強化繊維シート材
【課題】 十分な強度を有しつつも、ドレープ性に優れ、ロール解舒時のカール現象を抑制することができる強化繊維シート材を提供すること。
【解決手段】 強化繊維からなる鎖編地糸１により編成された鎖組織Ｗを、所定のウェール間隔に沿って複数列形成する一方、
この鎖組織Ｗのループ組織内または当該鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２を経方向に沿って直進的に挿入して、
かつ、強化繊維からなる補強挿入緯糸３を、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織Ｗに編絡させて、これら鎖組織Ｗ・Ｗ同士を勾引状態に接結して編み込むことによって、シート状経編地に構成するという技術的手段を採用した。
【解決手段】 強化繊維からなる鎖編地糸１により編成された鎖組織Ｗを、所定のウェール間隔に沿って複数列形成する一方、
この鎖組織Ｗのループ組織内または当該鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２を経方向に沿って直進的に挿入して、
かつ、強化繊維からなる補強挿入緯糸３を、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織Ｗに編絡させて、これら鎖組織Ｗ・Ｗ同士を勾引状態に接結して編み込むことによって、シート状経編地に構成するという技術的手段を採用した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ（Fiber-Reinforced-Plastics）、以下「ＦＲＰ」と略称する）を成形する際に用いるシート材の改良、更に詳しくは、十分な強度を有しつつも、ドレープ性に優れ、ロール解舒時のカール現象を抑制することができる強化繊維シート材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維により作製したシート材を、樹脂に封入してなる繊維強化プラスチックは、軽量で高強度・高弾性率であることから、スポーツ・レジャー用品をはじめ、航空機や一般産業などの広い分野で使われるようになっている。
【０００３】
従来のＦＲＰ成形においては、「フィラメントワインディング」のように、強化繊維を直接マンドレルに巻き付けながら成形する方法もあるが、多くはシート状の一方向プリプレグや、一方向あるいは二方向織物などの中間基材に加工してから成形が行われている。
【０００４】
この際、一方向プリプレグや一方向織物などは、強化繊維が一方向に直線状に配向しているため、その配向方向に対しては強化繊維の有する高い強度・弾性率が発揮できるが、曲面などを有する成形体の場合には、その曲面形状にシートが沿い難いため、パッチワークのように切り貼りをせねばならないという問題がある。
【０００５】
また、二方向のプリプレグや織物を使用する場合には、繊維配向に対して４５°方向に伸長させる方法、すなわち剪断変形させることによって曲面に沿わせる方法があるが、曲面に沿わせた後の繊維配向は、成形体の部分によって大きく異なるため、強度の不均一な成形品となる問題がある。
【０００６】
そこで、複雑な曲面にも沿い易い基材として、フィット性を有する「編物」が知られており、かかる編物の材料にガラス糸や炭素繊維糸などの強化繊維を用いる試みがされてきているが、屈曲に弱く、また、編成時の毛羽の発生や、糸切れし易いという問題がある。
【０００７】
ところが、最近では、＜特許文献１＞で提案されているように、製造条件の適正化により毛羽や糸切れがない強化繊維シート材が提供できるようになっている。
【０００８】
特に、経編物にあっては、＜特許文献１＞で示されているように、フィット性、あるいは高い耐衝撃性を有した強化繊維編地の提供が可能である。
【０００９】
しかしながら、強化繊維糸による経編物は、上記した特徴がある反面、ループの隆起等により表裏が対称でないために、巻き取ったロールから解舒したときに、編地の端部が不可避的にカールしてしまうという問題があった。
【００１０】
そして、ＦＲＰ成形時には、この編地のカールを修正しながら積層作業をせねばならないため、非常に手間が掛かり、ＦＲＰの成形品の大きさなどによっては大勢の人手でカールするのを抑制しながら積層せねばならないという問題があり、このようにカールしたまま積層されてしまうと、強度不足の不良品になってしまうおそれがある。
【００１１】
なお、一般の熱可塑性樹脂製繊維からなる衣料用編物などにおいては、ヒートセット加工や、樹脂加工などにより、前記のようなカール現象を抑制しているが、ガラス繊維や炭素繊維など強化繊維においては、ヒートセット性がないので抑制不可能である。
【００１２】
また、カール現象によって、ＦＲＰ成形前に、強化繊維の表面に異物が付着し易くなるため、ＦＲＰのマトリックス樹脂と強化繊維の接着不良により強化繊維の高強度・高弾性率が発現しないという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１０６３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従来のＦＲＰ成形用の基材に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、十分な強度を有しつつも、ドレープ性に優れ、ロール解舒時のカール現象を抑制することができる強化繊維シート材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者が上記技術的課題を解決するために採用した手段を、添付図面を参照して説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
即ち、本発明は、強化繊維からなる鎖編地糸１により編成された鎖組織Ｗを、所定のウェール間隔に沿って複数列形成する一方、
この鎖組織Ｗのループ組織内または当該鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２を経方向に沿って直進的に挿入して、
かつ、強化繊維からなる補強挿入緯糸３を、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織Ｗに編絡させて、これら鎖組織Ｗ・Ｗ同士を勾引状態に接結して編み込むことによって、シート状経編地に構成するという技術的手段を採用したことによって、強化繊維シート材を完成させた。
【００１７】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３を構成する糸の少なくとも一部には、糸表面に低融点熱可塑性樹脂を含んでおり、加熱処理により当該低融点熱可塑性樹脂が溶融して、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３の強化繊維同士がそれぞれ融着し、これらを固着可能にするという技術的手段を採用することができる。
【００１８】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点熱可塑性樹脂を含む低融点ポリマー糸４を、鎖組織Ｗまたは補強挿入緯糸３の挿入に沿って配置して、補強挿入緯糸３と鎖組織Ｗのループとの交点において、前記低融点熱可塑性樹脂により接着するという技術的手段を採用することができる。
【００１９】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３を、低融点ポリマー糸を芯材の周囲に螺旋状に巻回して構成されたカバーリング糸にするという技術的手段を採用することができる。
【００２０】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖組織Ｗにおけるコース方向の単位長さをＬ１（ｃｍ）とし、その編成に必要な鎖編地糸１の糸長をＬ２（ｃｍ）として、これらの比率（Ｌ２／Ｌ１）を、編み込み率Ｒとするとき、
この編み込み率Ｒを、前記鎖編地糸１の繊度Ｔ（Ｄｔｅｘ）、および鎖組織Ｗ・Ｗ…のコース密度Ｄ（コース／ｃｍ）との関係式
Ｒ＝０．４７×Ｔ０．５×Ｄ×１０−２＋Ｋ
Ｒ：編み込み率（Ｒ＝Ｌ２／Ｌ１）
Ｔ：鎖編地糸の繊度（Ｄｔｅｘ）
Ｄ：鎖組織のコース密度（コース／ｃｍ）
Ｋ：定数
において、定数Ｋを３．３〜３．６にするという技術的手段を採用することができる。
【００２１】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維の繊度を、４０００Ｄｔｅｘ以下で、かつ、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以上にするという技術的手段を採用することができる。
【００２２】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、シート状経編地における空隙率を、７０〜８５％にするという技術的手段を採用することができる。
