JP2014196584A - 不織布の製造方法および複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複合材料のコンポジット物性を向上させることが可能な不織布の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の不織布の製造方法は、非捲縮繊維と、捲縮繊維とから形成される不織布の製造方法であって、非捲縮繊維と、捲縮繊維とを所定比で混合する混合工程と、混合工程を経て、ウェブを有する不織布を形成するウェブ形成工程と、ウェブが形成された不織布にサイジング剤を付着させるサイジング剤処理工程と、サイジング剤が付着した不織布において、サイジング剤の付着量を制御する付着量制御工程と、サイジング剤の付着量が制御された不織布を連続的に乾燥する乾燥工程と、を具備する。【選択図】 図１

Description

本発明は、不織布の製造方法および複合材料の製造方法に関する。より詳細には、捲縮繊維と非捲縮繊維を用いる不織布の製造方法、および前記製造方法により製造された不織布とマトリックス樹脂からなる複合材料の製造方法に関する。

強化繊維として炭素繊維を用いた複合材料は、軽く、高強度等の優れた機械特性を有するので、近年、航空機、自動車、鉄道車両、船舶などの様々な分野で用いられるようになってきている。これらの複合材料は、例えば、強化繊維にマトリックス樹脂が含浸された中間製品であるプレプレグから、加熱・加圧といった成形・加工工程を経て成形される。マトリックス樹脂としては、熱可塑性樹脂を用いたものや熱硬化性樹脂を用いたものがある。

例えば、短繊維にカットした炭素繊維と、熱可塑性樹脂等のマトリックス樹脂とを混練してペレット化した複合材料（ＣＦＲＴＰ：Carbon Fiber Reinforced Thermoplastics）を、射出成形法で部品に成形する方法が検討されている。しかしながら、この方法によれば、生産速度、精密成型性に優れているが、成形物である複合材料の物性については改良が求められていた。

そこで、特許文献１においては、捲縮が殆どない束状の繊維（束ストランド又はトウ（ｔｏｗ））からなる又は束状の繊維を主体とする第一繊維（非捲縮繊維）と、捲縮を有する繊維からなる第二繊維（捲縮繊維）とを用いて形成される不織布が提案されている。詳細には、前述の繊維を所定比で混合して梳繊式ウェブ形成機に供給し、該ウェブ形成機のドッファー又はシリンダーから開繊（梳繊）後の繊維集合体をフライコームで叩きながら剥がしてウェブを形成する不織布の製造方法が提案されている。

特開２００８−３１５６９号公報

上記特許文献１等の不織布を強化繊維として得られた複合材料成形物の物性についても、市場では更なる改良が求められていた。これを解決する有望な方法として、炭素繊維等の強化繊維とマトリックス樹脂との接着性を向上させるサイジング剤を用いる方法がある。但し、サイジング処理を行う場合においても以下のような問題がある。具体的には、非捲縮繊維と捲縮繊維それぞれにサイジング処理を行って、ローラーカード等の梳毛紡方式ウェブ形成機等で不織布を製造する場合、ローラーカードの各ローラー表面に巻かれたＭＣＣ（メタリックカードクロージング）とサイジング処理された繊維間の摩擦力により、ローラーカードの通過性が著しく損なわれる場合がある。更に、機械的交絡結合（ニードルパンチング）して不織布を得る場合、ニードルパンチ機のニードルを折ったり、柔軟性に欠ける束状の炭素繊維そのものをニードルで折ってしまったりする等のトラブルが生じる。これらのトラブルを回避するべく、炭素繊維等の非捲縮繊維とマトリックス樹脂との接着性を低下させる工程通過性の良好な潤滑剤等を熱可塑性合成繊維等の捲縮繊維に付与すると、複合材料のコンポジット物性の向上が妨げられてしまう。

本発明は、上記背景に鑑みて成されたものであり、その目的とすることは、複合材料のコンポジット物性を向上させることが可能な不織布の製造方法および複合材料の製造方法を提供することである。

本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、以下の態様において、本発明の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち、本発明に係る不織布の製造方法は、非捲縮繊維と、捲縮繊維とから形成される不織布の製造方法であって、前記非捲縮繊維と、前記捲縮繊維とを所定比で混合する混合工程と、前記混合工程を経て、ウェブを有する不織布を形成するウェブ形成工程と、前記ウェブが形成された不織布にサイジング剤を付着させるサイジング剤処理工程と、前記サイジング剤が付着した前記不織布において、前記サイジング剤の付着量を制御する付着量制御工程と、前記サイジング剤の付着量が制御された不織布を連続的に乾燥する乾燥工程と、を具備するものである。

