JP2005213704A

JP2005213704A - Ｆｒｐ用湿式アラミド繊維不織布

Info

Publication number: JP2005213704A
Application number: JP2004024450A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Terao; 知之寺尾; Tomonari Deguchi; 朋斉出口; Hideyuki Mikado; 秀幸見門; Yoshihisa Kato; 由久加藤
Original assignee: Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】建材、乗り物、電気製品、家具などのホディー材料、パネル材料などとして使用される、ＦＲＰに関し、面内の異方性が小さく、軽量で、耐衝撃性に優れたＦＲＰを製造するのに好適な基材を提供することにある。
【解決手段】パラ系アラミド繊維と結着剤を含有する湿式不織布であり、パラ系アラミド繊維の繊維長が5〜20mm、不織布の密度が0.4g/cm³以上であることを特徴とするＦＲＰ用湿式アラミド繊維不織布。該不織布の引張強度の縦横比は1〜1.5であることが好ましい。
【選択図】なし

Description

本発明は、建材、乗り物、電気製品、家具などのホディー材料、パネル材料などとして使用される、ＦＲＰに関する。中でも、耐衝撃性に優れ、軽量で薄肉のＦＲＰを作製するのに好適なＦＲＰ用湿式アラミド繊維不織布に関するものである。

現在、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）はその優れた材料特性、機能、加工性等から広範囲で利用されている。強化繊維としては強度、弾性率が重要であることからガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等の繊維が使用され、それぞれＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化プラスチック）、ＡＦＲＰ（アラミド繊維強化プラスチック）等の名称で呼ばれている。

ＦＲＰの製造方法は多岐に渡り、繊維シート基材に樹脂を含浸する方法、繊維を練りこんだ樹脂を金型等で成形する方法、樹脂と繊維を同時に吹き付けて成形する方法等が挙げられる。この中でも、繊維シート基材に樹脂を含浸する方法はＦＲＰ中の繊維含有率を高めることができ、材料特性として優れたＦＲＰが製造できることから、広く利用されている。繊維シート基材としては、ガラスクロス、カーボンクロス、アラミドクロス、ガラスマット、カーボンマット等が採用されている。

しかしながら、繊維シート基材としてクロス基材を使用したＦＲＰは、クロス基材が縦糸と横糸で形成されているために縦方向、横方向の特性は優れるが、斜め方向の特性が極端に劣るといった欠点がある。これを補うために図１のように繊維シート基材が斜め方向に交差するように積層することが行われるが、余剰部分が生じてコストアップ要因となる。これを防ぐために図２のように余剰部分を利用することも考えられるが、つぎはぎ部が多く生じ、この部分の強度が低下するため好ましくない。

一方、ＦＲＰ用の繊維シート基材としてガラスマットやカーボンマットを使用したＦＲＰは繊維の配向が比較的ランダムに近く、前記のような異方性は少ない。しかしながら、ガラス繊維やカーボン繊維は脆くて折れやすいため、有機繊維を使用した場合に比べＦＲＰの耐衝撃性が劣る。また、これらのマット基材は乾式法による不織布のため地合が悪く、繊維の存在しない部分が欠陥となりやすいといった欠点がある。

一方、湿式法によるパラ系アラミド繊維不織布が、近年プリント配線板用の積層板の基材として使用されているが、他のＦＲＰ用基材としてはほとんど検討されておらず、ＦＲＰ用基材としての特徴が認知されていないのが実状である。例えば、特許文献１には繊維シート基材の一例としてアラミド繊維不織布が記載されているが、アラミド繊維不織布の構成やＦＲＰの特徴については記載されていない。また、特許文献２には高い耐衝撃性を有するＦＲＰを製造するための最も好適な基材繊維として炭素繊維や黒鉛繊維が挙げられており、アラミド繊維は強化繊維の単なる一例として記載されているにすぎない。
特開２０００−８９６号公報特開２００２−７９４５８号公報

