JP4559589B2

JP4559589B2 - Method for producing reinforced fiber fabric

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Publication number: JP4559589B2
Application number: JP2000136644A
Authority: JP
Inventors: 昌彦種池; 禎雄鮫島; 正明佐藤; 重一武田
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2020-05-10
Also published as: JP2001316971A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化繊維複合材料として優れた性能を発揮する強化繊維織物の製造方法に関するものである。更に詳しくは、使用される糸の直径に対して密度が相対的に低い強化繊維織物の開口部を矯正して均一に開繊された強化繊維織物の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、炭素繊維強化プラスチック（以下「ＣＦＲＰ」という）等の複合材料の使用用途は、つり竿やゴルフシャフトなどのスポーツレジャー機材から医療素材、自動車や航空機の構造材として多用されている。このＣＦＲＰの使用範囲を拡大するためには、更にコストダウンが望まれおり、大きな課題となっている。そのため、太い強化繊維糸条を開繊し拡幅して偏平な強化繊維糸条とし、その繊維束を一方向に引き揃えてマトリックス樹脂中に含有させ、プリプレグを製造することでコストダウンを図っている。
【０００３】
例えば、特開昭６１−２７５４３８号公報では、張力下で走行する繊維束を、その走行方向に運動する往復運動体又は回転体により叩き、更に、前記繊維束を走行方向に直交する方向で、所定の振幅及び振動数で強制振動させた後、ローラ表面などの曲面に押し当てて繊維束を開繊する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開昭６２−１８４１７２号公報には、張力下で走行する繊維束をローラ表面などの曲面に押し当てて繊維束を開繊する際に、前記繊維束に熱風を吹き付け、又は前記繊維束を熱板に接触させて吸引し、前記繊維束からサイジング剤を除去し、繊維束の開繊を促進する方法が開示されている。
【０００５】
更に、特開平２―３６２３６号公報に開示されているトウ状物の拡巾方法では、トウ状物の走行路に配された周面を接触させて配された１対のローラにおける少なくとも一方を、同ローラの回転軸方向、即ち、トウ状物の走行方向と直交する方向に振動させると共に、前記トウ状物に周期的に張力変動を与えている。この張力変動により、トウ状物は張力が低いときに拡巾効率が高まり、張力が高いときに前記繊維の配向が高まって、トウ状物の拡巾効果を向上させている。
【０００６】
ところで、強化繊維として炭素繊維を使用しているＣＦＲＰでは、炭素繊維の引張り弾性率がマトリックス樹脂の引張り弾性率と比較して極めて大きい。このため、ＣＦＲＰに引張り応力が作用した場合には、その引張り応力に対する前記プラスチックの引張り強度は主に前記炭素繊維により発揮されることになる。従って、前記炭素繊維糸条の強度や炭素繊維のマトリックス樹脂中での分布が均一であり、且つ同炭素繊維のマトリックス樹脂に対する充填密度が高いほど、繊維強化プラスチックとしての引張り強度が向上することになる。
【０００７】
また、繊維強化プラスチック（以下「ＦＲＰ」という）の引張り強度は、マトリックス樹脂中の強化繊維糸条の延在方向に平行な方向（０°の方向）に張力が作用した場合に最大となる。そのため、強化繊維糸条を一方向に引き揃えたシート状体としてマトリックス樹脂中に含有させた場合は、その一方向での引張り強度が向上される。
【０００８】
更に、近年では、強化繊維糸条を経糸及び緯糸の両方向に配した織物としてマトリックス樹脂中に含有させ、経糸方向及び緯糸方向の二方向での引張り強度の向上を図っている。このように、多方向からの張力に対応でき、且つ、マトリックス樹脂中に均一な密度で強化繊維を含有させるためには、上述したように強化繊維糸条を織物として含有させることが有効であり、比強度及び比弾性率が大きい炭素繊維糸条等の強化繊維糸条からなる強化繊維織物は、通常、一般のシャトル織機やレピヤ織機により製織されている。
【０００９】
しかしながら、一方では、この織り構造に起因して、ＦＲＰとしての引張り強度が充分に発揮できない場合も生じる。即ち、前記織物における経糸と緯糸とが交差する交差部においては、経糸及び緯糸が互いにクリンプすることにより生じる織物の厚み方向に、織物のシート面に対して交差角が生じることは否めない。
そのため、シート面に並行な経糸又は緯糸方向での引張り応力が作用すると、前記交差部において各糸条に剪断方向の力が働くため、強化繊維糸条の引張り強度が充分に発揮されなくなる。
【００１０】
また、前記交差部では糸条の厚み寸法だけ空隙部が形成されるため、そのような強化繊維からなる織物にプリプレグのマトリックス樹脂を含浸させる際に、同交差部ではその空隙部の分だけ樹脂リッチとなったり、或いは、前記空隙部に樹脂が含浸されずボイドが発生するといった不都合がある。このように空隙部で樹脂リッチとなったりボイドが生じたプリプレグを使用して形成されたＦＲＰ製品も、同様に樹脂リッチの部位やボイドが存在することとなる。かかるＦＲＰに引張り応力が作用した場合には、同応力が樹脂リッチの部位やボイドの部分に集中し、ＦＲＰの引張り強度が十分に発揮されず、更にはそのときの剪断力によりＦＲＰが破壊される場合もある。
【００１１】
かかる不都合は強化繊維糸条として相対的に高い番手の繊維からなる糸条を用いた場合に顕著となる。そのため、強化繊維糸条を織物としてプリプレグに製造するには、特に繊維を開繊して均一にすることが重要となる。この均一化は更に強度的な問題ばかりでなく、ＦＲＰとして平滑な成形品を得るためにも必要不可欠であり平滑性に欠けるＦＲＰは、その商品価値を損なってしまう。
【００１２】
特に、一般のシャトル織機やレピヤ織機により、相対的に低い単位面積当たりの重量に対して、相対的に高い番手の多数本の強化繊維を製織して得られた織物では開口率が大きく、経糸と緯糸の交錯部で大きくクリンプしている。そのため、繊維密度が不均一となり、平滑性に欠け、強度特性も十分に発揮されない。更に、かかる目付けの低い強化繊維織物を用いて樹脂を含浸させたＦＲＰでは、マトリックス樹脂中に存在するボイドが多くなり、また、樹脂リッチな部分もできるため、高い強度特性が期待できないという欠点があった。
【００１３】
そこで、従来から、経糸と緯糸との交差部でのクリンプを小さくするために、強化繊維織物の構成糸条を開繊する方法が提案されている。
例えば、特開平３―２０３３５号公報に開示された炭素繊維織物の開繊装置では、水容器内に水没状態で超音波発振器を配し、更に同発振器に水中で対向してガイド板を配している。かかる開繊装置において、前記織物を前記ガイド板の発振器対向面に沿わせて移送することにより、超音波で前記織物を開繊させている。
【００１４】
更に、特開平７−１４５５５６号公報に開示されている炭素繊維織物の開繊装置では、前記ガイド板に変えて、２つの自由回転可能なローラに巻回された金属ベルトを採用し、更に、前記織物を負荷装置により一定の張力をかけながら移送し、上記公報と同様に超音波により水中で開繊させている。
【００１５】
