KR101337830B1

KR101337830B1 - 탄소 섬유 직물의 제조 방법

Info

Publication number: KR101337830B1
Application number: KR1020087028670A
Authority: KR
Inventors: 에이스께 와다하라; 이꾸오 호리베; 시게루 미야모또; 겐이찌 다께자와; 구니요시 구리하라; 가즈히로 오노
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2007-04-27
Publication date: 2013-12-06
Anticipated expiration: 2027-04-27
Also published as: KR20090006212A; EP2014806A4; EP2014806A1; ES2398976T3; US20100032049A1; CN101426969B; EP2014806B1; CN101426969A; US7857013B2; WO2007126040A1

Abstract

본 발명은, 탄소 섬유 사조로 이루어지는 날실의 길이가 각각 균일하고, 또한, 씨실이 사행되지 않고 곧게 배열되어 있는 품위가 뛰어난 탄소 섬유 직물을 높은 생산성(생산 속도)으로 제조하는 것이 가능한 탄소 섬유 직물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로서, 섬도가 400∼6,000tex인 탄소 섬유 사조를 날실로 하고, 섬도가 그 탄소 섬유 사조의 1/5 이하인 보조 섬유를 씨실로 하여, 일방향성 탄소 섬유 직물을 제직할 때에, 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도가 0∼50°의 범위 내로 한 에어 제트 직기를 이용하는 탄소 섬유 직물의 제조 방법을 특징으로 하는 것이다.

탄소 섬유 사조, 보조 섬유, 일방향성 탄소 섬유 직물, 헬드 정지 각도, 에어 제트 직기

Description

탄소 섬유 직물의 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING WOVEN CARBON FIBER FABRIC}

본 발명은, 탄소 섬유 사조(絲條)로 이루어지는 날실의 길이가 각각 균일하고, 또한, 씨실이 사행되지 않고 곧게 배열되어 있는 품위가 뛰어난 일방향성 탄소 섬유 직물의 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 생산성(생산 속도)을 현격히 높이면서, 탄소 섬유 사조로 이루어지는 날실의 길이가 각각 균일하고, 또한, 씨실이 사행되지 않고 곧게 배열되어 있는 탄소 섬유 직물을 얻을 수 있는 탄소 섬유 직물의 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 유리 섬유 직물에서는, 예를 들면 특허 문헌 1, 2에 있는 바와 같이, 에어 제트 직기를 이용하여 제직되고 있는 경우가 많다. 이는, 이용하는 유리 섬유의 파단 신도가 약 4％로 높기 때문에 보풀이 일기 어려운 것, 그의 섬도가 예를 들면 8∼100tex로 작고, 직밀도(날실 개수, 씨실 개수)가 촘촘한 것, 제직하는 직물이 유리 섬유를 이방향으로 배열되어 있는 이방향 직물인 것의 조건이 갖추어져 있기 때문에 공업적인 제직이 가능해지고 있기 때문이다.

한편, 탄소 섬유 직물에서는, 예를 들면 특허 문헌 3에 있는 바와 같이, 셔틀 직기나, 레피어 직기 등을 이용하여 제직되고 있는 경우가 많다. 이는, 특허 문헌 1에 직기의 일례로서 에어 제트 직기가, 또한, 직물의 일례로서 탄소 섬유 등의 무기 섬유로 이루어지는 직물이 기재되어 있지만, 구체적으로 에어 제트 직기로 탄소 섬유 직물을 제직하는 구체적인 양태의 설명이 없는 것, 또한, 탄소 섬유의 파단 신도가 약 1.5∼2％로 낮기 때문에 보풀이 쉽게 이는 것, 그의 섬도가 예를 들면 333∼3,333tex로 크고, 직밀도가 성긴 것 등의 이유로부터, 실제로 에어 제트 직기를 이용하여 탄소 섬유 직물을 공업적으로 제직하는 것은 어렵다고 생각되고 있었기 때문이다.

그러나, 셔틀 직기나 레피어 직기를 이용하여 탄소 섬유 직물을 제조할 때에는, 하기의 이유로부터, 높은 생산성, 즉 높은 생산 속도(직기의 회전수)를 실현할 수 없었다.

A. 직기의 제직 기구의 제약

(1) 셔틀 직기 또는 레피어 직기를 이용한 경우, 셔틀이나 레피어에 의한, 씨실 삽입 운동에 물리적인 속도의 상한이 존재하는 것.

(2) 씨실의 삽입에 관하여, 고회전으로의 제직시에, 셔틀이나 레피어와 날실이 직접 접촉함으로써 찰과되어, 탄소 섬유 사조가 쉽게 보풀이 이는 것.

(3) 날실의 공급에 관하여, 고회전으로의 제직시에, 인접하는 날실끼리가 날실의 개구 운동에 의해 찰과되어, 탄소 섬유 사조가 쉽게 보풀이 이는 것.

B. 제직하는 직물의 제약

(1) 탄소 섬유 사조를 날실 및 씨실에 이용한 이방향성 직물의 경우, 이용하는 직기 및 제직 조건에 따라서는, 씨실의 삽입에 관하여, 고회전으로의 제직시에 날실과 씨실이 직접 접촉함으로써 찰과되어, 탄소 섬유 사조가 쉽게 보풀이 이는 것.

C. 이용하는 탄소 섬유의 제약

(1) 탄소 섬유 사조의 파단 신도가 낮기 때문에, 쉽게 보풀이 이는 것.

또한, 셔틀 직기나 레피어 직기로 제직하는 경우, 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도를 작게 하는 것은 어렵고, 그 때문에 날실의 장력 변동이 커지고, 제직된 탄소 섬유 직물에는 무시할 수 없는 정도의 요철이 생기기 쉽다고 하는 문제가 있었다. 특히, 탄소 섬유 직물에서는, 태섬도의 탄소 섬유 사조를 날실로 하고, 세섬도의 보조사(예를 들면, 유리 섬유 얀)을 씨실로 한 일방향성 직물이, 예를 들면 콘크리트 구조물의 보수·보강 용도 등에 널리 이용되고 있지만, 이러한 일방향성 직물을 제직하는 경우, 탄소 섬유 직물의 직성(織成), 반송 또는 권취의 각 공정에서, 태섬도의 탄소 섬유 사조인 날실이 약간 움직임으로써, 세섬도인 씨실이 간단히 어긋나고, 사행되어(굴곡되어) 곧게 배열할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

또한, 상기한 생산성의 문제에 대해서는, 특허 문헌 4에, 물을 이용한 워터 제트 직기로 탄소 섬유 직물을 제조하는 내용이 개시되어 있다. 이 문헌에는, 섬도가 200tex인 탄소 섬유를 이용하여, 날실 및 씨실 모두가 탄소 섬유로 구성된 평직 조직의 탄소 섬유 직물을 0.8m/분의 속도로 제조 가능하다는 취지의 기재가 있다. 그러나, 물을 이용하여 탄소 섬유 직물을 제직하면, 탄소 섬유 사조에 부여되어 있던 표면 처리제(사이징제나 커플링제 등)가 물에 의해 유출 또는 열화하여, 제직된 탄소 섬유 직물에서 원하는 물성을 얻기가 어렵다고 하는 문제가 있다(유리 섬유 직물에서도 마찬가지임). 또한, 표면 처리제가 용해된 폐수의 처리라고 하는 점에서도 문제가 있다. 따라서, 워터 제트 직기로 탄소 섬유 직물을 제조하는 것은 공업적인 제직 방법으로서 현실적이지 않다.

이와 같이, 특허 문헌 1∼4를 비롯한 종래의 기술에서는, 높은 생산성을 실현한 탄소 섬유 직물의 제조 방법은 발견되지 않아, 이러한 기술이 갈망되고 있다.

특허 문헌 1:일본 특개 2000-8241호 공보

특허 문헌 2:일본 특개 평08-325943호 공보

특허 문헌 3:일본 특개 평11-001839호 공보

특허 문헌 4:일본 특개 평06-341034호 공보

<발명의 개시>

<발명이 해결하고자 하는 과제>

따라서, 본 발명은 상기 배경 기술에 열거한 문제점을 해결하는 것을 과제로 하여, 탄소 섬유 사조로 이루어지는 날실의 길이가 각각 균일하고, 또한, 씨실이 사행되지 않고 곧게 배열되어 있는 품위가 뛰어난 탄소 섬유 직물을 높은 생산성(생산 속도)으로 얻을 수 있는 탄소 섬유 직물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

<과제를 해결하기 위한 수단>

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 다음의 (1)∼(19)의 몇 가지 구성을 가지는 것이다.

(1) 섬도가 400∼6,000tex인 탄소 섬유 사조를 날실로 하고, 섬도가 그 탄소 섬유 사조의 1/5 이하인 보조 섬유를 씨실로 하여 제직하는 일방향성 탄소 섬유 직물의 제조 방법이고, 제직시에 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도가 0∼50°의 범위 내인 에어 제트 직기를 이용하는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(2) 상기 탄소 섬유 직물의 날실 밀도가 1∼8개/㎝, 씨실 밀도가 0.4∼8개/㎝인, 상기 (1)에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(3) 직성하는 탄소 섬유 직물의 적어도 씨실 삽입측과는 반대측의 단부에, 그 탄소 섬유 직물을 직성하는 씨실을 이용하여 별도 조직을 동시에 직성함과 함께, 그 별도 조직과 상기 탄소 섬유 직물의 사이에서 씨실을 절단하여 그들 별도 조직과 탄소 섬유 직물을 분리하고, 그 별도 조직에 꼬임을 가하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(4) 구멍을 가진 가이드에 상기 별도 조직을 통과시키고, 그 가이드를 회전시킴으로써 상기 별도 조직에 꼬임을 가하는, 상기 (3)에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(5) 상기 별도 조직을 직성하면서, 또는 직성한 후에, 그 별도 조직과 상기 탄소 섬유 직물의 거리가 넓어지도록 그 별도 조직을 안내하는, 상기 (3) 또는 (4)에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(6) 상기 탄소 섬유 직물이 평직, 능직 또는 수자직의 조직이고, 상기 별도 조직이 평직, 레노직 또는 그들의 조합의 조직인, 상기 (3)∼(5) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(7) 직성하는 탄소 섬유 직물의 씨실 삽입측과는 반대측에, 축이 그 씨실의 비주(飛走) 방향과 교차하도록 관상체(管狀體)를 배치하거나, 또는 축이 굴곡하고 있는 관상체를 배치하고, 탄소 섬유 직물을 직성하기 위해서 삽입한 씨실을 그 관상체의 한쪽 개구로부터 다른 쪽 개구로 통과시키는, 상기 (1)∼(6) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(8) 상기 에어 제트 직기는 에어를 분사하는 1개의 메인 노즐 및 복수의 서브 노즐을 가지고, 각각의 서브 노즐은 씨실 비주 방향에 대하여 그 메인 노즐의 하류측에 직물 폭 2∼15㎝당 1개의 간격으로 배치되고, 씨실 비주 방향에 대하여 상기 메인 노즐의 상류측에 에어를 분사하는 보조 메인 노즐을 가지고, 그들 노즐로부터 에어를 분사하여 씨실을 비주시키는, 상기 (1)∼(7) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(9) 상기 에어 제트 직기는 헬드의 개구량이 10∼75㎜의 범위 내인, 상기 (1)∼(8) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(10) 헬드에 도입되는 날실의 개구를 적어도 부분적으로 억제하는, 상기 (1)∼(9) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(11) 상기 에어 제트 직기는 에어를 분사하는 복수의 서브 노즐을 가지고, 각각의 서브 노즐은 그 서브 노즐의 중심과 바디(reed) 날개의 중심이 직물의 길이 방향에 평행한 실질적으로 동일한 직선 상에 존재하도록 배치되는 것인, 상기 (1)∼(10) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(12) 상기 에어 제트 직기는 바디의 바디 날개 두께가 0.1∼2㎜의 범위 내인, 상기 (1)∼(11) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(13) 상기 에어 제트 직기는 바디 치기의 스트로크량이 50∼150㎜의 범위 내인, 상기 (1)∼(12) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(14) 상기 에어 제트 직기는 에어를 분사하는 복수의 서브 노즐을 가지고, 바디 입구 폭이 100∼350㎝의 범위 내이고, 씨실 삽입측에서의 최단부의 서브 노즐과 그에 인접하는 서브 노즐의 사이의 거리보다, 씨실 삽입측과는 반대측에서의 최단부의 서브 노즐과 그에 인접하는 서브 노즐의 사이의 거리 쪽이 짧은 것인, 상기 (1)∼(13) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(15) 상기 에어 제트 직기는 바디 입구 폭이 100∼350㎝의 범위 내이고, 또한, 그 바디 입구 폭의 양단부 이외의 바디 입구 폭 내에 귀조직을 형성하는, 상기 (1)∼(14) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(16) 씨실이 유리 섬유와 유기 섬유의 방적사, 유리 섬유의 방적사, 유기 섬유의 방적사, 유리 섬유와 유기 섬유의 교락 가공사, 유리 섬유의 교락 가공사, 및 유기 섬유의 교락 가공사로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 상기 (1)∼(15) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(17) 씨실이 유리 섬유를 심사(芯絲)로 하여 유기 섬유의 필라멘트사를 커버링한 커버링사인, 상기 (1)∼(16) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(18) 제직한 탄소 섬유 직물을 소정 길이(L1)로 일단 권취하고, 권취한 탄소 섬유 직물을 소정 길이(L1)의 절반 이하인 제품 길이(L2)로 분할하여 재차 권취하는, 상기 (1)∼(17) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

