炭素繊維織物の製造方法
【課題】通常では織機を通過することが不能な太い繊度の炭素繊維糸条からなるたて糸による従来の通常の織機によって製織が可能であり、また仮に織物目付が大きくてもドレープ性、マトリックス樹脂の含浸性に優れ、安価で高い強度特性を発揮し、織物目付等の設計の自由度の高い炭素繊維織物の製造方法を提供する。
【解決手段】多数本の炭素繊維糸条１ を、１本ずつたて糸供給装置の綜絖５ 及び筬６ を含む各糸条通過部材に通し、隣接する２以上の綜絖を１組として、複数の組を織物組織に従って昇降させ、２以上の炭素繊維糸条１ を合糸状態のたて合糸９ として用い、熱溶着性樹脂を含む糸をよこ糸８として用い製織する。
【解決手段】多数本の炭素繊維糸条１ を、１本ずつたて糸供給装置の綜絖５ 及び筬６ を含む各糸条通過部材に通し、隣接する２以上の綜絖を１組として、複数の組を織物組織に従って昇降させ、２以上の炭素繊維糸条１ を合糸状態のたて合糸９ として用い、熱溶着性樹脂を含む糸をよこ糸８として用い製織する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチックの強化用繊維基材である炭素繊維織物の製造方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
炭素繊維は比弾性率や比強度等の機械的性質に優れることから、織物、織物プリプレグや一方向プリプレグ等の中間材料に加工され、これらは積層されて、マトリックス樹脂が含浸した炭素繊維強化プラスチックからなる多様な複合成形体となり、或いはコンクリート構造物の補修、補強用材料として使用されている。
【０００３】
こうした用途に供されるために積層作業の工程数を減らそうとして、繊度の高い炭素繊維糸条で目付の大きい織物を作ろうとすると、たて糸に対するよこ糸の交錯による拘束が強くなり、織物のドレープ性（柔らかさ）やマトリックス樹脂の含浸が乏しくなり、ボイドが多く含まれるようになるため、用途に応じた機能が発揮されなくなる。この機能を確保するには、例えばたて糸となる炭素繊維糸条の構成フィラメント数や、その糸条繊度、織物の通気度、目付などを的確なものとしなければならない。
【０００４】
コンクリート構造物の補修・補強の施工性及び樹脂含浸性に優れ、ボイドが残りにくい炭素繊維織物が、例えば特開平１０−１０２７９２号公報（特許文献１）により提案されている。同特許文献１の実施例によれば、たて糸としてフィラメント数が１２，０００本の炭素繊維糸条を使い、よこ糸として断面が０．００９ｍ2 のガラス繊維を織り密度５本／ｃｍで織り込み、目付が３０６ｇ／ｍ2 、通気量４５ｃｃ／ｃｍ2 ／ｓｅｃの、経方向に炭素繊維糸条を多数本並行に配列した一方向性の炭素繊維織物を開示している。前記よこ糸には共重合ナイロンを線状に２．７ｇ／ｍ2 付着させて、たて糸とよこ糸との交錯部で接着させている。このときのたて糸の織り密度に関しては格別に記載されていないが、このたて糸の織り密度を選定することにより上記目付を得るものと推察できる。
【０００５】
また、例えば特開２００２−１３８３４４号公報（特許文献２）には、織物目付が大きくてもドレープ性、マトリックス樹脂含浸性に優れ、安価で高い強度特性を発揮し、縦糸の仕様や織物目付等の設計の自由度の大きな一方向性炭素繊維織物の製造方法が記載されている。その実施例１と２によれば、開繊した１２，０００本と２４，０００本の炭素繊維からなる撚りのないたて糸をそれぞれに４本使い、目板の各目孔に１本ずつ通したのち、同じく１本ずつ綜絖を通して、隣接するたて糸２本を１組として同じ筬羽間を通して合糸し、綜絖を昇降させることにより隣接する各組ごとの２本のたて合糸を互い違いとなるよう昇降させて、隣接するたて合糸間に形成される開口によこ糸を挿入して、一方向性炭素繊維織物を製造している。織物を製織したのち、加熱加圧装置に通してたて合糸を扁平にしかつよこ糸に含まれる熱可塑性樹脂を溶融して、よこ糸とたて合糸とを固着する。得られた第１実施例による織物は、合糸密度２．５本／ｃｍ、よこ糸密度１．２５本／ｃｍ、織物目付４００ｇ／ｍ2 であり、第２実施例では合糸密度１．８本／ｃｍ、よこ糸密度１本／ｃｍ、織物目付６００ｇ／ｍ2 とされている。
【特許文献１】特開平１０−１０２７９２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３８３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで注目すべきは、上記特許文献１の実施例及び特許文献２の第１実施例に開示された一方向性炭素繊維織物は、双方ともに１本のたて糸の構成フィラメント数が同じ１２０００本であるにも関わらず、得られた織物の目付は特許文献１では３０６ｇ／ｍ2 であるのに対して、特許文献２では目付４００ｇ／ｍ2 であって、略１．３倍も目付が大きくなっている。特許文献２には、得られた一方向性炭素繊維織物の通気度に関する記載はないものの、特許文献１と同様にコンクリートの補強シートとしての機能を十分に発揮することが記載されていることから、目付が大きいにも関わらず必要とする通気度は確保されているものと思われる。
【０００７】
これは、特許文献１による炭素繊維織物のたて糸が１２，０００本のフィラメントからなるのに対して、特許文献２による炭素繊維織物のたて糸は、１２，０００本のフィラメントを合糸した結果として２倍の２４，０００本のフィラメントから構成されることになるにも関わらず、よこ糸との交錯部間におけるよこ糸によるたて合糸への拘束力が弱まり、フィラメント間の動きにある程度の自由度が与えられ、十分な開繊がなされて偏平化することを可能にすることにより、大きな目付を得ると同時に所要の通気度が確保されることによる。一方で、特許文献１に記載された一方向性炭素繊維織物の目付は、たて糸の繊度や構成フィラメント数、通気度などを勘案しても、せいぜい４００ｇ／ｍ2 が上限であるとされている。
【０００８】
ところで、上述のような一方向性炭素繊維織物の製織に適用される従来の織機にあっては、目板の目孔の大きさ、綜絖のメールの大きさ、筬羽間の筬目の大きさは、それぞれ１５，０００本、好ましくは１２，０００本以下の炭素繊維フィラメントが通過するに支障を来さないように製作されている。すなわち、従来の織機の各構成部材は、たて糸１本当たり１２，０００本以下のフィラメント数が通過することを予定して作られてきており、フィラメント数が１２，０００本を越えると特別仕様として目板の目孔の大きさ、綜絖のメールの大きさ、筬目の大きさなどを改めて設計する必要があった。
【０００９】
従って、上記特許文献１の実施例であれば通常の織機を使って上述のような一方向性炭素繊維織物を織成することも可能ではあるが、特許文献２の第１実施例では特許文献１と同じ１２，０００本のフィラメントから構成されるたて糸を使い、その２本のたて糸を合糸して２４，０００本のフィラメントからなるたて合糸とした上て筬羽間の筬目を通している。この場合、筬羽が従来と同じ仕様の筬羽であれば、たて合糸が太すぎて各フィラメント間で擦れ合い、或いは筬羽に摺接し擦られ、フィラメント切れが多発し、多数の毛羽立ちが生じて、工程安定性を確保することは難しくなるし、高品質の織物が得にくくなる。
【００１０】
