JPH04183729A - 熱可塑性コンポジット用成形材料 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維とを
混繊した糸条体から構成される熱可塑性コンポジット用
成形材料に関するものである。

（従来の技術） 補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維とを混合した熱
可塑性コンポジ・ノド用成形材料は、特開昭６０−２０
９０３４号公報および特開昭６１４３０３４５号公報な
どに開示されているように、通常熱可塑性有機連続繊維
として、いわゆる通常の延伸糸が使用されており、これ
らの従来の成形材料は、十分な糸強力および適当な伸度
を有している。

しかしながら、これらの従来の成形材料を用０て成形し
た場合、長手方向のマトリックス量の斑、含浸不足およ
び含浸斑などの欠点を生し、得られた成形体は強靭性に
欠けるという問題があった。

また、表面状態の優れた成形体を得ることができないと
いう問題もあった。

さらに、いわゆる通常の延伸糸を得るためには、工程通
過性を確保する必要がある。それゆえ多量の表面処理剤
（紡糸オイルなど）を付与する必要があり、これが帰因
して、成形体の補強繊維とマトリックス間の界面強力が
低くなるなどの問題もあった。勿論製造コスト的にも高
いものであった。

（発明が解決しようとする課題） この発明の目的は、軽量かつ強靭で、表面平滑性にも優
れた熱可塑性コンポジットの成形に有用な熱可塑性コン
ポジット用成形材料を提供することにある。

補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維とが混繊された
熱可塑性コンポジット用成形材料は、ヒートプレス成形
等を施すことにより、複雑な曲面の成形品を製造するこ
とができる。また、プルトルージョン法、フィラメント
ワインディング法などにも用いられている。

いずれの製造工程においても、熱可塑性コンポジット用
成形材料を加熱し、熱可塑性有機連続繊維を熔融させて
補強用連続繊維に十分含浸させる必要がある。

そのさい、補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維との
熱挙動の差およびコンポジット用成形材料の混繊度が適
切でない場合には、溶融直前または、熔融時に、両繊維
が分離あるいは、熱可塑性有機連続繊維の瞬時の切断（
溶断）を生じ、良好な含浸状態を得る事ができない。

（課題を解決するための手段） すなわち、この発明は、熱可塑性有機連続繊維と補強用
連続繊維を含有する、混繊度が２０％以上である糸条体
又は該糸条体で構成された織物、編物あるいは多軸積層
布であって、前記熱可塑性有機連続繊維の構造一体性パ
ラメータが０以上０．８以下であり、かつ該有機連続繊
維の融点−８０℃での乾熱収縮率が５％以下であること
を特徴とする熱可塑性コンポジット用成形材料である。

ここで、構造一体性パラメータ（ε）は、下式により定
義する。

■、−■。

１゜ １゜：熱処理前の試料の長さ １１：熱処理後の試料の長さ 測定は、以下の方法で行なう。試料に０．２ｇ／ｄの初
荷重を掛け、１０を測定する。その後８０℃の水中に試
料を２分間浸漬した後に１１を測定する。

乾熱収縮率の測定は、ＪＩＳ−Ｌ−１０１３の乾熱収縮
率Ｂ法により測定される値である。但し測定時の温度を
熱可塑性を機連続繊維の融点−８０″Ｃとする。

また融点−８０℃の温度にて測定出来ない場合には、測
定時の温度を変更させて、それらの値から、外挿する方
法を採用する。

また、混繊度は、下式により定義する。

ここでＮは補強用連続繊維の総本数を示し、ＮｃＸは補
強用連続繊維がいくつかの群Ｃグループ）に分割されて
いるときのそのグループの個数を示し、Ｘは群の中にお
ける特定な１個の部内のフィラメント数を示している。

上記の弐において、１００Ｘ　（Ｎ−Ｘ）　／　（Ｎ−
１）は、混繊状態を意味し、Ｘが小さい程混繊状態が良
好である。また、Ｎｃ−Ｘ／Ｎ／Ｘは、重みである。

実際の工程においては、熱可塑性コンポジット用成形材
料は、熱と圧力を加えられることにより、熱可塑性有機
連続繊維が溶融し、補強用連続繊維に含浸され、冷却過
程を経て、コンポジットとなる。コンポジットの物性及
び外観を支配する要因として、熱可塑性有機連続繊維の
熔融状態が挙げられる。すなわち溶融時の収縮量を小さ
く、かつ収縮力を小さくすることが必要である。この状
態を達成することで、補強用連続繊維の平行度を乱すこ
となく含浸させることが出来、得られるコンポジットの
物性を最大限に発揮させ、外観も優れたものとなる。