(19) 날실인 탄소 섬유 사조는 각 보빈으로부터 해서(解舒)하여 가지런히 되고, 직접 에어 제트 직기에 안내되는, 상기 (1)∼(18) 중 어느 하나에 기재된 탄소 섬유 직물의 제조 방법.

<발명의 효과>

본 발명에 의하면, 탄소 섬유 직물의 공업적인 생산에는 현실적이지 않다고 여겨지고 있던 에어 제트 직기를 이용하여 일방향성 탄소 섬유 직물을 제직함으로써 생산성을 높일 수 있고, 또한, 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도를 0∼50°의 범위 내로 함으로써 탄소 섬유 사조의 씨실 길이를 균일하게 할 수 있다. 또한, 씨실 삽입에서 씨실에 장력을 부여하기 어려운 에어 제트 직기를 이용한 제직에서도, 씨실이 사행되지 않고 곧게 배열되어 있는 품위가 뛰어난 탄소 섬유 직물을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에서 이용할 수 있는 에어 제트 직기에서의 각종 노즐 및 관상체의 위치 관계를 나타내는 개략 평면도이다.

도 2는 본 발명에서 이용할 수 있는 에어 제트 직기에서의 각종 노즐 및 관상체의 별도 양태의 위치 관계를 나타내는 개략 정면도이다.

도 3은 본 발명에서 이용할 수 있는 에어 제트 직기에서의 서브 노즐과 바디 날개의 위치 관계를 나타내는 개략 평면도이다.

도 4는 본 발명에서 이용할 수 있는 에어 제트 직기에서의 서브 노즐과 바디 날개의 위치 관계를 나타내는 개략 평면도이다.

도 5는 본 발명에서 이용할 수 있는 에어 제트 직기에서의 사도(絲道)의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.

도 6은 본 발명에서 이용할 수 있는 에어 제트 직기에서의 사도의 다른 일례를 나타내는 개략 단면도이다.

도 7은 본 발명에서의 직성의 일례를 나타내는 개략 평면도이다.

<부호의 설명>

1:바디 날개

1a:바디 날개군

2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e:서브 노즐

3:직물의 길이 방향에 대한 바디 날개의 중심선

4:직물의 길이 방향에 대한 서브 노즐의 중심선

5, 5a, 5b, 5c:날실

6:헬드

7:바디

8a, 8b:누름 바

9a, 9b:누름 바가 없는 경우의 사도

10:에어 제트 직기

11a, 11b:이징롤

12:메인 노즐

13:보조 메인 노즐

14:씨실

15a:굴곡된 관상체

15b:씨실의 비주 방향과 각도를 가지는 방향으로 배치된 관상체

16:스트레치 노즐

17:별도 조직의 날실

18a, 18b, 18c:탄소 섬유 직물

19a, 19b:별도 조직

19c:귀조직

A:씨실 삽입측

B:반(反) 씨실 삽입측

D1:서브 노즐의 중심과 바디 날개의 중심의 직물의 길이 방향에 대한 어긋남

D2:바디 치기 스트로크량

D3:헬드 개구량

D4:날실이 개구를 시작하는 개소부터 헬드까지의 날실 길이

L1, L2, L3:서브 노즐끼리의 배치 간격

<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>

본 발명에서는, 섬도가 400∼6,000tex인 탄소 섬유 사조를 날실로 하고, 섬도가 그 탄소 섬유 사조의 1/5 이하인 보조 섬유를 씨실로 하여 일방향성 탄소 섬 유 직물을 제직할 때에, 에어 제트 직기를 이용한다.

전술한 바와 같이, 셔틀 직기나, 레피어 직기로 탄소 섬유 직물을 제조하는 경우에는

(1) 셔틀 직기 또는 레피어 직기를 이용한 경우, 셔틀이나 레피어에 의한, 씨실 삽입 운동에 물리적인 속도의 상한이 존재하고,

(2) 씨실의 삽입에 관하여, 고회전으로의 제직시에, 셔틀이나 레피어와 날실이 직접 접촉함으로써 찰과되어, 탄소 섬유 사조가 쉽게 보풀이 인다라고 하는 문제(상기 A (1), (2)항의 문제)가 있었다. 그러나, 에어 제트 직기를 이용함으로써, 셔틀이나 레피어 등의 물리적인 속도의 영향을 받지 않고, 또한, 날실과 셔틀이나 레피어 등과의 찰과가 본질적으로 발생하지 않는다. 여기서 워터 제트 직기를 이용하면, 직사인 탄소 섬유 사조에 미리 부착되어 있는 사이징제(대부분은 수용성의 수지 조성물)의 탈락·부착량의 불균일이 발생할 우려가 있고, 또한, 직물을 나중에 건조시키는 공정이 필요하게 되는 문제가 있다.

이러한 에어 제트 직기를 이용하는 제직에서는, 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도를 0∼50°의 범위 내, 바람직하게는 0∼25°의 범위 내, 더 바람직하게는 0°로 한다. 이러한 헬드 정지 각도는 작으면 작을수록 바람직하다.

헬드 정지 각도란, 씨실을 삽입하는 직기의 반복 동작의 1주기분을 직기의 모터 주축(크랭크)의 회전 각도, 즉 360도로 나눈 경우에, 헬드의 개폐구의 움직임(변위)에 있어서 연속하여 변위에 움직임이 없는 범위의 각도를 말한다.

일반적인 셔틀 직기나 레피어 직기 등을 이용하면, 씨실 삽입 수단인 셔틀이 나 레피어와 날실군이 국소적으로 접촉하거나 하는 경우가 있고, 제직시에 부하되는 날실 각각에의 장력을 균일하게 할 수 없다. 또한, 셔틀이나 레피어 등을 저구에 삽입하기 위해서, 헬드의 개구량을 크게, 또한, 셔틀이나 레피어가 운동하는 동안은 헬드를 개구한 상태로 정지시키지 않을 수 없다. 그 때문에, 예를 들면 일반적인 레피어 직기에서는, 헬드 정지 각도가 150∼220°로 된다. 이에 의해, 제직의 운동이 간헐 운동(불연속 운동)으로 되고, 날실이 팽팽해지거나 느슨해지거나 하여 불안정하게 될 뿐만 아니라, 날실 각각에의 장력을 불균일하게 하는 원인 중 하나로 되어 있었다. 이 점으로 인하여, 얻어지는 탄소 섬유 직물에서의 날실의 길이의 차를 0.15％ 이하, 또한, 날실의 길이의 변동 계수를 8％ 이하로 할 수 없을 뿐만 아니라, 정지하고 있던 날실이 움직이기 시작하기 때문에 탄소 섬유 사조와 헬드의 찰과도 커져서 보풀도 많이 발생하기 때문에, 품위가 뛰어난 직물을 얻기가 어려웠다. 한편, 에어 제트 직기에서는 헬드의 개구 상태를 길게 유지할 필요가 없다. 즉, 에어 제트 직기를 이용함으로써, 씨실 삽입 수단과 날실군의 물리적인 접촉이 전혀 없게 되고, 또한, 개구 상태를 유지하기 위해서 헬드를 오랫동안 정지할 필요가 없기 때문에, 헬드 정지 각도를 0∼50°의 범위 내로 할 수 있고, 제직시에 부하되는 날실 각각에의 장력을 더 균일하게 할 수 있다. 그 결과, 날실의 길이의 차가 0.15％ 이하이고, 또한, 날실의 길이의 변동 계수가 8％ 이하인 탄소 섬유 직물을 쉽게 얻을 수 있다. 더 바람직한 날실의 길이의 차는 0.1％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.05％ 이하이다. 또한, 더 바람직한 변동 계수는 6％ 이하, 더욱 바람직하게는 4％ 이하이다. 상기 범위의 날실의 길이의 차 및 변동 계수이 면, 바닥 위에 직물을 연반한 경우의 직물의 요철이 최소한으로 억제되어 외관 품위가 뛰어날 뿐만 아니라, 얻어진 직물을 CFRP로 성형했을 때에 뛰어난 역학 특성을 발휘하게 된다. 또한, 상기 날실의 길이의 차 및 날실 길이의 변동 계수는, 다음의 순서로 측정된다.

(a) 탄소 섬유 직물이 느슨해지지 않도록 5500㎜를 연반하여 무장력 하에서 정치한다.

(b) 측정 기준으로서, 연반한 직물의 길이 방향과 수직으로 1개소 절단한다.

(c) 측정 기준으로부터, 직물 폭 방향의 양단부의 날실 각각에 관하여 5000㎜를 측장하고, 그 개소를 연결한 선으로 절단한다. 측장시에는, 직물이 느슨해지지 않도록 연반하여 무장력 하에서 정치하여 5000㎜를 장척 메저로 측장한다.

(d) 직물을 분해하면서, 직물 전체 폭에 걸쳐 날실을 5개 간격으로 차례로 빼낸다.

(e) 빼낸 날실 길이를 0.1㎜의 자리수까지 각각 측장한다. 측장시에는, 날실이 사행되지 않도록 손으로 잡아 당기는 정도의 장력을 가하면서 장척 메저로 측장한다.

(f) 측장한 날실 길이의 최대값과 최소값의 차를 산출한다. 산출한 차를 5000㎜로 나누어 100을 곱한 값을 날실의 길이의 차로 한다(단위는 ％).

(g) 측장한 날실 길이의 모든 값의 표준 편차 및 평균값을 산출한다. 산출한 표준 편차를 평균값으로 나누어 100을 곱한 값을 변동 계수로 한다(단위는 ％).