また、例えば、特開平４―２８１０３７号公報に開示されている炭素繊維織物の製造方法では、経方向に走行している炭素繊維織物に、所定のノズルピッチで配された所定のノズル径をもつ複数個のノズル孔からウォータージェットを指向し、このウォータージェットの打力により経糸及び緯糸を開繊して、拡幅・偏平化している。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平３―２０３３５号公報及び特開平７−１４５５５６号公報に開示された炭素繊維織物の開繊方法はいずれも、前記織物に水中で超音波を作用させており、また、特開平４―２８１０３７号公報に開示された開繊方法にあっても、前記織物をウォータージェットにより開繊させているため、いずれの方法においても、前記織物を上記方法により開繊した後に、同織物を乾燥しなければならない。そのため、炭素繊維織物の製造効率が低減するばかりでなく、炭素繊維織物の製造機は、前記開繊装置の他にも織物の乾燥手段が必要となり、製造機の設置スペースが大きくなるといった不都合も生じる。
【００１７】
本発明は、かかる問題点を解決すべくなされたものであり、相対的に低い単位面積当たりの重量に対して、相対的に高い番手の多数本の強化繊維からなる強化繊維糸条を経糸及び緯糸として、同経糸及び緯糸が均一に且つ十分に開繊された、高い強度特性を有する強化繊維織物と、同織物を格別に複雑な機構や乾燥手段等の別途の手段が不要な強化繊維織物の製造方法、並びに設置スペースの小さな強化繊維織物の糸条開繊装置とを提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、本件発明の基本構成である、経糸及び緯糸が強化繊維糸条からなる強化繊維織物の製造方法であって、製織された強化繊維織物を８０〜１８０℃に加熱し、同織物に付着しているサイジング剤の粘度を、同サイジング剤によるフィラメント間の結合を弱める１０ｐｏｉｓｅ以下にすること、及び前記強化繊維織物を、鋼板と同鋼板に対向して配された叩打手段との間を走行させると共に、前記叩打手段を前記鋼板に対して直交方向に振動させて前記織物を前記鋼板と前記叩打手段との間で１．２〜７Ｇの加振力をもって叩打すること、により強化繊維糸条を開繊させる工程を含んでなることを特徴とする強化繊維織物の製造方法によって達成される。
【００１９】
このように、繊度が６００〜２０，０００デニール、フィラメント数が１，０００〜２４，０００本である強化繊維糸条からなる織物であって、開口率が１％以下になるまで開繊された織物は、経糸及び緯糸が均一に且つ十分に開繊されており、繊維密度も均一で平滑性に富んだ織物である。しかも経糸と緯糸との交差部においてクリンプが小さく、かかる織物に樹脂を含浸させた場合には、ボイドの発生もなく、樹脂リッチとなる部分もないため、十分な強度特性が確保できる。
【００２０】
なお、前記強化繊維糸条が炭素繊維糸条である場合に、特に前記糸条は繊度が６００〜２０，０００デニール、フィラメント数が１，０００〜２４，０００本の範囲であることが好ましい。更に、前記糸条は繊度が６００〜８，０００デニール、フィラメント数が１，０００〜１２，０００本の範囲であることが好ましい。
【００２１】
更に、織物の組織は特に限定されるものではないが、平織り組織が最も好ましい。そして通常は経糸及び緯糸としてフィラメント数及び繊度が等しい織糸を使用するが、繊度の異なる経糸と緯糸を使用してもよい。
【００２２】
本件発明における前記強化繊維糸条は実質的に撚りが無いことが好ましく、また本発明により得られる強化繊維織物の織物目付けが８０〜１００ｇ／ｍ²であることが好ましい。織物目付けが８０〜１００ｇ／ｍ²と小さい強化繊維織物にあって、開口率が１％以下であれば、前記織物は極めて薄く形成され、しかも経方向及び緯方向のフィラメント間の間隙が殆どない均整に分布されており、プリプレグ用の強化繊維織物として極めて高品質なものである。このように、プリプレグ用の強化繊維織物としては、前記織物目付けは８０〜１００ｇ／ｍ²であることが望ましいが、開繊効果に関してみれば、織物目付けが１００ｇ／ｍ²以上であっても何ら問題はない。なお、炭素繊維糸条の引張強度は３００〜７００ｋｇｆ／ｍｍ²、弾性率は２０〜５０×１０³ｋｇｆ／ｍｍ²、サイジング剤付着量は、０．４〜２ｗｔ％の範囲であることが好ましい。
【００２４】
一般に、強化繊維糸条はサイジング剤によってフィラメント間が相互に結合された状態となっているが、本発明の製造方法によれば、強化繊維糸条から製織された強化繊維織物を加熱し、同織物に付着しているサイジング剤の粘度を１０ｐｏｉｓｅ以下として、同サイジング剤によるフィラメント間の結合を弱めた状態で、その平面に対して直交方向に振動する叩打手段により叩打するため、各糸条は十分に開繊される。
【００２５】
また、かかる機械的な開繊方法では、従来の超音波を利用した開繊方法や、ウォータージェットによる開繊方法のように、前記織物が水に濡れることもないため、乾燥等の開繊とは別途の処理が不要となり、開繊効率も著しく向上すると共に、製造装置もコンパクトなものとなる。
【００２６】
なお、本発明では、サイジング剤の粘度を１０ｐｏｉｓｅ以下とするため、前記サイジング剤によってフィラメント間が相互に結合された強化繊維糸条からなる強化繊維織物を、加熱手段をもって積極的に加熱している。前記鋼板と前記叩打手段との間で叩打される際に軟化していたサイジング剤は、その後、再び固化して、糸条の安定した開繊形態並びに織物形態を維持させる。
【００２７】
織物の加熱温度はサイジング剤の種類によって異なるが、強化繊維糸条への熱的影響も考慮し、約８０〜１８０℃に加熱することが好ましい。更に、サイジング剤の粘度は１０ｐｏｉｓｅ以下とすることがより好ましい。前記強化繊維織物の糸条が１８０℃よりも高い温度に加熱された場合は、サイジング剤が軟化してフィラメント間の結合力が弱まり開繊をしやすくするが、小さな力でも織物に毛羽が発生しやすくなり、十分な開繊を実現するに必要な力がかけられない。なお、この強化繊維織物の加熱方法は、赤外線加熱、熱風加熱、或いはヒーター加熱など、いずれの加熱方法あっても良い。
【００２８】
また、本発明の強化繊維織物の製造方法における特徴部をなす強化繊維糸条を開繊させる工程は、強化繊維織物を製織する一連の製織工程の途中、例えば最終的に巻き取る直前に行っても良く、或いは、製織済みの織物を巻き返す工程において、同時に行うこともできる。
【００２９】
本件発明では、前記叩打手段による加振力を１．２〜７Ｇに設定することが好ましい。加振力が７Ｇよりも大きい場合には、開繊に必要な力は得られるが、加振力が大きすぎると織物に毛羽が発生しやすくなる。その場合には、強化繊維織物の走行速度を上げて、単位面積当たりの前記叩打手段による叩打回数を減らすことにより毛羽の発生は抑えることもできるが、開繊が不均一となるために好ましくない。また、加振力が１．２Ｇよりも小さい場合は、開繊に必要な力が得られず十分に開繊されない。
【００３０】
前記強化繊維織物のサイジング剤の粘度が１０ｐｏｉｓｅよりも大きい場合、例えば糸条の温度が８０℃よりも低い場合は、十分に開繊させるために加振力を７Ｇよりも大きくする必要があるが、加振力を７Ｇよりも大きくした場合、織物に毛羽が発生しやすくなる。そのため、前記強化繊維織物のサイジング剤の粘度を１０ｐｏｉｓｅ以下にし、加振力を７Ｇ以下にすることが好ましい。
【００３１】
更に本件発明では、強化繊維糸条を開繊させる工程における前記強化繊維織物の走行速度を０．５〜４．０ｍ／分に設定するとよい。サイジング剤の粘度及び加振力を上述の範囲とする場合、更には前記叩打部材の寸法を後述する範囲に設定する場合に、前記織物の走行速度が０．５ｍ／分よりも遅い場合には、叩打部材の織物の単位面積当たりの衝突回数が多すぎるため、織物に毛羽が発生しやすくなる。また、走行速度を４ｍ／分以上とする場合には、叩打部材の織物の単位面積当たりの衝突回数が少なくなるため十分に開繊が行われない。
【００３２】
更に、上述した本発明の強化繊維織物の製造方法により強化繊維織物を製造するにあたって、専用の強化繊維織物の製造装置を採用することが好ましい。即ち、同製造装置は鋼板と、前記鋼板に平行な前記織物の走行路を挟んだ平面内に配された叩打手段と、前記叩打手段を前記鋼板に対して直交方向に振動させる加振源と、前記強化繊維織物を加熱する加熱手段とを備えていることが好ましい。