ここに開示される不織布の製造方法の好ましい一態様では、前記混合工程における前記所定比が、前記非捲縮繊維／前記捲縮繊維において２０／８０以上、９５／５以下であり、前記ウェブ形成工程の前記ウェブは、目付量が２０ｇ／ｍ^２以上、１００ｇ／ｍ^２以下のものがある。
また、ここに開示される不織布の製造方法の好ましい一態様では、前記サイジング剤処理工程における前記不織布への前記サイジング剤の付着量が、前記不織布に対して１質量％以上、５０質量％以下であるものがある。
また、ここに開示される不織布の製造方法の好ましい一態様では、前記サイジング剤処理工程が、前記不織布をサイジング浴に浸漬させる工程を含み、前記サイジング浴のサイジング剤濃度は、０．２質量％以上、５０．０質量％以下であるものがある。
また、ここに開示される不織布の製造方法の好ましい一態様では、前記乾燥工程において、前記不織布を、クリップ式またはピン式テンターで幅だしを行い、連続的に８０〜２５０℃の乾燥温度で熱風乾燥により乾燥を行うものがある。
また、ここに開示される不織布の製造方法の好ましい一態様では、前記非捲縮繊維の材質が、ＰＡＮ系、ピッチ系、およびレーヨン系から選択される炭素繊維の１種または２種以上であるものがある。
また、ここに開示される不織布の製造方法の好ましい一態様では、前記非捲縮繊維の材質が、炭素繊維強化プラスチックから再生された炭素繊維であるものがある。
また、ここに開示される不織布の製造方法の好ましい一態様では、前記捲縮繊維を構成する束状の繊維の束繊維数が１ｋ以上、１００ｋ以下であり、当該捲縮繊維が、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエステル（ＰＥＴ）、ナイロン（ＰＡ）およびアラミドの少なくとも１つである熱可塑性合成繊維であり、且つ当該捲縮繊維のカット長が２１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下であるものがある。

本発明の複合材料の製造方法は、上記態様の不織布の製造方法により不織布を製造し、前記不織布にマトリックス樹脂を含浸させるものである。

本発明によれば、複合材料のコンポジット物性を向上させることが可能な不織布の製造方法および複合材料の製造方法を提供することができるという優れた効果を奏する。

本発明に係る不織布の製造方法を示すフローチャート図。 本発明に係る不織布の製造設備の要部を示すブロック図。 本発明に係る不織布の製造装置の要部の一例を示す模式的説明図。

以下、本発明の台紙付き包装体およびその製造方法の具体的な実施形態を説明する。なお、本発明の趣旨に合致する限り、他の実施形態も本発明の範疇に含まれることは言うまでもない。また、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。

本発明の不織布の製造方法は、非捲縮繊維と捲縮繊維とから形成されるものである。図１に、本発明の不織布の製造方法のフローチャート図を示す。同図に示すように、本発明の不織布の製造方法は、非捲縮繊維と、捲縮繊維とを所定比で混合する混合工程と（ステップ１）、混合工程を経て、ウェブを形成して不織布を形成するウェブ形成工程と（ステップ２）、得られた不織布に対してサイジング剤を付着させるサイジング剤処理工程と（ステップ３）、サイジング剤が付着した前記不織布において、前記サイジング剤の付着量を制御する付着量制御工程と（ステップ４）、連続して乾燥する乾燥工程と（ステップ５）、を具備する。以下、各ステップについて詳細に説明する。

スッテプ１として、非捲縮繊維と、捲縮繊維とを所定比で混合する（混合工程）。ここで、本明細書において非捲縮繊維とは、捲縮が殆どない、即ち、波状、らせん状のちぢれが付与されていない束状の繊維（束ストランド）からなる又は束状の繊維を主体とする繊維をいうものとする。また、捲縮繊維とは、捲縮を有する、即ち、波状、らせん状のちぢれが付与されている繊維をいうものとする。

非捲縮繊維の好ましい材質としては、束状の殆どない無機系繊維が挙げられる。無機系繊維のうちでも、強度の大きなものが多い観点から、撚り加工されていないチョップドストランドが好ましい。チョップドストランドの繊維長は、不織布の物性からは、カット長が長ければ長いほうが良好であるが、成形加工の点からは、５０〜１００ｍｍ（上限値、下限値も含まれる（以下同様））の範囲が好ましい。更に、ローラーカードの通過性の観点から、カット長は３０〜７０ｍｍの範囲が好ましい。