勿論、熱可塑性有機連続繊維の溶融粘度も重要な要因で
あり、本発明の構造一体性パラメータ、乾熱収縮率及び
混繊度の規定範囲内で最適化することが必要である。

熱可塑性有機連続繊維の表面処理剤としては、繊維製造
工程及び後工程通過性を維持するためのいわゆる紡糸オ
イルが一般的には付着されている。

この種の処理剤は、コンポジットの補強繊維とマトリッ
クス界面の接着力を阻害するので、極力用いない方が好
ましい。

この発明で用いられる熱可塑性有機連続繊維としては、
ナイロン６やナイロン６６などのポリアミド繊維、ポリ
エチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート
などのポリエステル繊維、ポリエチレンやポリプロピレ
ンなどのポリオレフィン系繊維、ポリフェニレンサルフ
ァイド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維などが挙
げられる。

しかしながら、この発明に用いられる熱可塑性有機連続
繊維は、上記の繊維に限定されるわけではない。

また、混繊を容易にする目的で、巻縮をほどこされた熱
可塑性有機連続繊維を用いることも有効である。これは
、単繊維が巻縮を有しているために、単繊維同志の接触
が少なくなり、繊維間の見掛けのＨ振力が低下し、開繊
しやすい状態となることが挙げられる。巻縮を付与する
方法として、紡糸時に巻縮発現能力を付与する、あるい
は、繊維形成後に巻縮を付与するなどが、挙げられる。

また、本発明に用いられる補強用連続繊維としては、ガ
ラス繊維、炭素繊維、などがあげられる。

しかしながら、この発明に用いられる補強用連続繊維は
上記の繊維に限定されるわけではない。

補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維とを混繊する手
段としては、気体を吹付ける方法、電気開繊法、ラッピ
ング法など、いずれの手段でもよいが、その混繊度は２
０％以上であることが好ましい。

好ましい混繊方法の一例として、該熱可塑性有機連続繊
維束Ａの巾を該補強用連続繊維束Ｂの巾よりも広くなし
た後、前記ＡおよびＢを凹面を有する案内板に導き、Ａ
が案内板に接触するようＳこ重ね合わせ、Ｂを包むよう
にして、流体ノズルに導き混繊する方法が挙げられる。

しかしながらこれに限定されるわけではない。この方法
について、さらに説明を加える。方法の一例を図１に示
す。

上記補強用連続繊維束と熱可塑性有機連続繊維束を、図
２に例示するような凹面を有する繊維束案内板に導く。

この際、補強用連続繊維束Ｂの巾よりも熱可塑性有機連
続繊維束Ａの巾を広くしておくことが大切である。こう
することによって、流体ノズルによる混繊効果を確実か
つ安定したものとすることができる。

好ましくは前記Ａの繊維束の巾を、前記Ｂの繊維束の巾
よりも２０％ないし１００％広くする。上記のような関
係を保ちながらｔＫ　Ａを、凹面を有する案内板に接触
するように、導入することにより、該案内板出口すなわ
ち、流体ノズル入口近傍にて前記Ａの繊維束が前記Ｂの
繊維束を包むような配置とすることが出来る。

このような配置を有する両繊維束を、図３に例示するよ
うな流体ノズルにて混繊作用を施すことにより、安定し
た、かつ混繊度の高いコンポジット用混繊糸を製造する
ことができる。該案内板の凹面の曲率は、繊維束入口付
近より繊維束出口付近が小さくなるようにすることが好
ましい。またその表面は、繊維束との摩擦抵抗を低くす
ることが好ましい。

流体ノズルの構造に関しては、いわゆるインターレース
タイプノズルよりは、流体導入路が糸路に対して９０％
以下の角度を有するタイプのノズルの方が好ましい。さ
らに好ましくは、流体ノズルの入口付近を図３に例示し
たように、テーパーを有する円型であり、かつ流体噴出
し付近は、だ円状又は矩型状となっており、流体は、ス
リント状の形状路から噴出させる形状となしたものがよ
い。

また、複数の流体噴出し路を有し、それらの糸路への噴
出位置を、図３に例示したように、若干変えることも、
得られる混繊糸の混繊度を高め、かつ安定化させる為に
、有効である。

