JP2018197412A - 多機能繊維状部材 - Google Patents

Abstract

【課題】高耐磨耗性、すべり特性及び相手基材保護性を有する多機能繊維状部材を提供する。【解決手段】多機能繊維状部材３０は、繊維層３１と樹脂層３４とを備え、繊維層３１は、マルチフィラメントからなり、樹脂層３４は、繊維層３１の外表面を覆う外部樹脂層３２と、繊維層３１の内部に配置された内部樹脂層３３とを含み、樹脂層３４は、熱可塑性樹脂からなり、上記マルチフィラメントは、アラミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアリレート繊維、金属繊維、又はポリイミド繊維であることが好ましい。【選択図】図３

Description

本発明は、高耐磨耗性、すべり特性及び相手基材保護性を有する多機能繊維状部材に関する。

従来、モノフィラメントやマルチフィラメントの表面のみに樹脂を被覆することにより、フィラメントの耐磨耗性等の特性を向上させることが提案されている。例えば、特許文献１では、合成樹脂で被覆された擬似モノフィラメントが提案されている。特許文献１の記載によれば、耐磨耗性、耐候性及び耐水性に優れた高強力擬似モノフィラメントを提供できるとしている。

また、特許文献２では、芯部のマルチフィラメント層と、鞘部の熱可塑性樹脂層とを有する高強力高弾性繊維構造体が提案されている。特許文献２の記載によれば、耐磨耗性、耐疲労性及び耐薬品性等が改良され、耐久性に優れた高強力高弾性繊維構造体を提供できるとしている。

特開２００１−３０３４６７号公報 特開２００６−２７４４９０号公報

しかし、特許文献１及び２で提案されている強化繊維は、フィラメントの表面のみを樹脂で被覆しているため、繊維を屈曲させると表面の樹脂層にクラックが生じやすく、また、樹脂層と繊維との密着性が弱いため、繊維から樹脂層が剥離してしまい、強化繊維の本来の特性が低下又は消失してしまうという問題があった。

本発明は、上記問題を解消するためになされたものであり、高耐磨耗性、すべり特性及び相手基材保護性を有する多機能繊維状部材を提供するものである。

本発明の多機能繊維状部材は、繊維層と樹脂層とを含む繊維状部材であって、前記繊維層は、マルチフィラメントからなり、前記樹脂層は、前記繊維層の外表面を覆う外部樹脂層と、前記繊維層の内部に配置された内部樹脂層とを含み、前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする。

本発明により、高耐磨耗性、すべり特性及び相手基材保護性を有する多機能繊維状部材を提供できる。

図１は、従来の樹脂被覆モノフィラメントの一例を示す模式断面図である。 図２は、従来の樹脂被覆マルチフィラメントの一例を示す模式断面図である。 図３は、多機能繊維状部材の一例を示す模式断面図である。 図４は、多機能繊維状部材の他の一例を示す模式断面図である。

先ず、本発明の多機能繊維状部材の実施形態について説明する。本実施形態の多機能繊維状部材は、繊維層と樹脂層とを備え、上記繊維層は、マルチフィラメントからなり、上記樹脂層は、上記繊維層の外表面を覆う外部樹脂層と、上記繊維層の内部に配置された内部樹脂層とを含み、上記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなる。

本実施形態の多機能繊維状部材は、上記繊維層の外表面を覆う外部樹脂層だけではなく、上記繊維層の内部に配置された内部樹脂層をも有しているため、上記繊維状部材を屈曲させても、樹脂層にクラックが生じにくく、また、樹脂層と繊維との密着性が高いため、繊維層から樹脂層が剥離することがない。このため上記多機能繊維状部材は、高耐磨耗性、すべり特性及び相手基材保護性を発揮できる。

上記多機能繊維状部材に用いる上記マルチフィラメントとしは、例えば、アラミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアリレート繊維、ステンレス鋼繊維等の金属繊維、又はポリイミド繊維等を用いることができるが、引張強度及び弾性率がともに高いアラミド繊維が特に好ましい。

上記マルチフィラメントの繊維径は、強度及び柔軟性を維持するために、０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。

上記熱可塑性樹脂は、例えば、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、又はポリフェニレンサルファイド等を用いることができるが、すべり特性に優れるフッ素樹脂が特に好ましい。