非捲縮繊維の材質は、本発明の趣旨を逸脱しないものであれば特に限定されない。例えば、有機合成繊維でもよい。好ましい材料としては、良好な特性を得やすい観点から、カーボン繊維（炭素繊維）、ガラス繊維、バサルト繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維等の無機繊維が好ましい。これらの中でも特に、炭素繊維が物性的に好ましい。

炭素繊維としては、ステープル状の短繊維を用いるが、いわゆるＰＡＮ系、ピッチ系およびレーヨン系の少なくとも１つの炭素繊維が好ましい。炭素繊維の種類は、単一種類でも複数種類を用いてもよい。得られる成形品の強度と弾性率とのバランスの観点からは、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。これらは、市販品として入手可能である。

炭素繊維束とは、炭素繊維の単繊維（フィラメント）が集束された形態であり、通常、フィラメント数は１，０００〜６０，０００本程度である。炭素繊維の取り扱い性および開繊性の観点から、３，０００〜４０，０００本が好ましい。より好ましくは６，０００〜２４，０００である。炭素繊維束を構成する炭素繊維（フィラメント）の直径は、３〜１５μｍが好ましく、より好ましくは５〜１０μｍである。

また、炭素繊維として、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）あるいは使用済みの炭素繊維不織布から再生されたものを使用してもよい。これらの炭素繊維は、それぞれ単独または２種以上を混合して用いることができる。中でも、再生された炭素繊維は、比較的安価であるのでコスト的な面において優れている。炭素繊維の再生方法としては、ＣＦＲＰから樹脂部分を燃焼により除去する方法や、溶剤で溶解あるいは分解することにより除去する方法等が考えられるが、どのような方法でもよく、炭素繊維の再生方法は特に制限されない。炭素繊維を再生した場合、単糸の長さが一定に揃ったステープルを得ることは困難で、非常に短い単糸が混じることになる。本発明では、このように極端に短い繊維が混じっていてもよい。なお、炭素繊維の繊維長は、通常、５〜１００ｍｍである。

本発明に使用される非捲縮繊維として用いる炭素繊維には、本発明の目的を損なわない範囲で少量の他の繊維種が含まれていてもよい。他の繊維種としては、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、ボロン繊維、金属繊維などの高強度高弾性率繊維が挙げられる。これらは、単独で使用しても、１種以上含有していてもよい。

捲縮繊維の好ましい材質としては、熱可塑性合成繊維が挙げられる。熱可塑性合成繊維の中でも、撚り加工されているものが好ましい。また、熱可塑性合成繊維は、熱融着成分からなる又は熱融着成分を含む接着繊維を５％以上含むものが好ましい。熱融着成分からなる又は熱融着成分を含む接着繊維を５％以上含むことにより、不織布製造時に熱処理工程と含む場合、又は不織布を熱成型する場合、強度の高い不織布や複合材料（成型品）が得られる。

捲縮繊維の材質は、上記特性を有するものなら特に限定されないが、通常、捲縮品が容易に得られるポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエステル（ＰＥＴ）、ナイロン（ＰＡ）、アラミド等の熱可塑性合成繊維を使用する。また、カット長としては２１〜２００ｍｍの範囲が好ましい。不織布の物性からは、カット長が長ければ長いほうが良好であるが、成形加工の点からは、５０〜１００ｍｍの範囲が好ましい。

非捲縮繊維と捲縮繊維の混合するための所定比は、非捲縮繊維／捲縮繊維において２０／８０〜９５／５の範囲とすることが好ましい。

ステップ２として、ウェブを形成して不織布を形成する（ウェブ形成工程）。ウェブ形成方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において限定されないが、好ましい例として梳繊式ウェブ形成機を用いてウェブを形成する方法が例示できる。梳繊式ウェブ形成機としては、ローラーカードやガーネット機等がある。その他、エアレイ、ランドウェバーなどの空気式ウェブ形成機がある。ウェブ（一枚）の目付量は、２０〜１００ｇ／ｍ^２とすることが好ましい。２０ｇ／ｍ^２未満の場合、ウェブ自体の強度が弱く、後工程でのウェブで搬送の際、ウェブが切れてしまう虞がある。一方、１００ｇ／ｍ^２を超えると、ウェブ自体の重さでウェブが切れてしまう虞がある。より好ましくは、２０〜６０ｇ／ｍ^２である。好適な製造方法として、上記特許文献１の方法を例示できる。上記工程を経て、タテ・ヨコ強度のバランスのよい炭素繊維等の非捲縮繊維と熱可塑性合成繊維等の捲縮繊維から得られた不織布が得られる。

