JP2012207220A

JP2012207220A - 繊維強化エラストマー成形品

Info

Publication number: JP2012207220A
Application number: JP2012057322A
Authority: JP
Inventors: Kumiko Tsuda; 久美子津田; Kazuhiro Morishima; 一博森島
Original assignee: Teijin Fibers Ltd
Current assignee: Teijin Frontier Co Ltd
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2012-10-25
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: JP5864314B2

Abstract

【課題】１０〜５０００ｎｍの有機系極細繊維を強化繊維として均一に分散させ、かつ理論上からの強度特定劣化の少ない繊維強化エラストマー成型品を提供すること。
【解決手段】海島型複合短繊維をマトリックスに添加し、海成分を溶融させて該島成分を補強繊維とする、下記要件ａ）〜ｄ）を同時に満足することを特徴とする繊維強化エラストマー成型品。
ａ）海島型複合繊維の海成分の溶解度パラメーター値（ＳＰ（ｓ））、島成分の溶解度パラメーター値（ＳＰ（ｉ））、マトリックス樹脂の溶解度パラメーター（ＳＰ（ｍ））が下記式（１）、（２）で表される関係にあること。（ＳＰ値の単位は（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）
０≦｜ＳＰ（ｓ）−ＳＰ（ｍ）｜＜｜ＳＰ（ｉ）−ＳＰ（ｍ）｜＜５（１）
０≦｜ＳＰ（ｓ）−ＳＰ（ｍ）｜＜｜ＳＰ（ｉ）−ＳＰ（ｓ）｜＜５（２）
ｂ）島成分の融点Ｔｍ（ｉ）とマトリックスの成型温度（℃）との関係が、Ｔｍ（ｉ）成形温度≧２０℃であること。
ｃ）海成分と島成分の溶融粘度比（海／島）が０．２〜５であること。
ｄ）島成分径が１０〜５０００ｎｍであること。
【選択図】なし

Description

本発明は、外観に優れ、剛性や衝撃強度などの機械的強度や寸法安定性に優れた繊維強化エラストマー成形品に関するものである。

プラスチック材料の機械的強度、剛性、耐衝撃強度等の向上のために、炭素繊維や金属繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等を分散した繊維強化プラスチック（通常ＦＲＰと呼ばれる。）が知られている。ところが、近年の環境への配慮が高まるにつれ、リサイクル性や廃棄性に問題のあるガラス繊維等の無機系繊維からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴと略す。）、ビニロン、ナイロン等の有機系繊維へ置き換える検討がされている（例えば、特許文献１、特許文献２など参照。）。
さらに０．６ｄｔｅｘ以下の細繊度の繊維を補強繊維とする場合、凝集し易く、マトリックス樹脂中への分散が悪いこと、それに伴い連続成型における定量供給性が不均一になりやすく、目標とする機械的強度や耐衝撃強度を劣化させる傾向があった。

特許文献１、特許文献２共に、芯部を構成する樹脂の融点がマトリックス樹脂の成型温度より十分高く、鞘部を構成する樹脂の融点より２０℃以上高い複合紡糸繊維であることを特徴とする有機繊維系強化材をマトリックス樹脂中に溶融混練成形することで、芯成分からなる強化繊維の分散性を向上させる繊維強化プラスチックの製法方法が提示されている。但し、このような芯鞘複合繊維は、細繊度化が難しく、芯成分からなる強化繊維の繊度が１．０ｄｔｅｘより小さくすることが困難であること、また芯比率を小さくすることにより芯繊度を小さくすることは、曳糸性が悪くなる方向で必ずしも紡糸ドラフトを上げて細繊度化できることには繋がらず、また、周囲の鞘樹脂成分の比率が多くなることで、強化繊維の密度や添加量を多くできないので十分な物性向上に繋がらないデメリットがあった。

