JP2009249754A - Reinforcing fiber woven fabric and method for weaving the same - Google Patents
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Abstract
【課題】経糸及び緯補助糸の材質に拘泥せず、製織後の織物表面にポイント的な凹凸が発生せず、しかもその形態が製織時から確保され、樹脂含浸性に優れた一方向性強化繊維織物と従来の織機に僅かな改良を加えるだけで高い生産効率が得られる一方向性強化繊維織物を製織する方法を提供する。
【解決手段】複数本の緯補強糸2と所要の間隔をおいて1以上の経糸群1の間に並行して配される経補強糸3とを備えた一方向性の強化繊維織物である。複数の前記経糸群1が屈曲することなく同一平面上をシート状に引き揃えられており、緯補強糸2はシート状の経糸群の表面及び裏面に沿って交互に配されて、緯補強糸2と経補強糸3とが織組織をなして経糸群1とともに織り込まれる。前記緯補強糸2の各糸単位も強化繊維マルチフィラメント糸からなる偏平な糸条からなり、前記緯補強糸2が2本の偏平な糸条の引き揃え糸条からなる。
【選択図】図1An object of the present invention is to provide a unidirectional strengthening that is not limited to the materials of warps and weft assist yarns, does not cause point-like irregularities on the surface of a woven fabric after weaving, and that the shape is ensured from the time of weaving and has excellent resin impregnation properties. Provided is a method of weaving a unidirectional reinforcing fiber woven fabric that can achieve high production efficiency with a slight modification to the fiber woven fabric and the conventional loom.
A unidirectional reinforcing fiber fabric comprising a plurality of weft reinforcing yarns 2 and warp reinforcing yarns 3 arranged in parallel between one or more warp groups 1 at a predetermined interval. . A plurality of the warp groups 1 are arranged in a sheet shape on the same plane without bending, and the weft reinforcing yarns 2 are alternately arranged along the front and back surfaces of the sheet-like warp group. 2 and warp reinforcing yarn 3 form a woven structure and are woven together with warp group 1. Each yarn unit of the weft reinforcing yarn 2 is also made of a flat yarn made of reinforcing fiber multifilament yarn, and the weft reinforcing yarn 2 is made of an aligned yarn of two flat yarns.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、一般的な構造体、自動車、レジャー・スポーツ用品、航空宇宙機器などの各分野を始めとして、高架道路の橋脚や床版、建物の柱、壁などの補強用として多様な分野に適用される繊維強化プラスチック(FRP)の補強用基材として優れた特性を発揮する一方向性強化繊維織物とその製造方法に関する。 The present invention is applied to various fields such as general structures, automobiles, leisure / sports equipment, aerospace equipment, etc. and for reinforcement of elevated road piers, floor slabs, building columns, walls, etc. The present invention relates to a unidirectional reinforcing fiber woven fabric that exhibits excellent properties as a reinforcing base material for applied fiber reinforced plastic (FRP) and a method for producing the same.
FRPの補強基材としては、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維や、アラミド繊維、高強度ポリエチレン繊維などの有機繊維などの高強度、高弾性率繊維からなる織物が多用されている。 As the reinforcing base material for FRP, fabrics made of high strength and high elastic modulus fibers such as inorganic fibers such as glass fibers and carbon fibers, and organic fibers such as aramid fibers and high strength polyethylene fibers are frequently used.
一般にFRPは、異方性が大きく、補強繊維が配向した方向には高い引張り強度、弾性率を発揮するが、繊維に直角の方向に対してはほとんど樹脂の強度しか発揮できない欠点がある。そのため、多方向に高い引張り強度、弾性率が要求される場合には、その要求される方向に補強繊維を多く配向させるとよい。すなわち、多方向の高い引張り強度、弾性率を確保するとともに、以降の取扱いの容易性を確保するため、補強繊維を経方向、緯方向、更には所望の角度をもって斜め方向に配向するように補強繊維を配すれば、より効果的な補強が可能となる。 In general, FRP has large anisotropy and exhibits high tensile strength and elastic modulus in the direction in which the reinforcing fibers are oriented, but has a defect that it can exhibit almost only the strength of the resin in the direction perpendicular to the fibers. Therefore, when high tensile strength and elastic modulus are required in multiple directions, it is preferable to orient a large number of reinforcing fibers in the required directions. In other words, in order to ensure high tensile strength and elastic modulus in multiple directions, and to ensure ease of subsequent handling, the reinforcing fibers are reinforced so that they are oriented in the warp direction, the weft direction, and at an oblique angle with a desired angle. If fibers are arranged, more effective reinforcement is possible.
このように繊維を多方向に配向させるには、繊維が一方向を向いたシートを所望の大きさにカットして複数枚用意しておき、繊維を必要な方向に向けながらシートを積層したのちマトリックス樹脂を含浸させる。この積層作業は煩雑であるばかりでなく、各シートの繊維方向を確保しながら取り扱うのは相当の熟練を要する。 In order to orient the fibers in multiple directions in this way, cut the sheets with the fibers facing in one direction into a desired size, prepare multiple sheets, and stack the sheets while directing the fibers in the required direction. Impregnated with matrix resin. This lamination operation is not only complicated, but it requires considerable skill to handle the sheet while ensuring the fiber direction of each sheet.
