JP7129434B2 - 繊維状テープおよび該テープを含む複合材料 - Google Patents

Description

関連出願

本願は、日本国で２０１８年２月６日に出願した特願２０１８－１９３２２の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本出願の一部をなすものとして引用する。

本発明は、液晶ポリエステル繊維マルチフィラメントから構成され、かつ該繊維束が一方向に引き揃えられた状態でテープ状に一体化された繊維状テープに関する。

従来より、合成樹脂などのマトリックス樹脂に、強度、耐熱性、耐摩耗性等を付与するために繊維を混合した繊維強化複合材料が幅広い分野で利用されている。繊維強化複合材料の製造方法の一つとして、繊維マルチフィラメントに樹脂を塗布あるいは含浸、被覆したり、熱による形状固定化を行うことによって、テープまたはシート状とする方法が提案されている。

例えば、特許文献１（特開２００８－２９１１７０号公報）には、熱可塑性樹脂及び高強力繊維開繊マルチフィラメントから成るテープであって、テープを側断面から見た時、単繊維繊度が０．１～５．５ｄｔｅｘの単糸が厚さ方向に１～３層重なっており、テープの幅／厚さ比が１０以上、その幅の変動係数が７％以下、且つ、実質的に単糸間に熱可塑性樹脂が充填されていることを特徴とする繊維強化テープが開示されている。

また、特許文献２（国際公開第２０１１／０１９５１２号パンフレット）には、少なくとも１０：１の平均断面縦横比を有し、ASTM D1601-99に従い１３５℃のデカリン中で測定した場合に約７ｄｌ／ｇ～４０ｄｌ／ｇの固有粘度を有し、ASTM D882-09に従い１０インチ（２５．４ｃｍ）ゲージ長で１００％／分の伸長速度で測定した場合に少なくとも約３．６ＧＰａの引張強度を有するポリエチレンテープ物品が開示されている。

一方、テープ状物ではないが、特許文献３（特開２０１７－１７９６４７号公報）には、マルチフィラメント糸条の理論糸幅Ａに対する実糸幅Ｂの割合から算出される実糸幅率Ｘが２０～７０％であることを特徴とする液晶ポリエステルマルチフィラメントが開示されている。この文献では、絡み合った繊維間で部分的な融着が発生すると、融着部が欠点となり原糸強力利用率が低下すると指摘している。

特開２００８－２９１１７０号公報 国際公開第２０１１／０１９５１２号パンフレット 特開２０１７－１７９６４７号公報

しかしながら、特許文献１記載のテープ製造方法では、熱可塑性樹脂と高強力繊維マルチフィラメントとを貼り合せているために、結果として繊維強化テープ中の高強力繊維マルチフィラメントの密度が低下してしまい、テープとしての引張強度が低いという問題があった。

一方で、特許文献２に記載されている超高分子量ポリエチレンマルチフィラメントから成るテープは、ポリエチレンであるため耐熱性が他の高強力繊維（全芳香族ポリエステル繊維、芳香族ポリアミド繊維、炭素繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維など）より低いという問題があった。また、この超高分子量ポリエチレンテープの製造方法では、繊維断面方向に熱と圧力をかけて扁平化する工程を含むため、加圧により繊維特性が変化し、繊維強度を充分に利用することができない。

さらに、特許文献３において、特定の範囲の実糸幅率になるよう各単繊維を糸条長手方向に対して垂直方向に広げる工程を実施するのは、熱処理工程における絡み合った繊維の融着を無くして原糸強力利用率を高めるためである。また、熱処理工程における融着はできるだけ回避することを特徴のひとつとしているため、テープまたはシートの形状保持のために必要な融着の程度については何ら記載がない。ゆえに、該方法により得られた液晶ポリエステルマルチフィラメントは、そのテープ形状を維持固定するための融着が不足し、繊維状テープとして形状を維持したまま資材や複合材料の原料として用いることができない。