特許文献３は、海島状の断面を有する短繊維をマトリックス樹脂中に添加することで、０．６ｄｔｅｘ以下の極細有機系繊維を強化用繊維として、高濃度で、分散性良く、かつ界面剥離による物性低下の少ない繊維強化プラスチックが提示されている。但し、海成分がマトリックス樹脂と同種類の樹脂を主成分としているため、補強繊維となる島成分の紡糸時の溶融温度以下の耐熱性である、あるいは溶融紡糸困難であるマトリックス樹脂では困難である。例えば、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム等のゴム材料が挙げられる。

特開平８−１５１４８３号公報特開２００３−９６６２２号公報特開２００６−２４９２３３号公報

本発明は、上記従来技術を背景になされたもので、その目的は、１０〜５０００ｎｍの有機系極細繊維を強化繊維として均一に分散させ、かつ理論上からの強度特定劣化の少ない繊維強化エラストマー成型品を提供することにある。また、マトリックスとしては溶融紡糸可能な樹脂に限定されない、繊維強化エラストマー成型品を提供することにある。

本発明者等は、上記課題を解決するために検討を重ねた結果、本発明に到達した。

即ち、本発明は、
海島型複合短繊維をマトリックスに添加し、海成分を溶融させて該島成分を補強繊維とする、下記要件ａ）〜ｄ）を同時に満足することを特徴とする繊維強化エラストマー成型品である。
ａ）海島型複合繊維の海成分の溶解度パラメーター値（ＳＰ（ｓ））、島成分の溶解度パラメーター値（ＳＰ（ｉ））、マトリックス樹脂の溶解度パラメーター（ＳＰ（ｍ））が下記式（１）、（２）で表される関係にあること。（ＳＰ値の単位は（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）
０≦｜ＳＰ（ｓ）−ＳＰ（ｍ）｜＜｜ＳＰ（ｉ）−ＳＰ（ｍ）｜＜５（１）
０≦｜ＳＰ（ｓ）−ＳＰ（ｍ）｜＜｜ＳＰ（ｉ）−ＳＰ（ｓ）｜＜５（２）
ｂ）島成分の融点Ｔｍ（ｉ）とマトリックスの成型温度（℃）との関係が、Ｔｍ（ｉ）成形温度≧２０℃であること。
ｃ）海成分と島成分の溶融粘度比（海／島）が０．２〜５であること。
ｄ）島成分径が１０〜５０００ｎｍであること。

本発明によれば、極細有機繊維を強化用繊維として、高濃度で、分散性が良い繊維強化エラストマー成型品を提供することを可能とする。

以下本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明の繊維強化エラストマー成型品はマトリックスと海島状の断面を有する短繊維からなる。
海島型複合繊維を構成する海成分、島成分、及びマトリックスとなる樹脂については、各成分の溶解度パラメーター（ＳＰ値、単位（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）、海島型複合繊維の海成分の溶解度パラメーター値（ＳＰ（ｓ））、島成分の溶解度パラメーター値（ＳＰ（ｉ））、マトリックスの溶解度パラメーター（ＳＰ（ｍ））が下記式（１）、（２）で表される関係にあることが必要である。
０≦｜ＳＰ（ｓ）−ＳＰ（ｍ）｜＜｜ＳＰ（ｉ）−ＳＰ（ｍ）｜＜５（１）
０≦｜ＳＰ（ｓ）−ＳＰ（ｍ）｜＜｜ＳＰ（ｉ）−ＳＰ（ｓ）｜＜５（２）

島成分とマトリックスとのＳＰ値差が５を越えると、成型品での分散性が悪くなり、内部にボイドが出来やすくなる。また、島成分と海成分とのＳＰ値差が５を越えると、ポリマーの相溶性が悪いため、紡糸時にセクション不良となり、島の繊径が不均一となる。また、海成分とマトリックスとのＳＰ値差は、島成分とマトリックスとのＳＰ値差および島成分と海成分とのＳＰ値差未満であることが必要であり、島成分とマトリックスとのＳＰ値差および島成分と海成分とのＳＰ値差以上になると、海成分とマトリックスとの相溶性が悪いため、島成分が均一に分散されず、成型品での分散性が悪くなる。