本発明の課題は、面内の異方性が小さく、軽量で、耐衝撃性に優れたＦＲＰを製造するのに好適な基材を提供することにある。

本発明者等は、特定のアラミド繊維不織布をＦＲＰの基材として採用することで、面内の異方性が小さく、耐衝撃性に優れたＦＲＰが製造できることを見出し、本発明を完成させるに至った。

前記の問題を解決するための本発明は、以下の発明を包含する。
（１）パラ系アラミド繊維と結着剤を含有する湿式不織布であり、パラ系アラミド繊維の繊維長が5〜20mm、不織布の密度が0.4g/cm³以上であることを特徴とするＦＲＰ用アラミド繊維不織布。
（２）上記（１）に記載された不織布であって、湿式抄紙方式で製造され、引張強度の縦横比が1〜1.5であることを特徴とするＦＲＰ用アラミド繊維不織布。
（３）上記（１）または（２）に記載のアラミド繊維不織布を少なくとも１枚以上使用したＦＲＰ。

本発明のＦＲＰ用湿式アラミド繊維不織布は繊維がランダムに配向しているために、ＦＲＰにおける繊維の補強効果の面内異方性が小さい。また、ガラス繊維や炭素繊維に比べて柔軟であるため、耐衝撃性に優れたＦＲＰを製造することが可能である。

本発明のＦＲＰ用湿式アラミド繊維不織布（以下、アラミド繊維不織布と記載する）は実質的にパラ系アラミド繊維と結着剤からなり、好ましくは不織布中のパラ系アラミド繊維の含有率が70質量％以上、より好ましくは80質量％以上である。
本発明におけるアラミドとは、ＩＳＯ２０７６−１９７７に定義された「アミド結合を介して結びついた芳香族基より成る合成高分子で、該アミド結合の85％以上が２個の芳香環と直接結合しており、該アミド基の50％以下がイミド基で置換されていてもよい」ものを指す。また、本発明におけるパラ系アラミドとは、前記アラミドのうち、アミド基の芳香環への結合がパラ位置にあるものを指す。現在、市場で入手できるパラ系アラミド繊維としてはポリ−ｐ−フェニレンテレフタラミド繊維があり、例えばケブラー（登録商標：デュポン社製）が挙げられる。また、ポリ−ｐ−フェニレンジフェニルエーテルテレフタラミド繊維として、例えばテクノーラ（登録商標：帝人（株）製）を挙げることができる。

本発明のアラミド繊維不織布に使用するパラ系アラミド繊維の繊維長は5〜20mmである必要があり、より好ましくは10〜15mmである。5mmよりも短いと補強効果が小さく、特に曲げ特性や耐衝撃強度の低下が顕著であり、20mmを超えると湿式法によるシート形成が困難になるからである。ちなみに、積層板用の基材として使用されているアラミド不織布は、地合が重視されるため、パラ系アラミド繊維の繊維長は3mm程度のものが利用されるのが一般的である。繊維径は特に限定しないが、繊維径が小さすぎると不織布の空隙径が小さくなり樹脂の含浸性が悪化するため、好ましくは1〜5ｄ（デニール）、より好ましくは1.5〜3ｄである。

本発明のアラミド繊維不織布には本発明の効果を損なわない範囲でパラ系アラミド繊維以外に、ガラス繊維、アルミナ繊維、カーボン繊維等の無機繊維や、ステンレス繊維等の金属繊維、メタ系アラミド繊維、ポリベンザゾール繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維等の合成繊維、木材パルプ、植物パルプ、羊毛、絹等の天然繊維等、公知の繊維材料を混抄しても構わない。これら他の繊維の配合割合は、パラ系アラミド繊維に対して0〜30質量％程度である。
結着剤としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂等の樹脂バインダーが好適に使用されるが、熱可塑性繊維を混抄し、加熱によりパラ系アラミド繊維間を結着させる方法をとってもよく、両者の併用ももちろん構わない。結着剤は不織布全体に対して2〜30質量％、好ましくは5〜20質量％程度使用する。

