JPH08209492A

JPH08209492A - 三軸織物及びその製造方法

Info

Publication number: JPH08209492A
Application number: JP7286259A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Kimura; 浩巳木村; Hirotaka Shibata; 博崇柴田; Kenji Kubomura; 健二久保村
Original assignee: Sakase Adtech Co Ltd; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Chemical Co Ltd
Current assignee: Sakase Adtech Co Ltd; Nippon Steel Corp; Nippon Steel Chemical and Materials Co Ltd
Priority date: 1994-11-04
Filing date: 1995-11-02
Publication date: 1996-08-13

Abstract

(57)【要約】【課題】品質の良好な炭素繊維束よりなる三軸織物及
びその製造方法を提供する。【解決手段】三軸織物において、該織物が［（Ｌ₀−
Ｌ）／Ｌ₀］×０．７≧［（Ｌ′−Ｌ）／Ｌ］≧０を満
足するクリンプ解放率［（Ｌ′−Ｌ）／Ｌ］を有する。【効果】織物を構成する繊維束に予めクリンプが固定
されているため、織物の交叉部での擦過による毛羽の発
生が防がれるため、品質低下を起こすことがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、三軸織物及びその
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】炭素繊維強化プラスチックは、軽量で比
強度、比弾性率に優れているところからスポーツ・レジ
ャー分野、一般産業用分野、航空・宇宙分野等において
現在広く応用されている。また複合材料に用いられる強
化基材には、一方向繊維、二次元織物及び三次元織物と
いった形態で、複合材料の用途に合わせて用いられてい
る。

【０００３】炭素繊維強化プラスチックに用いられる織
物としては、繊維束が直交して織られた普通織物（二軸
織物）が一般的であるが、これは異方性の強い強化基材
であり、等方性を必要とする部分では、複数枚の織物の
配向角を変化させて積層（交差積層）して用いられる。
そのため重量の増加や、積層間での層間剥離を起こしや
すい。

【０００４】一方、図１に示すような三軸織物は、二本
のたて糸（バイアス糸）２が織幅方向に対して±６０゜
でよこ糸（０゜方向糸）１と交叉した構成をもってお
り、一枚の織物で疑似等方性を示すため、積層の必要が
なく、このため軽量化を達成でき、層間剥離は生じな
い。その上、一枚の織物を薄くすることも容易であり、
また剪断剛性が高いので形状保持性に優れ、更に重量当
りの強度が高い、衝撃損傷後の圧縮強度が高い、意匠性
に優れるといった長所を有している。

【０００５】しかしながら、三軸織物は、クリンプ（繊
維束の屈曲）率が普通織物よりも大きい。従って、炭素
繊維を用いた三軸織物は、繊維が無理に曲げられている
ため、繊維束の交叉部で繊維束同士が擦過し、この結果
繊維が損傷して毛羽を生じやすくなる。毛羽の生じた織
物は表面品質上不適当なばかりでなく、毛羽の著しい織
物を引っ張った場合には、かなりの低荷重で織物が破断
する場合がある。このような毛羽の生成は、炭素繊維が
弾性率が高いために曲げた場合の回復力が大きく、その
結果繊維束同士の擦過力が大きくなることと、繊維の破
断伸びが小さいため、擦過の際、繊維が破断しやすいた
めであると考えられる。従って、破断伸びの小さい高弾
性率炭素繊維を用いた場合には、更に毛羽が生じやすく
なることは、容易に推測できることである。

【０００６】従って、毛羽が少なく、表面品質の良好な
三軸織物が求められている。この要求は、特に高弾性率
炭素繊維に対して顕著であるが、高弾性率炭素繊維三軸
織物は、そもそも製造時に、毛羽が生じるなど破損しや
すく、製造は困難であった。現状では、工業的に三軸織
物に製織できるのは、４０tf／mm²以下の炭素繊維であ
ると言われている（科学と工業、６６巻、２７３ペー
ジ、１９９２年）。また、軽量化のために、繊度の小さ
い繊維束を用いることは、繊維束自身の張力（耐力）を
低下させることになるため、製織は困難な方向に向う。

