JP6706872B2

JP6706872B2 - マルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物

Info

Publication number: JP6706872B2
Application number: JP2015242022A
Authority: JP
Inventors: 明下山; 昭次川口
Original assignee: Du Pont Toray Co Ltd
Current assignee: Du Pont Toray Co Ltd
Priority date: 2015-12-11
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2020-06-10
Anticipated expiration: 2035-12-11
Also published as: JP2017105957A

Description

本発明は、マルチフィラメントに熱硬化性樹脂を含浸して硬化させてなる繊維強化硬化性樹脂線状物に関し、とりわけ線状物の曲げ性能を向上させることが可能で、ドロップ光ファイバケーブルの抗張力体、タイヤビード等に用いられる繊維強化硬化性樹脂線状物に関するものである。

近年、光通信システムの需要が増加するにつれ、光伝送路である光ケーブルが多く使用されている。光ケーブルには、通常、布設時にかかる張力から光ファイバを守り、規定以上の伸びを生じさせないようにするため抗張力体が用いられている。この抗張力体として非金属製の繊維強化硬化性樹脂線状物を使用したノンメタリック型光ケーブルは、軽量であるため布設工事が容易であること、かつ無誘導であるため光ファイバの伝送特性に悪影響を与えないこと等から広く利用されている。

ところが、布設において固定される許容曲げ直径が、繊維強化硬化性樹脂線状物の径の約２００倍が限度であり、これ以下に曲げると折損するという問題があり、可撓性および屈曲性に富む繊維強化硬化性樹脂製の抗張力体が要望されてきた（例えば、特許文献１参照）。このような繊維強化硬化性樹脂線状物は、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の高強度かつ低伸度の補強用繊維に、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱によって硬化できる樹脂を含浸した後に、この樹脂を硬化させた線状物である（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。

アラミド繊維を用いた繊維強化硬化性樹脂線状物からなる抗張力体は、ノンメタリック型の層型光ファイバケーブルの中心部に使用されてきた。例えば、特許文献２に開示されている繊維強化硬化性樹脂線状物は、線状物の外径２〜７ｍｍ、線状物の最小曲げ直径約１００ｍｍ（線状物の直径の２５倍）である。また、ノンメタリック型ドロップ光ファイバケーブルの引き込み量増加に伴い、外径が約０．４〜０．５ｍｍで曲げ直径の小さい抗張力体が求められるようになったが、特許文献２に開示されている繊維強化硬化性樹脂線状物では、標準外径が２ｍｍ×５ｍｍのドロップ光ファイバケーブルへの適用が難しい。

さらに、台風による光ケーブルの切断やカラスによるクロージャ（端子函）からはみ出た光ケーブルの啄み切断などの対策のため、光ケーブルをクロージャ内に丸めて収納しやすくするためにも、繊維強化硬化性樹脂線状物の曲げ直径の減少が要望されている。そのためには、繊維強化硬化性樹脂線状物の直径を小さくすればよいが、線状物の直径を小さくすると抗張力が減少するといった問題が発生するため、線状物の直径を変えずに曲げ直径を減少させなければならない。マルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物においては、繊維とマトリックス樹脂との接着も重要であり、接着が不十分であると補強繊維の応力伝達特性が悪化し線状物の曲げ強度が低下するため、曲げ直径を増大させてしまう問題もある。

実開昭６２−１９３２１１号公報特開２０００−１９９８４０号公報特開２００４−００４６３７号公報

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、マルチフィラメントに熱硬化性樹脂を含浸して硬化させてなる繊維強化硬化性樹脂線状物において、線状物の直径を変えることなく、曲げ直径を小さくすることが可能な繊維強化硬化性樹脂線状物を提供することにある。

前記課題を達成するため、本発明の繊維強化硬化性樹脂線状物は下記の構成からなる。

１）マルチフィラメントに熱硬化性樹脂を含浸して硬化させてなる繊維強化硬化性樹脂線状物であって、熱可塑性樹脂被覆を有しない前記線状物をループ状にした際に破断に至る最小曲げ直径が、該線状物直径の１８．５倍未満であり、前記マルチフィラメントの単糸繊度が１．２ｄｔｅｘ以下であることを特徴とする繊維強化硬化性樹脂線状物。
２）前記マルチフィラメントの単糸の比表面積が、０．２６［ｍ^２／ｇ］以上である、前記１）記載の繊維強化硬化性樹脂線状物。
３）前記繊維強化硬化性樹脂線状物の破断強力が、２５０Ｎ以上である、前記１）または２）記載の繊維強化硬化性樹脂線状物。
４）前記マルチフィラメントが、１０００〜１３３３本の単糸から構成されている、前記１）〜３）のいずれか記載の繊維強化硬化性樹脂線状物。
５）前記マルチフィラメントが、破断強力２００Ｎ以上かつ引張弾性率７００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の繊維である、前記１）〜４）のいずれか記載の繊維強化硬化性樹脂線状物。

