JP4925362B2 - 解砕されたアラミド繊維のフィラメントの凝集力を向上する方法 - Google Patents

Description

本発明は、解砕された（ｃｈｏｐｐｅｄ）アラミド繊維のフィラメントの凝集力を向上する方法に関する。

繊維（通常は２０％まで）および粉体状のアラミドで充填された熱可塑性前駆体化合物は、向上された耐摩耗性を有する複合体製品（例えば歯車、ベアリング）を、例えば射出成型工程により製造するための基礎材料として用いられる。これら前駆体化合物は、チップ状の熱可塑性マトリックス材料および解砕されたアラミド繊維を熔融押出し工程により混合することにより調製される。この目的のため、熱可塑性のチップおよび解砕されたアラミド繊維は押出機の入口に各別に導入される。繊維を押出機に入れる際、繊維がブリッジおよび塊を作り、押出機へのスムース且つ迅速な導入を妨害するとの深刻な問題がある。これ以上解砕された繊維片にはならない短繊維は、ケバ球となり、これが塊、ブリッジおよび移送系の詰まりになるようである。

従って、本発明の目的は、これらの不利益を示さない解砕繊維を得る方法を提供することにある。さらに、本方法は、粉体状の解砕繊維、すなわち一つの繊維のフィラメントの凝集力が向上され、繊維が一本の大きな単一フィラメントの如くに挙動する繊維を与える。しかし、改善された結合剤などの適用によって上記の不利益を軽減することは不可能である。何故ならば、かかる添加によっては、実質的にフィラメントの束の凝集力が向上することにはならないからである。

この目的のために本発明は、
造膜性の結合剤を繊維に含浸し、繊維を乾燥し、任意的に仕上げ塗りをし、そして繊維を長さ１〜１６ｍｍの繊維片に解砕する工程を含む方法であって、結合剤を塗布する前に繊維にねじり工程を施してねじりレベル（ｔｗｉｓｔｉｎｇ ｌｅｖｅｌ）１０〜１５０ｔｐｍの繊維を得、そして繊維の解砕をロータリーチョッパーで行なうことを特徴とする、
解砕されたアラミド繊維のフィラメントの凝集力を向上する方法を提供する。

驚くべきことに、解砕繊維を調製するロータリー式の解砕の前のねじり工程は、フィラメントの凝集力を実質的に向上し、フィラメントがケバ玉になることを完全にないしほぼ完全に防止し得ることが分かった。従って、本方法の効果は、繊維材料の嵩密度を実質的に増大する。増大された嵩密度により、材料を押出機に導入する容易性が向上する。
本発明の方法はアラミド繊維については知られていない。ＵＳ５，２２７，２３８によると、解砕され、最も好ましくは１ｍあたり１０〜２０ねじりの炭素繊維が、まとまり度（ｂｕｎｄｌｉｎｇ ｄｅｇｒｅｅ）の高い解砕炭素繊維を与える。しかしながら、嵩密度を向上させるためのロータリーチョッパーの使用については開示されていない。

本発明によると、アラミド繊維は、ねじりレベルが少なくとも１０ｔｐｍ（ｔｕｒｎ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）、１５０ｔｐｍ以下ねじられる。ねじり工程は、繊維技術において当業者が更なる説明を要しないほど非常に一般的なものである。ねじりレベルが２０〜１００ｔｐｍのときにより良い結果が得られ、最も好ましくは３０〜８０ｔｐｍである。これらの繊維は多少とも丸くなる。この形状は、サイズ剤の塗布により固定される。その結果、切断後の繊維は、従来技術を適用した場合の平坦なものに比べて、（断面において）より円形状ないし楕円形状の解砕繊維となる。この解砕繊維の円形ないし楕円の形状が、これらを取り扱う際の容易性にさらに寄与する。
最終的に改善された解砕繊維を得るための本質的な工程であるねじり工程の後、上記繊維は造膜性の結合剤および任意的に上塗り仕上げにより処理される。結合剤はフィラメント間の凝集力を更に向上する。結合剤は、押出機中で熔融する造膜性ポリマーであるべきである。結合剤は、好ましくはポリウレタンおよび／またはスルホン化ポリエステル樹脂の如き水溶性ないし水分散性である。

