JP2020531707A - ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物、その製造方法、これを含むアラミド織物プリプレグ、並びにこれを含むアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材 - Google Patents

ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物、その製造方法、これを含むアラミド織物プリプレグ、並びにこれを含むアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材 Download PDF

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Abstract

(i)アラミド原糸を経糸および緯糸に用い、バスケット織りのアラミド織物を製織し、(ii)アラミド織物を水系ポリウレタン樹脂と水からなる糊剤液に浸漬し、圧搾および乾燥してポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたものとする。本発明は、製織前のアラミド原糸に糊剤を付与する方法に比べて、製織中の糊剤脱落による製織効率の低下を効果的に防止する。また、本発明は、アラミド織物の表面および内部に水系ポリウレタン樹脂を付着および含浸させるため、ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性が向上し、アラミド原糸の集束性が高くなり、アラミド織物の引張強度が向上する。また、本発明は、バスケット織りでアラミド織物を製織するため、緻密性が低くなってポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性(Wetting property)が良くなり、結果的にアラミド織物とマトリックス樹脂との間の接着力が向上する。本発明のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材は、自動車のバンパーなどの耐衝撃性が要求される自動車部品素材または電子部品素材等として有用である。

Description

本発明は、ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物、その製造方法、これを含むアラミド織物プリプレグ、および、これを含むアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材に関し、より具体的には、アラミド織物を構成するアラミド原糸の集束性を高めてアラミド織物の引張強度を向上させることができるとともに、製織中の糊付部分の脱落現象がなくて製織性を改善させることができ、ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性も向上させることができる、アラミド織物およびその製造方法に関する。
また、本発明は、前記アラミド織物および前記アラミド織物に、ポリウレタンマトリックス樹脂が、未硬化または半硬化の状態で含浸されているアラミド織物プリプレグに関する。
また、本発明は、前記アラミド織物を含むことで、耐衝撃性、引張強度および引張弾性率に優れた、アラミド織物／熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂として構成される複合材に関する。
電子部品素材または自動車部品素材等としては、強化用繊維素材にポリウレタンマトリックス樹脂を含浸、硬化した強化用繊維素材／樹脂複合材（以下、‘複合材’と略称する）が広く使用されてきた。
前記強化用繊維素材としてガラス繊維が使用されてきたが、ガラス繊維の場合、比重が高くて軽量化が難しく、人体に有害であるという問題があった。
他の従来の技術では、このような問題を解決するために、前記強化用繊維素材としてガラス繊維の代わりに炭素繊維を使用したが、炭素繊維は比剛性が大きくて加工性および耐衝撃性が低下するという問題があった。
さらに他の従来の技術では、従来、強化用繊維素材としては平織に製織されたアラミド織物が主に使用されていた。ところが、平織に製織されたアラミド織物は、ポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）が不良であり、従来のアラミド織物を構成するアラミド原糸は、前記ポリウレタンマトリックス樹脂との相溶性が低く、結果的にはアラミド織物とポリウレタンマトリックス樹脂との間の接着力が低下するという問題があり、アラミド織物を構成する原糸同士の間の集束性が不足してアラミド織物の引張強度が低下するという問題もあった。
本発明は、前記問題点を解決するために、アラミド織物内に含浸されるポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）に優れ、結果的にはアラミド織物とポリウレタンマトリックス樹脂との間の接着力に優れるとともに、アラミド織物内原糸の集束性を高めることでアラミド織物の引張強度も優れており、複合材の繊維強化用繊維素材として有用なアラミド織物を提供する方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記方法で製造されてポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物、およびこれを含むアラミド生地プリプレグを提供することを目的とする。