本発明は、こうした課題を解消して、たて糸が高繊度の炭素繊維糸条であっても、炭素繊維強化プラスチックの強化基材として、織物目付が大きく、ドレープ性、マトリックス樹脂の含浸性に優れ、かつ、安価で高い強度特性を発揮し得る高品質の炭素繊維織物を経済的に安定して製造できる方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的は、本発明の基本構成である、多数本の炭素繊維からなる撚りのない炭素繊維糸をたて糸として用い、熱溶着性樹脂を含む糸をよこ糸として用いて炭素繊維織物を製造する方法であって、複数本の前記炭素繊維糸を各々開繊し、これら開繊した各炭素繊維糸を目板の各目孔、各綜絖、及び各筬羽間の筬目に順次通すこと、隣り合う２以上の綜絖を１組として各組ごとに上下動させ、前記筬と織前との間で隣り合う２以上の炭素繊維糸を合糸状態として開口させること、及び前記開口に前記よこ糸を挿入したのち筬打ちを行い、２以上の撚りのないたて合糸による前駆織物を製織することを含んでなる炭素繊維織物の製造方法により達成される。
【００１２】
また好ましい態様によれば、前記製織後、前記よこ糸に含まれる熱溶着性樹脂を溶融させてよこ糸とたて合糸とを交錯部にて固着する。また、前記たて糸は６０，００〜１５，０００本の単糸からなることが望ましい。更に、前記よこ糸は有機繊維からなることが好ましく、前記前駆織物の目付を６００〜１，０００ｇ／ｃｍ2 と従来よりも大きく設定することが可能である。
【発明の作用効果】
【００１３】
本発明の基本構成によれば、多数本の炭素繊維からなる撚りのない炭素繊維糸をたて糸として、それぞれ開繊した状態でボビンから引き出し、通常の製織時と同様に、その１本ずつを目板の各目孔、各綜絖、及び筬の各筬羽間に通して織前へと導いている。ここで本発明にあっては、合糸しようとする前記たて糸の本数に見合った数の隣接する複数本の綜絖を１組として、各組ごとの複数本の綜絖に対する上下動作を一致させる。しかも、隣接する組の綜絖についての上下動作を逆にする。すなわち、隣接する組の複数の綜絖を、例えば一方の組の綜絖を上動させるときは、他方の組の綜絖を下動させる。これにより、隣接する組ごとのたて合糸間で開口が形成され、その開口によこ糸が挿入されたのち筬打ちがなされる。その結果、複数本のたて糸が合糸された状態で織製がなされる。この製織後、通常は例えば加熱押圧ロールにより織物を押圧偏平化するとともに、たて合糸とよこ糸との交錯部にてよこ糸に含まれる熱溶着性樹脂を溶融させてたて合糸とよこ糸とを固着させる。
【００１４】
前記織製時、単糸である各たて糸は通常の仕様の目孔、綜絖のメール、筬羽間の筬目を通されることになるため、たて糸を構成する多数本のフィラメントは目孔やメール、筬羽での摺接によるフィラメント切れが殆ど発生しない。しかも、よこ糸は合糸状態にある複数本のたて糸を跨いで交錯するため、よこ糸のクリンプも小さくなり、その交錯部間には複数本のたて糸が合糸状態で並列して配されているため、よこ糸による拘束が少なくなり、各たて糸の構成フィラメント間にある程度の自由な動きが許されており、フィラメント間にも間隙が形成しやすくなる。その結果、織り上がった一方向性炭素繊維織物（前駆織物）には毛羽立ちが殆どなく、しかも目付は合糸のたて糸本数を選定することにより、例えば６００〜１，０００ｇ／ｍ2 の範囲において任意に決めることができるばかりでなく、その目付の大きさに関わらず有効な通気度が得られる。
【００１５】
前記たて糸は通常織機にて安定して織製が可能である６，０００〜１５，０００本の単糸であることが望ましく、本発明にあっては筬打ち時に初めて合糸されるため、筬打ち前の工程では構成フィラメントを傷めることがなく、合糸となったときの構成フィラメント数は炭素繊維糸のフィラメント数の合糸本数倍、例えば４０，０００本、あるいはそれ以上の本数を任意に決めることが可能である。更に、前記よこ糸が有機繊維である場合には、以降に炭化工程を通す場合に、容易に炭化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
ここで、本明細書における「一方向性炭素繊維織物」とは、例えばたて方向に配列した糸が炭素繊維糸からなり、よこ方向に配列した糸がたて方向に配列した炭素繊維糸の形状を保持するための繊維糸からなる織物を意味する。よこ糸は補助糸とも呼ばれ、たて糸がほぐれないようにするものであればいずれの繊維からなってもよい。一方向性炭素繊維織物においては、たて糸はよこ糸よりも密に配置されており、すなわちたて糸の織り密度はよこ糸の織り密度よりも小さく、よこ糸の繊度はたて糸の繊度より小さい。しかるに、本発明の炭素繊維織物は一方向性炭素繊維織物に限定されるものではなく、通常の織物と同様にたて糸及びよこ糸の繊度（太さ）、織り密度、織り組織などを適宜に決めることができる。また、よこ糸の材質は必ずしも有機繊維である必要はなく、例えばガラス繊維やアラミド繊維、炭素繊維なども適宜採用できる。
【００１７】
本発明で使用するたて糸を構成する炭素繊維糸条のトータル繊度は、３９６０〜９９００ｄｔｅｘであり、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維等を使用できる。本発明で用いる好ましいたて糸は、炭素繊維フィラメントを６，０００〜１５，０００本並行に配列したトウ状の糸条であり、引張強度が好ましくは３〜５ＧＰａ、より好ましくは２〜４ＧＰａ、引張弾性率が好ましくは１００〜１，０００ＧＰａ、より好ましくは２００〜５００ＧＰａである。たて糸は、製織後にも撚りが発生しないようにするため実質的に無撚りである。
【００１８】
本発明で言うたて合糸は、通常２〜５本の無撚りのたて糸となる炭素繊維糸条を合糸して得られ、得られた合糸の繊度は７９２０〜１９８００ｄｔｅｘであることが好ましい。
本発明にあっては、ボビンごとに引き出される炭素繊維糸条が筬を通り終わるまでは独立している点に特徴があり、筬羽の筬目を通ったのち隣接する任意の本数の炭素繊維糸条が合糸状態とされた組間でよこ糸が挿入される開口を形成する。一本のたて合糸の構成糸条である複数の炭素繊維糸条は、通常サイジング剤によって形状が保持される。この合糸をサイジング剤の融点以上の温度に加熱すると、各糸を構成する繊維がほぐれて隣接する他の糸との境界がなくなり、これを冷却すると一本の糸が形成される。通常、たて糸に付与されるサイジング剤は０．５〜２．５質量％程度であり、硬化剤を含有しないエポキシ樹脂系のサイジング剤が多く使われている。
【００１９】
サイジング剤が０．５質量％より少ないと、製織工程においてたて糸の毛羽立ちが多くなり、同時に製織後のたて糸の扁平形状を維持することが困難になる。一方、２．５質量％を越えると、織物へのマトリックス樹脂の含浸が阻害され、或いは成形体の物性を低下させることがあるので好ましくない。
【００２０】
よこ糸となる補助糸は、たて糸をほぐれないようにできるものであればいずれの繊維から構成されてもよい。よこ糸の繊度はたて合糸のトータル繊度より小さく、２２０〜６６０ｄｔｅｘの範囲にあることが好ましい。よこ糸の繊維としては無機繊維、有機繊維のいずれも使用でき、具体的にはガラス繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維、絹糸、アクリル繊維、ビニロン繊維、綿糸、麻糸が使用できるが、よこ糸は熱ロール等の加熱加圧装置を通したときに熱収縮しない材質であることが好ましく、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維が好ましく使用される。よこ糸のピッチは通常０．５〜１ｃｍである。
【００２１】