そこで、従来も補強繊維糸条を経方向及び緯方向に配した強化繊維織物が使われている。この強化繊維織物は、経糸と緯糸とが交錯するため、経糸と緯糸との交錯部において繊維の厚みが厚くなり、織成された強化繊維織物の表面に凹凸が発生する。この凹凸の発生は、マトリックス樹脂の均一な含浸を拒み、しかも織物に外力が作用した際に、その交錯部において応力が集中し、FRPとしての強度特性を不均一としやすい。 Therefore, conventionally, a reinforcing fiber fabric in which reinforcing fiber yarns are arranged in the warp direction and the weft direction is used. In this reinforcing fiber fabric, since the warp and the weft intersect, the thickness of the fiber increases at the intersection of the warp and the weft, and irregularities are generated on the surface of the woven reinforcing fiber fabric. The generation of the irregularities refuses to uniformly impregnate the matrix resin, and when an external force is applied to the fabric, stress is concentrated at the crossing portion, and the strength characteristic as FRP tends to be non-uniform.
そこで、可能なかぎり経糸と緯補助糸との交錯部を少なくするとともに、経糸のクリンプを小さくして、しかも織物形態の安定性を確保するため、マルチフィラメントからなる偏平な複数の経糸を可能なかぎり密に並行して配し、その経糸間隔よりも緯補助糸の間隔を大きくして経糸に交差するように緯補助糸を織り込む、いわゆる一方向性強化繊維織物が、例えば、特許第3279049号公報(特許文献1)や特開平11−43839号公報(特許文献2)などにより提案されている。 Therefore, in order to reduce the number of intersections between the warp and the weft auxiliary yarn as much as possible, to reduce the crimp of the warp and to ensure the stability of the fabric form, a plurality of flat warps composed of multifilaments are possible. A so-called unidirectional reinforcing fiber fabric in which weft auxiliary yarns are woven in such a manner that they are arranged in parallel as closely as possible and the weft auxiliary yarns are woven so as to intersect with the warp yarns with the interval between the weft auxiliary yarns being larger than the warp interval is, for example, Japanese Patent No. 3279049 Japanese Patent Laid-Open No. 11-43839 (Patent Document 2) and the like have been proposed.
特許文献1は、応力が集中するような屈曲を有しない扁平な強化繊維マルチフィラメント糸を一方向に互いに並行かつシート状に引き揃えた糸条群のシート面の両側に強化繊維マルチフィラメント糸と交差する緯方向補助糸群が位置し、それら緯方向補助糸群と、強化繊維マルチフィラメント糸と並行する経方向補助糸群とを織組織をもって扁平な強化繊維マルチフィラメントなる糸条群を一体に保持する一方向性補強織物を開示している。前記強化繊維マルチフィラメント糸条は、繊度が7,200〜20,000デニール、集束性がフックドロップ値で100〜1,000mmの範囲にあって、糸幅/糸厚み比が30以上である前記経方向補助糸群及び/又は緯方向補助糸群は低融点ポリマーを含んでおり、そのポリマーにより経方向補助糸群と緯方向補助糸群との交点が互いに接着される。 Patent Document 1 discloses a reinforced fiber multifilament yarn on both sides of a sheet surface of a yarn group in which flat reinforcing fiber multifilament yarns that do not have a bend in which stress is concentrated are aligned in one direction and parallel to each other in a sheet shape. Crossing weft-direction auxiliary yarn groups are located, and the weft-direction auxiliary yarn groups and warp-direction auxiliary yarn groups parallel to the reinforcing fiber multifilament yarns are integrally held as a flat reinforcing fiber multifilament yarn group. A directionally reinforced fabric is disclosed. The reinforcing fiber multifilament yarn has a fineness of 7,200 to 20,000 denier, a converging property in a range of 100 to 1,000 mm as a hook drop value, and a yarn width / yarn thickness ratio of 30 or more. The warp direction auxiliary yarn group and / or the weft direction auxiliary yarn group include a low melting point polymer, and the intersection of the warp direction auxiliary yarn group and the weft direction auxiliary yarn group is bonded to each other by the polymer.
かかる構成を採用するため、繊度の大きい強化繊維マルチフィラメント糸であっても所定方向に真っ直ぐに配向し、しかも強化繊維マルチフィラメント糸がよこ方向補助糸の締め付けによって集束することがなく均一に高い繊維密度で分散しているので、強化繊維の有する高い引張強度、弾性率が十分に発揮されるというにある。 By adopting such a configuration, even a reinforcing fiber multifilament yarn having a high fineness is oriented straight in a predetermined direction, and the reinforcing fiber multifilament yarn does not converge due to tightening of the weft direction auxiliary yarn and is uniformly high Since it is dispersed at a density, the high tensile strength and elastic modulus of the reinforcing fiber are sufficiently exhibited.
特許文献2は、経方向に多数本の補強繊維糸条が平行して配され、緯方向に補助糸が配列した一方向性織物であって、A.補助糸の曲げ剛性指数(繊維の引張り弾性率×(単繊維の直径)4 ×フィラメント数)が5×10-3〜200×10-3Kgf/・mm2 であり、経方向の補強繊維糸条と緯方向補助糸の引張り剛性(繊維の引張り弾性率×単位幅当たり繊維断面積)の比が3〜100であるとしている。この特許文献2に記載された発明は、特に、寸法安定性、取扱い性に優れ、繊維強化プラスチックに成形する際にマトリックス樹脂の含浸性が良好で、皺や膨れを生じさせることがなく、表面が平滑な成形が行えるとしている。
特許文献1及び2に記載された一方向性強化繊維織物によれば、いずれも多数の偏平な強化繊維マルチフィラメント糸が曲がることなく、しかも緯方向補助糸による収束も受けにくいため、例えば構造物の補修時や補強時に接着性が向上し、また成形にあたって表面が平滑性に優れたFRPが得られるとしている。ところで、特許文献1の図6に開示された一方向性強化繊維織物の製織方法では、強化繊維マルチフィラメント糸と経方向補助糸とを、それぞれ綜絖に通し、綜絖を駆動することにより強化繊維マルチフィラメント糸と経方向補助糸とを交互に上下させて開口を形成し、同開口に緯方向補助糸を順次挿入して筬打ちを行い織物を製造している。ここで、織上がった織物において、緯方向補助糸は直線状を保持するとしている。 According to the unidirectional reinforcing fiber fabrics described in Patent Documents 1 and 2, since many flat reinforcing fiber multifilament yarns are not bent and are not easily converged by the weft direction auxiliary yarn, for example, a structure It is said that an FRP having improved adhesion during repair and reinforcement and having a smooth surface during molding can be obtained. By the way, in the weaving method of the unidirectional reinforcing fiber fabric disclosed in FIG. 6 of Patent Document 1, the reinforcing fiber multifilament yarn and the warp direction auxiliary yarn are respectively passed through the reeds and the reeds are driven to drive the reinforced fiber multifilaments. Filament yarns and warp direction auxiliary yarns are alternately raised and lowered to form an opening, and weft direction auxiliary yarns are sequentially inserted into the opening to be beaten to produce a woven fabric. Here, in the woven fabric that has been woven, the weft direction auxiliary yarn is assumed to maintain a linear shape.