本発明者等は耐熱性に優れるとともに高い引張強度を有し、形状が長手方向に亘って均一で保持しやすく取扱い性に優れるテープを得ることを目的として鋭意研究した結果、所定の幅において、単繊維間での融着を積極的に生ずるように拡幅したマルチフィラメントに対して熱処理を行うことによって、液晶ポリエステルマルチフィラメントが一方向に引き揃えられ、互いに部分的に融着して一体化した繊維状テープは、液晶ポリエステルに由来する耐熱性を有し、かつ一方向に引き揃えられた繊維同士が融着することにより、高強度を有するとともに、最終製品においても一方向に引き揃えられた繊維形状を保持可能なテープ物品が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明は、以下の構成からなり得る。
［態様１］複数の液晶ポリエステル繊維からなるマルチフィラメントが一方向に引き揃えられ、前記液晶ポリエステル繊維間の部分的な融着により一体化されている、繊維状テープ。
［態様２］融着等級が１０以上（好ましくは２０以上）である、態様１に記載の繊維状テープ。
［態様３］引張強度が２．５ＧＰａ以上（好ましくは２．８ＧＰａ以上、さらに好ましくは３．２ＧＰａ以上）であるとともに、１００℃強度保持率が４０％以上（好ましくは６０％以上、さらに好ましくは８０％以上）であり、１５０℃強度発現率が３０％以上（好ましくは３５％以上、さらに好ましくは４０％以上）である、態様１または２に記載の繊維状テープ。
［態様４］繊維状テープの厚さａ_ｔと理論単繊維径Ｌとの比（ａ_ｔ／Ｌ）が１．５以上（好ましくは１．８以上）である、態様１～３のいずれか一態様に記載の繊維状テープ。
［態様５］テープの幅／厚さ比が５以上、１００００以下（好ましくは１０以上１０００以下）である、態様１～４のいずれか一態様に記載の繊維状テープ。
［態様６］テープ幅の変動係数が、２０ＣＶ％以下（好ましくは１５ＣＶ％以下）である、態様１～５のいずれか一態様に記載の繊維状テープ。
［態様７］テープ厚さの変動係数が、１５ＣＶ％以下（好ましくは１０ＣＶ％以下）である、態様１～６のいずれか一態様に記載の繊維状テープ。
［態様８］態様１～７のいずれか一態様に記載の繊維状テープからなる、製織材料。
［態様９］態様１～７のいずれか一態様に記載の繊維状テープを含む織物。
［態様１０］態様１～７のいずれか一態様に記載の繊維状テープを含む複合材料。

本発明により、耐熱性かつ高強度を有するとともに、取扱い性に優れる繊維状テープが得られる。

実施例１において得られた繊維状テープの融着等級を測定するために、細断物を水中で撹拌して分散させた後の分散物の状態を示す写真である。 比較例３で得られたマルチフィラメントの細断物を水中で撹拌して分散させた後の分散物の状態を示す写真である。 本発明の繊維状テープの単繊維同士の接着状態を説明するための概略拡大斜視図である。 本発明の繊維状テープにおいて単繊維径Ｌの円が最密充填されたモデルを説明するための概略図である。

本発明は、一方向に引き揃えられた液晶ポリエステル繊維マルチフィラメントの単繊維間を部分的に融着させて一体化している、液晶ポリエステルマルチフィラメントのテープ状物品を得る。このようなテープ状物品では、構成する各フィラメントの単繊維としての形状を保ちつつ、隣接する液晶ポリエステル単繊維間では部分的に融着し、全体として一体化した繊維状テープが得られる。なお、一方向に引き揃えられる場合、各単繊維は厳密に平行に並べて揃える必要はなく、全体としてテープ形状となる程度に略平行に並べて揃えればよい。

単繊維間の融着は、液晶ポリエステル単繊維同士の接触部で発生し、線状および／または点状に融着部が存在していてもよい。例えば、引き揃えられたマルチフィラメントの長手方向にわたり隣接する単繊維が線状や点状に融着していてもよい。

本発明において、繊維状テープとは、単なるマルチフィラメントとは異なり、一方向に引き揃えられたマルチフィラメントが部分的に融着して一体化した繊維集合体を意味している。

液晶ポリエステル繊維が一体化した繊維集合体であることは、図１及び後述の実施例の［融着等級］の項に示すように、例えば、所定の長さ（例えば、５ｍｍ長）となるように切断した細断物を水中において所定の速度で撹拌した際、単繊維の撹拌物とともに、短冊状物が多数存在することを、目視または顕微鏡による観察により確認することが可能である。一方、単なるマルチフィラメントの場合、同じように細断物を水中において撹拌しても、図２に示すように短冊状物は存在せず、融着等級は０である。

繊維集合体が有する融着の程度は、取扱い性の観点から、大きい方がテープ形状の維持が容易となるため好ましい。融着等級で表した場合には１０以上が好ましく、２０以上がより好ましい。上限は、融着等級２５である。

例えば、図３に本発明の繊維状テープを説明するための概略拡大斜視図を示す。この繊維状テープ１０は、一方向に引き揃えられた複数の液晶ポリエステル繊維１から構成されている。繊維状テープ１０の長手方向は、Ｙ方向として示されている。また、テープ１０の側断面における幅方向は、Ｘ方向として示され、厚さ方向は、Ｚ方向として示される。

繊維状テープでは、テープ形状に由来して薄葉であり、例えば、薄葉な形状は、テープの幅方向（Ｘ方向）と厚さ方向（Ｚ方向）との比であるテープの幅／厚さ比により表してもよい。

繊維状テープを構成する液晶ポリエステル繊維は、一体化を高める観点から幅方向だけではなく厚さ方向においても融着部を有するのが好ましい。そのため、融着部を厚さ方向にも広げる観点から、所定の面において互いに平行に引き揃えられた単繊維の列が擬似層状となり、複数の擬似層が厚さ方向に積み重なるのが好ましい。なお、図３では、理想的な擬似層の積み重なりが示されており、実際の繊維状テープでは、このような理想的な重なりであるとは限らない。