【０００７】しかしながら、高弾性率炭素繊維を用いた
軽量三軸織物は、非常に好ましいものである。特に宇宙
分野において、人工衛星に用いられるハニカムサンドイ
ッチ構造物のスキン（表皮）材には、軽量のほか、高剛
性、高放熱性及び熱的寸法安定性等の特性が要求される
場合が多い。これらの特性を発現させるためには、高弾
性率、高熱伝導率、低熱膨脹率といった特徴を有する高
弾性率炭素繊維を用いることが適している。例えば、Am
oco Performance Products社のThornel P-75S,P-100,P-
120 などが高弾性率、高熱伝導率の炭素繊維として知ら
れている。このような特性をも持つ炭素繊維を、軽量化
が容易な三軸織物に加工して複合材料の強化基材として
使用するのが望まれていた。

【０００８】この場合、軽量化と高弾性率化のバランス
としては、例えば織物の目付（織物重量）が３００ｇ／
ｍ²以下、好ましくは１８０ｇ／ｍ²以下で、三軸織物
の弾性率として３tf／mm²以上、好ましくは４．５tf／
mm²以上のものが望まれている。しかしながら、このよ
うな特性を持つ三軸織物は、前述のように製織ができな
いため、今までは知られていなかった。従って、毛羽の
少なく、表面品質の良好な三軸織物や、従来不可能であ
った高弾性率炭素繊維三軸織物は、該分野にとって大き
な進歩である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
問題点を解決し、品質の良好な三軸織物及びその製造方
法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、たて糸
（バイアス糸）が、バイアス糸と同じ繊維束断面積を持
つよこ糸（０゜方向糸）と、織幅方向に対して±６０゜
で交叉した、ベーシック組織の構造を有する三軸織物に
おいて、該織物が、下記式を満足するクリンプ解放率
［（Ｌ′−Ｌ）／Ｌ］を持つことを特徴とする炭素繊維
束よりなる三軸織物である。［（Ｌ₀−Ｌ）／Ｌ₀］×０．７≧［（Ｌ′−Ｌ）／
Ｌ］≧０ここでＬ：三軸織物を構成する、よこ糸繊維束の長さＬ₀：長さＬのよこ糸繊維束の、クリンプ方向に沿った
長さＬ′：長さＬのよこ糸繊維束を抜き出した時の長さここで規定するクリンプ解放率［（Ｌ′−Ｌ）／Ｌ］と
は、図３に示される如く、三軸織物中から任意によこ糸
方向の繊維束を抜き出した時の、その繊維束の長さ変化
の割合であり、織物のクリンプ率［（Ｌ₀−Ｌ）／
Ｌ₀］を解放させた割合を示す。クリンプが完全に固定
され、繊維束を抜き出してもそのクリンプ率が変化しな
い場合は、クリンプ解放率は０となる。また、クリンプ
が完全に解放された時は、クリンプ解放率は［（Ｌ₀−
Ｌ）／Ｌ₀］になる。

【００１１】更には、引張強度が３００kgf/mm²以上、
引張破壊歪が０．６％以上、引張弾性率が１５tf／mm²
以上の炭素繊維束を、三軸織物に製織し、しかる後に該
織物を不活性ガス雰囲気下で、１８００℃以上で加熱す
ることを特徴とする三軸織物の製造方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて詳細に、本発
明の内容を説明する。本発明に用いられる繊維は、通常
の三軸織物に使用する繊維であればどのようなものでも
使用可能であり、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維
などが使用される。この中で、炭素繊維は、特に繊維の
弾性率が高く、且つ破断伸びが小さいため、本発明を適
用するには特に好ましいものである。

【００１３】一般に織物は、図２に示すような繊維の曲
り、即ちクリンプを有している。この場合、そのクリン
プの程度は、クリンプ率として、式（１）により定義さ
れる値で示される（図３参照）。三軸織物は、その構造
上、平織りに比べてクリンプ率が大きい。［（Ｌ₀−Ｌ）／Ｌ₀］・・・・・・（１）

【００１４】この場合、繊維束はクリンプにより無理に
曲げられている。従って、弾性率が高く、且つ破断伸び
が小さい繊維、特に炭素繊維を用いた場合は、クリンプ
の有る部分では繊維に直線になろうとする力が働き、こ
の結果繊維束同士が交叉する部分では繊維束同士が互い
に圧迫し合っている。弾性率の高い繊維ほど、この力が
大きい。この時、ハンドリング等で織物の目が若干動く
時に、交叉部の繊維束が擦過されて、繊維が損傷したり
毛羽が立ちやすかった。破断伸びが小さく、且つ弾性率
が大きいような高弾性率炭素繊維を用いた場合には、そ
れが顕著であった。

