JP2005298790A - 複合材料およびその製造方法、ならびにそれを用いた成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量、かつ高強度、高弾性率で、成形品の寸法精度がよく、耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性、難燃性にも優れ、含浸性がよく、成形性やリサイクル性に優れた繊維補強熱可塑性樹脂複合材料およびその製造方法、ならびに該複合材料を用いた成形体を提供する。
【解決手段】 有機繊維を強化材とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合材料であって、前記有機繊維の短繊維と熱可塑性樹脂からなる短繊維とを混合、混紡して得られた混紡糸を前記熱可塑性樹脂の融点以上に加熱することにより製造したことを特徴とする複合材料。
【選択図】 なし

Description

本発明は、有機繊維を強化材とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとする、複合材料およびその製造方法、ならびに該複合材料を用いた成形体に関する。

繊維強化材とマトリックス樹脂からなるプラスチック系複合材料は、金属系複合材料やセラミックス系複合材料に比べ、軽量で、多種多様な材料で、進展も目覚しい材料である。成形体等として機械、精密機械、電気・電子機器、建築資材、車両用部品・部材、ＯＡ機器、ＡＶ機器、日用雑貨、スポーツ用品、医療器具、航空機、宇宙用機器部品・部材などとして利用されている。

プラスチック系複合材料の強化繊維としては、高強度、高弾性率で耐熱性に優れる点より、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維や、アラミド繊維などの有機繊維が主に使用されている。有機繊維は比重も小さく軽量であり、パラ系アラミド繊維は合成繊維の中では引張り特性において高強度と高弾性率という機械的特性のほかに、耐熱性、寸法安定性、耐化学薬品性などの特性も有しているため、プラスチック系複合材料の強化材として利用されている。

一方、マトリックス樹脂は、高強度、高弾性率、破断時の伸びなどの特性が優れていること、力学的、環境的な耐久性にも優れていること、強化材との親和性がよく、成形性が優れていることなどが求められる。マトリックス樹脂には、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂など熱硬化性樹脂が広く使用されており、成形性や強化繊維との接着性がよく、機械的特性や耐熱性、耐薬品性などが優れている。しかしながら、熱硬化性樹脂で特に問題なのは、樹脂の硬化寿命のため、使用し作業できる時間に制限があり、硬化反応を伴うため、成形時間が長く、熱可塑性樹脂とは異なり再び溶融化して加工することができないという点である。従って、熱硬化性樹脂に比べて成形性も良好で耐衝撃性にも優れた熱可塑性樹脂を利用し、疲労性や耐熱性、耐薬品性などにも優れ、使用済み後に再溶融化可能な、熱可塑性樹脂をマトリックスとする高性能の複合材料が実用化されてきている。

熱可塑性樹脂複合材料の製造は、熱硬化性樹脂と異なり、硬化反応を伴うことなく加熱し溶融した後、加圧、圧縮して賦形、冷却というステップで完了する。しかし、以下のような方法も提案されている。すなわち、強化繊維に樹脂を含浸させるか、あるいは樹脂粉体を付着させるなどの方法によりプリプレグをつくり、プリプレグを金型などを利用して加熱してマトリックス樹脂を軟化あるいは溶融し、同時に加圧圧縮して所定の形状に賦形し冷却固化させる。

具体的な方法としては、(1)樹脂を加熱溶融し繊維に含浸させる方法（溶融含浸法）、(2)樹脂をパウダー化し流動床法や懸濁法によって繊維に塗布・融着させる方法（パウダー法）、(3)樹脂を溶液化し、繊維に含浸後溶媒を除去する方法（溶液含浸法）などがある。

強化繊維にマトリックス樹脂を含浸させる方法として、強化繊維とマトリックス樹脂からなる繊維とを混成し、得られた混成繊維をマトリックス樹脂の融点以上に加熱する方法が知られている。例えば特開昭６０−２０９０３４号公報には、マトリックスポリマーの紡糸繊維と強化用繊維との緊密ブレンドからなるトウをフィラメント巻き用に用いることが提案されている（特許文献１）。また、特開昭６１−１３０３４５号公報には、ＰＰＳの連続単繊維と強化材料の連続単繊維を混成して含むヤーンが記載されている（特許文献２）。