【００３３】
前記叩打手段は、単一の平板表面に半球状又は柱状の突起が複数突設された単一の部材を採用することができる。
或いは、前記叩打手段は複数の球体、円柱又は１以上の平面を持つ複数のブロック体からなる叩打部材と、それらの叩打部材を支持する振動テーブルとを備え、前記叩打部材は前記鋼鈑の表面に対して自由回転が可能に前記振動テーブルにより支持されている。
【００３４】
前記振動テーブルは加振源により振動が与えられ、同振動テーブルの表面に配された複数の叩打部材は、ホルダーによりその一部を同ホルダーから露出させて支持されていることが好ましい。
【００３５】
前記叩打部材は、鋼鈑に対して直交方向に振動させると同時に自由回転可能に配することが好ましい。この場合、叩打部材はその表面に接触している前記織物の走行に応じて回転するため、前記織物には過剰の摩擦力が作用することがなく、織物の損傷を低減させる。
【００３６】
なお、前記叩打部材が球体であるには、その直径を４〜８ｍｍとすることが好ましい。或いは、前記叩打部材が複数の円柱である場合には円柱の端面の最大径を４〜８ｍｍとし、また、前記叩打部材が１以上の平面を持つ複数のブロック体、例えば多面体や角柱からなる場合には、最大寸法を４〜８ｍｍとすることが好ましい。
【００３７】
更には、一の振動テーブルに配列されている複数の前記叩打部材は全て同一形態であってもよく、或いは、直径の異なる球体や円柱、最大寸法の異なる多面体を混在させて配することもできる。
【００３８】
前記叩打部材の大きさが８ｍｍより大きい場合は、叩打部材の配列ピッチが大きくなるため、織物に対する叩打部材の衝突間隔が大きくなり、開繊が十分に行われない。また、前記叩打部材が４ｍｍよりも小さい場合は、叩打部材の重量も小さくなり、加振力を加えても開繊に必要な叩打力が得られず開繊が十分に行われない。
【００３９】
前記叩打部材は、所定の平面内にできるだけ多く配列することが好ましい。従って、横方向に配列された叩打部材の中心を結ぶ直線をＸとし、縦方向に配列された叩打部材の中心を結ぶ直線をＹとした場合、直線Ｘに対して直線Ｙを直交方向から傾斜角度θだけ傾斜させて前記叩打部材を配列することが好ましい。前記傾斜角度θは、１〜６０°の範囲であることが好ましい。特に、叩打部材の間隔は、経糸のピッチと等しい又はそれ以下とすることが好ましい。更に、前記傾斜角度θを３０°とした千鳥配列であることが好ましい。
【００４０】
【発明の実施形態】
以下、本発明の好適な実施形態について具体的に説明する。図１は、本発明の強化繊維織物の製造方法により強化繊維織物を開繊するに適した、強化繊維織物の製造機の概略を示す側面図であり、図２は同製造機の一部を概略的に示す斜視図である。
【００４１】
前記強化繊維織物の製造機１０は、製織された強化繊維織物Ｗをクリール１１から、ニップロール１２により織物Ｗの張力を調整しながら引き出し、巻き取り部１３により最終的な製品ロールとして巻き取られる途中に、本発明の好適な実施形態による糸条開繊装置１が配されている。
【００４２】
前記糸条開繊装置１は鋼板２と、同鋼鈑２の下方に強化繊維織物Ｗの走行路を挟んで配された叩打手段と、前記叩打手段を前記鋼板２に対して直交方向に振動させる加振源５と、前記強化繊維織物を加熱する加熱手段とを備えている。本実施形態では、前記加熱手段として、ハウジング６と同ハウジング６内の空気を加熱するヒータとを備えており、前記開繊手段は前記ハウジング６内に設置されている。
【００４３】
前記叩打手段は、前記鋼鈑２と平行に配された振動テーブル４と、同振動テーブル４の上面に配された、本発明の叩打部材である複数の鋼球３と、同鋼球３を保持するホルダー７とを備えている。同ホルダー７は複数の孔部７ａが形成され、前記鋼球３は前記孔部７ａから一部を露出させた状態で、同ホルダー７により回転自在に支持されている。この鋼球３は、例えば図３（ａ）に示すように、横方向に配列された鋼球３の中心を結ぶ直線Ｘに対して、縦方向に配列された鋼球３の中心を結ぶ直線Ｙを直交方向から傾斜角度θをもって傾斜させて配列することが好ましい。特に、図３（ｂ）に示すように前記傾斜角度θを３０°として千鳥配列させることが好ましい。また、前記鋼球３は、ホルダー７に複数個又は単数のグループとして配列することが好ましい。
【００４４】
なお、図１に示す強化繊維織物の製造機１０では、製織された強化繊維織物Ｗをクリール１１からニップロール１２により織物Ｗの張力を調整しながら引き出し、前記糸条開繊装置１により開繊処理を施すが、この糸条開繊装置１の下流側に前記ニップロール１２を配しているため、前記開繊装置１を通った強化繊維織物Ｗの開繊形態を前記ニップロール１２により保持することができる。
【００４５】
また、前記糸条開繊装置１の設置場所は、上述のように製織済みの織物を巻き返す際の工程の途中以外にも、強化繊維織物の製織機における、巻き取り工程の直前位置に設置することもできる。
【００４６】
以下、本発明の強化繊維織物の製造方法について、実施例を挙げて比較例と比較して説明する。
以下の実施例及び比較例については、強化繊維糸条として、繊度が１，８００デニール、フィラメント数が３，０００本であり、糸幅が２ｍｍ、引張強度が３６０ｋｇｆ／ｍｍ²、弾性率が２４×１０³ｋｇｆ／ｍｍ ²、サイジング剤（エポキシ樹脂８０部、硬化ひまし油２０部で組成されているものを使用）付着量が１．２ｗｔ％である炭素繊維糸条（三菱レイヨン（株）パイロフィルＴＲ３０Ｓ―３Ｋ）を使用した。
【００４７】
この炭素繊維糸条を織機により、経糸及び緯糸の密度を６本／ｉｎｃｈとし、織物の目付けを９５ｇ／ｍ²として平織り組織により製織して得られた織物を巻き取って図１に示す強化繊維織物の製造機を使用し、以下の条件で開繊処理を施した。
【００４８】
各実施例及び比較例について開繊された織物の毛羽の発生具合についての有無を目視検査により評価した。更に、開繊された織物において１００ｍｍ×１００ｍｍを単位面積当たりの同単位面積内での経糸又は緯糸のいずれかが存在しない開口部の面積比率を開口率として評価を行った。なお、開口率の評価には、市販の画像センサー（（株）キーエンス製、ＣＶ―１００）を使用した。
【００４９】
更に、開繊された織物にエポキシ樹脂を４３重量％となるように含浸させ、３枚に積層してＦＲＰ板を製造し、同ＦＲＰ板のボイドの発生具合を目視検査により観察した。
【００５０】
（実施例１）
上記糸条開繊装置１として、振動テーブル４上に、直径８ｍｍの鋼球３を図３（ａ）に示す傾斜角度θを５°として配列にした装置を用いた。前記振動テーブル４の加振力を７Ｇとし、巻取速度、即ち、前記糸条開繊装置１を通過する際の織物の走行速度を４．０ｍ／分に設定して、織物を８０℃で加熱しながら開繊処理を施した。
糸条が開繊された強化繊維織物は、毛羽が無く、良好な外観を呈するものであった。また、開口率は０．８％と少なく糸条が十分に開繊されていた。かかる強化繊維織物を含有するプリプレグはボイドのない良好なものであった。
【００５１】
（実施例２）
上記製造装置の糸条開繊装置１として、直径が６ｍｍの鋼球を用いた以外は実施例１と同様の装置を使用し、前記振動テーブル４の加振力を５Ｇとし、巻取速度を３．０ｍ／分として１００℃に加熱して開繊処理を施した。
実施例２では叩打部材である鋼球が実施例１よりも小径であるため同鋼球の重量が小さく、鋼球一個当たりの叩打力は小さいものの、巻取速度を実施例１よりも遅く設定することにより叩打回数を多くすると共に、加熱温度を高くしてサイジング剤粘度を下げることによりフィラメント間の結合力を弱めた状態にしているため、得られた織物の開口率は、０．９％であり糸条の開繊が十分になされていた。また、毛羽の発生も無く、良好な外観を呈していた。更にこの強化繊維織物を含有するプリプレグはボイドのない良好なものであった。
【００５２】
（実施例３）
上記製造装置の糸条開繊装置１として、直径が５ｍｍの鋼球を用いた以外は実施例１と同一の装置を使用し、前記振動テーブル４の加振力を２Ｇとし、巻取速度を１. ５ｍ／分として１２０℃で加熱しながら開繊処理を施した。