ステップ３として、ウェブが形成された不織布にサイジング剤を付着させる（サイジング剤処理工程）。サイジング剤を付着させる方法は、ウェブが形成された不織布にサイジング剤を付着させることができる手段であれば特に限定されない。好ましい例としてサイジング剤を含むサイジング浴に不織布を浸漬（ディッピング）しながら、ロールコーティング等によりサイジング剤を付着（含浸）させる方法を例示できる。また、サイジング剤を付着させる方法として、バースロールコーター等を用いてコーティングしてもよい。

本発明において用いられるサイジング剤の主成分となるサイジング剤としては、複合材料に用いるマトリックス樹脂に合わせて選択することが好ましく、例えば、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアクリル樹脂、エポキシ変性ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等を単独であるいは２種類以上を混合して用いることができる。

サイジング剤を該不織布に付与するに際しては、主成分として上記サイジング剤を含有する樹脂組成物の水性エマルジョン、又はアセトン等による有機溶剤溶液を使用することが可能である。ローラー浸漬法等の公知の方法により、不織布にサイジング剤を付与した後、乾燥を行う。人体への安全性を考慮すると、水性エマルジョンを使用することが好ましい。

サイジング剤用の樹脂組成物を水性エマルジョンにするには、界面活性剤を使用することができる。このような界面活性剤としては、ノニオン系、カチオン系、アニオン系界面活性剤が挙げられるが、水性エマルジョン溶液とした際の溶液安定性の面から、ノニオン系界面活性剤を使用することが好ましい。この界面活性剤の配合比は、質量比（樹脂組成物／界面活性剤）で、９０／１０〜７０／３０が好ましい。

サイジング浴のサイジング剤濃度は、０．２〜５０．０質量％が適当である。５０．０質量％を超えると、均一な付与・付着が難しくなるため好ましくない。一方、サイジング剤濃度が０．２質量未満の場合には、乾燥に過剰なエネルギーが必要となるため好ましくない。また、サイジング剤の付着量は、不織布に対して１．０〜５０．０質量％が好ましい、１．０質量％より低い場合は、取り扱い性が損なわれ、毛羽発生等の原因となり、更に所望のサイジング効果が得られない虞がある。５０．０質量％より高い場合は、乾燥が充分でないときに、ロールや熱ローラー等に巻きつく等のトラブルが発生し易くなり、操業安定性に欠けるため、好ましくない。なお、サイジング工程は、サイジング剤の所定の付着量が得られるまで、繰り返して行ってもよい。

ステップ４として、サイジング剤が付着した不織布に対し、サイジング剤の付着量を制御する（付着量制御工程）。サイジング剤の付着量を制御する工程は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の方法を採用できるが、好ましい例として可動式マングルによってニップローラー圧を調整する方法を例示できる。

本発明の付着量制御工程では、サイジング剤の付着量を容易に制御できる。不織布のサイジング剤の付着量の制御方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の方法を採用できる。好ましい例としては、ニップローラーやマングル等のローラープレスでサイジング剤の付着量を調整する方法が挙げられる。不織布のサイジング剤のエマルジョン中のサイジング剤の有効濃度と、マングル等のニップローラーの圧力調整（絞り）とで不織布に対する付着量を容易に調整することができる。

本発明の製造方法によれば、不織布に加工した後に、不織布全体をサイジングし、且つサイジング剤の付着量を所望に調整するので、以下の問題を回避することができる。即ち、炭素繊維等の非捲縮繊維に付着していた工程用サイジング剤または／及び熱可塑性合成繊維等の捲縮繊維に付着していた潤滑を重視した工程油剤等が、不織布とマトリックス樹脂との接着性が阻害されるトラブルを回避できる。

ステップ５として、ステップ４に続いて連続的に乾燥を行う（乾燥工程）。即ち、サイジング剤が付着した不織布に対しサイジング剤の付着量を制御し、連続的に乾燥処理を行う。乾燥後は、不織布を連続して巻き取ることが好ましい。例えば、バッチ式で乾燥工程を行う場合は、コスト的に不利であるばかりでなく、乾燥していない不織布を巻き取るため、巻き取った不織布の内郭と外郭とでサイジング剤の濃度に濃淡がでてしまう問題が生じる。また、保管が悪かった場合には、巻き取った乾燥していない不織布から不織布を巻き戻す場合に巻き戻し不良等の問題も生じ得る。本発明の製造方法によれば、ステップ３、ステップ４に連続してステップ５を実施するので上記問題を回避することができる。