図３に示すように、繊維状テープ１０では、一方向に引き揃えられている複数の単繊維１が、底部擬似層２、中部擬似層３、頂部擬似層４を形成している。なお、中部擬似層は、簡略化のため図３では一層に省略されているが、中部擬似層は複数層（例えば、２～１０層）配設されていてもよい。

底部擬似層２では、複数の単繊維が一方向に引き揃えられて、互いに接するように下部擬似層を形成している。そして、複数の単繊維が一方向に引き揃えられて、互いに接するように底部擬似層２の上に積み重ねられ、中部擬似層３を形成する。同様にして、複数の単繊維が一方向に引き揃えられて、互いに接するように積み重ねられ、最終的に頂部擬似層４が形成される。

繊維状テープ１０では、互いに接触する単繊維により、幅方向に融着部５が形成され、厚さ方向においても擬似層間で融着部６が形成されている。さらに、これらの融着部は繊維状テープ長手方向においても、線状または点状に形成されるため、繊維状テープにおいて、融着部は３次元に広がっている。

繊維状テープの幅（平均値ａ_ｗ）は、例えば、幅が０．５ｍｍ以上であってもよく、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上であってもよい。一方、幅の上限は特に限定されず、用途に応じて適宜設定することができるが、繊維の拡幅処理において、繊維を一方向に引き揃えつつも、互いに融着可能とする観点から、３０００ｍｍ以下であってもよく、好ましくは１０００ｍｍ以下、より好ましくは５００ｍｍ以下、さらに好ましくは２００ｍｍ以下であってもよい。

繊維状テープは、品質安定性の観点から幅が均一であるのが好ましく、例えば、繊維状テープのテープ幅の変動係数は、２０ＣＶ％以下であってもよく、好ましくは１５ＣＶ％以下であってもよい。なお、テープ幅とテープ幅の変動係数は、後述の実施例の［テープ幅と、テープ幅の変動係数］の項に記載の方法で測定した値である。

繊維状テープの厚さ（平均値ａ_ｔ）は、幅に応じて適宜設定されればよいが、例えば、０．０００５ｍｍ以上であってもよく、好ましくは０．０１ｍｍ以上であってもよく、より好ましくは０．０５ｍｍ以上であってもよい。一方、薄葉形状を保つ観点からは、厚さは、例えば１０ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以下であることがより好ましい。

繊維状テープは、品質安定性の観点から厚さが均一であるのが好ましく、例えば、繊維状テープのテープ厚さの変動係数は、１５ＣＶ％以下であってもよく、好ましくは１０ＣＶ％以下であってもよい。なお、テープ厚さとテープ厚さの変動係数は、後述の実施例の［テープ厚さと、テープ厚さの変動係数］の項に記載の方法で測定した値である。

上記の方法により得られた本発明の繊維状テープは、テープの幅／厚さ比が、例えば、２以上であってもよく、５以上１００００以下であることが好ましく、１０以上１０００以下であることがより好ましい。テープの幅／厚さ比が１に近づく場合、テープとしての使用に適さない形状となり、大きすぎる場合、拡幅処理にて引き揃えることが困難になるため好ましくない。

例えば、繊維状テープを構成する単繊維の理論単繊維径をＬとした場合、繊維状テープの厚さａ_ｔと理論単繊維径Ｌとの比（ａ_ｔ／Ｌ）は、テープ形状の維持固定の観点から、特定の値より大きいことが好ましい。テープ形状の維持固定を向上させる観点からは、（ａ_ｔ／Ｌ）が１．５以上であることが好ましく、１．８以上であることがより好ましい。

繊維状テープでは、単繊維間の部分的な融着により一体化されているため、単繊維の繊維径をＬとする場合、繊維状テープでは、直径Ｌの円柱が長手方向に引き揃えられた略最密充填構造であってもよい。例えば、図４に示すように、テープ切断面の面積Ｓにおける理想的な最密充填構造の充填率を８６％とする場合、略最密充填構造を有する繊維状テープでは、７０％以上の切断面密度で繊維が存在していてもよい。繊維状テープでは、単繊維間の部分的な融着により一体化されているためテープ内部の繊維密度を高めることができる。

単繊維径Ｌの円が最密充填されたモデルにおいて、１層の厚さはＬ、２層の厚さは（１＋０．５×√３）Ｌ≒１．８７Ｌ、３層の厚さは（１＋√３）Ｌ≒２．７３Ｌ、…と求められる。実際の糸が単繊維径の分布や絡み合い、融着による微細な変形を有していることを考慮すると、（ａ_ｔ／Ｌ）が１．５以上である場合、繊維状テープ内部において１層である部分を少なくすることができ、上下の層との３次元の融着を確保して、テープ形状を固定する上で有利に働く。

（ａ_ｔ／Ｌ）の上限は、繊維状テープの幅や繊維本数などに応じて適宜設定されるが、例えば、１０００程度であってもよく、好ましくは１００程度であってもよく、更に好ましくは１０程度であってもよい。