たて合糸とよこ糸とを固着するには、たて合糸に熱溶着性樹脂を含ませてもよいし、よこ糸に熱溶着性樹脂を含むませてもよく、或いはその両方が熱溶着性樹脂を含むようにしてもよいが、好ましくはよこ糸に熱溶着性樹脂を含ませて、たて合糸との交錯部でよこ糸と溶着させるとよい。熱溶着性樹脂の含ませ方は問わないが、例えばよこ糸に熱溶着性樹脂を含浸させる、若しくは被覆する又はよこ糸に粉末状の熱溶着性樹脂を付着させる、或いはよこ糸に熱溶着性樹脂繊維を混繊する、絡ませる若しくは平行に沿わせる等の多様な手段が採用できる。熱溶着性樹脂の含有量は、よこ糸と樹脂との総量の２０〜３３質量％であることが好ましい。よこ糸に含ませる熱溶着性樹脂は、その融点はよこ糸の融点以下であり、例えば、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂などが使用できる。
【００２２】
本発明の一方向性炭素繊維織物の製造方法では、たて糸である炭素繊維糸条を織前にて任意の本数ずつ合糸される撚りのないたて合糸を複数本形成する。任意の本数の炭素繊維糸条を合糸するので、得られるたて糸の繊度、幅、ピッチ／幅比、織物の目付等の設定が容易であり、織物の設計の自由度が高い。
【００２３】
図１は、本発明の炭素繊維織物の製造方法が適用される従来のレピア織機の概略構成を示している。この織機は、クリール上に架けられた図示せぬ多数のボビンに、それぞれ炭素繊維糸条１が巻かれている。炭素繊維糸条１は各ボビンからは引出しロール２により積極的に引き出されて、テンション調整装置３を介して目板４に形成された多数の目孔に１本ずつ通される。目孔を通った各炭素繊維糸条１は前方に配された多数の綜絖５の各メール５ａに１本ずつ通され、続く筬６の筬羽間の筬目に同じく１本ずつ挿通されたのち織前７へと導かれる。
【００２４】
筬６は、多数の筬羽が矩形フレームに上下方向に並列固定されて構成される。図２に示す例では、６本の炭素繊維糸条１を所定の密度に配列させ、７枚の筬羽間の各筬目６ａに、それぞれ１本ずつ通して織前７へと案内している。このときの炭素繊維糸条１の本数は６本に限定されるものではなく、６本以上であって６の倍数本を並列して配することができる。また合糸９の本数も３本とは限らず、２本であっても５本であっても、或いはそれ以上であってもよい。しかし、作業の煩雑性や生産効率を勘案すると、単一糸条である炭素繊維糸条の構成フィラメント数及びトータル繊維の繊度に応じて２〜５本を合糸するのが好ましい。本実施形態にあって、筬６の筬目６ａに１本ずつ通された６本の炭素繊維糸条１のうち隣接する３本の炭素繊維糸条１の組と、この組に隣接する３本の炭素繊維糸条１の組とが、それぞれ前記綜絖４の逆方向の上下動により、一方の組の３本の炭素繊維糸条１が引き揃えられてよこ糸８の上方に位置し、他方の組の３本の炭素繊維糸条１が引き揃えられた状態でよこ糸８の下方に位置し、その状態で筬打ちがなされて織前を形成する。すなわち、前記筬目を通ったのち初めて隣接する３本２組の炭素繊維糸条１がそれぞれ合糸状態となって単一のたて合糸９を構成して、炭素繊維織物が製造される。
【００２５】
従来の織機にあって、織機のたて糸供給装置が１２，０００本の炭素繊維糸条を円滑に通過させることができると仮定する。本発明にあっては、この従来の織機に１２，０００本の炭素繊維糸条からなるたて糸を使って、その２本を上述のように合糸することにより２４，０００本のたて合糸が得られることになる。また仮に、８，０００本の炭素繊維糸条を４本合糸すれば３２，０００本のたて合糸が得られる。このような多数のフィラメントからなるたて糸では、通常の織機を通すことは難しいが、本発明によれば従来の通常の織機を使って、所望のフィラメント数のたて糸による高品質の炭素繊維織物が安定して製造できるようになる。
【００２６】
ここで、本発明にあっては綜絖５の駆動を制御する点に大きな特徴点を有している。すなわち多数の綜絖５にあって、例えば図２に示すように、３本の隣接する綜絖５を１組として、それぞれに隣接する複数の綜絖５が、織物組織に基づいて、例えば平織組織に基づき隣接する２組の綜絖のうち１組の３本の綜絖５を上昇させると同時に、他の隣接する１組の３本の綜絖５を下降させる。この動作により、綜絖５と織前７との間の３本ずつ２組の炭素繊維糸条１間に、よこ糸８が挿入される開口（杼道）が形成される。次いで、上昇している３本の綜絖５を下降させると同時に、下降している他の３本の綜絖５を上昇させることにより、先に挿入されたよこ糸８が、３本の炭素繊維糸条１を合糸して得られる各たて合糸９間の開口に織り込まれることになる。これが繰り返されることによって、所望の特性をもつ高品質な炭素繊維織物が得られる。このとき合糸する炭素繊維糸条１の本数は任意に決めることが可能ではあるが、炭素繊維糸条１の繊度や織物目付などから２〜５本とすることが合理的である。
【００２７】
本発明の製造方法においては、たて合糸と熱溶着性樹脂を含むよこ糸とを製織した後に熱ロール等の加熱加圧装置を通過させて両糸を固着する。その加熱温度は、熱溶着性樹脂が溶融する温度でなければならず、かつ、たて合糸にサイジング剤が含まれる場合には、サイジング剤の粘度が低下して合糸した炭素繊維糸条同士が一体になりたて合糸が容易に扁平な形状になるような温度であることが好ましく、通常９０〜１２０℃、好ましくは１００〜１１０℃である。
【００２８】
更に、たて合糸９がよこ糸８と製織された後、加熱加圧装置を通過して撚りのない扁平となったときのたて合糸は、幅が３．５〜９．０ｍｍ、厚みが０．６〜１．０ｍｍであることが好ましい。
【００２９】
本発明の炭素繊維織物は、たて合糸同士のピッチのたて合糸幅に対する比が１．０〜１．１、織物目付が６００〜１０００ｇ／ｍ2 、繊維密度が１．０〜１．３ｇ／ｃｍ3 、織物厚さが０．６〜１．０ｍｍの範囲であることが好ましい。ここで、織物の繊維密度とは、次式で定義される値をいう。
織物の繊維密度（ｇ／ｃｍ3 ）＝［織物目付（ｇ／ｍ2 ）］／［織物厚さ（ｍｍ）］
なお、織物目付（ｇ／ｍ2 ）及び織物厚さ（ｍｍ）は、ＪＩＳ Ｒ ７６０２に準拠して測定する値である。本発明の好ましい形態の一方向性炭素繊維織物は、たて合糸ピッチがたて合糸幅とほぼ同じであるので、織物の繊維密度は大きく、通常の一方向性炭素繊維織物の繊維密度が０．８ｇ／ｃｍ3 であるのに対し、１．０〜１．３ｇ／ｃｍ3 とすることができる。
【００３０】
繊維密度が上記範囲内の織物を用いれば、ハンドレイアップ成形法や真空バッグ成形法等の簡易成形法であっても、繊維体積含有率の大きな、すなわち機械的特性に優れたＣＦＲＰを成形することができる。
【００３１】
本発明の一方向性炭素繊維織物は、たて糸である複数の炭素繊維糸条条からなるたて合糸と、よこ糸とが交錯した織物で、織り組織は綾組織や繻子組織等特に限定はない。しかし、通常の織物に比べ本発明の織物はよこ糸間の間隔が大きく、目ずれしやすいので、形態安定性の点から平織組織が好ましい。
【００３２】
また、本発明の一方向性炭素繊維織物は、扁平なたて糸を任意の密度で製織することが可能であり、織糸特によこ糸のクリンプが小さいので、よこ糸によるたて合糸の拘束力を小さくできる。すなわち、本発明の織物は、たて合糸の幅を合糸するたて糸である炭素繊維糸条条の本数を任意に決めて織製することが可能であるため、織物を剪断変形させたときにたて合糸の幅並びに間隔を狭めながら皺を発生させることなく大きく変形させることができる。また本発明では、たて糸（たて合糸）の繊度を大きく且つ通気度を適正な値に設計だきるため、マトリックス樹脂が容易に含浸し、ボイドのない繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。
【００３３】