【００１５】この場合、毛羽の生成を抑えるためには、
弾性率の小さい繊維を用いるか、破断伸びの大きい繊維
を用いることが考えられる。しかしながら、弾性率の大
きな繊維は、軽量で高剛性の部材を得るには必要不可欠
である。また、一般に炭素繊維は弾性率の大きいものほ
ど破断伸びは小さくなるため、弾性率が大きく、且つ破
断伸びの大きい繊維を選択することはできない。

【００１６】毛羽の生成を抑えるための別の手段として
は、初めからそれ自身でクリンプを有する繊維束で織物
を構成することにより、交叉部での繊維束同士の圧力を
緩和し、擦過時の損傷を防止する方法が考えられる。し
かしながら、従来は、それ自身でクリンプを有する繊維
束の製造方法は知られていなかった。また、たとえ知ら
れていたとしても、それ自身でクリンプを有する繊維束
は強化方向に対して或る最大角度θを有しているため、
それ自身の強度および剛性低下が著しく、従って強化材
としては役に立たないと考えられてきた。

【００１７】本発明者らはそれに対し、１５tf／mm²以
上の炭素繊維を製織し、再度該織物を不活性ガス雰囲気
下で、１８００℃以上で加熱することにより、その織物
が元々有していたクリンプ率をほぼ固定することが可能
であることを見い出した。従来より、炭素繊維の高温加
熱により、炭素繊維の応力が緩和することは知られてい
たが、織物のクリンプが固定されることは従来知られて
いなかった。そして、かかるクリンプを織物に固定させ
ることによって、交叉部での繊維束の破損及び毛羽の発
生が非常に少なくなることが明らかになった。

【００１８】更に、織物から、織物を構成している、ク
リンプを有する繊維束を取り出し、この繊維束に対して
引張試験を行うと、強度や弾性率がやや低下するもの
の、織物それ自身は、取り扱う上では問題がなく、ま
た、織物を強化基材に用いた樹脂マトリックス複合材料
は、強度や弾性率の低下は殆どないことを見い出した。
これは、樹脂マトリックス織物複合材料の場合は、繊維
が完全に樹脂で覆われているため、繊維各部分の応力が
樹脂を通して伝わり、局部的な応力集中がそれほど大き
く生じないためであると考えられる。

【００１９】この場合、クリンプは完全に固定される
（即ちクリンプ解放率が０）必要はないが、もとの織物
のクリンプ率が３０％までは残留している必要がある。
クリンプ解放率が、もとの織物のクリンプ率の３０％よ
りも小さい場合（即ちクリンプ解放率が［（Ｌ₀−Ｌ）
／Ｌ₀］×０．７よりも大きい場合）は、交叉部での繊
維束同士の圧力が大きくなり、擦過力が大きくなって好
ましくない。この場合、［（Ｌ₀−Ｌ）／Ｌ₀］は、例
えば光学顕微鏡写真により、任意の２点間の長さＬと、
クリンプ方向に沿った長さＬ₀を、画像処理装置、キル
ビメーター等により実測することで求めることができ
る。

【００２０】織物の目付や弾性率は任意の値を選択する
ことができるが、三軸織物の目付（単位面積当りの重
量）が４５ｇ／ｍ²〜３００ｇ／ｍ²（好ましくは４５
ｇ／ｍ²〜１８０ｇ／ｍ²）であり、且つ該織物に樹脂
を含浸させた三軸織物樹脂マトリックス複合材料の引張
弾性率が３tf／mm²以上、望ましくは４．５tf／mm²以
上であることが好ましい。即ち、人工衛星用材料として
用いるような、軽量と高弾性率のバランスの点からは、
織物の目付（織物重量）は３００ｇ／ｍ²以下であるこ
とが好ましいが、目付が４５ｇ／ｍ²よりも小さいもの
は製造が困難である。また、軽量と高弾性率のバランス
の点からは、三軸織物に樹脂を含浸させた三軸織物樹脂
マトリックス複合材料の引張弾性率が３tf／mm²以上、
好ましくは４．５tf／mm²以上であることがよい。この
ような特性を持つ三軸織物は、今までは知られていなか
ったものである。