しかしながら、同特許文献1に記載された製織方法では、経糸である強化繊維マルチフィラメント糸と緯方向補助糸との交錯部において、通常、双方に曲げ(クリンプ)が発生する。仮に織上がった後にも緯方向補助糸を直線状に保持しようとするには、緯方向補助糸の引張り剛性を強化繊維マルチフィラメント糸のそれよりも大きくしなければならず、その形態を撚糸や結束糸にするか、或いは緯方向補助糸の材質を強化繊維マルチフィラメント糸よりも高剛性としなければならない。一方、上述の製織方法にて強化繊維マルチフィラメント糸を直線状(同一平面上)に織り上げるには、強化繊維マルチフィラメント糸の引張り剛性を緯方向補助糸の引張り剛性よりも大きくする必要がある。 However, in the weaving method described in Patent Document 1, bending (crimping) usually occurs at the intersection of the reinforcing fiber multifilament yarn as the warp and the weft direction auxiliary yarn. In order to keep the weft direction auxiliary yarn linearly even after weaving, the weft direction auxiliary yarn must have a tensile rigidity greater than that of the reinforcing fiber multifilament yarn, and its form can be twisted yarn or It is necessary to use a bundled yarn or make the weft direction auxiliary yarn more rigid than the reinforcing fiber multifilament yarn. On the other hand, in order to weave the reinforcing fiber multifilament yarn in a straight line (on the same plane) by the above-described weaving method, it is necessary to make the tensile stiffness of the reinforcing fiber multifilament yarn larger than the tensile stiffness of the weft direction auxiliary yarn.
しかしながら、特許文献1には偏平な強化繊維マルチフィラメント糸の引張り剛性について記載されてはいるものの、緯方向補助糸の剛性については上述のように経糸である強化繊維マルチフィラメント糸よりも高剛性にすることが望ましいとしているに過ぎない。しかも、緯方向補助糸を直線状に織り上げるとしている以上、経糸である強化繊維マルチフィラメント糸には緯方向補助糸との交差部において屈曲することは避けられない。 However, although Patent Document 1 describes the tensile rigidity of the flat reinforcing fiber multifilament yarn, the rigidity of the weft direction auxiliary yarn is higher than that of the reinforcing fiber multifilament yarn which is a warp as described above. It is only desirable to do. Moreover, as long as the weft-direction auxiliary yarn is woven in a straight line, it is inevitable that the reinforcing fiber multifilament yarn, which is a warp, bends at the intersection with the weft-direction auxiliary yarn.
因みに、特許文献2の一方向性強化繊維織物にあっては、特許文献1とは異なり、経方向補助糸は存在しないが、強化繊維マルチフィラメントからなる経方向糸条の引張り剛性と緯方向補助糸条の引張り剛性との比を3〜100として、経方向補助糸条の引張り剛性を緯方向補助糸条の引張り剛性よりも大きくしている。この要因に依存するだけではないが、引張り剛性を、前述のように設定することにより、通常の製織方法にて得られる一方向性強化繊維織物において、経方向の強化繊維マルチフィラメント糸群が同一平面上に配されるようにしている。 Incidentally, in the unidirectional reinforcing fiber woven fabric of Patent Document 2, unlike Patent Document 1, there is no warp direction auxiliary yarn, but the tensile stiffness of the warp yarn composed of multifilaments of reinforcing fibers and the weft direction assist. The ratio of the tensile stiffness of the yarn is 3 to 100, and the tensile stiffness of the warp direction auxiliary yarn is larger than the tensile stiffness of the weft direction auxiliary yarn. Not only depending on this factor, but by setting the tensile stiffness as described above, in the unidirectional reinforcing fiber fabric obtained by a normal weaving method, the warp-direction reinforcing fiber multifilament yarn group is coplanar. It is arranged on the top.
このように、特許文献1及び2に記載された一方向性強化繊維織物は、経方向の強化繊維マルチフィラメント糸群と緯方向補助糸との物性に着目して製造されるものであり、その製織方法は従来と何ら変わるところがなく、僅かであっても経方向の強化繊維マルチフィラメント糸群にクリンプが発生して、強化繊維マルチフィラメント糸と緯方向補助糸との交点において曲げが生じ、ポイント的な凹凸の発生が避けられない。 As described above, the unidirectional reinforcing fiber fabrics described in Patent Documents 1 and 2 are manufactured by paying attention to the physical properties of the warp direction reinforcing fiber multifilament yarn group and the weft direction auxiliary yarn, and the weaving thereof. The method is not different from the conventional method. Even if it is slight, crimp occurs in the warp-direction reinforcing fiber multifilament yarn group, and bending occurs at the intersection of the reinforcing fiber multifilament yarn and the weft-direction auxiliary yarn. Unevenness is inevitable.