원래, 에어 제트 직기는 유리 섬유의 이방향성 직물의 공업적인 제조에 이용 되어 왔지만, 이는, 이용하는 유리 섬유의 파단 신도가 약 4％로 높아서 보풀이 일기 어려운 것만이 이유는 아니다. 그 외에, 이용하는 유리 섬유의 섬도가 예를 들면 8∼100tex로 가늘고, 직밀도(날실 개수, 씨실 개수)가 촘촘한 직물을 대상으로 하고 있기 때문에, 씨실의 비주에서 분사하는 에어의 누락을 최소한으로 할 수 있고, 또한, 씨실의 사행(굴곡)이 현재화하지 않는다고 하는 조건이 갖추어져 있기 때문이다(FUTURE TEXTILES, p81∼84, 호리 테루오, 섬유사). 한편, 본 발명에서는, 이용하는 탄소 섬유 사조는 유리 섬유에 비해 보풀이 일기 쉽고 또한, 태섬도인 것, 제조하는 직물이 일방향성 직물인 것이라고 하는, 에어 제트 직기를 이용하기에는 불리한 장해가 명확하게 복수 존재한다. 그럼에도 불구하고, 본 발명에서는, 일방향성 탄소 섬유 직물을 에어 제트 직기로 제직한다고 하는 개념에 상도하고, 나아가서는 상기한 불리한 장해를 해결하여 에어 제트 직기에 의한 제직을 실현한 것이다.

본 발명에서 제조하는 탄소 섬유 직물에서는, 날실 밀도가 1∼8개/㎝, 씨실 밀도가 0.4∼8개/㎝인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 날실 밀도가 2∼6개/㎝, 씨실 밀도가 1∼6개/㎝, 더욱 바람직하게는 날실 밀도가 3∼5개/㎝, 씨실 밀도가 2∼5개/㎝의 범위인 것이 바람직하다. 날실 밀도가 너무 작으면, 탄소 섬유 직물의 형태 안정성이 떨어질 뿐만 아니라, 날실의 틈새가 너무 커지고, 에어 제트 직기의 씨실 삽입 효율이 지나치게 저하되는 경우가 있다. 한편, 날실 밀도가 너무 크면, 상기 A항 (3)에 기재된 바와 같이, 탄소 섬유 사조의 찰과에 의한 보풀이 많아지고, 탄소 섬유 직물의 품위를 해치는 경우가 있다. 또한, 씨실 밀도가 너무 작으 면, 탄소 섬유 직물의 형태 안정성이 떨어지고, 얻어지는 직물의 취급성이 떨어지기 쉽다. 한편, 씨실 밀도가 너무 크면, 탄소 섬유 직물의 제조 속도를 고속으로 하는 것이 어려워지는 경우가 있을 뿐만 아니라, 씨실의 사행을 완전히 억제할 수 없는 경우가 있다.

본 발명의 탄소 섬유 직물의 제조 방법은, 날실끼리의 틈새가 0.1∼0.8㎜, 바람직하게는 0.15∼0.6㎜, 더 바람직하게는 0.2∼0.5㎜의 범위인 탄소 섬유 직물을 제조하는 데 적합하다. 얻어지는 직물에서, 날실끼리의 틈새가 너무 작으면, 상기 A항 (3)에 기재된 바와 같이, 탄소 섬유 사조의 찰과에 의한 보풀이 많아지고, 탄소 섬유 직물의 품위를 해치는 경우가 있을 뿐만 아니라, 탄소 섬유 직물을 제직한 후에 매트릭스 수지를 함침시켜 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱)를 성형하는 경우에, 매트릭스 수지의 함침성을 저해하는 경우가 있다. 에어 제트 직기를 이용하는 경우에는, 제직시에 탄소 섬유 사조의 사이에 돌출하는 서브 노즐(자세한 것은 후술)이 탄소 섬유 사조와 찰과하기 때문에, 탄소 섬유 사조의 보풀이 상상 이상으로 많아지는 경우가 있다. 한편, 날실끼리의 틈새가 너무 큰 경우에는, 보풀은 억제되지만, 씨실 삽입 효율이 저하되는 경우가 있고, 나아가서는, CFRP를 성형한 경우에, 수지 리치 부분을 크게 형성하고, CFRP의 역학 특성을 저하시키는 경우가 있다.

본 발명에서는, 직성하는 탄소 섬유 직물의 씨실 삽입측과는 반대측(이하, 「반 씨실 삽입측 」이라고 함)에, 양단이 개구되어 있는 관상체를 배치하고, 탄소 섬유 직물을 직성하기 위해서 삽입하여 비주시킨 씨실을 그 관상체의 한쪽 개구로 부터 다른 쪽 개구로 통과시키는 것이 바람직하다. 씨실과 그 관상체의 내벽과의 마찰로 씨실의 느슨해짐을 방지할 수 있다. 관상체는 축이 직선의 것 외에, 축이 굴곡되어 있는 것일 수 있고, 축이 직선인 관상체는 그 축이 씨실의 비주 방향과 교차하도록(평행이 되지 않도록) 관상체를 배치한다.

구체적으로 도 1, 도 2에 나타낸다. 도 1은 에어 제트 직기에서의 각종 노즐 및 관상체의 위치 관계를 나타내는 개략 평면도이다. 도 2는 다른 양태에서의 각종 노즐 및 관상체의 위치 관계를 나타내는 개략 정면도이다. 또한, 모든 도면에서, 날실은 생략하고 있다.

도 1, 도 2의 에어 제트 직기(10)에서는, 적어도 메인 노즐(12) 및 서브 노즐(2a, 2b…)로부터 에어를 분사하고, 씨실(14)을 씨실 삽입측(A)으로부터 반 씨실 삽입측(B)으로, 바디 날개군(1a)을 통과시키면서 비주시킨다. 씨실이 횡입된 후에는, 바디(7)로 바디 치기하여, 날실과 씨실(14)을 직성한다.

여기서, 메인 노즐이란 직기의 씨실 삽입측에 배치되고, 비주시키는 씨실에 대하여 최초로 압공을 부여하는 노즐이고, 서브 노즐이란 그 메인 노즐에 의해 비주하고 있는 씨실을 더 계속해서 비주시키기 위해서, 보조적으로 압공을 작용시키는 노즐을 말한다.

본 발명에서 이용하는 에어 제트 직기로서는, 씨실 삽입측(A)에 1개의 메인 노즐(12)을 배치하고, 씨실 삽입측(A)과 반 씨실 삽입측(B)의 사이에, 복수의 서브 노즐(2a, 2b…)을, 직물 폭 2∼15㎝당 1개의 간격으로 배치한 것이 바람직하다. 서브 노즐의 바람직한 배치 간격은, 직물 폭 3∼12㎝당 1개, 더욱 바람직하게는 직 물 폭 4∼10㎝당 1개이다. 또한, 서브 노즐의 총수는 직물 폭에 따라 다르지만, 직물 폭이 100㎝인 경우에는 7∼30개, 직물 폭이 350㎝인 경우에는 23∼105개의 범위 내가 바람직하다.

이들 복수의 서브 노즐(2a, 2b…)의 배치는, 특히 에어 제트 직기의 바디 입구 폭이 후술하는 바와 같은 범위(바디 입구 폭이 100∼350㎝인 범위 내)와 같은 광폭인 경우, 씨실 삽입측(A)에서의 최단부의 서브 노즐과 그에 인접하는 서브 노즐 사이의 거리보다, 반 씨실 삽입측(B)에서의 최단부의 서브 노즐과 그에 인접하는 서브 노즐 사이의 거리 쪽이 짧아지도록 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 씨실 삽입측(A)에서의 서브 노즐끼리의 배치 간격(L1)보다, 반 씨실 삽입측(B)을 향하여 서브 노즐끼리의 배치 간격(L2, L3) 쪽이 넓어지지 않도록 되어 있는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 서브 노즐끼리의 배치 간격이 씨실 삽입 방향에 따라 짧아지도록 배치하는 것이 바람직하다. 복수의 서브 노즐(2a, 2b…)이 이러한 양태로 배열되어 있으면, 메인 노즐(12)로부터의 에어를 효율적으로 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 반 씨실 삽입측(B)에서의 씨실의 비주를 안정시킬 수 있고, 씨실 삽입 자체를 장기간 안정되게 행할 수 있다. 물론, 이러한 서브 노즐끼리의 배치 간격(L1∼L3)의 관계는 직물 폭에 따라 적당히 선택되는 것이지만, 예를 들면 L1＞L2＞L3으로 하여도 되고, L1＞L2=L3으로 하여도 된다.

또한, 본 발명에서, 에어 제트 직기로서는, 씨실 삽입측에 배치되는 메인 노즐이 복수개 존재하는 것을 이용하여도 된다. 예를 들면, 씨실 삽입측(A)에 배치되는 메인 노즐(12)보다 씨실 비주 방향의 상류측에 또 하나의 메인 노즐(보조 메 인 노즐(13))을 가지는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 메인 노즐(12), 보조 메인 노즐(13) 각각으로부터 에어를 실질적으로 동시에 분사하여 씨실을 비주시키는 것이 바람직하다. 이러한 보조 메인 노즐(13)을 이용함으로써, 다음의 삽입을 위해서 대기하고 있는 씨실에 급격한 에어를 분사하여 비주시킬 필요가 없어진다. 즉, 메인 노즐이 1개인 경우, 씨실의 1개소에 에어를 분사하여 비주시키기 위해서, 필연적으로 그 에어의 압력을 높게 하지 않을 수 없다. 그러나, 보조 메인 노즐(13)을 병용하고, 메인 노즐을 복수개로 하는 경우에는, 씨실의 복수 개소에 에어를 분사하여 비주시키게 되기 때문에, 에어 압력을 낮게 할 수 있다. 이에 의해, 씨실 끊김이나 씨실 갈라짐·흩어짐, 씨실 보풀 등을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 비주하기 어려운 씨실도 비주시킬 수 있고, 씨실의 선택의 자유도를 넓게 취할 수 있다. 또한, 에어를 실질적으로 동시에 분사하는 것이란, 직기의 주축(크랭크) 각도에서의 20° 이내의 범위에서 에어를 분사하는 것을 말한다.

또한, 에어 제트 직기에서, 각각의 서브 노즐은 그 서브 노즐의 중심과 바디 날개의 중심이 직물의 길이 방향에 평행한 실질적으로 동일한 직선 상에 존재하도록 배치되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 서브 노즐과 바디 날개의 위치 관계를 나타내는, 에어 제트 직기의 부분 확대도인 도 3, 4에 나타내는 바와 같이, 에어를 분사하는 서브 노즐(2)의 중심과 바디 날개(1)의 중심이 직물의 폭 방향에 대하여 실질적으로 동일한 위치에 갖추어지도록 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서, 서브 노즐의 중심과 바디 날개의 중심이 길이 방향에 평행한 실질적으로 동일한 직선 상에 존재한다는 것은, 길이 방향에 완전히 평행한 동일 직선 상에 존재하고 있는 상태는 물론, 후술하는 바와 같은 문제를 일으키지 않는 것이면, 도 4에 나타내는 바와 같이 약간 어긋나 있는 양태도 포함하는 것으로 한다. 구체적으로는, 서브 노즐(2)의 중심과 바디 날개(1)의 중심의, 직물의 폭 방향에 대한 어긋남(D1)이, 0∼3㎜의 범위 내인 것을 가리킨다. 더 구체적으로는, D1은 직물의 폭 방향에 대한 서브 노즐의 중심선(4)과 직물의 폭 방향에 대한 바디 날개의 중심선(3)의 거리로 나타난다. 서브 노즐(2)의 중심과 바디 날개(1)의 중심이 실질적으로 동일 직선 상에 배치되어 있지 않으면, 서브 노즐(2)이 날실(5b)(탄소 섬유 사조)과 찰과하기 때문에, 그 탄소 섬유 사조에서의 보풀의 발생을 억제할 수 없는 경우가 있다. 즉, 서브 노즐(2)의 중심과 바디 날개(1)의 중심이 실질적으로 동일 직선 상에 배치되어야만, 날실(5a)과의 찰과를 억제할 수 있는 것이다.