次に、本発明のアラミド繊維不織布は密度が0.4g/cm³以上であることが必要であり、より好ましくは0.5g/cm³以上である。不織布の密度が0.4g/cm³未満ではＦＲＰとしたときの繊維含有率が低くなり、十分な補強効果が得られない。密度の上限は特に設けないが、あまりに密度が高いと樹脂の含浸性が悪化するため、好ましくは1.0g/cm³以下、より好ましくは0.8g/cm³以下である。アラミド繊維不織布の密度のコントロール方法としては熱カレンダー処理が好適であり、加熱温度、線圧、速度等を適宜選択することで目的とする密度に調整する。

本発明のアラミド繊維不織布は湿式方式即ち、繊維の水分散スラリーから抄紙機により製造されるものである。その場合一般的にはマシンの走行方向（縦方向）の引張強度が最も高くなるが、抄紙条件によっては、走行方向と直角方向（横方向）が大きくなることもある。
本発明においては、「引張強度の縦横比」とは、縦方向強度と横方向強度のうち、引張強度が高いほうの強度を弱いほうの強度で割った値を意味する。従って縦横比は最小で１であり、１に近いほどＦＲＰの異方性が小さくなる。本発明においては、縦横比が1.5以下であることが好ましい。縦横比は湿式抄造時のＪ/Ｗ比やドロー調整、熱カレンダー時のテンション調整等の当業界で公知の手法によりコントロールすることが可能である。

本発明のアラミド繊維不織布を用いてＦＲＰを製造する方法は特に限定されず、ハンドレイアップ法、ＳＭＣ（シート・モールディング・コンパウンド）法、シートワインディング法等の公知の方法が採用でき、他の基材と併用しても構わない。例えば、内層はガラスマットを使用し、表層のみにアラミド繊維不織布を使用して耐衝撃性を向上させるといったことも可能である。使用する樹脂も特に限定せず、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂等の公知の熱硬化性樹脂が使用できる。樹脂中には硬化剤や充填剤、難燃剤等を配合しても構わない。

以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、勿論本発明はこれらによって限定されるものではない。

＜実施例１＞
パラ系アラミド繊維Ａとして、トワロン（登録商標：テイジン・トワロン株式会社製、繊維径1.5d、繊維長6mm）を使用した。
パラ系アラミド繊維Ａを濃度0.2質量％の水性スラリーとし、Ｊ／Ｗ比1.04の条件で傾斜ワイヤー型抄紙機で湿式抄造し、アクリル樹脂エマルジョンをスプレー散布して乾燥後の米坪72g/m²、パラ系アラミド繊維含有率85質量％、密度0.15g/cm³の湿式不織布を得た。得られた不織布をロール温度200℃の熱カレンダーで処理して、縦横比1.3、密度0.6g/cm³のアラミド繊維不織布を得た。
このアラミド繊維不織布をＡ４サイズに切り出し、エポキシ樹脂（商品名：ＧＭ６８００／ブレニー技研製）を用いてハンドレイアップ法により16枚積層し、両表層に剥離用ＰＥＴフィルムを重ねた後に厚さ10mmのガラス板にはさみ、5kgの錘を乗せて一昼夜放置後取り出し、60℃のオーブン中に3時間放置してＦＲＰを得た。このＦＲＰについて、比重、引張強度、曲げ強度、耐衝撃強度を測定した。

＜実施例２＞
パラ系アラミド繊維Ａの代わりにパラ系アラミド繊維Ｂ（商品名：ケブラー４９、繊維径2.5d、繊維長13mm）を使用した以外は、実施例１と同様にして縦横比1.3のアラミド繊維不織布およびＦＲＰを得た。このＦＲＰについて、比重、引張強度、曲げ強度、耐衝撃強度を測定した。

＜実施例３＞
Ｊ/Ｗ比を0.8に変更した以外は、実施例１と同様にして縦横比2.0、密度0.6g/cm³のアラミド繊維不織布およびＦＲＰを得た。このＦＲＰについて、比重、引張強度、曲げ強度、耐衝撃強度を測定した。