本発明は、こうした従来の状況を踏まえて開発されたものであり、経糸及び緯補助糸の材質に拘泥せず、製織後の織物表面にポイント的な凹凸が発生せず、しかもその形態が製織時から確保され、樹脂含浸性に優れた一方向性強化繊維織物と、従来の織機に僅かな改良を加えるだけで高い生産効率が得られる前記一方向性強化繊維織物を製織する方法とを提供することを目的としている。 The present invention has been developed in view of such a conventional situation, and is not limited to the materials of the warp and the weft auxiliary yarn, does not cause point-like unevenness on the surface of the woven fabric, and the form thereof is woven. Providing a unidirectional reinforcing fiber woven fabric secured from time and excellent in resin impregnation, and a method of weaving the unidirectional reinforcing fiber woven fabric, which can achieve high production efficiency by adding a slight improvement to a conventional loom. The purpose is to do.
上記目的は、本発明に係る一方向性強化繊維織物の基本的構成である、強化繊維マルチフィラメント糸からなる扁平な複数本の経糸が一方向に引き揃えられて並行に配されてなる経糸群と、経糸群と交差して配される複数本の緯補強糸と、所要の間隔をおいて1以上の経糸群間に並行して配される経補強糸とを備えた一方向性の強化繊維織物であって、複数の前記経糸群が屈曲することなく同一平面上をシート状に引き揃えられたおり、緯補強糸がシート状の経糸群の表面及び裏面に沿って交互に配されて、緯補強糸と経補強糸とが織組織をなして織り込まれてなり、前記緯補強糸の各糸単位が強化繊維マルチフィラメント糸からなる偏平な糸条からなり、前記緯補強糸が2本の偏平な糸条の引き揃え糸条である一方向性の強化繊維織物により達成される。 The above object is a basic configuration of the unidirectional reinforcing fiber fabric according to the present invention, and a plurality of flat warp yarns made of reinforcing fiber multifilament yarns are aligned in one direction and arranged in parallel. And unidirectional reinforcement comprising a plurality of weft reinforcing yarns arranged to intersect with the warp yarn groups and warp reinforcing yarns arranged in parallel between one or more warp yarn groups at a required interval It is a textile fabric, and a plurality of the warp groups are arranged in a sheet shape on the same plane without bending, and weft reinforcement yarns are alternately arranged along the front and back surfaces of the sheet-like warp groups The weft reinforcing yarn and the warp reinforcing yarn are woven in a woven structure, each unit of the weft reinforcing yarn is composed of a flat yarn made of reinforcing fiber multifilament yarn, and the two weft reinforcing yarns Unidirectional reinforcing fiber fabric, which is an aligned yarn of flat yarns It is achieved.
前記発明の好ましい態様によれば、緯補強糸及び経補強糸の少なくとも一方が低融点ポリマーを含んでおり、また経補強糸が経糸群ごとに隣接して配され、経補強糸を前記シート面の表裏に配される緯補強糸に交互に交錯させ、緯補強糸を実質的に直線状に延びるようにするとよい。前記経糸及び緯糸を構成する強化繊維マルチフィラメント糸が、実質的に撚りのないマルチフィラメント糸であることが好ましく、前記経補強糸及び緯補強糸の材質は、炭素繊維糸、ガラス繊維糸、ポリアラミド繊維糸、ビニロン繊維糸、ポリエステル繊維糸から選ぶことができる。 According to a preferred aspect of the invention, at least one of the weft reinforcing yarn and the warp reinforcing yarn contains a low-melting polymer, the warp reinforcing yarn is arranged adjacent to each warp group, and the warp reinforcing yarn is disposed on the sheet surface. It is preferable that the weft reinforcement yarns arranged on the front and back are alternately crossed so that the weft reinforcement yarns extend substantially linearly. The reinforcing fiber multifilament yarn constituting the warp and weft is preferably a multifilament yarn having substantially no twist, and the materials of the warp reinforcement yarn and the weft reinforcement yarn are carbon fiber yarn, glass fiber yarn, polyaramid It can be selected from fiber yarn, vinylon fiber yarn and polyester fiber yarn.
前述の構成を備えた一方向性強化繊維織物を製織する本発明に係る製織方法の基本的構成は、複数の並列して配される経糸群を屈曲させることなく織前に供給すること、綜絖を駆動して経補強糸を上下動させることより、経糸群間に配される経補強糸と経糸群との間に、緯補強糸との織物組織に基づく開口を形成すること、経糸群と経補強糸との間に形成される開口に2本の緯補強糸を引き揃えて挿通させること、及び緯補強糸の挿通ごとに筬打ちを行うことを含んでおり、複数の経糸群からなる前記シート面の表裏面を挟んで形成される開口のうち表面側開口と裏面側開口とに前記緯補強糸を交互に挿通させることを備えている点にある。 The basic structure of the weaving method according to the present invention for weaving a unidirectional reinforcing fiber woven fabric having the above-described structure is to supply a plurality of warp groups arranged in parallel before bending, To move the warp reinforcing yarn up and down to form an opening based on the fabric structure of the weft reinforcing yarn between the warp reinforcing yarn arranged between the warp groups and the warp group, Including two weft reinforcing yarns inserted into an opening formed between the warp reinforcing yarns and inserting the weft reinforcing yarns every time the weft reinforcing yarns are inserted. The present invention is characterized in that the weft reinforcing yarns are alternately inserted through the front surface side opening and the back surface side opening among the openings formed across the front and back surfaces of the sheet surface.