また、島成分として用いられる樹脂は、その融点Ｔｍ（ｉ）とマトリックスの成形温度（℃）との関係が、Ｔｍ（ｉ）―成形温度≧２０℃を満足させるものである必要がある。補強繊維となる島成分の融点Ｔｍ（ｉ）がマトリックスの成型温度と同等であったり、それより低いと、マトリックスを溶融させ、そこに強化繊維を充填する際に強化繊維となる島成分も溶融してしまい、所望の繊維強化エラストマー成型品を得ることが出来ない。また、強化繊維の強度や熱安定性の点からも、島成分の融点Ｔｍ（ｉ）とマトリックス樹脂の成型温度の関係は極めて重要であり、前述したＴｍ（ｉ）―成形温度≧２０℃の関係を有することが必要である。

さらに、島成分として用いられる樹脂は、その融点Ｔｍ（ｉ））と海成分の融点Ｔｍ（ｓ）との関係が、Ｔｍ（ｉ）−Ｔｍ（ｓ）≧２０℃を満足させるものであることが好ましい。島成分の融点Ｔｍ（ｉ）が海成分の融点Ｔｍ（ｓ）と同等であったり、それより低いと、海島繊維製造時に強化繊維となる極細繊維の強度を出すことが困難であり、また成型時に海成分より低温で島成分が熱により変形してしまい、所望の繊維強化エラストマー成型品を得ることが出来ない。また、強化繊維の強度や寸法安定性の点からも、島成分の融点Ｔｍ（ｉ）と海成分の融点Ｔｍ（ｓ）との関係は極めて重要であり、前述したＴｍ（ｉ）−Ｔｍ（ｓ）≧２０℃の関係を有することが好ましい。
島成分、海成分、マトリックスに用いられる成分としては、前述の条件を満たす場合は特に限定されないが、従来より使用されている成型用樹脂等を用いることができる。

島成分に用いられる樹脂成分としては、例えば、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリオレフィン系などがあげられるが、これらの樹脂成分は単一もしくは混合されて用いることもできる。なかでも、ポリエステル系の場合、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどが好ましく、ポリアミド系の場合は、ナイロン６、ナイロン６６が好ましい。また、ポリオレフィン系の場合は、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、アイソタクティックポリプロピレン、エチレンプロピレン共重合体、無水マレイン酸などのビニルモノマーのエチレン共重合体等を好ましい例としてあげることができる。他にはポリスルフォン、ポリイミド、ポリケトン類、ポリアリレートなどを挙げることができる。
該島成分の融点は、２００℃以上であることが好ましい。２００℃未満であると、成形時に島成分が軟化あるいは溶解し、強化繊維の強度が低下し、また成型品内部への均一な分散が難しく、マトリックスとなる成分の適用の範囲が狭くなる。

一方、海成分に用いられる樹脂成分としては、例えば、ポリエステル系、脂肪族ポリアミド系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリアクリル系などがあげられ、これらの樹脂成分は単一もしくは混合されて用いることもできる。なかでも、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体等のポリオレフィン類が好ましい。
繊維化や海島断面形成性、製品の成形性、製品物性等の観点から、マトリックス成分と海成分樹脂のメルトフローレイト（ＭＦＲ）が異なっていても特に問題にはならない。また、界面剥離を抑制するための相溶化剤や溶融粘度調整のための減粘剤、又は第３成分の樹脂が目的に応じて含まれていてもよい。

マトリックスに用いられる成分としては、前述の条件を満たす場合は特に限定されないが、エラストマー成分として具体的には、シリコンゴム、クロロプレンゴム、天然ゴム、イソプレンゴム、ニトリルゴム、スチレン・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−α−オレフィンエラストマー、エチレン・プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、水素添加アクリロニトリルゴム等やシリコーンゲル、アクリルゲル、ウレタンゲル等の高分子ゲルを挙げることができる。なかでも、エチレン・プロピレンゴム、エチレン−α−オレフィンエラストマー、スチレン・ブタジエンゴムが好ましい。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