また、本発明は、引張強度および引張弾性率に優れるとともに、耐衝撃性にも優れて、耐衝撃性が要求される自動車部品素材等として有用なアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、（ｉ）アラミド原糸を経糸および緯糸に用いてバスケット織りのアラミド織物を製織した後、（ｉｉ）製織されたアラミド織物を、糊剤である水系ポリウレタン樹脂と水とからなる糊剤液に浸漬した後、圧搾および乾燥して前記アラミド織物に糊剤液を付着および含浸させることで、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量を、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して１〜８重量％となるように調節して、ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物を製造する。
また、本発明は、アラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材を構成する強化繊維素材として、水系ポリウレタン樹脂が表面および内部に付着／含浸されたバスケット織りのアラミド織物を２枚以上用い、複合材を構成するマトリックス樹脂として熱可塑性ポリウレタン樹脂を用いて、アラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材を製造する。
本発明は、製織されたアラミド織物に糊剤を付与するので、製織前のアラミド原糸に糊剤を付与する方法に比べて、製織中での糊剤の脱落による製織効率の低下を、効果的に防止することができる。
また、本発明は、アラミド織物の表面および内部に、主成分が水系ポリウレタン樹脂である糊剤を付着および含浸させるので、ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性が向上し、アラミド織物内のアラミド原糸の集束性が高くなり、アラミド織物の引張強度が向上する。
また、本発明は、バスケット織りでアラミド織物を製織するため、アラミド織物の緻密性が低くなることで、ポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）が良くなり、結果的にはアラミド織物とポリウレタンマトリックス樹脂との間の接着力が向上する。
これにより、本発明で製造されたアラミド織物は、電子部品素材などに使用される強化用繊維素材／樹脂複合材の製造用の強化用繊維素材として有用である。
また、本発明のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材は、強化用繊維素材が耐衝撃性に優れたアラミド織物であるため、自動車バンパーなどといった耐衝撃性が要求される自動車部品素材または電子部品素材等として有用である。
本発明によるアラミド織物の一例を示す組織図である。
以下、添付図面などを通じて本発明を詳細に説明する。
本発明によるポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物の製造方法は、（ｉ）アラミド原糸を経糸および緯糸に用いてバスケット織りのアラミド織物を製織する製織工程と、（ｉｉ）製織されたアラミド織物を、糊剤である水系ポリウレタン樹脂と水とからなる糊剤液に浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）した後、圧搾（ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ）および乾燥して前記アラミド織物に糊剤を付着および含浸させることで、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量を、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して１〜８重量％に調節する糊剤処理工程とを含む。
具体的には、本発明は、（ｉ）アラミド原糸を経糸および緯糸に用いてバスケット織りのアラミド織物を製織した後、（ｉｉ）製織されたアラミド織物を、糊剤である水系ポリウレタン樹脂と水からなる糊剤液に浸漬した後に、圧搾および乾燥して、ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物を製造する。
この時、前記バスケット織りは、図１に示すように２ｘ２バスケット織であるのがアラミド織物の緻密性を下げてポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を改善するのに望ましい。
本発明は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量を、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して１〜８重量％、好ましくは２〜６重量％に調節することで、アラミド織物内原糸の集束性を向上させるとともに、アラミド織物とポリウレタンマトリックス樹脂との間の接着力を向上させることを特徴とする。
前記糊剤液を構成する糊剤である水系ポリウレタン樹脂と水との重量比率は１．８〜２．２：１であることが、糊剤付与の工程性の改善にとり望ましい。
糊剤液に浸漬処理されたアラミド織物を圧搾処理する際、マングルなどを用いて１〜２ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加え、圧搾処理されたアラミド織物を１１０〜１３０℃の温度下で３〜５分間乾燥することが望ましい。
本発明のアラミド織物は、アラミド原糸である経糸および緯糸がバスケット織りで製織された構造を有し、水系ポリウレタン樹脂がアラミド織物の表面および内部に付着および含浸されており、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して１〜８重量％であることを特徴とする。
ここで、前記バスケット織りは、図１に示すように２ｘ２バスケット織であるのが、アラミド織物の緻密性を下げて、ポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を改善するのに望ましい。