前記Ａの巾と前記Ｂの巾の関係について、への、巾がＢ
の巾と同じか、それ以下の場合には、摩擦抵抗力の低い
Ｂが得られる混繊糸の外側に位置することにより、後工
程にての摩擦に対して抵抗力が低く、Ｂの切断あるいは
損傷を生し、場合によっては、後加工工程にて、トラブ
ルを生しる。またコンポジットとした場合においても、
補強効率の低いすなわちコンポジ・７トの物性が低いも
のしか得られないという欠点を有する。それに加えて、
混繊糸の混繊状態の安定性にも欠ける。したがってＡの
巾はＢの巾よりも大きいことが必須であり、２０％以上
大きいことが好ましい。

逆に、Ａの巾が、Ｂの巾より１００％以上大きい場合に
は、ＡとＢの体積分率にもよるが、八〇巾方向の均一分
布が失なわれ、流体ノズルによる混繊効率が低下する傾
向にあり、好ましくなる状態となる。したがって、Ａの
巾はＢの巾の１００％以下とする方が良い。

熱可塑性有機連続繊維（Ａ）の巾を補強用連続繊維中（
Ｂ）の巾より広くする方法は、図４に例示したような平
行平板の静電気付与装置を用いることが好ましい。図５
に例示したような装置を用いることも可能である。また
、開繊を目的とする流体ノズルを使用することも可能で
ある。前記したように熱可塑性有機連続繊維に捲縮を付
与することも有効である。この場合には、たとえば、溶
融紡糸時に、非対称冷却を施すことにより、繊維に潜在
的捲縮能を付与し、連続的または、非連続的に、該捲縮
能を顕在化させ、いわゆる立体捲縮特性を付与した繊維
、または、たとえば溶融紡糸後に、仮撚加工などのいわ
ゆる機械捲縮特性を付与した繊維などを挙げることが出
来る。

本発明の熱可塑性有機連続繊維の構造一体性パラメータ
ー（ε）は０以上０．８以下でかつ、乾熱収縮率が５％
以下であることが必要である。この範囲内の場合には、
該繊維が溶融するまでに分子の構造変化が少なく、短時
間にスムースな溶融状態となり、補強繊維の配列を乱す
ことなく、補強繊維を含浸することが出来る。εが０．
８以上、かつ乾熱収縮率が５％以下の場合も、この状態
を得ることが原則的には出来るが、工程中、上くに、混
繊糸製造工程、製編、織工程にての、繊維のしごきなど
により、該有機繊維の伸長、毛羽化あるいは、破断を生
し、実用上、かなり制約を受ける。

また混繊后の工程にて混繊状態の低下も場合により生じ
、これが起因して、含浸状態の低下、すなわち、コンポ
ジット物性の低下を生じることもある。

混繊度は２０％以上であれば、溶融時の補強用連続繊維
中への含浸が短時間に行われる、これに対して、混繊度
が２０％未満になると、含浸に時間がかかり不経済であ
り、また含浸が不十分になるため、成形品における機械
的物性が低下する。

この発明において、補強用連続繊維と熱可塑性有機連続
繊維との混合比率は、特に限定されるわけではないが、
補強用連続繊維の重量分率（Ｗｆ）で３０〜８０％の範
囲が好ましい。

この発明の熱可が性コンポジント用成形材料とは、糸条
体または該糸条体で構成された織物、編物あるいは多軸
積層布である。好適な例として多軸に積層一体化した多
軸積層布を挙げることができる。多軸に積層一体化する
とは、互いに異なった角度に１軸配向して引き揃えられ
た糸の複数層を積層し一体化することであり、例えば２
軸に直交した糸の層を積層したものや、Ｏ／４５／９０
／−４５の４つの配向した糸の層を積層したものなどが
挙げられる。多軸に積層一体化した布はく状の成形材料
をもちいれば、種々の曲面を有する成形品を成形する場
合にも変形が容易となる。この明細書において、糸条体
とは、多数本の連続した単糸から構成された糸を意味す
る。多軸に積層一体化した布はく状のものとしては、編
物、あるいは１軸配向糸条層が多軸をなすように積層一
体化された編布などが挙げられる。布はく状の成形材料
は、糸が直線上に配列しているため、平織物などにくら
べて、それだけ有効に補強効果を発揮することができる
。また成形材料に深絞り加工などを行う場合、眉間の糸
軸が容易に変角したり、層内の糸間隔を拡げる自由度が
あるため、賦形加工が容易であるという長所を有する。