本発明の一方向性炭素繊維織物には、公知の方法によりマトリックス樹脂を含浸させてプリプレグを製造することもできる。本発明において使用することができるマトリックス樹脂としては、熱溶着性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙げられ、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等がある。
【００３４】
マトリックスとして使用できる熱溶着性樹脂としては、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ビスマレイミド樹脂等が挙げられる。なお、本発明の織物に占める熱硬化性樹脂又は熱溶着性樹脂の量は、プリプレグの質量基準で好ましくは３０〜７０質量％、より好ましくは４０〜６０質量％である。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の一方向性炭素繊維織物の製造方法の代表的な実施例を図面参照しながら具体的に説明するが、本発明は図示例に限るものではない。
本実施例による炭素繊維織物は図１に示す織機を使って製造する。織機は通常のレピア織機であり、たて糸供給装置として、多数のボビンを備えたクリール、目板、テンションガイド、綜絖及び筬を備えている。本実施例では、１本のたて合糸を構成する炭素繊維糸条を２本とし、クリールには２の倍数個のボビンが設けられている。
【００３６】
まず、よこ糸供給装置について説明すると、ボビンには、４４０ｄｔｅｘの炭素繊維糸からなるよこ糸が巻回されており、該よこ糸にはたて糸に溶着するため共重合ナイロン糸が２０質量％添設されている。このよこ糸は図示せぬガイドローラを経て、同じく図示せぬ引取りローラの回転により一定速度で開繊される。引取りローラにより引き出されたよこ糸は、図示せぬテンション調整装置のガイドを経てレピアに導かれ、たて合糸の開口に挿入される。
【００３７】
たて糸供給装置は図１に示し既述した構成を備えている。その構成もまた、従来のレピア織機と実質的に変わるところがない。たて糸となる炭素繊維糸条は、実質的に無撚りで、引張強度が約５０００ＭＰａ、引張弾性率が２４２ＧＰａ、引張破断伸度が２．０％で、エポキシ系サイジング剤が１．０６質量％付着した炭素繊維糸条（三菱レイヨン株式会社製パイロフィル１５Ｋ（炭素繊維の数１５，０００本、繊度９，９００ｄｔｅｘ））であり、４つのボビン２に１本ずつ巻かれている。
【００３８】
よこ糸として共重合ナイロンからなる糸条２０質量％を繊維方向に沿わせてたて糸と
同一材質からなる炭素繊維フィラメント１５０００本（トータル繊度９９００ｄｔｅｘ）の炭素繊維糸条を用いた。製織にあたって、クリール上の多数のボビンからたて糸となる炭素繊維糸条を実質的に無撚りの状態で引き出し、１本ごとに目板の目孔、綜絖のメール、筬羽間の筬目へとそれぞれ１本ずつ通して、隣接する２本の炭素繊維糸条が合糸を作るように、各綜絖の上下駆動を平織組織に基づいて制御し、２本の合糸をたて糸とする目付が６００ｇ／ｍ2 である平織の炭素繊維織物を製織した。
【００３９】
この一方向性炭素繊維織物を製織した後、ロール温度１２０℃の加熱ロールをもって押圧加熱して織物の構成糸条を偏平化するとともに、前記ナイロン糸条を溶融してたて糸とよこ糸との交錯部を溶着一体化した。このとき、経糸についてはヘルドの上下運動やメール、筬の擦過に対し、充分に耐えられるだけの集束性を有しており、製織時に毛羽や粉塵の発生などもなく製織性は良好で、且つ水分も充分に除去されていた。
【００４０】
得られた織物は、たて合糸密度が３．１５本／ｃｍ、よこ糸密度１．９６本／ｃｍ、たて合糸の幅３．５ｍｍ、織物の開口率３．３％、織物厚さ０．６ｍｍ、通気度５．８ｃｃ／ｍｍ2 ／ｓｅｃであった。
【００４１】
この織物に常温硬化性エポキシ樹脂を含浸、硬化させてＣＦＲＰ板を作製した。このとき樹脂は十分に含浸していた。得られたＣＦＲＰ板は引張強度２６１０ＭＰａであり、機械的性能に優れていた。
【比較例】
【００４２】
上記実施例で用いた撚りのない炭素繊維糸条からなるたて糸を合糸せずにそのまま用いて、織物目付が実施例１と同じ６００ｇ／ｍ2 となるようたて糸密度を６．７本／ｃｍ、かつよこ糸密度１．９６本／ｃｍ、たて糸の幅１．９ｍｍとした以外は、実施例と同様
に撚りのないたて糸からなる平織組織の一方向性炭素繊維織物を製造した。この織物は、たて糸及びよこ糸の織糸ピッチが小さいために扁平なたて糸とならず、表面が波打ち不
均一であった。また、その織物の開口率０．８％、織物厚さ０．６１ｍｍ、通気度１．９ｃｃ／ｍｍ2 ／ｓｅｃであった。
この織物を使用して、実施例と同様にしＣＦＲＰ板を作製した。織物に対する樹脂の含浸性は良好でなく、ボイドが多く品質的に満足のいくものとはならなかった。
【００４３】
以上の実施例と比較例との説明からも明らかなように、本発明に係る炭酸繊維織物の製造方法によれば、従来の織機では製織工程における円滑な通過が不可能なフィラメント数が極めて多く太い繊度の炭素繊維糸条をたて糸としているにも関わらず、従来の通常の織機を使って安定した製織を可能にする。その結果、得られる炭素繊維織物の目付も任意に決めることができる。しかも、仮に高目付の織物であっても樹脂含浸性は良好であり、且つ柔軟性に富んだものとなる。また、たて糸となる２本以上の上記炭素繊維糸条を合糸状態で１本のたて糸として製織するため、たて糸を跨いで交差するよこ糸のクリンプが小さく、よこ糸によるたて糸の拘束がなくなり開繊が容易となり、製織時にも繊維束が拡幅され織物厚みが薄い薄物が得やすい。更に、従来では１５，０００本以上の高繊度のたて糸を使うと設定目付けによっては隣接繊維間に目開きが生じるが、本発明によれば、そのような不具合も生ぜず、隣接繊維が均質に分散される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明が適用可能な従来の織機のたて糸供給装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】本発明に係る炭素繊維織物製造時のたて糸供給機構の一例を部分的に拡大して示す、扁平な炭素繊維糸条を３本ずつ合糸したたて合糸による製織状態説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 炭素繊維糸条
２ 引出しロール
３ テンション調整装置
４ 目板
５ 綜絖
５ａ メール
６ 筬
６ａ 筬目
７ 織前
８ よこ糸
９ 合糸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維強化プラスチックの強化用繊維基材である炭素繊維織物の製造方法に関する。
【従来技術】
【０００２】
炭素繊維は比弾性率や比強度等の機械的性質に優れることから、織物、織物プリプレグや一方向プリプレグ等の中間材料に加工され、これらは積層されて、マトリックス樹脂が含浸した炭素繊維強化プラスチックからなる多様な複合成形体となり、或いはコンクリート構造物の補修、補強用材料として使用されている。
【０００３】
こうした用途に供されるために積層作業の工程数を減らそうとして、繊度の高い炭素繊維糸条で目付の大きい織物を作ろうとすると、たて糸に対するよこ糸の交錯による拘束が強くなり、織物のドレープ性（柔らかさ）やマトリックス樹脂の含浸が乏しくなり、ボイドが多く含まれるようになるため、用途に応じた機能が発揮されなくなる。この機能を確保するには、例えばたて糸となる炭素繊維糸条の構成フィラメント数や、その糸条繊度、織物の通気度、目付などを的確なものとしなければならない。