上記エチレン−α−オレフィンエラストマーとしては、例えば、エチレンを除くα−オレフィンとエチレンとジエン（非共役ジエン）との共重合体からなるゴム、エチレンを除くα−オレフィンとエチレンとの共重合体からなるゴム、それらの一部ハロゲン置換物等を挙げることができる。上記エチレンを除くα−オレフィンとしては、好ましくはプロピレン、ブテン、ヘキセン、オクテンである。上記ジエンとしては、通常、１，４−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン又はエチリデンノルボルネン等の非共役ジエンが適宜に用いられる。

上記エチレン−α−オレフィンエラストマーとして、具体的には、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴム（ＥＰＤＭ）、エチレン−プロピレンコポリマー（ＥＰＭ）、エチレン−ブテンコポリマー（ＥＢＭ）、エチレン−オクテンコポリマー（ＥＯＭ）、これらのハロゲン置換物等を挙げることができる。

海成分と島成分の溶融粘度比（海／島）は、０．２〜５．０であることが必要であり、好ましくは１．０〜２．５、最も好ましくは１．３〜１．５の範囲内であることが好ましい。この比が０．５倍未満の場合には、溶融紡糸時に中心付近の島成分が互に接合しやすくなり、一方それが５．０倍を越える場合には、粘度差が大きすぎるために、外層付近の島成分が互いに接合しやすくなり、島成分の形状、繊径が不均一となり、さらに紡糸工程の安定性が低下しやすい。

本発明で使用する海島型複合繊維は、上記の海成分、島成分を公知の海島型複合繊維製造装置を用いて繊維化することにより得られる。
本発明に使用する海島型複合繊維の溶融紡糸に用いられる紡糸口金としては、島成分を形成するための中空ピン群や微細孔群を有するものなど適宜のものを用いることができる。例えば、ＷＯ２００５／０９５６８６の図１および２に示されているような、中空ピンや微細孔より押し出された島成分と、その間を埋めるように設計された流路から供給された海成分流とを合流し、この合流体流を次第に細くしながら吐出口より押出して、海島型複合繊維を形成できる限り、いかなる紡糸口金でもよい。

海島複合繊維における島成分数は、多いほど島成分である極細繊維を製造する場合の生産性が高くなり、しかも得られる極細繊維も顕著に細くなって、超極細繊維特有の柔らかさ、滑らかさ、光沢感などを発現することができるので、島成分数は１００以上であることが好ましく、より好ましくは５００以上である。ここで島成分数が１００未満の場合には、島成分である極細単繊維からなるハイマルチフィラメント糸を得ることができない。なお、島成分数があまりに多くなりすぎると、紡糸口金の製造コストが高くなるだけでなく、紡糸口金の加工精度自体も低下しやすくなるので、島成分数を１０００以下とすることが好ましい。

さらに、本発明に使用する海島型複合繊維は、その海島複合質量比率（海：島）は、９５：５〜５：９５の範囲内にあることが好ましく、より３０：７０〜１０：９０の範囲内にある。上記範囲内にあれば、島成分間の海成分の厚さを薄くすることができ、海成分の溶解が容易となり、島成分の微細繊維への転換が容易になる。ここで海成分の割合が５％未満の場合には、海成分の量が少なくなりすぎて、島間に相互接合が発生しやすくなる。

吐出された海島型断面複合繊維は、冷却風によって固化され、好ましくは４００〜６０００ｍ／分の速度で巻き取られ、より好ましくは１０００〜３５００ｍ／分である。紡糸速度が４００ｍ／分以下では生産性が不十分であり、また、６０００ｍ／分以上では紡糸安定性が不良になる。

