JPH0643650B2 - 樹脂補強用繊維体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は繊維補強樹脂体（ＦＲＰ）の製造に用いられる
樹脂補強用繊維体に関するものである。

［従来の技術］ ＦＲＰは補強用繊維体に液状の熱硬化性樹脂を含浸さ
せ、該樹脂を硬化させることによって製造され、バスタ
ブ，自動車ボデー，バンパー等に広く用いられている。

ＦＲＰの製造法としてはプレス成型法、レジンインジェ
クション法（ＲＩ法）、ハンドレイアップ法（ＨＬ法）
等が知られている。

強度、耐熱性の大きいＦＲＰを得るためには、補強用繊
維体として強度、耐熱性の大きいものを使用する必要が
ある。硝子繊維、アルミナ繊維等の無機繊維はこの目的
のために好適な繊維であり、このうち硝子繊維が最も広
く用いられている。

このような繊維は長尺のモノフイラメントを多数、好ま
しくは集束剤を附与して、引揃えて集束した繊維束（ス
トランド）の形態で使用されることが多い。

移動するコンベア上にストランドを長尺のまま弯曲した
形状をなしてランダムに堆積せしめ、或はストランドの
切断物をランダムに堆積せしめ、結合剤を附与してスト
ランド同志を結合せしめることにより得られるコンティ
ニュアスストランドマット（ＣＳＭ）、チョップドスト
ランドマット（ＣＣＭ）のようなマットはＦＲＰの樹脂
補強用繊維体として広く使用される。

或はストランド又はその引揃え物（ロービング）を用い
た織物もＦＲＰの樹脂補強用繊維体として広く使用され
る。

［発明が解決しようとする課題］ 前述したストランド或はロービングを使用したマット或
は織物は多数のモノフィラメントが集束されているた
め、嵩密度が大きく、単位面積当りの重量を一定とした
場合、その厚みが小さく、厚みの大きいＦＲＰを得るた
めにはマット或は織物を多数重ねて使用する必要が生ず
るが、得られたＦＲＰが、重ねられたマット同志或は織
物同志の界面に沿って剥離し易い難点がある。

またこれらのマット或は織物に液状の樹脂を附与含浸せ
しめる場合、樹脂がストランドの内部迄浸透し難く、Ｆ
ＲＰに樹脂の含浸不良部分が生じ易い、又深絞り成型の
場合、型馴染みが不充分である難点がある。

ストランド或はロービングをバルキー化することも試み
られているが、単に常法でバルキー化したものは製織、
切断時に加えられる張力で引伸され、バルキー性が失わ
れてしまう。

本発明は嵩密度が小さく、厚みが大であり、樹脂の含浸
性も良好であり、ＦＲＰの層間剥離を生ぜず、型馴染み
の良好な樹脂補強用繊維体を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明においては、繊維補強
樹脂体の製造に用いる樹脂補強用繊維体を多数のフィラ
メントの集束物の解繊によって得られる紐状体であっ
て、この紐状体の間隔を隔てた箇所で、紐状体を構成す
るフィラメントが絡み合っている絡み部が形成され、こ
の絡み部によって紐状体は複数の区間に分割され、各区
間において紐状体は紐状体の長手方向に引揃えられてい
る第１群フィラメントと、解繊されて長手方向と直交す
る方向に膨んでいる第２群フィラメントとを含み、紐状
体を構成する各フィラメントの全長が等しくなるようあ
る区間で第１群フィラメントに属するフィラメントは他
の区間では第２群フィラメントに属している又はその切
断物で構成されたマット（本樹脂補強用繊維体と総称す
る）で構成する。

次に本発明を更に具体的に説明する。

第１図は本発明に用いられる紐状体１の構造を模式的に
説明するための拡大平面図であり、紐状体１は多数のフ
ィラメントの集束物の解繊によって得られ、且つ紐状体
１の間隔を隔てた箇所で紐状体１を構成するフィラメン
トが絡み合っている絡み部２が形成され、この絡み部２
によって紐状体は複数の区間３に分割され、各区間３に
おいて紐状体１は紐状体１の長手方向に引揃えられてい
る第１群フィラメントf₁と、解繊されて長手方向と直交
する方向に膨んでいる第２群フィラメントf₂とを含み、
紐状体を構成する各フィラメントの全長が等しくなるよ
うある区間で第１群フィラメントに属するフィラメント
は他の区間では第２群フィラメントに所属せしめられて
いる。

上記の紐状体（単に紐状体という）を構成すべきフィラ
メントとしては、ガラス繊維、アルミナ繊維、シリカ繊
維、ジルコニア繊維、チタニア繊維のような無機質繊
維、ケブラ繊維のような有機質繊維、真鍮繊維のような
金属繊維、炭素繊維、或はこれらを混紡してなる複合繊
維を用いることができるが、ガラス繊維又はガラス繊維
を主体とする複合繊維を用いるのが好ましい。

