test speed was 1 mm / min, and the bending strength was determined from (3 * P * L) / (2 * b * h 2 ). The interlaminar shear test is performed by three-point bending in accordance with JIS K7078. The thickness of the sample is 1.8 to 4.2 mm, the width is 10.0 ± 0.2, and the total length is 7 × sample thickness. The conditions were: distance between supporting points: 5 × sample thickness, test speed: 1 mm / min, and interlaminar shear strength was determined from (3/4) * P / (b * h). Note that P: load (N), L: distance between fulcrums (mm), b: sample piece width (mm), and h: sample piece thickness (mm).
図11,図12の比較例1−1と比較例1−2及び比較例2−1と比較例2−2との比較から、超音波開繊によりカバーファクターが向上し、それに伴い複合材料とした場合の曲げ強度及び層間せん断強度は若干向上するものの、毛羽立ちが生じ、また、ハンドリング性も改善されないことが確認できた。なお、比較例1−1及び比較例2−1に比べ比較例1−2及び比較例2−2の層間せん断強度が若干高いのは、比較例2の織物の扁平率が高いことに起因する。言い換えれば、カバーファクターが高いため、糸が扁平状になっており、これにより単位面積内に繊維が隙間無く配されることから、樹脂の濡れ透過性が良好となり、樹脂が均一に含浸し、複合材料として強度が発現していると考えられる。 From the comparison of Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2 and Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2 in FIGS. 11 and 12, the cover factor is improved by ultrasonic opening, and accordingly, the composite material and It was confirmed that the bending strength and interlaminar shear strength were slightly improved, but fuzzing occurred and handling properties were not improved. The reason why the interlaminar shear strength of Comparative Example 1-2 and Comparative Example 2-2 is slightly higher than that of Comparative Example 1-1 and Comparative Example 2-1 is due to the high flatness of the fabric of Comparative Example 2. . In other words, because the cover factor is high, the yarn is flat, and the fibers are arranged without gaps in the unit area, so that the wettability of the resin is good and the resin is uniformly impregnated, It is thought that strength is expressed as a composite material.
実施例1及び実施例2は、カバーファクターを限界まで向上させることが可能でありながら、比較例1−2及び比較例2−2のように毛羽立ちが生ぜず、加えてハンドリング性が改善されることが確認でき、しかも、複合材料とした場合の曲げ強度及び層間せん断強度の向上率も比較例2より高くなることが確認できた。 In Example 1 and Example 2, the cover factor can be improved to the limit, but fuzz does not occur as in Comparative Example 1-2 and Comparative Example 2-2, and handling is improved. In addition, it was confirmed that the rate of improvement in bending strength and interlaminar shear strength in the case of a composite material was higher than that in Comparative Example 2.
また、実施例1と実施例2との比較から、目付に比例して曲げ強度及び層間せん断強度の向上率が高くなることが確認できた。 Moreover, it has confirmed from the comparison with Example 1 and Example 2 that the improvement rate of bending strength and an interlayer shear strength becomes high in proportion to a fabric weight.
尚、種々の実験から、曲げ強度及び層間せん断強度の向上効果が良好に発揮される目付の範囲は140〜230g/m2であることが確認できた。 From various experiments, it was confirmed that the basis weight range in which the effect of improving the bending strength and interlaminar shear strength is satisfactorily exhibited is 140 to 230 g / m 2 .
1 炭素繊維フィラメント
2 経糸
3 緯糸
4 織物
5 保護フィルム
6 当接摺動体
8 環状突起
12 軸
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