得られた未延伸繊維は、別途延伸工程を通して所望の引張り強さ、切断伸び率及び熱収縮特性を有する延伸複合繊維とするか、あるいは、一旦巻き取ることなく一定速度でローラーに引き取り、引き続いて延伸工程をとおした後に巻き取る方法のいずれでも構わない。具体的には６０〜１９０℃、好ましくは７５℃〜１８０℃の予熱ローラー上で予熱し、延伸倍率１．２〜６．０倍、好ましくは２．０〜５．０倍で延伸し、セットローラー１００〜２２０℃、好ましくは１２０〜２００℃で熱セットを実施することが好ましい。予熱温度不足の場合には、目的とする高倍率延伸を達成することができなくなる。セット温度が低すぎると、得られる延伸繊維の収縮率が高すぎるため好ましくない。また、セット温度が高すぎると、得られる延伸繊維の物性が著しく低下するため好ましくない。

また、海島型複合繊維の島成分の径は、１０〜５０００ｎｍであることが必要であり、好ましくは１００〜１０００ｎｍである。島成分の径が１０ｎｍ未満の場合には、繊維構造自身が不安定で、物性及び繊維形態を不安定になるので好ましくなく、一方５０００ｎｍを越える場合には、成形後の複合体の表面特性が劣るため、好ましくない。

また、複合繊維断面内の各島成分は、その径が均一であるほど成型後強化繊維となる極細繊維の品位及び耐久性が向上するため、強化繊維となる極細繊維の平均単糸繊維径ＣＶ％は、０〜２５％が好ましい。ＣＶ％が２５％を超えると、直径ばらつきが大きくなる。より好ましくは０〜２０％、さらに好ましくは０〜１５％である。本発明で用いる海島型複合繊維は、島成分の平均単糸繊維径ＣＶ％が小さく直径のばらつきが少ないことから、表面特性に優れ、アスペクト比が高い極細繊維を強化繊維として均一に分散させることが可能となり、少量で補強効果の得られる。ＣＶ値がこの範囲を外れる場合は、得られる成型品の機械的強度が低下し好ましくない。

本発明の繊維強化エラストマー成型品を得るには、海島型複合繊維をカットし、成形用マトリックス樹脂に添加し、射出成形によって成形することが好ましい。カット長としては、０．５〜１０ｍｍが好ましい。０．５ｍｍ未満では生産効率が悪くなり、１０ｍｍ以上では成型時の混練の際に、海成分が溶融し、島成分が分散する前に、海島繊維が互いに絡み合い、分散性が悪化するため好ましくない。

本発明の繊維強化エラストマー成型品は、海島複合繊維の海成分を溶解して島成分からなる極細繊維（束）、タルクを含有する。そして、マトリックス成分１００重量部に対する割合として、極細繊維の割合は、０．１〜１００重量部、好ましくは０．１〜５０重量部、さらに好ましくは０．１〜２０重量部である。本発明の補強繊維となる極細繊維は、ポリエステル極細繊維の割合が０．１重量％未満の場合は、補強効果が不十分となる傾向にあり、１００重量部を超える場合は、成形が困難になり成型品外観も悪くなる傾向にある。

本発明を下記実施例によりさらに説明する。
下記実施例及び比較例において、下記の測定及び評価を行った。
（１）溶融粘度
供試ポリマーを乾燥し、溶融紡糸用押出機の溶融温度に設定されたオリフィス中にセットし、３分間溶融状態に保持したのち、所定水準の荷重下に、押出し、このときの剪断速度と溶融粘度とをプロットした。上記操作を、複数水準の荷重下において繰り返した。
上記データに基いて、剪断速度一溶融粘度関係曲線を作成した。この曲線上において、剪断速度が１０００秒^−１のときの溶融粘度を見積る。
（２）溶解度パラメーター（ＳＰ値）
溶解度パラメーター（ＳＰ値）は、文献に記載された値または計算式に基づいて求められた値である。単位は（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２。
（３）融点測定
示差走査型熱量計（ＤＳＣ）を用いて、３０℃から３００℃まで２０℃／ｍｉｎの速度で測定を行い、結晶融解ピーク温度を融点とした。
（４）海島断面形成性
光学顕微鏡を用いて海島状態を観察した。
（５）平均単糸繊維径
海成分溶解除去後の極細繊維の３００００倍のＴＥＭ観察により、繊維径を求めた。ここで繊維径は膠着していない単糸の繊維径を測定した。ランダムに選択した１００本の微細繊維の繊維径データにおいて、平均単糸繊維径ｒを算出した。
（６）強伸度
海島型複合繊維について、引張試験機により、試料長２０ｃｍ、速度２０ｃｍ／分の条件で破断時の強力、および伸度を測定した。測定数は１０とし、強力の平均値を平均単糸繊維径から求めた繊度を用いて算出し、強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）とした。
（７）極細単繊維の分散状態
成型後の繊維強化エラストマー成型品の断面について、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察した。
（８）外観
成形により得られた平板の表面を目視にて観察した。