しかし、連続繊維、特に単繊維を使用すると、長手方向のマトリックス斑や含浸不足が生じやすい欠点があり、これを解消するため、裂断または牽切した不連続の繊維を混紡または混繊した糸を用いることが提案された。例えば、特開平２−１１２４２７号公報には、強化用繊維とマトリックス繊維とをそれぞれ延伸により裂断した後混合して紡績した混紡糸が記載されている（特許文献３）。また、特開平６−１０７８０８号公報、特開平６−２９４０３３号公報等には、共に無撚り、かつ非連続のマトリックス繊維と強化用繊維からなる混繊糸を同種の連続マトリックス繊維で捲回被覆した混繊糸が提案されている（特許文献４，５）。

しかしながら、これらの方法においては、強化繊維としては主としてガラス繊維や炭素繊維などの無機繊維が用いられており、得られる成形品は異方性があり、そりがみられるなど成形寸法精度に欠ける欠点がある。そこで、これらに代えてアラミド繊維などの有機繊維を用いることが考えられるが、有機繊維と樹脂との密着性、含浸性が不足し、成形時、特に、ペレット製造時に繊維が樹脂から遊離する問題を生じる。

このように、有機繊維と樹脂との親和性あるいは接着性が良好で、含浸性に優れ、寸法精度がよく、耐衝撃性、耐熱性、耐摩耗性、樹脂リサイクル性が良好で、しかも成形加工性に優れた熱可塑性樹脂の複合材料は得られていないのが実状である。
特開昭６０−２０９０３４号公報 特開昭６１−１３０３４５号公報 特開平２−１１２４２７号公報 特開平６−１０７８０８号公報 特開平６−２９４０３３号公報

本発明は、軽量、かつ高強度、高弾性率で、寸法精度、耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性にも優れ、含浸性がよく、成形性やリサイクル性に優れた繊維補強熱可塑性樹脂複合材料及びその製造方法、ならびに該複合材料を用いた成形体を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、高強度で、耐熱性、耐摩耗性に優れた有機繊維の短繊維と熱可塑性樹脂から製造された短繊維との混紡糸が加熱によって一体化されている複合材料が、マトリックス樹脂の含浸性がよく、寸法精度、耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は下記のとおりである。
１）有機繊維を強化材とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合材料であって、前記有機繊維の短繊維と前記熱可塑性樹脂よりなる短繊維とを混合して紡績して得られた混紡糸を前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱することにより製造したことを特徴とする複合材料、
２）成形品の流れ方向の収縮率と流れ方向と直角方向の収縮率の比が０．７〜０．９の範囲にあり、成形品流れ方向の引張り強度と流れ方向と直角方向の引張り強度の比が０．６〜０．９の範囲にある前記１）に記載の複合材料、
３）有機繊維が、全芳香族ポリアミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維及びヘテロ環芳香族繊維から選ばれる少なくとも一種である前記１）または２）に記載の複合材料、
４）全芳香族ポリアミド繊維が、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維及びコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維から選ばれる少なくとも一種である前記３）に記載の複合材料、
５）全芳香族ポリアミド繊維が、フィルムフォーマ、シランカップリング剤及び界面活性剤が繊維表面及び繊維内部に付与されている前記３）又は４）に記載の複合材料、
６）熱可塑性樹脂が、ポリエステル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂及び液晶樹脂およびそれらの共重合体樹脂から選ばれる少なくとも一種である前記１）〜５）のいずれか１項に記載の複合材料、
７）複合材料１００質量部に対して、トリアジン系化合物５〜３０質量部をさらに配合してなる前記１）〜６）のいずれか１項に記載の複合材料、
８）ペレットの形態を有している前記１）〜７）のいずれか１項に記載の複合材料、
９）有機繊維を強化材とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合材料の製造方法であって、前記有機繊維から構成される短繊維と熱可塑性樹脂よりなる短繊維とを混合して紡績し、得られた紡績糸を前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱下に成形することを特徴とする複合材料の製造方法、
１０）前記１）〜８）のいずれか１項に記載の複合材料を成形してなることを特徴とする成形体。
１１）補強用、摩擦・摺動用、自動車、船舶等産業用の機械要素、電気・電子機器、ＡＶ機器、ＯＡ機器、建築用の部品・部材、建材、建具、パッキン類又はシール類であることを特徴とする前記１０）に記載の成形体。