＜比較例１＞
アラミド繊維不織布の熱カレンダー処理を行わず、積層枚数を5枚とした以外は、実施例１と同様にして縦横比1.3のアラミド繊維不織布およびＦＲＰを得た。このＦＲＰについて、比重、引張強度、曲げ強度、耐衝撃強度を測定した。

＜比較例２＞
パラ系アラミド繊維Ａの代わりにパラ系アラミド繊維Ｃ（商品名：トワロン、繊維径1.5d、繊維長3mm）を使用した以外は、実施例１と同様にして縦横比1.3のアラミド繊維不織布およびＦＲＰを得た。このＦＲＰについて、比重、引張強度、曲げ強度、耐衝撃強度を測定した。

＜比較例３＞
アラミド繊維不織布の代わりに市販アラミドクロス（品番：Ｋ−７２８、米坪235g/m²、鐘紡株式会社製）を使用し、積層枚数を5枚とした以外は、実施例１と同様にしてＦＲＰを得た。このＦＲＰについて、比重、引張強度、曲げ強度、耐衝撃強度を測定した。

＜比較例４＞
アラミド繊維不織布の代わりに市販カーボンクロス（品番：ＣＯ６３４３、米坪194g/m²、東レ株式会社製）を使用し、積層枚数を７枚とした以外は、実施例１と同様にしてＦＲＰを得た。このＦＲＰについて、比重、引張強度、曲げ強度、耐衝撃強度を測定した。

＜比較例５＞
アラミド繊維不織布の代わりに市販ガラスマット（商品名：ＥＣＭ２３０−５０１、米坪240g/m²、セントラル硝子株式会社製）を使用し、積層枚数を6枚とした以外は、実施例１と同様にしてＦＲＰを得た。このＦＲＰについて、比重、引張強度、曲げ強度、耐衝撃強度を測定した。

実施例および比較例の評価結果を表１に示す。本発明のアラミド繊維不織布を基材としたＦＲＰはクロス基材を使用したＦＲＰと比較して面内の異方性が小さく、カーボン繊維やガラス繊維を基材としたＦＲＰよりも軽量かつ耐衝撃性に優れたものである。

（測定方法）
＜不織布密度＞
ＪＩＳＰ−８１１８に準拠し、加圧面間の圧力50kPaの条件で不織布の厚さを求めた。この厚さを用いて不織布の密度を算出した。

＜不織布縦横比＞
ＪＩＳＰ−８１１３に準拠し、試料幅15mm、スパン180mm、引張り速度20mm/minの条件で破断強度を測定した。測定は不織布の抄造方向およびその直行方向について行い、いずれか高いほうの強度をもう一方の強度で除した値を縦横比とした。

＜ＦＲＰ比重＞
ＪＩＳＫ−７１１２に従い、水中置換法によりＦＲＰの比重を測定した。

＜ＦＲＰ引張強度＞
ＪＩＳＫ−７１１３に従い、縦方向、横方向、斜め45°方向についてＦＲＰの引張強度を測定した。

＜ＦＲＰ曲げ強度＞
ＪＩＳＫ−７１７１に従い、縦方向、横方向、斜め45°方向についてＦＲＰの曲げ強度を測定した。

＜ＦＲＰ耐衝撃強度＞
ＪＩＳＫ７１１１に従い、ノッチなし、フラットワイズ衝撃により、縦方向、横方向、斜め45°方向についてＦＲＰのシャルピー衝撃強度を測定した。

クロス材料を斜めに積層する方法を示した説明図である。クロス材料を無駄なく斜めに積層する方法を示した説明図である。

Claims

パラ系アラミド繊維と結着剤を含有する湿式不織布であり、パラ系アラミド繊維の繊維長が5〜20mm、不織布の密度が0.4g/cm³以上であることを特徴とするＦＲＰ用湿式アラミド繊維不織布。
引張強度の縦横比が1〜1.5であることを特徴とする請求項１に記載のＦＲＰ用湿式アラミド繊維不織布。
請求項１または２に記載のアラミド繊維不織布を少なくとも１枚以上使用したＦＲＰ。