同実施例３では加振力を実施例２より小さくしているが、巻取速度を実施例２よりも遅くして叩打回数を多くし、さらに加熱温度を上げることによりフィラメント間の結合力を弱めた状態にしているため、得られた織物の開口率は、０．５％と極めて小さく、糸条の開繊が十分になされていた。また、毛羽の発生も無く、良好な外観を呈していた。かかる強化繊維織物を含有するプリプレグにはボイドの発生は認められなかった。
【００５３】
（実施例４）
上記製造装置の糸条開繊装置１として、直径が４ｍｍの鋼球を用いた以外は実施例１と同様の装置を使用し、前記振動テーブル４の加振力を１．２Ｇとし、巻取速度を１．０ｍ／分として１７０℃で加熱しながら開繊処理を施した。
【００５４】
同実施例４では叩打部材である鋼球が実施例３よりも小径であるため同鋼球の重量が小さく、鋼球一個当たりの叩打力は小さいものの、巻取速度を実施例３よりも遅くして叩打回数を多くし、さらに加熱温度を上げることにより、フィラメント間の結合力を弱めた状態にしているため、得られた織物は開口率０．７％と実施例３とほぼ同様に糸条の開繊がなされていた。また、毛羽の発生も無く、良好な外観を呈していた。更に、かかる強化繊維織物を含有するプリプレグにはボイドの発生は認められなかった。
【００５５】
（比較例１）
上記製造装置の糸条開繊装置１として、前記織物の加熱温度を６０℃とした以外は、実施例１と同一の条件により開繊処理を施した。
得られた織物は、毛羽の発生は見られないものの、加熱温度が低くサイジング剤が軟化せず、フィラメント間が同サイジングにより結合された状態であったため、開口率が３．１％と極めて大きく開繊が不十分であった。そのため、経糸と緯糸との交差部において厚みが大きくなり、得られたプリプレグは前記交差部でボイドが認められた。
【００５６】
（比較例２）
上記製造装置の糸条開繊装置１として、前記振動テーブル４の加振力を９Ｇとする以外は、実施例１と同の条件により開繊処理を施した。
加振力が９Ｇと大きいため織物への叩打力も大きすぎ、得られた織物の開口率は２. ６％で開繊は不十分であった。しかも、叩打力が大きいため毛羽が多く発生し補強用の織物として十分機能を呈することができないものとなった。また、得られたプリプレグにはボイドが認められた。
【００５７】
（比較例３）
加熱温度を２００℃に加熱して開繊する以外は、実施例４と同一の装置を用いて同一の条件により開繊処理を施した。
加熱温度を実施例４よりも高く設定することで、サイジング剤を軟化させフィラメント間の結合力が弱まった状態であったが、小さな叩打力でも織物に毛羽が発生した。得られた織物の開口率は１．２％であったが、毛羽が多く発生し補強用の織物として不十分であった。また、得られたプリプレグにはボイドが認められた。
【００５８】
（比較例４）
巻取速度を０．３ｍ／分として開繊する以外は、実施例４と同一の装置を用いて同一の条件により開繊処理を施した。
巻取速度を実施例４よりも遅く設定することで叩打回数を多くしているため、得られた織物の開口率は０．１％と開繊は十分であった。しかし、叩打回数を多くしているために毛羽が多く発生し、補強用の織物として十分な機能を呈することができないものであった。そのため、得られたプリプレグにはボイドが認められた。
【００５９】
（比較例５）
巻取速度を０．５ｍ／分、前記振動テーブルの加振力を１．１Ｇとして開繊する以外は、実施例４と同一の装置を用いて同一の条件により開繊処理を施した。
巻取速度を実施例４よりも遅く設定し叩打回数を多くしているが、加振力が小さく、開繊に必要な叩打力が小さいため、得られた織物の開口率は１５．５％と大きく、開繊が不十分であった。そのため、経糸と緯糸との交差部において厚みが大きくなり、得られたプリプレグは前記交差部でボイドが認められた。
【００６０】
【表１】

【００６１】
以上、述べたように、本発明によれば、相対的に低い単位面積当たりの重量に対して、相対的に高い番手の多数本の強化繊維からなる強化繊維糸条を、経糸及び緯糸として製織された強化繊維織物を加熱して、前記強化繊維糸条のサイジング剤の粘度が１０ｐｏｉｓｅ以下になり同サイジング剤によるフィラメント間の結合力を弱めた状態で、同強化繊維織物に対して直交する方向から多数の叩打部材を衝突させて前記織物を叩打しているため、前記糸条に毛羽の発生がなく十分に開繊して開口率が１％以下にすることができる。しかも、本発明の糸条開繊装置は格別に複雑な機構や乾燥手段等の開繊とは別途の手段を必要とせず、コンパクトで設置スペースが小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の強化繊維織物の製造に適した強化繊維織物の製造機を概略的に示す側面図である。
【図２】上記製造機における糸条開繊装置を概略的に示す斜傾図である。
【図３】前記糸条開繊装置における叩打部材である鋼球の配列パターンを示す説明図である。
【図４】サイジング剤の粘度と加熱温度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１糸条開繊装置
２鋼鈑
３叩打部材（鋼球）
４振動テーブル
５加振源
６ハウジング
７ホルダー
７ａ孔部
１０強化繊維織物の製造機
１１クリール
１２ニップロール
１３巻取部
Ｗ強化繊維織物[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention provides a reinforcing fiber fabric that exhibits excellent performance as a reinforcing fiber composite material.In manufacturing methodIt is related. More specifically, the reinforcing fiber woven fabric that has been opened uniformly by correcting the openings of the reinforcing fiber woven fabric having a relatively low density relative to the diameter of the yarn used.In manufacturing methodRelated.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the use of composite materials such as carbon fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as “CFRP”) has been widely used from sports and leisure equipment such as fishing rods and golf shafts as medical materials and structural materials for automobiles and aircraft. In order to expand the use range of this CFRP, further cost reduction is desired, which is a big problem. Therefore, wide reinforcing fiber yarns are opened and widened to form flat reinforcing fiber yarns, the fiber bundles are aligned in one direction and contained in the matrix resin, and cost reduction is achieved by manufacturing a prepreg. Yes.