好適な態様によれば、上記製織はニードル織機を使って行われ、上記切り換え操作は、ニードル織機のニードルの緯補強糸挿入位置を、筬打ち終了後の開口が閉じる直前であって次回の緯糸挿入前のタイミングで、前記シート面の表面側開口部分の第1挿入位置と裏面側開口部分の第2挿入位置とに切り換える。 According to a preferred aspect, the weaving is performed using a needle loom, and the switching operation is performed immediately before the opening of the weft reinforcement thread of the needle loom at the needle closing position immediately before the opening after the beating operation is closed. At the timing before insertion, switching is made between the first insertion position of the opening portion on the front surface side of the sheet surface and the second insertion position of the opening portion on the back surface side.
本発明の一方向性補強織物およびその製造方法によれば、織機上にある時点で、複数本が並行して配された偏平状のマルチフィラメントからなる経糸群は、一切折り曲げられることなく、常に直線状態が維持されており、、織上がりの時点でも各経糸群が既に同一平面上にあってシート状を呈しており、しかも緯補強糸は経補強糸と直線状の延びるシート状経糸群との間に形成される開口へ直線的に挿入されるため、緯補強糸には筬打ち時の外力しか作用しない。この筬打ち時における外力も、例えば本出願人が先に提案した特開2003−268650号公報に開示された筬打ちのタイミングを参考にして行えば、緯補強糸の偏平断面形状を損なうことがない。 According to the unidirectional reinforcing fabric of the present invention and the method for producing the same, the warp group composed of flat multifilaments arranged in parallel at the time of being on the loom is always folded without being bent at all. The straight line state is maintained, and each warp group is already in the same plane at the time of weaving and is in the form of a sheet, and the weft reinforcement yarn is a warp reinforcement yarn and a linearly extending sheet-like warp group. Therefore, only the external force at the time of hammering acts on the weft reinforcing yarn. For example, the external force at the time of hammering may impair the flat cross-sectional shape of the weft reinforcing yarn, for example, by referring to the hammering timing disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-268650 previously proposed by the present applicant. Absent.
すなわち、開口が閉じる直前であって次回の緯糸挿入前のタイミングで、前記シート面の表面側開口部分の第1挿入位置と裏面側開口部分の第2挿入位置とに切り換えて、それぞれの挿入位置から対応する開口部分に順次緯補強糸を挿入したのち、その挿入が完了した時点で、経糸群との間に形成される開口が閉じようとする時点で筬打ちを行う。このようにして筬打ちを行えば、偏平なマルチフィラメントからなる緯補強糸を経補強糸が固定位置にある経糸群のシート面へと押しつけようとするため、緯補強糸の偏平形態を崩すことなく筬打ちが可能となる。 That is, immediately before the opening is closed and before the next weft insertion, the first insertion position of the front surface side opening portion and the second insertion position of the rear surface side opening portion of the sheet surface are switched to each insertion position. After the weft reinforcing yarns are sequentially inserted into the corresponding openings, the beating is performed when the insertion is completed and the opening formed with the warp group is to be closed. In this way, the flattened form of the weft reinforcement yarn is broken in order to press the weft reinforcement yarn composed of flat multifilaments against the sheet surface of the warp group where the warp reinforcement yarn is in the fixed position. It will be possible to beat.
前記緯補強糸の糸単位は偏平な2本の引き揃えられたマルチフィラメント糸から構成される。そのため、緯補強糸自体の厚みが小さく、緯補強糸がシート状の複数の経糸群の表裏両面に直線的に配されたとき、経補強糸だけにクリンプが発生させることができ、織物全体としては凹凸のない平面性が確保される。また、緯補強糸である2本の偏平なマルチフィラメント糸が並列して緯入れされていることにより、筬打ちのタイミングが適切であれば緯補強糸が結束されずに偏平形状が維持される。また、本発明の一方向性強化繊維織物の製造にニードル織機を使うと、2本の緯補強糸がニードルの往復動で一つの開口に挿入されるため、一回の開口タイミング及び筬打ちの回数を従来の通常織機やレピア織機などと比較すると相対的に2倍以上遅らすことが可能となり、そのタイミング制御が容易であるばかりでなく、一段と製織効率が向上する。 The unit of the weft reinforcing yarn is composed of two flat multifilament yarns that are aligned. Therefore, when the thickness of the weft reinforcement yarn itself is small and the weft reinforcement yarn is linearly arranged on both the front and back surfaces of a plurality of sheet-like warp groups, crimps can be generated only on the warp reinforcement yarn, and as a whole fabric The flatness without unevenness is ensured. In addition, since two flat multifilament yarns which are weft reinforcing yarns are inserted in parallel, if the timing of beating is appropriate, the weft reinforcing yarns are not bound and the flat shape is maintained. . In addition, when a needle loom is used to manufacture the unidirectional reinforcing fiber fabric of the present invention, two weft reinforcing yarns are inserted into one opening by the reciprocating movement of the needle. Compared to conventional ordinary looms and rapier looms, the number of times can be relatively delayed by more than twice, and not only the timing control is easy, but also the weaving efficiency is further improved.
緯補強糸の開口への挿入操作は、例えば経補強糸により形成される開口のうち、シート状の経糸群の表面側の開口部分と裏面側の開口部分に交互に挿入するように、ニードルの動作開始位置を、発明の解決手段にて記載したとおりの好ましい上記態様をもって前記シート面に対して上下位置へと自動的に切り換える。 The operation of inserting the weft reinforcement thread into the opening is, for example, such that the needle is inserted alternately into the opening part on the front side and the opening part on the back side of the sheet-like warp group among the openings formed by the warp reinforcement thread. The operation start position is automatically switched to the vertical position with respect to the sheet surface in the preferred mode as described in the solving means of the invention.