繊維の太さは３〜３０μ、好ましくは５〜２５μとする
のが適当であり、これらの繊維に集束剤を附与し50〜10
0,000本、好ましくは200 〜50,000本引揃えて繊維束と
なし、このような繊維束をバルキー化装置への供給速度
を大とした状態でバルキー化する等繊維束のバルキー化
装置中の滞留時間を短くし、又バルキー化装置の空気送
給孔をバルキー化装置の管状通路と直交するよう開口せ
しめる等バルキー化条件が変動しやすくなるようにバル
キー化条件を選択することにより、本発明の紐状体をう
ることができる。

空気供給孔を管状通路と斜交するよう開孔させると、空
気供給孔から管状通路に吹込まれた空気は、管状通路中
を一定の方向（繊維の出口方向）に流動し、繊維の出口
方向から排出されるが、空気供給孔を管状通路と直交す
るように開孔させると、空気の一部は繊維の入口方向に
も流出し、繊維束の径のバラツキ、繊維束の揺れに起因
する、管状通路の入口、出口における繊維束の相対的位
置（例えば繊維束が入口の通路下面に接するよう位置す
るとか、出口の通路中央部に位置するとか）の変動等に
より、出口方向へ流出する空気の量と入口方向へ流出す
る空気の量の比に変動が生じ、バルキー化条件が変動す
る。

又、バルキー化装置中の滞留時間が大きいと、バルキー
化条件の変動が平均化され易いが、滞留時間が短いと平
均化が生じ難しくなる。

なお、張力の小さい状態でバルキー化が行われるよう、
本発明の方法で得られた紐状体の引出し速度を原料たる
繊維束の供給速度に比し充分小とするのが望ましい。

バルキー化装置としては、株式会社愛機製作所製の空気
加工機ＡＴ−５０１を好適に使用することができる。

なお集束剤としてはエポキシ樹脂のような接着力の小さ
いものを用いるのが好ましく、又その附与量は固型分と
して0.1 〜１０wt％、好ましくは0.2 〜５wt％とするの
が適当である。

紐状体１においては、長手方向に所定の間隔を隔てた箇
所において紐状体を構成するフィラメントが絡み合って
いる絡み部２，２…がを形成される。

絡み部２においてフィラメントはモノフィラメント状或
は複数本引揃えられた状態で、組み紐状に絡み合い、こ
の絡み合いに起因してフィラメントには若干の撚りが与
えられている。

この絡み部２を形成することにより、紐状体１を構成す
るフィラメントは互に分離しないよう結合される。

絡み部２と絡み部２間の距離は１〜３０mm、好ましくは
３〜１５mmとするのが適当である。この長さがあまり小
さいと紐状体全長に占める絡み部２の割合が大となり本
紐状体１のバルキー性が乏しくなり、本補強繊維体の厚
みが小となり、又樹脂の含浸性が低下する。又この長さ
があまり大きいと第１群のフィラメントと第２群のフィ
ラメントが分離し易くなる。

なお絡み部２の長さは0.1 〜５mm、好ましくは0.2 〜３
mmとするのが適当である。この長さがあまり大きいと紐
状体１のバルキー性が乏しくなり、又この長さがあまり
小さいと紐状体１を構成するフィラメントが分離し易く
なる。

絡み部２により紐状体１は複数の区間３，３…に分割さ
れる。絡み部２により分割、区間された区間において、
紐状体１は紐状体の長手方向に引揃えられ、且つ好まし
くは撚りが与えられている第１群のフィラメントf₁と、
好ましくはモノフィラメント状に解繊されて長手方向と
直交する方向に膨んでいる第２群のフィラメントf₂を含
んでいる。第２群に属するフィラメントは解繊されて絡
み部と絡み部を結ぶ軸線（紐状体の長手方向）から外方
にほぼ弧状に膨んでおり、好ましくはモノフィラメント
状に解繊されている。なお、この膨みの方向は軸線を含
む特定平面上に限定されず、ランダムであり、マクロ的
に（平均的に）見ると紐状体はほぼ丸い断面を有する。
この膨みの軸線からの距離の最大値は２〜１０mm程度と
するのが適当である。

第１群に属するフィラメントは長手方向に引揃えられて
いる。このフィラメントに好ましくはＳ方向又はＺ方向
の撚りが与えられており、この撚りにより第１群の属す
るフィラメントの一体性が良好となる。

ある特定区間に着目した場合、第１群に属するフィラメ
ントf₁の長さは第２群するフィラメントf₂の長さより短
かく、紐状体に張力を与えた場合第１群に属するフィラ
メントf₁が、張力に拮抗する。