上記フッ素樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル（ＭＦＡ）等を使用できる。

上記多機能繊維状部材は、上記外部樹脂層と上記内部樹脂層とが樹脂含有部を構成し、上記繊維層の内部に樹脂未含有部を更に備えることが好ましい。上記繊維層の内部の全てに樹脂を充填することは、製造工程にある程度の時間を要するが、上記繊維層の内部に樹脂未含有部の存在を許容すれば、製造工程に要する時間を短くできる。

上記多機能繊維状部材が、上記繊維層の内部に樹脂未含有部を有している場合は、上記樹脂未含有部は、通常上記繊維層の中心部側に配置される。上記多機能繊維状部材の製造工程上、樹脂は上記樹脂層の表面層側から充填されるからである。

上記多機能繊維状部材が、上記繊維層の内部に樹脂未含有部を有している場合、上記多機能繊維状部材の長手方向に垂直な断面において、上記樹脂含有部の総断面積と、上記樹脂未含有部の総断面積との断面積比率は、９９：１〜１０：９０であることが好ましい。上記樹脂含有部の割合が小さすぎると、上記多機能繊維状部材の強度が低下するからである。

次に、本実施形態の多機能繊維状部材を、従来の樹脂被覆繊維と比較しながら図面に基づき説明する。

図１は、従来の樹脂被覆モノフィラメントの一例を示す模式断面図である。図１において、樹脂被覆モノフィラメント１０は、モノフィラメント１２と、モノフィラメント１２を被覆する樹脂層１１とを備えている。樹脂被覆モノフィラメント１０は、モノフィラメント１２の表面のみを樹脂層１１で被覆しているため、樹脂被覆モノフィラメント１０を屈曲させると表面の樹脂層１１にクラックが生じやすく、また、樹脂層１１とモノフィラメント１２との密着性が弱いため、モノフィラメント１２から樹脂層１１が剥離してしまい、樹脂被覆モノフィラメント１０の本来の耐磨耗性等の特性が低下又は消失してしまうという問題がある。

図２は、従来の樹脂被覆マルチフィラメントの一例を示す模式断面図である。図２において、樹脂被覆マルチフィラメント２０は、マルチフィラメント２２と、マルチフィラメント２２を被覆する樹脂層２１とを備えている。樹脂被覆マルチフィラメント２０は、マルチフィラメント２２からなる繊維層の表面のみを樹脂層２１で被覆しているため、樹脂被覆マルチフィラメント２０を屈曲させると表面の樹脂層２１にクラックが生じやすく、また、樹脂層２１と、マルチフィラメント２２からなる繊維層との密着性が弱いため、マルチフィラメント２２から樹脂層２１が剥離してしまい、樹脂被覆マルチフィラメント２０の本来の耐磨耗性等の特性が低下又は消失してしまうという問題がある。

図３は、本実施形態の多機能繊維状部材の一例を示す模式断面図である。図３において、多機能繊維状部材３０は、繊維層３１と樹脂層３４とを備え、繊維層３１は、マルチフィラメントからなり、樹脂層３４は、繊維層３１の外表面を覆う外部樹脂層３２と、繊維層３１の内部に配置された内部樹脂層３３とを備えている。また、多機能繊維状部材３０は、外部樹脂層３２と内部樹脂層３３とで樹脂含有部を構成し、上記樹脂含有部は、繊維層３１を構成するマルチフィラメントの周囲にほぼ隙間無く配置されている。

多機能繊維状部材３０は、繊維層３１の外表面を覆う外部樹脂層３２だけではなく、繊維層３１の内部に配置された内部樹脂層３３をも有しているため、多機能繊維状部材３０の使用中に発生する外部部材との接触による磨耗により、仮に外部樹脂層３２が剥離しても、内部樹脂層３３までは剥離しないため、高耐磨耗性を発揮できる。特に、樹脂層３４を低磨耗性のフッ素樹脂で形成すると、多機能繊維状部材３０に高いすべり特性を付与できるとともに、多機能繊維状部材３０が他の部材に対して傷をつけにくくなるため、相手基材保護性をも発揮できる。このように多機能繊維状部材３０は、高耐磨耗性、すべり特性及び相手基材保護性を発揮できる。

