JP4282128B2

JP4282128B2 - アラミド繊維強化硬化性樹脂線状物の製造方法

Info

Publication number: JP4282128B2
Application number: JP00012599A
Authority: JP
Inventors: 孝清加藤; 章日高; 徳石井; 史郎坂本
Original assignee: Du Pont Toray Co Ltd; Ube-Nitto Kasei Co Ltd
Current assignee: Du Pont Toray Co Ltd; Ube-Nitto Kasei Co Ltd
Priority date: 1999-01-04
Filing date: 1999-01-04
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2019-01-04
Also published as: JP2000199840A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アラミド繊維強化硬化性樹脂線状物の製造方法に関し、とりわけ光ケーブル用スペーサの抗張力体に用いられるアラミド繊維強化硬化性樹脂線状物の曲げ性能を向上させる技術に関するものである。
【０００２】
【従来技術と問題点】
光ファイバは、許容伸びが小さいため、これを集合化させた光ケーブルには、通常、光ファイバに規定以上の伸びを生じさせないようにするための抗張力体が用いられている。
【０００３】
そしてこの抗張力体にアラミド繊維強化樹脂（以下Ａ−ＦＲＰということがある。）線状物を使用したものは、軽量であることからケーブルの布設工事が楽になること、かつ無誘導であるため電力ケーブルの近辺でも光ファイバの伝送特性に悪影響を与えることなく使用できることなどから、光ケーブルの総布設コストを低減できる可能性を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ａ−ＦＲＰ線状物の場合、ガラス繊維を補強繊維とするＧ−ＦＲＰ線状物に比較して、最小曲げ直径が大きいという欠点や、Ａ−ＦＲＰ線状物をボビンに巻き付けた後、使用のため巻ほぐした状態で、ボビンの巻径に対応した湾曲状を呈し、いわゆる巻癖が大きいという欠点がある。
【０００５】
特に、巻癖が大きいと、このＡ−ＦＲＰ線状物を抗張力線とするスペーサに光ファイバを収納して光ファイバケーブルを製造する際、集合速度が上げられず、またケーブル製造後においては、ケーブル布設時の作業性を悪化させるという問題が生じていた。
【０００６】
Ａ−ＦＲＰ線状物の曲げ性能低下の原因として、アラミド繊維には、工程油剤、高次加工用油剤として、一般的に炭素数Ｃが１８以下の低分子量脂肪酸エステル、ポリエーテル、鉱物油などの油剤が付着されており、この油剤の影響により、補強繊維としてのアラミド繊維とマトリックス樹脂としての硬化性樹脂との界面接着性が低下すること及びアラミド繊維のクリープによる伸び等が考えられるが、真の原因は定かではなかった。
【０００７】
そこで、Ａ−ＦＲＰ線状物における、曲げ耐性の向上、巻癖の低減等曲げ性能を向上させた優れたＡ−ＦＲＰ線状物、及びこれを抗張力体とした光ファイバケーブル用スペーサを提供することを目的として鋭意研究し本発明を完成した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、光ファイバケーブル用スペーサの抗張力体に用いる線状物の製造方法において、補強用アラミド繊維を所定本数準備し、これを３００℃以上に加熱処理した後、未硬化状の硬化性樹脂を含浸し、次いで絞りノズルで所定形状に成形した後、もしくは絞り成形しつつ含浸した樹脂を硬化する繊維強化硬化性樹脂線状物の製造方法であって、前記アラミド繊維は、前記加熱処理により、前記未硬化状の硬化性樹脂に含浸する直前の油剤の付着量を０．１５重量％以下にするようにした。