また、アラミド織物を構成するアラミド原糸は、繊度が１，０００〜３，０００デニールであり、経糸密度および緯糸密度が１０〜２０本／インチであるのが、アラミド織物の引張強度を向上させるのに望ましい。
前記アラミド織物は、ＡＳＴＭ Ｄ３０３９方法で測定した引張強度が、１９，０００〜２１，０００Ｎ／５ｃｍであって優れている。
本発明のアラミド織物プリプレグは、（ｉ）アラミド原糸である経糸および緯糸がバスケット織りで製織された構造を有し、糊剤である水系ポリウレタン樹脂が表面および内部に付着および含浸されているアラミド織物、および（ｉｉ）前記アラミド織物内に含浸されて未硬化または半硬化状態であるポリウレタンマトリックス樹脂で構成され、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、１〜８重量％、好ましくは２〜６重量％である。
アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、１〜８重量％、好ましくは２〜６重量％であることがアラミド織物内原糸の集束性を改善し、アラミド織物とポリウレタンマトリックス樹脂との間の接着性を改善するのに望ましい。
本発明は、製織されたアラミド織物に糊剤を付与せしめるため、製織前のアラミド原糸に糊剤を付与する方法に比べて、製織中の糊剤の脱落による製織効率の低下を効果的に防止することができる。
また、本発明は、アラミド織物の表面および内部に水系ポリウレタン樹脂を付着および含浸させるため、ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性が向上し、アラミド織物内のアラミド原糸の集束性が高くなり、アラミド織物の引張強度が向上する。
また、本発明は、バスケット織りでアラミド織物を製織するため、アラミド織物の緻密性が低くなってポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）が良くなり、結果的に、アラミド織物とポリウレタンマトリックス樹脂間の接着力が向上する。
これによって、本発明のアラミド織物は、電子部品素材などに使用される強化用繊維素材／樹脂複合材製造用強化用繊維素材として有用である。
本発明のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材は、（ｉ）アラミド原糸である経糸および緯糸がバスケット織りで製織されており、水系ポリウレタン樹脂が表面および内部に付着および含浸された２枚以上のアラミド織物；および（ｉｉ）前記アラミド織物の内部およびアラミド織物同士の間に含浸されている熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂；で構成され、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、１〜８重量％であり、ＩＳＯ−６６０３の方法で測定したピークフォース（ｐｅａｋ ｆｏｒｃｅ）が１８，０００Ｎ以上であることを特徴とする。
また、本発明の複合材は、ＡＳＴＭ Ｄ３０３９の方法で測定した引張強度が６００Ｍｐａ以上であり、引張弾性率が２５Ｇｐａ以上であって、良好な引張強度および引張弾性率を有する。
本発明の一実施形態としての前記複合材は、厚さが２．０〜２．２ｍｍであり、熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂の含有量が３０〜４５重量％の場合、（ｉ）ピークフォース（ｐｅａｋ ｆｏｒｃｅ）が１８，８４５Ｎのレベルで耐衝撃性に優れており、（ｉｉ）ＡＳＴＭ Ｄ３０３９方法で測定した引張強度が６３５Ｍｐａのレベルであり、（ｉｉｉ）ＡＳＴＭ Ｄ３０３９方法で測定した引張弾性率が３１Ｇｐａのレベルであって、引張強度および引張弾性率に優れているとともに、耐衝撃性にも優れている。
前記バスケット織りは、図１に示すように２ｘ２バスケット織りであるのが、アラミド織物の緻密性を下げて熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を改善するのに望ましい。
また、前記アラミド織物を構成するアラミド原糸は、繊度が１，０００〜３，０００デニールであり、経糸密度および緯糸密度が１０〜２０本／インチであるのが、アラミド織物の引張強度を向上させるのに望ましい。
前記アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して１〜８重量％、好ましくは２〜６重量％であることが、アラミド織物内原糸の集束性を改善し、アラミド織物と熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂間の接着性を改善するのに望ましい。
次に、本発明の複合材を製造する方法の一例について説明する。
本発明によるアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン複合材の製造方法は、（ｉ）アラミド原糸を経糸および緯糸に用いてバスケット織りのアラミド織物を製織する工程と、（ｉｉ）製織されたアラミド織物を糊剤である水系ポリウレタン樹脂と水からなる糊剤液に浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）した後、圧搾（ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ）および乾燥して、アラミド織物に糊剤を付着および含浸させることで、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して１〜８重量％になるように調節する糊剤処理工程と、（ｉｉｉ）糊剤が付着、含浸された前記アラミド織物に熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂を含浸させてアラミド織物プリプレグを製造する工程と、（ｉｖ）前記アラミド織物プリプレグ２枚以上を積層した後、加熱および加圧してアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材を製造する工程とを含む。