図４は、本実施形態の多機能繊維状部材の他の一例を示す模式断面図である。図４において、多機能繊維状部材４０は、繊維層４１と樹脂層４４とを備え、繊維層４１は、マルチフィラメントからなり、樹脂層４４は、繊維層４１の外表面を覆う外部樹脂層４２と、繊維層４１の内部に配置された内部樹脂層４３とを備えている。更に、多機能繊維状部材４０は、外部樹脂層４２と内部樹脂層４３とで樹脂含有部を構成し、繊維層４１の内部には、樹脂が含有されていない樹脂未含有部４５を備えている。多機能繊維状部材４０も、多機能繊維状部材３０と同様に、高耐磨耗性、すべり特性及び相手基材保護性を発揮できる。

次に、本発明の多機能繊維状部材の製造方法の実施形態について説明する。本実施形態の多機能繊維状部材の製造方法は特に限定されないが、例えば、マルチフィラメントからなる繊維層を、熱可塑性樹脂からなる樹脂溶融液に浸漬させることにより、上記繊維層の外部及び内部に上記樹脂溶融液を含浸させ、その後に加熱等を行って熱可塑性樹脂を硬化させればよい。上記樹脂溶融液への浸漬時間を調整することにより、樹脂未含有部の有無及び樹脂未含有部の大きさを制御できる。

以下、本発明を実施例により説明する。但し、本発明は、下記の実施例により限定されない。

（実施例１）
繊維層として、アラミド繊維からなる２２０ｄｔｅｘのマルチフィラメントを用い、ダイキン社製のＰＴＦＥ塗料“Ｄ２１０Ｃ”（商品名）を１００ｍｌ容器からなる含浸槽に５０ｍｌ充填し、その含浸槽に上記マルチフィラメントを３分間浸漬させた後、３８０℃に設定された電気炉で１分間焼成し、実施例１の繊維状部材を作製した。

（実施例２）
繊維層として、アラミド繊維からなる２２０ｄｔｅｘのマルチフィラメントを用い、上記マルチフィラメントに、ダイキン社製のＰＴＦＥ塗料“Ｄ２１０Ｃ”（商品名）を、線基材連続塗装装置を用いて、線速１．８ｍ／ｍｉｎの速度でディッピング塗装を行った後、３８０℃に設定された連続炉で焼成し、実施例２の繊維状部材を作製した。

（比較例１）
実施例１で用いたアラミド繊維からなる２２０ｄｔｅｘのマルチフィラメントのみを、比較例１の繊維状部材とした。

（比較例２）
実施例１で用いたアラミド繊維からなる２２０ｄｔｅｘのマルチフィラメントを繊維層として用い、上記繊維層の表面を、ダイキン社製のＦＥＰ樹脂“ＮＰ−２１”（商品名）で作製した厚さ５μｍのフィルムで被覆した後、３００℃に設定した電気炉で３分間焼成し、比較例２の繊維状部材を作製した。

（比較例３）
ハステックス社製のＦＥＰ繊維からなる８７０ｄｔｅｘのマルチフィラメントのみを、比較例３の繊維状部材とした。

次に、実施例１〜２及び比較例１〜３の繊維状部材を用いて、下記のように各特性を評価した。

＜断面積比率＞
実施例１及び２で作製した繊維状部材をエポキシ樹脂で固めて樹脂固化サンプルとし、上記樹脂固化サンプルを研磨して、マルチフィラメントの長手方向に垂直な断面を出現させ、その断面を、キーエンス社製のレーザーマイクロスコープ“ＶＫ−Ｘ１５０”（商品名）を用いて、樹脂含有部（外部樹脂層＋内部樹脂層）の総断面積と樹脂未含有部の総断面積との断面積比率を測定した。その結果、実施例１の上記断面積比率は、１００：０となり、上記繊維状部材には上記樹脂未含有部は存在せず、上記繊維状部材の外面及び内部に隙間なく樹脂が配置されていた。また、実施例２の上記断面積比率は、５０：５０となり、上記繊維状部材の中心部に上記樹脂未含有部が配置していた。但し、比較例１及び比較例３では、樹脂を用いていないため、また、比較例２では、内部樹脂層がないため、上記測定は行わなかった。