［実施例１］
海成分として、融点１３２℃、２８０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が１０００ｐｏｉｓｅ、ＳＰ値８．４（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２である高密度ポリエチレン〔日本ポリエチレン（株）製「ノバテックＨＤＨＥ４９５」、メルトフローレート２０ｇ／１０分〕を用い、島成分として融点２５４℃、２８０℃１７００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が９００ｐｏｉｓｅ、ＳＰ値１０．７（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２であるＰＥＴを用い、島成分数９００、ホール数１０の海島型複合用口金を用いて、複合紡糸機にて複合比率を海：島＝３０：７０、紡糸温度２８０℃、引き取り速度１０００ｍ／分で巻き取った。
続いて、得られた未延伸糸を延伸機を用いて、延伸温度８０℃、熱セット温度１５０℃で延伸糸の伸度が２５％となるように延伸倍率を合わせて延伸を行い、マルチフィラメント延伸糸（複合繊維）を得た。
複合繊維の直径は２８μｍ、物性は強度４．８ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２３％、島成分の単糸径は８４０ｎｍ、ＣＶ％は１２％であった。断面形成性、紡糸性および延伸性は非常に良好であった。
得られた複合繊維を１ｍｍにカットし、島成分である極細繊維のアスペクト比が約１２００のカットファイバーを作成した。マトリックス成分として、エチレン−プロピレン−ジエン系エラストマー（ＥＰＤＭ、ＳＰ値８．０（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）に繊維濃度１０ｗｔ％となるよう複合繊維を１４．３ｗｔ％添加し、成型温度１４０℃で混練し、加硫剤を添加して再度混練成形した後に、加硫することで繊維強化エラストマー成型品が得られた。成型品中の極細単繊維の分散状態を観察した結果、およそ９００ｎｍのＰＥＴ繊維が均一に分散され、成型品の表面を観察すると繊維は完全に開繊していて表面は平滑であった。

［実施例２］
海成分として、融点１３２℃、２７０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が１１００ｐｏｉｓｅ、ＳＰ値８．４（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２である高密度ポリエチレン〔日本ポリエチレン（株）製「ノバテックＨＤＨＥ４９５」、メルトフローレート２０ｇ／１０分〕を用い、島成分として融点２２３℃、２７０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が１２００ｐｏｉｓｅ、ＳＰ値１１．０（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２であるＮｙ６を用い、実施例１と同様の方法で、紡糸温度を２７０℃に変更して、マルチフィラメント延伸糸（複合繊維）を得た。
複合繊維の直径は２８μｍ、物性は強度４．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度３５％、島成分の単糸径は８００ｎｍであった。断面形成性、紡糸性および延伸性は非常に良好であった。
得られた複合繊維を１ｍｍにカットし、島成分である極細繊維のアスペクト比が約１２００のカットファイバーを作成した。マトリックス成分として、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ、ＳＰ値８．６（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）に繊維濃度１ｗｔ％となるよう複合繊維を１．４ｗｔ％添加し、成型温度１００℃で混練し、加硫剤を添加して再度混練成形した後に、加硫することで繊維強化エラストマー成型品が得られた。成型品中の極細単繊維の分散状態を観察した結果、およそ９００ｎｍのＮｙ繊維が均一に分散され、成型品により得られた平板の表面を観察すると繊維は完全に開繊していて表面は平滑であった。