【００２３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維を、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維の中から選ばれた一種または複数種で作製するという技術的手段を採用することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にあっては、強化繊維からなる鎖編地糸により編成された鎖組織を、所定のウェール間隔に沿って複数列形成する一方、この鎖組織のループ組織内または当該鎖組織間において、強化繊維からなる補強挿入経糸を経方向に沿って直進的に挿入して、かつ、強化繊維からなる補強挿入緯糸を、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織に編絡して、これら鎖組織同士を勾引状態に接結して編み込むことによって、シート状経編地に構成した。
【００２５】
本発明の強化繊維シート材によれば、鎖組織のループが力学的に最も安定した形状で編成され、かつ、編成後の編地の引き取り工程や、巻き取り工程における編地の引っ張り張力に対しては、補強挿入経糸に担い、編成時の安定したループ形状のまま巻き取ることができるため、巻き取りロールから解舒した際にシート材のカール現象を抑制することができるので、ＦＲＰ成形における積層時のカール修正のための手間が大幅に改善できることから、産業上の利用価値は頗る大きいと云える。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態における強化繊維シート材の構造を表わす説明正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における強化繊維シート材の製造工程を表わす説明正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における補強挿入経糸の構造を表わす説明正面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における強化繊維シート材の構造を表わす説明正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明を実施するための形態を、具体的に図示した図面に基づいて、更に詳細に説明すると、次のとおりである。
【００２８】
『第１実施形態』
本発明の第１実施形態を図１から図３に基づいて説明する。図中、符号１で指示するものは鎖編地糸であり、また、符号２で指示するものは補強挿入経糸であり、符号３で指示するものは補強挿入緯糸である。
【００２９】
これらの鎖編地糸１、補強挿入経糸２、補強挿入緯糸３は、強化繊維よりなる細長部材であり、この強化繊維としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維の中から選ばれた一種または複数種で作製することができる。
【００３０】
また、符号４で指示するものは低融点ポリマー糸であり、この低融点ポリマー糸４は、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリアクリロニトリル系、ポリビニルアルコール系、ポリオレフィン系の熱可塑性樹脂を単独あるいは複数を用いて糸材である。
【００３１】
しかして、本発明は、ＦＲＰ成形用の基材として用いられるシート材であって、構成するにあっては、まず、強化繊維からなる鎖編地糸１によって鎖組織Ｗを編成して、所定のウェール間隔に沿って複数列形成する。本実施形態では、鎖組織Ｗが閉目であっても、開目であっても構わない。
【００３２】
そして、図１に示すように、この鎖組織Ｗのループ組織内または当該鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２を経方向に沿って直進的に挿入する。
【００３３】
この際、補強挿入経糸２は、鎖組織Ｗを形成する１本のニードルに対して、左右の振り（筬の振り００／１１）を繰り返すことにより、経方向にほぼ真っ直ぐな状態で挿入させることができる。
【００３４】
次いで、強化繊維からなる補強挿入緯糸３を、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織Ｗに編絡させて、これら鎖組織Ｗ・Ｗ同士を勾引状態に接結して編み込むことによって、シート状経編地に構成する。
【００３５】
この際、補強挿入緯糸３の振り量を２針にした挿入組織や振り量を変化させた挿入組織であっても構わない。また、２枚以上の筬による挿入組織にすることもできる。
【００３６】
なお、本実施形態では、補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３を構成する糸の少なくとも一部には、糸表面に低融点熱可塑性樹脂を含んでおり、加熱処理により当該低融点熱可塑性樹脂を溶融して、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３の強化繊維同士をそれぞれ融着せしめて、これらを固着することが可能である。
【００３７】
本実施形態では、低融点熱可塑性樹脂を含む低融点ポリマー糸４を、鎖組織Ｗまたは補強挿入緯糸３の挿入に沿って配置することができ、適宜、熱処理を施すことによって、補強挿入緯糸３と鎖組織Ｗのループとの交点において、前記低融点熱可塑性樹脂溶融させることにより接着することができる。
【００３８】
この際、図２に示すように、補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３の芯材に低融点ポリマー糸を引き揃えて挿入しても良いし、補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３について、低融点ポリマー糸を芯材の周囲に螺旋状に巻回して構成されたカバーリング糸を採用することもでき（図３参照）、こうして構成された補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３を挿入することができる。
【００３９】
本実施形態における低融点ポリマーとしては、融点が８０〜１５０℃のポリアミド系、ポリエステル系、ポリオリフィン系、ポリアクリル系などであって、特に接着性が良好な共重合ナイロン（融点：約１００℃）が好ましい。
【００４０】
こうして交点を接着させることにより、ループを横切る方向に配置された補強挿入緯糸３とループを接着することができ、ループの形態安定性がより向上するとともに、シート材を切断した際に、切断端の解れ防止にも効果的であり、取扱い性が良くなる。
【００４１】
また、本実施形態では、鎖組織Ｗにおけるコース方向の単位長さをＬ１（ｃｍ）とし、その編成に必要な鎖編地糸１の糸長をＬ２（ｃｍ）として、これらの比率（Ｌ２／Ｌ１）を、編み込み率Ｒとするとき、
この編み込み率Ｒが、前記鎖編地糸１の繊度Ｔ（Ｄｔｅｘ）、および鎖組織Ｗ・Ｗ…のコース密度Ｄ（コース／ｃｍ）との関係式
Ｒ＝０．４７×Ｔ０．５×Ｄ×１０−２＋Ｋ
Ｒ：編み込み率（Ｒ＝Ｌ２／Ｌ１）
Ｔ：鎖編地糸の繊度（Ｄｔｅｘ）
Ｄ：鎖組織のコース密度（コース／ｃｍ）
Ｋ：定数
において、定数Ｋを３．３〜３．６にすることができる。
【００４２】
ここで、編み込み率Ｒは、鎖組織Ｗにおけるコース方向の単位長さＬ１（ｃｍ）と、その編成に必要な鎖編地糸１の糸長Ｌ２（ｃｍ）との比率であるから、ループが経方向に細長く伸長されたと仮定すると、１個のループの鎖編地糸１が３本経方向に並ぶことになるから、最低の編み込み率Ｒは３に近い値となる。
【００４３】
実際には、シート材の厚みやコース密度により、編地糸同士の交差部における屈曲の発生などで、３より少し大きな値となる。
【００４４】
一方、鎖編地糸１の供給を多くして、編地の引き取り量を小さくすれば、編み込み率Ｒの値が大きくなるが、編地糸をニードルに給糸する際（オーバーラップ時）に鎖編地糸１が緩んで、ニードルのフック外れ、目落ちになる問題や、編地が浮き上がって旧ループがニードルのベラから抜けずに被り傷（タック）になる問題があるため、通常は、最大の編み込み率Ｒは４．０程度にしている。
【００４５】
したがって、鎖組織Ｗにおいて、編み込み率Ｒが大きいということは、鎖ループが丸みを帯びた形態で、経方向に伸び易いループ構造であることがいえる。
【００４６】
このような編組織を有するシート構造の形態安定性を維持するためには、編機上での編成部における編地の引き取り張力を低くすることにより編成可能であるが、通常、ロールに巻き取る際には、巻き硬度を得る目的で張力を掛ける必要があるため、鎖ループは細長く引き伸ばされてしまう。
【００４７】
そして、このように鎖ループが細長く伸ばされた状態で、巻かれたシート材を巻物（ロール）から解舒した場合、通常の衣料用の繊維のような引っ張り弾性率の低い繊維であると、たて長に引き伸ばされたループ形状に近い形で保持されるが、特に、ＦＲＰに使用するような引っ張り弾性率の高い強化繊維では、ループが最も安定した形状、すなわち丸くなろうとする力が瞬時に作用して、ループが長さ方向に対して収縮しようとする（所謂「カール現象」）。
【００４８】
本実施形態の強化繊維シート材は、鎖組織Ｗのループ組織内に補強挿入経糸２を設け、かつ、鎖組織Ｗの編み込み率Ｒを大きくすることによって、安定したループ形状で編成することができるので、その後の巻き取り工程における形態安定性維持のための張力は当該補強挿入経糸２が担い、安定したループの形状で変形することなく巻き取りおよび解舒ができるのである。