具体的には、本発明は、まず、アラミド原糸を経糸および緯糸に用いてバスケット織りのアラミド織物を製織する。
この際、前記バスケット織りは、図１に示すように２ｘ２バスケット織りであるのが、アラミド織物の緻密性を下げて熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）を改善するのに望ましい。
前記アラミド原糸は、纎度が１，０００〜７，０００デニール、好ましくは１，０００〜４，０００デニールであり、アラミド織物の経糸密度および緯糸密度が１０〜２０本／インチであるのが、アラミド織物の引張強度などを向上させるのに望ましい。
次に、製織されたアラミド織物を糊剤である水系ポリウレタン樹脂と水からなる糊剤液に浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）した後、圧搾（ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ）および乾燥して、アラミド織物に糊剤を付着含浸せしめる。
この際、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、１〜８重量部、好ましくは２〜６重量部になるように調節するのがアラミド織物内の原糸の集束性を向上させると同時に、アラミド織物と熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂との間の接着力を向上させるのに望ましい。
前記糊剤液を構成する糊剤である水系ポリウレタン樹脂と水との重量比率は１．８〜２．２：１であることが糊剤付与の工程性改善に望ましい。
糊剤液に浸漬処理されたアラミド織物を圧搾処理するとき、マングル（Ｍａｎｇｌｅ）などを用いて１〜２ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力を加え、圧搾処理されたアラミド織物を１１０〜１３０℃の温度下で３〜５分間乾燥させるのが望ましい。
次に、糊剤が付着、含浸された前記アラミド織物に熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂を含浸させてアラミド織物プリプレグを製造する。
この時、マトリックス樹脂として熱硬化性ポリウレタン樹脂の代わりに熱可塑性ポリウレタン樹脂を使用するので、複合材の引張強度、引張弾性率および耐衝撃性を大きく向上させることができる。
次に、前記アラミド織物プリプレグ２枚以上を積層した後、加熱および加圧してアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材を製造する。
この時、アラミドプリプレグの積層枚数は２〜８枚であるのが、軽量性および耐衝撃性の改善に望ましいが、複合材の用途により前記アラミドプリプレグの積層枚数は調節可能である。
本発明は、強化用繊維素材として耐衝撃性に優れたアラミド織物を使用するため、前記複合材の耐衝撃性がさらに向上する。
また、本発明は、アラミド織物の表面および内部に水系ポリウレタン樹脂である糊剤を付着および含浸せしめるため、熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性が向上し、アラミド織物内アラミド原糸の集束性が高くなり、複合材の引張強度および引張弾性率が向上する。
また、本発明は、バスケット織りでアラミド織物を製織するため、アラミド織物の緻密性が低くなって熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂との濡れ性（Ｗｅｔｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ）が良くなり、結果的にはアラミド織物とポリウレタンマトリックス樹脂間の接着力が向上する。
これによって、本発明のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材は、自動車のバンパーなどといった耐衝撃性が要求される自動車部品素材または電子部品素材等として有用である。
以下、実施例および比較実施例を通して本発明をより具体的に説明する。
下記実施例は本発明の好ましい具現例であって、本発明の保護範囲が下記実施例のみに限定されるものではない。
＜実施例１＞
３，０００デニールのアラミド原糸を経糸および緯糸に用いて、２ｘ２バスケット織りのアラミド織物を製織した。
この際、経糸密度および緯糸密度は、いずれも１７本／インチとした。
次に、前記のように製織されたアラミド織物を、水系ポリウレタン樹脂（糊剤）１００重量部と水５０重量部とからなる糊剤液に浸漬した後、マングルを用いて１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧搾した後に、１２０℃で４分間乾燥して、糊剤処理されたアラミド織物を製造した。
この際、アラミド織物に付着したアラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量について、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを足し合わせた総重量に対して、３重量％となるように調節した。
次に、前記のように糊剤処理されたアラミド織物に、ポリウレタン樹脂（マトリックス樹脂）を３５重量％含浸させてアラミド織物プリプレグを製造した後、前記アラミド織物プリプレグを５枚積層し、加熱／加圧することで成形して、強化用繊維素材／樹脂複合材を製造した。
製造されたアラミド生地の引張強度および強化用繊維素材／樹脂複合材の弾性率を測定した結果は表１のとおりである。
＜比較実施例１＞
３，０００デニールのアラミド原糸を経糸および緯糸に用いて、平織組織のアラミド織物を製織した。
この際、経糸密度および緯糸密度は、いずれも１７本／インチとした。
