JPH01280032A - 扁平複合繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は複合製品の成形等に有用な繊維強化熱可塑性樹
脂成形用材料に関する。更に詳しくは、熱可塑性樹脂繊
維と補強用繊維とを扁平状で形態維持せしめた複合繊維
に関する。

（従来技術） 一般に補強繊維を含有する複合材料としては、補強Ｉｌ
ｌ維のトウ、又は布帛（織編物）に熱硬化樹脂を塗付又
は被覆してテープ状物や布帛状物の云わゆるプリプレグ
がある。そしてこれを型に入れ熱硬化させる方法が一般
的に知られている。

しかし、これらプリプレグは粘着性があり、経時変化を
起す為、冷保管が必要であること、及び成形加熱時に数
時間の熱処理が必要である事、又可焼性に劣る為工程取
り蚤及い性が悪く、成形品自体、衝撃強度や破壊ジン性
がなく、疲労性の大きいものであった。

これらに対し、熱可塑性樹脂を使用した成形物（ＦＲＴ
Ｐ）として、補強繊維の布帛状物上に熱可塑性樹脂粉本
と分散させ熱成形させる方法、又は、熱可塑性樹脂ｍ維
と補強繊維とを交織にして使用する方法、又は補強ｍ維
を一方向に引揃えシート状に配列したものに溶融された
可塑性樹脂を含浸し硬化させたものである。しかし、こ
れらには、粉体が均一化しにくい、又は取扱時の飛散。

コボレ等の問題があるし、交識物では熱可塑性繊維と補
強繊維とが丸くなった状態で織られるか、交互に織られ
ている為に熱成形時補強繊維群内に均一に流れ込まない
で、濡れ性が悪く、従って良好な力学特性が得られない
、又、従来熱硬化樹脂で使用されているプリプレグに相
当する熱可塑性樹脂含浸のものは可焼性に劣るばかりか
工程での取扱性に劣り、又複雑な成形物が得られない欠
点があった。これらに対し特開昭６０−２０９０３３号
公報や特開昭 ６２−１３５５３７号公報に示されている熱可塑性繊維
と補強繊維との緊密混合糸、及びこの緊密混合糸の表面
に熱可塑性樹脂で被覆したものが提案されている。これ
らの目的は均一な濡れと柔軟な取扱性の良い布帛を提供
することにあるが、′混合″の為には、各繊維を十分開
繊させることと合糸した後、空気流にて撹乱させる必要
がある。その場合、開繊させる手段も摩擦棒にて開繊さ
せるか空気により開繊させその後開繊した各糸条を重ね
るか、または摩擦し混繊させる方法が必要となる。これ
らのものは混繊工程で毛羽、断糸、ループが発生し、特
に補強繊維が炭素繊維の場合には、特に毛羽、断糸が多
く、その故成形品での炭素繊維の強度、又は弾性率を有
効に利用出来ない、一方前述の被覆方法では取扱性は改
良されるが、被覆加工時混線系中の熱可塑性繊維もやは
り溶融されやすく、柔軟性の面で欠点を有すると共に剛
毛状になっている為、これによって得られた布帛を成形
する時、加圧されがその時補強繊維が加圧面に広がる様
になり、やはり補強効果が出にくい、又この方法は工程
的にも複雑で経済的でない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は前記従来技術の問題点であった。

補強繊維及び熱可塑性繊維の毛羽、断糸、ループを極減
し、一方では成形加工時の濡れ性を上げ、力学特性を向
上させうる複合繊維を提供することにある。更に、本発
明の他の目的は、成形加工迄の各工程での取扱性が容易
で、柔軟なしかも経済的な繊維強化熱可塑性樹脂成形用
材料を提供することにある。

（課題を解決する為の手段） 本発明者らは、熱可塑性樹脂繊維と補強用繊維とを扁平
状に積層させ且つこの状態で形態維持させることにより
上記目的を達成し得ることを見出し本発明に到達しな。