【００４９】
そして、かかる効果を実現するためには、前記編み込み率Ｒの関係式における定数Ｋを３．３〜３．６の範囲にすることが最も好ましい条件となる。
【００５０】
即ち、定数Ｋが３．３より小さい場合は、ループを形成することは可能ではあるが、本実施形態のような引っ張り弾性率の高い強化繊維糸においては、力学的に不安定なたて長のループ形状で編成されていると、シート材に引き取り張力などが掛からないフリーな状態にしたときに、ループ形状が最も安定した丸い形状に治まろうとして経方向に収縮してしまい、シート材のカール現象が発生し易いという問題がある。
【００５１】
一方、定数Ｋが３．６より大きい場合は、シート材のカール現象の発生はほとんど無くなるが、編成時の鎖編地糸１の供給張力が低くなりすぎて、鎖編地糸１をニードルのフックに引っ掛ける（オーバーラップ）際に、鎖編地糸１が緩んでフックから外れる（目落ちする）おそれがあり、ニードル上昇に伴って編地もついて上がり、被り傷（タック）になり易いという問題がある。
【００５２】
なお、このような定数Ｋの３．３〜３．６という範囲は、通常の繊維材料を使用したシート材に比べて大きな値であるので、鎖編地糸１の供給張力を安定させるために、柔らかめテンションガイドを使用することによって安定的に編成することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維の繊度を、４０００Ｄｔｅｘ以下で、かつ、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以上にすることができる。
【００５４】
編物は編地糸の断面が丸く集合された状態でループを形成するため、繊度が４０００Ｄｔｅｘより太い強化繊維糸を編地糸に使用すると、編地表面が大きく凸凹し、表面平滑なＦＲＰが得られないという問題がある。
【００５５】
また、鎖組織Ｗのようなループを形成する際には、繊度が４０００Ｄｔｅｘ以上のように太い強化繊維の編地糸では、小さな半径に屈曲させることができず、強引に屈曲させると、強化繊維（ガラス繊維や炭素繊維）は屈曲に弱いため、毛羽が発生したり切断してしまう問題がある。
【００５６】
また、本実施形態では、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以上の剛性の高い強化繊維を使用する際に高い効果が発揮されるものである。即ち、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以下であると、編成時の巻き取りなどでループがたて長に変形し、その後に編地がフリーに解放されてもループの形状が丸くなろうとする力が弱いので、シート材がカールする程度は低いものの適当な形態安定性が得られにくい。
【００５７】
更にまた、本実施形態では、シート状経編地における空隙率を、７０〜８５％にすることができる。
【００５８】
本実施形態の強化繊維シート材は、ＦＲＰに成形した際、高い強度・弾性率を発揮するだけでなく、編構造による空隙を利用して、ＶａＲＴＭ成形法（Vacuum-assisted-Resin-Transfer-Molding：以下「ＶａＲＴＭ成形」という）における樹脂の流路となるメディアとしての機能を発揮させることもできる。
【００５９】
通常のＶａＲＴＭ成形法においては、メディアは成形後に取り除くことを前提にして、強度・弾性率に寄与しないプラスチックネットなどが使われ、成形後に取り除くという面倒な作業と無駄を行っているが、本実施形態の繊維強化シート材は、主として強化繊維で構成されているので、そのままＦＲＰ成形品内に残しても、成形品の強度・弾性率特性への影響が少ない。
【００６０】
このような理由から、本実施形態のシート材を、メディアとして利用する際には空隙率が７０〜８５とすることが好ましい。なお、「空隙率」は、以下の計算に基づいて求められたものである。
空隙率（％）＝１００×[１−Ｗ／（１０００×ｔ×ρ）]
Ｗ：目付（ｇ／ｍ２）
ｔ：基材の厚さ（ｍｍ）
ρ：強化繊維の比重（ｇ／ｃｍ３）
【００６１】
空隙率は、強化繊維の繊度、挿入組織、編成密度により決めることができる。本実施形態の強化繊維シート材において、空隙率が７０％より小さいと、メディアとして使用した際の樹脂の流れが遅くなり、成形時間が余りにも長くなってしまう問題がある。また、強化繊維シート材部分の繊維含有率（Ｖｆ）が高くなるので軽量化することが可能であるが、編地内のループが小さく屈曲した形態となるためにループ形成時に糸切れが発生し、編成自体が困難になるという問題がある。
【００６２】
一方、空隙率を８５％より大きくすると、樹脂の流れが良くて短時間で樹脂注入させることができるが、ＦＲＰ成形体内での強化繊維シート材部分の繊維含有率（Ｖｆ）が低くなるため、そこから破壊するおそれがあり、高い強度が得られないという問題がある。
【００６３】
一般のＶａＲＴＭ成形法におけるメディアは、成形後に除去するために、ＦＲＰ成形品の最上部に配置せねばならず、メディア除去後の面にメディアの凹凸跡が残留する問題があったが、本実施形態の強化繊維シート材は、曲げ強度に対して最も影響の少ない成形品の厚み方向の中央部に配置して、樹脂注入させることができるため、曲げ強度への影響が少なく、表面も平滑な成形品を得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態の強化繊維シート材は、カール現象が抑制されているので、メディアとして積層する際にも皺などに気を使うことなく容易に作業をすることができる。
【００６５】
また、本実施形態の強化繊維シート材を、ＶａＲＴＭ成形のメディアとして使用する際にも、前記のように、引っ張り弾性率の高い繊維にすることにより、樹脂注入前の真空バッグ時の圧力に対して編地の空隙部の減少が抑えられるので、樹脂通路を安定して確保できる。
【００６６】
『第２実施形態』
次に、本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。本実施形態では、シート材のの鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２を経方向に沿って直進的に挿入して構成する。
【００６７】
本実施形態では、２つの補強挿入緯糸３を配設し、隣接する２列の鎖組織Ｗ・Ｗ間において、補強挿入緯糸３・３間に補強挿入経糸２を挿入させて、強化繊維シートを構成するものである。
【００６８】
具体的には、補強挿入緯糸３の振り量は、２針（筬の振り００／２２）、または３針（筬の振り００／３３）など、適宜選択することができる。
【００６９】
また、補強挿入経糸２を、鎖組織Ｗ・Ｗ間に挿入させる際は、経編機の１枚目筬は鎖組織Ｗとし、２枚目筬に補強挿入緯糸３、３枚目筬に補強挿入経糸２、４枚目筬に再び補強挿入緯糸３とすれば、補強挿入経糸２を補強挿入緯糸３・３との間に挟み、保持させることができる。
【００７０】
＜実施例＞
本実施形態の強化繊維シート材のカール抑制効果を確認するため、鎖組織Ｗの編み込み率Ｒを変えた３水準の強化繊維シート材を作製し、シート材のカール量の評価を行い、結果を以下の〔表１〕にまとめた。
【００７１】
（１）強化繊維シート材の製作条件
編 機 マイヤー製１６Ｇラッセル機
使用糸（鎖編地糸、補強挿入経糸、補強挿入緯糸のすべて）
ＥＣＥ２２５ １／２ ４５０Ｄｔｅｘのガラスヤーン
組 織 Ｇ１ 鎖編 （１０／０１）
Ｇ２ 経方向挿入 （００／１１）
Ｇ３ 緯方向挿入 （００／３３）
編コース密度 ６．５ｃ／ｃｍ
鎖編地糸の編み込み率の水準
「実施例１」 編み込み率Ｒ＝４．１４（定数Ｋ＝３．５０）
「実施例２」 編み込み率Ｒ＝４．００（定数Ｋ＝３．３５）
「実施例３」 編み込み率Ｒ＝３．９７（定数Ｋ＝３．３２）
【００７２】
（２）強化繊維シート材のカール量評価方法
強化繊維シート材を３００ｍｍ×３００ｍｍサイズに切断して、平らな面上にループ側を上向きにしてフリーな状態で置き、編物が長さ方向にカールした状態での長さを測定し、元の長さ３００ｍｍから引き算した値をカール長さ（ｍｍ）とした。
【００７３】
「比較例について」
鎖組織Ｗの編み込み率Ｒ以外を、前記「実施例１」と同じ条件で製作した。
「比較例１」 編み込み率 Ｒ＝３．９０（定数Ｋ=３．２７）
「比較例２」 編み込み率 Ｒ＝４．３５（定数Ｋ=３．７０）
【００７４】
【表１】
【００７５】
＜考察＞
カール長さについては、編み込み率Ｒ（Ｋ＝３．３〜３．６）で作製された実施例１〜３の強化繊維シート材はカール長さが小さく、取扱いの際にカールを伸ばしたり、カールしないようにカール防止の止め具を使用しなくても良く、簡単に取り扱うことができる。
【００７６】
「比較例１」は、カール長さが非常に大きく、シートとしての形状を維持できず、取扱う際にカールを伸ばすのに手間が多く必要となり、取扱いが非常に困難であった。
【００７７】
また、「比較例２」は、編み込み率Ｒが大きくなりすぎて、編成時に鎖編糸がニードルフックに掛からずに目落ちが多発する現象が発生し、うまく編成できなかった。
【００７８】