なお、理論単繊維径Ｌは、繊維状テープを構成する液晶ポリエステル繊維の総繊度Ｄ（ｄｔｅｘ）、単繊維数Ｆ（本）、比重ｄ（ｇ／ｃｍ^３）、円周率πを用いて次式より算出することができる。
理論単繊維径Ｌ（ｍｍ）＝｛（４Ｄ／Ｆ）／（ｄ×１０^６×π）｝^０．５×１０

以下、本発明の詳細を説明する。
本発明の繊維状テープは液晶ポリエステルマルチフィラメントで主として構成される。液晶ポリエステルマルチフィラメントに由来する強度を発揮させる観点から、例えば、繊維状テープに占める液晶ポリエステルマルチフィラメントの割合は、例えば９０重量％以上であってもよく、好ましくは９５重量％以上であってもよく、より好ましくは９９重量％以上であってもよく、特に好ましくは１００重量％である。

液晶ポリエステル繊維で主として構成されている繊維状テープであるため、繊維を一体化したテープとすることで、織物材料や、複合成形材料として用いる際の製造工程性を向上することができる。さらに、このような一体化したテープとすることで、耐切削性の高い液晶ポリエステル繊維であっても、切断時に発生する切断面形状のずれを抑制することもできる。

本発明の繊維状テープは、液晶ポリエステルマルチフィラメントで主として構成されているため強度が高く、例えば、繊維状テープの引張強度は２．５ＧＰａ以上であってもよく、好ましくは２．８ＧＰａ以上、さらに好ましくは３．２ＧＰａ以上である。引張強度の上限は特に限定されないが、本発明で達しうる上限としては、例えば、４．５ＧＰａであってもよい。なお、前記引張強度は、後述する実施例に記載の測定方法により算出されるものである。

また、本発明の繊維状テープは耐熱性の高い液晶ポリエステル繊維から主として構成されるため耐熱性を有する。本発明における耐熱性とは、例えば、後述の実施例の［１００℃強度保持率］の項に示した方法で評価することができ、１００℃で１０分間加熱処理した後の強度保持率（１００℃強度保持率とする）は、４０％以上であってもよく、好ましくは６０％以上、さらに好ましくは８０％以上であってもよい。１００℃強度保持率の上限は特に限定されないが、本発明で達しうる上限としては、例えば１００％であってもよい。

また、耐熱性を評価する別の方法としては、例えば、後述の実施例の［１５０℃強度発現率］の項に示した方法で評価することができ、室温での引張強度に対する１５０℃雰囲気下での引張強度の比（１５０℃強度発現率とする）は、３０％以上であってもよく、好ましくは３５％以上、さらに好ましくは４０％以上であってもよい。１５０℃強度発現率の上限は特に限定されないが、本発明で達しうる上限としては、例えば、８０％であってもよい。

耐熱性が要求される一方で、取扱い性を向上させる観点から繊維をテープ形状として利用できるよう、本発明では、加熱により液晶ポリエステル繊維表面の一部を融解させて融解部分を接着して、一体化させている。液晶ポリエステル繊維は、前述したような性質を有する繊維として、光学的に異方性の溶融相を形成し得る熱可塑性ポリマーからなる繊維であればよいが、例えば、熱可塑性である全芳香族ポリエステル繊維（ポリアリレート繊維）が好ましい。

液晶ポリエステル繊維（例えば、全芳香族ポリエステル繊維）は、液晶ポリエステル（例えば、全芳香族ポリエステル）を溶融紡糸することにより得ることができる。全芳香族ポリエステルとしては、例えば芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸等に由来する反復構成単位からなり、本発明の効果を損なわない限り、芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する構成単位は、その化学的構成については特に限定されるものではない。また、本発明の効果を阻害しない範囲で、全芳香族ポリエステルは、芳香族ジアミン、芳香族ヒドロキシアミンまたは芳香族アミノカルボン酸に由来する構成単位を含んでいてもよい。例えば、好ましい構成単位としては、表１に示す例が挙げられる。

表１の構成単位において、ｍは０～２の整数であり、式中のＹは、１～置換可能な最大数の範囲において、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子など）、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ－ブチル基などの炭素数１から４のアルキル基など）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ｎ－ブトキシ基など）、アリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基など）、アラルキル基［ベンジル基（フェニルメチル基）、フェネチル基（フェニルエチル基）など］、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基など）、アラルキルオキシ基（例えば、ベンジルオキシ基など）などが挙げられる。

より好ましい構成単位としては、下記表２、表３および表４に示す例（１）～（１８）に記載される構成単位が挙げられる。なお、式中の構成単位が、複数の構造を示しうる構成単位である場合、そのような構成単位を二種以上組み合わせて、ポリマーを構成する構成単位として使用してもよい。