바디의 바디 날개 두께는, 0.1∼2㎜, 바람직하게는 0.3∼0.8㎜, 더 바람직하게는 0.4∼0.7㎜의 범위 내인 것이 좋다. 바디 날개 두께가 너무 작으면, 서브 노즐(2)의 물리적인 치수의 차이가 너무 커지고, 서브 노즐(2)이 너무 돌출하여 날실(5)과 찰과하는 경우가 있다. 한편, 바디 날개 두께가 너무 크면, 바디 자체의 중량이 너무 커질 뿐만 아니라, 바디 날개(1) 간의 날실(5)이 통과하는 사도가 가늘어지고, 바디 날개(1)가 날실(5)과 너무 강하게 찰과하는 경우가 있다.

계속해서, 도 5, 도 6은 각각 에어 제트 직기의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.

에어 제트 직기에서의 바디 치기 스트로크량(D2)은, 50∼150㎜, 바람직하게 는 60∼130㎜, 더 바람직하게는 70∼90㎜의 범위 내인 것이 좋다. 바디 치기 스트로크량(D2)이 너무 작으면, 씨실 삽입의 스페이스를 형성할 수 없는 경우가 있다. 한편, 바디 치기 스트로크량(D2)이 너무 크면, 바디 치기 자체의 움직임이 너무 커져서 본 발명의 과제인 고속화를 저해하는 경우가 있을 뿐만 아니라, 탄소 섬유 사조와 바디 날개의 찰과도 커지고, 탄소 섬유 사조로부터의 보풀을 억제할 수 없는 경우가 있다. 또한, 바디 치기 스트로크량(D2)이란, 가장 전진한 바디 위치(바디 치기시)와 가장 후퇴한 바디 위치(씨실 삽입시)를 연결한 직선 거리를 가리킨다.

또한, 상기 A항 (3)의 제약에 대하여, 에어 제트 직기에서의 헬드 개구량(D3)은, 10∼75㎜, 바람직하게는 20∼65㎜, 더 바람직하게는 30∼60㎜의 범위 내인 것이 좋다. 이러한 범위의 헬드 개구량(D3)이면, 고회전으로의 제직시에, 인접하는 날실끼리의 찰과를 최소한으로 하고, 탄소 섬유 사조의 보풀 일기를 억제할 수 있다. 더 구체적으로는, 개구량이 너무 크면, 날실 장력의 절대값이 높아지기 때문에 탄소 섬유 사조의 보풀 일기가 많아지고, 개구량이 너무 작으면 저구(씨실이 통과하기 위한 공간)의 형성이 충분하지 않고, 씨실 삽입을 안정되게 행할 수 없을 뿐만 아니라, 날실과 씨실의 찰과가 상대적으로 강해지고, 보풀이 발생하는 경우가 있다. 또한, 헬드 개구량(D3)이란, 개구 상사(上死)점에서의 헬드의 메일의 위치와, 폐구 하사(下死)점에서의 헬드의 메일의 위치를 연결한 직선 거리를 가리킨다.

그리고, 에어 제트 직기에는, 헬드에 도입되는 날실의 개구를 적어도 부분적으로 억제하는 누름 바를 설치하는 것이 바람직하다. 누름 바(8a, 8b)란, 구체적 으로 도 5, 도 6에 나타내는 바와 같이, 이징롤(11a, 11b)과 헬드(6)의 사이(간정)에 설치되는 것으로서, 이징롤(11a, 11b)을 거쳐 헬드(6)에 도입되는 날실(5c)을 누르고, 그 날실(5c)의 개구가 누름 바(8a, 8b)가 없는 경우의 본래의 사도(9a, 9b)로 형성되는 개구보다 작아지도록 억제하는 역할을 하는 것을 가리킨다. 즉, 그 날실에 의한 개구를 더 작아지도록 억제하는 것을 말한다. 헬드에 도입되는 날실의 개구를 적어도 부분적으로 억제함으로써, 개구 운동에 의한 인접하는 날실(5c)끼리의 찰과를 더욱 저감할 수 있다.

또한, "적어도 부분적으로 억제하는"이란, 도 5에 나타내는 바와 같이, 복수개의 날실(5c)의 전부를 눌러 전체의 개구를 억제하여도 되고, 도 6에 나타내는 바와 같이, 복수개의 날실(5c) 중의 일부를 눌러 일부의 개구를 억제하여도 된다고 하는 의미이다.

누름 바(8a, 8b)로서는, 개구를 억제할 수 있는 것이면 되고, 예를 들면 자유 회전 롤(특히 표면 바둑판 모양 가공한 것), 고정 롤(특히 표면 경면 가공한 것), 파이프, 빔, 바 등의 여러 가지 형태를 들 수 있다. 날실과 누름 바와의 찰과를 최소한으로 억제하는 관점에서는, 바둑판 모양 가공한 자유 회전 롤인 것이 바람직하다.

또한, 상기 효과를 최대한으로 발현시키기 위해서는, 간정의 사이에 날실의 장력 변동을 흡수하는 이징 기구(도 5, 6에서는 위치를 변화할 수 있는 이징롤(11a, 11b)에 상당)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 이징 기구에 의해, 특히, 개구 운동에 의한 인접하는 날실(5c)끼리의 찰과를 저감하기 위해서, 날실이 개구를 시작하는 개소부터 헬드까지의 날실 길이(D4)를 짧게 한 경우에서도, 안정되면서 또한, 균일한 날실 장력을 실현할 수 있다. 이러한 효과는, 날실이 개구를 시작하는 개소부터 헬드까지의 날실 길이(D4)가, 헬드의 개구량의 10배 이하인 때에 특히 현저하게 발현한다. 이러한 이징 기구는 헬드 매수와 동일한 수만큼 구비되고, 통사되는 헬드마다 이징 기구를 구분하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 이러한 이징 기구는 이징롤(11a, 11b)을 스프링 등에 의해 날실의 장력 변동에 의해 운동시키는 소극 방식이어도 되지만, 직기 구동 동력이나 별도 모터 등에 의해 강제적으로 운동시키는 적극 방식인 것이 바람직하다. 적극 방식이면, 더 높은 속도에서도 보풀 저감에 공헌할 수 있다.

본 발명에서, 에어 제트 직기의 바디 입구 폭은 100∼350㎝가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 130∼310㎝, 더 바람직하게는 150∼260㎝의 범위 내이다. 일반적인 셔틀 직기나 레피어 직기 등을 이용하면, 씨실 삽입 수단인 셔틀이나 레피어가 직접 씨실을 삽입할 필요가 있기 때문에, 직기 폭 즉 직기의 바디 입구 폭에 제약이 있었다. 한편, 에어 제트 직기에서는, 씨실은 에어로 삽입하기 때문에, 상기 서브 노즐을 폭 방향으로 추가하는 것만으로 용이하게 바디 입구 폭을 넓게 할 수 있다. 즉, 에어 제트 직기를 이용하는 효과를 최대한으로 발현시키기 위해서는, 상기 범위 내와 같은 광폭으로 제직하는 것이 바람직하다.

계속해서, 도 7에 나타내는, 에어 제트 직기에서의 직성의 일례를 나타내는 개략 평면도에 기초하여, 더욱 바람직한 양태를 설명한다.

에어 제트 직기의 바디 입구 폭이 상기 범위 내와 같은 광폭인 경우, 바디 입구 폭의 양단부 이외의 바디 입구 폭 내에 귀조직(19c)을 형성하여, 복수 폭의 탄소 섬유 직물(18a, 18b…)을 얻는 것이 바람직하다. 일반적으로는 바디 입구 폭의 양단부에만 귀조직을 형성하여 1폭의 탄소 섬유 직물을 얻지만, 양단부 이외의 바디 입구 폭 내에도 귀조직(19c…)을 형성하여, 2폭 이상의 탄소 섬유 직물(18a, 18b…)을 동시에 얻으면, 더한층 생산성을 향상시킬 수 있다. 더 바람직하게는, 2∼12폭, 더욱 바람직하게는 3∼7폭의 범위 내이다. 12폭을 넘으면, 바디 입구 폭 내에 귀조직을 형성하기 위한 장치(예를 들면, 귀조직 장치, 듀프 헬드, "클로커" 헬드 등) 등이 많이 필요하게 되고, 고속화의 방해가 될 뿐만 아니라, 장치 배치 상의 제약을 받는 경우도 있다.

또한, 에어 제트 직기를 이용하는 제직에서, 씨실 삽입 후에 헬드를 개폐구하여 탄소 섬유 직물을 직성한 후, 씨실의 방이(房耳)를 직물 폭 내에 턱인(tuck-in)할 수도 있다. 턱인 장치로 방이를 직물 폭 내에 되접어 꺽음으로써, 셔틀 직기로 제직한 것처럼방이가 없는 직물을 얻을 수 있다. 턱인된 귀조직을 가지는 일방향성 탄소 섬유 직물은, 예를 들면 콘크리트 보수·보강에 이용되는 경우, 콘크리트에 수지를 도포하여 일방향성 탄소 섬유 직물을 접착하는 경우에, 도포하는 수지량을 최소한으로 억제할 수 있다.

본 발명에서는, 상기 B항 (1)의 제약에 대해서는, 섬도가 400∼6,000tex인 탄소 섬유 사조를 날실로 하고, 보조 섬유를 씨실로 한 일방향성 탄소 섬유 직물을 제직한다. 본 발명에서 이용하는 탄소 섬유 사조의 섬도가 너무 작으면, 날실의 직밀도가 너무 촘촘하게 되고, 상기 A항 (3)에 기재된 바와 같이, 탄소 섬유 사조 의 보풀이 많아지고, 탄소 섬유 직물의 품위를 해친다. 한편, 이용하는 탄소 섬유 사조의 섬도가 너무 크면, 날실의 틈새가 너무 커지고, 에어 제트 직기의 씨실 삽입 효율이 저하된다. 또 다른 관점에서는, 탄소 섬유 사조의 섬도가 상기한 범위이면, 탄소 섬유 사조를 저렴하게 입수할 수 있다. 이러한 범위의 탄소 섬유 사조를 이용하여 에어 제트 직기에 의해 제직하는 것은, 더한층 생산성을 향상시키는 것을 의미하고, 본 발명의 효과가 크게 발휘되는 것이다.

본 발명에서 이용하는 보조 섬유는, 날실인 탄소 섬유 사조의 섬도의 1/5 이하, 바람직하게는 1/20∼1/500, 더 바람직하게는 1/100∼1/250의 섬도의 것을 이용한다. 이러한 섬도가 너무 크면, 일방향성 직물에서 탄소 섬유 사조를 굴곡시키는 것에 의한 역학 특성의 저하를 유발한다. 한편, 이러한 섬도가 너무 작으면, 보조 섬유의 강도가 너무 낮아지는 것을 의미하고, 제직시에 씨실 끊김이 많이 발생하는 경우가 있다.

씨실 삽입을 에어 제트 직기로 행한 경우, 씨실에 탄소 섬유 사조를 이용하면, 탄소 섬유 사조가 쉽게 보풀이 이는 것, 발생한 보풀이 노즐 등의 직기 부품에 막히는 문제가 발생하는 경우가 있다. 이러한 보조 섬유를 씨실에 이용한 일방향성 직물이면, 씨실 삽입을 에어 제트 직기로 행하여도 상기 문제가 발생하지 않고, 탄소 섬유 직물의 생산성을 해치는 일이 없다.