本発明により、マルチフィラメントに熱硬化性樹脂を含浸して硬化させてなる繊維強化硬化性樹脂線状物の抗張力を低下させることなく、最小曲げ直径が小さい繊維強化硬化性樹脂線状物を提供することができる。
上記の繊維強化硬化性樹脂線状物を使用することにより、台風による光ケーブルの切断や、カラスによるクロージャ（端子函）からはみ出た光ケーブルの啄み切断などの恐れがないドロップ光ファイバケーブルを提供することができる。

繊維強化硬化性樹脂線状物の説明図である。ドロップ光ファイバケーブルの一例を示す図である。

図１は、本発明に係る繊維強化硬化性樹脂線状物の説明図である。同図に示す繊維強化硬化性樹脂線状物１０は、補強繊維としてのマルチフィラメント１１と、マトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂１２から構成される。補強繊維としてのマルチフィラメントに熱硬化性樹脂を含浸した後に、この樹脂を硬化させたものが本発明の繊維強化硬化性樹脂線状物である。

本発明に係る繊維強化硬化性樹脂線状物は、マルチフィラメントに熱硬化性樹脂を含浸して硬化させてなる繊維強化硬化性樹脂線状物であって、熱可塑性樹脂被覆を有しない前記線状物をループ状にした際に破断に至る最小曲げ直径が、該線状物直径の１８．５倍未満であることを特徴とするものである。
すなわち、最小曲げ直径の約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、最小曲げ直径（Ｄ）が、線状物の直径（ｄ）の１８．５倍未満であることを要する。なお、線状物の直径（ｄ）は、上記の特性の確保および、ドロップ光ケーブルへの適合性を図る観点より、０．７ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲がより好ましい。線状物は真円に近い形状が好ましい。また、線状物は無撚りでも良いし、撚糸したものでも良い。

図２はドロップ光ファイバケーブルの一例を示しており、図中、１０は繊維強化硬化性樹脂線状物を用いた抗張力体、２０は光ファイバドロップケーブル、２１は支持線、２２は光ファイバ心線、２３はシースである。
上記の如く、（Ｄ／ｄ）＜１８．５とすることにより、繊維強化硬化性樹脂線状物およびこれを抗張力体とした光ファイバケーブルを、クロージャ内に丸めて収納しやすくなるため、施工性および耐切断性に優れた光ファイバケーブルを提供することができる。
また、実質的に線状物の直径を変えることなく、繊維強化硬化性樹脂線状物の曲げ直径を小さくしているため、線状物の抗張力を低下させることがない。

繊維強化硬化性樹脂線状物の補強繊維の体積含有率（Ｖｆ）は、要求物性により決定されるが、（Ｄ／ｄ）＜１８．５を達成し、かつ抗張力を維持するためには、約４５〜６５体積％が望ましい。

本発明に係る繊維強化硬化性樹脂線状物は、ポリオレフィン系樹脂等からなる熱可塑性樹脂被覆を有していても良く、例えば、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）等が好適である。熱可塑性樹脂被覆層の厚みは特に限定されるものではないが、０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度が好ましい。

本発明の繊維強化硬化性樹脂線状物は、例えば、特開２０００−１９９８４０号公報に記載した方法で製造することができる。すなわち、加熱処理されたマルチフィラメントを含浸槽に浸漬して未硬化状の熱硬化性樹脂を含浸後、絞りノズルにより所定形状に絞り成形した後、所定内径の加熱された金型に挿通して硬化させる方法、あるいは、未硬化状の線状物の外周を溶融押出機のクロスヘッドに挿通して熱可塑性樹脂で被覆し、しかる後に加熱硬化槽に導いて硬化する方法が挙げられる。
加熱方法は、特に限定されるものではないが、熱風、電気ヒーター、遠赤外線ヒーター等の乾熱ヒーターが適している。
また、水分散性または有機溶媒分散性の樹脂が付与されることで、接着剤処理されたマルチフィラメントを含浸槽に浸漬して未硬化状の熱硬化性樹脂を含浸後、絞りノズルにより所定形状に絞り成形した後、所定内径の加熱された金型に挿通して硬化させる方法も挙げられる。