次に、前記のように製織されたアラミド織物を水系ポリウレタン樹脂（糊剤）１００重量部と水５０重量部とからなる糊剤液に浸漬した後、マングルを用いて１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧搾した後に、１２０℃で４分間乾燥して、糊剤処理されたアラミド織物を製造した。
この際、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量について、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを足し合わせた総重量に対して、３重量％となるように調節した。
次に、前記で糊剤処理されたアラミド織物に、ポリウレタン樹脂（マトリックス樹脂）を３５重量％含浸させてアラミド織物プリプレグを製造した後、前記アラミド織物プリプレグ５枚を積層し加熱／加圧することで成形して、強化用繊維素材／樹脂複合材を製造した。
製造されたアラミド生地の引張強度および強化用繊維素材／樹脂複合材の弾性率を測定した結果は表１のとおりである。
＜比較実施例２＞
３，０００デニールのアラミド原糸を経糸および緯糸に用いて、綾織組織のアラミド織物を製織した。
こ際、経糸密度および緯糸密度は、いずれも１７本／インチにした。
次に、前記のように製織されたアラミド織物を、水系ポリウレタン樹脂（糊剤）１００重量部と水５０重量部からなる糊剤液に浸漬した後、マングルを用いて１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧搾した後、１２０℃で４分間乾燥して糊剤処理されたアラミド織物を製造した。
この際、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量について、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを足し合わせた総重量に対して、３重量％となるように調節した。
次に、前記のように糊剤処理されたアラミド織物に、ポリウレタン樹脂（マトリックス樹脂）を３５重量％含浸させてアラミド織物プリプレグを製造した後、前記アラミド織物プリプレグ５枚を積層し加熱／加圧することで成形して強化用繊維素材／樹脂複合材を製造した。
製造されたアラミド生地の引張強度および強化用繊維素材／樹脂複合材の弾性率を測定した結果は表１のとおりである。
＜比較実施例３＞
３，０００デニールのアラミド原糸を経糸および緯糸に用いて、２ｘ２バスケット織りのアラミド織物を製織した。
この際、経糸密度および緯糸密度はそれぞれ１７本／インチにした。
次に、前記で製造されたアラミド織物（糊剤処理せず）にポリウレタン樹脂（マトリックス樹脂）を３５重量％含浸させてアラミド織物プリプレグを製造した後、前記アラミド織物プリプレグ５枚を積層し加熱／加圧しながら成形して強化用繊維素材／樹脂複合材を製造した。
製造されたアラミド反物の引張強度および強化用繊維素材／樹脂複合材の弾性率を測定した結果は表１のとおりである。
[表１]
Figure 2020531707
表１に記載されたアラミド生地の引張強度および強化用繊維素材／樹脂複合材の弾性率は、ＡＳＴＭ Ｄ３０３９の方法で測定した。
実施例１で製造されたアラミド織物の引張強度は優れているが、比較実施例１〜比較実施例３で製造されたアラミド織物の引張強度は実施例１より相対的に不良であった。
また、実施例１で製造された複合材の弾性率は優れているが、比較実施例１〜比較実施例３で製造された複合材の弾性率は実施例１より相対的に不良であった。
＜実施例２＞
３，０００デニールのアラミド原糸を経糸および緯糸に用いて、２ｘ２バスケット織りのアラミド織物を製織した。
この際、経糸密度および緯糸密度はそれぞれ１７本／インチにした。
次に、前記で製織されたアラミド織物を水系ポリウレタン樹脂（糊剤）１００重量部と水５０重量部からなる糊剤液に浸漬した後、マングル（Ｍａｎｇｌｅ）を用いて１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧搾した後、１２０℃で４分間乾燥して糊剤処理されたアラミド織物を製造した。
この時、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量を、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量に、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量を加えた総重量に対する比率で３重量％となるように調節した。
次に、前記のように糊剤処理されたアラミド織物に、熱可塑性ポリウレタン樹脂（マトリックス樹脂）を３５重量％含浸させてアラミド織物プリプレグを製造した後、前記アラミド織物プリプレグ４枚を積層し加熱／加圧することで成形して、厚さが２．１ｍｍのアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材を製造した。
製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材の引張強度、引張弾性率およびピークフォースの測定値は表２のとおりである。
＜比較実施例４＞
３，０００デニールのアラミド原糸を経糸および緯糸に用いて、１ｘ１平織組織のアラミド織物を製織した。
この際、経糸密度および緯糸密度はそれぞれ１７本／インチにした。
次に、前記のように製織されたアラミド織物を、水系ポリウレタン樹脂（糊剤）１００重量部と水５０重量部からなる糊剤液に浸漬した後、マングル（Ｍａｎｇｌｅ）を用いて１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧搾した後、１２０℃で４分間乾燥して糊剤処理されたアラミド織物を製造した。
