JPH08232135A - 炭素繊維織物およびその製造方法 - Google Patents

炭素繊維織物およびその製造方法

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JPH08232135A
JPH08232135A JP7314248A JP31424895A JPH08232135A JP H08232135 A JPH08232135 A JP H08232135A JP 7314248 A JP7314248 A JP 7314248A JP 31424895 A JP31424895 A JP 31424895A JP H08232135 A JPH08232135 A JP H08232135A
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JP
Japan
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woven fabric
carbon fiber
fabric
weft
yarns
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JP7314248A
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English (en)
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Masazumi Enou
正純 得納
Masahiko Hayashi
政彦 林
Toshio Muraki
俊夫 村木
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】CFRPの、緯糸配列方向への負荷に対する力
学特性、特に圧縮強度を優れたものとし得る炭素繊維織
物を提供する。 【解決手段】カバーファクターが95%以上であって、
緯糸の目曲り量の織物全幅に対する比率が5%以下であ
る炭素繊維織物およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、炭素繊維強化プ
ラスチック(CFRP)を成形するときに樹脂の補強材
として使用する炭素繊維織物に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、CFRP用の補強材の一つと
して炭素繊維束を織物とした炭素繊維織物が使用されて
いる。炭素繊維織物として、それに樹脂を含浸させたプ
リプレグの表面平滑性やドレープ性を向上させ、得られ
たCFRPの交錯部における織糸の応力集中を軽減した
り、CFRP中のボイド発生を防止して、信頼性に優れ
たCFRPを成形することを目的として、炭素繊維織物
として織成した後、その織糸を開繊処理することが提案
されている。
【0003】例えば、特公平2−32383号公報や特
開平4−281037号公報では、炭素繊維織物の表面
にウオータージェットパンチングを用いて織糸を開繊
し、拡幅・偏平化することが提案されている。しかしな
がら、かかる技術を単にそのまま適用しただけでは、得
られる織物の中央部において緯糸がたるむ、いわゆる目
曲りが発生することがある。この様な目曲りの生じた織
物を補強用繊維として用いたCFRPは、織物の横糸方
向へ負荷したときの力学特性、特に圧縮強度が著しく低
下し、航空・宇宙、プレミアムスポーツなどの先進的な
材料としての用途には適さなくなってしまう。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
の炭素繊維織物における上述した問題点を解決し、優れ
た力学特性を有するCFRPを製造し得る炭素繊維織物
およびその製造方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の炭素繊維織物
は、上記課題を解決するため、以下の構成を有する。す
なわち、カバーファクターが95%以上であって、緯糸
の目曲り量の織物全幅に対する比率が5%以下である炭
素繊維織物である。
【0006】また、本発明の炭素繊維織物の製造方法
は、上記課題を解決するため、以下の構成を有する。す
なわち、炭素繊維織物の両側端部のそれぞれに1〜10
本の拘束糸を付与した後、該織物面にウオータージェッ
トを指向せしめて、該織物を開繊処理することを特徴と
する炭素繊維織物の製造方法である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。
【0008】本発明の炭素繊維織物に用いる炭素繊維と
