JP2002363303A - 有機繊維系強化材及びそれを用いた繊維強化成形材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成形材料の基本的な使用特性を損なわずに、か
つ、使用年数を経た後の成形品や成形品の製造工程から
排出される成形材料や成形品の廃棄及び再利用などに関
して改善するものであり、さらには、生産性、経済性に
優れた繊維強化成形材料を提供する。 【解決手段】 有機繊維が合成樹脂により収束され、か
つ０．５〜５０ｍｍの長さに切断されてなることを特徴
とする有機繊維系強化材であり、好ましくは前記有機繊
維が合成樹脂製マルチフィラメント糸である有機繊維系
強化材である。さらに、前記合成樹脂が熱可塑性樹脂で
あることが好ましい。また、前記のいずれかの有機繊維
系強化材が母材合成樹脂に対して１〜１００質量％配合
せしめられてなることを特徴とする繊維強化成形材料で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、有機繊維系強化材
及び有機繊維により強化された成形材料に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などを用い
た成形材料は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリカー
ボネート、ポリエステル、また、不飽和結合を分子内に
有する例えば不飽和ポリエステル、アリル樹脂など、そ
れぞれの素材の力学特性、熱特性、化学特性から金属材
料の代替品として軽くて丈夫である性能を生かして様々
な分野で利用されている。近年、地球環境の維持保全の
観点から樹脂成形材料において、その再利用システムが
検討されている。しかし、従来のガラス繊維や金属繊維
などで強化された成形材料は有機―無機複合材料である
こと、また補強剤としてガラス繊維が成形材料中に多量
に混合されているために、これらの複合成形材料の再利
用は熱原料への展開も困難であり、部品として使用年数
を経た後や成形品の製造工程より排出される材料の廃棄
方法などが問題となっている。

【０００３】有機―有機系複合材料の例として、特公平
６−２５２８８号公報では母材がポリプロピレン樹脂
で、充填材としてポリエチレンテレフタレート繊維を溶
融混合した複合材が開示されている。この方法による
と、混合装置へのポリエチレンテレフタレート繊維の供
給は単繊維の状態であることが母材であるポリプロピレ
ン樹脂との分散性向上を図るうえで肝要であり、繊維の
前処理としてカードなどの解繊維による単繊維化をおこ
なうことが好ましいとされている。しかし、上記方法で
は、単繊維状である有機繊維を補強材として必要な長さ
を得るために揃えてカットし回収することは困難とな
り、また、単繊維状有機繊維を溶融混合機に投入する場
合、一般にガラス繊維と比較して比重が軽く、さらに単
繊維充填材間で絡みあうことにより、投入口からの溶融
混練機内への噛み込みが悪く、溶融混合時の多量投入が
困難であり生産性も著しく悪い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、現在の成形
材料の基本的な使用特性を損なわずに、かつ、使用年数
を経た後の成形品や成形品の製造工程から排出される成
形材料や成形品の廃棄及び再利用などに関して改善する
ものであり、さらには、生産性、経済性に優れた繊維強
化成形材料を提供しようとするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋭意検討を重
ね上記課題を解決できることを見出し本発明に到達し
た。すなわち、本発明は、 １．有機繊維が合成樹脂により収束され、かつ０．５〜
５０ｍｍの長さに切断されてなることを特徴とする有機
繊維系強化材。 ２．前記有機繊維が合成樹脂製マルチフィラメント糸で
あることを特徴とする前記1に記載の有機繊維系強化材 ３．前記合成樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴とす
る前記1または２に記載の有機繊維系強化材。 ４．前記１〜３のいずれかに記載の有機繊維系強化材が
母材合成樹脂に対して１〜１００質量％配合せしめられ
てなることを特徴とする繊維強化成形材料。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明における有機繊維とは、炭
素原子が連なった分子鎖や環状体を基本骨格とし、これ
に水素、酸素、窒素などの原子を結合した化合物より得
られる繊維状構造体であり、合成繊維、天然繊維の何れ
であってもよい。例えば、合成繊維としてはポリエステ
ル系、ポリアミド系、ポリイミド系、ポリフェニレンオ
キサイド系、アクリロニトリル系、ポリオレフィン系、
ポリウレタン系、ポリビニルアルコール系など、天然繊
維としては、綿、麻などの植物繊維、獣毛、絹などの動
物繊維などがあげられる。また、これらの有機繊維はそ
の構成が単独でも数種類の繊維の混合または複合体であ
っても構わない。また、有機繊維を構成する単繊維の1
本の太さは特に限定はされず、その太さは均一でも不均
一であってもよい。これらの有機繊維の中で、収束のさ
せ易さ、取り扱い易さ、製造のし易さの点で、合成繊維
のマルチフィラメント糸が好ましい。