【００２１】かかる三軸織物は、以下の方法により製造
される。即ち、引張強度が３００kgf/mm²以上、引張破
壊歪が０．６％以上、引張弾性率が１５tf／mm²以上の
炭素繊維を、三軸織物に製織し、しかる後に該織物を不
活性ガス雰囲気下で、１８００℃以上で加熱することに
より製造する。

【００２２】三軸織物を構成する炭素繊維は、ピッチを
原料として得られたものであるが、好ましくは光学的異
方性ピッチを原料としたものである。光学的異方性ピッ
チを原料とすることにより、１８００℃以上で加熱する
ことで繊維束の持つクリンプを固定することができる。
更に、光学的異方性ピッチを原料とする炭素繊維は、熱
伝導率、熱膨脹率、弾性率などの点で、他の炭素繊維よ
りも優れた性質を持つため、衛星用材料としては優れて
いる。この場合、光学的異方性ピッチの出発原料である
ピッチは、コールタールピッチ等の石炭系ピッチ、石炭
液化ピッチ、エチレンタールピッチ、流動接触触媒分解
残査から得られるデカントオイルピッチ等の石油系ピッ
チ、あるいはナフタレン等から触媒などを用いて作られ
る合成ピッチ等、各種ピッチを包含するものである。前
述のピッチは、従来公知の方法でメソフェーズを発生さ
せ、光学的異方性ピッチとする。

【００２３】更に、該炭素繊維は、引張強度が３００kg
f/mm²以上、引張破壊歪が０．６％以上、引張弾性率が
１５tf／mm²以上である。引張弾性率が１５tf／mm²よ
り小さいものでも製織が可能な場合はあるが、黒鉛化処
理後の繊維束体積の焼き減りが著しいため、織物に緩み
が生じたり、繊維束の交叉部分で間隙が生じるため、好
ましくない。引張弾性率の上限はここで特に定めるもの
ではないが、一般には、弾性率が高くなるに従い引張破
断伸びが小さくなり、三軸織物への加工が困難になる。
従って、現実問題としては余りに高い弾性率の繊維は製
織が不可能であり、例えば、４０tf／mm²以下の繊維が
用いられる。しかしながら、これ以上の弾性率の炭素繊
維で製織ができればこの限りではない。

【００２４】引張弾性率が１５tf／mm²以上の炭素繊維
を用いて三軸織物に製織する場合は、引張強度が３００
kgf/mm²以上で且つ引張破壊歪が０．６％以上が必要で
ある。引張強度が３００kgf/mm²より低いものは、製織
時の張力に耐えられない場合が多く、引張破壊歪が０．
６％より低いものは、製織時に折れ曲げられた繊維が折
損しやすいため、三軸織製織が困難である。該炭素繊維
は、従来公知の方法により紡糸、不融化、炭化および／
または黒鉛化処理を施すことによって製造することがで
きる。

【００２５】該炭素繊維は、三軸織機により、三軸織物
に製織される。製織組織や、織り密度、炭素繊維束の繊
度などは、任意に選択すればよいが、通常は、ベーシッ
ク組織で、織り密度９．２５本／インチで製織される。
この場合、軽量化のために要求される、最終製品の目付
３００ｇ／ｍ²以下、好ましくは１８０ｇ／ｍ²以下を
達成するためには、ベーシック組織、織り密度９．２５
本／インチで、光学的異方性ピッチを原料とした炭素繊
維（密度およそ２．１）を製織する場合は、繊維束の繊
度（単位長さ当りの重量）が３００ｇ／km以下、好まし
くは１６０ｇ／km以下であることが必要である。しかし
ながら、４０ｇ／kmより小さい繊度の炭素繊維では、繊
維束自身の耐力が低いため、製織は困難である。従っ
て、繊維束の繊度は４０ｇ／km以上３００ｇ／km以下で
あることが好ましく、更に好ましくは４０ｇ／km以上１
６０ｇ／km以下である。