しては、ポリアクリロニトリル系、ピッチ系、セルロー
ス系など、従来公知の各種炭素繊維を用いることができ
る。本発明の炭素繊維織物は、上記炭素繊維束を織物に
織ったものである。織物としては、平織、朱子織など、
緯糸と経糸が一定の法則にしたがって直角に交錯した織
組織を有する二軸織物が好ましい。
【0009】本発明の炭素繊維織物は、その織物のカバ
ーファクターを95%以上とする必要がある。織物のカ
バーファクターが95%未満では、炭素繊維束の交錯部
における織糸の曲がり、すなわちクリンプの度合が大き
くなり、織物の表面平滑性に劣ったものとなるばかり
か、かかる織物を強化材としたCFRPにおいて、織物
の横糸方向へ負荷したときの力学特性、特に圧縮強度が
低下する。なお、プリプレグのドレープ性が損なわれる
のを防止する観点から、織物のカバーファクターは、9
9.8%以下であることが好ましい。
【0010】ここで、織物のカバーファクターは次のよ
うにして測定した値をいう。すなわち、まず実体顕微鏡
を使用して、織物の裏面側から光をあてながら織物の表
面を写真撮影する。これにより織糸部分は黒く、織目部
分は白いという織物の透過光パターンが撮影される。光
量はハレーションを起こさない範囲に設定する。撮影倍
率は、後の画像解析において解析範囲に緯糸および経糸
がそれぞれ2〜20本入るように設定する。次に、得ら
れた写真をCCD (チャージ・カップル・デバイス)カメ
ラで撮影し、撮画像を白黒の明暗を表わすデジタルデー
タに変換してメモリに記憶し、それを画像処理装置で解
析し、全体の面積S1 と、白い部分(織目部分)の面積
S2 とから次式のカバーファクターCf (%)を計算す
る。
【0011】 Cf =[(S1 −S2 )/S1 ]*100 本発明の炭素繊維織物は、緯糸の目曲り量が、織物全幅
の5%以下とするものである。緯糸の目曲り量が織物全
幅の5%を越える織物を補強材として用いたCFRP
は、緯糸配列方向への負荷に対する力学特性、特にCF
RPの重要な力学特性の一つである圧縮強度が著しく低
下し、所望の材料スペックを下回ってしまうことにな
る。また、緯糸の目曲り量としては、織物全幅の0.2
%以上とすれば、本発明の効果が十分に得られることが
多い。
【0012】ここで、炭素繊維織物の緯糸の目曲り量は
次のようにして測定する。
【0013】炭素繊維織物の任意の緯糸の側端から経糸
配列方向に垂直に直線をひき、織物全幅方向にわたっ
て、該緯糸の各位置と前記直線との距離の最大値を求め
る。この方法で5本の緯糸について測定しその平均を緯
糸の目曲り量とした。
【0014】ここで、織物の側端とは、緯糸の経糸配列
方向での切断端のことである。
【0015】本発明の炭素繊維織物は、例えば、次のよ
うにして製造することが出来る。
【0016】まず、通常の織成操作により、炭素繊維の
マルチフィラメント糸を織糸、すなわち緯糸および経糸
とする織物を得る。なお、織物の目付は任意に選び得る
が、小さい織物目付の場合に本発明の特徴が現れやす
く、好ましくは120〜250g/m2 、より好ましく
は140〜220g/m2 とするのが良い。
【0017】この炭素繊維織物は緯糸のほつれを防止す
るために、拘束糸により、織物の両側端部に沿って緯糸
を拘束する。拘束糸は、緯糸を拘束できる限り、各側端
部について1本だけでもよいが、好ましくは、図1に示
す平組織や、図2に示す絡み組織のように、2本以上で
緯糸を拘束するのが良い。なお、図1および図2におい
ては、織物の経糸の図示は省略している。織物の側端に
用いる拘束糸の本数が多すぎると、この織物を後述する
開繊処理に供して得られる開繊織物において、側端部の
拘束が強くなって十分に開繊・拡幅が行われなくなる結
果、織物の側端部と、中央部(側端部以外の部位)とで
開繊・拡幅の程度が異なってしまう。また、開繊処理の
過程で生じる炭素繊維織物の伸びは、中央部の方が側端
部より大きくなってしまい緯糸の目曲りが発生すること
になる。従って、かかる拘束糸の本数は、各側端部につ
いて10本以下とすることにより、後述する開繊処理を
より効果的に行うことができ、本発明の炭素繊維織物を
安定して得ることができる。
【0018】特に前記したような小さい織物目付の織物
においては、そのカバーファクターを前記範囲としよう
とすると、目曲りが生じやすく、この場合、前記本数の
拘束糸を付与することにより、その緯糸の目曲り量の織
物全幅に対する比率を前記範囲とする織物を得ることが
できる。
【0019】拘束糸としてはガラス繊維、ケブラー繊
維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維など、緯糸のほつ