（実施例） 以下実施例により本発明を説明するがこれに何ら限定さ
れるものではない。

実施例１ 単繊維の直径が１３μｍの表面処理がなされているＥガ
ラス繊維の５４００デニールの連続糸１本と、単繊維の
直径が等しいポリエステル繊維の２９００デニールの連
続糸１本をエア一方式のノズルを用いて混繊し、混繊糸
とした。該ポリエステル繊維は、固有粘度０．６３のレ
ジンを溶融紡糸し３７００ｍ／分の速度にて捲取った后
、定長下２２０℃の熱処理を施したものを用いた。加工
条件は、速度が２５０ｍ／分、エアー圧力が４ｋｇ／ｃ
４であった。得られた混繊糸を用い、目付１４３０ｇ／
ｎ：、４軸（０°／−４５１／９０’　／４５°）の積
層布を作成した。各層を固定するスティノチ糸には、１
５０Ｄｅｎ−４８Ｆｉｌのポリエステル糸を用いた。い
ずれのポリエステル繊維も、紡糸油剤は０．２％とし、
接着性を阻害しないよう配慮した。この積層布を１５０
℃の温度で１時間乾燥処理をした後、金型の中で２９０
℃でＩ　ＭＰａの圧力下６分間加圧を行ない、その後１
５０℃まで冷却し、金型から取り出し、積層板を作製し
た。この積層板の特性を表１に示す。なお曲げ特性はＯ
°力方向ついて測定した。曲げ強度はＪＩＳ−に−７０
５５、アイゾツト衝撃強度はＡＳＴＭ　２５６に準拠し
て測定した。

実施例２ 実施例１と同し方法にて積層板を作製し、特性を測定し
た。結果を表１に併せて示す。

但し、ポリエステル繊維の熱処理条件を定長下２０５℃
とした。また、混繊条件のエアー圧力を３．５ｋｇ／ｃ
ｄとした。

実施例３ 実施例１と同し方法にて積層板を作製し、特性を測定し
た。結果を表１に併せて示す。

但し、ポリエステル繊維の溶融紡糸の際の捲取速度を３
０００ｍ／分とした。またその后の熱処理の条件を定長
下１９５℃とした。

比較例１ 実施例１と同し方法にて積層板を作製し、特性を測定し
た。結果を表１ζこ併せて示す。

但しポリエステル繊維の溶融紡糸した后の熱処理は、実
施しなかった。紡糸油剤の付着量は０．６％であった。

積層布を１５０℃にて乾燥中にポリエステル繊維の熱収
縮による布の反り、ガラス繊維の配布の乱れが見られた
。また、成形後の積層板のガラス繊維にも配列の乱れが
見られ、走査型電子顕微鏡（ＳＥ門）観察による、アイ
ゾツト衝撃強度測定後サンプルのガラス繊維／ポリエス
テルの接着状態も不充分であった。

比較例２ 実施例１と同じ方法にて積層板を作製し、特性を測定し
た。結果を表１に併せて示す。

但しポリエステル繊維の溶融紡糸時の捲取り速度を１３
００ｍ／分とし、その後、延伸機にて延伸処理を施した
。そのときのヒーターの温度は１８０℃とした。

比較例３ 比較例２と同じ方法にて積層板を作製し、特性を測定し
た。結果を表１に併せて示す。

但し、延伸機での延伸処理時のヒーター温度を１９０℃
とした。

表１ ＊　　○：接着状態　良好　　　　　×：接着状態　不
良（発明の効果） 本発明により、軽量かつ強靭で表面平滑性に優れた熱可
塑性コンポジットの成形に有用な熱可塑性コンポジット
用成形材料を提供する。

【図面の簡単な説明】

図１は、本発明の一実施Ｌｌ様を示す概略図である。 図２は、凹面を有する案内板であり、図１中の７の一実
施態様である。 回３は、流体ノズルであり、薗】中の７の一実施態様で
ある。 図４は、静電気付与装置であり、図１中の６の一実施態
様である。 図５は、開繊用の凹面を有する半月状板であり、１ｉ４
１中の６の一実施態様であり図において１：補強用連続
繊維のパッケージ ２：熱可塑性有機連続繊維のパンケージ３：張力コンペ
ンセーター。 ４：張力コンペンセーター ５：供給ローラ対　　　　６：開繊装置７：凹面を有す
る案内板　８：供給ローラ対９：流体ノズル　　　　　
１０：引取りローラ対１１：巻取装置　　　　　　１２
：混繊糸を示している。 特許出願人　　東洋紡績株式会社 欅２１！ｌ 界３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 熱可塑性有機連続繊維と補強用連続繊維を 含有する混繊度が２０％以上である糸条体又は該糸条体
   で構成された織物、編物あるいは多軸積層布であって、
   前記熱可塑性有機連続繊維の構造一体性パラメータが０
   以上０．８以下であり、かつ該有機連続繊維の融点−８
   ０℃での乾熱収縮率が５％以下であることを特徴とする
   熱可塑性コンポジット用成形材料。