表２、表３および表４の構成単位において、ｎは１または２の整数で、それぞれの構成単位ｎ＝１、ｎ＝２は、単独でまたは組み合わせて存在してもよく、Ｙ_１およびＹ_２は、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子（例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子など）、アルキル基（例えば、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ｔ－ブチル基などの炭素数１から４のアルキル基など）、アルコキシ基（例えば、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキシ基、ｎ－ブトキシ基など）、アリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基など）、アラルキル基［ベンジル基（フェニルメチル基）、フェネチル基（フェニルエチル基）など］、アリールオキシ基（例えば、フェノキシ基など）、アラルキルオキシ基（例えば、ベンジルオキシ基など）などであってもよい。これらのうち、水素原子、塩素原子、臭素原子、またはメチル基が好ましい。

また、Ｚとしては、下記式で表される置換基が挙げられる。

全芳香族ポリエステルは、好ましくは、ナフタレン骨格を構成単位として有する組み合わせであってもよい。なお、ヒドロキシ安息香酸由来の構成単位（Ａ）と、ヒドロキシナフトエ酸由来の構成単位（Ｂ）の両方を含むことが、特に好ましい。例えば、構成単位（Ａ）としては下記式（Ａ）が挙げられ、構成単位（Ｂ）としては下記式（Ｂ）が挙げられ、溶融成形性を向上する観点から、構成単位（Ａ）と構成単位（Ｂ）の比率は、好ましくは９／１～１／１、より好ましくは７／１～１／１、さらに好ましくは５／１～１／１の範囲であってもよい。

また、（Ａ）の構成単位と（Ｂ）の構成単位の合計は、例えば、全構成単位に対して６５モル％以上であってもよく、より好ましくは７０モル％以上、さらに好ましくは８０モル％以上であってもよい。ポリマー中、特に（Ｂ）の構成単位が４～４５モル％である全芳香族ポリエステルが好ましい。

本発明で好適に用いられる全芳香族ポリエステルの融点は２５０～３６０℃の範囲であることが好ましく、より好ましくは２６０～３２０℃である。なお、ここでいう融点とは、後述の実施例の［融点］の項で示した方法により求めた値である。

なお、上記液晶ポリエステル（特に全芳香族ポリエステル）には、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリエチレンテレフタレート、変性ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂等の熱可塑性ポリマーを添加してもよい。また酸化チタン、カオリン、シリカ、酸化バリウム等の無機物、カーボンブラック、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。

本発明における液晶ポリエステル繊維は、加熱により繊維表面の一部を融解することができる性質を有する限り、その繊維化の方法は限定されないが、通常、溶融紡糸により得られる繊維を用いることができる。溶融紡糸は公知または慣用の方法により行うことができ、例えば、押出機において液晶ポリエステル繊維を得るための繊維形成樹脂を溶融させた後、所定の紡糸温度でノズルから吐出して得ることができる。

特許文献３とは異なり、本発明の繊維状テープを製造するに際しては、（ｉ）溶融紡糸時にマルチフィラメント紡出糸条を収束させることなく、（ｉｉ）繊維同士が融着しない範囲で予備的に加熱してから、（ｉｉｉ）さらに固相重合するという、特殊な工程を行う必要はない。本発明では、マルチフィラメント紡出糸条を収束後、繊維同士が表面で融着するように加熱処理が行われるため、製法上においても、特許文献３のマルチフィラメントとは全く異なっている。

また、一旦収束させたマルチフィラメントを複数束引き揃えてトウとして使用してもよい。トウ厚さは好ましくは０．１ｍｍ以上、１０ｍｍ以下、より好ましくは０．１ｍｍ以上、５ｍｍ以下、さらに好ましくは０．１ｍｍ以上、３ｍｍ以下である。

本発明の繊維状テープを構成する液晶ポリエステル繊維の単繊維繊度は、好ましくは０．５ｄｔｅｘ以上、５０ｄｔｅｘ以下、より好ましくは１ｄｅｘ以上、１５ｄｔｅｘ以下、さらに好ましくは１．５ｄｔｅｘ以上、１０ｄｔｅｘ以下である。単繊維繊度が小さすぎる場合、繊維を一方向に均一に引き揃えることが難しく、繊維状テープの強度にばらつきが生じることがある。単繊維繊度が大きすぎると、単繊維同士の接する面積が小さいため接着が不十分となり、繊維状テープの一体性に欠ける場合がある。

また、上記繊維状テープを構成する液晶ポリエステル繊維の総繊度は、好ましくは１０ｄｔｅｘ以上、５００００ｄｔｅｘ以下、より好ましくは１５ｄｔｅｘ以上、３００００ｄｔｅｘ以下、さらに好ましくは２５ｄｔｅｘ以上、１００００ｄｔｅｘ以下である。総繊度が小さすぎる場合、繊維状テープの幅が細すぎて、テープとして好適に利用できない可能性がある。総繊度が大きすぎる場合、均一に引き揃えることが難しく、繊維状テープの強度にばらつきが生じることがある。
このように、繊度、トウ厚さを好適な範囲に制御することにより、該繊維から得られる繊維状テープの幅、厚さを所望の値に制御することが可能である。