＜耐磨耗性＞
作製した繊維状部材を６本用い、コーティングテスター社製のスクラッチ試験機の稼動部と固定部に、専用の治具を用いて３本ずつ取り付け、荷重２００ｇ、０．５ストローク／ｓｅｃ（１ストローク：６０ｍｍ）の条件下にて、繊維状部材同士を切断するまで摩擦させ、切断した摩擦回数を測定した。上記測定は３回行い、測定した摩擦回数の平均値で耐磨耗性を評価した。

＜相手基材保護性＞
コーティングテスター社製のスクラッチ試験機の固定部に作製した繊維状部材を３本取り付け、その稼動部に直径１８ｍｍの塩化ビニル製のパイプを取り付け、そのパイプの上に１０ｍｍ幅に切断した樹脂テープを配置し、荷重２００ｇ、０．５ストローク／ｓｅｃ（１ストローク：６０ｍｍ）の条件下にて、５０回摩擦させた。その後、上記樹脂テープの表面の状態を観察し、上記樹脂テープの表面に傷が全くなかった場合を相手基材保護性が「良好」と判断し、傷が少しでもあった場合を相手基材保護性が「不良」と判断した。但し、比較例３では、測定した繊維状部材の強度が不足して測定ができなかった。

＜すべり特性＞
アルミニウム板にシリコンゴムを貼り合わせた治具を２枚準備し、その２枚の治具を、シリコンゴム側を内側として対向させ、その治具の間に作製した繊維状部材を１本挟み込み、トルクレンチにて０．６Ｎ・ｍのトルクで固定し、イマダ社製のフォースゲージ“ＺＰ−５０Ｎ”（商品名）を用いて、上記治具から繊維状部材を縦方向に１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引っ張り出し、数値が安定した１分後の摩擦抵抗値を上記フォースゲージから読み取った。上記測定は３回行い、測定した摩擦抵抗値の平均値ですべり特性を評価した。

以上の結果を表１に示す。

表１より、実施例１〜２の繊維状部材では、比較例１〜３の繊維状部材に比べて、耐磨耗性、すべり特性及び相手基材保護性の全てにおいて優れていることが分かる。また、実施例２は、実施例１に比べて耐磨耗性は少し低下するが、連続生産が可能であり、生産性に優れている。

本発明は、高耐磨耗性、すべり特性及び相手基材保護性を有する多機能繊維状部材を提供でき、例えば、コンクリートの補強材、ロープ、網、防弾チョッキ、防護服等の産業用資材として使用できる。

１０ 樹脂被覆モノフィラメント
１１ 樹脂層
１２ モノフィラメント
２０ 樹脂被覆マルチフィラメント
２１ 樹脂層
２２ マルチフィラメント
３０ 多機能繊維状部材
３１ 繊維層
３２ 外部樹脂層
３３ 内部樹脂層
３４ 樹脂層
４０ 多機能繊維状部材
４１ 繊維層
４２ 外部樹脂層
４３ 内部樹脂層
４４ 樹脂層
４５ 樹脂未含有部

Claims (8)

1. 繊維層と樹脂層とを含む繊維状部材であって、
   前記繊維層は、マルチフィラメントからなり、
   前記樹脂層は、前記繊維層の外表面を覆う外部樹脂層と、前記繊維層の内部に配置された内部樹脂層とを含み、
   前記樹脂層は、熱可塑性樹脂からなることを特徴とする多機能繊維状部材。
2. 前記マルチフィラメントが、アラミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアリレート繊維、金属繊維、又はポリイミド繊維である請求項１に記載の多機能繊維状部材。
3. 前記マルチフィラメントの繊維径が、０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の多機能繊維状部材。
4. 前記熱可塑性樹脂が、フッ素樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、又はポリフェニレンサルファイドである請求項１〜３のいずれか１項に記載の多機能繊維状部材。
5. 前記熱可塑性樹脂が、フッ素樹脂である請求項１〜３のいずれか１項に記載の多機能繊維状部材。
6. 前記外部樹脂層と前記内部樹脂層とが樹脂含有部を構成し、
   前記繊維層の内部に樹脂未含有部を更に含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の多機能繊維状部材。
7. 前記樹脂未含有部が、前記繊維層の中心部側に配置されている請求項６に記載の多機能繊維状部材。
8. 長手方向に垂直な断面において、前記樹脂含有部の総断面積と、前記樹脂未含有部の総断面積との断面積比率が、９９：１〜１０：９０である請求項６又は７に記載の多機能繊維状部材。

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