この際、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量を、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量に、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量を加えた総重量にに対する比率で３重量％となるように調節した。
次に、前記のように糊剤処理されたアラミド織物に、ポリウレタン樹脂（マトリックス樹脂）を３５重量％含浸させてアラミド織物プリプレグを製造した後、前記アラミド織物プリプレグ４枚を積層し加熱／加圧しながら成形して、厚さが２．１ｍｍのアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材を製造した。
製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材の引張強度、引張弾性率およびピークフォースの測定値は表２のとおりである。
＜比較実施例５＞
３，０００デニールの炭素繊維原糸を経糸および緯糸に用いて、綾織（Ｔｗｉｌｌ）組織の炭素繊維織物を製織した。
この時、経糸密度および緯糸密度はそれぞれ１７本／インチにした。
次に、前記で製織された炭素繊維織物を水系ポリウレタン樹脂（糊剤）１００重量部と水５０重量部からなる糊剤液に浸漬した後、マングル（Ｍａｎｇｌｅ）を用いて１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧搾した後、１２０℃で４分間乾燥して、糊剤処理された炭素繊維織物を製造した。
この際、炭素繊維織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量を、炭素繊維織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量に、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前の炭素繊維織物の重量を加えた総重量にに対する比率で３重量％となるように調節した。
次に、前記で糊剤処理された炭素繊維織物に、熱可塑性ポリウレタン樹脂（マトリックス樹脂）を３５重量％含浸させて炭素繊維織物プリプレグを製造した後、前記炭素繊維織物プリプレグ４枚を積層し加熱／加圧することで成形して、厚さが２．１ｍｍの炭素繊維織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材を製造した。
製造された炭素繊維織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材の引張強度、引張弾性率およびピークフォースの測定値は表２のとおりである。
＜比較実施例６＞
３，０００デニールの炭素繊維原糸を経糸および緯糸に用いて、綾織（あやおり；Ｔｗｉｌｌ）組織の炭素繊維織物を製織した。
この時、経糸密度および緯糸密度はそれぞれ１７本／インチにした。
次に、前記で製織された炭素繊維織物を、水系ポリウレタン樹脂（糊剤）１００重量部と水５０重量部からなる糊剤液に浸漬した後、マングル（Ｍａｎｇｌｅ）を用いて１．５ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧搾した後、１２０℃で４分間乾燥して糊剤処理された炭素繊維織物を製造した。
この際、炭素繊維織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量を、炭素繊維織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量に、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前の炭素繊維織物の重量を加えた総重量に対する比率で３重量％となるように調節した。
次に、前記のように糊剤処理された炭素繊維織物に、熱硬化性エポキシ樹脂（マトリックス樹脂）を３５重量％含浸させて炭素繊維織物プリプレグを製造した後、前記炭素繊維織物プリプレグ９枚を積層し加熱／加圧することで成形して、厚さが２．０ｍｍの炭素繊維織物／熱硬化性ポリウレタン樹脂複合材を製造した。
製造された炭素繊維織物／熱硬化性ポリウレタン樹脂複合材の引張強度、引張弾性率およびピークフォースの測定値は表２のとおりである。
＜比較実施例７＞
３，０００デニールのアラミド原糸を経糸および緯糸に用いて、２ｘ２バスケット織りのアラミド織物を製織した。
この時、経糸密度および緯糸密度はそれぞれ１７本／インチにした。
次に、前記で製造されたアラミド織物（糊剤処理せず）に熱可塑性ポリウレタン樹脂（マトリックス樹脂）を３５重量％含浸させてアラミド織物プリプレグを製造した後、前記アラミド織物プリプレグ４枚を積層し加熱／加圧することで、厚さが２．１ｍｍのアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材を製造した。
製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材の引張強度、引張弾性率およびピークフォースの測定値は表２のとおりである。
[表２]複合材の物性
Figure 2020531707
引張強度および引張弾性率はＡＳＴＭ Ｄ３０３９の方法で測定し、ピークフォースはＩＳＯ−６６０３方法で測定した。
ピークフォースの測定時、衝撃速度は４．４ｍ／ｓ、総重量は６０ｋｇ、落下高さは９８７．０８５ｍｍである。
実施例２で製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン複合材は、引張強度および引張弾性率が、比較実施例４および比較実施例７で製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材に比べ、大きく向上したのであり、耐衝撃性を示すピークフォースが、比較実施例５で製造された炭素繊維織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材、および比較実施例６で製造された炭素繊維織物／熱硬化性ポリウレタン樹脂複合材に比べ、大きく向上した。