れ防止が可能であればいかなるものでも使用できるが、
炭素繊維と同様に収縮率が小さいことと安価であるとい
う理由からガラス繊維が好ましく使用される。また、拘
束糸としては、複数のモノフィラメントと合糸したマル
チフィラメント状のものが好ましく使用される。これら
のモノフィラメントおよびマルチフィラメント共にその
太さは特に限定されるものではないが、太径のモノフィ
ラメントまたはマルチフィラメントを使用すると、炭素
繊維の側端部が厚くなりロール状に巻き取った時にロー
ル側端部が盛り上がるという欠点が発生する場合があ
る。従って、拘束糸として良く使用されるガラス繊維ヤ
ーンなどでは、拘束糸の外径が0.02〜0.4mmの
ものが好ましく使用される。
【0020】拘束糸が織物の側端の余りに近く付与され
ると、拘束糸が蛇行して緯糸から外れやすくなる場合が
あり、また、織物の側端から余りに離れた位置に付与し
ても、利用できる炭素繊維織物の幅が小さくなるので、
拘束糸は、炭素繊維織物の側端から内側に2〜30mm
の範囲内の側端部に付与するのが好ましい。また、複数
本の拘束糸を用いる場合の各拘束糸同士の間隔について
は、特に限定されるものではないが、小さすぎると拘束
糸の折り込みが困難な場合もあり、大きすぎても利用で
きる炭素繊維織物の面積が少なくなるので、好ましく
は、0.1〜1.5mmであるのが良い。
【0021】さらに、拘束糸を織物の両側端部に付与す
ることに加えて、織物の側端部以外の所望の位置に、複
数本の拘束糸を所定の間隔を持って経糸方向に沿って付
与してから、後述するウオータージェットパンチング処
理を行なっても良い。このような炭素繊維織物は、その
側端部以外に配置した隣り合う拘束糸の間の織物を切断
して、または、切断せずにそのままCFRP用の強化材
として供することができる。
【0022】このような拘束糸を有する炭素繊維織物
を、縦糸配列方向に連続的に走行させながら、その織物
の緯糸配列方向に列状に配置した複数個のノズルから噴
出したウオータージェット流により開繊処理するのであ
る。処理された織物は、付着した水分を除去することに
よって緯糸および経糸が開繊・拡幅され、カバーファク
ターを前記範囲とした炭素繊維織物とすることができ
る。この時、炭素繊維の水分を除去するために使用する
乾燥機としては特に限定されるものではなく、横形、縦
形、熱風循環式、赤外線加熱式等いかなるものであって
も使用可能である。しかし、乾燥工程で必要以上に織物
に対して張力が掛かったりすると、炭素繊維織物の側端
部と中央部との伸びが顕在化してしまう場合があるの
で、必要以上に織物に対して張力が掛からない乾燥方式
として、好ましくはベルト搬送式の乾燥機などを用いる
のが良い。
【0023】
【実施例】
(実施例1)東レ(株)製炭素繊維、トレカ(登録商
標)T300−3K(フィラメント数3,000本)を
緯糸および経糸とし、炭素繊維目付193g/m2 とな
るように織成した炭素繊維平織物(織物幅103cm)
の両側端部にそれぞれ、拘束糸として日東紡(株)製ガ
ラス繊維ヤーン、ECD 450 1/2 4.4S
(外径0.08mm)を、4本づつ織物の側端から内側
に7〜10mmの範囲に織り込んだ。この時、2本のガ
ラス繊維ヤーンが対になって図2に示す絡み組織を形成
するようにした。この炭素繊維織物をウオータージェッ
トパンチングを用いて、水温35℃、ウオータージェッ
ト噴流圧5.0Kgf/cm2 の条件で開繊処理を施し
た後、横型熱風乾燥機を用いて140℃で3分間乾燥し
た。得られた開繊織物のカバーファクター、緯糸の目曲
り量、緯糸の目曲り量の織物全幅に対する比は表1の通
りであった。
【0024】このようにして得られた炭素繊維織物に、
下記組成から成るエポキシ樹脂組成物を均一に含浸して
なるプリプレグ(樹脂含有率40.0%)を積層した後
に、オートクレーブ中で6.0kgf/cm2 の圧力で
180℃×2時間加熱成形した。得られたCFRPをA
STM D695に準拠して、織物の緯糸方向に圧縮負
荷して、室温での圧縮強度を測定した。結果を表1に示
す。
【0025】 ELM434(テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン) 40.0重量部 EPC830(ビスフェノールF型エポキシ) 20.0重量部 EPC152(臭素化ビスフェノールA型エポキシ) 63.0重量部 EP828 (ビスフェノールA型エポキシ) 127.0 重量部 4,4 ′-DDS (4,4′−ジアミノジフェニルスルホン) 80.0重量部 NIPOL 1072(カルボキシル末端アクリロニトリルブタジエンゴム)17.4重量部 (実施例2)ガラス繊維ヤーンを織物の両側端部にそれ