上記繊維を一方向に引き揃えてテープ状にするための処理方法は、一方向に引き揃えられた繊維が互いに融着できる程度に一定の幅を維持できればよく、例えば、特定の拡幅処理を行うことなく熱処理を行ってもよいし、公知の拡幅処理を行った後に熱処理を行ってもよい。拡幅処理としては、例えば、特許第３０６４０１９号公報に記載の開繊方法を用いて、拡幅し引き揃えることができる。

一旦テープ状に揃えられた繊維は、スネールガイド、Ｖ溝ローラー、爪状トラバースガイドを備えたワインダーなどの点収束型のガイドやローラーを通過させると形状が崩れてしまうため、これらの液晶ポリエステルマルチフィラメントの製造に於いて標準的に用いられる器具ではなく、バーガイド、平底ローラー、ボビントラバース方式ワインダーなどの面収束型の器具を残りの製造工程において用いることが好ましい。

面収束させたマルチフィラメント繊維束は、必要に応じてローラー等で引き取った後、加熱することなく、一旦、ワインダーで巻き取ってもよい。その後、面収束させた繊維束を、単繊維表面の一部を融解させて、単繊維同士を接着させるために必要な温度により加熱する。

油剤は、付着させても、付着させなくてもよいが、付着する場合は、例えば、面収束されたマルチフィラメント繊維束の上下面に油剤を付着させるのが好ましい。これにより、繊維束内での隣接する単繊維間の融着性を向上できる一方で、繊維束間での融着性を油剤により抑制できる。例えば、面収束後、ワインダーで巻き取る前に、オイリングローラー等を用いて、面収束されたマルチフィラメント繊維束に油剤を適用してもよい。

本発明の繊維状テープは、一方向に引き揃えられた上記繊維の表面の一部を融解させて接着することによりテープ状となる。特に、液晶ポリエステル繊維マルチフィラメントにおける単繊維同士を幅方向だけでなく、厚さ方向においても接着させることにより好適に一体化することができる（図３参照）。これにより、バインダー繊維を用いたり、強化繊維間に樹脂を含浸させたりすることなく、耐熱性と強度に優れた繊維状テープを得ることができる。

本発明の繊維状テープを加熱するに際し、加熱処理は単繊維表面の一部を融解させて、単繊維同士を接着させることができる限り特に限定されず、該加熱処理の方法は公知の方法を用いることができ、例えば、雰囲気加熱、接触加熱などの手段が挙げられる。雰囲気としては空気、不活性ガス（例えば窒素、アルゴン）のいずれを用いてもよい。なお、該加熱処理の方式は、本発明の効果を損なわない限り、バッチ式、連続式を問わず、いずれの方式も採用することができる。

上記繊維の単繊維表面の一部を融解させて、単繊維同士を接着させるために必要な温度の下限は、後述の実施例の［融点］の項で示した方法により求めた使用する繊維の融点（すなわち、加熱処理前の繊維の融点：Ｔ１）に対して、Ｔ１－１００℃以上、より好ましくはＴ１－５０℃以上、さらに好ましくはＴ１－３０℃以上であり、上限はＴ１－１℃以下、より好ましくはＴ１－１０℃以下、さらに好ましくはＴ１－３０℃以下である。繊維の融点以上に加熱すると溶断するおそれがあるため好ましくない。

また、単繊維表面の一部を融解させて、単繊維同士を接着させるとともに、液晶ポリエステル繊維の固相重合を行ってもよい。固相重合により、熱処理に供する繊維の融点Ｔ１がＴ２へ上昇する場合、熱処理温度を、Ｔ２－１℃以下、より好ましくはＴ２－１０℃以下、さらに好ましくはＴ２－３０℃以下としてもよい。

具体的には、熱処理温度は、例えば、１８０～３８０℃であってもよく、好ましくは２００～３５０℃程度、より好ましくは２５０～３５０℃程度であってもよい。

加熱時間は、単繊維表面の一部を融解させて、単繊維同士を接着できる限り特に限定されず、例えば、１時間以上、好ましくは５時間以上、より好ましくは８時間以上であってもよい。固相重合を行う場合は、加熱時間の上限は特に制限されないが１００時間以下、より好ましくは５０時間以下であってもよい。

本発明の繊維状テープは、液晶ポリエステル繊維のマルチフィラメントで構成されているが、一体性に優れるため、形状の崩れなどの発生を抑制できる。そのため、繊維状テープは、製織材料、高次加工材料などとして、撚り工程を経ずに、直接加工に供することができる。その場合、繊維状テープが有する強度を加工品においても発揮することが可能である。

また、液晶ポリエステル繊維は耐切創性が高いため、マルチフィラメントの束状物を切断する場合、切断面がずれてしまうが、本発明の繊維状テープでは、繊維間の融着により切断面のずれを抑制することができ、加工性を向上することが可能である。