本発明によれば、軽量で、耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性、難燃性、電気特性に優れるとともに、繊維と熱可塑性樹脂の含浸性が良好で、寸法安定性に優れた複合材料を得ることができる。また、当該複合材料は、成形時に溶剤を使用しないため作業環境特性に優れ、熱可塑性であるため成形性が良好で、加熱し溶融することにより再利用することができるのでリサイクル性に優れている。従って、該複合材料を用いることにより、寸法安定性、耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性、耐久性に優れた成形体を容易に得ることができ、しかも容易にリサイクル使用できる環境にも優しい成形体となる。

本発明の複合材料は、有機繊維を強化材とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合材料であって、前記有機繊維の短繊維と前記熱可塑性樹脂よりなる短繊維とを混合して紡績して得られた混紡糸を前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱することにより製造したことを特徴とする複合材料である。

本発明で用いられる強化材となる有機繊維は、目的に応じて所望の強度、弾性率等を発現しうるものであれば良く、その種類や特性値は特に限定されない。有機繊維は、単独で使用しても良いし、二種類以上を適宜組み合わせて使用しても良い。

強化繊維として用いる観点からは、引張強度が７．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が好ましく、さらに好ましくは１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、特に好ましくは１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の有機繊維を少なくとも一部に含むことが好ましい。有機繊維の引張強度は、１５〜４８ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲内であることが特に好ましい。引張強度が７．５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満ではマトリックス樹脂が強化されず、４８ｃＮ／ｄｔｅｘを超えると市場からの入手が困難である。なお、「引張強度」は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８に従って測定することにより求められる。

有機繊維は、前記の引張強度を有し、かつ引張弾性率が４４０〜３，０００ｃＮ／ｄｔｅｘであることがより好ましい。引張弾性率は４４０〜２，５００ｃＮ／ｄｔｅｘの範囲内であることが特に好ましい。

有機繊維の単繊維繊度は特に限定されないが、効率的紡績加工性の観点から、通常、０．１〜３０．０ｄｔｅｘのものを用いる。好ましくは０．３〜１０．０ｄｔｅｘ、より好ましくは０．５〜６．０ｄｔｅｘである。

本発明で用いられる有機繊維の具体例としては、例えば、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）等のヘテロ環芳香族繊維、全芳香族ポリエステル繊維、アラミド繊維（全芳香族ポリアミド繊維）等が挙げられる。これらの有機繊維は、最終製品の用途、要求性能、繊維の製造コスト又は製品の加工コスト等に応じて、適宜選択される。有機繊維の中でも、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ヘテロ環芳香族繊維が好ましく、耐熱性、耐摩耗性に優れる点で、アラミド繊維が特に好ましい。アラミド繊維に金属メッキを施した金属メッキ原糸を使用することもでき、電磁波シールドが要求される電気・電子機器用として好適である。メッキ金属としては、銅、ニッケル、錫、金、銀等が挙げられる。

ここで、上記アラミド繊維は、通常置換されていてもよい二価の芳香族基を少なくとも一個有する繊維であって、アミド結合を少なくとも一個有する繊維であれば特に限定はなく、全芳香族ポリアミド繊維、またはアラミド繊維と称される公知のものであってよい。上記において、「置換されていてもよい二価の芳香族基」とは、同一又は異なる１以上の置換基を有していてもよい二価の芳香族基を意味する（以下同様である）。