全体的には、編み込み率Ｒが大きいほどカール長さは小さくなり、編み込み率Ｒが小さいほどカール長さが大きくなった。これは、編み込み率Ｒが大きいと各ループに使用する鎖編地糸１の長さが長くなるために、ループの編地糸が比較的大きな半径で緩やかに屈曲し安定したループの形状に編成されたため、形態的に安定したものと考えられる。
【００７９】
逆に、編み込み率Ｒが小さいと、各ループに使用する鎖編地糸１の長さが短くなるためループの編糸が非常に小さな半径で屈曲してしまい、使用する編糸が高弾性率であるほどループが安定した丸い形状に治まろうとするため強化繊維シート材のループ面側に収縮力が働いてカールしやすい強化繊維シート材になったと考えられる。
【００８０】
シート材の厚さについては、編み込み率Ｒが大きいほど薄く、編み込み率Ｒが小さいほど厚くなった。これは前述したように編み込み率Ｒが小さいほどループの編糸が非常に小さな半径で屈曲してしまうために、ループが安定した丸い形状に治まろうとして長手方向に収縮した分、厚さが大きくなるものと考えられる。
【００８１】
この傾向は製品打ち込みにも現れており、製造時の機械上では編み込み率Ｒ以外は同条件で同じ打ち込みで製造しているにもかかわらず、編み込み率Ｒが小さくなるほど製品打ち込みは大きくなっている。これも同様に長手方向に収縮した分、製品打ち込みが大きくなったためである。
【００８２】
＜樹脂含浸性評価結果＞
次に、本実施形態の強化繊維シート材が、ＶａＲＴＭ成形法における残置メディアとして有効であることを明確にするため、前記「実施例１」の強化繊維シート材と、空隙率６３．８％のガラスクロス「比較例３」について、下記条件でＶａＲＴＭ成形法により樹脂含浸時間を評価した。
【００８３】
（１）使用材料
樹脂を含浸させる強化繊維基材には、目付けが２００ｇ／ｍ２の一方向炭素繊維シート材（以下「炭素繊維シート材」と呼ぶ）を使用した。メディアとして使用する材料（以下「メディア材」と呼ぶ）は、「実施例１」の強化繊維シート材と比較として空隙率６３．８％のガラスクロス「比較例３」を使用した。
【００８４】
（２）測定条件
樹脂を含浸させる炭素繊維シート材とメディア材のそれぞれをシート長手方向に３８０ｍｍ、幅方向に２５０ｍｍのサイズに切断し、炭素繊維シート材を同一方向に８枚積層した。そしてその中間層に「実施例１」のシート材を１枚積層、さらには２枚積層、また「比較例４」のシート材を１枚積層、さらには２枚積層したこれら４水準を作製した。これらの積層構成の概要を以下に記載する。
【００８５】
（３）積層構成
ａ）［炭素繊維シート材４枚／「実施例１」メディア材１枚／炭素繊維シート材４枚］
ｂ）［炭素繊維シート材４枚／「実施例１」メディア材２枚／炭素繊維シート材４枚］
ｃ）［炭素繊維シート材４枚／「比較例３」メディア材１枚／炭素繊維シート材４枚］
ｄ）［炭素繊維シート材４枚／「比較例３」メディア材２枚／炭素繊維シート材４枚］
【００８６】
これら積層したものを鉄板の上に乗せ、積層した基材の周囲をフィルムバッグし、バキュームポンプによりそのバッグ内を真空（−０．１ＭＰａ）にしながら２０℃で粘度２．４ポイズの樹脂を含浸させ、樹脂が２０ｃｍ流動するのにかかった時間を測定した。
【００８７】
このときの型温度、室内温度、樹脂温度を２０℃とし、炭素繊維シート材のシート長手方向を樹脂流動方向として積層した炭素繊維シート材長手方向の片側端に樹脂注入口、もう一方の片側端に樹脂吸引口を設置した。
【００８８】
メディア材を１００ｍｍ角に切り取り，その重量に１００を掛けて算出したメディア材目付け、８枚積層した炭素繊維シート材の中間層に使用したメディア材の枚数を、メディア材使用枚数、前記した式により求めたメディア材空隙率、そして樹脂含浸速度の測定結果を以下の〔表２〕に示す。
【００８９】
【表２】
【００９０】
＜考察＞
「実施例１」と「比較例３」のメディア材において、目付けが４％しか変わらないにもかかわらず、メディア材空隙率に約２０％の差があるのは、「実施例１」のシート材が編物構造であり、特に鎖編の部分が厚み方向にも立体的な構造を形成して厚み方向の空隙も多く、一方「比較例３」のガラスクロスは平織物で織物を構成しているたて糸とよこ糸の厚み分だけであり、「実施例１」の厚みより薄くなるため、空隙が形成されにくいからと考えられる。
【００９１】
メディア材使用枚数１枚のとき、含浸速度は「比較例３」に対し、「実施例１」の方が約５倍速い結果となった。これは「実施例１」のメディアが編物構造であり、メディア材の空隙率の差が現れたと考えられる。
【００９２】
また、編物構造は、特に鎖組織の部分が厚み方向にも立体的な構造を形成しており、メディアの面内に空隙が連続的につながりを持っており、特に鎖組織同士の間は組織上空隙が多く、その空隙が長手方向にほぼ一様であるのに対し、織物は経糸と緯糸が互いに交差して接触しており厚み方向には隙間が形成されないため、メディア材面内での空隙は主に経糸と緯糸が互いに交差する織目の箇所に断片的に形成されているといった構造的な差によるとも考えられる。
【００９３】
更にまた、メディア材使用枚数２枚の場合、メディア材使用枚数１枚の場合と比較すると、「実施例１」のメディア材は２０ｃｍ含浸するのにかかる時間が約３倍速くなり、「実施例２」のメディア材は変化がなかった。これもメディア材の構造的な差によるものであり、「実施例１」のメディア材は２枚重ねることで空隙が厚み方向への連続的なつながりを持つことで樹脂が流動しやすくなった効果が現れた。
【００９４】
一方で「比較例３」のメディア材は、空隙が主にたて糸とよこ糸が互いに交差する織目の箇所に断片的にしか存在せず連続的な空隙が形成されないため、樹脂の流動しやすさが変わらなかった。
【００９５】
本発明は、概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、強化繊維の使用材料や、熱可塑性樹脂材料は適宜変更することができ、本発明の技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００９６】
１ 鎖編地糸
２ 補強挿入経糸
３ 補強挿入緯糸
４ 低融点ポリマー糸
Ｗ 鎖組織
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ（Fiber-Reinforced-Plastics）、以下「ＦＲＰ」と略称する）を成形する際に用いるシート材の改良、更に詳しくは、十分な強度を有しつつも、ドレープ性に優れ、ロール解舒時のカール現象を抑制することができる強化繊維シート材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
周知のとおり、ガラス繊維や炭素繊維などの強化繊維により作製したシート材を、樹脂に封入してなる繊維強化プラスチックは、軽量で高強度・高弾性率であることから、スポーツ・レジャー用品をはじめ、航空機や一般産業などの広い分野で使われるようになっている。
【０００３】
従来のＦＲＰ成形においては、「フィラメントワインディング」のように、強化繊維を直接マンドレルに巻き付けながら成形する方法もあるが、多くはシート状の一方向プリプレグや、一方向あるいは二方向織物などの中間基材に加工してから成形が行われている。
【０００４】
この際、一方向プリプレグや一方向織物などは、強化繊維が一方向に直線状に配向しているため、その配向方向に対しては強化繊維の有する高い強度・弾性率が発揮できるが、曲面などを有する成形体の場合には、その曲面形状にシートが沿い難いため、パッチワークのように切り貼りをせねばならないという問題がある。
【０００５】
また、二方向のプリプレグや織物を使用する場合には、繊維配向に対して４５°方向に伸長させる方法、すなわち剪断変形させることによって曲面に沿わせる方法があるが、曲面に沿わせた後の繊維配向は、成形体の部分によって大きく異なるため、強度の不均一な成形品となる問題がある。
【０００６】
そこで、複雑な曲面にも沿い易い基材として、フィット性を有する「編物」が知られており、かかる編物の材料にガラス糸や炭素繊維糸などの強化繊維を用いる試みがされてきているが、屈曲に弱く、また、編成時の毛羽の発生や、糸切れし易いという問題がある。
【０００７】
ところが、最近では、＜特許文献１＞で提案されているように、製造条件の適正化により毛羽や糸切れがない強化繊維シート材が提供できるようになっている。
【０００８】
特に、経編物にあっては、＜特許文献１＞で示されているように、フィット性、あるいは高い耐衝撃性を有した強化繊維編地の提供が可能である。
【０００９】
しかしながら、強化繊維糸による経編物は、上記した特徴がある反面、ループの隆起等により表裏が対称でないために、巻き取ったロールから解舒したときに、編地の端部が不可避的にカールしてしまうという問題があった。
【００１０】
そして、ＦＲＰ成形時には、この編地のカールを修正しながら積層作業をせねばならないため、非常に手間が掛かり、ＦＲＰの成形品の大きさなどによっては大勢の人手でカールするのを抑制しながら積層せねばならないという問題があり、このようにカールしたまま積層されてしまうと、強度不足の不良品になってしまうおそれがある。
【００１１】
なお、一般の熱可塑性樹脂製繊維からなる衣料用編物などにおいては、ヒートセット加工や、樹脂加工などにより、前記のようなカール現象を抑制しているが、ガラス繊維や炭素繊維など強化繊維においては、ヒートセット性がないので抑制不可能である。