이러한 보조 섬유로서는, 예를 들면 유리 섬유, 금속 섬유 등의 무기 섬유(탄소 섬유는 제외함)나, 아라미드 섬유, PBO 섬유, 나일론 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리비닐알코올 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리페닐렌설파이 드 섬유, 면 섬유 등의 유기 섬유를 이용할 수 있는데, 그 중에서도, 특히 가열시 수축률이 작아 탄소 섬유 직물의 폭 방향의 수축을 최소한으로 할 수 있는, 탄소 섬유 이외의 무기 섬유가 바람직하고, 보풀 발생을 최소한으로 억제하는 것으로서 특히 유리 섬유가 바람직하다.

또한, 보조 섬유로서는, 에어의 분사에 의한 씨실의 비주성의 관점으로부터, 방적사, 연사, 교락 가공사, 또는 커버링 가공사(심사에 초사를 휘감은 복합사)가 바람직하다. 구체예로서는, 유리 섬유 및/또는 유기 섬유의 방적사, 또는 유리 섬유 및/또는 유기 섬유의 교락 가공사(바람직하게는 타슬란 가공사)인 것이 바람직하다. 이러한 보조 섬유를 이용하면, 단순한 필라멘트사에 비하여 현격히 에어 제트에 의한 비주성을 안정시킬 수 있다. 또한, 직성한 후의 탄소 섬유 사조와의 마찰 계수를 크게 할 수 있고, 본 발명의 과제인 씨실의 사행을 최소한으로 억제할 수도 있다. 다른 구체예로서, 유리 섬유를 심사로 하여 유기 섬유의 필라멘트사를 커버링한 커버링 가공사도 바람직하다. 커버링 가공사에서, 유리 섬유 및 유기 섬유의 모두가 필라멘트사이어도, 커버링 가공에 의해 씨실의 실 갈라짐·씨실 보풀 등을 억제할 수 있어 에어 제트에 의한 비주성을 안정시킬 수 있다. 여기서 이용하는 바람직한 유기 섬유로서는, 저융점 폴리머 섬유(공중합 폴리아미드, 공중합 폴리에스테르, 폴리올레핀, 공중합 폴리올레핀 등으로 이루어지는 섬유)를 들 수 있다. 이러한 저융점 폴리머 섬유를 이용하면, 얻어진 탄소 섬유 직물을 가열함으로써 탄소 섬유 사조와 보조 섬유를 접착하여 충전을 행할 수 있고, 얻어진 탄소 섬유 직물에서 씨실이 사행되지 않고 곧게 배열되어 있는 품위가 뛰어난 형태를 유 지하는 것이 용이해진다.

다른 관점으로부터, 본 발명에서는, 상기 C항 (1)의 제약에 대하여, JIS-R7601(1986) 「탄소 섬유 시험 방법」에 따라 측정된 인장 강도가 4,000㎫ 이상, 바람직하게는 5,000㎫ 이상인 탄소 섬유 사조를 이용하는 것이 좋다. 이러한 범위의 인장 강도이면, 보풀이 발생하기 어렵고, 품위가 높은 탄소 섬유 직물을 제조할 수 있다. 또한, 인장 강도에 상한은 없고, 높으면 높은 쪽이 바람직하지만, 현재 생각되는 기술 범위에서는 7,000㎫가 상한이라고 생각된다.

그런데, 종래, 탄소 섬유 직물의 제조에 이용되었던 셔틀 직기나 레피어 직기에서는, 씨실을 직접 잡아 당겨서 삽입하기 때문에 씨실 자체에 장력을 부여할 수 있고, 본 발명의 과제인 씨실의 사행에 관한 문제는 비교적 현재화하기 어렵지만, 씨실의 삽입에서 씨실에 직접 장력을 부여할 수 없는 에어 제트 직기에서는, 이러한 문제가 현재화하기 쉽다. 그러나, 본 발명에서는, 직성 전 및/또는 직성 후에 씨실에 장력을 부여함으로써, 이러한 과제를 해결하는 것이 바람직하다. 이하에, 도 7을 참조하면서 상세하게 설명한다.

우선, 직성하는 탄소 섬유 직물의 적어도 반 씨실 삽입측(B)의 단부에, 탄소 섬유 직물을 구성하는 씨실과 동일한 씨실(14)로 별도 조직(19b)을 동시에 직성한다. 이 때, 직성된 탄소 섬유 직물이나 별도 조직(19)은 연속적으로 하류측으로 반송되는데, 하류측에서는, 별도 조직(19b)과 탄소 섬유 직물(18b)의 사이에서 씨실을 절단하여, 반송 중인 별도 조직과 탄소 섬유 직물을 부분적으로 분리하고, 별도 조직에 꼬임을 가한다. 물론, 반 씨실 삽입측(B)과 마찬가지로, 씨실 삽입 측(A)의 단부에, 탄소 섬유 직물과 동일한 씨실(14)로 별도 조직(19a)을 동시에 직성하고, 나아가서는, 바디 입구 폭의 양단부 이외의 바디 입구 폭 내에 별도 조직을 직성하고, 그들 별도 조직에 꼬임을 가하여도 된다. 이러한 별도 조직(19a, 19b…)을 가연함으로써, 탄소 섬유 직물(18a, 18b, 18c…) 중에 직성된 씨실(14)에 장력을 가할 수 있고, 씨실이 곧게 배열되어 있는 품위가 뛰어난 탄소 섬유 직물을 더욱 쉽게 얻을 수 있다.

별도 조직에 꼬임을 가하는 방법으로서는, 예를 들면, 구멍을 가진 가이드를 이용하고, 그 구멍에 별도 조직을 통과시켜 가이드를 회전시키거나, 별도 조직의 상하면을 각각 엔드리스 벨트로 끼워 넣어 벨트를 회전시키거나 하는 방법을 예시할 수 있다. 그 중에서도, 장치가 간편하고 에어 제트 직기 상에 용이하게 장착된다고 하는 점으로부터는, 전자가 바람직하다.

또한, 씨실(14)에 장력을 가하기 위해서는, 상기 별도 조직을 직성하면서, 또는 직성한 후에, 상기 별도 조직(19a, 19b)과 탄소 섬유 직물(18a, 18b)의 사이의 거리가 넓어지도록, 별도 조직을 안내하는 것이 바람직하다. 그와 같이 별도 조직을 안내하는 방법으로서는, 하류측에서 주는 꼬임을 크게 하거나, 하류측에서 분리된 별도 조직을 파지하여 탄소 섬유 직물(18a, 18b)로부터 퇴피시키는 방향으로 안내하거나 하는 방법을 예시할 수 있다. 더 효율적으로 효과를 발현시키기 위해서는, 별도 조직(19a, 19b)과 탄소 섬유 직물(18a, 18b)의 사이에서 씨실이 절단되기 전에 별도 조직과 탄소 섬유 직물과의 거리가 넓어지도록, 하류측에서 주는 꼬임을 크게 하는 방법이 바람직하다.

또한, 이러한 양태에서는, 일방향성 탄소 섬유 직물(18a, 18b, 18c…)이 평직, 능직 또는 수자직의 조직이고, 별도 조직(19a, 19b…)이 평직, 레노직 또는 그들의 조합의 조직인 것이 바람직하다. 특히 전술한 바와 같이 씨실에 장력을 부여시키기 위해서는, 별도 조직의 날실(17)과 씨실(14)의 교착이 많거나 또는 강한 쪽이 바람직하다. 따라서, 별도 조직은 레노직 조직인 것이 특히 바람직하다. 또한, 일방향성 탄소 섬유 직물(18a, 18b, 18c)의 날실(5)은, 섬도가 400∼6,000tex인 탄소 섬유 사조이지만, 별도 조직(19a, 19b…)의 날실(17)은 고가의 탄소 섬유 사조일 필요는 없고, 전술한 씨실에 이용하는 보조 섬유와 동일한 것을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 탄소 섬유 사조가 아니라, 보조 섬유로서 설명한 상기 섬유를 별도 조직의 날실(17)로서 이용하는 경우, 가열시 수축률이 작아 탄소 섬유 직물의 수축을 최소한으로 억제할 수 있다고 하는 점으로부터, 씨실과 마찬가지의 유리 섬유를 날실(17)로서 이용하는 것이 바람직하지만, 실 끊김을 최소한으로 억제한다고 하는 관점에서는 유기 섬유인 아라미드 섬유를 이러한 날실(17)으로서 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 직성 전 및/또는 직성 후에 씨실에 장력을 부여하기 위해서는, 도 1, 도 2에 나타내며 전술한 바와 같이, 직성하는 탄소 섬유 직물의 반 씨실 삽입측에, 양단이 개구하고 있는 관상체(15a, b)를 배치하고, 탄소 섬유 직물을 직성하기 위해서 삽입한 씨실(14)을 그 관상체(15a, b)의 한쪽 개구(입구)로부터 다른 쪽 개구(출구)로 통과시키는 것도 바람직하다.

구체적으로, 도 1에 나타내는 양태에서는, 굴곡되어 있는 관상체(15a)가 바 디(7)의 이측(씨실이 삽입되지 않는 쪽)에 배치되어 있고, 바디 입구 폭의 단부에까지 비주해 온 씨실(14)에, 스트레치 노즐(16) 등을 이용하여 바디의 표측으로부터 이측으로 향하는 에어를 내뿜음으로써, 그 씨실(14)이 관상체(15a) 안을 통과한다. 또한, 도 2에서는, 직선상의 관상체(15b)가, 씨실의 비주 방향과 교차하도록(즉, 비주 방향으로 평행이 되지 않도록), 또한, 바디의 표측(씨실이 삽입되는 쪽)에 배치되어 있고, 바디 입구 폭의 단부에까지 비주해 온 씨실(14)에, 스트레치 노즐(도시 생략) 등을 이용하여 관상체의 출구로 향하는 에어를 내뿜으로써, 씨실(14)이 관상체(15b) 안에 통과한다. 이러한 관상체에는, 스트레치 노즐 등에 의한 에어의 분사뿐만 아니라, 관상체 내를 감압함으로써, 더욱 효율적이면서 확실하게 씨실을 관상체 안을 통과시킬 수 있다.

직성 전 및/또는 직성 후에 씨실에 장력을 부여하기 위해서는, 삽입한 씨실을 반 씨실 삽입측(B)에 배치된 클램프 수단(도시 생략)으로 직접적으로 파지하여도 된다. 이러한 클램프 수단은 씨실이 삽입된 것을 검출하는 검출기로부터의 신호와 동기하여 운동하는 것이 바람직하다. 또한, 헬드의 폐구 운동의 직전에 삽입한 씨실에, 씨실 삽입측(A)으로 되돌리려는 방향의 힘을 부여하여도 된다. 이러한 양태에 따라서도, 직성 전 및/또는 직성 후에 씨실에 장력을 부여할 수도 있다. 씨실에 되돌리려는 방향의 힘을 부여하는 방법으로서는, 씨실 삽입측에 배치되어 있는, 씨실을 통과시키는 가이드 위치를, 바디 치기마다 씨실이 되돌려지는 방향으로 이동시킨다고 하는 방법이나, 씨실을 보유하는 풀링 장치(인입 장치)를 설치하여, 씨실이 비주하고 있을 때 이외에는, 씨실이 되돌려지는 방향으로 항상 장력을 부여해 두는 방법 등을 들 수 있다. 장치가 간이해진다고 하는 점으로부터는, 전자가 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 제조하는 탄소 섬유 직물에 선상 또는 점상의 형태로 수지를 접착하는 것이 바람직하다. 수지가 직물에 접착하고 있으면, 탄소 섬유 직물의 형태를 안정시킬 수 있고, 탄소 섬유 직물의 취급성을 향상시킬 수 있다.