乾燥方法は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において特に限定されない。好ましい方法として、サイジングされた不織布の乾燥処理を、クリップ式またはピン式テンターで幅だしし、連続的に８０〜２５０℃の乾燥温度で乾燥する方法が例示できる。乾燥温度が８０℃未満では、乾燥処理時間が長時間となる虞がある。一方、２５０℃を超えると、サイジングされた不織布が品質劣化するという問題がある。乾燥温度のより好ましい範囲は、８０〜１６０℃である。また、乾燥時間の好ましい範囲は、１００〜１０００秒間である。当該乾燥時間の範囲とすることにより、より不織布内部のサイジング剤を固着できるという効果を引き出すことができる。乾燥時間のより好ましい範囲は、１８０〜６００秒間である。

幅だし工程は、不織布が乾燥工程中に縮んだり、皴がよるのを防止したりするのに効果が有る。また、サイジング浴に浸漬された不織布を連続的に熱風等による乾燥工程に送ることができ、乾燥工程を通過した不織布を自動的に巻き取ることができるため、製造プロセスとして効率的であり、コスト的にも有利である。得られた不織布の乾燥が不充分な場合は、更に熱シリンダー型乾燥機等で乾燥を行ってもよい。

上記工程等を経て、本発明の不織布を製造することができる。上記方法によって製造された不織布は、タテ・ヨコ強度のバランスのよい炭素繊維等の非捲縮繊維と、熱可塑性合成繊維等の捲縮繊維とから得られた不織布に、サイジング剤の付着および付着量制御を行い、さらに乾燥を連続的に行うので生産性に優れる。しかも、複合材料のコンポジット物性の向上を実現できることがわかった。さらに、コスト競争力の点においても優れている。

次に、本発明の不織布を製造するための製造装置の一例について説明する。但し、本発明は、以下の態様に特定されるものではなく、種々の態様を取り得る。図２に、一実施形態に係る不織布の製造設備の模式図を示す。製造設備１００は、少なくとも捲縮繊維と非捲縮繊維を所定比で混合する混合ユニット１、ウェブを形成するウェブ形成ユニット２、サイジング剤処理ユニット３、サイジング剤の付着量を制御する付着量制御ユニット４、乾燥ユニット５を有する。これらのユニットは、１つの製造装置で構成されていてもよいし、複数の製造装置から構成されていてもよい。ここでは、混合ユニット１とウェブ形成ユニット２を具備する第１製造装置と、サイジング剤処理ユニット３、付着量制御ユニット４および乾燥ユニット５を具備する第２製造装置を有する例について説明する。

第１製造装置は、混合ユニット１において捲縮繊維と非捲縮繊維の原料を所定比で投入して混合し、ウェブ形成ユニット２にて梳繊式ウェブ形成機等を用いてウェブを有する不織布を形成する。その後、不織布をロール状に巻き取る。図３は、第２製造装置の要部の一例を示す概略説明図である。第２製造装置１０１には、第１製造装置により得られたウェブが形成された不織布の巻きローラー６１がセットされる。セットされた巻きローラー６１から不織布７０の巻きが解除され、複数のガイドローラー６２〜６６に、テンションを掛けた不織布７０が架け渡される。一部のガイドローラーには、ガイドローラーを回動させる駆動装置（不図示）が取り付けられている。ガイドローラー６２等を回動せしめることにより、不織布７０連続的に搬送されるようになっている。

ガイドローラー６１、６２を走行した不織布７０は、サイジング漕３１内に導かれる。サイジング漕３１には、コーティングロール３３が配設され、サイジング剤浴３２に浸漬されたコーティングロール３３の外周を通って、不織布７０が走行する。不織布７０は、サイジング剤浴３２に浸漬されることにより不織布７０にサイジング剤が含浸せしめられる。コーティングロール３３は、図３においては１つ設けられている例を開示するが、複数設けられていてもよい。