【００１２】
また、カール現象によって、ＦＲＰ成形前に、強化繊維の表面に異物が付着し易くなるため、ＦＲＰのマトリックス樹脂と強化繊維の接着不良により強化繊維の高強度・高弾性率が発現しないという問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−１０６３９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、従来のＦＲＰ成形用の基材に上記のような問題があったことに鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、十分な強度を有しつつも、ドレープ性に優れ、ロール解舒時のカール現象を抑制することができる強化繊維シート材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者が上記技術的課題を解決するために採用した手段を、添付図面を参照して説明すれば、次のとおりである。
【００１６】
即ち、本発明は、強化繊維からなる鎖編地糸１により編成された鎖組織Ｗを、所定のウェール間隔に沿って複数列形成する一方、
この鎖組織Ｗのループ組織内または当該鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２を経方向に沿って直進的に挿入して、
かつ、強化繊維からなる補強挿入緯糸３を、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織Ｗに編絡させて、これら鎖組織Ｗ・Ｗ同士を勾引状態に接結して編み込むことによって、シート状経編地に構成するという技術的手段を採用したことによって、強化繊維シート材を完成させた。
【００１７】
また、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３を構成する糸の少なくとも一部には、糸表面に低融点熱可塑性樹脂を含んでおり、加熱処理により当該低融点熱可塑性樹脂が溶融して、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３の強化繊維同士がそれぞれ融着し、これらを固着可能にするという技術的手段を採用することができる。
【００１８】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、低融点熱可塑性樹脂を含む低融点ポリマー糸４を、鎖組織Ｗまたは補強挿入緯糸３の挿入に沿って配置して、補強挿入緯糸３と鎖組織Ｗのループとの交点において、前記低融点熱可塑性樹脂により接着するという技術的手段を採用することができる。
【００１９】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３を、低融点ポリマー糸を芯材の周囲に螺旋状に巻回して構成されたカバーリング糸にするという技術的手段を採用することができる。
【００２０】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖組織Ｗにおけるコース方向の単位長さをＬ１（ｃｍ）とし、その編成に必要な鎖編地糸１の糸長をＬ２（ｃｍ）として、これらの比率（Ｌ２／Ｌ１）を、編み込み率Ｒとするとき、
この編み込み率Ｒを、前記鎖編地糸１の繊度Ｔ（Ｄｔｅｘ）、および鎖組織Ｗ・Ｗ…のコース密度Ｄ（コース／ｃｍ）との関係式
Ｒ＝０．４７×Ｔ０．５×Ｄ×１０−２＋Ｋ
Ｒ：編み込み率（Ｒ＝Ｌ２／Ｌ１）
Ｔ：鎖編地糸の繊度（Ｄｔｅｘ）
Ｄ：鎖組織のコース密度（コース／ｃｍ）
Ｋ：定数
において、定数Ｋを３．３〜３．６にするという技術的手段を採用することができる。
【００２１】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維の繊度を、４０００Ｄｔｅｘ以下で、かつ、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以上にするという技術的手段を採用することができる。
【００２２】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、シート状経編地における空隙率を、７０〜８５％にするという技術的手段を採用することができる。
【００２３】
更にまた、本発明は、上記課題を解決するために、必要に応じて上記手段に加え、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維を、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維の中から選ばれた一種または複数種で作製するという技術的手段を採用することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にあっては、強化繊維からなる鎖編地糸により編成された鎖組織を、所定のウェール間隔に沿って複数列形成する一方、この鎖組織のループ組織内または当該鎖組織間において、強化繊維からなる補強挿入経糸を経方向に沿って直進的に挿入して、かつ、強化繊維からなる補強挿入緯糸を、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織に編絡して、これら鎖組織同士を勾引状態に接結して編み込むことによって、シート状経編地に構成した。
【００２５】
本発明の強化繊維シート材によれば、鎖組織のループが力学的に最も安定した形状で編成され、かつ、編成後の編地の引き取り工程や、巻き取り工程における編地の引っ張り張力に対しては、補強挿入経糸に担い、編成時の安定したループ形状のまま巻き取ることができるため、巻き取りロールから解舒した際にシート材のカール現象を抑制することができるので、ＦＲＰ成形における積層時のカール修正のための手間が大幅に改善できることから、産業上の利用価値は頗る大きいと云える。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態における強化繊維シート材の構造を表わす説明正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における強化繊維シート材の製造工程を表わす説明正面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における補強挿入経糸の構造を表わす説明正面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における強化繊維シート材の構造を表わす説明正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明を実施するための形態を、具体的に図示した図面に基づいて、更に詳細に説明すると、次のとおりである。
【００２８】
『第１実施形態』
本発明の第１実施形態を図１から図３に基づいて説明する。図中、符号１で指示するものは鎖編地糸であり、また、符号２で指示するものは補強挿入経糸であり、符号３で指示するものは補強挿入緯糸である。
【００２９】
これらの鎖編地糸１、補強挿入経糸２、補強挿入緯糸３は、強化繊維よりなる細長部材であり、この強化繊維としては、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維の中から選ばれた一種または複数種で作製することができる。
【００３０】
また、符号４で指示するものは低融点ポリマー糸であり、この低融点ポリマー糸４は、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリアクリロニトリル系、ポリビニルアルコール系、ポリオレフィン系の熱可塑性樹脂を単独あるいは複数を用いて糸材である。
【００３１】
しかして、本発明は、ＦＲＰ成形用の基材として用いられるシート材であって、構成するにあっては、まず、強化繊維からなる鎖編地糸１によって鎖組織Ｗを編成して、所定のウェール間隔に沿って複数列形成する。本実施形態では、鎖組織Ｗが閉目であっても、開目であっても構わない。
【００３２】
そして、図１に示すように、この鎖組織Ｗのループ組織内または当該鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２を経方向に沿って直進的に挿入する。
【００３３】
この際、補強挿入経糸２は、鎖組織Ｗを形成する１本のニードルに対して、左右の振り（筬の振り００／１１）を繰り返すことにより、経方向にほぼ真っ直ぐな状態で挿入させることができる。
【００３４】
次いで、強化繊維からなる補強挿入緯糸３を、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織Ｗに編絡させて、これら鎖組織Ｗ・Ｗ同士を勾引状態に接結して編み込むことによって、シート状経編地に構成する。
【００３５】
この際、補強挿入緯糸３の振り量を２針にした挿入組織や振り量を変化させた挿入組織であっても構わない。また、２枚以上の筬による挿入組織にすることもできる。
【００３６】
