JP3981835B2 - 繊維構造物の洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維構造物の洗浄方法に関し、特に繊維強化樹脂製品に使用される繊維構造物の洗浄方法に関する。

繊維強化樹脂等の複合材に用いられる補強繊維としては、アラミド繊維等が一般的である。これらの繊維を製造する過程において、紡糸工程では必要な特性を付与するために紡糸油剤が使用されるため、洗浄前の繊維表面にはこの油剤が付着している。

このような油剤が付着した繊維を繊維強化樹脂の補強繊維基材として用いた場合、フェノール樹脂等の樹脂を繊維基材に含浸させる工程において、繊維に適切な処理を施さないと最終完成品は意図したものとならないという問題があった。

そこで、樹脂含浸処理する前に、紡糸油剤を除去するための精練工程を実施している。従来、精練工程においては、油剤をできるだけ取り除き、繊維表面に残留物（残留油剤）がない状態がよいと考えられていた。しかしながら、繊維強化樹脂の補強繊維として残留油剤を完全に除去した繊維を用いた場合、樹脂含浸工程において樹脂の浸透性に不具合が発生するという欠点があった。
なお、本発明に関連する公知文献としては、下記のものがある。
特開２００１−２９５９１３号公報

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、繊維強化樹脂の補強繊維基材として用いた場合、樹脂の浸透性に優れ、樹脂加工時の加工性を最適化させることができる繊維構造物を得ることができる繊維構造物の洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、紡糸や紡績段階で使用されている油剤をすべて除去するよりも、適度に油剤を繊維表面に残留させた方が繊維強化樹脂の補強繊維基材として使用するには好ましいことを知見し、更に薬剤（洗浄溶液）や洗浄方法について種々検討した結果、繊維表面の残留油剤量を繊維構造物に対して０．０１〜２質量％とした場合、これを繊維強化樹脂の補強繊維基材として用いると、繊維基材に対する樹脂の浸透性が向上し、樹脂加工時の加工性を最適化し得ることを見い出し、本発明をなすに至った。

従って、本発明は、油剤付着繊維構造物と非イオン界面活性剤を含有する洗浄溶液とを浴比１：５〜１：５０にて６０〜１００℃で２０〜１２０分間上記油剤付着繊維構造物を洗浄処理し、上記油剤付着繊維構造物の油剤に由来する油剤を含む繊維表面の残留油剤量を繊維構造物に対して０．０１〜２質量％とすることを特徴とする繊維強化樹脂用繊維構造物の洗浄方法を提供する。

本発明の洗浄方法によれば、繊維表面に付着した油剤の残存量が適切に調整された繊維構造物を得ることができ、これを繊維強化樹脂の補強繊維基材として使用した場合、樹脂浸透性に優れ、樹脂加工時の加工性を最適化し得る繊維構造物を得ることができる。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。
本発明の洗浄方法は、油剤付着繊維構造物と非イオン界面活性剤を含有する洗浄溶液とを浴比１：５〜１：５０にて６０〜１００℃で２０〜１２０分間上記油剤付着繊維構造物を洗浄処理し、繊維表面の残留油剤量を繊維構造物に対して０．０１〜２質量％とするものである。

ここで、本発明に用いられる繊維構造物としては、特に制限はないが、例えば、糸、織物、編物、不織布（フェルト等）、カットファイバー等を挙げることができる。これら繊維構造物の組織として、例えば、織組織としては、平織り、綾織り、朱子織り等、編組織としては、平編み、丸編み等が例示される。また、織物、編物、不織布等の形状も特に制限されないが、筒状、シート状等が挙げられる。これら繊維構造物に使用される繊維も特に制限されず、例えば、メタ型アラミド繊維、パラ型アラミド繊維、ナイロン等のポリアミド繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維、レーヨン等の合成繊維や化学繊維、綿、絹、ウール等の天然繊維が挙げられる。これらの繊維は１種単独で又は２種以上を混用して使用することができる。本発明においては、これらの中でも特に、ポリエステル繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ポリアミド繊維（ナイロン等）、綿等を好ましく用いることができ、特にアラミド繊維、とりわけパラ型アラミド繊維を０〜１００質量％及びメタ型アラミド繊維を１００〜０質量％含有するものが好ましく、より好ましくはパラ型アラミド繊維を４０〜５０質量％及びメタ型アラミド繊維を６０〜５０質量％含有するものを高耐熱、高強力の点から好適に使用することができる。