本発明の繊維状テープを、製織材料として利用する場合、本発明の繊維状テープは、テープを構成する各単繊維が繊維形状を保ちつつ、全体が一体化しているため、一方向に配列している繊維のまとまりにより織物強度を向上させることができるだけでなく、製織工程に要する時間を短縮することが可能である。

また、本発明の繊維状テープを、製織材料として利用する場合、本発明の繊維状テープは、テープ幅および／またはテープ厚さが繊維長手方向にわたって均一であるのが好ましく、それによりコンパクトで空隙の少ない、強度の高い織物を作製することができる。

織物としては、繊維状テープの配列方向について、一方向性織物、二方向性織物、三軸織物、多軸織物、ノンクリンプドファブリックなどのいずれであってもよい。

より詳細には、繊維状テープが経糸または緯糸として配列される一方向性織物；繊維状テープが経糸および緯糸の双方として配列される二方向性織物；繊維状テープを糸条として縦、横、斜めの三方向に配列した三軸織物；繊維状テープを糸条として四方向以上の多方向に配列した多軸織物；繊維状テープを繊維束として用い、一方向に揃えられた繊維束を別の糸で留める一方向性ノンクリンプドファブリック；繊維状テープを繊維束として用い、複数の方向（例えば二方向）に揃えられた繊維束をそれぞれ積層して別の糸で留める多方向性ノンクリンプドファブリックなどが挙げられる。

例えば、繊維状テープは、繊維形状が維持されたテープとしての形状を利用して、織物、布帛、シート状物、ベルト、テンションメンバー、結束バンド、補修テープ、土木・建築資材（例えば、フレキシブルコンテナバッグ）、スポーツ資材、トレッキング資材、防護資材、ゴム補強資材、各種補強用コード、電気材料、音響材料を構成する材料として、好適に用いることできる。

また、本発明の繊維状テープは、各種複合材料（例えば、樹脂強化用繊維材）に好適に用いることができる。例えば、本発明の繊維状テープをマトリックス樹脂からなるシートと積層させる、あるいは本発明の繊維状テープにマトリックス樹脂を含浸させる、などにより得られる積層板などが挙げられる。高強度が求められる用途では、樹脂の含浸を行わずに、本発明の繊維状テープ単独で用いることが好ましい。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明は本実施例により何等限定されるものではない。なお、実施例中における各種物性は、以下の方法によって求めたものである。

［融点］
ＪＩＳ Ｋ ７１２１試験法に準拠し、示差走差熱量計（ＤＳＣ；株式会社島津製作所製「ＤＳＣ－６０Ａ」）で測定し、観察される主吸収ピーク温度を融点（℃）とした。具体的には、前記ＤＳＣ装置に、サンプルを１～１０ｍｇとりアルミ製パンへ封入した後、キャリヤーガスとして窒素を１００ｃｃ／分流し、２０℃／分で昇温したときに表れる吸熱ピークを融点とした。ポリマーの種類によってＤＳＣ測定において１ｓｔ ｒｕｎで明確なピークが現れない場合は、５０℃／分の昇温速度で予想される流れ温度よりも５０℃高い温度まで昇温し、その温度で３分間完全に溶融した後、８０℃／分の降温速度で５０℃まで降温し、しかる後に２０℃／分の昇温速度で吸熱ピークを測定し、表れる吸熱ピークを融点とした。

［総繊度］
ＪＩＳ Ｌ１０１３（２０１０）８．３．１ Ａ法により、所定荷重０．０４５ｃＮ／ｄｔｅｘで正量繊度を測定して総繊度（ｄｔｅｘ）とした。

［単繊維数］
ＪＩＳ Ｌ１０１３（２０１０）８．４の方法で算出した。

［単繊維繊度］
総繊度を単繊維数で除した値を単繊維繊度（ｄｔｅｘ）とした。

［テープ幅と、テープ幅の変動係数］
以下、繊維状テープの繊維長手方向と垂直方向の径のうち、最長の径を幅とし、最短の径を厚さとする。繊維状テープを１０００ｍｍの長さにカットした測定用試料を１０本用意する。マイクロスコープを用いてテープの幅を各々の試料について５か所、計５０か所測定した。この際、１本の試料内における５か所の測定位置は繊維長手方向におのおの２００ｍｍ以上離れているようにした（例えば、１０００ｍｍの試料の一端からの位置が１０ｍｍ、２３０ｍｍ、４５０ｍｍ、６７０ｍｍ、８９０ｍｍの５か所）。計５０か所の幅の平均値ａ_ｗをその繊維状テープのテープ幅とし、ａ_ｗと計５０か所の幅の標準偏差σ_ｗから下記式により算出した値をその繊維テープのテープ幅の変動係数とした。テープ幅は有効数字３桁目まで測定した。
テープ幅の変動係数（ＣＶ％）＝（σ_ｗ／ａ_ｗ）×１００

