JP6316044B2 - 強化繊維織物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱可塑性繊維を含む強化繊維織物に熱処理を行う際に、織組織の形態保持に有効な熱処理（目止め処理）を施す強化繊維織物の製造方法に関するものである。

従来から、炭素繊維などの強化繊維は、比強度と比弾性率が高いことから、軽量化効果の大きい強化繊維プラスチック（以下、ＦＲＰという。）の材料の一つとして、土建用構造物の補強をはじめ、航空機用や一般産業用に多く使われている。

このようなＦＲＰの成形方法としては、ハンドレイアップ成形をはじめとしてオートクレーブ成形やＲＴＭ成形など種々の方法がある。特に土建用構造物の補強のために適用されるハンドレイアップ成形において、かかる強化繊維織物には、織物を取り扱う際に変形したり織糸がずれて目ずれしたりする問題や、織物を裁断した際に織糸が解れ易いという問題があった。

こうした問題に対して、強化繊維と熱可塑性繊維を同時に製織した後に、熱可塑性繊維を加熱、溶融させて、たて糸とよこ糸の交錯点を目止めすることにより、強化繊維のたて糸またはよこ糸の解れ防止機能と形態安定機能を与え、取扱性に優れ、高速で生産できる強化繊維織物を得る提案がなされている。例えば、特開２００５−３４４２４０号公報（特許文献１）には、波長が０．８μｍ以上で４μｍ以下の近赤外線〜中赤外線を強化繊維織物の片面に照射し、非接触で熱可塑性繊維を加熱溶融させ、溶融した熱可塑性繊維で炭素繊維を接着させることにより目ずれを防止し、均一な品質を有する強化繊維織物を高速で製造する方法が開示されている。

しかしながら、遠赤外線では、放射状に拡散照射されるので、製造装置のローラ等にも照射されて高温となり、軸受け等を劣化させるので高温での処理ができず、処理温度に制限があるため、十分な接着効果を得ようとしても処理速度を上げることができない。つまり、単に遠赤外線の照射により生産速度を上げることは困難であった。また、遠赤外線では、高温処理のため製造装置の停機時に織物が加熱され焦げ付きやサイジング剤が硬くなることにより織物が剛くなる問題があった。

特開２００５−３４４２４０号公報

上述のように、単に片面から遠赤外線を織物に照射し熱可塑性繊維を加熱、溶融させるだけでは、高品質・高品位の強化繊維織物を生産性よく製造することには問題があった。

本発明の基本的構成は、複数本の強化繊維をたて糸とし、熱可塑性繊維により被覆されたガラス繊維からなる補助繊維糸をよこ糸として製織される強化繊維織物を、引取ローラを介して巻き取る強化繊維織物の製造方法であって、
前記引取ローラ通過後の前記強化繊維織物の一方の面に、波長４μｍを超え、１０００μｍ以下の遠赤外線を、非接触で照射する工程と、
前記遠赤外線の照射後に、前記強化繊維織物を冷却する工程と、
引き続き、前記強化繊維織物のもう一方の面に、波長４μｍを超え、１０００μｍ以下の遠赤外線を、非接触で照射する工程と、
前記遠赤外線の照射後に、前記強化繊維織物を冷却する工程とを有する強化繊維織物の製造方法にある。

好ましい態様によれば、前記熱可塑性繊維の融点が８０〜１８０℃である。また、前記強化繊維織物のよこ糸密度は３本／２．５ｃｍ以上１０本／２．５ｃｍ以下であることが好ましい。

本発明によれば、上述の構成をもつ製織後の強化繊維織物を引取ローラを介して巻き取るにあたり、引取ローラ通過後の前記強化繊維織物の一方の面に、所定領域の波長からなる遠赤外線を非接触で照射したのち、強化繊維織物を冷却し、引き続いて前記強化繊維織物のもう一方の面に、同じく所定領域の波長からなる遠赤外線を非接触で照射したのち、冷却することにより、強化繊維織物の表裏両面を二段で加熱・冷却して前記補助繊維糸の構成繊維の一つである熱可塑性繊維を加熱溶融させながら、強化繊維からなるたて糸との交差点にて補助繊維糸を接着固定して目止めするため、強化繊維織物の目ずれを効果的に防止することができるので、製織速度を上げても目止めが確実になされた強化繊維織物を効率的に製織することができる。

本発明の強化繊維織物を製造する装置の一例を示す概略側面図である。 本発明の範囲外である比較例１〜３を製造する装置の一例を示す概略側面図である。

以下に、本発明の強化繊維織物の製造方法の望ましい実施の形態の一例について、図面を参照しながら説明する。
強化繊維織物は、一般的にたて糸１として炭素繊維などの強化繊維マルチフィラメント糸を並行に配列し、よこ糸３は熱可塑性繊維により被覆されたガラス繊維からなる補助繊維糸で構成されており、織組織としては平織でよこ糸３は１本毎にたて糸１と交互に交錯を繰り返されて組織され、加熱して溶融した熱可塑性繊維で炭素繊維を接着させることにより目ずれを防止する。この際、熱量不足による未融着が起こると、織物を取り扱う際に変形したり、織糸がずれて目ずれしたりする問題や、織物を裁断した際に織糸が解れ易いという問題がある。また、熱量不足解消のために生産速度を落とすと生産性が悪くなる。