本発明で用いる熱可塑性樹脂繊維は、溶融紡糸法で製造
されるものならば特に制限はないが、複合材の性能から
通常カラス転移温度が８０℃以上の好ましくは１２０℃
以上の熱可塑性樹脂から得ることが出来る。そしてその
単糸Ｏｅは１〜２０ｄｅで、その力学特性は、取扱工程
で永久歪のないような降伏応力を有しているものが好ま
しい、−船釣には、この応力は０．８ｇ／ｄｅ以上好ま
しくは１．２２７６０以上であればよい、一方伸度は特
に限定されないが、通常３０％〜１００％のものが好ま
しく使用される伸度の大きいものは、降伏応力が小であ
り、−方伸度が小さいものは降伏応力は大きくなるが、
分子の配向性が大である為に成形時の溶融で熱収縮を起
し、成形物にソリ、歪を発生し好ましくない、そして、
この繊維の全Ｄｅは相手側の補強繊維のＤｅにより又成
形品での補強繊維の体積分率（Ｖｆ）をいかにするかに
より異なるが、補強繊維を炭素繊維を例に考えると、通
常１８００ｄｅ／３０００ｆｉｌｓ。

３６００ｄｅ／　６０００ｆ　ｉ　Ｉｓが最も一般的に
使用されている。

この１８００ｄｅに対してはνｆ（目付／繊維密度）を
６０％位とすると熱可塑性繊維は９００ｄｅ位の物とな
る。

これは熱可塑性繊維の密度を考慮して選定すればよい０
通常熱可塑性繊維は密度が１．１〜１．５の範囲にあり
、１．３〜１．４のものが多く存在する。熱可塑性繊維
と補強繊維とを扁平複合させるには、別個に設けられた
フィードローラーに各ａ維を無撚状態で供給し次のデリ
ベリ−ローラ上にて積層し複合させ、更に糊剤のような
形態維持処理剤を付着させた後乾燥させ巻き取ればよい
、この時、フィードローラーを出た各糸条が扁平になっ
ていない場合にはフィードローラー人口で糊剤を付与す
る方法又は、フィードローラーとデリベリ−ローラーと
の間である曲率をもったフリーローラーを設けて扁平化
させることも好ましい、この時の張力は、糸条を摩擦し
過ぎて毛羽や断糸を発生させない程度の張力にする必要
がある。各糸条の扁平化率は特に限定されないが、両繊
維を均一に複合させる為にもその幅は等しくしておくこ
とが好ましい、複合繊維中での補強繊維層の厚さは０．
１５間以下好ましくは０．１ｎｍ以下でそれ幅は厚さの
１０〜５０倍が好ましく、特に２０〜４０倍が好ましい
、又熱可塑性繊維側の幅は補強繊維の幅に均一に合わせ
てやればよい、この積層方法において熱可塑性繊維を補
強繊維の両側に積層させると、特に補強繊維か炭素繊維
やカラミツク繊維の如く、破断されやすいものにあって
は、その後の取扱性が向上するのみならず、成形加工時
の濡れ性がより向上し特に好ましい。

積層された複合扁平系は、糊剤により形態を維持される
か、この糊剤は水溶性のもので余り剛直にならない、酢
酸ビニール糸又は、ポリビニールアルコール系のものが
良好である。この糊剤は複合積層後、付与され乾燥させ
る必要があるが、上記のデリベリ−ローラー前又は後で
付着させ、それに引き続き乾燥工程を設は巻き取る方法
が好ましい、しかし、速度的、時間的に無理なときは、
巻き取ったボビンのまま別工程で室温又は７０℃位の乾
燥機に入れ乾燥させる事も可能である。

ここで、糊剤を付着させる為には、各繊維にこの糊剤が
付着しにくい様な油剤や、サイジング剤又は、前処理剤
が付着していては好ましくない。

従って、糊剤を使用する為には、各繊維の油剤はアミン
系のものが入っているポリエーテル系油剤が好ましい、
この糊剤は、製織迩は、有効で優れた取扱性及び形態保
持性を有するが、成形時には−ａ的に好ましくない、そ
れ故成形に先立ち温水等にて除去することが成形時の接
着性向上の為必要である。特に、熱可塑性繊維が高融点
を示すものであるとき、成形温度で分解ガスが発生しボ
イドや接着不良を起す為、完全に取り除く事が必要であ
る。それ故複合績層前の各繊維には、熱硬化系のサイジ
ング剤や水で溶解しにくい油剤は使用しない方がよい、
又熱可塑性繊維の熱収縮率も補強１ｇ！鱈に近いほど好
ましいが、糊剤を付着させ乾燥させる工程で収縮すると
補強繊維との間の糸足差を生じループとなる為好ましく
ない。