[0003]
For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-275438, a fiber bundle traveling under tension is struck by a reciprocating body or a rotating body that moves in the traveling direction, and the fiber bundle is further orthogonal to the traveling direction. A method is disclosed in which a fiber bundle is opened by forcedly vibrating with a predetermined amplitude and frequency and then pressing against a curved surface such as a roller surface.
[0004]
Japanese Patent Laid-Open No. 62-184172 discloses that when a fiber bundle running under tension is pressed against a curved surface such as a roller surface to open the fiber bundle, hot air is blown onto the fiber bundle, or the fiber A method is disclosed in which a bundle is brought into contact with a hot plate and sucked to remove a sizing agent from the fiber bundle and promote fiber opening of the fiber bundle.
[0005]
Further, in the method for widening a tow-like object disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-36236, at least one of a pair of rollers arranged in contact with a peripheral surface arranged on a travel path of the tow-like object is used. The roller is vibrated in the direction of the rotation axis of the roller, that is, in the direction orthogonal to the traveling direction of the tow-like object, and the tow-like object is periodically subjected to tension fluctuation. Due to this variation in tension, the width of the tow-like object increases when the tension is low, and the orientation of the fibers increases when the tension is high, thereby improving the effect of widening the tow-like object.
[0006]
By the way, in CFRP using carbon fiber as the reinforcing fiber, the tensile elastic modulus of the carbon fiber is extremely large compared to the tensile elastic modulus of the matrix resin. For this reason, when a tensile stress acts on CFRP, the tensile strength of the plastic against the tensile stress is mainly exhibited by the carbon fiber. Therefore, the strength of the carbon fiber yarn and the distribution of the carbon fibers in the matrix resin are more uniform, and the higher the packing density of the carbon fibers in the matrix resin, the better the tensile strength as the fiber reinforced plastic. Become.
[0007]
Further, the tensile strength of the fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as “FRP”) is maximized when tension is applied in a direction parallel to the extending direction of the reinforcing fiber yarn in the matrix resin (direction of 0 °). Therefore, when the reinforcing fiber yarn is contained in the matrix resin as a sheet-like body aligned in one direction, the tensile strength in the one direction is improved.
[0008]
Furthermore, in recent years, reinforcing fiber yarns are included in the matrix resin as woven fabrics arranged in both the warp and weft directions to improve the tensile strength in the two directions, the warp direction and the weft direction. As described above, it is effective to contain the reinforcing fiber yarn as a woven fabric as described above in order to contain the reinforcing fibers at a uniform density in the matrix resin, which can cope with tensions from multiple directions. A reinforced fiber fabric composed of reinforcing fiber yarns such as carbon fiber yarns having a large specific strength and specific elastic modulus is usually woven by a general shuttle loom or lepier loom.
[0009]
However, on the other hand, due to this woven structure, there is a case where the tensile strength as FRP cannot be sufficiently exhibited. In other words, at the intersection where the warp and the weft intersect in the woven fabric, it cannot be denied that an intersecting angle is generated with respect to the sheet surface of the woven fabric in the thickness direction of the woven fabric caused by crimping the warp and the weft.
Therefore, when a tensile stress in the warp or weft direction parallel to the sheet surface acts, a shearing force acts on each yarn at the intersecting portion, so that the tensile strength of the reinforcing fiber yarn is not sufficiently exhibited.
[0010]
In addition, since the gap is formed by the thickness dimension of the yarn at the intersecting portion, when the prepreg matrix resin is impregnated into the woven fabric made of such reinforcing fibers, the resin corresponding to the void is formed at the intersecting portion. There is an inconvenience that it becomes rich, or the void is not impregnated with resin and voids are generated. Thus, the FRP product formed using the prepreg that is resin-rich or void-formed in the void portion also has resin-rich parts and voids. When tensile stress acts on such FRP, the stress is concentrated on the resin-rich part and void part, the FRP tensile strength is not fully exhibited, and the FRP is destroyed by the shearing force at that time. There is also a case.
[0011]
Such inconvenience becomes conspicuous when a yarn composed of relatively high count fibers is used as the reinforcing fiber yarn. Therefore, in order to manufacture the reinforcing fiber yarn as a woven fabric into a prepreg, it is particularly important to open the fibers and make them uniform. This homogenization is not only a problem of strength, but also indispensable for obtaining a smooth molded product as FRP, and FRP lacking smoothness impairs its commercial value.
[0012]
In particular, a woven fabric obtained by weaving a large number of reinforcing fibers with a relatively high count against a relatively low weight per unit area by a general shuttle loom or lepya loom has a large opening ratio and warp. It is crimped greatly at the intersection of the weft and the weft. Therefore, the fiber density becomes non-uniform, the smoothness is lacking, and the strength characteristics are not fully exhibited. Furthermore, in FRP impregnated with a resin using a reinforcing fiber fabric having a low basis weight, there are many voids present in the matrix resin, and there is also a disadvantage that high strength characteristics cannot be expected because a resin-rich portion can be formed. there were.
[0013]
Therefore, conventionally, a method of opening the constituent yarns of the reinforcing fiber fabric has been proposed in order to reduce the crimp at the intersection between the warp and the weft.
For example, in a carbon fiber fabric opening device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-20335, an ultrasonic oscillator is disposed in a water container in a submerged state, and a guide plate is disposed opposite the oscillator in water. ing. In such a fiber opening device, the fabric is opened with ultrasonic waves by transferring the fabric along the oscillator facing surface of the guide plate.
[0014]
Furthermore, in the opening device of the carbon fiber fabric disclosed in JP-A-7-145556, instead of the guide plate, a metal belt wound around two freely rotatable rollers is used, The fabric is transferred by applying a constant tension by a load device, and is spread in water by ultrasonic waves as in the above publication.
[0015]
Further, for example, in the method for producing a carbon fiber fabric disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-281037, the carbon fiber fabric traveling in the warp direction has a predetermined nozzle diameter arranged at a predetermined nozzle pitch. A water jet is directed from a plurality of nozzle holes, and warps and wefts are opened by the hitting force of the water jet to widen and flatten.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, both of the methods for opening a carbon fiber fabric disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 3-20335 and 7-145556 apply ultrasonic waves to the fabric in water. Even in the opening method disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-281037, since the woven fabric is opened by a water jet, in any method, after the woven fabric is opened by the above method, Must dry. Therefore, not only the production efficiency of the carbon fiber woven fabric is reduced, but the carbon fiber woven fabric production machine needs a drying means for the woven fabric in addition to the opening device, and there is a disadvantage that the installation space of the production machine becomes large. Arise.