本発明の強化繊維織物の製造方法によれば、未融着を解消することで、高速生産を可能にし、同時に織物形態の安定化が図れるものである。
本発明の具体的な実施形態を図１に従って詳細に説明する。たて糸１は目付け、繊度に応じて炭素繊維のマルチフィラメントからなる扁平糸を適宜並列して配し、ヘルド２によって開口し、よこ糸３の熱可塑性繊維により被覆されたガラス繊維からなる補助繊維糸を開口内に挿入し、目止め前織物４を形成する。

（融着工程）
よこ糸３である補助繊維糸を被覆している熱可塑性繊維をたて糸１に融着させるため、引取ローラ５を通過後の強化繊維織物の一方の面に、非接触型の第１遠赤外線ヒーター６にて遠赤外線を照射し、照射される側にある熱可塑性繊維だけを加熱、溶融させ、その後、大気放熱により冷却する。引き続き、強化繊維織物のもう一方の面に、非接触型の第２遠赤外線ヒーター７にて遠赤外線を照射し、熱可塑性繊維を加熱、溶融させ、その後、大気放熱で冷却し、目止め織物８としてから、引取ローラ５を介して巻き取り部９で巻き取られる。

本発明の強化繊維織物の製造方法に用いることができる第１及び第２遠赤外線ヒーター６，７は、強化繊維織物との接触による、強化繊維織物の毛羽立ちなどを防止する必要から、非接触型であることが好ましい。また、遠赤外線の波長は、４μｍを超え、１０００μｍ以下であることが熱可塑性繊維に吸収されやすく、短時間で効率よく加熱することが可能となる点で必要である。

本発明の強化繊維織物の製造方法では、遠赤外線の照射を、少なくとも２回以上に分けて、強化繊維織物の一方の面に照射し、その後、もう一方の面に照射することが、熱量過多により、熱融着性繊維が均一に溶融する前に切れて未融着部分が発生することを防止するとともに、熱量不足による未溶融部分を発生させずに、短時間で熱可塑性繊維を均一に溶融させる点で必要である。

本発明の強化繊維織物の製造方法では、遠赤外線の照射の後に、強化繊維織物を冷却する工程を施す必要がある。遠赤外線の照射の後に、強化繊維織物を冷却する工程を施すことで、熱可塑性繊維が強化織物に均一に接着し、品質、品位のよい織物となる。また、溶融した熱可塑性繊維を冷却固化させることで、溶融物が製造工程の周辺部材（ロール、ガイドなど）へと付着することによるトラブル、巻き取り時の織物同士の貼りつきを防止することができる。

強化繊維織物を冷却する工程は、積極的に冷媒などを介して、強化繊維織物を冷却することもできるが、強化繊維織物に外気を接触させることで、冷却することが好ましい。この場合、第１遠赤外線ヒーター６による加熱位置と第２遠赤外線ヒーター７による加熱位置との間の経路長及び空間、及び第２遠赤外線ヒーター７による加熱位置と巻き取り部９の間の経路長及び空間を、広く取ることがさらに好ましい。

第１遠赤外線ヒーター６による加熱位置と第２遠赤外線ヒーター７による加熱位置との間の経路長及び空間と、第２遠赤外線ヒーター７による加熱位置と巻き取り部９の間の経路長及び空間とを、広く取ることにより、遠赤外線ヒーターを設置する箇所にスペースができ、ロール等への加熱がなくなり、かつ、可動式ヒーターとして織機が停機してもヒーターを移動させるようにすれば、焦げつきを防止することができ、トラブルが発生することを防止して強化繊維織物を高速で製造できることができる。

本発明の強化繊維織物の製造方法に用いることができるよこ糸３としては、たて糸１強化繊維のクリンプによる強度低下を低減させるため、たて糸１強化繊維よりも細いガラス繊維が好ましい。よこ糸３は専ら織物の形態保持を目的とするので、よこ糸３の繊度は１８０〜８１０ｄＴｅｘの範囲内にあることがさらに好ましい。

本発明の強化繊維織物の製造方法に用いることができる熱可塑性繊維としては、ナイロン、ポリプロピレン、ポリエステルやポリエチレンなどからなる繊維であってもよいが、融着処理を効率よく行うという観点から、融点が８０〜１８０℃の範囲にある樹脂を用いた繊維であることが好ましい。

よこ糸３の織り密度は３本／２．５ｃｍ以上から１０本／２．５ｃｍ以下であることが好ましい。３本／２．５ｃｍ未満では織物の形態保持が不安定で、１０本／２．５ｃｍより多ければ、たて糸のクリンプによる強度低下が発生するためである。３本／２．５ｃｍ未満では、織機回転数を下げなければ製織速度が速すぎて未融着部分が発生し、織機回転数を下げた場合にはよこ糸のゆるみが発生し織物の形態保持が不安定となることがある。１０本／２．５ｃｍより多ければ、生産性を確保するために織機回転数を上げなければならないが、よこ糸切れが発生し易くなる。