アラミド繊維には、パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維とがあり、いずれも本発明において好ましく用いられるが、加熱収縮が少なく、高耐熱性、高強度であるパラ系アラミド繊維が特に好ましい。パラ系アラミド繊維としては、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（米国デュポン株式会社、東レ・デュポン株式会社製、商品名「ＫＥＶＬＡＲ」（登録商標））、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維（帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名「テクノーラ」（登録商標））等の市販品を用いることができる。メタ系アラミド繊維としては、例えば、ポリメタフェニレンテレフタルアミド繊推（米国デュポン株式会社製、商品名「ＮＯＭＥＸ」（登録商標））等の市販品を用いることができる。なお、上記したアラミド繊維は、公知の方法又はそれに準ずる方法で製造したものを用いても良い。

前記のアラミド繊維は、その繊維表面および繊維内部にフィルムフォーマ、シランカップリング剤および界面活性剤が付与されているものを用いることもできる。該アラミド繊維を用いることにより、密着性の向上とともに接着性が改善され、ボイドが抑制されて複合材料の強度や耐久性、耐衝撃性等が向上する。前記の表面処理剤のアラミド繊維に対する固形分付着量は、０．０１〜２０質量％の範囲であることが望ましい。

ここで、前記のフィルムフォーマとしては、複合材料用繊維表面処理剤として用いられているウレタン系、エポキシ系などの高機能付与型のフィルムフォーマやスターチ系、ポリビニルアルコール系、アクリル系のフィルムフォーマなどの水に分散するエマルジョン型オリゴマー等が挙げられる。

シランカップリング剤としては、従来用いられているアミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、グリシジルプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランを始めとする下記一般式（１）で示される化合物等が挙げられる。

Ｒ_１−Ｓｉ−（ＯＲ_２）_３ （１）
式（１）のＲ_１は樹脂に反応あるいは強い相互作用をする有機基であり、Ｒ_２は炭素原子数１〜４のアルキル基である。

前記の界面活性剤としては、上記のシランカップリング剤およびフィルムフォーマを積極的に結晶性繊維構造内に浸透させるものが用いられる。特に、カチオン系界面活性剤が望ましく、例えばジメチルアミノプロピルアルキルアミドジエチル硫酸塩等が挙げられる。

また、上記した全芳香族ポリエステル繊維は、通常置換されていてもよい二価の芳香族基を少なくとも一個有する繊維であって、エステル結合を少なくとも一個有する繊維であればどのようなものでもよく、本発明において特に限定されない。全芳香族ポリエステル繊維は、全芳香族ポリエステル繊維と称される公知の繊維であってよく、例えば、パラヒドロキシ安息香酸の自己縮合ポリマー、テレフタル酸とハイドロキノンからなるポリエステル、又は、パラヒドロキシ安息香酸と６−ヒドロキシ−２−ナフトエ酸からなるポリエステル繊維等が挙げられる。このような全芳香族ポリエステル繊維を、公知の方法又はそれに準ずる方法で製造したものを用いても良い。全芳香族ポリエステル繊維としては、例えば商品名「ベクトラン」（クラレ株式会社製）等の市販品を用いることができる。

また、上記したヘテロ環芳香族繊維は、通常置換されていてもよい二価の芳香族複素環基を少なくとも一個有する繊維であればどのようなものでもよく、本発明において特に限定されない。上記において、「置換されていてもよい二価の芳香族複素環基」とは、同一又は異なる１以上の置換基を有していてもよい二価の芳香族複素環基を意味する。かかる「二価の芳香族複素環基」としては、例えば環系を構成する原子（環原子）として、酸素原子、硫黄原子、窒素原子及び弗素原子等から選ばれる同一又は異なるヘテロ原子１ないし４種を少なくとも１個有する芳香族複素環基等が挙げられる。ヘテロ環芳香族繊維は、ヘテロ環芳香族繊維と称される公知の繊維であってよく、例えば、ポリパラフェニレンベンゾビスチアゾール繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）又はポリベンズイミダゾール繊維等が挙げられる。このようなヘテロ環芳香族繊維を、公知の方法又はそれに準ずる方法で製造したものを用いても良い。ヘテロ環芳香族繊維としては、例えば市販のＰＢＯ繊維（商品名「ザイロン」、東洋紡績株式会社製）等を用いることができる。