[0017]
The present invention has been made to solve such a problem, and a warp yarn and a reinforcing fiber yarn comprising a plurality of reinforcing fibers having a relatively high count relative to a relatively low weight per unit area. As the weft, the same warp and the weft are uniformly and sufficiently opened, and the reinforcing fiber fabric has high strength characteristics, and the reinforcing fiber fabric does not require any special means such as a complicated mechanism or drying means. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing the above and a yarn opening device for reinforcing fiber fabrics having a small installation space.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
  The above object isBasic configurationIsA method for producing a reinforced fiber fabric in which warps and wefts are composed of reinforcing fiber yarns, wherein the woven reinforcing fiber fabric is heated to 80 to 180 ° C., and the viscosity of the sizing agent adhering to the fabric is determined by the same method. The sizing agent weakens the bond between filaments to 10 poise or less, and the reinforcing fiber fabric travels between a steel plate and a tapping means disposed opposite to the steel plate, and the tapping means is applied to the steel plate. A step of opening the reinforcing fiber yarn by vibrating the fabric in an orthogonal direction and tapping the woven fabric with a vibration force of 1.2 to 7 G between the steel plate and the tapping means. It is achieved by a method for producing a reinforced fiber fabric characterized by the following.
[0019]
Thus, it is a woven fabric composed of reinforcing fiber yarns having a fineness of 600 to 20,000 denier and a filament number of 1,000 to 24,000, and has been opened until the opening ratio is 1% or less. The woven fabric is a woven fabric in which warps and wefts are uniformly and sufficiently opened, the fiber density is uniform, and the smoothness is high. In addition, when the warp and the weft are crossed, the crimp is small, and when such a woven fabric is impregnated with a resin, no void is generated and there is no resin-rich portion, so that sufficient strength characteristics can be secured.
[0020]
When the reinforcing fiber yarn is a carbon fiber yarn, it is particularly preferable that the yarn has a fineness of 600 to 20,000 denier and a number of filaments of 1,000 to 24,000. Further, the yarn preferably has a fineness of 600 to 8,000 denier and a filament number of 1,000 to 12,000.
[0021]
Furthermore, the structure of the woven fabric is not particularly limited, but a plain weave structure is most preferable. Normally, weaving yarns having the same number of filaments and fineness are used as warps and wefts, but warps and wefts having different finenesses may be used.
[0022]
  InventionInThe reinforcing fiber yarn is substantially untwisted.Preferably,Further, the reinforcing fiber fabric obtained by the present inventionWoven fabric weight is 80-100g / m²IsIt is preferable.Woven fabric weight is 80-100g / m²If the opening ratio is 1% or less, the woven fabric is very thin, and is distributed evenly with almost no gap between the filaments in the warp direction and the weft direction. It is extremely high quality as a reinforced fiber fabric. Thus, as a reinforced fiber fabric for prepreg, the fabric weight is 80 to 100 g / m.²However, in terms of the opening effect, the fabric weight is 100 g / m.²There is no problem with the above. The tensile strength of the carbon fiber yarn is 300 to 700 kgf / mm.²The elastic modulus is 20-50 × 10^Threekgf / mm²The sizing agent adhesion amount is preferably in the range of 0.4 to 2 wt%.
[0024]
In general, the reinforcing fiber yarn is in a state in which the filaments are bonded to each other by a sizing agent. However, according to the production method of the present invention, the reinforcing fiber fabric woven from the reinforcing fiber yarn is heated to Since the sizing agent adhering to the fabric has a viscosity of 10 poises or less, and is struck by a tapping means that vibrates in the direction perpendicular to the plane in a state where the bonding between the filaments by the sizing agent is weakened, Fully opened.
[0025]
Further, in such a mechanical opening method, unlike the conventional opening method using ultrasonic waves and the opening method using a water jet, the fabric does not get wet with water. No additional processing is required, the fiber-opening efficiency is remarkably improved, and the manufacturing apparatus becomes compact.
[0026]
In the present invention, in order to set the viscosity of the sizing agent to 10 poise or less, the reinforcing fiber fabric made of reinforcing fiber yarns in which filaments are mutually bonded by the sizing agent is actively heated by a heating means. . The sizing agent that has been softened when struck between the steel plate and the slashing means is then solidified again to maintain the stable opening and woven form of the yarn.
[0027]
Although the heating temperature of the woven fabric varies depending on the type of sizing agent, it is preferably heated to about 80 to 180 ° C. in consideration of the thermal effect on the reinforcing fiber yarn. Furthermore, the viscosity of the sizing agent is more preferably 10 poise or less. When the yarn of the reinforcing fiber fabric is heated to a temperature higher than 180 ° C., the sizing agent softens and the bonding force between the filaments weakens to facilitate opening, but fluffing occurs in the fabric even with a small force. The force necessary to achieve sufficient opening cannot be applied. In addition, the heating method of this reinforcing fiber fabric may be any heating method such as infrared heating, hot air heating, or heater heating.
[0028]
Further, the step of opening the reinforcing fiber yarns forming the characteristic part in the method for producing a reinforcing fiber fabric of the present invention is performed during a series of weaving steps for weaving the reinforcing fiber fabric, for example, immediately before winding. Alternatively, it can be carried out simultaneously in the step of winding the woven fabric.
[0029]
  InventionThen, set the excitation force by the tapping means to 1.2-7GIs preferred.When the excitation force is greater than 7G, the force required for opening can be obtained, but when the excitation force is too large, fluff is likely to occur in the fabric. In that case, it is possible to suppress the occurrence of fluff by increasing the running speed of the reinforcing fiber fabric and reducing the number of times of tapping by the tapping means per unit area. . Further, when the excitation force is smaller than 1.2 G, the force necessary for opening cannot be obtained and the opening is not sufficiently performed.
[0030]
When the viscosity of the sizing agent of the reinforcing fiber fabric is larger than 10 poise, for example, when the temperature of the yarn is lower than 80 ° C., the excitation force needs to be larger than 7 G in order to sufficiently open the fiber. When the excitation force is greater than 7G, fluff is likely to occur in the fabric. Therefore, it is preferable that the sizing agent of the reinforcing fiber fabric has a viscosity of 10 poise or less and an excitation force of 7 G or less.
[0031]
  Furthermore, the present inventionThen, the traveling speed of the reinforcing fiber fabric in the step of opening the reinforcing fiber yarn is set to 0.5 to 4.0 m / min.Good.In the case where the viscosity and the exciting force of the sizing agent are in the above ranges, and further in the case where the dimension of the tapping member is set in the range described later, when the running speed of the fabric is slower than 0.5 m / min. Since the number of collisions per unit area of the fabric of the tapping member is too large, fluff is likely to occur in the fabric. In addition, when the traveling speed is 4 m / min or more, the number of collisions per unit area of the fabric of the tapping member is reduced, so that the fiber is not sufficiently opened.