第２群に属するフィラメントf₂は第１群に属するフィラ
メントf₁より長く、長手方向から外向に膨んでおり、そ
れ自身張力に拮抗することはないが、このフィラメント
f₂は第１群に属するフィラメントf₁と絡み部２において
絡み合っており、紐状体１に与えられた張力は第１群に
属するフィラメントf₁が吸収する為、紐状体１に張力を
与えても、この区間の長さは第１群に属するフィラメン
トf₁の長さより実質的に伸びることはなく、第２群に属
するフィラメントf₂が引伸ばされてバルキー性が失われ
ることはない。

第１群に属するフィラメントの数は全フィラメントの数
の１０〜５０％とするのが適当である。この数があまり
大いと紐状体１のバルキー性が乏しくなり、又この数が
あまり少ないと紐状体１の長手方向の強度が減少し易
い。

ある特定区間に着目した場合第１群に属する破線で示さ
れたフィラメントf₁と、第２群に属する実線で示された
フィラメントf₂とはこの区間の端部の絡み部で絡み合っ
て混り合い、次の区間で第１群に属するフィラメント
f₁′と第２群に属するフィラメントf₂′とに分かれる。

この際f₁の少なくとも１部がf₂′に移行して第２群に属
し、f₂の少なくとも１部がf₁′に移行して第２群に属す
るようになる。このような異なる群への移行（所属の変
更）は、ランダムに行なわれるが、あるフィラメントに
着目した場合、このフィラメントが各区間において第１
群に属する回数と、第２群に属する回数はほぼ等しくな
り、紐状体を構成する各フィラメントの全長は等しくな
る。

なお第１群のフィラメントに与えられた撚りの方向は所
々で反転しており、紐状体全体としてはＳ方向と撚りと
Ｚ方向と撚りの数はほぼ等しくなり、紐状体に捻れが生
ずることはない。

撚り方向の反転は一つの区間内で生ずることもあり、こ
の場合この反転部においては僅かの長さの撚りのない部
分が生ずることもある。

なお第１群に属するフィラメントは、このような反転部
等において、外方に僅かに膨むこともあるが、この膨み
は第２群のフィラメントの膨みに比し極めて小さく上述
した紐状体に与えられた張力に体する拮抗力に影響する
ことはない。

なお絡み部の徴さ、絡み部と絡み部の距離、各区間にお
ける第１群に属するフィラメントの数、第２群に属する
フィラメントの膨みの程度等を紐状体の全長に亘って一
定値に制御することは実用上無意味であり、これらを上
述の範囲に保つことにより本発明の目的を充分達成する
ことができる。

なお又紐状体はガラス繊維、有機繊維等の比較的柔かい
繊維で構成することもできるが、シリカファイバーのよ
うな脆い繊維で構成することもでき、このような紐状体
は張力を与えてもバルキー性が失われず、且つ大きい耐
熱性を有する。

本発明においては補強用繊維体を紐状体を用いたマット
（本マット）で構成する。

紐状体は張力を与えても伸びることがなく、バルキー性
が失わるることがないので、なお本織物は緯糸、経糸と
も紐状体で構成することができるが、その一方のみ（好
ましくは緯糸のみ）に紐状体を用いることもできる。又
本織物として緯糸、経糸を接着した不織布を用いること
もできる。

前述したように紐状体はほぼ丸い断面を有して居り、本
織物は単位面積当りの重量を一定とした場合、通常のス
トランド或はロービングを用いた織物に比し約３倍の厚
みを有し、且つ繊維が解繊されているため液状の樹脂の
含浸は良好である。

この性能は紡績糸を用いた織物に匹敵し、しかも製造の
手間は紡績糸の場合に比し遥かに小であり、且つ本織物
は紡績糸に比し遥かに長い繊維で構成されているため、
本織物をＦＲＰ補強用に用いることにより、紡績糸織物
を用いた場合に比し、強度の大きいＦＲＰを得ることが
できる。

連続した紐状体又は所定の長さ（２５mm以上、好ましく
は５０mm以上とするのが望ましい）に切断した紐状体を
用い、常法に従い、これらを移動するコンベア上に落下
堆積せしめ、結合剤を附与することにより本マットを得
ることができる。

堆積量は５０〜5,000gr/m²、好ましくは 100〜3,000gr/
m²とするのが適当であり、同一堆積量の通常のＣＳ、Ｃ
ＳＭに比し約５倍の厚みを有し、樹脂の含浸性の良好な
マットが得られる。又本マットは連続したフィラメント
で構成されているため、本マットを用いることにより、
従来のＣＭ、ＣＳＭを用いた場合に匹敵する強度を有
し、且つ均質なＦＲＰを得ることができる。

又紐状体は解繊され、長手方向と直交する方向に膨らん
でいる第２群フィラメントを有しているため、紐状体同
志が絡み合うため通常のＣＭ、ＣＳＭに比し結合剤の使
用量を５０％程度に減少でき、結合剤に起因するＦＲＰ
の品質低下を小ならしめることができる。