マルチフィラメントの単糸繊度は、１．２ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。１．２ｄｔｅｘ以下であると、単糸繊度が１．７ｄｔｅｘのマルチフィラメントと比べて、線状物の直径および補強繊維の体積含有率（Ｖｆ）を変えなければ、単糸本数が増加することにより、フィラメントと熱硬化性樹脂との接触面積が増大して両者の密着性が向上するため、応力伝達特性が良好となり、繊維強化硬化性樹脂線状物の抗張力を減少させることなく、最小曲げ直径が小さい線状物を得ることができる。一方、マルチフィラメンの単糸繊度は、０．９ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。０．９ｄｔｅｘ以上であると、後記する好適な繊維として挙げたポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の製糸性が悪化することがない。
マルチフィラメントを構成する単糸本数は、９００本〜２０００本が好ましいが、マルチフィラメントの生産効率および低コスト性等の点より、１０００〜１３３３本が好ましい。

マルチフィラメントの単糸の比表面積は、０．２６［ｍ^２／ｇ］以上のものを使用することが好ましい。使用したフィラメントの強度性能に基づく補強効果を効率よく発現させることができ、線状物の曲げ特性を向上させることができるからである。一方、マルチフィラメントの単糸の比表面積は、０．３１［ｍ^２／ｇ］以下であることが好ましい。フィラメントの繊度が小さくても補強効果が発現するため、線状物の曲げ特性を保持することができるからである。

本発明に係る繊維強化硬化性樹脂線状物において、補強繊維は、有機繊維または無機繊維のいずれであっても良いが、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、全芳香族ポリエステル繊維、高分子量ポリエチレン繊維等の高強度繊維、炭素繊維およびガラス繊維から選ばれる少なくとも１種を使用することが好ましい。その中でも、熱硬化性樹脂を複合化したときの引張強度および曲げ強度に優れている点から、高強度繊維が好ましい。軽量かつ高弾性率、低伸度であり、無誘導であるため電力ケーブル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点などから、アラミド繊維がより好ましい。
アラミド繊維には、パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維とがあるが、引張強度に優れているパラ系アラミド繊維が好ましく、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（米国デュポン社、東レ・デュポン（株）製、商品名「Ｋｅｖｌａｒ」（登録商標））、コ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繊維（帝人（株）製、商品名「テクノーラ」（登録商標））等を挙げることができる。これらのアラミド繊維の中でも、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維が特に好ましい。

マトリックス樹脂としての熱硬化性樹脂は、補強繊維に対する含浸性および濡れ性が良好で、硬化後に補強繊維を結着可能な樹脂を選択すれば良く、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂等を挙げることができる。マトリックス樹脂には、難燃性あるいは脱泡性等を高めるために公知の添加物が配合されていても良い。

また、本発明に係る繊維強化硬化性樹脂線状物の破断強力は、２５０Ｎ以上であることが好ましく、これによって従来の顧客仕様を変更することなく使用することができる。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。ただし、本発明はこれら実施例により限定されるものではない。また、「質量％」は「％」と略記する。

本発明において、最小曲げ直径は以下の測定法によった。
最小曲げ直径：水平の机上に物差しを載置し、その上で最小曲げ直径の６倍以上のサンプルの両端を手で把持し、サンプルの中央側の直径が小さくなるよう曲げていって、直径上端の外周もしくは内周側から破断が始まった時の直径間隔を物差しのメモリから読み取って最小曲げ直径とした。サンプル数Ｎ＝５とし、その平均値を用いた。

（実施例１）
ポリパラフェニレンテレフタルアミド（固有粘度＝６．５）を濃硫酸に溶かし、ポリマー濃度１９．５％、温度８０℃の紡糸ドープとし、細孔１，０００個を有する口金からわずかの間空気中へ紡出したのち３℃の水中に導いて凝固させ、水洗工程、中和工程、乾燥工程を経て、さらに２００〜３００℃の温度で熱延伸して繊維用紙管に巻き取り、フィラメント数１，０００からなる単糸繊度１．２ｄｔｅｘのアラミドマルチフィラメント（総繊度１，２００ｄｔｅｘ）を得た。このアラミドマルチフィラメントの破断強力は２６０Ｎであり、引張弾性率は８４４ｃＮ／ｄｔｅｘであった。
次に、得られた単糸繊度１．２ｄｔｅｘのアラミドマルチフィラメント１，２００ｄｔｅｘを撚糸した後、３００℃×３０秒で予備乾燥し、エポキシ樹脂を付与した後、１００〜２５０℃の温度で乾燥することで、アラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物を得た。得られたアラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物の直径は、０．４７ｍｍであった。また、最小曲げ直径は、８．６ｍｍであった。その破断強力は２６２Ｎであった。