以下、本発明の代表的な実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る一方向性強化繊維織物を示しており、同図において、符号1は実質的に撚りのない扁平な強化繊維マルチフィラメント糸からなる経糸群を、経糸の一単位としている。本実施形態における一方向性強化繊維織物にあっては、複数群の前記経糸群1が一方向に互いに並行して配され、しかも各経糸群1が同一平面上にシート状に引き揃えられて、応力の集中する屈曲部を実質的に有していない。そのため、緯補強糸2は前記複数群の経糸群1の表面及び裏面に沿って経糸群1と直交して、それぞれを交互に配列させている。
Hereinafter, typical embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a unidirectional reinforcing fiber fabric according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a warp group consisting of flat reinforcing fiber multifilament yarns that are substantially untwisted. One unit. In the unidirectional reinforcing fiber fabric in the present embodiment, a plurality of warp groups 1 are arranged in parallel in one direction, and the warp groups 1 are arranged in a sheet on the same plane. It does not substantially have a bent portion where stress is concentrated. For this reason, the weft reinforcing yarns 2 are arranged alternately along the front and back surfaces of the plurality of warp groups 1 in a direction orthogonal to the warp groups 1.
本実施形態における一方向性強化繊維織物は、前述の複数群の経糸群1と緯補強糸2の他に、隣接する前記各経糸群1の間に、同経糸群1と並行して経補強糸3が配列されている。この経補強糸3は、経糸群1のシート面の表裏に沿って直線的に配列された緯補強糸2と、シート面の長さ方向に所要の間隔をおいて表裏面に交互に配される前記緯補強糸2の間を上下に屈曲しながら交互に交錯している。緯補強糸2と経補強糸3との間の織組織は、前述の平織組織以外にも綾織組織など様々な織組織とすることが可能である。
The unidirectional reinforcing fiber fabric according to the present embodiment includes a plurality of warp groups 1 and weft reinforcement yarns 2 described above, and a warp reinforcement in parallel with the warp group 1 between the adjacent warp groups 1.
上記経糸群1を構成する強化繊維マルチフィラメントのフィラメント数は、強化繊維の種類にもよるが、炭素繊維では1,000〜50,000本、フィラメントの直径が5〜10μmのものが一般的である。強化繊維の種類としては、無機繊維、有機繊維のいずれであってもよく、天然高分子や合成高分子の繊維の他、炭素繊維、ガラス繊維、芳香族アラミド繊維、芳香族ポリアラミド繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化ケイ素繊維の単独または2種以上を複合して用いるようにしてよい。経補強糸3の材質は、前記強化繊維と同じであるが、その糸条形態は無撚りのマルチフィラメントからなるよりも撚糸であることが望ましく、或いは通常の紡績糸であってもよい。
The number of filaments of the reinforcing fiber multifilament constituting the warp group 1 depends on the type of reinforcing fiber, but 1,000 to 50,000 carbon fibers and 5 to 10 μm in filament diameter are common. is there. The type of the reinforcing fiber may be either an inorganic fiber or an organic fiber. In addition to natural or synthetic polymer fibers, carbon fibers, glass fibers, aromatic aramid fibers, aromatic polyaramid fibers, boron fibers. In addition, alumina fibers and silicon carbide fibers may be used alone or in combination of two or more. The material of the
コスト的な理由から、一般に複合材料用の強化繊維としては炭素繊維が用いられることが多く、特にマルチフィラメント1本のフィラメント数が1,000〜50,000本のものが広く用いられている。 For cost reasons, carbon fibers are often used as the reinforcing fibers for composite materials, and in particular, those having 1,000 to 50,000 filaments per multifilament are widely used.
強化繊維マルチフィラメントに用いられる集束剤は、無機物質と有機物質のいずれであってもよく、一般に市販されているものが使用できる。とくに炭素繊維マルチフィラメント用の集束剤としては、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、イミド樹脂、ナイロン樹脂等の単独または2種以上の組合わせで用いられる場合が多い。とくにエポキシ樹脂とウレタン樹脂の単独あるいは2種以上の組合わせで用いた場合に、マルチフィラメントの開繊性が良好であって、加工時に拡がりのよい炭素繊維マルチフィラメントを与える。集束剤の付着量は、強化繊維に対して10重量%以下にすることが好ましい。 The sizing agent used for the reinforcing fiber multifilament may be either an inorganic substance or an organic substance, and commercially available ones can be used. In particular, as a sizing agent for carbon fiber multifilaments, epoxy resins, urethane resins, polyester resins, bismaleimide resins, imide resins, nylon resins and the like are often used alone or in combination of two or more. In particular, when an epoxy resin and a urethane resin are used singly or in combination of two or more kinds, a carbon fiber multifilament having good multifilament opening and spreading at the time of processing is obtained. The adhesion amount of the sizing agent is preferably 10% by weight or less with respect to the reinforcing fiber.
強化繊維の形態は、強化繊維マルチフィラメント中のフィラメント同士の絡みや、マルチフィラメントの撚りの状態、あるいはボビン上にワインドするときのマルチフィラメントの偏平化等によって微妙に影響される。フィラメント数の少ないものほど、フィラメント当りの拡がり幅が大きく取れ、またフィラメント同士の絡みが少なくなる傾向がある。従ってプリプレグ製造時のマルチフィラメントの拡がり性も良好になって、樹脂含浸性に優れたプリプレグが得られる場合が多い。 The form of the reinforcing fiber is slightly influenced by the entanglement of the filaments in the reinforcing fiber multifilament, the twisted state of the multifilament, or flattening of the multifilament when winding on the bobbin. The smaller the number of filaments, the larger the spreading width per filament and the less the entanglement between filaments tends to be. Accordingly, the spreadability of the multifilaments during the production of the prepreg is improved, and a prepreg excellent in resin impregnation is often obtained.