【０００７】本発明の有機繊維は合成樹脂により収束さ
れる。有機繊維が収束されていることにより、補強材と
して必要な繊維長にカットする際、また、カットされた
小片を回収するうえで取り扱いが容易になる。さらに、
成形材料の母材である樹脂と混合する溶融混練機への投
入時やシート状の繊維強化材を製造する際においても、
従来のガラス繊維などと同様な操作が可能となる。ま
た、合成樹脂により収束されて得られる有機繊維束は、
単独でも数種類の繊維束の混合また複合体であっても構
わない。

【０００８】本発明の合成樹脂により収束された有機繊
維束の太さは特に限定はされず、また有機繊維束の太さ
は均一でも不均一でも構わないが、有機繊維束の太さが
１０〜３００μｍ、３００〜５００μｍ及び５００μｍ
以上よりなる群より選ばれる少なくとも1種を全有機繊
維束中に５質量％以上含有していることが好ましい。

【０００９】本発明における有機繊維を収束する合成樹
脂は主成分が熱可塑性樹脂であることが好ましく、ま
た、本発明の熱可塑性樹脂とは、ＤＳＣを用いた測定に
おいて熱軟化点および／またはガラス転移温度を示すも
のであり、成形材料の性能に影響を及ぼさない範囲であ
れば、架橋反応などによる架橋構造を含んでいてもよ
い。

【００１０】本発明における収束剤としての熱可塑性樹
脂の種類は特に限定はされないが、例えば、アクリル
系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリウレタン系、
ポリビニルアルコール系、ポリオレフィン系などの熱可
塑性樹脂があげられる。また、これらは単独でも数種類
の混合体でもよい。有機繊維を収束する合成樹脂収束剤
が熱可塑性樹脂であることにより、溶融混練工程や加熱
溶融された母材樹脂へ含浸する工程において、収束剤が
加熱された母材樹脂と有機繊維の混合成分中に溶融され
る。有機繊維を収束する収束剤が熱可塑性を持たない場
合、溶融混練工程や加熱溶融された母材樹脂へ含浸する
工程において、収束剤が加熱された母材樹脂と有機繊維
の混合成分中に溶融されず、ゲル状の不溶融物になった
り、熱変性して着色したりして成形材料中の異物となっ
てしまうなどの問題が起り易いため好ましくない。

【００１１】本発明における収束剤は、使用する有機繊
維の種類、母材樹脂の種類によって、適宜選択される
が、有機繊維や母材樹脂との親和性が高く、成形材料中
での混和性に優れ、有機繊維と母材樹脂との界面の接着
性を高めるものが好ましい。例えば、有機繊維がポリエ
ステル繊維の場合、共重合ポリエステル樹脂、ポリウレ
タン系樹脂、ポリ（メタ）アクリル酸エステル系樹脂な
どが挙げられる。

【００１２】また、本発明における有機繊維を収束する
ための合成樹脂の形態は、溶液状および／または分散液
状であることが好ましい。溶液状および／または分散液
状の合成樹脂で処理された有機繊維は、有機繊維の化学
構造に影響を及ぼさない条件で加熱による乾燥工程を通
すこともできる。

【００１３】本発明における有機繊維は、あらかじめ収
束された有機繊維に合成樹脂を処理する工程、合成樹脂
を処理した有機繊維を収束する工程、またはこれらを組
合せた工程により得ることができる。有機繊維を収束す
るために合成樹脂を処理する方法としては特に限定はさ
れないが、溶液状および／または分散液状の合成樹脂
を、有機繊維および／または有機繊維束に、含浸する方
法、塗布する方法、転写する方法、噴霧する方法などが
あげられる。

【００１４】本発明で用いられる成形材料の母材樹脂は
特に限定はされないが、従来より使用されている成形材
料用樹脂などを用いることができる。例えば、ポリオレ
フィン系樹脂、アクリロニトリルブタジエンスチレン系
樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウ
レタン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などの熱可塑性
樹脂やシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、不飽和ポリ
エステル系樹脂、アリル系樹脂などの熱硬化性樹脂をあ
げることができる。また、これらの材料は単独でも混合
されたもので使用することができる。さらに、これらの
材料は一部もしくは全量が再利用品であっても構わな
い。