上記繊維構造物に付着している油剤としては、繊維の紡績工程、紡糸工程、又は紡糸紡績工程で使用される油剤や製織編工程で使用される機械油であって、これらの油剤の成分としては、例えば、鉱物油、エステル系平滑剤、ポリエチレンオキサイド−ポリプロピレンオキサイドの共重合体等のエーテル系平滑剤、シリコーン油、各種ワックス、ノニオン系、アニオン系、カチオン系等の各種界面活性剤、乳化安定剤、制電剤、集束剤等を挙げることができる。

具体的には、鉱物油としては、ナフテン系やパラフィン系鉱物油及びこれらの混合物等、エステル系平滑剤としては、高級アルコールと脂肪酸とのエステル、ジイソオクチルフタレート、ジイソオクチルアジペート、ジイソオクチルアゼレート等のアジピン酸、アゼライン酸、フタル酸、トリメリット酸等の多塩基性酸と高級アルコールとのエステル、エチレングリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ネオペンチルグリコール等の多価アルコールと高級脂肪酸とのエステル、芳香族カルボン酸エステル、高級脂肪酸エステル等、シリコーン油としては、アミノ変性シリコーン油等が挙げられる。本発明に用いられる油剤付着繊維構造物の油剤総付着量としては、通常繊維構造物に対して、０．１〜５．０質量％、特に０．２〜１．０質量％である。

上記油剤付着繊維構造物の洗浄に用いられる界面活性剤として、本発明では、非イオン界面活性剤を使用する。本発明で用いられる非イオン性界面活性剤としては、例えば、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレンアリルエーテル、ポリオキシアルキレングリコール、ポリオキシアルキレンアルキルアミン等が例示される。また、ポリオキシアルキレン基としてはポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基、ポリオキシブチレン基等が挙げられ、これらの基の付加モル数としては、６〜５０が好ましく、更に好ましくは３０〜４０である。本発明においては、洗浄性や樹脂の浸透性の点から、特にポリオキシエチレンアルキルエーテルを主成分として用いるのが好ましく、ポリオキシエチレン付加モル数が６〜５０、特に３０〜４０であるものを好適に用いることができる。

本発明においては、繊維付着物（付着油剤）の除去又は分散の点から、非イオン界面活性剤を洗浄する繊維重量に対して０．５〜３０ｏ．ｗ．ｆ％の濃度で使用するのが好ましく、１〜５ｏ．ｗ．ｆ％用いることがより好ましい。非イオン界面活性剤の使用量が少なすぎると付着物（残留油剤）が残りすぎ、多すぎるとほとんどが除去されてしまう場合がある。

本発明では、本発明の効果を損なわない範囲で上記以外の界面活性剤を併用することは差し支えなく、アニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤等、いずれも市販品を使用することができる。アニオン性界面活性剤としては、例えば、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸等の飽和又は不飽和脂肪酸塩である脂肪酸石鹸類、アルキル硫酸エステル塩、アルキル硫酸塩、アルキルベンゼン硫酸塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル硫酸エステル塩、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル燐酸エステル塩、スルホサクシネート等であり、上記塩としてはナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩、アルカノールアミン塩等が挙げられる。また、アルキル基としては、炭素数が１０〜２０のものが好ましく、炭素数１６〜１８のものがより好ましい。ポリオキシアルキレン基としては、ポリオキシエチレン基、ポリオキシプロピレン基等が挙げられる。