수지는 섬유 형태, 입자 형태, 물에 용해 또는 분산시킨 유화액 형태나 분산액 형태 등, 임의의 형태로 탄소 섬유 직물에 부여하여 접착시킬 수 있다. 그 중에서도, 간이하게 접착할 수 있는 것, 및 상기한 기능 발현의 면으로부터, 고형의 섬유 형태, 고형의 입자 형태의 수지를 이용하고, 그것을 직물에 접착시키는 것이 바람직하다. 이러한 섬유 형태의 경우, 탄소 섬유 사조나 보조 섬유와 가지런히 하여 함께 제직하고, 접착하여도 되고, 탄소 섬유 사조나 보조 섬유와, 커버링 가공, 합연 가공, 혼방 등에 의해 복합사를 형성한 것을 이용하여 모두 제직하고, 접착하여도 된다. 특히, 직물의 취급을 향상시키는 경우는, 섬유 형태의 수지를 씨실로서 가지런히 하여 삽입하거나, 탄소 섬유 또는 보조 섬유와 커버링 가공이나 합연 가공하여 복합사로 한 것을 씨실로서 삽입하여 접착하면 효과적이다. 또한, 입자 형태의 수지를 이용하는 경우, 제직한 탄소 섬유 직물의 표면에, 고형의 입자상 수지를 도포하여 접착하여도 되고, 물 등의 액체에 분산시킨 상태에서, 그 분산체를 도포하여 접착하여도 된다.

탄소 섬유 직물에 접착하는 수지로서는, 탄소 섬유 직물의 취급성을 향상시키고/거나 탄소 섬유 직물을 이용한 복합 재료의 역학 특성을 향상시키는 것이면 특별히 한정되지 않고, 열경화성 수지 및/또는 열가소성 수지를 적당히 선택하여 사용할 수 있다. 직물의 취급을 향상시키는 것만의 관점으로부터는, 에폭시, 불포화 폴리에스테르, 비닐에스테르, 페녹시, 폴리아미드, 폴리에스테르, 폴리비닐포르말 및 폴리올레핀으로부터 선택되는 적어도 1종인 것이 바람직하고, 그 중에서도 특히 에폭시, 폴리아미드가 특히 바람직하다. 이러한 수지는 DSC(시차 주사 열량계)로 절건 상태로부터 20℃/분의 승온 속도로 측정되는 융점(Tm)(융점을 갖지 않는 것은 유리 전이점+50℃)이 150℃ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 융점(Tm)은 탄소 섬유 직물을 통상 환경 하에서 취급하는 경우의 취급성의 면으로부터, 50℃ 이상인 것이 바람직하다.

이러한 수지를 접착시키는 방법으로서는, 탄소 섬유 직물과 열원을 접촉시켜 가열하여도 되고, 탄소 섬유 직물과 열원을 접촉시키지 않고 가열함으로써, 부착한 수지를 직물에 접착시켜도 된다. 예를 들면 1m/분 이상의 고속으로 탄소 섬유 직물을 제조하는 경우, 탄소 섬유 직물과 열원을 접촉시켜 가열하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는, 열원과 접촉시켜 가열하는 방법과, 접촉시키지 않고 가열하는 방법을 병용하여 가열하는 것이 좋다. 본 발명에서는, 열전도성이 뛰어난 탄소 섬유를 이용하기 때문에, 상기 열원을 복수개로 연속해서 탄소 섬유 직물의 제조 공정에 배치함으로써, 예를 들면 1m/분 이상의 고속으로도 수지를 효율적으로 접착시킬 수 있다. 이러한 열원으로서는, 접촉시키는 경우는 가열 롤이나 열판을 들 수 있다. 또한, 접촉시키지 않는 경우에는 원적외선이나 근적외선 등의 방사열 히터 등을 들 수 있다.

또한, 더한층 생산성을 높이기 위해서, 제직한 탄소 섬유 직물을 소정 길이(L1)로 일단 권취하고, 권취한 탄소 섬유 직물을 소정 길이(L1)의 절반 이하인 제품 길이(L2)로 분할하여 재차 권취하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 얻어지는 탄소 섬유 직물은 주로 CFRP의 강화재로서 이용되기 때문에, 권취하지 않고 상자로 포장되면, 주름이나 굴곡이 발생하여 탄소 섬유 사조를 손상시키거나, 탄소 섬유 사조의 배열(진직성)을 어지럽히는 경우가 있다. 그 때문에, 권취된 양태를 제품 형태로 하는 것이 바람직하다.

한편, 권취하는 것을 전제로 하면, 본 발명에 의해 높은 생산 속도를 달성하여도 권취 길이가 짧으면, 직기를 빈번하게 정기(停機)시킬 필요가 있고, 본 발명의 효과가 효율적으로 발현되기 어렵다. 따라서, 전술한 바와 같이, 제품 길이(L2)의 2배 이상의 길이의 소정 길이(L1)를 연속해서 제직하고, 제품 코어와는 상이한 중간 코어(예를 들면, 지관, 철관 등)에 일단 권취하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써, 직기의 정기 빈도를 최소한으로 억제하고, 한층 높은 생산 속도(직기의 회전수)를 달성할 수 있다. 일단 권취한 소정 길이(L1)의 탄소 섬유 직물은 별도 공정에서 소정 길이(L1)의 절반 이하인 제품 길이(L2)로 분할하여 재차 권취하는 것이 바람직하다.

소정 길이(L1)는 제품 길이(L2)의 3배 이상이 더 바람직하고, 나아가 5배 이상이 바람직하다. 또한, 다른 관점에서는, 소정 길이(L1)는 300m 이상이 바람직하고, 500m 이상이 더욱 바람직하고, 700m 이상이 더 바람직하다.

본 발명에서는, 날실인 탄소 섬유 사조를 각 보빈으로부터 해서해서 가지런 히 하여, 직접 직기에 안내하여 제직하는 것이 바람직하다. 일단, 각 보빈을 정경 또는 부분 정경하고 나서(비밍하고 나서) 시트상의 날실군을 가지런히 하여 직기에 안내하면, 특히, 섬도가 400∼6,000tex인 태섬도의 탄소 섬유 사조를 이용하는 경우, 각 탄소 섬유 사조에서의 두께 불균일이 발생하기 쉽고, 사조 간에 실 길이의 차가 생기는 경우가 많다. 이에 기인하여, 느슨해진 탄소 섬유 사조가 제직 중에 버르적거려서 그 배열(진직성)을 어지럽히는 경우가 있다. 또한, 얻어진 직물 자체에도 요철이 발생하여, 직물 품위가 떨어지는 경우가 있다. 상기 문제는, 정경 또는 부분 정경을 행하지 않고, 각 보빈으로부터 탄소 섬유 사조를 각각 가지런히 하여 직접 직기에 안내하여 제직함으로써 해소된다.

<실시예>

이하에, 본 발명의 실시예, 비교예에 대하여 설명한다. 또한, 각 특성에 대해서는 하기와 같이 평가하였다.

(제직성)

적어도 300m의 연속 운전이 가능한지의 여부로 판단하였다.

A:300m 이상의 연속 운전이 가능

B:300m 이상의 연속 운전이 불가능

(발생 보풀)

제직시의 헬드, 바디에 걸린 날실의 보풀 발생의 양을, 비교예 1일 때의 양을 기준으로 육안으로 판단하였다.

A:비교예 1일 때의 양보다 매우 적음

B:비교예 1일 때의 양보다 적음

C:비교예 1일 때의 양

(씨실 비주성)

제직시의 씨실의 보풀 발생의 양을, 비교예 1일 때의 양을 기준으로 육안으로 판단하였다.

A:비교예 1일 때의 양보다 매우 적음

B:비교예 1일 때의 양보다 적음

C:비교예 1일 때의 양

(직물 취급성)

직물을 15㎝의 정방형으로 가위로 잘랐을 때의, 눈 어긋남과 풀림성을 육안으로 확인하였다.

A:제품으로서 무시할 수 있는 정도의 눈 어긋남, 풀림

(직물에서의 날실 길이 차 및 날실 길이 변동 계수)

다음의 순서로 측정하였다.

(c) 측정 기준으로부터, 직물 폭 방향의 양단부의 날실 각각에 대하여 5000㎜를 측장하고, 그 개소를 연결한 선으로 절단한다. 측장시에는, 직물이 느슨해지지 않도록 연반하여 무장력 하에서 정치하여 5000㎜를 장척 메저로 측장한다.

(직물에서의 날실 틈새)

다음의 순서로 측정하였다.

(h) 탄소 섬유 직물로부터 15㎝ 길이를 잘라낸다.

(i) 잘라낸 직물을 광학 현미경으로 관찰하여, 직물 전체 폭에 걸쳐, 날실끼리의 틈새의 거리를 차례로 0.01㎜의 자리수까지 측정하고, 그들 값의 평균값을 산출한다.

(직물에서의 수지 함침성)

2장 겹친 일방향성 직물의 상면에 상온 경화형 에폭시 수지(도레이(주)제 TS레진(S))을 늘어뜨려, 핸드 레이업법으로 함침시켰을 때의 이면에의 함침성을 육안으로 확인하였다.

A:수지가 빠르게 함침

B:A보다 느리지만, 제품으로서 이용할 수 있는 정도의 시간으로 수지가 함침

(직물의 요철)

바닥 위에 일방향 직물을 5m 연반하여 육안으로 확인하였다. 제품으로서 무시할 수 없는 정도의 요철(고저차가 3㎜ 정도 이상인 요철)의 유무로 판단하였다.

A:제품으로서 무시할 수 없는 정도의 요철 없음

B:제품으로서 무시할 수 없는 정도의 요철(고저차가 3㎜ 정도 이상인 요철) 있음

(직물에서의 씨실의 사행)

A:비교예 2, 또는 비교예 2와 동등한 진직성

B:비교예 2일 때의 진직성보다 약간 떨어지지만, 제품으로서 무시할 수 있는 정도의 사행

(실시예 1)

이하의 날실, 씨실을 이용하여, 날실 밀도가 2.5개/㎝, 씨실 밀도가 3개/㎝인 일방향성 직물(평직 조직, 탄소 섬유 단위 면적당 중량 200g/㎡)을, 에어 제트 직기(츠다코마공업(주)제 ZA100)로 1.1m/분의 속도로 제직하였다.

날실:섬도가 800tex인 탄소 섬유 사조(JIS-R7601(1986)에 따라 측정된 인장 강도 4,900㎫, 꼬임 수 0턴/m)

씨실:유리 얀(ECE225 1/0 1.0Z)에, 공중합 나일론사(5.5tex, 융점 110℃)를 250턴/m로 커버링한 것(섬도 28tex)

탄소 섬유 사조(날실)는 각 보빈으로부터 해서하여 가지런히 하여, 정경하지 않고 직접 바디 입구 폭 127㎝로 직기에 안내하였다. 날실이 개구를 시작하는 개소부터 헬드까지의 날실 길이는, 헬드 개구량의 12배로 하였다. 또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 누름 바(8a)로서 자유 회전 롤(표면 바둑판 모양 가공)을 이용하고, 헬드에 도입되는 날실의 개구를 부분적으로 억제하도록 하였다.(본래 누름 바(8a)가 없는 경우의 사도(9a)보다, 그 누름 바(8a)를 배치함으로써 억제된 날실(5c)의 개구량(연직 방향의 길이)이, 그 누름 바(8a)의 위치에서 5㎝ 작게 하였다).

씨실 삽입은 메인 노즐 1개(0.25㎫), 서브 노즐 16개(0.4㎫)에 의해, 타입 회수가 340회/분으로 되도록 행하였다. 여기서, 서브 노즐의 배치 간격은 씨실 삽입측부터 차례로 70㎜ 간격으로 2개, 55㎜ 간격으로 6개, 50㎜ 간격으로 4개, 45㎜ 간격으로 4개로 되도록 하여, 씨실 삽입측에서의 최단부의 서브 노즐과 인접하는 서브 노즐의 사이의 거리보다, 반 씨실 삽입측에서의 거리를 짧게 하였다.