【０００４】
コンクリート構造物の補修・補強の施工性及び樹脂含浸性に優れ、ボイドが残りにくい炭素繊維織物が、例えば特開平１０−１０２７９２号公報（特許文献１）により提案されている。同特許文献１の実施例によれば、たて糸としてフィラメント数が１２，０００本の炭素繊維糸条を使い、よこ糸として断面が０．００９ｍ2 のガラス繊維を織り密度５本／ｃｍで織り込み、目付が３０６ｇ／ｍ2 、通気量４５ｃｃ／ｃｍ2 ／ｓｅｃの、経方向に炭素繊維糸条を多数本並行に配列した一方向性の炭素繊維織物を開示している。前記よこ糸には共重合ナイロンを線状に２．７ｇ／ｍ2 付着させて、たて糸とよこ糸との交錯部で接着させている。このときのたて糸の織り密度に関しては格別に記載されていないが、このたて糸の織り密度を選定することにより上記目付を得るものと推察できる。
【０００５】
また、例えば特開２００２−１３８３４４号公報（特許文献２）には、織物目付が大きくてもドレープ性、マトリックス樹脂含浸性に優れ、安価で高い強度特性を発揮し、縦糸の仕様や織物目付等の設計の自由度の大きな一方向性炭素繊維織物の製造方法が記載されている。その実施例１と２によれば、開繊した１２，０００本と２４，０００本の炭素繊維からなる撚りのないたて糸をそれぞれに４本使い、目板の各目孔に１本ずつ通したのち、同じく１本ずつ綜絖を通して、隣接するたて糸２本を１組として同じ筬羽間を通して合糸し、綜絖を昇降させることにより隣接する各組ごとの２本のたて合糸を互い違いとなるよう昇降させて、隣接するたて合糸間に形成される開口によこ糸を挿入して、一方向性炭素繊維織物を製造している。織物を製織したのち、加熱加圧装置に通してたて合糸を扁平にしかつよこ糸に含まれる熱可塑性樹脂を溶融して、よこ糸とたて合糸とを固着する。得られた第１実施例による織物は、合糸密度２．５本／ｃｍ、よこ糸密度１．２５本／ｃｍ、織物目付４００ｇ／ｍ2 であり、第２実施例では合糸密度１．８本／ｃｍ、よこ糸密度１本／ｃｍ、織物目付６００ｇ／ｍ2 とされている。
【特許文献１】特開平１０−１０２７９２号公報
【特許文献２】特開２００２−１３８３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで注目すべきは、上記特許文献１の実施例及び特許文献２の第１実施例に開示された一方向性炭素繊維織物は、双方ともに１本のたて糸の構成フィラメント数が同じ１２０００本であるにも関わらず、得られた織物の目付は特許文献１では３０６ｇ／ｍ2 であるのに対して、特許文献２では目付４００ｇ／ｍ2 であって、略１．３倍も目付が大きくなっている。特許文献２には、得られた一方向性炭素繊維織物の通気度に関する記載はないものの、特許文献１と同様にコンクリートの補強シートとしての機能を十分に発揮することが記載されていることから、目付が大きいにも関わらず必要とする通気度は確保されているものと思われる。
【０００７】
これは、特許文献１による炭素繊維織物のたて糸が１２，０００本のフィラメントからなるのに対して、特許文献２による炭素繊維織物のたて糸は、１２，０００本のフィラメントを合糸した結果として２倍の２４，０００本のフィラメントから構成されることになるにも関わらず、よこ糸との交錯部間におけるよこ糸によるたて合糸への拘束力が弱まり、フィラメント間の動きにある程度の自由度が与えられ、十分な開繊がなされて偏平化することを可能にすることにより、大きな目付を得ると同時に所要の通気度が確保されることによる。一方で、特許文献１に記載された一方向性炭素繊維織物の目付は、たて糸の繊度や構成フィラメント数、通気度などを勘案しても、せいぜい４００ｇ／ｍ2 が上限であるとされている。
【０００８】
ところで、上述のような一方向性炭素繊維織物の製織に適用される従来の織機にあっては、目板の目孔の大きさ、綜絖のメールの大きさ、筬羽間の筬目の大きさは、それぞれ１５，０００本、好ましくは１２，０００本以下の炭素繊維フィラメントが通過するに支障を来さないように製作されている。すなわち、従来の織機の各構成部材は、たて糸１本当たり１２，０００本以下のフィラメント数が通過することを予定して作られてきており、フィラメント数が１２，０００本を越えると特別仕様として目板の目孔の大きさ、綜絖のメールの大きさ、筬目の大きさなどを改めて設計する必要があった。
【０００９】
従って、上記特許文献１の実施例であれば通常の織機を使って上述のような一方向性炭素繊維織物を織成することも可能ではあるが、特許文献２の第１実施例では特許文献１と同じ１２，０００本のフィラメントから構成されるたて糸を使い、その２本のたて糸を合糸して２４，０００本のフィラメントからなるたて合糸とした上て筬羽間の筬目を通している。この場合、筬羽が従来と同じ仕様の筬羽であれば、たて合糸が太すぎて各フィラメント間で擦れ合い、或いは筬羽に摺接し擦られ、フィラメント切れが多発し、多数の毛羽立ちが生じて、工程安定性を確保することは難しくなるし、高品質の織物が得にくくなる。
【００１０】
本発明は、こうした課題を解消して、たて糸が高繊度の炭素繊維糸条であっても、炭素繊維強化プラスチックの強化基材として、織物目付が大きく、ドレープ性、マトリックス樹脂の含浸性に優れ、かつ、安価で高い強度特性を発揮し得る高品質の炭素繊維織物を経済的に安定して製造できる方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的は、本発明の基本構成である、多数本の炭素繊維からなる撚りのない炭素繊維糸をたて糸として用い、熱溶着性樹脂を含む糸をよこ糸として用いて炭素繊維織物を製造する方法であって、複数本の前記炭素繊維糸を各々開繊し、これら開繊した各炭素繊維糸を目板の各目孔、各綜絖、及び各筬羽間の筬目に順次通すこと、隣り合う２以上の綜絖を１組として各組ごとに上下動させ、前記筬と織前との間で隣り合う２以上の炭素繊維糸を合糸状態として開口させること、及び前記開口に前記よこ糸を挿入したのち筬打ちを行い、２以上の撚りのないたて合糸による前駆織物を製織することを含んでなる炭素繊維織物の製造方法により達成される。
【００１２】
また好ましい態様によれば、前記製織後、前記よこ糸に含まれる熱溶着性樹脂を溶融させてよこ糸とたて合糸とを交錯部にて固着する。また、前記たて糸は６０，００〜１５，０００本の単糸からなることが望ましい。更に、前記よこ糸は有機繊維からなることが好ましく、前記前駆織物の目付を６００〜１，０００ｇ／ｃｍ2 と従来よりも大きく設定することが可能である。
【発明の作用効果】
【００１３】
本発明の基本構成によれば、多数本の炭素繊維からなる撚りのない炭素繊維糸をたて糸として、それぞれ開繊した状態でボビンから引き出し、通常の製織時と同様に、その１本ずつを目板の各目孔、各綜絖、及び筬の各筬羽間に通して織前へと導いている。ここで本発明にあっては、合糸しようとする前記たて糸の本数に見合った数の隣接する複数本の綜絖を１組として、各組ごとの複数本の綜絖に対する上下動作を一致させる。しかも、隣接する組の綜絖についての上下動作を逆にする。すなわち、隣接する組の複数の綜絖を、例えば一方の組の綜絖を上動させるときは、他方の組の綜絖を下動させる。これにより、隣接する組ごとのたて合糸間で開口が形成され、その開口によこ糸が挿入されたのち筬打ちがなされる。その結果、複数本のたて糸が合糸された状態で織製がなされる。この製織後、通常は例えば加熱押圧ロールにより織物を押圧偏平化するとともに、たて合糸とよこ糸との交錯部にてよこ糸に含まれる熱溶着性樹脂を溶融させてたて合糸とよこ糸とを固着させる。