なお、本実施形態では、補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３を構成する糸の少なくとも一部には、糸表面に低融点熱可塑性樹脂を含んでおり、加熱処理により当該低融点熱可塑性樹脂を溶融して、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３の強化繊維同士をそれぞれ融着せしめて、これらを固着することが可能である。
【００３７】
本実施形態では、低融点熱可塑性樹脂を含む低融点ポリマー糸４を、鎖組織Ｗまたは補強挿入緯糸３の挿入に沿って配置することができ、適宜、熱処理を施すことによって、補強挿入緯糸３と鎖組織Ｗのループとの交点において、前記低融点熱可塑性樹脂溶融させることにより接着することができる。
【００３８】
この際、図２に示すように、補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３の芯材に低融点ポリマー糸を引き揃えて挿入しても良いし、補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３について、低融点ポリマー糸を芯材の周囲に螺旋状に巻回して構成されたカバーリング糸を採用することもでき（図３参照）、こうして構成された補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３を挿入することができる。
【００３９】
本実施形態における低融点ポリマーとしては、融点が８０〜１５０℃のポリアミド系、ポリエステル系、ポリオリフィン系、ポリアクリル系などであって、特に接着性が良好な共重合ナイロン（融点：約１００℃）が好ましい。
【００４０】
こうして交点を接着させることにより、ループを横切る方向に配置された補強挿入緯糸３とループを接着することができ、ループの形態安定性がより向上するとともに、シート材を切断した際に、切断端の解れ防止にも効果的であり、取扱い性が良くなる。
【００４１】
また、本実施形態では、鎖組織Ｗにおけるコース方向の単位長さをＬ１（ｃｍ）とし、その編成に必要な鎖編地糸１の糸長をＬ２（ｃｍ）として、これらの比率（Ｌ２／Ｌ１）を、編み込み率Ｒとするとき、
この編み込み率Ｒが、前記鎖編地糸１の繊度Ｔ（Ｄｔｅｘ）、および鎖組織Ｗ・Ｗ…のコース密度Ｄ（コース／ｃｍ）との関係式
Ｒ＝０．４７×Ｔ０．５×Ｄ×１０−２＋Ｋ
Ｒ：編み込み率（Ｒ＝Ｌ２／Ｌ１）
Ｔ：鎖編地糸の繊度（Ｄｔｅｘ）
Ｄ：鎖組織のコース密度（コース／ｃｍ）
Ｋ：定数
において、定数Ｋを３．３〜３．６にすることができる。
【００４２】
ここで、編み込み率Ｒは、鎖組織Ｗにおけるコース方向の単位長さＬ１（ｃｍ）と、その編成に必要な鎖編地糸１の糸長Ｌ２（ｃｍ）との比率であるから、ループが経方向に細長く伸長されたと仮定すると、１個のループの鎖編地糸１が３本経方向に並ぶことになるから、最低の編み込み率Ｒは３に近い値となる。
【００４３】
実際には、シート材の厚みやコース密度により、編地糸同士の交差部における屈曲の発生などで、３より少し大きな値となる。
【００４４】
一方、鎖編地糸１の供給を多くして、編地の引き取り量を小さくすれば、編み込み率Ｒの値が大きくなるが、編地糸をニードルに給糸する際（オーバーラップ時）に鎖編地糸１が緩んで、ニードルのフック外れ、目落ちになる問題や、編地が浮き上がって旧ループがニードルのベラから抜けずに被り傷（タック）になる問題があるため、通常は、最大の編み込み率Ｒは４．０程度にしている。
【００４５】
したがって、鎖組織Ｗにおいて、編み込み率Ｒが大きいということは、鎖ループが丸みを帯びた形態で、経方向に伸び易いループ構造であることがいえる。
【００４６】
このような編組織を有するシート構造の形態安定性を維持するためには、編機上での編成部における編地の引き取り張力を低くすることにより編成可能であるが、通常、ロールに巻き取る際には、巻き硬度を得る目的で張力を掛ける必要があるため、鎖ループは細長く引き伸ばされてしまう。
【００４７】
そして、このように鎖ループが細長く伸ばされた状態で、巻かれたシート材を巻物（ロール）から解舒した場合、通常の衣料用の繊維のような引っ張り弾性率の低い繊維であると、たて長に引き伸ばされたループ形状に近い形で保持されるが、特に、ＦＲＰに使用するような引っ張り弾性率の高い強化繊維では、ループが最も安定した形状、すなわち丸くなろうとする力が瞬時に作用して、ループが長さ方向に対して収縮しようとする（所謂「カール現象」）。
【００４８】
本実施形態の強化繊維シート材は、鎖組織Ｗのループ組織内に補強挿入経糸２を設け、かつ、鎖組織Ｗの編み込み率Ｒを大きくすることによって、安定したループ形状で編成することができるので、その後の巻き取り工程における形態安定性維持のための張力は当該補強挿入経糸２が担い、安定したループの形状で変形することなく巻き取りおよび解舒ができるのである。
【００４９】
そして、かかる効果を実現するためには、前記編み込み率Ｒの関係式における定数Ｋを３．３〜３．６の範囲にすることが最も好ましい条件となる。
【００５０】
即ち、定数Ｋが３．３より小さい場合は、ループを形成することは可能ではあるが、本実施形態のような引っ張り弾性率の高い強化繊維糸においては、力学的に不安定なたて長のループ形状で編成されていると、シート材に引き取り張力などが掛からないフリーな状態にしたときに、ループ形状が最も安定した丸い形状に治まろうとして経方向に収縮してしまい、シート材のカール現象が発生し易いという問題がある。
【００５１】
一方、定数Ｋが３．６より大きい場合は、シート材のカール現象の発生はほとんど無くなるが、編成時の鎖編地糸１の供給張力が低くなりすぎて、鎖編地糸１をニードルのフックに引っ掛ける（オーバーラップ）際に、鎖編地糸１が緩んでフックから外れる（目落ちする）おそれがあり、ニードル上昇に伴って編地もついて上がり、被り傷（タック）になり易いという問題がある。
【００５２】
なお、このような定数Ｋの３．３〜３．６という範囲は、通常の繊維材料を使用したシート材に比べて大きな値であるので、鎖編地糸１の供給張力を安定させるために、柔らかめテンションガイドを使用することによって安定的に編成することができる。
【００５３】
また、本実施形態では、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維の繊度を、４０００Ｄｔｅｘ以下で、かつ、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以上にすることができる。
【００５４】
編物は編地糸の断面が丸く集合された状態でループを形成するため、繊度が４０００Ｄｔｅｘより太い強化繊維糸を編地糸に使用すると、編地表面が大きく凸凹し、表面平滑なＦＲＰが得られないという問題がある。
【００５５】
また、鎖組織Ｗのようなループを形成する際には、繊度が４０００Ｄｔｅｘ以上のように太い強化繊維の編地糸では、小さな半径に屈曲させることができず、強引に屈曲させると、強化繊維（ガラス繊維や炭素繊維）は屈曲に弱いため、毛羽が発生したり切断してしまう問題がある。
【００５６】
また、本実施形態では、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以上の剛性の高い強化繊維を使用する際に高い効果が発揮されるものである。即ち、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以下であると、編成時の巻き取りなどでループがたて長に変形し、その後に編地がフリーに解放されてもループの形状が丸くなろうとする力が弱いので、シート材がカールする程度は低いものの適当な形態安定性が得られにくい。
【００５７】
更にまた、本実施形態では、シート状経編地における空隙率を、７０〜８５％にすることができる。
【００５８】
本実施形態の強化繊維シート材は、ＦＲＰに成形した際、高い強度・弾性率を発揮するだけでなく、編構造による空隙を利用して、ＶａＲＴＭ成形法（Vacuum-assisted-Resin-Transfer-Molding：以下「ＶａＲＴＭ成形」という）における樹脂の流路となるメディアとしての機能を発揮させることもできる。
【００５９】
通常のＶａＲＴＭ成形法においては、メディアは成形後に取り除くことを前提にして、強度・弾性率に寄与しないプラスチックネットなどが使われ、成形後に取り除くという面倒な作業と無駄を行っているが、本実施形態の繊維強化シート材は、主として強化繊維で構成されているので、そのままＦＲＰ成形品内に残しても、成形品の強度・弾性率特性への影響が少ない。
【００６０】
このような理由から、本実施形態のシート材を、メディアとして利用する際には空隙率が７０〜８５とすることが好ましい。なお、「空隙率」は、以下の計算に基づいて求められたものである。
空隙率（％）＝１００×[１−Ｗ／（１０００×ｔ×ρ）]
Ｗ：目付（ｇ／ｍ２）
ｔ：基材の厚さ（ｍｍ）
ρ：強化繊維の比重（ｇ／ｃｍ３）
【００６１】
空隙率は、強化繊維の繊度、挿入組織、編成密度により決めることができる。本実施形態の強化繊維シート材において、空隙率が７０％より小さいと、メディアとして使用した際の樹脂の流れが遅くなり、成形時間が余りにも長くなってしまう問題がある。また、強化繊維シート材部分の繊維含有率（Ｖｆ）が高くなるので軽量化することが可能であるが、編地内のループが小さく屈曲した形態となるためにループ形成時に糸切れが発生し、編成自体が困難になるという問題がある。