【００２６】製織された三軸織物は、不活性雰囲気下、
１８００℃以上の温度で加熱される。加熱は、炉にセッ
トできるように所定の寸法にあらかじめ三軸織物を裁断
し、不活性ガス中で行うバッチ式、または三軸織物を連
続的に不活性ガスを満たしたヒートゾーン中に繰り出し
て行う連続式、いずれの方法も可能である。不活性ガス
はＮ₂、Ａｒ、その他化学的に不活性な気体が用いられ
る。不活性雰囲気は、加熱時に炭素繊維が酸化消耗する
のを防ぐために用いられるものである。従って、酸化消
耗が防がれるのであれば、多少の酸化性ガスの混入は許
容できるものである。例えば、弱酸化性気体である二酸
化炭素雰囲気も、短時間の加熱であれば許容できる場合
がある。また、炉は所定の温度・寸法で加熱できるもの
ならばどのようなものでも可能である。

【００２７】このように不活性雰囲気下、１８００℃以
上の温度で加熱されることにより、クリンプを固定する
ことができる。引張弾性率が１５tf／mm²以上の炭素繊
維を用いた場合、クリンプを固定するためには、１８０
０℃以上の温度が必要である。クリンプの固定され易さ
と黒鉛結晶状態には一定の関係が見られた。即ち黒鉛結
晶が成長している（即ち弾性率が高い）炭素繊維ほど、
加熱温度を高くする必要がある。しかしながらクリンプ
の固定のためには加熱時間も影響し、低温で長時間の加
熱も、高温で短時間の加熱も、同じ効果を与える場合が
ある。

【００２８】従ってこの場合、最終的な加熱プロファイ
ルは、用いた炭素繊維束の黒鉛結晶状態と、最終的に所
望する織物の黒鉛結晶状態から実験的に決定すればよ
い。例えば、用いた炭素繊維束の製造時の黒鉛化温度よ
りも低い温度に加熱することも可能である。但し、加熱
により黒鉛結晶が発達する傾向があるため、織物は高弾
性率化することはあるが、低弾性率化することはない。

【００２９】このように、本発明を利用し、織物の黒鉛
結晶を大きく成長させるような加熱プロファイルを用い
ることにより、通常の方法では達成できないような高弾
性率の三軸織物を製造することができる。例えば、従来
は不可能であった、軽量化と高弾性率を兼ね備えた三軸
織物、即ち目付が４５ｇ／ｍ²以上３００ｇ／ｍ²以下
（好ましくは４５ｇ／ｍ²〜１８０ｇ／ｍ²）で、且つ
引張弾性率が３tf／mm²以上、好ましくは４．５tf／mm
²以上の織物の製造も可能である。これは、１５tf／mm
²以上の任意の弾性率を有する、繊度４０ｇ／km〜３０
０ｇ／km（好ましくは４０ｇ／km〜１６０ｇ／km）の炭
素繊維束をベーシック組織、９．２５本／インチの織り
密度で製織し、該織物を不活性ガス雰囲気下、所定の温
度プロファイルで加熱することにより達成される。この
ための加熱プロファイルは、前述の如く、実験的に決定
される。

【００３０】このようにして得られた三軸織物は、繊維
束体積の焼き減りによる織物の緩みがなく、クリンプが
固定された繊維束で構成されているために織物自体の形
状保持製に優れ、ハンドリング時の毛羽立ちが少なく、
ハンドリング性が良好である。

【００３１】尚、ここで云う三軸織物の弾性率とは、三
軸織物を樹脂に含浸させ、樹脂マトリックス複合材料と
し、引張試験を行った時の弾性率である。三軸織物樹脂
マトリックス複合材料の作製においては、エポキシ樹脂
（Epikote ８２８；油化シェルエポキシ（株）製）を１
００ｇ、硬化剤（三フッ化ほう素モノエチルアミン錯
塩）を３ｇ、溶媒としてメチルエチルケトンを１５０ｇ
の比率で混ぜた樹脂を三軸織物に含浸後、８時間以上の
風乾を行い約６０体積％の繊維含有率を得、次に風乾後
の三軸織物をオートクレーブにおいて１２０℃、５気圧
で２時間保持し硬化させ、複合材料とした。これを引張
方向と一つの繊維束方向を一致させるように長さ４００
mm×幅３５mmで切断し、引張試験を行った。

【００３２】試験片形状は図４に示す。各部の寸法は次
の通りである。試験片長さ（Ｌ）：４００mm 試験片幅（Ｂ）：３５mm±２mm 試験片の厚さ（Ｃ）：硬化後の三軸織物樹脂マトリック
ス複合材料の厚さゲージの長さ（Ｄ）：３００mm タブの厚さ（Ｆ）：１mm タブの長さ（Ｇ）：５０mm