本実施形態による一方向性強化繊維織物は、図1に示すように、前述のような強化繊維マルチフィラメントを経糸群1及び緯補強糸2として用い、2本の緯補強糸2を引き揃えて、複数本が並列して配される経糸群1のシート面の表裏に間隔をおいて、緯補強糸2を経糸群1に交差するように配している。更に本発明に係る一方向性強化繊維織物にあっては、1本以上の経糸群1の間に経補強糸3が経糸に並行して配されており、この経補強糸3を前記経糸群1のシート面表面に配された緯補強糸2の上面を跨いだのち、前記シート面裏面に配された緯補強糸2の下面を跨いで、次位の表面に配された緯補強糸2の上面を跨ぎ、これを繰り返している。本実施形態では、緯補強糸2と経補強糸3とが平織組織をもって織成されていることになる。織物の目付としては、用いる強化繊維マルチフィラメントの種類によって適正な目付が設定される。
As shown in FIG. 1, the unidirectional reinforcing fiber fabric according to this embodiment uses the reinforcing fiber multifilament as described above as the warp group 1 and the weft reinforcing yarn 2, and the two weft reinforcing yarns 2 are aligned. The weft reinforcing yarns 2 are arranged so as to intersect the warp yarn groups 1 with an interval between the front and back of the sheet surface of the warp yarn groups 1 arranged in parallel. Furthermore, in the unidirectional reinforcing fiber woven fabric according to the present invention, warp reinforcing
次に、以上のように経糸1、緯補強糸2及び経補強糸3を用いた本発明の一方向性強化繊維織物の製造方法を、図2及び図3に基づいて具体的に説明する。強化繊維マルチフィラメントの経糸群1はニードル織機上にセットした図示せぬクリールに掛けられた多数のボビンから横取りされて、図示せぬ張力調整装置を経て織前4まで屈曲されることなく直線的に同一平面上を並列して供給される。このとき、図示例では複数本の経補強糸3a,3bが前後2枚の綜絖5a,5bに織幅方向に交互に通されて、綜絖5a,5bの駆動により並列する1本以上の経糸群1の間を上下動可能に配される。織成方向前方の綜絖5aと織前4との間には前後方向に往復動する筬羽6が配されている。この筬羽6には、複数本の経糸群1を配列順序で挿通できる筬目と、1本以上の経糸群1の間に配された経補強糸3がそれぞれ挿通できる筬目が形成されている。綜絖5a,5b及び筬羽6の筬目の配置は、緯補強糸2と経補強糸3との間の織組織によって決まるものであり、図示実施形態に限定されない。
Next, the manufacturing method of the unidirectional reinforcing fiber fabric of the present invention using the warp 1, the weft reinforcing yarn 2, and the
一方、緯補強糸2の緯入れを行うニードルが経糸間に形成される一つの開口に沿って、その開口内を往復して緯入れがなされる。そのため、ニードル織機を使えば、緯補強糸2は必然的に2本の引き揃えられた糸条から構成されることになり、その緯入れのたびに、緯補強糸2の折り返し端において連続的に編目が作られ、折り返し端に耳部を形成する。 On the other hand, the weft insertion of the weft reinforcing yarn 2 is performed by reciprocating in the opening along one opening formed between the warp yarns. Therefore, if the needle loom is used, the weft reinforcing yarn 2 is necessarily composed of two aligned yarns, and is continuously formed at the folded end of the weft reinforcing yarn 2 each time the weft is inserted. Stitches are made and ears are formed at the folded ends.
本発明により製造される一方向性繊維強化織物は、マルチフィラメントからなる偏平な複数本の経糸群1を同一平面上に配されたシート面から構成され、その少なくとも1本以上の経糸群1の間に配された経補強糸3と前記シート面の表裏面に交互に直線状に配された緯補強糸2との間で所定の織組織をもって織成されて得られる。すなわち、前記緯入れ時において緯補強糸2は、複数の偏平な経糸群1により形成されたシート面の表裏面に交互に緯入れされなければならない。
The unidirectional fiber reinforced fabric produced by the present invention is composed of a sheet surface in which a plurality of flat warp groups 1 made of multifilaments are arranged on the same plane, and the at least one warp group 1 It is obtained by weaving with a predetermined woven structure between the
複数の偏平な経糸群1が直線状に延びる同一平面上に形成された経糸シート面の表裏面に沿って、緯補強糸2を交互に緯入れするには、例えば図2及び図3に示すように、経補強糸3とシート面との間に開口を形成し、シート面の上方に開口に緯入れをしたのち、次回に形成されるシート面の下方の開口に次回の緯入れをしなければならない。ところが、本発明では織機上に並列して供給される偏平状の複数本の経糸群1も、既述したとおり、織前4までは一切屈曲することなく同一平面上を前進する。そのため、緯入れのたびに、経糸群1と経補強糸2との間に形成される開口を、少なくとも経糸群1のシート面の上方位置及び下方位置に交互に形成する必要がある。
In order to alternately weft the weft reinforcing yarns 2 along the front and back surfaces of the warp sheet surface formed on the same plane in which a plurality of flat warp groups 1 extend linearly, for example, as shown in FIGS. In this way, an opening is formed between the
このシート面を挟んで表裏側に形成される開口に交互に緯入れを行うには、ニードルの振り出し位置に(緯入れ位置)を前記シート面を挟んで上下へと切り換えなければならない。そこで、本発明にあっては、図示は省略したが、ニードルの基端を支持する揺動アームの回動基端位置を、例えばクランク機構、カム機構、あるいは電子制御機構などにより上下の切換え手段を備えている。かかる構成を備えたニードル織機により、容易に本発明の一方向性繊維強化織物を製織できる。 In order to alternately insert the wefts in the openings formed on the front and back sides with the sheet surface interposed therebetween, the weft insertion position (weft insertion position) must be switched up and down with the sheet surface interposed therebetween. Therefore, in the present invention, although not shown in the drawings, the rotation base end position of the swing arm that supports the base end of the needle is changed up and down by means of, for example, a crank mechanism, a cam mechanism, or an electronic control mechanism. It has. By using the needle loom having such a configuration, the unidirectional fiber reinforced fabric of the present invention can be easily woven.