【００６２】
一方、空隙率を８５％より大きくすると、樹脂の流れが良くて短時間で樹脂注入させることができるが、ＦＲＰ成形体内での強化繊維シート材部分の繊維含有率（Ｖｆ）が低くなるため、そこから破壊するおそれがあり、高い強度が得られないという問題がある。
【００６３】
一般のＶａＲＴＭ成形法におけるメディアは、成形後に除去するために、ＦＲＰ成形品の最上部に配置せねばならず、メディア除去後の面にメディアの凹凸跡が残留する問題があったが、本実施形態の強化繊維シート材は、曲げ強度に対して最も影響の少ない成形品の厚み方向の中央部に配置して、樹脂注入させることができるため、曲げ強度への影響が少なく、表面も平滑な成形品を得ることができる。
【００６４】
また、本実施形態の強化繊維シート材は、カール現象が抑制されているので、メディアとして積層する際にも皺などに気を使うことなく容易に作業をすることができる。
【００６５】
また、本実施形態の強化繊維シート材を、ＶａＲＴＭ成形のメディアとして使用する際にも、前記のように、引っ張り弾性率の高い繊維にすることにより、樹脂注入前の真空バッグ時の圧力に対して編地の空隙部の減少が抑えられるので、樹脂通路を安定して確保できる。
【００６６】
『第２実施形態』
次に、本発明の第２実施形態を図４に基づいて説明する。本実施形態では、シート材のの鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２を経方向に沿って直進的に挿入して構成する。
【００６７】
本実施形態では、２つの補強挿入緯糸３を配設し、隣接する２列の鎖組織Ｗ・Ｗ間において、補強挿入緯糸３・３間に補強挿入経糸２を挿入させて、強化繊維シートを構成するものである。
【００６８】
具体的には、補強挿入緯糸３の振り量は、２針（筬の振り００／２２）、または３針（筬の振り００／３３）など、適宜選択することができる。
【００６９】
また、補強挿入経糸２を、鎖組織Ｗ・Ｗ間に挿入させる際は、経編機の１枚目筬は鎖組織Ｗとし、２枚目筬に補強挿入緯糸３、３枚目筬に補強挿入経糸２、４枚目筬に再び補強挿入緯糸３とすれば、補強挿入経糸２を補強挿入緯糸３・３との間に挟み、保持させることができる。
【００７０】
＜実施例＞
本実施形態の強化繊維シート材のカール抑制効果を確認するため、鎖組織Ｗの編み込み率Ｒを変えた３水準の強化繊維シート材を作製し、シート材のカール量の評価を行い、結果を以下の〔表１〕にまとめた。
【００７１】
（１）強化繊維シート材の製作条件
編 機 マイヤー製１６Ｇラッセル機
使用糸（鎖編地糸、補強挿入経糸、補強挿入緯糸のすべて）
ＥＣＥ２２５ １／２ ４５０Ｄｔｅｘのガラスヤーン
組 織 Ｇ１ 鎖編 （１０／０１）
Ｇ２ 経方向挿入 （００／１１）
Ｇ３ 緯方向挿入 （００／３３）
編コース密度 ６．５ｃ／ｃｍ
鎖編地糸の編み込み率の水準
「実施例１」 編み込み率Ｒ＝４．１４（定数Ｋ＝３．５０）
「実施例２」 編み込み率Ｒ＝４．００（定数Ｋ＝３．３５）
「実施例３」 編み込み率Ｒ＝３．９７（定数Ｋ＝３．３２）
【００７２】
（２）強化繊維シート材のカール量評価方法
強化繊維シート材を３００ｍｍ×３００ｍｍサイズに切断して、平らな面上にループ側を上向きにしてフリーな状態で置き、編物が長さ方向にカールした状態での長さを測定し、元の長さ３００ｍｍから引き算した値をカール長さ（ｍｍ）とした。
【００７３】
「比較例について」
鎖組織Ｗの編み込み率Ｒ以外を、前記「実施例１」と同じ条件で製作した。
「比較例１」 編み込み率 Ｒ＝３．９０（定数Ｋ=３．２７）
「比較例２」 編み込み率 Ｒ＝４．３５（定数Ｋ=３．７０）
【００７４】
【表１】
【００７５】
＜考察＞
カール長さについては、編み込み率Ｒ（Ｋ＝３．３〜３．６）で作製された実施例１〜３の強化繊維シート材はカール長さが小さく、取扱いの際にカールを伸ばしたり、カールしないようにカール防止の止め具を使用しなくても良く、簡単に取り扱うことができる。
【００７６】
「比較例１」は、カール長さが非常に大きく、シートとしての形状を維持できず、取扱う際にカールを伸ばすのに手間が多く必要となり、取扱いが非常に困難であった。
【００７７】
また、「比較例２」は、編み込み率Ｒが大きくなりすぎて、編成時に鎖編糸がニードルフックに掛からずに目落ちが多発する現象が発生し、うまく編成できなかった。
【００７８】
全体的には、編み込み率Ｒが大きいほどカール長さは小さくなり、編み込み率Ｒが小さいほどカール長さが大きくなった。これは、編み込み率Ｒが大きいと各ループに使用する鎖編地糸１の長さが長くなるために、ループの編地糸が比較的大きな半径で緩やかに屈曲し安定したループの形状に編成されたため、形態的に安定したものと考えられる。
【００７９】
逆に、編み込み率Ｒが小さいと、各ループに使用する鎖編地糸１の長さが短くなるためループの編糸が非常に小さな半径で屈曲してしまい、使用する編糸が高弾性率であるほどループが安定した丸い形状に治まろうとするため強化繊維シート材のループ面側に収縮力が働いてカールしやすい強化繊維シート材になったと考えられる。
【００８０】
シート材の厚さについては、編み込み率Ｒが大きいほど薄く、編み込み率Ｒが小さいほど厚くなった。これは前述したように編み込み率Ｒが小さいほどループの編糸が非常に小さな半径で屈曲してしまうために、ループが安定した丸い形状に治まろうとして長手方向に収縮した分、厚さが大きくなるものと考えられる。
【００８１】
この傾向は製品打ち込みにも現れており、製造時の機械上では編み込み率Ｒ以外は同条件で同じ打ち込みで製造しているにもかかわらず、編み込み率Ｒが小さくなるほど製品打ち込みは大きくなっている。これも同様に長手方向に収縮した分、製品打ち込みが大きくなったためである。
【００８２】
＜樹脂含浸性評価結果＞
次に、本実施形態の強化繊維シート材が、ＶａＲＴＭ成形法における残置メディアとして有効であることを明確にするため、前記「実施例１」の強化繊維シート材と、空隙率６３．８％のガラスクロス「比較例３」について、下記条件でＶａＲＴＭ成形法により樹脂含浸時間を評価した。
【００８３】
（１）使用材料
樹脂を含浸させる強化繊維基材には、目付けが２００ｇ／ｍ２の一方向炭素繊維シート材（以下「炭素繊維シート材」と呼ぶ）を使用した。メディアとして使用する材料（以下「メディア材」と呼ぶ）は、「実施例１」の強化繊維シート材と比較として空隙率６３．８％のガラスクロス「比較例３」を使用した。
【００８４】
（２）測定条件
樹脂を含浸させる炭素繊維シート材とメディア材のそれぞれをシート長手方向に３８０ｍｍ、幅方向に２５０ｍｍのサイズに切断し、炭素繊維シート材を同一方向に８枚積層した。そしてその中間層に「実施例１」のシート材を１枚積層、さらには２枚積層、また「比較例４」のシート材を１枚積層、さらには２枚積層したこれら４水準を作製した。これらの積層構成の概要を以下に記載する。
【００８５】
（３）積層構成
ａ）［炭素繊維シート材４枚／「実施例１」メディア材１枚／炭素繊維シート材４枚］
ｂ）［炭素繊維シート材４枚／「実施例１」メディア材２枚／炭素繊維シート材４枚］
ｃ）［炭素繊維シート材４枚／「比較例３」メディア材１枚／炭素繊維シート材４枚］
ｄ）［炭素繊維シート材４枚／「比較例３」メディア材２枚／炭素繊維シート材４枚］
【００８６】
これら積層したものを鉄板の上に乗せ、積層した基材の周囲をフィルムバッグし、バキュームポンプによりそのバッグ内を真空（−０．１ＭＰａ）にしながら２０℃で粘度２．４ポイズの樹脂を含浸させ、樹脂が２０ｃｍ流動するのにかかった時間を測定した。
【００８７】
このときの型温度、室内温度、樹脂温度を２０℃とし、炭素繊維シート材のシート長手方向を樹脂流動方向として積層した炭素繊維シート材長手方向の片側端に樹脂注入口、もう一方の片側端に樹脂吸引口を設置した。
【００８８】
メディア材を１００ｍｍ角に切り取り，その重量に１００を掛けて算出したメディア材目付け、８枚積層した炭素繊維シート材の中間層に使用したメディア材の枚数を、メディア材使用枚数、前記した式により求めたメディア材空隙率、そして樹脂含浸速度の測定結果を以下の〔表２〕に示す。
【００８９】
【表２】
【００９０】
＜考察＞
「実施例１」と「比較例３」のメディア材において、目付けが４％しか変わらないにもかかわらず、メディア材空隙率に約２０％の差があるのは、「実施例１」のシート材が編物構造であり、特に鎖編の部分が厚み方向にも立体的な構造を形成して厚み方向の空隙も多く、一方「比較例３」のガラスクロスは平織物で織物を構成しているたて糸とよこ糸の厚み分だけであり、「実施例１」の厚みより薄くなるため、空隙が形成されにくいからと考えられる。
【００９１】
メディア材使用枚数１枚のとき、含浸速度は「比較例３」に対し、「実施例１」の方が約５倍速い結果となった。これは「実施例１」のメディアが編物構造であり、メディア材の空隙率の差が現れたと考えられる。
【００９２】