また、前記硬化性樹脂を熱硬化性樹脂とし、未硬化状の熱硬化性樹脂を含浸し、次いで所定形状に絞り成形した後、その外周を溶融状の熱可塑性樹脂で継目なく被覆し、直ちに、外周の熱可塑性樹脂を冷却した後、加熱硬化槽に導いて内部の含浸樹脂を硬化するＡ−ＦＲＰ線状物の製造方法とした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照にして説明するが、これらは、本発明を限定するものではない。
【００１０】
図１は、本発明にかかるＡ−ＦＲＰ線状物を模式的に示している。
【００１１】
同図に示すＡ−ＦＲＰ線状物１０は、補強繊維としてのアラミド繊維１１、マトリックス樹脂１２としての硬化性樹脂から構成され、熱可塑性樹脂被覆１３を有していても良い。
【００１２】
アラミド繊維１１は、芳香族ポリアミド繊維であり、メタ系、パラ系等に大別されその種類を問わないが、出願人東レ・デュポン (株)から販売されているポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（商品名「ケブラー」）が、本発明に好適に使用できる。
【００１３】
マトリックス樹脂１２としての硬化性樹脂は、補強繊維のアラミド繊維に含浸して濡れ性が良く、硬化後にアラミド繊維を結着できる樹脂を選択すれば良いが、好適なものとして、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等熱硬化性の樹脂が挙げられる。
【００１４】
Ａ−ＦＲＰ線状物の曲げ性能は、最小曲げ直径のおよそ６倍以上の長さを有する線状物の両端を把持して徐々に曲げていったときとき、Ａ−ＦＲＰ線状物の直径Ｄの３５倍以下の最小曲げ直径であることを要し、かつ、Ａ−ＦＲＰ線状物の直径Ｄの１７５倍の径に曲げた状態で２４時間放置した後、曲げを開放した直後の、直径Ｄの２１６倍相当長の弦における弧の高さが、直径Ｄの２０倍未満であることを要する。
【００１５】
最小曲げ直径がＡ−ＦＲＰ線状物の直径Ｄの３５倍を超えるものは、結果として、Ａ−ＦＲＰ線状物もしくはこれを抗張力体とした光ファイバケーブルの使用時における曲げに関しての取扱いが制限され、弧の高さがＡ−ＦＲＰ線状物の直径Ｄ２０倍以上のものは、弾性回復性が不充分で、巻癖が大きくなる。
【００１６】
Ａ−ＦＲＰ線状物のアラミド繊維の油剤の付着量は、補強繊維としてのアラミド繊維を未硬化状のマトリックス樹脂に含浸する直前において、繊維に対して０．１５重量（ｗｔ）％以下とする。
【００１７】
付着量が０．１５ｗｔ％を超えると、アラミド繊維の界面に存在する油膜層等の存在により、硬化後において、アラミド繊維とマトリックス樹脂との接着が不充分となって、最小曲げ直径を大ならしめ、巻癖を増大させて、曲げ性能の低下を来す。
【００１８】
また、Ａ−ＦＲＰ線状物のアラミド繊維は、比表面積が０．２ｍ²／ｇ以上のものを使用することが、補強効果即ち、使用したアラミド繊維の強度性能等を効率良く発現させる点で好ましい。
【００１９】
さらに、Ａ−ＦＲＰ線状物には、アラミド繊維の結晶サイズが６０Å以上のものを使用することが、Ａ−ＦＲＰ線状物のアラミド繊維の強度向上及び、繊維性能の発現の点から好ましい。
【００２０】
結晶サイズが６０Å未満では、応力下でのクリープが大きくなって、曲げた後の弾性回復性に劣るものとなり、巻癖が大きくなる。
【００２１】
本発明の製造方法について図２を参照して説明する。
【００２２】
クリール２０から補強用アラミド繊維１１ａを所定本数引出し、案内板２１を介して収斂させ、次いで加熱処理槽２２中で３００℃以上に加熱処理される。
【００２３】
加熱処理は、加熱処理槽２２の温度、長さ、処理速度を適宜設定してアラミド繊維自体が３００℃以上の温度に加熱されるようにすれば良い。
【００２４】
加熱処理槽２２の加熱方法は、熱風、電気ヒーター、遠赤外ヒーター等乾熱のヒーターが適している。
【００２５】