本発明の扁平複合ｍ維は織物１編物等の布帛にし、糊剤
等の形態維持処理剤を使用したものでは、その剤を除去
し、任意の厚さに積層され成形され複合材となる。

尚、形態維持処理は糊剤に限定されるものではなく、熱
可塑繊維を加熱により一部長さ方向に間隔をおいて半融
着状に結合してもよいし、又は他の接着に害を及ぼさな
い他の熱可塑性樹脂で欠陥的に結合してもよい、、目的
とする複合材が耐熱性を必要とする場合には、熱可塑性
樹脂を耐熱性のあるポリフェニレンサルファイド、ポリ
エーテルイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニ
ールエーテルケトン類から任意に選定出来つる。又他の
耐熱性熱可塑性樹脂も使用出来ることは云うまでもない
、一方補強繊維も一般的には炭素１ａ維が優れているが
、目的によりガラス繊維、セラミックス繊維（炭化ケイ
素、アルミナ、窒化ケイ素。

ボロン系１等）及びパラフェニレンテレフタルアミド等
が挙げられる。

（実施例） 以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

実施例１ １ＣＩ社製のポリフェニレンエーテル系ポリマーである
ポリエーテルエーテルゲトン（ＰＥＥＫ）１５０　Ｇを
溶融温度３９３℃で溶融紡糸し、ポリエーテル系油剤に
アミンを少量添加した油剤を付着させ紡糸速度４００ｍ
／分で第１のホットローラー（温Ｊｆ１３０℃）に入れ
第２のホットローラー温度（１８０℃）との間で２，２
倍に延伸セットして、９００デニール４００７（ラメン
ト（強度２．７ｇ／ｄｅ。

伸度５８％）の延伸糸を得た。一方の補強繊維は東し■
製、炭素繊ｕ　Ｔ　−３００の１８００ｄｅ／　３００
０ｆ　ｉ　Ｉｓのものを３５０℃で３０分間処理し表面
に付着しているサイジング剤を除去した後、鉱物油を１
％無撚状態で付着させた。これら側繊維を別個に設けた
フィードローラーに無撚で導きゲラベリーローラー上で
ＰＥＥＫ繊維を下にして積層させ、松本油脂■製マーボ
ゾールＴ　Ｓ−１７４とＰ　Ｖ　Ａ　−２０５の糊剤を
５：５で濃度８％にしたものを付着させ、引続き７０℃
で乾燥後巻き取った。この工程でのフィードローラーを
出た時のＰＥＥＫ繊維の張力は３ｇ、炭素繊維の張力は
４ｇでありその幅夫々２．５開、３．０止であった。デ
リベリ−ローラー前に設けた幅規制ガイドにより夫々２
．３ｍｍにし、糊剤をデリベリ−ローラー上にて付着さ
せた。この扁平複合１ａ維の断面は、炭素繊維層とＰＥ
ＥＫ繊維層がほぼ均一に扁平に結合されており炭素繊維
層の厚さは平均で０．０５ｎｉ＋であった。又この複合
繊維は毛羽、断糸、ループがなく糸足差もなく均一に引
き揃えられたものであり、柔軟性をも充分有していた。

この複合糸をタテ、ヨコ共に１０本７２５ｎ＋ｍの規格
で平Ｉａ物にした後、６０℃の温水中で糊剤を除去し乾
燥した。この布帛の目付は、約２４５ｇ／ｒｒｒであっ
た。この物を１２枚積層し、真空加熱圧縮成形機で２５
ｋｇ／−の圧力下３９０℃で溶融ｆ＆２０℃／分の冷却
速度で１００℃迄冷却してから取り出し、３点曲げ強度
を測定した処、タテ、ヨコ共に夫々１４０１ｑｒ／　１
ｌ１２．１４２　ｋｇ／關２であり良好な特性を示した
。又炭素繊維の体積分率は５９％である。