また、編物構造は、特に鎖組織の部分が厚み方向にも立体的な構造を形成しており、メディアの面内に空隙が連続的につながりを持っており、特に鎖組織同士の間は組織上空隙が多く、その空隙が長手方向にほぼ一様であるのに対し、織物は経糸と緯糸が互いに交差して接触しており厚み方向には隙間が形成されないため、メディア材面内での空隙は主に経糸と緯糸が互いに交差する織目の箇所に断片的に形成されているといった構造的な差によるとも考えられる。
【００９３】
更にまた、メディア材使用枚数２枚の場合、メディア材使用枚数１枚の場合と比較すると、「実施例１」のメディア材は２０ｃｍ含浸するのにかかる時間が約３倍速くなり、「実施例２」のメディア材は変化がなかった。これもメディア材の構造的な差によるものであり、「実施例１」のメディア材は２枚重ねることで空隙が厚み方向への連続的なつながりを持つことで樹脂が流動しやすくなった効果が現れた。
【００９４】
一方で「比較例３」のメディア材は、空隙が主にたて糸とよこ糸が互いに交差する織目の箇所に断片的にしか存在せず連続的な空隙が形成されないため、樹脂の流動しやすさが変わらなかった。
【００９５】
本発明は、概ね上記のように構成されるが、図示の実施形態に限定されるものでは決してなく、「特許請求の範囲」の記載内において種々の変更が可能であって、例えば、強化繊維の使用材料や、熱可塑性樹脂材料は適宜変更することができ、本発明の技術的範囲に属する。
【符号の説明】
【００９６】
１ 鎖編地糸
２ 補強挿入経糸
３ 補強挿入緯糸
４ 低融点ポリマー糸
Ｗ 鎖組織
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維からなる鎖編地糸１により編成された鎖組織Ｗが、所定のウェール間隔に沿って複数列形成されている一方、
この鎖組織Ｗのループ組織内または当該鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２が経方向に沿って直進的に挿入されており、
かつ、強化繊維からなる補強挿入緯糸３が、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織Ｗに編絡して、これら鎖組織Ｗ・Ｗ同士を勾引状態に接結して編み込まれることによって、シート状経編地に構成したことを特徴とする強化繊維シート材。
【請求項２】
補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３を構成する糸の少なくとも一部には、糸表面に低融点熱可塑性樹脂を含んでおり、加熱処理により当該低融点熱可塑性樹脂が溶融して、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３の強化繊維同士がそれぞれ融着し、これらを固着可能であることを特徴とする請求項１記載の強化繊維シート材。
【請求項３】
低融点熱可塑性樹脂を含む低融点ポリマー糸４が、鎖組織Ｗまたは補強挿入緯糸３の挿入に沿って配置されており、補強挿入緯糸３と鎖組織Ｗのループとの交点において、前記低融点熱可塑性樹脂により接着されていることを特徴とする請求項１または２記載の強化繊維シート材。
【請求項４】
補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３が、低融点ポリマー糸を芯材の周囲に螺旋状に巻回して構成されたカバーリング糸であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【請求項５】
鎖組織Ｗにおけるコース方向の単位長さをＬ１（ｃｍ）とし、その編成に必要な鎖編地糸１の糸長をＬ２（ｃｍ）として、これらの比率（Ｌ２／Ｌ１）を、編み込み率Ｒとするとき、
この編み込み率Ｒが、前記鎖編地糸１の繊度Ｔ（Ｄｔｅｘ）、および鎖組織Ｗ・Ｗ…のコース密度Ｄ（コース／ｃｍ）との関係式
Ｒ＝０．４７×Ｔ０．５×Ｄ×１０−２＋Ｋ
Ｒ：編み込み率（Ｒ＝Ｌ２／Ｌ１）
Ｔ：鎖編地糸の繊度（Ｄｔｅｘ）
Ｄ：鎖組織のコース密度（コース／ｃｍ）
Ｋ：定数
において、定数Ｋを３．３〜３．６にしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【請求項６】
鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維の繊度が、４０００Ｄｔｅｘ以下で、かつ、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【請求項７】
シート状経編地における空隙率が、７０〜８５％であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【請求項８】
鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維が、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維の中から選ばれた一種または複数種で作製されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【請求項１】
強化繊維からなる鎖編地糸１により編成された鎖組織Ｗが、所定のウェール間隔に沿って複数列形成されている一方、
この鎖組織Ｗのループ組織内または当該鎖組織Ｗ・Ｗ間において、強化繊維からなる補強挿入経糸２が経方向に沿って直進的に挿入されており、
かつ、強化繊維からなる補強挿入緯糸３が、所定のコース毎に振られて側方に並行する鎖組織Ｗに編絡して、これら鎖組織Ｗ・Ｗ同士を勾引状態に接結して編み込まれることによって、シート状経編地に構成したことを特徴とする強化繊維シート材。
【請求項２】
補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３を構成する糸の少なくとも一部には、糸表面に低融点熱可塑性樹脂を含んでおり、加熱処理により当該低融点熱可塑性樹脂が溶融して、鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３の強化繊維同士がそれぞれ融着し、これらを固着可能であることを特徴とする請求項１記載の強化繊維シート材。
【請求項３】
低融点熱可塑性樹脂を含む低融点ポリマー糸４が、鎖組織Ｗまたは補強挿入緯糸３の挿入に沿って配置されており、補強挿入緯糸３と鎖組織Ｗのループとの交点において、前記低融点熱可塑性樹脂により接着されていることを特徴とする請求項１または２記載の強化繊維シート材。
【請求項４】
補強挿入経糸２または補強挿入緯糸３が、低融点ポリマー糸を芯材の周囲に螺旋状に巻回して構成されたカバーリング糸であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【請求項５】
鎖組織Ｗにおけるコース方向の単位長さをＬ１（ｃｍ）とし、その編成に必要な鎖編地糸１の糸長をＬ２（ｃｍ）として、これらの比率（Ｌ２／Ｌ１）を、編み込み率Ｒとするとき、
この編み込み率Ｒが、前記鎖編地糸１の繊度Ｔ（Ｄｔｅｘ）、および鎖組織Ｗ・Ｗ…のコース密度Ｄ（コース／ｃｍ）との関係式
Ｒ＝０．４７×Ｔ０．５×Ｄ×１０−２＋Ｋ
Ｒ：編み込み率（Ｒ＝Ｌ２／Ｌ１）
Ｔ：鎖編地糸の繊度（Ｄｔｅｘ）
Ｄ：鎖組織のコース密度（コース／ｃｍ）
Ｋ：定数
において、定数Ｋを３．３〜３．６にしたことを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【請求項６】
鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維の繊度が、４０００Ｄｔｅｘ以下で、かつ、引っ張り弾性率が５０ＧＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【請求項７】
シート状経編地における空隙率が、７０〜８５％であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【請求項８】
鎖編地糸１および補強挿入経糸２および補強挿入緯糸３における強化繊維が、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維、カーボン繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ボロン繊維、セラミック繊維の中から選ばれた一種または複数種で作製されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載の強化繊維シート材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２４１５０５（Ｐ２０１１−２４１５０５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１４３１７（Ｐ２０１０−１１４３１７）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（５９１１６８９３２）株式会社ＳＨＩＮＤＯ (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（５９１１６８９３２）株式会社ＳＨＩＮＤＯ (22)
【Ｆターム（参考）】
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