本発明で用いられるマトリックスとなる熱可塑性樹脂は、加熱によって硬化しない樹脂であればどのようなものでもよく、本発明において特に限定されない。例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレン樹脂等のポリオレフィン系樹脂；ポリメチルメタクリレート樹脂等のメタクリル系樹脂；ポリスチレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＳ樹脂等のポリスチレン系樹脂；ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリ１，４−シクロヘキシルジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）樹脂等のポリエステル系樹脂；６−ナイロン樹脂、６，６−ナイロン樹脂等のポリアミド（ＰＡ）樹脂；ポリ塩化ビニル樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリスルホン（ＰＳＦ）樹脂、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、フェノール樹脂、フッ素（Ｆ）樹脂；液晶ポリエステル樹脂等の液晶樹脂；ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリブタジエン系、ポリイソプレン系又はフッ素系等の熱可塑性エラストマー；又はこれらの共重合体樹脂や変性樹脂等が挙げられる。

中でも、ポリエステル系（ＰＥＴ、ＰＢＴ、ＰＣＴ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、フェノール樹脂、フッ素（Ｆ）樹脂、液晶樹脂が好ましい。

本発明で使用される熱可塑性樹脂繊維は、マトリックスとなる上記熱可塑性樹脂から製造されるものであれば限定はなく、例えば湿式紡糸、乾式紡糸又は溶融紡糸等の公知の方法に従って製造したものを使用することができる。該熱可塑性樹脂繊維は、単独で使用しても良いし、二種類以上を適宜組み合わせて使用しても良い。単繊維繊度は特に限定されないが、通常、０．１〜３０．０ｄｔｅｘのものを用いる。好ましくは０．３〜１０．０ｄｔｅｘ、より好ましくは０．５〜５．０ｄｔｅｘである。また、原糸、原綿およびこれらの繊維製品からの再生品や、加工工程で発生する屑を利用した再生品も使用することもできる。

本発明において、複合材料中に占める有機繊維の割合は、最終製品の要求性能、材料の製造コスト等に応じて異なるが、好ましくは、複合材料全体中、質量分率にして３０〜８０％、さらに好ましくは、４０〜６０％の範囲が適当である。有機繊維の含有量が３０質量％未満では複合材料の剛性が不足し、成形収縮率が大きくなる。一方、８０質量％を超えると成形時の流動性が低下し、良好な成形品を得ることができない。

本発明では、本発明の目的を損なわない限り、熱可塑性樹脂には種々の添加剤や改質剤等が配合されていても良い。前記添加剤としては、例えば熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、顔料、染料、脂肪酸エステル又はワックス等の有機滑剤などが挙げられる。また、界面活性剤を含有していても良い。また、本発明の目的を損なわない限り、有機繊維と熱可塑性樹脂との接着性を高めるために相溶化剤を配合しても良い。また、複合材料に上記と同様にして所望により種々の充填剤を配合し、望ましい特性を付与することもできる。

本発明の複合材料は、成形品の成形品流れ方向の収縮率と流れ方向と直角方向の収縮率の比が０．７〜０．９の範囲にあることが好ましい。両者の収縮率の比がこの範囲からはずれると成形時にそり等の欠点が生じ、所望の寸法精度の成形品を得ることが困難であり、また成形品の寸法安定性に欠け、変形することがある。また、成形品流れ方向の引張り強度と流れ方向と直角方向の引張り強度の比が０．６〜０．９の範囲にあることが好ましい。両方向の収縮率、引張り強度の異方性が大であると成形品の成形時、その後の使用に際し、不都合を生じやすいので好ましくない。

本発明においては、さらにトリアジン系化合物を配合することにより、難燃性を改良することが可能である。かかるトリアジン系化合物としては、メラミン、メラム、メロン、サクシノグアナミン、エチレンジメラン、トリグアナミン、トリス（β−シアノエチル）イソシアヌレート、ベンゾグアナミン、アセトグアナミン等が挙げられる。