또한, 헬드의 개구량은 60㎜, 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도는 0°, 바디 치기 스트로크는 85㎜, 바디 날개 두께는 0.5㎜였다. 서브 노즐과 바디 날개는, 그들의 중심이 직물의 길이 방향에 평행한 동일 직선 상에 존재하도록 배치하였다. 또한, 모터 구동의 적극 방식의 이징 기구를 이용하여 날실의 장력 변동을 흡수하였다.

직성 후는, 열원인 4개의 가열 롤러와 직물을 직접 접촉시키면서 가열함으로써, 씨실에 이용한 공중합 나일론사를 탄소 섬유 사조에 접착하였다.

이러한 제직에서, 헬드, 바디에서의 보풀 발생은 억제되어 있고, 적어도 300m의 연속 운전이 가능하였다. 또한, 씨실의 반 씨실 삽입측에의 도착 타이밍은 약간 편차가 있었지만, 비주성으로서는 제직에 문제 없는 레벨이었다.

제직한 탄소 섬유 직물을 소정 길이 300m로 일단 권취하고, 권취한 탄소 섬유 직물을 제품 길이인 50m로 분할하여 재차 권취하였다. 이에 의해, 연속해서 300m 길이를 제직할 수 있고, 50m마다 직기를 정기시킬 필요는 없고, 고속으로의 제직을 계속할 수 있었다. 즉 생산성이 뛰어났다.

얻어진 일방향성 직물은 선상으로 공중합 나일론사가 접착하여 충전되어 있고, 취급성이 뛰어났다. 또한, 날실끼리의 틈새가 0.15㎜이고, 충분히 틈새가 벌어져 있기 때문에, 수지를 함침시켰을 때의 함침성도 뛰어났다. 또한, 일방향성 직물에서의 날실의 길이의 차는 0.06％, 그 변동 계수는 4％이고, 바닥 위에 일방향 직물을 5m 연반한 결과, 제품으로서 문제가 되는 정도의 요철은 전혀 보이지 않았다. 씨실은 약간 사행하여 배향하고, 레피어 직기를 이용한 비교예 2보다는 약간 떨어지지만, 제품으로서 문제가 될 정도는 아니었다.

(실시예 2)

하기의 점을 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 탄소 섬유 직물을 제직하였다.

·에어 제트 직기로서 광폭기(바디 입구 폭 152㎝)를 이용한 점

·서브 노즐을 24개로 하고, 그들 서브 노즐의 배치 간격을, 씨실 삽입측부터 차례로 70㎜ 간격으로 2개, 55㎜ 간격으로 10개, 50㎜ 간격으로 10개, 45㎜ 간격으로 4개로 되도록 하여, 씨실 삽입측에서의 최단부의 서브 노즐과 인접하는 서 브 노즐의 사이의 거리보다, 반 씨실 삽입측에서의 거리를 짧게 한 점

·씨실의 유리 얀으로서 유리 벌키 얀(ECE225 1/0 1.OZ의 타슬란 가공사)을 이용하고, 그것을 실시예 1과 동일한 공중합 나일론사로 커버링한 점

·도 6에 나타내는 바와 같이, 누름 바(8b)로서 자유 회전 롤(표면 바둑판 모양 가공)을 이용하고, 헬드에 도입되는 날실(5c)을 부분적으로 개구하지 않도록(누름 바(8b)의 위치까지 날실(5c)의 사도가 가지런해지도록, 날실이 개구를 시작하는 개소(누름 바(8b))부터 헬드까지의 날실의 길이(D4)가 헬드 개구량의 5배로 되도록) 억제하여 직기에 안내한 점

·스프링에 의한 소극 방식의 이징 기구를 이용한 점

·가열 롤러에 더하여 원적외선 히터 2개와 직물을 접촉시키지 않고 직성 후에 가열한 점

이러한 제직에서도, 날실 헬드, 바디에서의 보풀 발생은 실시예 1보다 억제되어 있고, 적어도 300m는 연속 운전이 가능하였다. 또한, 씨실의 반 씨실 삽입측에의 도착 타이밍이 실시예 1보다 안정되어 있고, 비주성이 안정되어 있었다.

제직한 탄소 섬유 직물을 소정 길이 300m로 일단 권취하고, 권취한 탄소 섬유 직물을 제품 길이인 50m로 분할하여 재차 권취하였다.

얻어진 일방향성 직물은 선상으로 공중합 나일론사가 접착하여 충전되어 있고, 취급성이 뛰어났다. 또한, 날실끼리의 틈새가 0.21㎜이고, 충분히 틈새가 벌어져 있기 때문에, 수지를 함침시켰을 때의 함침성도 뛰어났다. 또한, 일방향성 직물에서의 날실의 길이의 차는 0.07％, 그 변동 계수는 5％이고, 바닥 위에 일방 향 직물을 5m 연반하였으나, 제품으로서 문제가 되는 정도의 요철은 전혀 보이지 않았다. 씨실은 실시예 1과 마찬가지로, 약간이지만 사행하여 배향하고 있었지만 제품으로서 문제가 되는 정도는 아니었다.

(실시예 3)

·탄소 섬유 직물이 날실 밀도를 3.9개/㎝, 씨실 밀도를 5개/㎝, 탄소 섬유 단위 면적당 중량을 315g/㎡로 한 점

·직성하는 탄소 섬유 직물의 씨실 삽입측 및 반 씨실 삽입측의 단부에, 탄소 섬유 직물(평직 조직)과 동일한 씨실로 별도 조직(레노직 조직)을 동시에 직성함과 함께, 하류측에서 씨실을 별도 조직과 탄소 섬유 직물의 사이에서 절단하여 별도 조직과 탄소 섬유 직물을 분리하고, 분리된 별도 조직의 일부를 구멍을 가진 가이드에 통과시켜, 그 가이드를 회전시켜 별도 조직에 꼬임을 가한 점(즉, 상기 별도 조직을 직성하면서 상기 별도 조직과 탄소 섬유 직물의 거리가 넓어지도록 별도 조직을 안내하도록 한 점)

·직성하는 탄소 섬유 직물의 씨실 삽입측과는 반대측에 축이 굴곡하고 있는 관상체를 배치하고, 탄소 섬유 직물을 직성하기 위해서 삽입한 씨실을, 바디의 표측으로부터 이측을 향하여 내뿜은 에어에 의해 그 관상체의 한쪽 개구로부터 다른 쪽 개구로 통과시킨 점

·메인 노즐을 복수개 설치한 점(즉 메인 노즐(12)의 상류측에 보조 메인 노 즐을 배치한 점)

이러한 제직에서는, 실시예 1과 마찬가지로 날실 헬드, 바디에서의 보풀 발생은 억제되어 있고, 적어도 300m는 연속 운전이 가능하였다. 또한, 씨실의 반 씨실 삽입측에의 도착 타이밍은, 실시예 2와 마찬가지로 안정되어 있고, 비주성이 안정되어 있었다.

얻어진 일방향성 직물은 선상으로 공중합 나일론사가 접착하여 충전되어 있고, 취급성이 뛰어났다. 날실끼리의 틈새는 0.1㎜이고, 실시예 1, 2만큼은 아니지만, 틈새가 벌어져 있기 때문에 수지를 함침시켰을 때의 함침성은 양호하였다. 또한, 일방향성 직물에서의 날실의 길이의 차는 0.05％, 그 변동 계수는 4％이고, 바닥 위에 일방향 직물을 5m 연반한 결과, 제품으로서 문제가 되는 정도의 요철은 전혀 보이지 않았다. 씨실은, 실시예 1, 2보다 사행이 억제되어 있고, 레피어 직기를 이용한 비교예 2와 동 레벨로, 매우 곧게 배향되어 있었다.

(실시예 4)

하기의 점을 변경한 것 이외에는, 실시예 3과 마찬가지로 하여 탄소 섬유 직물을 제직하였다.

·탄소 섬유 직물의 직조직을 평직 대신에 2/2 능직 조직으로 하고, 별도 조직을 레노직 대신에 평직 조직으로 한 점,

·상기 별도 조직을 직성한 후에 상기 별도 조직과 탄소 섬유 직물의 거리가 넓어지도록 별도 조직을 안내한 점

·굴곡된 관상체 대신에 직선상의 관상체를, 축이 씨실의 비주 방향과 교차하도록 바디의 표측에 배치하고, 탄소 섬유 직물을 직성하기 위해서 삽입한 씨실에 관상체의 출구로 향하는 에어를 내뿜어, 그 씨실을 관상체 안으로 통과시킨 점

·씨실 삽입측에 씨실을 통과시키는 가이드를 배치하고, 그 가이드 위치를 바디 치기마다 씨실이 되돌려지는 방향으로 이동시키고, 삽입한 씨실에 씨실 삽입측에 되돌리려는 방향의 힘을 부여한 점

·씨실로서, 커버링 가공사 대신에 유리 섬유와 공중합 나일론사(5.5tex, 융점 110℃)의 방적사를 이용한 점

이러한 제직에서도, 실시예 3과 마찬가지로 헬드, 바디에서의 보풀 발생은 억제되어 있고, 적어도 300m는 연속 운전이 가능하였다. 또한, 씨실의 반 씨실 삽입측에의 도착 타이밍이 실시예 2, 3과 마찬가지로 안정되어 있고, 비주성이 안정되어 있었다.

얻어진 일방향성 직물은 선상으로 공중합 나일론사가 접착하여 충전되어 있고, 취급성이 뛰어났다. 또한, 일방향성 직물에서의 날실의 길이의 차는 0.07％, 그 변동 계수는 5％이고, 바닥 위에 일방향 직물을 5m 연반한 결과, 제품으로서 문제가 되는 정도의 요철은 전혀 보이지 않았다. 씨실의 사행은 실시예 3과 마찬가지로 억제되어 있고, 씨실이 매우 곧게 배향되어 있었다.

(실시예 5)

·관상체 대신에, 씨실이 삽입된 것을 검출하는 검출기로부터의 신호와 동기 하여 운동하는 클램프 수단을 설치하고, 그 클램프 수단으로 삽입한 씨실을 파지하고, 씨실에 장력을 부여한 점

이러한 제직에서도, 실시예 1과 마찬가지로 헬드, 바디에서의 보풀 발생은 억제되어 있고, 적어도 300m는 연속 운전이 가능하였다. 또한, 씨실의 반 씨실 삽입측에의 도착 타이밍은 실시예 1과 마찬가지이고, 비주성으로서 제직에는 문제 없는 레벨이었다.

얻어진 일방향성 직물은 선상으로 공중합 나일론사가 접착하여 충전되어 있고, 취급성이 뛰어났다. 날실끼리의 틈새가 0.1㎜이고, 실시예 1, 2만큼은 아니지만, 틈새가 벌어져 있기 때문에 수지를 함침시켰을 때의 함침성은 양호하였다. 또한, 일방향성 직물에서의 날실의 길이의 차는 0.07％, 그 변동 계수는 5％이고, 바닥 위에 일방향 직물을 5m 연반한 결과, 제품으로서 문제가 되는 정도의 요철은 전혀 보이지 않았다. 씨실의 사행은, 실시예 3, 4와 동 레벨로 억제되어 있고, 씨실이 매우 곧게 배향되어 있었다.