サイジング剤処理ユニット３においてサイジング剤浴３２に浸漬された不織布７０は、ガイドローラー６４が配設された方向にサイジング剤浴３２から引き上げられる。そして、付着量制御ユニット４に導かれ、可動式マングル４１を用いてニップローラー圧を調整して、サイジング剤の付着量（含浸量）が所望となるように調整される。そして、ガイドローラー６５、６５等を経て、無端状ベルト６７とこれを搬送せしめる回動ローラー６８を具備する搬送部に不織布７０が導かれ、乾燥ユニット５に連続的に搬送される。そして、サイジング剤の付着量が所望となった不織布７０を乾燥せしめる。乾燥方法は、上述したとおり限定されないが、以下、熱風乾燥炉を採用した場合について説明する。

熱風乾燥炉を採用する場合には、熱風を吹き出す吹き出し口、適当な熱源（例えば加熱ヒータ）、排気口、回収部等を有する。吹き出し口からの熱風流は、不織布面に対して例えば垂直方向に送風する。回収部は、排気口に連結されており、溶媒等を回収し得るように構成されている。熱風吹出し口から吹き付けられるガスの種類は特に制限されず、例えば、空気であってもよいし、Ｎ_２ガス、Ｈｅガスのような不活性ガスであってもよい。

回収部は、常套的に採用されているものを任意に使用することができる。回収部を冷却回収装置とし、例えば、排気口から排出された同伴ガスを冷却し、蒸発した溶媒を露点以下の温度にして液化（凝縮）して回収するようにしてもよい。熱風乾燥炉として、図３においては一つ設置する例を示しているが、複数設けてもよい。熱風の温度（乾燥雰囲気温度）、風速、流量、風向（熱風の流れの向き）等は、サイジング剤の付着量や用途に応じて適宜設定すればよい。熱風乾燥に代えて若しくは併用して赤外線乾燥等の乾燥手段を用いてもよい。

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、上記製造方法により製造された不織布と、マトリックス樹脂とを用いて形成されるものであり、不織布が強化材料としての役割を担う。複合材料は、本発明の不織布とマトリックス樹脂とを用いて、公知の手段・方法より制限なく製造できるが、複合材料のコンポジット特性を向上させる観点からは、本発明の製造方法により得られた不織布にマトリックス樹脂を含浸させる方法が好ましい。

マトリックス樹脂としては、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂が用いられる。熱硬化性マトリックス樹脂の具体例として、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂、ビスマレイミド樹脂、アセチレン末端を有するポリイミド樹脂及びポリイソイミド樹脂、ナジック酸末端を有するポリイミド樹脂等を挙げることができる。これらは１種または２種以上の混合物として用いることもできる。中でも、耐熱性、弾性率、耐薬品性に優れたエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂が、特に好ましい。これらの熱硬化性樹脂には、硬化剤、硬化促進剤以外に、通常用いられる着色剤や各種添加剤等が含まれていてもよい。

マトリックス樹脂に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、芳香族ポリアミド、芳香族ポリエステル、芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンオキシド、熱可塑性ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアセタール、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリアクリロニトリル、ポリアラミド、ポリベンズイミダゾール、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等が挙げられる。複合材料中に占める樹脂組成物の含有率は、１０〜９０質量％、好ましくは２０〜６０質量％、更に好ましくは２５〜４５質量％である。

本発明の不織布の製造方法によれば、炭素繊維等の非捲縮繊維と熱可塑性合成繊維等の捲縮繊維から得られた不織布を、煩雑な開繊工程や脱サイジング工程を施すことなく、不織布に均一にサイジング処理することができる。また、不織布のサイジング量を広範囲に亘って調整可能であるというメリットも有する。また、本発明の製造方法により、炭素繊維複合材料に最適な炭素繊維と熱可塑性繊維とからなる不織布を提供することができる。

本発明の複合材料の製造方法によれば、炭素繊維等の非捲縮繊維と熱可塑性合成繊維等の捲縮繊維から得られた不織布に対してサイジング処理を施した不織布を用いているので、複合材料のコンポジット物性を向上させることができる。また、生産性に優れるので、コスト的にもメリットがある。シート状の強化複合材料として好適に用いられる。また、シート状以外にも、ブロック、フレーム等の成形物であってもよい。

また、本発明の複合材料によれば、熱可塑性樹脂等のマトリクス樹脂と、本発明の不織布とから構成することにより、機械物性に優れ、強化機能の発現性に優れた複合材料を提供できる。