トリアジン系化合物の添加量は、複合材料１００質量部に対して５〜３０質量部、好ましくは８〜２５質量部、さらに好ましくは１０〜２０質量部である。

次に本発明の複合材料の製造方法について説明する。

本発明の複合材料は、前記有機繊維の短繊維と前記熱可塑性樹脂よりなる短繊維とを混合して紡績して得られた混紡糸を前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱することにより製造される。有機繊維の短繊維および熱可塑性樹脂からなる短繊維はいずれも前記繊維または樹脂の一種または二種以上から従来公知の方法で製造されたものを適宜使用することができる。例えば、フィラメントを適宜の長さに切断、または牽切したものを挙げることができる。

また、短繊維として、例えば使用済みの作業手袋などから回収した回収綿も使用できる。特に、アラミド手袋など、自動車産業などで広く使用されている作業手袋からの回収綿は、従来は応用が困難で焼却などの手段で破棄されることがあったが、本発明においては有効に活用することができる。

本発明においては、前記短繊維同士を混合、紡績して得られる混紡糸を溶融する。混紡糸を用いると、有機繊維と熱可塑性繊維を均一に分散させることができ、有機繊維とマトリックス樹脂の密着性の良好な複合材料を得ることができる。短繊維としては、平均繊維長が２０〜１５０ｍｍ程度の繊維が好ましい。短繊維の混合方法は限定されないが、例えば、５〜８ｍの水平ラチス（細幅の板をすのこ状につなぎ合わせてなるコンベア）の上に調合すべき短繊維塊を交互に並べ、これをベールオープナーやホッパーベールブレーカに送り込んで開綿と混合を行う方法を挙げることができる。なお、この一連の作業を行う装置を調合機と称する。

紡績方法としては、リング綿紡方式、梳毛方式、紡毛方式、特紡方式、各種オープンエンド紡績など、どのような方式であってもよいが、比較的太い紡績糸が得られる点で、紡毛方式、特紡方式が好ましい。特紡方式は紡毛方式に類似する方式で、調合（混綿）工程、カード工程、精紡工程を経由する方式である。

紡績工程における混紡糸の撚り数は、下記式で示される撚り係数ｋが望ましくは５０００〜１１０００、より望ましくは６０００〜１００００、さらに望ましくは６５００〜８５００である。ｋが５０００未満では混紡糸の引張り強さが十分でなく、巻き上げたり、熱溶融工程へ供給するなどの工程において、糸切れをおこすなど、これらの工程に不具合をひきおこす。一方、ｋが１１０００を超えると撚りが強すぎるため、混紡糸に強いスナール（またはキンク）が発生し、混紡糸が前記のような工程を通過するときにガイド類に巻きつくなど、不具合をきたす。

（式中、ｋ：撚り係数、Ｔ：撚り数（回／ｍ）、Ｄ：混紡糸の太さ（ｄｔｅｘ）を示す。）

混紡糸の太さは、工程の通過性に支障がなければどのような太さであってもよいが、１００〜１００００ｄｔｅｘが望ましく、さらに望ましくは１０００〜５０００ｄｔｅｘである。１００ｄｔｅｘ未満では生産性が低く、１００００ｄｔｅｘを超えると混紡紡績において既存の紡績設備の適正太さを超えるので、工程の通過性に支障をきたす。

このようにして得られた混紡糸を熱可塑性樹脂が溶融する温度程度に加熱された加熱ゾーンに導き、熱可塑性樹脂が溶融する温度に加熱した後、冷却ゾーンに導き、溶融した熱可塑性樹脂を固化させることにより、断面構造が有機繊維が島で熱可塑性樹脂が海である海島構造のガットを得る。得られたガットをペレタイザーやカッター等の切断機で切断して有機繊維と熱可塑性樹脂からなるペレット状の複合材料を得る。溶融加熱時に加圧してもよい。