加熱処理されたアラミド繊維１１ｂを含浸槽２３に浸漬して未硬化状の硬化性樹脂を含浸後、絞りノズル２４により所定形状に絞り成形した後、樹脂を硬化するには、樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、所定内径の加熱された金型に挿通して硬化させる方法（図示省略）、あるいは未硬化状の線状物９の外周を溶融押出機のクロスヘッド２５に挿通して熱可塑性樹脂で被覆し、しかる後加熱硬化槽２７に導いて硬化する方法が挙げられる。
【００２６】
また、未硬化状の熱硬化性樹脂を絞り成形し、その外周に溶融状の熱可塑性樹脂を押出して継ぎ目なく被覆する方法は、特公昭５６−２０１８８号公報に開示されている方法が用いられる。
【００２７】
本発明の光ファイバケーブル用スペーサ３０について、図３を参照に説明する。
【００２８】
スペーサ３０は、中央に本発明のＡ−ＦＲＰ線状物１０を抗張力体として配置し、その外周に要すれば予備被覆層３１を施して、その外周に光ファイバ収納用の螺旋溝３２を有するスペーサ本体被覆層３３を有している。
【００２９】
予備被覆層３１は、溝形状精度を高めるために設けるもので、予備被覆層の外径Ｄ１と溝底のみなし外径Ｄ２との比０．５＜Ｄ１／Ｄ２＜１の関係を満足するように設定される。
【００３０】
螺旋溝３２は所定ピッチで主としてＺ撚りの一方向あるいは螺旋溝が交互に反転するＳＺ方向の何れであっても良い。
本発明のスペーサに使用されるＡ−ＦＲＰ線状物１０の直径は、光ファイバケーブルとして要求される抗張力性能等により決定されるが、概ね２〜７ｍｍ程度である。
【００３１】
なお、本発明において測定は次の方法を用いた。
ａ）最小曲げ直径：ほぼ水平の机上に物差しを載置し、その上で最小曲げ直径のおよそ６倍以上の長のサンプルの両端を手で握持し、サンプルの中央側のループが小さくなるよう曲げていって、ループ上端の外周もしくは内周側から破断が始まった時のループ間隔を物差しの目盛りから読み取って最小曲げ直径とした。サンプル数ｎを１０としその平均値を用いた。
【００３２】
ｂ）巻癖：線状物の直径Ｄの１７５倍に曲げた状態で、２４時間放置した後、開放直後の、直径Ｄの２１６倍相当長さの弦における弧の高さＨｍｍを巻癖の目安とした。サンプル数ｎを５とし、その平均値を用いた。
【００３３】
ｃ）油剤付着量：パルスＮＭＲ“OXFORD ＱＰ２０”を用い核磁気共鳴法により測定し、サンプル３個の平均をもって油剤付着量とした。
【００３４】
d）結晶サイズ:Ｘ線装置（理学電機社（株）製）を用い、ブラッグ角をθとして、透過法により赤道線方向に２θ=５〜９０°の範囲をスキャンして得られたPPTA（ポリパラフェニレンテレフタルアミド）の(1,1,0）面、すなわち２θ=２０．４５°における回折強度曲線の見掛けの半値幅β_Eから、Scherrerの式Ｌ=Ｋλ／β₀cosθによって算出したL値の平均をもって、本発明にいう結晶サイズとした。
【００３５】
ただし、定数Ｋ=１．０、波長λ=１．５４１８Å、β₀=(β_E-β₁)^1/2、装置定数β₁=1.046×10^-2ラジアンである。
【００３６】
［実施例］
以下、本発明について、好適な実施例により詳細に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例に限定されるものでない。
【００３７】
実施例１．
予め８０℃で２４時間予備乾燥した、比表面積が０．２３９ｍ²／ｇのアラミド繊維（東レ・デュポン製「ケブラー」４９：１４２０デニール／1000フィラメント/タイプ９６８）１１ａを案内板２１に介した後、加熱したニクロム線コイルにエアーを吹き込む方式の電気バーナーを熱源とし、槽内温度を３００℃に調整した加熱処理槽２２内で２０秒間熱処理した後、過酸化物系触媒を含むビニルエステル樹脂（三井化学（株）製エスターＨ８１００）を含浸し、これを絞り成形してアラミド繊維の含有率が５６．７VOL％の外径３．７ｍｍの未硬化状線物として、溶融押出機のヘッド部２５に導いて、その外周にＬＬＤＰＥ樹脂（三井化学（株）製ネオゼックス２０１５Ｍ）をダイより押し出して環状に被覆し、これを直ちに冷却して一次被覆層１３を有する未硬化状線状物１５を得、これを長さ６ｍ、１４０℃の高圧蒸気を満たした加熱硬化槽２７に導き硬化して被覆外径５．０ｍｍ、ＦＲＰ外径３．７ｍｍの一次被覆層１３を有するＡ−ＦＲＰ線状物１０を得た。