好ましいポリエステルの例としては、スルホン化ジカルボン酸、ジカルボン酸およびジオールに由来するポリマーである。スルホ−イソフタル酸ジメチルナトリウム、イソフタル酸およびエチレングリコールに由来するポリエステルが好ましい。このような製品は、Ｅａｓｔｍａｎ（登録商標） ＬＢ−１００の商品名で入手可能である。好ましいポリウレタンの例としては、ポリエーテルーポリウレタンまたはポリエステル−ポリウレタン分散体であり、それぞれＡｌｂｅｒｄｉｎｇｋ（登録商標） Ｕ４００ＮおよびＩｍｐｒａｎｉｌ（登録商標） ＤＬＦの商品名で入手可能である。結合剤の量は１．５〜１２重量％の範囲が適当であり、好ましくは２．０〜９重量％、より好ましくは２．５〜６重量％の範囲である。結合剤が水溶液ないし水分散体として塗布されたとき、繊維は結合剤の塗布後に、例えばドラム乾燥機、エアドライヤーなどにより乾燥されるベきである。
上塗り仕上げを使用する場合には、処理後のヤーンおよび解砕繊維と、切断機のガイドローラーおよび押出機への移送系の金属部品との摩擦を低減する固有粘度の低いオイルを使用する。上塗り仕上げとしては、好ましくはエステルオイルが０．０５〜３重量％、より好ましくは０．１〜１重量％の量で使用される。好ましいオイルは、ステアリン酸２−エチルヘキシル、パルミチン酸２−エチルヘキシル、ラウリン酸ｎ−ブチル、カプリル酸ｎ−オクチル、ステアリン酸ブチルまたはこれらの混合物である。好ましいエステルオイルは、ステアリン酸２−エチルヘキシルとパルミチン酸２−エチルへキシルとの混合物であり、ＬＷ（登録商標） ２４５の商品名で入手可能である。

結合剤で処理され、乾燥され、そして任意的にさらに仕上げ処理された繊維は、１〜１６ｍｍ、好ましくは２〜１２ｍｍ、より好ましくは３〜１０ｍｍの繊維片に解砕される。解砕は、ロータリーチョッパーで行なわれる。ロータリーチョッパーはより効果的であり、工程をより経済的にし、そして無駄になる材料がより少ないかあるいは皆無であるという更なる利点を有する。ギロチンチョッパーの如き、アラミド繊維を解砕するのに適する他の通常のチョッパーも嵩密度を増大するけれども本発明の方法におけるような極めて高い嵩密度を達成するものではない。
そのうえ、ねじりおよびロータリー式の解砕の効果は、低い線密度の繊維を使用することにより更に増大することが見い出された。かかる付随的効果は、繊維を短い繊維片、好ましくは４ｍｍ以下の繊維片に解砕するときに特に顕著となる。従って、２，０００ｄｔｅｘ未満の線密度を有する繊維を使用することが好ましく、繊維は４ｍｍ未満の長さに解砕されることが好ましい。

本方法によって処理されることのできる繊維としては、どのようなアラミド繊維でもよく、特に連続式紡糸法による繊維および延伸破断したヤーンが好ましい。ヤーンの力価は本発明において重要ではないが、一般に８００〜８，０５０ｄｔｅｘであり、より好ましくは１，２００〜４，８３０ｄｔｅｘである。相応しいアラミド繊維としては、Ｔｅｉｊｉｎｃｏｎｅｘ（登録商標）繊維［ポリ−（メタ−フェニレンイソフタルアミド）；ＭＰＩＡ］、Ｔｗａｒｏｎ（登録商標）繊維［ポリ（パラ−フェニレンテレフタルアミド）；ＰＰＴＡ］およびＴｅｃｈｎｏｒａ（登録商標）繊維［ｃｏ−ポリ（パラフェニレン／３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド）］の如きメタ−およびパラ−アラミド繊維である。最も一般的にはＴｗａｒｏｎ（登録商標）繊維が使用される。
本発明の方法により処理された繊維は、強いフィラメント間凝集力を有し、細片に切断された繊維が個々のフィラメントに分離する傾向が低い。従って本発明の解砕繊維は、高い嵩密度を有し、押出機に導入しやすく、押出機内で容易に分散してポリアミド、ポリオキシメチレン、ポリカルボネート、ポリブテンテレフタレートなどの如き熱可塑性材料と組成物を形成する。

以下の非制限的実施例によって、本発明をさらに説明し、利点を示す。

実施例１
アラミド繊維（ＰＰＴＡ、Ｔｗａｒｏｎ（登録商標））３３６０ｄｔｅｘに結合剤（Ｅａｓｔｍａｎ ＬＢ−１００、Ｅａｓｔｍａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ， ＵＳＡ）を含浸し、乾燥し、そして上塗り仕上げ剤（ＬＷ ２４５、Ｃｏｇｉｎｓ， Ｄｕｓｓｅｌｄｏｒｆ， Ｇｅｒｍａｎｙ）で処理した。次いで上記繊維を、Ｎｅｕｍａｇ社製ロータリーチョッパーにて１００ｍｐｍ（ｍｅｔｅｒｓ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）の条件で６ｍｍの繊維片に解砕し、嵩密度を調べた（解砕繊維Ａはほぼ平坦であった；従来技術に準拠）。
嵩密度は以下のようにして調べた。