本発明にあっては、緯補強糸2の構成糸条も経糸群1と同様にマルチフィラメントからなる偏平な繊維糸条からなり、この偏平な繊維糸条を2本引き揃えて緯補強糸としている。かかる偏平な緯補強糸2を、しかも2本引き揃えた状態で緯入れしたのち筬打ちがなされると、その筬打ちの力により2本の糸条は押し潰されて結束してしまう。そこで、この結束を避け、2本の偏平糸条の形状を保持した状態で織り上げることが肝要である。そのため、本実施形態では、本出願人により先に提案されている特開2003−268650号公報に開示された筬打ちのタイミング及び開口の杼口の大きさを参考にして、経補強糸3と経糸群1との間の開口が閉じる直前であって、開口の大きさが出来る限り小さい時期に筬打ちを行う。このタイミングで筬打ちを行う。
In the present invention, the constituent yarns of the weft reinforcing yarn 2 are also composed of flat fiber yarns made of multifilaments as in the warp group 1, and these two flat fiber yarns are aligned to serve as weft reinforcing yarns. Yes. When the flat weft reinforcing yarns 2 are wefted in a state in which the two flat weft reinforcing yarns are aligned and then beaten, the two yarns are crushed and bound by the force of the beating. Therefore, it is important to avoid this binding and weave the two flat yarns while maintaining the shape. Therefore, in this embodiment, the
かかるタイミングで筬打ちを行うと、緯補強糸2が閉じかけている経補強糸3により経糸群1のシート面に押し付けられ、逆に偏平状態が助長されるばかりでなく、引き揃えられた2本の偏平糸条は糸幅方向に重なり合うことなく並列が維持される。ここで、経補強糸3の張力を適切に調整すれば、緯補強糸2を大きく屈曲させることなく、ほぼ直線状態を維持したまま緯入れが完了する。
When beating is performed at such timing, the weft reinforcement yarn 2 is pressed against the sheet surface of the warp group 1 by the
1 経糸群(経糸)
2 緯補強糸
3 経補強糸
4 織前
5a,5b 綜絖
6 筬羽
1 Warp group (warp)
2
Claims (8)
複数の前記経糸群が屈曲することなく同一平面上をシート状に引き揃えられたおり、
緯補強糸がシート状の経糸群の表面及び裏面に沿って交互に配されて、緯補強糸と経補強糸とが織組織をなして織り込まれてなり、
前記緯補強糸の各糸単位が強化繊維マルチフィラメント糸からなる偏平な糸条からなり、前記緯補強糸が2本の偏平な糸条の引き揃え糸条である、
一方向性の強化繊維織物。 A flat warp group in which a plurality of warp yarns made of reinforcing multifilament yarns are aligned in one direction and arranged in parallel, a plurality of weft reinforcement yarns arranged to intersect the warp group, and A unidirectional reinforcing fiber fabric comprising warp reinforcing yarns arranged in parallel between one or more warp groups at intervals,
The plurality of warp groups are aligned in a sheet on the same plane without bending,
The weft reinforcing yarns are alternately arranged along the front and back surfaces of the sheet-like warp group, and the weft reinforcing yarns and the warp reinforcing yarns are woven into a woven structure,
Each yarn unit of the weft reinforcing yarn is composed of a flat yarn made of reinforcing fiber multifilament yarn, and the weft reinforcing yarn is an alignment yarn of two flat yarns,
Unidirectional reinforcing fiber fabric.
複数の並列して配される経糸群を屈曲させることなく直線的に織前に供給すること、
綜絖を駆動して経補強糸を上下動させることより、経糸群間に配される経補強糸と経糸群との間に、緯補強糸との織物組織に基づく開口を形成すること、
経糸群と経補強糸との間に形成される開口に2本の緯補強糸を引き揃えて挿通させること、及び
緯補強糸の挿通ごとに筬打ちを行うこと、
を含んでなり、
複数の経糸群からなる前記シート面の表裏面を挟んで形成される開口のうち表面側開口と裏面側開口とに前記緯補強糸を交互に挿通させることを備えてなる、
強化繊維織物の製織方法。 A method for weaving a reinforcing fiber fabric according to any one of claims 1 to 5,
Supplying a plurality of warp groups arranged in parallel straight before weaving without bending,
Forming an opening based on the fabric structure of the weft reinforcement yarn between the warp reinforcement yarn and the warp yarn group arranged between the warp yarn groups by moving the warp reinforcement yarn up and down by driving the reed,
Pulling and inserting two weft reinforcement yarns into the opening formed between the warp group and the warp reinforcement yarns, and striking each time the weft reinforcement yarns are inserted,
Comprising
The weft reinforcing yarns are alternately inserted through the front surface side opening and the back surface side opening among the openings formed across the front and back surfaces of the sheet surface composed of a plurality of warp groups,
Weaving method for reinforcing fiber fabric.
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