【００１４】
前記織製時、単糸である各たて糸は通常の仕様の目孔、綜絖のメール、筬羽間の筬目を通されることになるため、たて糸を構成する多数本のフィラメントは目孔やメール、筬羽での摺接によるフィラメント切れが殆ど発生しない。しかも、よこ糸は合糸状態にある複数本のたて糸を跨いで交錯するため、よこ糸のクリンプも小さくなり、その交錯部間には複数本のたて糸が合糸状態で並列して配されているため、よこ糸による拘束が少なくなり、各たて糸の構成フィラメント間にある程度の自由な動きが許されており、フィラメント間にも間隙が形成しやすくなる。その結果、織り上がった一方向性炭素繊維織物（前駆織物）には毛羽立ちが殆どなく、しかも目付は合糸のたて糸本数を選定することにより、例えば６００〜１，０００ｇ／ｍ2 の範囲において任意に決めることができるばかりでなく、その目付の大きさに関わらず有効な通気度が得られる。
【００１５】
前記たて糸は通常織機にて安定して織製が可能である６，０００〜１５，０００本の単糸であることが望ましく、本発明にあっては筬打ち時に初めて合糸されるため、筬打ち前の工程では構成フィラメントを傷めることがなく、合糸となったときの構成フィラメント数は炭素繊維糸のフィラメント数の合糸本数倍、例えば４０，０００本、あるいはそれ以上の本数を任意に決めることが可能である。更に、前記よこ糸が有機繊維である場合には、以降に炭化工程を通す場合に、容易に炭化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
ここで、本明細書における「一方向性炭素繊維織物」とは、例えばたて方向に配列した糸が炭素繊維糸からなり、よこ方向に配列した糸がたて方向に配列した炭素繊維糸の形状を保持するための繊維糸からなる織物を意味する。よこ糸は補助糸とも呼ばれ、たて糸がほぐれないようにするものであればいずれの繊維からなってもよい。一方向性炭素繊維織物においては、たて糸はよこ糸よりも密に配置されており、すなわちたて糸の織り密度はよこ糸の織り密度よりも小さく、よこ糸の繊度はたて糸の繊度より小さい。しかるに、本発明の炭素繊維織物は一方向性炭素繊維織物に限定されるものではなく、通常の織物と同様にたて糸及びよこ糸の繊度（太さ）、織り密度、織り組織などを適宜に決めることができる。また、よこ糸の材質は必ずしも有機繊維である必要はなく、例えばガラス繊維やアラミド繊維、炭素繊維なども適宜採用できる。
【００１７】
本発明で使用するたて糸を構成する炭素繊維糸条のトータル繊度は、３９６０〜９９００ｄｔｅｘであり、ピッチ系炭素繊維、ポリアクリロニトリル系炭素繊維等を使用できる。本発明で用いる好ましいたて糸は、炭素繊維フィラメントを６，０００〜１５，０００本並行に配列したトウ状の糸条であり、引張強度が好ましくは３〜５ＧＰａ、より好ましくは２〜４ＧＰａ、引張弾性率が好ましくは１００〜１，０００ＧＰａ、より好ましくは２００〜５００ＧＰａである。たて糸は、製織後にも撚りが発生しないようにするため実質的に無撚りである。
【００１８】
本発明で言うたて合糸は、通常２〜５本の無撚りのたて糸となる炭素繊維糸条を合糸して得られ、得られた合糸の繊度は７９２０〜１９８００ｄｔｅｘであることが好ましい。
本発明にあっては、ボビンごとに引き出される炭素繊維糸条が筬を通り終わるまでは独立している点に特徴があり、筬羽の筬目を通ったのち隣接する任意の本数の炭素繊維糸条が合糸状態とされた組間でよこ糸が挿入される開口を形成する。一本のたて合糸の構成糸条である複数の炭素繊維糸条は、通常サイジング剤によって形状が保持される。この合糸をサイジング剤の融点以上の温度に加熱すると、各糸を構成する繊維がほぐれて隣接する他の糸との境界がなくなり、これを冷却すると一本の糸が形成される。通常、たて糸に付与されるサイジング剤は０．５〜２．５質量％程度であり、硬化剤を含有しないエポキシ樹脂系のサイジング剤が多く使われている。
【００１９】
サイジング剤が０．５質量％より少ないと、製織工程においてたて糸の毛羽立ちが多くなり、同時に製織後のたて糸の扁平形状を維持することが困難になる。一方、２．５質量％を越えると、織物へのマトリックス樹脂の含浸が阻害され、或いは成形体の物性を低下させることがあるので好ましくない。
【００２０】
よこ糸となる補助糸は、たて糸をほぐれないようにできるものであればいずれの繊維から構成されてもよい。よこ糸の繊度はたて合糸のトータル繊度より小さく、２２０〜６６０ｄｔｅｘの範囲にあることが好ましい。よこ糸の繊維としては無機繊維、有機繊維のいずれも使用でき、具体的にはガラス繊維、アルミナ繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維、絹糸、アクリル繊維、ビニロン繊維、綿糸、麻糸が使用できるが、よこ糸は熱ロール等の加熱加圧装置を通したときに熱収縮しない材質であることが好ましく、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維が好ましく使用される。よこ糸のピッチは通常０．５〜１ｃｍである。
【００２１】
たて合糸とよこ糸とを固着するには、たて合糸に熱溶着性樹脂を含ませてもよいし、よこ糸に熱溶着性樹脂を含むませてもよく、或いはその両方が熱溶着性樹脂を含むようにしてもよいが、好ましくはよこ糸に熱溶着性樹脂を含ませて、たて合糸との交錯部でよこ糸と溶着させるとよい。熱溶着性樹脂の含ませ方は問わないが、例えばよこ糸に熱溶着性樹脂を含浸させる、若しくは被覆する又はよこ糸に粉末状の熱溶着性樹脂を付着させる、或いはよこ糸に熱溶着性樹脂繊維を混繊する、絡ませる若しくは平行に沿わせる等の多様な手段が採用できる。熱溶着性樹脂の含有量は、よこ糸と樹脂との総量の２０〜３３質量％であることが好ましい。よこ糸に含ませる熱溶着性樹脂は、その融点はよこ糸の融点以下であり、例えば、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエチレン樹脂などが使用できる。
【００２２】
本発明の一方向性炭素繊維織物の製造方法では、たて糸である炭素繊維糸条を織前にて任意の本数ずつ合糸される撚りのないたて合糸を複数本形成する。任意の本数の炭素繊維糸条を合糸するので、得られるたて糸の繊度、幅、ピッチ／幅比、織物の目付等の設定が容易であり、織物の設計の自由度が高い。
【００２３】
図１は、本発明の炭素繊維織物の製造方法が適用される従来のレピア織機の概略構成を示している。この織機は、クリール上に架けられた図示せぬ多数のボビンに、それぞれ炭素繊維糸条１が巻かれている。炭素繊維糸条１は各ボビンからは引出しロール２により積極的に引き出されて、テンション調整装置３を介して目板４に形成された多数の目孔に１本ずつ通される。目孔を通った各炭素繊維糸条１は前方に配された多数の綜絖５の各メール５ａに１本ずつ通され、続く筬６の筬羽間の筬目に同じく１本ずつ挿通されたのち織前７へと導かれる。
【００２４】