更に又本マット、を構成する紐状体は解繊されて長手方
向と直交する方向に膨らんでいる第２群のフィラメント
を含んでいるため、本マットを複数枚重ねてＦＲＰの補
強用として使用した場合、この第２群のフィラメントが
絡み合うため、ＦＲＰの層間剥離を生ずることがなく、
又平滑な表面を有するＦＲＰを得ることができ、型馴染
みも良好である。

本発明樹脂補強用繊維体に不飽和ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を、ＦＲＰ中の樹脂量が４
０〜８０wt％程度となるよう含浸せしめ、プレス成型
法、ＲＩ法、ＨＬ法等によりＦＲＰを得ることができ
る。使用する樹脂の種類、成型方法は常法と異なるとこ
ろがないので詳細な説明は省略する。

［作 用］ 多数のフィラメントの集束物の解繊によって得られる紐
状体であって、この紐状体の間隔を隔てた箇所で、紐状
態を構成するフィラメントが絡み合っている絡み部が形
成され、この絡み部によって紐状体は複数の区間に分割
され、各区間において紐状体は紐状体の長手方向に引揃
えられている第１群フィラメントと、解繊されて長手方
向と直交する方向に膨んでいる第２群フィラメントとを
含み、紐状体を構成する各フィラメントの全長が等しく
なるようある区間で第１群フィラメントに属するフィラ
メントは他の区間では第２群フィラメントに属している
ことを特徴とする紐状体を用いてマットを構成すること
によりマットの強度を低下させることなく嵩比重を小と
して厚みを大ならしめ、且つ液状樹脂の含浸性を大と
し、型馴染みを良好ならしめ更に層間剥離を防止する。

［実施例１］ 太さ９μのガラス繊維（フィラメント）にエポキシ系集
束剤を固型分として0.2 wt％附与し4,000本集束してな
る繊維束を用い、管状通路に直交して開孔する空気供給
孔を備えた、株式会社愛機製作所製の空気加工機ＡＴ−
５０１使用して、下記の仕様の紐状体を製造した。

なお、繊維束の供給速度は１２０ｍ／ｓｅｃ引出し速度
は１１０ｍ／ｓｅｃ、圧縮空気の平均圧力は５．０ｋｇ
／ｃｍ^２Ｇである。

紐状体の仕様 絡み部の平均長さ３mm、絡み部と絡み部の間の平均距離
８mm、第１群に属するフィラメントの平均数1,500本、
第２群に属するフィラメントの膨みの程度（紐状体の平
均太さ）５mm。

この紐状体を移動するコンベア上に 450gr/m²の割合で
落下させて、弯曲した形状をなして堆積させ、結合剤と
して飽和ポリエステル樹脂粉体を 1.5wt％附与し、加熱
して紐状体同志を結合してマットとした。

このマットは、通常の同一仕様のマットに比し約５倍の
厚みを有し、又必要な結合剤の使用量を約５０％とする
ことができた。

このマットは液状熱硬化製樹脂の含浸も良好であり、型
馴染みもよく、このマットを補強繊維体として使用する
ことにより強度の大きい、平滑な表面を有し、層間剥離
のないＦＲＰを、ハンドレイアップ法によってうること
ができた。

なお樹脂として不飽和ポリエステルを使用した。

又樹脂使用量はＦＲＰ中７０wt％であった。

［発明の効果］ 本樹脂補強用繊維体を用いることにより厚みが大きく、
層間剥離を生ずることがなく、平滑な表面を有し強度の
大きいＦＲＰを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において用いられる紐状体の構造を模式
的に説明するための拡大平面図である。 図中１は紐状体、２は絡み部、３は区間、f₁，f₁′は第
１群フィラメント、f₂，f₂′は第２群フィラメントを示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】液状の熱可塑性樹脂を含浸させ該樹脂を硬
   化せしめて繊維補強樹脂体を製造するのに際し用いられ
   る補強用繊維体において、多数のフィラメントの集束物
   の解繊によって得られる紐状体であって、この紐状体の
   間隔を隔てた個所で、紐状態を構成するフィラメントが
   絡み合っている絡み部が形成され、この絡み部によって
   紐状体は複数の区間に分割され、各区間において紐状体
   は紐状体の長手方向に引揃えられている第１群フィラメ
   ントと、解繊されて長手方向と直交する方向に膨んでい
   る第２群フィラメントとを含み、紐状体を構成する各フ
   ィラメントの全長が等しくなるよう、ある区間で第１群
   フィラメントに属するフィラメントは他の区間では第２
   群フィラメントに属している紐状体又はその切断物で構
   成されたマットよりなることを特徴とする樹脂補強用繊
   維体。