≪実施例≫
以下に本発明について実施例を挙げて更に詳細に説明するが、本発明は実施例に特に限定されるものではない。

［サイジング剤の付着量の測定］
約２ｇの不織布を１０５℃で３０分乾燥させた後、デシケーター内において３０分室温に冷却し秤量（Ｗ１）した。その後、炭素繊維束をアセトン中に浸漬し、サイジング剤を洗浄除去した。洗浄したサンプルを１０５℃にて１時間乾燥し、デシケーター内で３０分室温に冷却して秤量（Ｗ２）した。そして、次式よりサイジング剤付着量を求めた。
＜式１＞ サイジング剤付着量（質量％）=[W1(g)-W2(g)]/[W2(g)]×100

（実施例１）
炭素繊維（東レ社製、Ｔ−７００、エポキシ樹脂系サイジング剤の付着量：１．０〜１．２質量％）５０ｍｍのチョップド繊維３０質量％と、ポリプロピレン短繊維（トーア紡社製 ＰＰ−ＲＷ７．８Ｔ×６４ｍｍ）７０質量％との混綿をオプナー、ローラーカード、クロスレイアー、ローラーカード、ニードルパンチングの各工程を通し、タテ・ヨコ強度のバランスに優れた不織布（幅１１０ｃｍ、長さ３０ｍ、目付５０ｇ／ｍ^２）を得た。これを、有効濃度１０％のエポキシ樹脂系サイジング剤（竹本油脂製、ＴＹＴ−００１）のサイジング浴に浸漬させ、ローラーコーティングを行った。そして、マングルのニップローラーの圧力調整（絞り）により、サイジング剤の付着量を調整して、ピン式テンターにより幅だししながら、連続的に１２０℃で熱風乾燥機により２００秒間乾燥を行って巻き取った。得られた不織布のサイジング剤の付着量は１０質量％であった。

（実施例２）
サイジング浴のエポキシ樹脂サイジング剤の有効濃度を１０％から１５％に変更した以外は、実施例１と同様にサイジング処理及び乾燥を行った。得られた不織布のサイジング剤の付着量は、２０質量％であった。

（実施例３）
炭素繊維（東レ社製、Ｔ−７００）５０ｍｍのチョップド繊維９０質量％と、ナイロン６の短繊維（単繊維繊度１．７ｄｔｅｘ、捲縮数１２山／２５ｍｍ、捲縮度１３％、カット長５１ｍｍ）１０質量％から得られた不織布に変更した以外は、実施例１と同様にしてサイジング処理および乾燥を行った。得られた不織布のサイジング剤の付着量は、１０質量％であった。

（実施例４）
炭素繊維のチョップド繊維を、炭素繊維（東レ社製、トレカ Ｔ７００ＳＣ １２０００−５０Ｃ）を含有する炭素繊維強化プラスチックから再生された炭素繊維５０ｍｍのチョップド繊維に変更した以外は、実施例１と同様にしてサイジング処理及び乾燥を行った。得られた不織布のサイジング剤の付着量は、１０質量％であった。

（比較例１）
炭素繊維（東レ社製、トレカ Ｔ７００ＳＣ １２０００−５０Ｃ）を脱サイジング、リサイジングを行った炭素繊維（エポキシ樹脂サイジング剤：竹本油脂製、ＴＹＴ−００１、サイジング剤の付着量：５質量％）を使用して５０ｍｍのチョップド繊維を作製した。得られたチョップド繊維３０質量％とポリプロピレン短繊維（トーア紡社製 ＰＰ−ＲＷ７．８Ｔ×６４ｍｍ）７０質量％との混綿をオプナー、ローラーカード、クロスレイアー、ローラーカード、ニードルパンチングの各工程を通すことを試みた。しかしながら、ローラーカードの通過性が悪く、且つ異常音と共にニードルパンチの針折れが観察され、不織布を製造できなかった。

（比較例２）
炭素繊維（東レ社製、Ｔ−７００、エポキシ樹脂系サイジング剤の付着量：１．０〜１．２質量％）５０ｍｍのチョップド繊維３０質量％と、ポリプロピレン短繊維（トーア紡社製 ＰＰ−ＲＷ７．８Ｔ×６４ｍｍ）を脱脂処理したポリプロピレン短繊維７０質量％を使用して、比較例１と同様にして不織布を製造しようとした。しかしながら、毛羽と思われる繊維くずが作業環境を極端に悪化させ、比較例１と同様に不織布を製造できなかった。