【００３３】以下に記載した歪ゲージの裏に接着剤を塗
布し直接三軸織物樹脂マトリックス複合材料へ接着し
た。歪ゲージの種類：ＰＣ−20−11−1L（biaxial)、共
和電業製基材サイズ：３０mm×３０mm ゲージ長さ：２０mm 電気抵抗：１２０±４Ｗ

【００３４】ＡＳＴＭのＤ６１８のProcedure Ａに則っ
て試験片を調質し引張試験に供した。万能試験機により
歪速度を０．０１から０．０２mm/mm min の間で引張試
験を行った。試験片の厚さと幅は中心を含むゲージ部の
５カ所で行い単純平均をとった。弾性率（Ｅ）は以下の
式により計算した。Ｅ＝（ΔＰ／Ａ）／Δｅここで ΔＰ＝最大破断荷重の１０％と３０％での荷重増分Ａ＝試験片の断面積（Ｂ×Ｃ） Δｅ＝最大破断荷重の１０％と３０％の間での歪増分

【００３５】

【実施例】

〔実施例１〕高弾性率三軸織物及びその製造方法の一例
として、以下のものを製造した。光学的異方性ピッチを
原料とする引張強度が３００kgf/mm²、引張弾性率が３
５tf／mm²、引張破壊歪が０．９２％の炭素繊維束（繊
度：９５ｇ／km）で、三軸織機により三軸織物を作製し
た。織物の外観は繊維の毛羽もなく、非常にしなやかで
あった。しかる後に該織物を５００mm×５００mmに裁断
し、これを黒鉛化炉にて、Ｎ₂ガス及びＡｒガス中に、
それぞれ２０００℃×５時間、２５００℃×１０時間、
及び２９００℃×４時間かけて黒鉛化処理を施した。黒
鉛化処理された三軸織物は繊維の焼き減りもなく、外観
上非常に良好であった。また、ハンドリング中に毛羽が
顕著に発生することもなかった。また、比較例として、
１５００℃×５時間かけて黒鉛化処理を施した。処理後
の三軸織物は、外観上は良好であったが、ハンドリング
中に毛羽が発生する場合があった。

【００３６】次に、上記のようにして製造された三軸織
物の弾性率を得るため、三軸織物樹脂複合材料とし、引
張試験を行い、弾性率を測定した。得られた該織物及び
強化プラスチックの諸物性は以下の表１に示す通りであ
る。

【００３７】

【表１】

【００３８】〔実施例２〕高弾性率三軸織物及びその製
造方法の一例として、以下のものを製造した。光学的異
方性ピッチを原料とする引張強度が３００kgf/mm²、引
張弾性率が３０tf／mm²、引張破壊歪が１％の炭素繊維
束で、三軸織機により三軸織物を作製した。炭素繊維束
は直径７μｍの炭素繊維３０００本から構成され、繊度
２７０ｇ／kmである。また、三軸織物は、ベーシック組
織で、織物密度は９．２５本／インチである。織物の外
観は繊維の毛羽もなく、非常にしなやかであった。しか
る後に該織物を５００mm×５００mmに裁断し、これを黒
鉛化炉にて、Ｎ₂ガス及びＡｒガス中に、それぞれ２０
００℃×５時間、２５００℃×１０時間、及び２９００
℃×４時間かけて黒鉛化処理を施した。黒鉛化処理され
た三軸織物は繊維の焼き減りもなく、外観上非常に良好
であった。また、ハンドリング中に毛羽が顕著に発生す
ることもなかった。また、比較例として、１５００℃×
５時間かけて黒鉛化処理を施した。処理後の三軸織物
は、外観上は良好であったが、ハンドリング中に毛羽が
発生する場合があった。また、比較例として、光学的異
方性ピッチを原料とする引張強度が３５０kgf/mm²、引
張弾性率が８０tf／mm²、引張破壊歪が０．４％、直径
７μｍの炭素繊維３０００本から構成される炭素繊維の
三軸織物への製織を試みたが、製織機中で糸が切断して
しまい、製織できなかった。そこで、簡単な治具を用い
て手作業で製織し、３０mm×３０mmの織物を得たが、毛
羽が非常に多く発生し、外観は不良であった。