ぞれ2本ずつ織り込んだ他は、実施例1と同様にして開
繊織物およびCFRPを作製した。得られた開繊織物の
カバーファクター、緯糸の目曲り量、緯糸の目曲り量の
織物全幅に対する比、CFRPの室温圧縮強度は表1の
通りであった。
【0026】(実施例3)ガラス繊維ヤーンを織物の両
側端部にそれぞれ6本ずつ織り込んだ他は、実施例1と
同様にして開繊織物およびCFRPを作製した。得られ
た開繊織物のカバーファクター、緯糸の目曲り量、緯糸
の目曲り量の織物全幅に対する比、CFRPの室温圧縮
強度は表1の通りであった。
【0027】(実施例4)ガラス繊維ヤーンを織物の両
側端部にそれぞれ8本ずつ織り込んだ他は、実施例1と
同様にして開繊織物およびCFRPを作製した。得られ
た開繊織物のカバーファクター、緯糸の目曲り量、緯糸
の目曲り量の織物全幅に対する比、CFRPの室温圧縮
強度は表1の通りであった。
【0028】(比較例1)ガラス繊維ヤーンを織物の両
側端部にそれぞれ12本ずつ織り込んだ他は、実施例1
と同様にして開繊織物およびCFRPを作製した。得ら
れた開繊織物のカバーファクター、緯糸の目曲り量、緯
糸の目曲り量の織物全幅に対する比、CFRPの室温圧
縮強度は表1の通りであった。
【0029】(実施例5)拘束糸を日東紡(株)製ガラ
ス繊維ヤーンECD 450 1/0 1Z(外径0.
06mm)に変更した以外は、実施例1と同様にして開
繊織物およびCFRPを作製した。得られた開繊織物の
カバーファクター、緯糸の目曲り量、緯糸の目曲り量の
織物全幅に対する比、CFRPの室温圧縮強度は表1の
通りであった。
【0030】(実施例6)拘束糸を日東紡(株)製ガラ
ス繊維ヤーンECD 225 1/2 4.4S(外径
0.12mm)に変更した以外は、実施例1と同様にし
て開繊織物およびCFRPを作製した。得られた開繊織
物のカバーファクター、緯糸の目曲り量、緯糸の目曲り
量の織物全幅に対する比、CFRPの室温圧縮強度は表
1の通りであった。
【0031】(実施例7)拘束糸を日東紡(株)製ガラ
ス繊維ヤーンECG 37 1/3 3.3S(外径
0.33mm)に変更した以外は、実施例1と同様にし
て開繊織物およびCFRPを作製した。得られた開繊織
物のカバーファクター、緯糸の目曲り量、緯糸の目曲り
量の織物全幅に対する比、CFRPの室温圧縮強度は表
1の通りであった。
【0032】(実施例8)横型熱風乾燥機に変えて、ベ
ルト搬送式乾燥機を使用した以外は、実施例1と同様に
して開繊織物およびCFRPを作製した。得られた開繊
織物のカバーファクター、緯糸の目曲り量、緯糸の目曲
り量の織物全幅に対する比、CFRPの室温圧縮強度は
表1の通りであった。
【0033】
【表1】
【0034】
【発明の効果】本発明の炭素繊維織物を用いた複合材料
は、織物の緯糸配列方向への負荷に対する力学特性、特
に圧縮強度を優れたものとすることができる。また、本
発明の炭素繊維織物の製造方法によれば、かかる炭素繊
維織物を容易に、かつ、安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において用いられる拘束糸の一付与態様
である平組織を示す概略図である。
【図2】本発明において用いられる拘束糸の一付与態様
である絡み組織を示す概略図である。
【符号の説明】
1:緯糸の炭素繊維束 2:拘束糸

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】カバーファクターが95%以上であって、
    緯糸の目曲り量の織物全幅に対する比率が5%以下であ
    る炭素繊維織物。
  2. 【請求項2】織物の目付が120〜250g/m2 であ
    ることを特徴とする請求項1記載の炭素繊維織物。
  3. 【請求項3】織物の両側端部のそれぞれに1〜10本の
    拘束糸を有することを特徴とする請求項1記載の炭素繊
    維織物。
  4. 【請求項4】炭素繊維織物の両側端部のそれぞれに1〜
    10本の拘束糸を付与した後、該織物面にウオータージ
    ェットを指向せしめて、該織物を開繊処理することを特
    徴とする炭素繊維織物の製造方法。
JP7314248A 1994-12-21 1995-12-01 炭素繊維織物およびその製造方法 Pending JPH08232135A (ja)

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JP6-318821 1994-12-21
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