[0032]
  Further, according to the above-described method for producing a reinforced fiber fabric of the present invention.StrongIn producing the reinforced fiber fabric, it is preferable to employ a dedicated reinforcing fiber fabric production apparatus. That is, the manufacturing apparatus includes a steel plate, tapping means disposed in a plane sandwiching the traveling path of the fabric parallel to the steel plate, and a vibration source that vibrates the tapping means in a direction orthogonal to the steel plate. It is preferable that heating means for heating the reinforcing fiber fabric is provided.
[0033]
  The hitting means may employ a single member in which a plurality of hemispherical or columnar protrusions are provided on a single flat plate surface.
  OrThe hitting means isA tapping member comprising a plurality of spheres, cylinders, or a plurality of block bodies having one or more planes, and a vibration table that supports the tapping members, the tapping member being free to rotate with respect to the surface of the steel plate. It is supported by the vibration table as possible.
[0034]
It is preferable that the vibration table is vibrated by an excitation source, and a plurality of hitting members disposed on the surface of the vibration table are supported by a holder with a part thereof exposed from the holder.
[0035]
The hitting member is preferably arranged so as to vibrate freely while being vibrated in a direction orthogonal to the steel plate. In this case, since the tapping member rotates in accordance with the traveling of the fabric in contact with the surface thereof, excessive frictional force does not act on the fabric, thereby reducing the fabric damage.
[0036]
In addition, in order that the said hit | damage member is a spherical body, it is preferable that the diameter shall be 4-8 mm. Alternatively, when the hitting member is a plurality of cylinders, the maximum diameter of the end face of the cylinder is 4 to 8 mm, and the hitting member is composed of a plurality of block bodies having one or more planes, such as polyhedrons and prisms. The maximum dimension is preferably 4 to 8 mm.
[0037]
Further, the plurality of hitting members arranged on one vibration table may all have the same form, or spheres and cylinders having different diameters and polyhedrons having different maximum dimensions may be mixed and arranged. .
[0038]
When the size of the hitting member is larger than 8 mm, since the arrangement pitch of the hitting members is increased, the collision interval of the hitting members with respect to the fabric is increased, and the fiber opening is not sufficiently performed. In addition, when the tapping member is smaller than 4 mm, the tapping member is also reduced in weight, and even if an excitation force is applied, a tapping force necessary for opening cannot be obtained and the opening is not performed sufficiently.
[0039]
It is preferable to arrange as many hitting members as possible in a predetermined plane. Therefore, when the straight line connecting the centers of the striking members arranged in the lateral direction is X and the straight line connecting the centers of the striking members arranged in the vertical direction is Y, the straight line Y is inclined from the orthogonal direction with respect to the straight line X. It is preferable that the hitting members are arranged at an angle of θ. The inclination angle θ is preferably in the range of 1 to 60 °. In particular, the interval between the tapping members is preferably equal to or less than the warp pitch. Furthermore, a staggered arrangement in which the inclination angle θ is 30 ° is preferable.
[0040]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be specifically described. FIG. 1 is a side view showing an outline of a machine for producing a reinforcing fiber fabric suitable for opening a reinforcing fiber fabric by the method for producing a reinforcing fiber fabric of the present invention, and FIG. 2 shows a part of the machine. It is a perspective view shown roughly.
[0041]
The reinforcing fiber fabric manufacturing machine 10 draws the woven reinforcing fiber fabric W from the creel 11 while adjusting the tension of the fabric W by the nip roll 12 and is wound up as a final product roll by the winding unit 13. Further, a yarn opening device 1 according to a preferred embodiment of the present invention is arranged.
[0042]
The yarn opening device 1 includes a steel plate 2, tapping means disposed below the steel plate 2 with a running path of the reinforcing fiber fabric W interposed therebetween, and the tapping means vibrates in a direction orthogonal to the steel plate 2. And a heating means for heating the reinforcing fiber fabric. In this embodiment, the heating means includes a housing 6 and a heater for heating the air in the housing 6, and the opening means is installed in the housing 6.
[0043]
The hitting means includes a vibration table 4 arranged in parallel with the steel plate 2, a plurality of steel balls 3 which are hitting members of the present invention arranged on the upper surface of the vibration table 4, and the steel balls 3. And a holder 7 for holding. The holder 7 is formed with a plurality of holes 7a, and the steel ball 3 is rotatably supported by the holder 7 with a part thereof exposed from the holes 7a. For example, as shown in FIG. 3A, the steel balls 3 are straight lines connecting the centers of the steel balls 3 arranged in the vertical direction with respect to the straight lines X connecting the centers of the steel balls 3 arranged in the horizontal direction. It is preferable that Y be arranged with an inclination angle θ from the orthogonal direction. In particular, as shown in FIG. 3B, it is preferable that the tilt angle θ be 30 ° and the staggered arrangement. The steel balls 3 are preferably arranged in the holder 7 as a plurality or a single group.
[0044]
In the reinforcing fiber fabric manufacturing machine 10 shown in FIG. 1, the woven reinforcing fiber fabric W is pulled out from the creel 11 while adjusting the tension of the fabric W by the nip roll 12 and opened by the yarn opening device 1. However, since the nip roll 12 is arranged on the downstream side of the yarn opening device 1, the opening form of the reinforcing fiber fabric W that has passed through the opening device 1 can be held by the nip roll 12. it can.
[0045]
The yarn opening device 1 is installed at a position just before the winding step in the reinforcing fiber fabric weaving machine, in addition to the middle of the process of rewinding the woven fabric as described above. You can also.
[0046]
  Hereinafter, the manufacturing method of the reinforced fiber fabric of the present invention will be described in comparison with comparative examples by giving examples.
  In the following examples and comparative examples, the reinforcing fiber yarn has a fineness of 1,800 denier, a filament count of 3,000, a yarn width of 2 mm, and a tensile strength of 360 kg.f/ Mm², The elastic modulus is 24 × 10^Threekgf/mm ²A carbon fiber yarn (Mitsubishi Rayon Co., Ltd. Pyrofil TR30S-3K) with an adhesion amount of 1.2 wt% was used as a sizing agent (using a composition composed of 80 parts of epoxy resin and 20 parts of hardened castor oil).
[0047]
Using a loom, the density of the warp and weft is set to 6 / inch, and the basis weight of the woven fabric is 95 g / m.²As a woven fabric obtained by weaving with a plain weave structure, the woven fiber fabric production machine shown in FIG. 1 was used and the fiber opening treatment was performed under the following conditions.
[0048]
About each Example and the comparative example, the presence or absence about the generation | occurrence | production state of the fluff of the textile fabric opened was evaluated by visual inspection. Further, in the opened woven fabric, 100 mm × 100 mm was evaluated by taking the area ratio of openings where no warp or weft exist within the same unit area per unit area as the opening ratio. For evaluation of the aperture ratio, a commercially available image sensor (CV-100, manufactured by Keyence Corporation) was used.
[0049]
Further, the spread fabric was impregnated with an epoxy resin so as to be 43% by weight, and the FRP plate was manufactured by laminating the three sheets, and the occurrence of voids in the FRP plate was observed by visual inspection.
[0050]
Example 1
As the yarn opening device 1, a device in which steel balls 3 having a diameter of 8 mm are arranged on a vibration table 4 with an inclination angle θ shown in FIG. The exciting force of the vibration table 4 is 7G, the winding speed, that is, the running speed of the fabric when passing through the yarn opening device 1 is set to 4.0 m / min, and the fabric is set at 80 ° C. The fiber opening treatment was performed while heating.