比較実施例４で製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材は、アラミド織物がバスケット織りでなく平織であるため、実施例２で製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材に比べ、引張強度および引張弾性率が大きく低下した。
比較実施例７で製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材は、アラミド織物を水系ポリウレタン樹脂の糊剤で処理していないので、実施例２で製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材に比べ、引張強度および引張弾性率が大きく低下した。
比較実施例５で製造された炭素繊維織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂は、実施例２で製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン複合材樹脂に比べ、耐衝撃性を示すピークフォースが大きく低下した。
比較実施例６で製造された炭素繊維織物／熱硬化性エポキシ樹脂複合材は、実施例２で製造されたアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材に比べ、耐衝撃性を示すピークフォースが大きく低下したのであり、熱硬化性エポキシ樹脂の使用により、比較実施例２で製造された炭素繊維織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材に比べても、耐衝撃性を示すピークフォースが不良であった。
本発明は、アラミド織物に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量（重量％）を以下の方法で測定した。
まず、糊剤成分のうち、有機溶媒と水は揮発し、水系ポリウレタン樹脂のみが表面および内部に付着および含浸されているアラミド織物（以下、‘試料’という）２．５ｇを準備し、次に、注射器の形状であるシリンダーの形態の管に前記試料を入れた後、前記試料が十分に濡れるほどのメタノール約８ｍｌを入れ、溶媒がそれ以上出て来なくなるまで、前記管に反復的に圧力を加えた。
次に、前記管にメタノール約８ｍｌを再び入れ、溶媒がそれ以上出て来なくなるまで前記管に反復的に圧力を加える作業を、さらに２回繰り返し実施した後、前記管から試料を取り出して１１０℃で乾燥することで、ポリウレタン樹脂が表面および内部に付着および含浸されていないアラミド織物の重量（Ｗ０）を測定した。
次に、水系ポリウレタン樹脂が表面および内部に付着および含浸されたアラミド織物の重量（Ｗ１：試料重量）と、水系ポリウレタン樹脂が表面および内部に付着および含浸されていないアラミド織物の重量（Ｗ０）とを下記式に代入することで、糊剤成分のうち、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量（Ｗ）を求めた。

Figure 2020531707
本発明のアラミド織物は、耐衝撃性、及び、熱可塑性ポリウレタン樹脂との接着性に優れており、アラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材の製造用の素材として有用である。
本発明のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材は、自動車のバンパーなどといった耐衝撃性が要求される自動車部品素材または電子部品素材として有用である。

Claims (22)

  1. （ｉ）アラミド原糸を経糸および緯糸に用いて、バスケット織りのアラミド織物を製織する製織工程と、
    （ｉｉ）製織されたアラミド織物を、糊剤である水系ポリウレタン樹脂と水とからなる糊剤液に浸漬（ｄｉｐｐｉｎｇ）した後、圧搾（ｓｑｕｅｅｚｉｎｇ）および乾燥して、前記アラミド織物に糊剤を付着および含浸させることで、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量について、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、１〜８重量％となるように調節する糊剤処理工程と
    を含むことを特徴とする、ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物の製造方法。
  2. アラミド織物を２ｘ２バスケット織りで製織することを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物の製造方法。
  3. アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の含有量について、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、２〜６重量％となるように調節することを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物の製造方法。
  4. 糊剤液を構成する糊剤である水系ポリウレタン樹脂と、糊剤液を構成する水との重量比率が１．８〜２．２：１であることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物の製造方法。
  5. 糊剤処理工程で糊剤液に浸漬処理されたアラミド織物を、１〜２ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で圧搾することを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物の製造方法。