筬６は、多数の筬羽が矩形フレームに上下方向に並列固定されて構成される。図２に示す例では、６本の炭素繊維糸条１を所定の密度に配列させ、７枚の筬羽間の各筬目６ａに、それぞれ１本ずつ通して織前７へと案内している。このときの炭素繊維糸条１の本数は６本に限定されるものではなく、６本以上であって６の倍数本を並列して配することができる。また合糸９の本数も３本とは限らず、２本であっても５本であっても、或いはそれ以上であってもよい。しかし、作業の煩雑性や生産効率を勘案すると、単一糸条である炭素繊維糸条の構成フィラメント数及びトータル繊維の繊度に応じて２〜５本を合糸するのが好ましい。本実施形態にあって、筬６の筬目６ａに１本ずつ通された６本の炭素繊維糸条１のうち隣接する３本の炭素繊維糸条１の組と、この組に隣接する３本の炭素繊維糸条１の組とが、それぞれ前記綜絖４の逆方向の上下動により、一方の組の３本の炭素繊維糸条１が引き揃えられてよこ糸８の上方に位置し、他方の組の３本の炭素繊維糸条１が引き揃えられた状態でよこ糸８の下方に位置し、その状態で筬打ちがなされて織前を形成する。すなわち、前記筬目を通ったのち初めて隣接する３本２組の炭素繊維糸条１がそれぞれ合糸状態となって単一のたて合糸９を構成して、炭素繊維織物が製造される。
【００２５】
従来の織機にあって、織機のたて糸供給装置が１２，０００本の炭素繊維糸条を円滑に通過させることができると仮定する。本発明にあっては、この従来の織機に１２，０００本の炭素繊維糸条からなるたて糸を使って、その２本を上述のように合糸することにより２４，０００本のたて合糸が得られることになる。また仮に、８，０００本の炭素繊維糸条を４本合糸すれば３２，０００本のたて合糸が得られる。このような多数のフィラメントからなるたて糸では、通常の織機を通すことは難しいが、本発明によれば従来の通常の織機を使って、所望のフィラメント数のたて糸による高品質の炭素繊維織物が安定して製造できるようになる。
【００２６】
ここで、本発明にあっては綜絖５の駆動を制御する点に大きな特徴点を有している。すなわち多数の綜絖５にあって、例えば図２に示すように、３本の隣接する綜絖５を１組として、それぞれに隣接する複数の綜絖５が、織物組織に基づいて、例えば平織組織に基づき隣接する２組の綜絖のうち１組の３本の綜絖５を上昇させると同時に、他の隣接する１組の３本の綜絖５を下降させる。この動作により、綜絖５と織前７との間の３本ずつ２組の炭素繊維糸条１間に、よこ糸８が挿入される開口（杼道）が形成される。次いで、上昇している３本の綜絖５を下降させると同時に、下降している他の３本の綜絖５を上昇させることにより、先に挿入されたよこ糸８が、３本の炭素繊維糸条１を合糸して得られる各たて合糸９間の開口に織り込まれることになる。これが繰り返されることによって、所望の特性をもつ高品質な炭素繊維織物が得られる。このとき合糸する炭素繊維糸条１の本数は任意に決めることが可能ではあるが、炭素繊維糸条１の繊度や織物目付などから２〜５本とすることが合理的である。
【００２７】
本発明の製造方法においては、たて合糸と熱溶着性樹脂を含むよこ糸とを製織した後に熱ロール等の加熱加圧装置を通過させて両糸を固着する。その加熱温度は、熱溶着性樹脂が溶融する温度でなければならず、かつ、たて合糸にサイジング剤が含まれる場合には、サイジング剤の粘度が低下して合糸した炭素繊維糸条同士が一体になりたて合糸が容易に扁平な形状になるような温度であることが好ましく、通常９０〜１２０℃、好ましくは１００〜１１０℃である。
【００２８】
更に、たて合糸９がよこ糸８と製織された後、加熱加圧装置を通過して撚りのない扁平となったときのたて合糸は、幅が３．５〜９．０ｍｍ、厚みが０．６〜１．０ｍｍであることが好ましい。
【００２９】
本発明の炭素繊維織物は、たて合糸同士のピッチのたて合糸幅に対する比が１．０〜１．１、織物目付が６００〜１０００ｇ／ｍ2 、繊維密度が１．０〜１．３ｇ／ｃｍ3 、織物厚さが０．６〜１．０ｍｍの範囲であることが好ましい。ここで、織物の繊維密度とは、次式で定義される値をいう。
織物の繊維密度（ｇ／ｃｍ3 ）＝［織物目付（ｇ／ｍ2 ）］／［織物厚さ（ｍｍ）］
なお、織物目付（ｇ／ｍ2 ）及び織物厚さ（ｍｍ）は、ＪＩＳ Ｒ ７６０２に準拠して測定する値である。本発明の好ましい形態の一方向性炭素繊維織物は、たて合糸ピッチがたて合糸幅とほぼ同じであるので、織物の繊維密度は大きく、通常の一方向性炭素繊維織物の繊維密度が０．８ｇ／ｃｍ3 であるのに対し、１．０〜１．３ｇ／ｃｍ3 とすることができる。
【００３０】
繊維密度が上記範囲内の織物を用いれば、ハンドレイアップ成形法や真空バッグ成形法等の簡易成形法であっても、繊維体積含有率の大きな、すなわち機械的特性に優れたＣＦＲＰを成形することができる。
【００３１】
本発明の一方向性炭素繊維織物は、たて糸である複数の炭素繊維糸条条からなるたて合糸と、よこ糸とが交錯した織物で、織り組織は綾組織や繻子組織等特に限定はない。しかし、通常の織物に比べ本発明の織物はよこ糸間の間隔が大きく、目ずれしやすいので、形態安定性の点から平織組織が好ましい。
【００３２】
また、本発明の一方向性炭素繊維織物は、扁平なたて糸を任意の密度で製織することが可能であり、織糸特によこ糸のクリンプが小さいので、よこ糸によるたて合糸の拘束力を小さくできる。すなわち、本発明の織物は、たて合糸の幅を合糸するたて糸である炭素繊維糸条条の本数を任意に決めて織製することが可能であるため、織物を剪断変形させたときにたて合糸の幅並びに間隔を狭めながら皺を発生させることなく大きく変形させることができる。また本発明では、たて糸（たて合糸）の繊度を大きく且つ通気度を適正な値に設計だきるため、マトリックス樹脂が容易に含浸し、ボイドのない繊維強化プラスチック成形体を得ることができる。
【００３３】
本発明の一方向性炭素繊維織物には、公知の方法によりマトリックス樹脂を含浸させてプリプレグを製造することもできる。本発明において使用することができるマトリックス樹脂としては、熱溶着性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙げられ、熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂等がある。
【００３４】
マトリックスとして使用できる熱溶着性樹脂としては、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ビスマレイミド樹脂等が挙げられる。なお、本発明の織物に占める熱硬化性樹脂又は熱溶着性樹脂の量は、プリプレグの質量基準で好ましくは３０〜７０質量％、より好ましくは４０〜６０質量％である。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の一方向性炭素繊維織物の製造方法の代表的な実施例を図面参照しながら具体的に説明するが、本発明は図示例に限るものではない。
本実施例による炭素繊維織物は図１に示す織機を使って製造する。織機は通常のレピア織機であり、たて糸供給装置として、多数のボビンを備えたクリール、目板、テンションガイド、綜絖及び筬を備えている。本実施例では、１本のたて合糸を構成する炭素繊維糸条を２本とし、クリールには２の倍数個のボビンが設けられている。
【００３６】
まず、よこ糸供給装置について説明すると、ボビンには、４４０ｄｔｅｘの炭素繊維糸からなるよこ糸が巻回されており、該よこ糸にはたて糸に溶着するため共重合ナイロン糸が２０質量％添設されている。このよこ糸は図示せぬガイドローラを経て、同じく図示せぬ引取りローラの回転により一定速度で開繊される。引取りローラにより引き出されたよこ糸は、図示せぬテンション調整装置のガイドを経てレピアに導かれ、たて合糸の開口に挿入される。
【００３７】
たて糸供給装置は図１に示し既述した構成を備えている。その構成もまた、従来のレピア織機と実質的に変わるところがない。たて糸となる炭素繊維糸条は、実質的に無撚りで、引張強度が約５０００ＭＰａ、引張弾性率が２４２ＧＰａ、引張破断伸度が２．０％で、エポキシ系サイジング剤が１．０６質量％付着した炭素繊維糸条（三菱レイヨン株式会社製パイロフィル１５Ｋ（炭素繊維の数１５，０００本、繊度９，９００ｄｔｅｘ））であり、４つのボビン２に１本ずつ巻かれている。