The reinforcing fiber woven fabric with the yarn opened was free from fuzz and had a good appearance. Further, the opening ratio was as low as 0.8%, and the yarn was sufficiently opened. The prepreg containing such a reinforcing fiber fabric was good without voids.
[0051]
(Example 2)
As the yarn opening device 1 of the above manufacturing device, the same device as in Example 1 was used except that a steel ball having a diameter of 6 mm was used, the excitation force of the vibration table 4 was 5 G, and the winding speed was The fiber opening treatment was performed by heating to 100 ° C. at 3.0 m / min.
In Example 2, the steel ball, which is a hitting member, has a smaller diameter than that of Example 1, so that the weight of the steel ball is small and the hitting force per steel ball is small, but the winding speed is set slower than that of Example 1. By increasing the number of times of hitting and lowering the viscosity of the sizing agent by increasing the heating temperature, the bonding force between the filaments is weakened, so the opening ratio of the obtained woven fabric is 0.9% The yarn was sufficiently opened. Moreover, there was no generation | occurrence | production of fluff and the favorable external appearance was exhibited. Furthermore, the prepreg containing this reinforcing fiber fabric was good without voids.
[0052]
(Example 3)
As the yarn opening device 1 of the above manufacturing device, the same device as in Example 1 is used except that a steel ball having a diameter of 5 mm is used, the excitation force of the vibration table 4 is 2 G, and the winding speed is The fiber opening treatment was performed while heating at 120 ° C. at 1.5 m / min.
In Example 3, the excitation force is smaller than that of Example 2, but the winding speed is made slower than that of Example 2 to increase the number of hits, and the heating temperature is further increased to increase the bonding force between the filaments. Since it was in a weakened state, the opening ratio of the obtained woven fabric was as extremely low as 0.5%, and the yarn was sufficiently opened. Moreover, there was no generation | occurrence | production of fluff and the favorable external appearance was exhibited. Generation of voids was not observed in the prepreg containing such a reinforcing fiber fabric.
[0053]
Example 4
As the yarn opening device 1 of the above manufacturing device, the same device as that of Example 1 was used except that a steel ball having a diameter of 4 mm was used. The fiber opening treatment was performed while heating at 170 ° C. at a speed of 1.0 m / min.
[0054]
In Example 4, the steel ball, which is a hitting member, has a smaller diameter than that of Example 3, so that the weight of the steel ball is small and the hitting force per steel ball is small, but the winding speed is slower than that of Example 3. Since the number of hits is increased and the heating temperature is further increased, the bonding force between the filaments is weakened. Thus, the resulting woven fabric has an opening ratio of 0.7% and is almost the same as in Example 3. The strip was opened. Moreover, there was no generation | occurrence | production of fluff and the favorable external appearance was exhibited. Furthermore, generation of voids was not observed in the prepreg containing such a reinforcing fiber fabric.
[0055]
(Comparative Example 1)
As the yarn opening device 1 of the above manufacturing apparatus, the opening treatment was performed under the same conditions as in Example 1 except that the heating temperature of the woven fabric was set to 60 ° C.
In the obtained woven fabric, although no fluff was observed, the heating temperature was low and the sizing agent was not softened, and the filaments were bonded by the same sizing, so the opening ratio was extremely large at 3.1%. Opening was insufficient. For this reason, the thickness was increased at the intersection of the warp and the weft, and voids were observed in the obtained prepreg at the intersection.
[0056]
(Comparative Example 2)
As the yarn opening device 1 of the manufacturing apparatus, a fiber opening process was performed under the same conditions as in Example 1 except that the vibration force of the vibration table 4 was 9G.
Since the excitation force was as large as 9G, the tapping force on the fabric was too great, and the resulting fabric had an opening rate of 2.6% and the fiber opening was insufficient. Moreover, since the tapping force is large, a lot of fluff is generated and the function as a reinforcing fabric cannot be sufficiently exhibited. In addition, voids were observed in the obtained prepreg.
[0057]
(Comparative Example 3)
The fiber opening treatment was performed under the same conditions using the same apparatus as in Example 4 except that heating was performed at 200 ° C. for fiber opening.
By setting the heating temperature higher than that in Example 4, the sizing agent was softened and the bonding force between the filaments was weakened, but fluff was generated in the fabric even with a small tapping force. The resulting woven fabric had an open area ratio of 1.2%, but it was insufficient as a reinforcing woven fabric due to the occurrence of many fluffs. In addition, voids were observed in the obtained prepreg.
[0058]
(Comparative Example 4)
Except for opening at a winding speed of 0.3 m / min, the same apparatus as in Example 4 was used to perform the opening process under the same conditions.
Since the number of tappings was increased by setting the winding speed slower than that of Example 4, the opening ratio of the obtained woven fabric was 0.1%, and the opening was sufficient. However, since the number of times of tapping was increased, a lot of fluff was generated, and the function as a reinforcing fabric could not be exhibited. Therefore, voids were observed in the obtained prepreg.
[0059]
(Comparative Example 5)
A fiber opening treatment was performed under the same conditions using the same apparatus as in Example 4 except that the winding speed was 0.5 m / min and the vibration table was vibrated at 1.1 G.
Although the winding speed is set slower than that of Example 4 and the number of times of tapping is increased, since the excitation force is small and the tapping force necessary for opening is small, the opening ratio of the obtained woven fabric is 15.5%. The fiber opening was insufficient. For this reason, the thickness was increased at the intersection of the warp and the weft, and voids were observed in the obtained prepreg at the intersection.
[0060]
[Table 1]

[0061]
As described above, according to the present invention, the reinforcing fiber yarn composed of a large number of reinforcing fibers having a relatively high count with respect to the weight per unit area is relatively woven as warp and weft. When the reinforced fiber fabric is heated, the sizing agent of the reinforcing fiber yarn has a viscosity of 10 poise or less and the bonding force between the filaments by the sizing agent is weakened. Since the woven fabric is struck by colliding a large number of striking members, the yarn can be sufficiently opened without generating fuzz on the yarn, and the aperture ratio can be reduced to 1% or less. Moreover, the yarn opening device of the present invention does not require any special means other than the opening of a particularly complicated mechanism or drying means, and is compact and requires a small installation space.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view schematically showing a machine for producing a reinforcing fiber fabric suitable for producing the reinforcing fiber fabric of the present invention.
FIG. 2 is an oblique view schematically showing a yarn opening device in the manufacturing machine.
FIG. 3 is an explanatory view showing an arrangement pattern of steel balls that are hitting members in the yarn opening device.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the viscosity of a sizing agent and the heating temperature.
[Explanation of symbols]
1 Yarn opening device
2 Steel
3 Tapping member (steel ball)
4 Vibration table
5 Excitation source
6 Housing
7 Holder
7a hole
10 Reinforcing fiber fabric making machine
11 Creel
12 Nip roll
13 Winding part
W Reinforced fiber fabric

Claims

A method for producing a reinforced fiber fabric in which warps and wefts are composed of reinforcing fiber yarns,
Heating the woven reinforcing fiber fabric to 80 to 180 ° C., and adjusting the viscosity of the sizing agent adhering to the fabric to 10 poise or less that weakens the bonding between the filaments by the sizing agent; and And running between the steel plate and the tapping means arranged opposite to the steel plate, and vibrating the tapping means in a direction orthogonal to the steel plate to cause the fabric to move between the steel plate and the tapping means. Tapping with an excitation force of 1.2-7G ,
A method for producing a reinforced fiber fabric, comprising the step of opening the reinforced fiber yarn by the method.