ペレット、チョップドストランドもしくは顆粒状で短径が０．１〜５ｍｍ、長径が０．３〜１０ｍｍであると、射出成形、押出し成形、ブロー成形、フィルム成形に好適である。

溶融時の加熱方法としては、公知の方法を適宜用いることができる。加熱温度は、熱可塑性樹脂の溶融温度以上とする。熱可塑性樹脂の溶融温度以上で一定時間加熱することによって、強化材である有機繊維の間に熱可塑性樹脂が溶融してゆき、熱可塑性樹脂が良く含浸された、未含浸領域の殆んどない複合材料が形成され易くなる。

また、前記の方法で得られた混紡糸を二軸押出し機に、溶融した熱可塑性樹脂とともに、クロスダイに供給し、プルトルージョン方式によって、混紡糸の周囲を熱可塑性樹脂で覆われた形状のガットを得ることもできる。このガットにおいては、溶融した熱可塑性樹脂の熱で、混紡糸を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維も溶融し、ガット全体が海島構造となる。

さらに、前記混紡糸を構成する熱可塑性樹脂からなる繊維として、２種以上の熱可塑性繊維を用いることができることは前記のとおりであるが、少割合の繊維としてフッ素繊維を混紡すると、成形品に摺動性を付与することができる。

前記混紡糸は、そのまま、前記のようにしてペレット状に成形して複合材料として用いることができるが、混紡糸を織成、編組によって織物、編物にし、または積層布等にし、これらの組み合わせ、これらと熱可塑性フィルムや不織布と組み合わせて成形品を製造することもできる。

本発明の複合材料は、公知の方法等を適用して成形、加工することにより、種々の成形体とすることができる。本発明の複合材料による成形体は、補強材料として、耐熱性、耐摩耗性、耐衝撃性が求められる用途の全てに用いることができる。例えば、機械要素部品でプレート、軸受、ギヤー、カム、パイプ、棒材など、ブッシュ、座金、ガイド、プーリー、フェーシング、インシュレーター、ロッド、ベアリング保持器等、電気・電子部品でコネクタ、プラグ、アーム、ソケット、キャップ、ロータ、モータ部品等、ＡＶ・ＯＡ機器部品でスピーカコーン、筐体、軸受、ロッド、ガイド、ギヤー等、建築用の部品・部材、建具や建材用のストッパー、ガイド、戸車、アングル等、その他にヘルメット、プラモデル部品、タイヤ用の中子材料、釣具用リール部品、シール類、パッキン類、グランドパッキン等を挙げることができる。

本発明の複合材料は、強化材として、無機繊維と比べて柔軟な有機繊維を、しかも短繊維を用いるので、リサイクルに際してもせん断に対する繊維長保持が大きく、繊維の折れに起因する強度低下が少なく、リサイクル性にも優れている。

以下、実施例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
短繊維太さ１．７ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍのパラ系アラミド繊維短繊維（ＫＥＶＬＡＲ（Ｒ）（登録商標）、東レ・デュポン株式会社製）５０質量％と市販の短繊維太さ２．２ｄｔｅｘ、繊維長７５ｍｍのナイロン６短繊維５０質量％を、特紡方式の紡績工程に投入して紡績糸を得た。すなわち、調合機で混ぜ合わせ、ついでカード工程を経て篠糸（スライバー）を形成させ巻き取った後、リング精紡機で１７０回／ｍの撚り（撚り係数ｋ＝７６０２）を加え、太さ２０００ｄｔｅｘの紡績糸を製造した。

得られた紡績糸を２７０℃に加熱した加熱ゾーンを通過させ、ナイロン６が溶融した状態で冷却ゾーンに導き、ナイロン６を固化させてガットとなし、これを３ｍｍ長さにカットして複合材料ペレットを得た。得られたペレットを用いて、引張強度、収縮率等、表１に示す物性値を測定した。結果を表１に示す。

（比較例１）
５０質量％のナイロン６ペレットと繊維径１３μｍ、繊維長３ｍｍのガラス繊維５０質量％をスクリュー径３０ｍｍφの二軸押出機にて樹脂温度２７０℃で溶融混練し、ペレットを得た。得られたペレットについて実施例１と同様に物性値を測定した。結果を表１に併せて示す。