【００３８】
よこ糸として共重合ナイロンからなる糸条２０質量％を繊維方向に沿わせてたて糸と
同一材質からなる炭素繊維フィラメント１５０００本（トータル繊度９９００ｄｔｅｘ）の炭素繊維糸条を用いた。製織にあたって、クリール上の多数のボビンからたて糸となる炭素繊維糸条を実質的に無撚りの状態で引き出し、１本ごとに目板の目孔、綜絖のメール、筬羽間の筬目へとそれぞれ１本ずつ通して、隣接する２本の炭素繊維糸条が合糸を作るように、各綜絖の上下駆動を平織組織に基づいて制御し、２本の合糸をたて糸とする目付が６００ｇ／ｍ2 である平織の炭素繊維織物を製織した。
【００３９】
この一方向性炭素繊維織物を製織した後、ロール温度１２０℃の加熱ロールをもって押圧加熱して織物の構成糸条を偏平化するとともに、前記ナイロン糸条を溶融してたて糸とよこ糸との交錯部を溶着一体化した。このとき、経糸についてはヘルドの上下運動やメール、筬の擦過に対し、充分に耐えられるだけの集束性を有しており、製織時に毛羽や粉塵の発生などもなく製織性は良好で、且つ水分も充分に除去されていた。
【００４０】
得られた織物は、たて合糸密度が３．１５本／ｃｍ、よこ糸密度１．９６本／ｃｍ、たて合糸の幅３．５ｍｍ、織物の開口率３．３％、織物厚さ０．６ｍｍ、通気度５．８ｃｃ／ｍｍ2 ／ｓｅｃであった。
【００４１】
この織物に常温硬化性エポキシ樹脂を含浸、硬化させてＣＦＲＰ板を作製した。このとき樹脂は十分に含浸していた。得られたＣＦＲＰ板は引張強度２６１０ＭＰａであり、機械的性能に優れていた。
【比較例】
【００４２】
上記実施例で用いた撚りのない炭素繊維糸条からなるたて糸を合糸せずにそのまま用いて、織物目付が実施例１と同じ６００ｇ／ｍ2 となるようたて糸密度を６．７本／ｃｍ、かつよこ糸密度１．９６本／ｃｍ、たて糸の幅１．９ｍｍとした以外は、実施例と同様
に撚りのないたて糸からなる平織組織の一方向性炭素繊維織物を製造した。この織物は、たて糸及びよこ糸の織糸ピッチが小さいために扁平なたて糸とならず、表面が波打ち不
均一であった。また、その織物の開口率０．８％、織物厚さ０．６１ｍｍ、通気度１．９ｃｃ／ｍｍ2 ／ｓｅｃであった。
この織物を使用して、実施例と同様にしＣＦＲＰ板を作製した。織物に対する樹脂の含浸性は良好でなく、ボイドが多く品質的に満足のいくものとはならなかった。
【００４３】
以上の実施例と比較例との説明からも明らかなように、本発明に係る炭酸繊維織物の製造方法によれば、従来の織機では製織工程における円滑な通過が不可能なフィラメント数が極めて多く太い繊度の炭素繊維糸条をたて糸としているにも関わらず、従来の通常の織機を使って安定した製織を可能にする。その結果、得られる炭素繊維織物の目付も任意に決めることができる。しかも、仮に高目付の織物であっても樹脂含浸性は良好であり、且つ柔軟性に富んだものとなる。また、たて糸となる２本以上の上記炭素繊維糸条を合糸状態で１本のたて糸として製織するため、たて糸を跨いで交差するよこ糸のクリンプが小さく、よこ糸によるたて糸の拘束がなくなり開繊が容易となり、製織時にも繊維束が拡幅され織物厚みが薄い薄物が得やすい。更に、従来では１５，０００本以上の高繊度のたて糸を使うと設定目付けによっては隣接繊維間に目開きが生じるが、本発明によれば、そのような不具合も生ぜず、隣接繊維が均質に分散される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明が適用可能な従来の織機のたて糸供給装置の概略構成を示す正面図である。
【図２】本発明に係る炭素繊維織物製造時のたて糸供給機構の一例を部分的に拡大して示す、扁平な炭素繊維糸条を３本ずつ合糸したたて合糸による製織状態説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１ 炭素繊維糸条
２ 引出しロール
３ テンション調整装置
４ 目板
５ 綜絖
５ａ メール
６ 筬
６ａ 筬目
７ 織前
８ よこ糸
９ 合糸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数本の炭素繊維からなる撚りのない炭素繊維糸をたて糸として用い、熱溶着性樹脂を含む糸をよこ糸として用いて炭素繊維織物を製造する方法であって、
複数本の前記炭素繊維糸を各々開繊し、これら開繊した各炭素繊維糸を目板の各目孔、各綜絖、及び各筬羽間の筬目に順次通すこと、
２以上の綜絖を１組として各組ごとに織物組織に基づく動きをするように上下動させ、前記筬と織前との間に２以上の炭素繊維糸を合糸状態として開口を形成すること、及び
前記開口に前記よこ糸を挿入したのち筬打ちを行い、２以上の撚りのないたて合糸による炭素繊維織物を製織すること、を含んでなる炭素繊維織物の製造方法。
【請求項２】
前記製織後、前記よこ糸に含まれる熱溶着性樹脂を溶融させてよこ糸とたて合糸とを交錯部にて固着する請求項１記載の炭素繊維織物の製造方法。
【請求項３】
前記たて糸が６，０００〜１５，０００本の単糸からなる請求項１又は２に記載の炭素繊維織物の製造方法。
【請求項４】
前記よこ糸が炭素繊維からなる請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維織物の製造方法。
【請求項５】
前記前駆織物の目付が６００〜１，０００ｇ／ｃｍ2 である請求項１〜４のいずれかに記載の一方向性炭素繊維織物の製造方法。
【請求項１】
多数本の炭素繊維からなる撚りのない炭素繊維糸をたて糸として用い、熱溶着性樹脂を含む糸をよこ糸として用いて炭素繊維織物を製造する方法であって、
複数本の前記炭素繊維糸を各々開繊し、これら開繊した各炭素繊維糸を目板の各目孔、各綜絖、及び各筬羽間の筬目に順次通すこと、
２以上の綜絖を１組として各組ごとに織物組織に基づく動きをするように上下動させ、前記筬と織前との間に２以上の炭素繊維糸を合糸状態として開口を形成すること、及び
前記開口に前記よこ糸を挿入したのち筬打ちを行い、２以上の撚りのないたて合糸による炭素繊維織物を製織すること、を含んでなる炭素繊維織物の製造方法。
【請求項２】
前記製織後、前記よこ糸に含まれる熱溶着性樹脂を溶融させてよこ糸とたて合糸とを交錯部にて固着する請求項１記載の炭素繊維織物の製造方法。
【請求項３】
前記たて糸が６，０００〜１５，０００本の単糸からなる請求項１又は２に記載の炭素繊維織物の製造方法。
【請求項４】
前記よこ糸が炭素繊維からなる請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維織物の製造方法。
【請求項５】
前記前駆織物の目付が６００〜１，０００ｇ／ｃｍ2 である請求項１〜４のいずれかに記載の一方向性炭素繊維織物の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−７４１８６（Ｐ２００９−７４１８６Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４２０７６（Ｐ２００７−２４２０７６）
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月１９日（２００７．９．１９）
【出願人】（０００００６０３５）三菱レイヨン株式会社 (2,875)
【Ｆターム（参考）】
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