【００１５】本発明の成形材料においては上記の必須配
合成分の他に必要に応じて、耐磨耗性など上げる目的で
シリカを主成分とする天然・人工の骨材、また曲げ強度
や結晶性を改善する目的で炭酸カルシウム、クレー、ア
ルミナ、タルク、硫酸バリウム、シリカパウダー、マイ
カ、水酸化アルミニウム、ガラス粉などの無機充填材、
また耐光性を上げる目的で紫外線吸収剤、また母材と有
機繊維の接着性や構造的耐久性を上げる目的でシランカ
ップリング剤、顔料・染料などの着色剤等を少なくとも
1種類配合することができる。

【００１６】本発明における成形材料の使用方法は特に
限定はされないが、例えば、合成樹脂により収束された
有機繊維束と母材樹脂を押出機などの公知の装置を用い
て溶融混合しペレット状にしたものを射出成形する方
法、また合成樹脂により収束された有機繊維束と母材樹
脂を押出機より溶融混合し直接シート状などに形状に成
形する方法、また合成樹脂により収束された有機繊維束
を織物、不織布、マット状等にした後に母材樹脂と成形
する方法などに用いることができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を更に詳細に説明する。 実施例１ 共重合水系ポリエステル樹脂（東洋紡績社製、バイロナ
ールMD−１２００、ガラス転移温度68℃）を固形分３０
質量％に希釈した分散溶液中に、ポリエステル繊維（１
６７０ｄｔｅｘ、フィラメント数２８８のマルチフィラ
メント）を１０本合糸したポリエステル繊維束を含浸
し、加熱ローラー間を通した後、熱風乾燥機を用いて１
２０℃で５分間乾燥した。得られたポリエステル繊維束
を長さ５ｍｍにカットし、サンプルＡを得た。

【００１８】サンプルＡとポリプロピレン樹脂を質量比
３０：７０でドライブレンドした後、通常の溶融混練押
出機の投入口へ投入し、通常の条件の混練、押出し、ス
トランドカットにより、ペレットを製造した。投入から
ストランドカットまでの操作性は投入口でブレンドされ
た混合品が詰まることなく良好であった。操作性の評価
結果を表１に示す。

【００１９】実施例２ 水系ポリウレタン樹脂（大日本インキ化学工業社製、Ｈ
Ｗ−９７０、軟化温度１６０℃）を固形分３０質量％に
希釈した分散溶液中に、ポリエステル繊維（１６７０ｄ
ｔｅｘ、フィラメント数２８８）を１０本合糸したポリ
エステル繊維束を含浸し、加熱ローラー間を通した後、
熱風乾燥機を用いて１２０℃で５分間乾燥した。得られ
たポリエステル繊維束を長さ５ｍｍにカットし、サンプ
ルＢを得た。実施例１と同様の方法で操作性を評価し
た。結果を表１に示す。

【００２０】実施例３ 共重合水系ポリエステル樹脂（東洋紡績社製、バイロナ
ールMD−１２００、ガラス転移温度68℃）を固形分３０
質量％に希釈した分散溶液中に、ポリエステル繊維（１
６７０ｄｔｅｘ、フィラメント数２８８のマルチフィラ
メント）を１０本合糸したポリエステル繊維束を含浸
し、加熱ローラー間を通した後、熱風乾燥機を用いて１
２０℃で５分間乾燥した。得られたポリエステル繊維束
を長さ１０ｍｍにカットし、サンプルＣを得た。実施例
１と同様の方法で操作性を評価した。結果を表１に示
す。

【００２１】実施例４ 水系ポリウレタン樹脂（大日本インキ化学工業社製、Ｈ
Ｗ−９７０、軟化温度１６０℃）を固形分３０質量％に
希釈した分散溶液中に、ポリエステル繊維（１６７０ｄ
ｔｅｘ、フィラメント数２８８のマルチフィラメント）
を１０本合糸したポリエステル繊維束を含浸し、加熱ロ
ーラー間を通した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で５
分間乾燥した。得られたポリエステル繊維束を長さ１０
ｍｍにカットし、サンプルＤを得た。実施例１と同様の
方法で操作性を評価した。結果を表１に示す。