【００３９】次に、上記のようにして製造された三軸織
物の弾性率を得るため、三軸織物樹脂複合材料とし、引
張試験を行い、弾性率を測定した。即ち、エポキシ樹脂
（Epikote ８２８；油化シェルエポキシ（株）製）を１
００ｇ、硬化剤（三フッ化ほう素モノエチルアミン錯
塩）を３ｇ、溶媒としてメチルエチルケトンを１５０ｇ
の比率で混ぜた樹脂を三軸織物に含浸後、８時間以上の
風乾を行い約６０体積％の繊維含有率を得、次に風乾後
の三軸織物をオートクレーブにおいて１２０℃、５気圧
で２時間保持し硬化させ、複合材料とした。よこ糸が引
張方向になるように長さ４００mm×幅３５mmで切断し、
歪ゲージ（ＰＣ−20−11−1L（biaxial)；共和電業製）
を試験片の片面に貼り付け、図４に示すようにタブを貼
り付けた後、引張試験を行った。引張弾性率は、歪ゲー
ジより取り込んだ応力−歪曲線より、破断歪の１０％と
３０％の２点間の傾きより求めた。この場合、試験片断
面積は、試験片の幅と厚さより求めた。得られた該織物
及び強化プラスチックの諸物性は以下の表２に示す通り
である。

【００４０】

【表２】

【発明の効果】本発明及びその製造方法を用いることに
より、軽量且つ高弾性率の三軸織物を提供するものであ
る。また本発明は、形状保持に優れていることから、成
形時等のハンドリング中の繊維束の交叉部での破損や毛
羽が非常に少ない。更に本発明は、軽量化を指向する複
合材料の強化基材には有効である。特に軽量化、高剛
性、高放熱性及び熱的寸法安定性等の特性が要求される
衛星用アンテナやソーラーパネル等の表層材には最も適
している。

【図面の簡単な説明】

【図１】三軸織物を示す図である。

【図２】織物の断面を表わす概念図である。

【図３】クリンプ解放率を説明する概念図である。

【図４】三軸織物の弾性率を測定するための試験片の上
面図である。

【符号の説明】

１よこ糸２たて糸

フロントページの続き (72)発明者柴田博崇神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内 (72)発明者久保村健二神奈川県川崎市中原区井田1618番地新日本製鐵株式会社先端技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】たて糸（バイアス糸）が、バイアス糸と
実質的に同じ繊維束断面積を持つよこ糸（０゜方向糸）
と、織幅方向に対して±６０゜で交叉した、ベーシック
組織の三軸織物において、該織物が、下記式を満足する
クリンプ解放率［（Ｌ′−Ｌ）／Ｌ］を持つことを特徴
とする炭素繊維束よりなる三軸織物。［（Ｌ₀−Ｌ）／Ｌ₀］×０．７≧［（Ｌ′−Ｌ）／
Ｌ］≧０ここでＬ：三軸織物を構成する、よこ糸繊維束の長さＬ₀：長さＬのよこ糸繊維束の、クリンプ方向に沿った
長さＬ′：長さＬのよこ糸繊維束を抜き出した時の長さ
【請求項２】三軸織物が光学的異方性ピッチを原料と
する炭素繊維のみで構成されている請求項１記載の三軸
織物。
【請求項３】三軸織物の目付（単位面積当りの重量）
が４５ｇ／ｍ²〜３００ｇ／ｍ²であり、且つ該織物に
樹脂を含浸させた三軸織物樹脂マトリックス複合材料の
引張弾性率が３tf／mm²以上であることを特徴とする請
求項１または２記載の三軸織物。
【請求項４】引張強度が３００kgf/mm²以上、引張破
壊歪が０．６％以上、引張弾性率が１５tf／mm²以上で
ある炭素繊維束を、三軸織物に製織し、しかる後に該織
物を不活性ガス雰囲気下で、１８００℃以上で加熱する
ことを特徴とする三軸織物の製造方法。
【請求項５】光学的異方性ピッチを原料として得られ
た炭素繊維を用いることを特徴とする請求項４記載の三
軸織物の製造方法。
【請求項６】三軸織物を構成する繊維束の繊度（単位
長さ当りの重量）が４０ｇ／km〜３００ｇ／kmであるこ
とを特徴とする請求項５記載の三軸織物の製造方法。