カチオン性界面活性剤としては、例えば、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩等が挙げられ、炭素数８〜２０、特に１２〜１７のアルキル基を有するものが好ましい。また、上記塩としては、塩化物塩、臭化物塩等を例示することができる。

両性界面活性剤としては、アルキルベタイン、アルキルアミドプロピルベタイン等を挙げることができる。
これらの界面活性剤は、１種単独で又は２種以上を混合して使用することができる。また、上記洗浄溶液の溶媒としては、水等を使用することができる。

上記洗浄溶液には、本発明の目的を損なわない範囲で必要に応じ、通常の精練工程に使用される水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、燐酸ナトリウム等のアルカリビルダー、エチレンジアミン四酢酸塩、ジエチレントリアミン五酢酸塩、ポリカルボン酸塩等のキレート剤等を含有するのは任意である。

本発明の洗浄方法は、油剤付着繊維構造物を非イオン界面活性剤を含有する洗浄溶液で洗浄処理し、繊維表面に付着している残留油剤を上記範囲とするものである。この場合、洗浄方法は特に制限されず、公知の方法によって行うことができ、例えば、浸漬法、パディング法等が例示される。

ここで、本発明の洗浄方法の処理条件は、浴比は１：５〜１：５０であり、１：１０がより好ましく、処理温度は６０〜１００℃、処理時間は２０〜１２０分であり、特に処理温度１００℃、処理時間４０〜６０分が好ましく、洗浄回数は１〜５回行うのが好ましい。洗浄処理条件が下回ると繊維付着物（残留油剤）が多く残りすぎ、上回ると繊維付着物（残留油剤）がほとんど除去されてしまう。
また、洗浄後は、常法により水洗、脱水及び乾燥を行うことができる。

本発明の洗浄方法によれば、繊維表面に付着した油剤の残留付着量が０．０１〜２質量％、特に０．１〜１．５質量％に調整された繊維構造物を得ることができるものである。ここで、残留油剤としては、上記した成分を含む油剤と同様のものを挙げることができるが、特にワックス、アニオン系界面活性剤、及びノニオン系活性剤から選ばれる１種又は２種以上を含む油剤が残留し付着していることが好ましい。この場合、洗浄後の繊維構造物の残留油剤付着量が少なすぎても、多すぎても繊維強化樹脂の補強繊維基材として用いた場合の樹脂の浸透性が悪くなる。

また、洗浄後の繊維構造物の水分率は、樹脂の浸透性の点から０．０１〜１．０質量％が好ましく、更に好ましくは０．０５〜０．２質量％である。なお、繊維構造物の油剤付着量、及び水分率の測定方法は後述するとおりである。

本発明の洗浄方法によって得られる繊維構造物は、表面の残留油剤量が上記範囲に調整されているため、特に繊維強化樹脂の補強繊維基材として用いた場合、樹脂含浸時の繊維基材に対する樹脂浸透性を向上させることができるものである。

ここで、繊維強化樹脂に使用される樹脂は特に制限されないが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ＣＰレジン（架橋ポリエステルアミド、架橋ポリアミノアミド）等を挙げることができる。これらの樹脂は、補強繊維基材に含浸させて用いることもできるし、基材を金型に配置してから金型に液状樹脂を注入して基材に含浸させて用いることもでき、或いは予め基材に樹脂を含浸乾燥して半硬化状態として用いてもよく、繊維基材の種類、目的とする成形品の形状やその成形方法等によって適宜選定することができる。

繊維強化樹脂の成形方法としては、注入成形、圧縮成形、射出成形、押出成形等の公知の方法を採用することができる。本発明の洗浄方法によって得られる繊維構造物は、とりわけ、注入成形、圧縮成形等により繊維強化樹脂成形体を成形するのに好適に使用することができ、具体的には、樹脂歯車、樹脂軸受等の成形体を製造するのに好適に使用することができる。