［実施例３］
海成分として、融点１３２℃、２８０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が１０００ｐｏｉｓｅ、ＳＰ値８．４（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２である高密度ポリエチレン〔日本ポリエチレン（株）製「ノバテックＨＤＨＥ４９５」、メルトフローレート２０ｇ／１０分〕を用い、島成分として融点２７５℃、２９０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が９００ｐｏｉｓｅ、ＳＰ値１０．７（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２であるＰＥＴを用い、島成分数９００、ホール数１０の海島型複合用口金を用いて、複合紡糸機にて複合比率を海：島＝３０：７０、紡糸温度２９０℃、引き取り速度１０００ｍ／分で巻き取った。
続いて、得られた未延伸糸を延伸機を用いて、延伸温度８０℃、熱セット温度１５０℃で延伸糸の伸度が２５％となるように延伸倍率を合わせて延伸を行い、マルチフィラメント延伸糸（複合繊維）を得た。
複合繊維の直径は２８μｍ、物性は強度４．８ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２３％、島成分の単糸径は８４０ｎｍであった。断面形成性、紡糸性および延伸性は非常に良好であった。
得られた複合繊維を１ｍｍにカットし、アスペクト比１１９０のカットファイバーを作成した。マトリックス成分として、エチレン−プロピレン−ジエン系エラストマー（ＥＰＤＭ、ＳＰ値８．０（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）に繊維濃度１０ｗｔ％となるよう複合繊維を１４．３ｗｔ％添加し、１４０℃で混練し、加硫剤を添加して再度混練成形した後に、加硫することで繊維強化複合エラストマー成形品が得られた。成形品中の極細単繊維の分散状態を観察した結果、およそ９００ｎｍのＰＥＴ繊維が均一に分散され、成形により得られた平板の表面を観察すると繊維は完全に開繊していて表面は平滑であった。

［実施例４］
海成分として、融点１２４℃、２８０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が１７００ｐｏｉｓｅである直鎖状低密度ポリエチレン〔住友化学（株）製「スミカセンＬＧＡ８０１」、メルトフローレート２０ｇ／１０分、ＳＰ値８．４（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２〕を用い、島成分として融点２７５℃、２８０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が９００ｐｏｉｓｅであるＰＥＴ〔ＳＰ値１０．７（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２〕を用い、実施例１と同様の方法で、マルチフィラメント延伸糸（複合繊維）を得た。
複合繊維の直径は２８μｍ、物性は強度４．９ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２５％、島成分の単糸径は８４０ｎｍであった。断面形成性、紡糸性および延伸性は非常に良好であった。
得られた複合繊維を１ｍｍにカットし、アスペクト比１１９０のカットファイバーを作成した。マトリックス成分として、エチレン−プロピレン−ジエン系エラストマー（ＥＰＤＭ、ＳＰ値８．０（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）に繊維濃度１０ｗｔ％となるよう複合繊維を１４．３ｗｔ％添加し、１４０℃で混練し、加硫剤を添加して再度混練成形した後に、加硫することで繊維強化複合エラストマー成形品が得られた。成形品中の極細単繊維の分散状態を観察した結果、およそ９００ｎｍのＰＥＴ繊維が均一に分散され、成形により得られた平板の表面を観察すると繊維は完全に開繊していて表面は平滑であった。

［比較例１］
海成分として、融点２２３℃、２７０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が１２００ｐｏｉｓｅ、ＳＰ値１１．０（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２であるＮｙ６を用い、島成分として融点１３２℃、２７０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が１１００ｐｏｉｓｅ、ＳＰ値８．４（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２である高密度ポリエチレン〔日本ポリエチレン（株）製「ノバテックＨＤＨＥ４９５」、メルトフローレート２０ｇ／１０分〕を用い、実施例１と同様の方法で、紡糸温度を２７０℃に変更して、マルチフィラメント延伸糸（複合繊維）を得た。
複合繊維の直径は２８μｍ、物性は強度４．５ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２０％、島成分の単糸径は８００ｎｍであった。断面形成性、紡糸性および延伸性は良好であった。
得られた複合繊維を１ｍｍにカットし、島成分である極細繊維のアスペクト比が約１２００のカットファイバーを作成した。マトリックス成分として、エチレン−プロピレン−ジエン系エラストマー（ＥＰＤＭ、ＳＰ値８．０（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）に繊維濃度１０ｗｔ％となるよう複合繊維を１４．３ｗｔ％添加し、成型温度１２０℃で混練し、加硫剤を添加して再度混練成形した後に、加硫することで繊維強化エラストマー成型品が得られた。ＳＰ値の関係は、前述の関係式を満たさず、島成分の融点が海成分の融点より低く、成型温度に近いことから、混練時に熱によって変形し、極細繊維が均一に分散された成型品を得ることは出来なかった。