(실시예 6)

·누름 바(8a)를 이용하지 않고, 헬드에 도입되는 날실의 개구를 부분적으로 억제하지 않도록 한 점

이러한 제직에서도, 헬드, 바디에서의 보풀 발생은 실시예 1에 비해 약간 많지만 제품으로서 문제가 되는 정도는 아니고, 적어도 300m는 연속 운전이 가능하였다. 또한, 씨실의 반 씨실 삽입측에의 도착 타이밍은 실시예 1과 마찬가지이고, 비주성으로서 제직에는 문제 없는 레벨이었다.

제직한 탄소 섬유 직물을 소정 길이 300m로 권취하였다.

얻어진 일방향성 직물은 실시예 1과 거의 동등한 것이었다. 구체적으로는, 선상으로 공중합 나일론사가 접착하여 충전되어 있고, 취급성이 뛰어났다. 또한, 날실끼리의 틈새가 0.17㎜이고, 충분히 틈새가 벌어져 있기 때문에, 수지를 함침시켰을 때의 함침성도 뛰어났다. 또한, 일방향성 직물에서의 날실의 길이의 차는 0.08％, 그 변동 계수는 4％이고, 바닥 위에 일방향 직물을 5m 연반한 결과, 제품으로서 문제가 되는 정도의 요철은 전혀 보이지 않았다. 씨실은 약간 사행하여 배향하고, 레피어 직기를 이용한 비교예 2보다는 약간 떨어지지만, 제품으로서 문제가 되는 정도는 아니었다.

(비교예 1)

날실 및 씨실에, 섬도가 200tex인 탄소 섬유 사조(도레이제 “도레카(등록상표)” T300B-3K, JIS-R7601(1986)에 준거하여 측정된 인장 강도 3,540㎫, 꼬임 수 0턴/m)를 이용하여, 날실 밀도 및 씨실 밀도가 5개/㎝인 이방향성 직물(탄소 섬유 단위 면적당 중량 200g/㎡)을 워터 제트 직기로 제직하였다. 제직은 0.8m/분(씨실 타입 400회/분)의 속도로, 헬드의 개구량이 80㎜인 조건에서, 소극 방식의 이징 기구를 이용하고, 누름 바를 이용하지 않고, 날실이 개구를 시작하는 개소부터 헬드까지의 날실 길이가 헬드 개구량(80㎜)의 12배로 제직하였다. 탄소 섬유 사조는 각 보빈으로부터 해서하여 가지런히 하고, 일단 정경하여 날실 빔을 얻고, 이것을 이용하여 제직을 행하였다.

또한, 직성 후에 계속해서, 열원인 4개의 롤러와 직물을 직접 접촉시킴으로써, 탄소 섬유 사조에 부착한 수분을 건조시켰다. 또한, 이 건조 공정은 에어 제트 직기에서는 필요 없고, 워터 제트 직기에서만 필수로 되는 공정이었다.

이러한 제직에서, 씨실 타입부, 헬드, 바디에서 보풀이 매우 많이 발생하고, 정기하여 보풀을 제거하지 않고 200m 이상 연속 운전은 어려웠다. 또한, 날실에 사장 차가 생기고, 얻어진 직물 자체에도 제품으로서 문제가 되는 정도의 요철이 발생하였다. 또한, 이방향성 직물에서의 날실의 길이의 차는 0.3％, 그 변동 계수는 17％였다.

(비교예 2)

실시예 1과 동일한 날실 및 씨실을 이용하고, 동일한 날실 밀도 및 씨실 밀도의 일방향성 직물을 레피어 직기로 제직하였다. 탄소 섬유 사조는 각 보빈으로부터 해서하여 가지런히 하고, 정경하지 않고 바디 입구 폭 100㎝로 직기에 안내하였다. 제직은 헬드의 개구량 85㎜, 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도 150°, 바디 치기 스트로크 100㎜, 바디 날개 두께 0.2㎜에서의 조건으로, 이징 기구 및 누름 바를 이용하지 않고, 날실이 개구를 시작하는 개소부터 헬드까지의 날실 길이가 헬드 개구량(80㎜)의 12배로 되도록 하여 제직하였다.

그 결과, 0.6m/분(씨실 타입 180회/분)의 속도로만 실시예 1과 동 레벨의 보풀을 억제한 제직을 할 수 있었다. 또한, 얻어진 일방향성 직물은 선상으로 공중합 나일론사가 접착하여 충전되어 있고, 취급성이 뛰어났다. 날실끼리의 틈새가 0.15㎜이고, 충분히 틈새가 벌어져 있었지만, 일방향성 직물에서의 날실의 길이의 차가 0.21％, 그 변동 계수가 11％였다. 또한, 바닥 위에 일방향 직물을 5m 연반하면, 고저차가 5㎜ 이상은 되는 요철이 산재하고 있었다. 또한, 씨실의 사행은 억제되어 있고, 씨실이 매우 곧게 배향되어 있었다.

이상의 결과를 표 1에 정리한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 탄소 섬유 직물의 제조 방법에서는, 직물의 생산성(생산 속도)을 에어 제트 직기를 이용함으로써 현격히 높이는 것이 가능해진다.

얻어진 탄소 섬유 직물은 씨실이 사행되지 않고 곧게 배열되고, 또한, 날실의 길이의 차 및 날실의 길이의 변동 계수가 특정 범위인, 품위가 뛰어난 직물로 된다. 이러한 탄소 섬유 직물은 일반 산업 분야, 특히 토목·건축 분야에 이용되는 보수·보강 용도의 직물이나, 진공 성형 방법 등으로 CFRP로 성형하기 위한 직물이나, 핫 멜트법 등으로 프리프레그로 후가공하기 위한 직물로서 매우 적합하다.

Claims

섬도가 400∼6,000tex인 탄소 섬유 사조(絲條)를 날실로 하고, 섬도가 그 탄소 섬유 사조의 1/5 이하인 보조 섬유를 씨실로 하여 제직하는 일방향성 탄소 섬유 직물의 제조 방법이고, 제직시에 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도가 0∼50°의 범위 내인 에어 제트 직기를 이용하고, 직성(織成)하는 탄소 섬유 직물의 적어도 씨실 삽입측과는 반대측의 단부에, 그 탄소 섬유 직물을 직성하는 씨실을 이용하여 별도 조직을 동시에 직성함과 함께, 그 별도 조직과 상기 탄소 섬유 직물의 사이에서 씨실을 절단하여 그들 별도 조직과 탄소 섬유 직물을 분리하고, 그 별도 조직에 꼬임을 가하는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 별도 조직을 직성하면서, 또는 직성한 후에, 그 별도 조직과 상기 탄소 섬유 직물의 거리가 넓어지도록 그 별도 조직을 안내하는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제3항에 있어서, 직성하는 탄소 섬유 직물의 씨실 삽입측과는 반대측에, 축이 그 씨실의 비주(飛走) 방향과 교차하도록 관상체를 배치하거나, 또는 축이 굴곡하고 있는 관상체를 배치하고, 탄소 섬유 직물을 직성하기 위해서 삽입한 씨실을 그 관상체의 한쪽 개구로부터 다른 쪽 개구로 통과시키는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 구멍을 가진 가이드에 상기 별도 조직을 통과시키고, 그 가이드를 회전시킴으로써 상기 별도 조직에 꼬임을 가하는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유 직물이 평직, 능직 또는 수자직의 조직이고, 상기 별도 조직이 평직, 레노직 또는 그들의 조합의 조직인, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
섬도가 400∼6,000tex인 탄소 섬유 사조를 날실로 하고, 섬도가 그 탄소 섬유 사조의 1/5 이하인 보조 섬유를 씨실로 하여 제직하는 일방향성 탄소 섬유 직물의 제조 방법이고, 제직시에 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도가 0∼50°의 범위 내인 에어 제트 직기를 이용하고, 직성하는 탄소 섬유 직물의 씨실 삽입측과는 반대측에, 축이 그 씨실의 비주 방향과 교차하도록 관상체를 배치하거나, 또는 축이 굴곡하고 있는 관상체를 배치하고, 탄소 섬유 직물을 직성하기 위해서 삽입한 씨실을 그 관상체의 한쪽 개구로부터 다른 쪽 개구로 통과시키는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 탄소 섬유 직물의 날실 밀도가 1∼8개/㎝, 씨실 밀도가 0.4∼8개/㎝인, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
섬도가 400∼6,000tex인 탄소 섬유 사조(絲條)를 날실로 하고, 섬도가 그 탄소 섬유 사조의 1/5 이하인 보조 섬유를 씨실로 하여 제직하는 일방향성 탄소 섬유 직물의 제조 방법이고, 제직시에 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도가 0∼50°의 범위 내인 에어 제트 직기를 이용하고, 상기 에어 제트 직기는 에어를 분사하는 1개의 메인 노즐 및 복수의 서브 노즐을 가지고, 각각의 서브 노즐은 씨실 비주 방향에 대하여 그 메인 노즐의 하류측에 직물 폭 2∼15㎝당 1개의 간격으로 배치되고, 씨실 비주 방향에 대하여 상기 메인 노즐의 상류측에 에어를 분사하는 보조 메인 노즐을 가지고, 그들 노즐로부터 에어를 분사하여 씨실을 비주시키는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에어 제트 직기는 헬드의 개구량이 10∼75㎜의 범위 내인, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 헬드에 도입되는 날실의 개구를 적어도 부분적으로 억제하는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에어 제트 직기는 에어를 분사하는 복수의 서브 노즐을 가지고, 각각의 서브 노즐은 그 서브 노즐의 중심과 바디(reed) 날개의 중심이 직물의 길이 방향에 평행한 실질적으로 동일한 직선 상에 존재하도록 배치되는 것인, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에어 제트 직기는 바디의 바디 날개 두께가 0.1∼2㎜의 범위 내인, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에어 제트 직기는 바디 치기의 스트로크량이 50∼150㎜의 범위 내인, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
섬도가 400∼6,000tex인 탄소 섬유 사조(絲條)를 날실로 하고, 섬도가 그 탄소 섬유 사조의 1/5 이하인 보조 섬유를 씨실로 하여 제직하는 일방향성 탄소 섬유 직물의 제조 방법이고, 제직시에 헬드의 개폐구에서의 헬드 정지 각도가 0∼50°의 범위 내인 에어 제트 직기를 이용하고, 상기 에어 제트 직기는 에어를 분사하는 복수의 서브 노즐을 가지고, 바디 입구 폭이 100∼350㎝의 범위 내이고, 씨실 삽입측에서의 최단부의 서브 노즐과 그에 인접하는 서브 노즐의 사이의 거리보다, 씨실 삽입측과는 반대측에서의 최단부의 서브 노즐과 그에 인접하는 서브 노즐의 사이의 거리 쪽이 짧은 것인, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 에어 제트 직기는 바디 입구 폭이 100∼350㎝의 범위 내이고, 그 바디 입구 폭의 양단부 이외의 바디 입구 폭 내에 귀조직을 형성하는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 씨실이 유리 섬유와 유기 섬유의 방적사, 유리 섬유의 방적사, 유기 섬유의 방적사, 유리 섬유와 유기 섬유의 교락 가공사, 유리 섬유의 교락 가공사, 및 유기 섬유의 교락 가공사로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 씨실이 유리 섬유를 심사(芯絲)로 하여 유기 섬유의 필라멘트사를 커버링한 커버링사인, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 제직한 탄소 섬유 직물을 소정 길이(L1)로 일단 권취하고, 권취한 탄소 섬유 직물을 소정 길이(L1)의 절반 이하인 제품 길이(L2)로 분할하여 재차 권취하는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.
제1항에 있어서, 날실인 탄소 섬유 사조는 각 보빈으로부터 해서(解舒)하여 가지런히 되고, 직접 에어 제트 직기에 안내되는, 탄소 섬유 직물의 제조 방법.