（表１）
実施例１ 比較例１
比重 １．２８ １．５５
成形品流れ方向強度／成形品直角方向強度 ０．８ ０．３
成形品流れ方向収縮率／成形品直角方向収縮率 ０．７０ ０．３５
耐トラッキング性 ランク０ ランク２
難燃性（ＵＬ９４） Ｖ−１ ＨＢ

表１に示すとおり、本発明のペレットは流れ方向と直角方向の引張強度の比、収縮率の比がともに、１に近似し、比較例１の材料に比べ、異方性の小さいものであった。

なお、実施例において、各特性値の測定方法は下記に従った。
収縮率：射出成形機（ＩＳ−８０）を用いて、厚み３ｍｍ、８０ｍｍ×８０ｍｍの角板を成形し、収縮率を測定した。
引張強度：ＡＳＴＭ Ｄ６３８
比重：同上 Ｄ７９２
耐トラッキング性：ＩＥＣ ＰＵＢ１．１１２

（比較例２）
比較例１と同様の方法でガラス繊維の代わりに実施例１で用いたのと同じケブラー繊維を溶融混練しようとしたが、ケブラー繊維が綿状に固まり、押出機のホッパーに詰まってしまい、目的のペレットを得ることができなかった。

（実施例２）
実施例１においてナイロン６の替わりにナイロン６６を使用した以外は、実施例１と同様の方法で複合材料ペレットを得た。このペレット１００質量部にメラム１５質量部を配合した樹脂組成物を用い、実施例１と同様の方法で機械物性、電気物性を測定した。結果を表２に示す。

（表２）
実施例２
比重 １．２５
成形品流れ方向強度／成形品直角方向強度 ０．８
成形品流れ方向収縮率／成形品直角方向収縮率 ０．７０
耐トラッキング性 ランク０
難燃性（ＵＬ９４） ５Ｖ

表２に示すとおり、トリアジン系化合物を配合した本発明のペレットは、流れ方向と直角方向の引張強度の比、収縮率の比がともに、１に近似し、しかも耐トラッキング性、難燃性に優れたものであった。

Claims (11)

1. 有機繊維を強化材とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合材料であって、前記有機繊維の短繊維と前記熱可塑性樹脂よりなる短繊維とを混合して紡績して得られた混紡糸を前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱することにより製造したことを特徴とする複合材料。
2. 成形品の流れ方向の収縮率と流れ方向と直角方向の収縮率の比が０．７〜０．９の範囲にあり、成形品流れ方向の引張り強度と流れ方向と直角方向の引張り強度の比が０．６〜０．９の範囲にある請求項１に記載の複合材料。
3. 有機繊維が、全芳香族ポリアミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維及びヘテロ環芳香族繊維から選ばれる少なくとも一種である請求項１または２に記載の複合材料。
4. 全芳香族ポリアミド繊維が、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維及びコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維から選ばれる少なくとも一種である請求項３に記載の複合材料。
5. 全芳香族ポリアミド繊維が、フィルムフォーマ、シランカップリング剤及び界面活性剤が繊維表面及び繊維内部に付与されている請求項３又は４に記載の複合材料。
6. 熱可塑性樹脂が、ポリエステル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリオキシメチレン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂及び液晶樹脂およびそれらの共重合体樹脂から選ばれる少なくとも一種である請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合材料。
7. 複合材料１００質量部に対して、トリアジン系化合物５〜３０質量部をさらに配合してなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合材料。
8. ペレットの形態を有している請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合材料。
9. 有機繊維を強化材とし、熱可塑性樹脂をマトリックスとする複合材料の製造方法であって、前記有機繊維から構成される短繊維と熱可塑性樹脂よりなる短繊維とを混合して紡績し、得られた紡績糸を前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱下に成形することを特徴とする複合材料の製造方法。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合材料を成形してなることを特徴とする成形体。
11. 補強用、摩擦・摺動用、自動車、船舶等産業用の機械要素、電気・電子機器、ＡＶ機器、ＯＡ機器、建築用の部品・部材、建材、建具、パッキン類又はシール類であることを特徴とする請求項１０に記載の成形体。