（実施例５）
実施例１で得られたサイジングされた不織布とマトリックス樹脂（エポキシ樹脂）を用い、複合材料を得た。具体的には、実施例１の不織布を所定量だけ、プレス成形機の金型中のエポキシ樹脂に積層して含浸させた。そして、金型を閉じ、温度２５５℃に加熱して、圧力５ｋｇｆ／ｃｍ^２、保持時間として２０分間プレスし、そのままの状態で冷却した。得られた成形物である複合材料について、引張応力、弾性率を測定した。更に、繊維と樹脂の接着性を成形物の破断面のＳＥＭ観察により評価した。その結果を表１に示す。

表面特性は、成形物の表面を目視で観測し、以下の基準で評価した。
○：成形物の表面が滑らかであり、光沢がある。
△：成形物の表面に凹凸がみえるが、光沢がある。
×：成形物の表面に多数の凹凸がみえ、光沢もない。

接着性は、成形物の破断面のＳＥＭの観察により測定し、以下の基準で評価した。
○：成形物の判断面の繊維にマトリックス樹脂が付着していた。
△：成形物の破断面の繊維には、マトリックス樹脂があまり付着していなかった。
×：成形物の破断面に繊維が抜けた穴が多数観測され、且つ残った繊維にもマットリックス樹脂が全く付着していなかった。
（比較例３）
実施例１で使用されたサイジング剤処理前の不織布を用い、実施例５と同様の方法により複合材料を得た。

表１より、サイジング処理を行った実施例５は、サイジング処理を行わない比較例３に比して、表面特性、引っ張り応力、弾性率、接着性のいずれにおいても優れていることがわかる。

１ 混合ユニット
２ ウェブ形成ユニット
３ サイジング剤処理ユニット
４ 付着量制御ユニット
５ 乾燥ユニット
３１ サイジング漕
３２ サイジング剤浴
３３ コーティングロール
４１ 可動式マングル
６１〜６６ ガイドローラー
６７ 無端状ベルト
６８ 回動ローラー
７０、７１ 不織布
１００ 製造設備
１０１ 第２製造装置

Claims (9)

1. 非捲縮繊維と、捲縮繊維とから形成される不織布の製造方法であって、
   前記非捲縮繊維と、前記捲縮繊維とを所定比で混合する混合工程と、
   前記混合工程を経て、ウェブを有する不織布を形成するウェブ形成工程と、
   前記ウェブが形成された不織布にサイジング剤を付着させるサイジング剤処理工程と、
   前記サイジング剤が付着した前記不織布において、前記サイジング剤の付着量を制御する付着量制御工程と、
   前記サイジング剤の付着量が制御された不織布を連続的に乾燥する乾燥工程と、
   を具備する不織布の製造方法。
2. 前記混合工程における前記所定比が、前記非捲縮繊維／前記捲縮繊維において２０／８０以上、９５／５以下であり、
   前記ウェブ形成工程の前記ウェブは、目付量が２０ｇ／ｍ^２以上、１００ｇ／ｍ^２以下である請求項１記載の不織布の製造方法。
3. 前記サイジング剤処理工程は、前記不織布への前記サイジング剤の付着量が、前記不織布に対して１質量％以上、５０質量％以下である請求項１又は２記載の不織布の製造方法。
4. 前記サイジング剤処理工程は、前記不織布をサイジング浴に浸漬させる工程を含み、
   前記サイジング浴のサイジング剤濃度は、０．２質量％以上、５０．０質量％以下である請求項１〜３のいずれか１項に記載の不織布の製造方法。
5. 前記乾燥工程は、前記不織布を、クリップ式またはピン式テンターで幅だしを行い、連続的に８０〜２５０℃の乾燥温度で熱風乾燥により乾燥を行う請求項１〜４のいずれか１項に記載の不織布の製造方法。
6. 前記非捲縮繊維の材質が、ＰＡＮ系、ピッチ系、およびレーヨン系から選択される炭素繊維の１種または２種以上である請求項１〜５のいずれか１項に記載の不織布の製造方法。
7. 前記非捲縮繊維の材質が、炭素繊維強化プラスチックから再生された炭素繊維である請求項１〜６のいずれか１項に記載の不織布の製造方法。
8. 前記捲縮繊維を構成する束状の繊維の束繊維数が１ｋ以上、１００ｋ以下であり、
   当該捲縮繊維が、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエステル（ＰＥＴ）、ナイロン（ＰＡ）およびアラミドの少なくとも１つである熱可塑性合成繊維であり、且つ当該捲縮繊維のカット長が２１ｍｍ以上、２００ｍｍ以下である請求項１〜７のいずれか１項に記載の不織布の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の不織布の製造方法により不織布を製造し、
   前記不織布にマトリックス樹脂を含浸させる複合材料の製造方法。

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