（実施例１）
フィラメント数が１２０００本からなる炭素繊維糸（三菱レイヨン（株）製、製品名：パイロフィルＴＲ５０Ｓ １２Ｌ）をたて糸とし、よこ糸には芯糸を２２４ｄＴｅｘのガラス繊維として、その周囲を融点が１２０℃の５６ｄＴｅｘの熱可塑性繊維１本をＳ方向にシングルカバリング被覆させた補助繊維糸（カバリング糸）を用いて、図１に示した態様で波長が５μｍの第１及び第２遠赤外線ヒーター６，７を設置し、よこ糸３の熱可塑性繊維を加熱、溶融させて、目付２１０ｇ／ｍ² の織物（よこ糸の織り密度：８本／２．５ｃｍ）を回転数１３０ｒｐｍで製織した。製織速度は４０ｃｍ／分であった。

高速で製織しても織物表面と裏面とを個別に加熱することにより、よこ糸３の熱可塑性繊維が均一に炭素繊維糸に溶融・接着し、安定した製織ができた。また、第１遠赤外線ヒーター６と第２遠赤外線ヒーター７との間の距離を長くするとともに、第２遠赤外線ヒーター７と巻き取り部９との間を長くして設置し、大気放熱時間を長くした冷却効果により織物の貼りつきは起こらなかった。また織機停止時にはヒーター位置を移動させ、織物の焦げつきを防止し、織物が剛くなることもなかった。

（比較例１）
図２に示した態様で、波長が５μｍの第１遠赤外線ヒーター６のみを１箇所に設置した以外は、実施例１と同様にして目付２１０ｇ／ｍ² の織物を回転数１３０ｒｐｍで製織した。製織速度は４０ｃｍ／分であった。このとき、織物に未融着の部分が発生した。その原因は生産速度が高速のため、加熱時間が短時間となり、熱量不足と考えられるものであった。未融着の部分を発生させないためには、回転数９０ｒｐｍ（製織速度は２８ｃｍ／分）が限界速度であった。

（比較例２）
図２に示した態様で、波長が５μｍの第１及び第２遠赤外線ヒーター６、７を織物を挟んで対向する位置に設置し、織物の表面及び裏面を同時に加熱、溶融させた以外は、実施例１と同様にして目付２１０ｇ／ｍ² の織物を回転数１３０ｒｐｍで製織した。製織速度は４０ｃｍ／分であった。このとき、織物に未融着の部分は発生しなかったが、織物の表面と裏面とを同時に加熱したことにより十分に冷却されなかったため、巻き取り時の織物同士の貼りつきが発生した。また、溶融した熱可塑性繊維がロールに付着しており、織物の毛羽立ちの要因となった。

（比較例３）
図２に示した態様で、波長が５μｍの第１及び第２遠赤外線ヒーター６、７を織物を挟んで対向する位置に設置し、織物の表面及び裏面を同時に加熱して熱可塑性繊維を溶融させ、回転数を９０ｒｐｍとした以外は、実施例１と同様にして目付２１０ｇ／ｍ² の織物を製織した。製織速度は２８ｃｍ／分であった。このとき、織物に未融着の部分は発生しなかったが、織物の表面と裏面とを同時に加熱したことにより十分に冷却されなかったため、巻き取り時の織物同士の貼りつきが起こった。また、溶融した熱可塑性繊維がロールに付着しており、織物の毛羽立ちの要因となった。

１ たて糸
２ ヘルド
３ よこ糸
４ 目止め前織物
５ 引取ローラ
６，７ 第１及び第２遠赤外線ヒーター
８ 目止め織物
９ 巻き取り部

Claims (3)

1. 複数本の強化繊維をたて糸とし、熱可塑性繊維により被覆されたガラス繊維からなる補助繊維糸をよこ糸として製織される強化繊維織物を、引取ローラを介して巻き取る強化繊維織物の製造方法であって、
   前記引取ローラ通過後の前記強化繊維織物の一方の面に、波長４μｍを超え、１０００μｍ以下の遠赤外線を、非接触で照射する工程と、
   前記強化繊維織物の一方の面に対する前記遠赤外線の照射後に、前記強化繊維織物を冷却する工程と、
   前記強化繊維織物の冷却後に、引き続き前記強化繊維織物の他方の面に、波長４μｍを超え、１０００μｍ以下の遠赤外線を、非接触で照射する工程と、
   前記強化繊維織物の前記他方の面に対する前記遠赤外線の照射後に、前記強化繊維織物を冷却する工程と、
   を有する強化繊維織物の製造方法。
2. 前記熱可塑性繊維の融点が８０〜１８０℃である、請求項１記載の強化繊維織物の製造方法。
3. 前記強化繊維織物のよこ糸密度が３本／２．５ｃｍ以上１０本／２．５ｃｍ以下である、請求項１又は２に記載の強化繊維織物の製造方法。

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