【００２２】実施例5 水系アクリル樹脂（ガンツ化成社製、ウルトラゾールB
―900、ガラス転移温度１０℃）を固形分４０質量％に
調整した分散溶液中に、ポリエステル繊維（１６７０ｄ
ｔｅｘ、フィラメント数２８８のマルチフィラメント）
を１０本合糸したポリエステル繊維束を含浸し、加熱ロ
ーラー間を通した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で３
分間乾燥した。得られたポリエステル繊維束を長さ５ｍ
ｍにカットしサンプルＥを得た。実施例１と同様の方法
で操作性を評価した。結果を表１に示す。

【００２３】実施例６ 共重合水系ポリエステル樹脂（東洋紡績社製、バイロナ
ールMD−１２００ ガラス転移温度68℃）を固形分３０
質量％に希釈した分散溶液中に、ナイロン６繊維（１４
００ｄｔｅｘ、フィラメント数２０４のマルチフィラメ
ント）を１０本合糸したナイロン繊維束を含浸し、加熱
ローラー間を通した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で
５分間乾燥した。得られたナイロン繊維束を長さ１０ｍ
ｍにカットし、サンプルＦを得た。実施例１と同様の方
法で操作性を評価した。結果を表１に示す。

【００２４】実施例７ 実施例１で得られたサンプルＡと共重合ポリエステル樹
脂（東洋紡績社製、ＳＩ−１７３、軟化点１８５℃）を
質量比３０：７０でドライブレンドした後、通常の溶融
混練押出機の投入口へ投入し、通常の条件の混練、押出
し、ストランドカットにより、ペレットを作製した。投
入からストランドカットまでの操作性は投入口でブレン
ドされた混合品が詰まることなく良好であった。操作性
の評価結果を表１に示す。

【００２５】比較例１ ポリエステル繊維（１６７０ｄｔｅｘ、フィラメント数
２８８のマルチフィラメント）を１０本合糸したポリエ
ステル繊維束をイオン交換水に含浸し、加熱ローラー間
を通した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で５分間乾燥
した。得られたポリエステル繊維束を長さ５ｍｍにカッ
トし、サンプルＧを得た。実施例１と同様にサンプルＥ
とポリプロピレン樹脂を質量比３０：７０でドライブレ
ンドした後、通常の溶融混練押出機の投入口へ投入した
が、押出機への噛み込みが悪く、通常の条件での混練、
押出し、ストランドカットは困難であった。投入からス
トランドカットまでの操作性の結果を表１に示す。

【００２６】比較例２ ポリエステル繊維（１６７０ｄｔｅｘ、フィラメント数
２８８のマルチフィラメント）を１０本合糸したポリエ
ステル繊維束をイオン交換水に含浸し、加熱ローラー間
を通した後、熱風乾燥機を用いて１２０℃で５分間乾燥
した。得られたポリエステル繊維束を長さ１０ｍｍにカ
ットし、サンプルＨを得た。実施例１と同様にサンプル
Ｆとポリプロピレン樹脂を質量比３０：７０でドライブ
レンドした後、通常の溶融混練押出機の投入口へ投入し
たが、押出機への噛み込みが悪く、通常の条件での混
練、押出し、ストランドカットは困難であった。投入か
らストランドカットまでの操作性の結果を表１に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、有機繊維を合成樹脂で
収束した有機系繊維を強化材とするので、得られる成形
材料及び成形体は、有機−有機系のみの複合材とするこ
とができ、成形材料及や成形体の廃棄物の再利用などに
も有効であるだけでなく、成形材料製造時の操業性に優
れる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】有機繊維が合成樹脂により収束され、かつ
   ０．５〜５０ｍｍの長さに切断されてなることを特徴と
   する有機繊維系強化材。
2. 【請求項２】前記有機繊維が合成樹脂製マルチフィラメ
   ント糸であることを特徴とする請求項1に記載の有機繊
   維系強化材。
3. 【請求項３】前記合成樹脂が熱可塑性樹脂であることを
   特徴とする請求項1または２のいずれかに記載の有機繊
   維系強化材。
4. 【請求項４】前記請求項１〜３のいずれかの有機繊維系
   強化材が母材合成樹脂に対して１〜１００質量％配合せ
   しめられてなることを特徴とする繊維強化成形材料。