  6. 糊剤処理工程で圧搾処理されたアラミド織物を、１１０〜１３０℃の温度で３〜５分間乾燥させることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物の製造方法。
  7. 経糸および緯糸に用いるアラミド原糸の繊度は１，０００〜３，０００デニールであることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物の製造方法。
  8. アラミド織物の経糸密度および緯糸密度は、いずれも１０〜２０本／インチであることを特徴とする、請求項１に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物の製造方法。
  9. アラミド原糸である経糸および緯糸がバスケット織りで製織された構造を有し、
    水系ポリウレタン樹脂がアラミド織物の表面および内部に付着および含浸されており、
    アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、１〜８重量％であることを特徴とする、ポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物。
  10. アラミド織物は、２ｘ２バスケット織りで製織されていることを特徴とする、請求項９に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物。
  11. 経糸および緯糸のアラミド原糸は、繊度が１，０００〜３，０００デニールであることを特徴とする、請求項９に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物。
  12. アラミド織物の経糸密度および緯糸密度は、いずれも１０〜２０本／インチであることを特徴とする、請求項９に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物。
  13. ＡＳＴＭ Ｄ３０３９の方法で測定した引張強度が１９，０００〜２１，０００Ｎ／５ｃｍであることを特徴とする、請求項９に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物。
  14. アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、２〜６重量％であることを特徴とする、請求項９に記載のポリウレタンマトリックス樹脂との接着性および引張強度に優れたアラミド織物。
  15. （ｉ）アラミド原糸である経糸および緯糸がバスケット織りで製織された構造を有し、糊剤である水系ポリウレタン樹脂が表面および内部に付着および含浸されたアラミド織物、および
    （ｉｉ）前記アラミド織物内に含浸されて未硬化または半硬化状態であるポリウレタンマトリックス樹脂；で構成され、
    アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して１〜８重量％であることを特徴とする、アラミド織物プリプレグ。
  16. （ｉ）アラミド原糸である経糸および緯糸がバスケット織りで製織されており、水系ポリウレタン樹脂が表面および内部に付着および含浸された２枚以上のアラミド織物；および
    （ｉｉ）前記アラミド織物の内部、およびアラミド織物同士の間に含浸されている熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂；で構成され、
    アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、１〜８重量％であり、
    ＩＳＯ−６６０３の方法で測定したピークフォース（ｐｅａｋ ｆｏｒｃｅ）が１８，０００Ｎ以上であることを特徴とする、アラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材。
  17. ＡＳＴＭ Ｄ３０３９の方法で測定した引張強度が６００Ｍｐａ以上であり、引張弾性率が２５Ｇｐａ以上であることを特徴とする、請求項１６に記載のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材。
  18. 厚さが２．０〜２．２ｍｍであり、前記熱可塑性ポリウレタンマトリックス樹脂の含有量が３０〜４５重量％であることを特徴とする、請求項１６に記載のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材。
  19. 前記アラミド織物は、２ｘ２バスケット織りで製織されていることを特徴とする、請求項１６に記載のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材。
  20. 経糸および緯糸のアラミド原糸は、繊度が１，０００〜７，０００デニールであることを特徴とする、請求項１６に記載のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材。
  21. アラミド織物の経糸密度および緯糸密度は、いずれも１０〜２０本／インチであることを特徴とする、請求項１６に記載のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材。
  22. アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された前記水系ポリウレタン樹脂の含有量は、アラミド織物の表面および内部に付着および含浸された水系ポリウレタン樹脂の重量と、水系ポリウレタン樹脂が付着および含浸される前のアラミド織物の重量とを加え合わせた総重量に対して、２〜６重量％であることを特徴とする、請求項１６に記載のアラミド織物／熱可塑性ポリウレタン樹脂複合材。
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