以下、実施例を示し本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、下記例で％は質量％を示す。

［実施例１］
２０／１アラミド繊維（商品名：コーネックス、帝人（株）社製）を直径８ｃｍに筒編みにしたものを保護袋に入れ、オーバーマイヤー染色機に充填した。洗浄液としてオスピン４０Ｄ（ポリオキシエチレンアルキルエーテル，東海製油（株）製）を３ｏ．ｗ．ｆ％の水溶液として用い、浴比１：１０で水温（２５℃）から１００℃まで３０分で昇温し、１００℃で６０分間洗浄液を循環した。その後、廃液し、水洗を１回行った。次いで、遠心脱水機により３０分脱水し、低温高周波乾燥機にて２時間乾燥を行った。得られた筒編地の水分率、及び残留油剤付着量を下記方法により測定したところ、それぞれ０．９３％と０．０９５％（成分：ワックス、アニオン系、及びノニオン系界面活性剤）であった。

〈水分率の測定方法〉
筒編地の水分率は、試料の乾燥前後の質量変化を測定し、下記式により算出した。
水分率（％）＝［洗浄前質量（ｇ）−乾燥後質量（ｇ）］／乾燥後質量（ｇ）
×１００
〈油剤付着量の測定方法〉
迅速残脂抽出装置一式（Ｒ−II型、東海計器（株）製）を用い、筒編地を糸状にほぐしたものを試料とし、シクロヘキサンを溶媒として使用して次の操作に従って測定した。
（１）自然状態の試料２ｇ及びトレイを精秤する。
（２）トレイを２つのリングの間に置き、試料をほぐして試料間管に軽く詰める。
（３）溶剤１０ｍｌを加え、５ｍｌほど滴下させる。
（４）滴下した溶剤が蒸発すれば残りの溶剤を押し棒で３〜６回ほど押し、十分溶剤を
トレイ上に落とす。
（５）溶剤が蒸発したら更に溶剤５ｍｌを加え、上記と同様に押し棒で押す。
（６）溶剤が蒸発したらトレイを取り出し、放冷後秤量する。
油剤付着量は、下記式から算出した。
油剤付着量（％）＝（ｗ’−ｗ）／［Ｗ−（ｗ’−ｗ）］
ｗ ：トレイの抽出前質量（ｇ）
ｗ’：トレイの抽出後質量（ｇ）
Ｗ ：試料の質量（ｇ）

この筒編地を補強繊維基材として用い、注入成形を行って繊維強化樹脂成形体（樹脂歯車）を成形したところ、樹脂注入時における樹脂の親和性において良好な結果が得られた。

Claims (5)

1. 油剤付着繊維構造物と非イオン界面活性剤を含有する洗浄溶液とを浴比１：５〜１：５０にて６０〜１００℃で２０〜１２０分間上記油剤付着繊維構造物を洗浄処理し、上記油剤付着繊維構造物の油剤に由来する油剤を含む繊維表面の残留油剤量を繊維構造物に対して０．０１〜２質量％とすることを特徴とする繊維強化樹脂用繊維構造物の洗浄方法。
2. 上記非イオン界面活性剤がポリオキシエチレンアルキルエーテルであることを特徴とする請求項１記載の繊維構造物の洗浄方法。
3. 上記繊維構造物が、ポリエステル繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ポリアミド繊維、及び綿繊維から選ばれる１種又は２種以上を含有するものであることを特徴とする請求項１又は２記載の繊維構造物の洗浄方法。
4. 上記残留油剤がワックス、アニオン系界面活性剤及びノニオン系界面活性剤から選ばれる１種又は２種以上を含む油剤であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の繊維構造物の洗浄方法。
5. 上記繊維構造物が繊維強化樹脂歯車又は繊維強化樹脂軸受用である請求項１乃至４のいずれか１項記載の繊維構造物の洗浄方法。