（比較例１）
アラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物におけるアラミドマルチフィラメントが、フィラメント数７４７からなる単糸繊度１．７ｄｔｅｘのアラミドマルチフィラメント１，２７０ｄｔｅｘであること以外は、実施例１と同様にしてアラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物を得た。このアラミドマルチフィラメントの破断強力は２５９Ｎであり、引張弾性率は８１２ｃＮ／ｄｔｅｘであった。
得られたアラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物の直径は、０．４７ｍｍであった。また、最小曲げ直径は、９．０ｍｍであった。そのアラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物の破断強力は２６３Ｎであった。

（比較例２）
アラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物におけるアラミドマルチフィラメントが、フィラメント数７０５からなる単糸繊度１．７ｄｔｅｘのアラミドマルチフィラメント１，２００ｄｔｅｘであること以外は、実施例１と同様にしてアラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物を得た。このアラミドマルチフィラメントの破断強力は２４５Ｎであり、引張弾性率は８１２ｃＮ／ｄｔｅｘであった。
得られたアラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物の直径は、０．４７ｍｍであった。また、最小曲げ直径は、８．７ｍｍであった。一方、そのアラミドマルチフィラメント強化硬化性樹脂線状物の破断強力は２４８Ｎであった。

実施例および比較例の結果を表１に示す。表１より、本発明例および比較例の繊維強化硬化性樹脂線状物はいずれも同一直径であるが、本発明例の線状物の方が比較例１よりも最小曲げ直径が小さいことがわかる。また、比較例１から単糸繊度１．７ｄｔｅｘのまま単糸本数を減らした比較例２のアラミド繊維強化硬化性樹脂線状物の最小曲げ直径は８．７ｍｍであり比較例１よりも小さくなるが、その破断強力は２４８Ｎであり２５０Ｎ未満となる。
実施例のように単糸繊度１．２ｄｔｅｘの１，０００本からなるアラミドマルチフィラメントを用いれば、アラミド繊維強化硬化性樹脂線状物の最小曲げ直径（Ｄ）が、線状物の直径（ｄ）の１８．５倍未満かつその破断強力２５０Ｎ以上の繊維強化硬化性樹脂線状物を得ることができる。

本発明に係る繊維強化硬化性樹脂線状物は、ノンメタリック型ドロップ光ケーブルの抗張力体として有効に利用できる。
また、最小曲げ直径が小さく、抗張力に優れたノンメタリック型ドロップ光ケーブルを提供することができる。

１０：繊維強化硬化性樹脂線状物（抗張力体）
１１：マルチフィラメント
１２：熱硬化性樹脂
２０：光ファイバドロップケーブル
２１：支持線
２２：光ファイバ心線
２３：シース

Claims

マルチフィラメントに熱硬化性樹脂を含浸して硬化させてなる繊維強化硬化性樹脂線状物であって、熱可塑性樹脂被覆を有しない前記線状物をループ状にした際に破断に至る最小曲げ直径が、該線状物直径の１８．５倍未満であり、前記マルチフィラメントの単糸繊度が１．２ｄｔｅｘ以下であることを特徴とする繊維強化硬化性樹脂線状物。
前記マルチフィラメントの単糸の比表面積が、０．２６［ｍ^２／ｇ］以上である、請求項１記載の繊維強化硬化性樹脂線状物。
前記繊維強化硬化性樹脂線状物の破断強力が、２５０Ｎ以上である、請求項１または２記載の繊維強化硬化性樹脂線状物。
前記マルチフィラメントが、１０００〜１３３３本の単糸から構成されている、請求項１〜３のいずれか記載の繊維強化硬化性樹脂線状物。
前記マルチフィラメントが、破断強力２００Ｎ以上かつ引張弾性率７００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の繊維である、請求項１〜４のいずれか記載の繊維強化硬化性樹脂線状物。