必要装置
容量１，０００ｍＬの丸型のアルミニウムビーカー（内直径１０ｃｍ、高さ１２．７ｃｍ）
天秤（精度０．０１グラム）
定規

アルミニウムビーカーを秤量し（ａグラム）、テーブル上に置いた。このアルミニウムビ−カーをショートカットした繊維で高さ約１０ｃｍまで満たした。繊維が山盛りになるまで加えた。ビーカーの一番上を定規でかすめて、山盛り部分を除去した。満たされたアルミニウムビーカーを再度秤量した（ｂグラム）。
定量中、ビーカーを震盪することまたはショートカット繊維を押さえつけることは避けるべきである。ショートカット繊維の嵩密度はｂ−ａグラムである。この試験を繰り返し、その平均値を繊維試料の嵩密度とした。

実施例中では、「嵩密度比」という量を用いた。実施例１では、この量は、（ショートカット繊維試料の嵩密度×１００）／（ねじっていないヤーンから得られたショートカット繊維の嵩密度）の間の比である。実施例２では、この量は、（ショートカット繊維試料の嵩密度×１００）／（ギロチンで切断されたヤーンから得られたショートカット繊維の嵩密度）の間の比である。それゆえ、ねじられていないヤーンから得られたショートカット繊維の嵩密度比（実施例１）およびギロチンで切断されたヤーンから得られたショートカット繊維の嵩密度比（実施例２）を「１００」とした。
含浸するに先立って繊維をねじったほかは上記の工程を繰り返した（解砕繊維Ｉは楕円形ないしほぼ円形であった；本発明による。）。
結果は表１に示した。

ねじられた解砕繊維の嵩密度はねじられていない繊維の値よりも大きかった。したがって、ねじられた材料はより容易に、そして詰まる危険を伴わずに押出機に供給することができる。

実施例２
ねじられたアラミド繊維（ＰＰＴＡ、Ｔｗａｒｏｎ（登録商標））３，３６０ｄｔｅｘを結合剤Ｅａｓｔｍａｎ ＬＢ−１００に含浸し、乾燥し、上塗り仕上げ剤としてＬＷ ２４５で処理した。この繊維を６ｍｍのショートカット繊維に解砕した。繊維のうちの一部は、Ｐｉｅｒｒｅｔギロチンチョッパーを用いて１．２ｍｐｍで切断し（解砕繊維Ｂ：比較例）、残りはＮｅｕｍａｇ ロータリーカッターを用いて１２０ｍｐｍにて解砕した（解砕繊維ＩＩ：本発明）。解砕繊維ＢおよびＩＩは、双方とも楕円形ないしほぼ円形であった。結果は表２に示した。ロータリーカッターを使用した場合には、大きい嵩密度のショートカット繊維がより高い収率で得られることが分かった。

実施例３
ねじられたアラミド繊維（ＰＰＴＡ、Ｔｗａｒｏｎ（登録商標））の３，３６０ｄｔｅｘ（ＩＩＩ）および１，６８０ｄｔｅｘ（ＩＶ）を結合剤Ｅａｓｔｍａｎ ＬＢ−１００に含浸し、乾燥し、上塗り仕上げ剤としてＬＷ ２４５で処理した。これら繊維をショートカット繊維に解砕した。Ｎｅｕｍａｇ ＮＭＣ ２９０Ｈロータリーカッターを用いて、長さ１．５ｍｍおよび３．３ｍｍのショートカット繊維が得られた。Ｆｌｅｉｓｓｎｅｒロータリーカッターを用いて長さ６ｍｍのショートカット繊維が得られた。これら結果から、線密度の低いヤーンをねじって供給すると、より大きい嵩密度のショートカット繊維が得られることが分かった。

Claims (8)

1. 造膜性の結合剤を繊維に含浸し、繊維を乾燥し、任意的に仕上げ塗りをし、そして繊維を長さ１〜１６ｍｍの繊維片に解砕する工程を含む方法であって、
   結合剤を塗布する前に繊維にねじり工程を施してねじりレベル１０〜１５０ｔｐｍの繊維を得、そして繊維の解砕をロータリーチョッパーで行なうことを特徴とする、
   解砕されたアラミド繊維のフィラメントの凝集力を向上する方法。
2. ねじりレベルが２０〜１００ｔｐｍである、請求項１に記載の方法。
3. ねじりレベルが３０〜８０ｔｐｍである、請求項１に記載の方法。
4. 造膜性の結合剤が、水溶性または水分散性の造膜性結合剤である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 造膜性の結合剤が、ポリウレタンもしくはポリエステルまたはこれらの混合物である、請求項４に記載の方法。
6. 繊維がポリ（パラ−フェニレンテレフタルアミド）繊維である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 繊維がｃｏ−ポリ（パラフェニレン／３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド）である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
8. 繊維の線密度が２，０００ｄｔｅｘ未満であり、好ましくは繊維が長さ４ｍｍ未満に解砕されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。