【００３８】
なお、樹脂含浸前で加熱処理した後に得られたアラミド繊維１１ｂの油剤付着量を、前述の核磁気共鳴法により測定したところ０．０５（ｗｔ％）であり、結晶サイズは６３（Å）であった。
【００３９】
得られた一次被覆層付きＡ−ＦＲＰ線状物について一次被覆層を剥離し、まずその両端を持って徐々に曲げていって折損し始めた時の円弧の直径（最小曲げ直径）を測定したところ、１０５ｍｍでＡ−ＦＲＰ直径の２８．４倍であった。
【００４０】
次に巻癖の評価として、同様に一次被覆層を剥離したＡ−ＦＲＰ線状物１０を製品直径の１７５倍である曲げ直径φ６４７．５ｍｍになるように曲げ、２４時間室温状態で放置した後、開放直後の、Ａ−ＦＲＰ直径の２１６倍の長さの８００mmの弦における弧の高さを測定したところ、６６ｍｍでＡ−ＦＲＰ直径の１７．８倍であった。
【００４１】
得られた一次被覆層を有するＡ−ＦＲＰ線状物を抗張力体１５とし、その外周に２回に分けて予備被覆３１を施して外径１１．０ｍｍとし、これを回転ダイを取着した溶融押出機のクロスヘッドダイに挿通して、その外周に溝幅１．４ｍｍ、溝深さ２．２ｍｍの角溝を１５個有する外径１５．７ｍｍでＺ方向撚りピッチが５００ｍｍの３００心光ファイバーケーブル用スペーサを、常法に従ってＨＤＰＥ樹脂によって成形し、巻胴直径が６００ｍｍのドラムに巻取った。
【００４２】
２週間後に得られたスペーサを使用して、光ファイバを集合しケーブルを製造したが、巻癖による光ファイバ集合工程での異常トラブルはなく、従前のＡ−ＦＲＰ線状物を用いた場合と比較して円滑に製造できた。
なお、Ａ−ＦＲＰ線状物の製造とスペーサの製造は、勿論直結して行うことができる。
【００４３】
実施例２．
比表面積が０．１９５ｍ²／ｇのアラミド繊維（東レ・デュポン製「ケブラー」４９、２８４０デニール／１３３３フィラメント/タイプ９８９）を使用した以外は実施例１と同様にしてＡ−ＦＲＰ線状物を得た。
【００４４】
加熱処理した後に得られたアラミド繊維の油剤付着量は０．０５ｗｔ％、結晶サイズは６３Åであり、得られたＡ−ＦＲＰ線状物の最小曲げ直径、巻癖を表１にまとめて示す。
【００４５】
実施例３．
槽内温度を３８０℃とし熱処理時間を１０秒間とした以外は実施例１と同様にしてＡ−ＦＲＰ線状物を得た。
【００４６】
加熱処理した後に得られたアラミド繊維の油剤付着量は０ｗｔ％、結晶サイズは６６Åであり、得られたＡ−ＦＲＰ線状物の最小曲げ直径、巻癖を表１にまとめて示す。
【００４７】
実施例４．
実施例１に使用したもの同一のアラミド繊維（東レ・デュポン（株）製「ケブラー」４９）を案内板に介した後、ヒータ板への接触式加熱により４３０℃で５秒間熱処理したこと以外は実施例１と同様にしてＡ−ＦＲＰ線状物を得た。
【００４８】
加熱処理した後に得られたアラミド繊維の油剤付着量は０ｗｔ％、結晶サイズは６９Åであり、得られたＡ−ＦＲＰ線状物の最小曲げ直径、巻癖を表１にまとめて示す。
【００４９】
比較例１．
槽内温度２５０℃で２０秒間熱処理したこと以外は実施例１と同様にしてＡ−ＦＲＰ線状物を得た。
【００５０】
加熱処理した後に得られたアラミド繊維の油剤付着量は０．２ｗｔ％、結晶サイズは５８Åであり、得られたＡ−ＦＲＰ線状物の最小曲げ直径、巻癖を表１にまとめて示す。
【００５１】
比較例２．
ビニルエステル樹脂を含浸する前のアラミド繊維の加熱処理を行わなかった以外は実施例１と同様にしてＡ−ＦＲＰ線状物を得た。
【００５２】
樹脂含浸前のアラミド繊維の油剤付着量は０．３ｗｔ％、結晶サイズは５６Åであり、得られたＡ−ＦＲＰ線状物について、最小曲げ直径、巻癖を表１にまとめて示す。
【００５３】
比較例３．
油剤無添加のアラミド繊維（東レ・デュポン（株）製ケブラー４９：１４２０デニール品）を使用してＡ−ＦＲＰ線状物の製造を試みたが、繊維ガイド等、工程上で単糸切れが多発しＡ−ＦＲＰ線状物を得ることができなかった。