実施例２ 米国ＧＥ社製ポリエーテルイミド（Ｏｆｔｅｌｌｏｏｏ
）を溶融温度３７０℃、紡糸油剤は実施例１と同一のも
のを０．５％付着させ紡糸速度４００ｍ／分で５００ｄ
ｅ／６０ｆｉｌの未延伸糸を得た。このものの降伏応力
は１．３ｇ／ｄｅ、強度は２．３ｇ／ｄｅ、伸度は９８
％であった。この未延伸糸を２本、夫々無撚状態で別個
のフィードローラーに供給し、一方補強繊維は、実施例
１と同一の炭素繊維を別個のフィードローラーに供給し
、次のデリベリ−ローラー上に夫々幅規制のフリーロー
ラーを通し２．２　ｍ＋幅にて実施例１と同一糊剤をデ
リベリ−ローラーに付着させながらデリベリ−ローラー
上にて旧ｔｅＩＩｌ繊維。

炭素繊維、　Ｕｌｔｅ１１繊維の順に積層させ糊剤を付
与後、引き続き乾燥工程（７０℃）を通し、三層に積層
され且つ形態維持された扁平複合糸として巻き取った。

この複合糸でタテ、ヨコ共に同一規格で５枚朱子を製織
し目付３５０Ｇ／ｒｒ？の糊剤を除去した。ドレープ性
のある表面毛羽、ループ、糸足差のない目面の良好なも
のであった。

この織物を１０枚タテ、ヨコ揃えて積層し、１００℃に
予熱されている真空加圧成形機に入れ真空した後、圧力
１０１ｑｒ／−にした状態で３２２°Ｃ迄１２分で昇温
させ圧力を２５ｈぎ／ＣＩ＆に上げ５分間保持した後、
１００℃迄１５分間で冷却し取り出し、その３点曲げテ
ストを行なった。この物の炭素繊維の体積分率は５６％
であった１曲げ強度は１０８　ｋｇ　／　ｔｖ　２であ
り、又成形品は非常に美しく、炭素繊維が非常に良く揃
っており糸足差や、断糸した物が見られなかった０本実
施例における製線時には、毛羽発生や糸たるみがなく良
好な製線性が得られ、その糊剤除去の織物は炭素繊維の
みの織物よりドレープ性が良好であった。

比教例１ 実施例１と同一炭素繊維を用い、サイジング剤の付着し
ているままフィードローラーに無撚で供給し、一方のポ
リエーテル・エーテルケトン繊維も実施例１と同一のも
のを使用し別個のフィードローラーに供給しデリベリ−
ローラーに扁平状態で積層することなく、又糊剤でその
形態を維持することなく巻き取り、この合糸糸条を用い
て実施例１と共−規格の織物を作成すると共に成形加工
した。

この製織時には炭素繊維が毛羽立ち、破断しやすい為ｍ
ｓ回転数を半分以下に落したが、その織物には、破断し
た炭素ｍ維が多く見られた。この成形品の３点曲げ強度
は８５　ｋＩｒ／　ｍ　２と低い値になっており、その
破断面には炭素繊維が楕円状でその中心部には樹脂が浸
入していなかった。

比敦例２ 実施例１の方法においてフィードローラーとデリベリ−
ローラー間に空気噴射ノズル（インターレースノズル）
を設け、このノズルで、両糸を合糸しながら混繊させた
後巻き取った。このノズルからは炭素繊維の破断単糸片
が飛散しており、又得られた混合複合糸は、毛羽、ルー
プ、糸足差が多く見られた。この糸条を実施例と同一方
向で製織から成形加工遥を行ない、３点曲げ強度を測定
した０曲げ強度は１１３　ｋＩｒ／　＋ｎ＋　２と実施
例１より低下していた。その成形品の表面は炭素繊維が
乱れておつ、又破断じているものか多く見られた。又そ
の破断面は炭素繊維が楕円状であった。そしてその周辺
には炭素繊維の密度が粗な部分が見られた。

（発明の効果） 本発明の扁平複合繊維は繊維強化熱可塑性樹脂成形用材
料として、優れた取扱性があるのみならず複合材に成形
した場合優れた力学特性を有すると共に美しい表面を有
する成形物となる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱可塑性樹脂繊維と補強用繊維とが扁平状に積層
   され且つ形態維持処理を施されていることを特徴とする
   複合繊維。
2. （２）複合繊維が水溶性糊剤で形態維持されている請求
   項１記載の複合繊維。