［比較例２］
海成分として、融点１０６℃、２８０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が１３００ｐｏｉｓｅである低密度ポリエチレン〔住友化学（株）製「スミカセンＧ８０１」、メルトフローレート２０ｇ／１０分、ＳＰ値８．４（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２〕を用い、島成分として融点２７５℃、２８０℃１０００ｓｅｃ^−１における溶融粘度が９００ｐｏｉｓｅであるＰＥＴ〔ＳＰ値１０．７（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２〕を用い、実施例１と同様の方法で、マルチフィラメント延伸糸（複合繊維）を得ようとしたが、海島複合繊維の紡糸工程で単糸同士が融着し、サンプルを採取することが出来なかった。

［比較例３］
実施例１において海島型複合繊維の代わりに、ＰＥＴ長繊維〔帝人ファイバー（株）製「Ｐ９０３ＡＬＢＨＴ１６７０Ｔ２５０」、平均繊維径２４μｍ、強度７．２ｃＮ／ｄｔｅｘ、伸度２６％〕を５ｍｍにカットしたものを用い添加量を１０ｗｔ％とした以外は同様に行った。成形品中の繊維の分散状態を断面にて観察した結果、ＰＥＴ成分の直径は１０〜８０μｍと不均一に分散して存在していた。成形時に、開繊が不十分なため、融着や分割等により繊維径にばらつきがあった。成形品の表面を観察した結果、開繊していない繊維の束が多数見られ、平板表面が荒れていた。

本発明の繊維強化エラストマー成型品は、極細有機繊維を強化繊維とした高濃度で、分散性が良い繊維強化エラストマー成型品であり、自動車、電気電子部品の軽量化に有用である。

Claims

海島型複合短繊維をマトリックスに添加し、海成分を溶融させて該島成分を補強繊維とする、下記要件ａ）〜ｄ）を同時に満足することを特徴とする繊維強化エラストマー成型品。
ａ）海島型複合繊維の海成分の溶解度パラメーター値（ＳＰ（ｓ））、島成分の溶解度パラメーター値（ＳＰ（ｉ））、マトリックス樹脂の溶解度パラメーター（ＳＰ（ｍ））が下記式（１）、（２）で表される関係にあること。（ＳＰ値の単位は（ｃａｌ／ｃｍ^３）^１／２）
０≦｜ＳＰ（ｓ）−ＳＰ（ｍ）｜＜｜ＳＰ（ｉ）−ＳＰ（ｍ）｜＜５（１）
０≦｜ＳＰ（ｓ）−ＳＰ（ｍ）｜＜｜ＳＰ（ｉ）−ＳＰ（ｓ）｜＜５（２）
ｂ）島成分の融点Ｔｍ（ｉ）とマトリックスの成型温度（℃）との関係が、Ｔｍ（ｉ）成形温度≧２０℃であること。
ｃ）海成分と島成分の溶融粘度比（海／島）が０．２〜５であること。
ｄ）島成分径が１０〜５０００ｎｍであること。
海島型複合短繊維を構成する島成分の融点Ｔｍ（ｉ）と海成分の融点Ｔｍ（ｓ）との関係係が、Ｔｍ（ｓ）−Ｔｍ（ｉ）≧２０ ℃である請求項１記載の繊維強化エラストマー成型品。