【００５４】
以上の実施例および比較例の加熱条件などの内容を以下の表にまとめて示している。
【００５５】
【表】

【００５６】
【発明の効果】
以上、実施例および比較例で詳細に説明したように、本発明では、加熱処理槽を設け３００℃以上の温度で加熱処理することにより、アラミド繊維に付着している油剤を除去し、その付着量を０．１５ｗｔ％以下に減少させる。
【００５７】
これによりアラミド繊維とマトリックス樹脂の界面における濡れ性が良くなり、最小曲げ直径及び巻癖の曲げ性能が向上したＡ−ＦＲＰ線状物を得ることができる。
【００５８】
なお、始めから油剤添加なしのアラミド繊維での製造を試みたが、クリールや案内板等のガイド類で擦過等により繊維の単糸切れが頻発するので、長尺のＡ−ＦＲＰを安定して得ることができない。
【００５９】
前述の曲げ性能の向上したＡ−ＦＲＰ線状物を光ファイバケーブル用スペーサの抗張力体とすれば、スペーサとしてドラムに巻取後、使用迄の巻癖が小さいスペーサを得ることができ、光ファイバの集合工程でスペーサの巻癖変形等によるトラブルの発生を抑えられる。
【００６０】
さらに、光ファイバケーブルとしても、Ａ−ＦＲＰ線状物を抗張力体とすることによるケーブルの巻癖を小さくでき、ケーブルの布設工事における問題を解消できる。
【００６１】
また、より好適な実施の態様として、比表面積が０．２ｍ²／ｇ以上のアラミド繊維を使用すると、繊維とマトリックス樹脂との接着面積が多くなって、補強効果が向上するためか、曲げ特性がより向上したＡ−ＦＲＰ線状物が得られ、前記同様の効果が認められる。
【００６２】
さらに、当該加熱処理によリアラミド繊維の（１，１，０）面の結晶サイズを６０Å以上に成長させることによりアラミド繊維のクリープ性能を向上させることができ、Ａ−ＦＲＰ線状物を曲げた場合に生じる線状物の外側即ち引張側のアラミド繊維のクリープ伸びを少なくできるため、最小曲げ直径及び巻癖で評価される曲げ性能を向上したＡ−ＦＲＰを得ることができ、これを抗張力体とした光ファイバケーブル用スペーサを得ることができる。
【００６３】
またさらに、本発明に関わるＡ−ＦＲＰ線状物は、最小曲げ直径が小さく、ボビン巻き付けによる巻癖も小さくなっているので、光ファイバケーブルの抗張力体に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアラミド繊維強化硬化性樹脂線状物の説明図である。
【図２】本発明のアラミド繊維強化硬化性樹脂線状物の製造工程の説明図である。
【図３】本発明のアラミド繊維強化硬化性樹脂線状物を抗張力体とする光ファイバケーブル用スペーサの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０Ａ−ＦＲＰ線状物
１１アラミド繊維
１２マトリックス樹脂
１３一次被覆層
１５抗張力体
２０クリール
２１案内板
２２加熱処理槽
２３含浸槽
２４絞りノズル
２５クロスヘッド
２７加熱硬化槽
２８引取機
２９ドラム
３０光ケーブル用スペーサ
３１予備被覆層
３２螺旋溝
３３スペーサ本体被覆

Claims

光ファイバケーブル用スペーサの抗張力体に用いる線状物の製造方法において、
補強用アラミド繊維を所定本数準備し、
これを３００℃以上に加熱処理した後、未硬化状の硬化性樹脂を含浸し、次いで絞りノズルで所定形状に成形した後、もしくは絞り成形しつつ含浸した樹脂を硬化する繊維強化硬化性樹脂線状物の製造方法であって、
前記アラミド繊維は、前記加熱処理により、前記未硬化状の硬化性樹脂に含浸する直前の油剤の付着量を０．１５重量％以下にすることを特徴とする繊維強化硬化性樹脂線状物の製造方法。
前記硬化性樹脂が熱硬化性樹脂であり、未硬化状の熱硬化性樹脂を含浸し、次いで所定形状に絞り成形した後、その外周を溶融状の熱可塑性樹脂で継目なく被覆し、直ちに、外周の熱可塑性樹脂を冷却した後、加熱硬化槽に導いて内部の含浸樹脂を硬化することを特徴とする請求項２記載のアラミド繊維強化硬化性樹脂線状物の製造方法。