［テープ厚さと、テープ厚さの変動係数］
繊維状テープを１０００ｍｍの長さにカットした測定用試料を１０本用意する。ＪＩＳ Ｚ ０２３７（２００９）５．１を参考にしてダイヤルゲージを用いてテープの厚さを各々の試料について５か所、計５０か所測定した。この際、１本の試料内における５か所の測定位置は繊維長手方向におのおの２００ｍｍ以上離れているようにした（例えば、１０００ｍｍの試料の一端からの位置が１０ｍｍ、２３０ｍｍ、４５０ｍｍ、６７０ｍｍ、８９０ｍｍの５か所）。計５０か所の厚さの平均値ａ_tをその繊維状テープのテープ厚さとし、ａ_tと計５０か所の厚さの標準偏差σ_tから下記式により算出した値をその繊維テープのテープ厚さの変動係数とした。テープ厚さは有効数字２桁目まで測定した。
テープ厚さの変動係数（ＣＶ％）＝（σ_t／ａ_t）×１００

［引張強度］
引張強度（ＧＰａ）は、ＪＩＳ Ｌ１０１３（２０１０）８．５．１に準拠し、（株）島津製作所製オートグラフＡＧＳ－１００Ｂを用い、テープ長２００ｍｍ、初荷重０．０９ｃＮ／ｄｔｅｘ、引張速度１００ｍｍ／分、無撚りの条件にて、室温（約２５℃）において１水準当り６回測定し、その平均値を算出し、引張強度（室温での引張強度）とした。

［１００℃強度保持率］
熱風乾燥機を用いて１００℃空気雰囲気で１０分間加熱処理した試料を用いて、上記引張強度の項と同じ方法で引張強度の測定を行い、１００℃熱疲労試料の強度を測定した。その後、下記式により１００℃強度保持率を算出した。
１００℃強度保持率（％）＝（１００℃熱疲労試料の強度）／（室温での引張強度）×１００

［１５０℃強度発現率］
引張試験装置用の恒温槽を用い、引張試験を行う際の雰囲気を１５０℃空気にしたこと以外は、上記引張強度の項と同じ方法で１５０℃での引張強度の測定を行った。尚、各測定の前には、１５０℃空気中で試料を１分間保持してから引張を行うものとした。その後、下記式により１５０℃強度発現率を算出した。
１５０℃強度発現率（％）＝（１５０℃での引張強度）／（室温での引張強度）×１００

［融着等級］
繊維状テープを繊維長手方向に５ｍｍの長さにカットしたもの（以下、短冊状物）を２５個作製し、水４００ｍＬを入れた内径９０ｍｍのビーカーの中で、翼直径６０ｍｍの適当な攪拌翼を用いて回転速度６００ｒｐｍで２分間攪拌させる。その後、ブフナー漏斗を用いて、径１１０ｍｍの円形濾紙上に短冊状物およびその分散物を吸引濾過で濾し取る。この際、ビーカー内壁に分散物が付着しやすいので、適宜、注水などで全ての短冊状物およびその分散物を濾紙上に移動させる。円形濾紙上に存在する短冊状物の幅を目視あるいはマイクロスコープにて計測し、元の繊維状テープの幅の８０％以上の幅を維持しているものの個数を融着等級とする。

ビーカーに投入した短冊状物の総数が２５個であるため、融着等級は、最大２５、最小０である。例えば、融着等級が２５の場合、投入したすべての短冊状物において、投入前の幅の８０％以上の幅が維持されたことを示している。数字が大きいほど融着が強く、テープ形状が維持されやすい。なお、上記数値は１６７０ｄｔｅｘのテープを評価する際の条件であり、回転速度６００ｒｐｍで２分間攪拌させる限り、水の量、ビーカーのサイズ、攪拌翼のサイズ、円形濾紙のサイズは短冊状物が重ならない程度に適宜変更して構わない。

［実施例１］
繊度１６７０ｄｔｅｘ、フィラメント本数３００本の全芳香族ポリエステル繊維マルチフィラメント（（株）クラレ製「ベクトランＮＴ」：Ｔ１＝２７６℃）を用いた。この繊維の理論単繊維径Ｌは０．０２２５ｍｍである。
（株）ハーモニー産業製一錐式開繊装置ＦＫ－２を使用して、目視で判断した幅が２ｍｍとなるようマルチフィラメントを拡幅してロールに巻き取り、巻き取られた状態の拡幅繊維束を窒素雰囲気下で、２５０～３００℃の範囲で１６時間熱処理することで、部分的に単繊維間の融着が発生している全芳香族ポリエステル繊維からなる繊維状テープを得た。このテープの融点は３２２℃だった。
このテープ幅は１．９５ｍｍ（変動係数４．３６ＣＶ％）、厚さは０．０８１ｍｍ（変動係数３．８ＣＶ％）でテープの幅／厚さ比が２４となり、繊維状テープの厚さａ_ｔと理論単繊維径Ｌとの比（ａ_ｔ／Ｌ）は、３．６であった。繊維状テープの引張強度は３．４３ＧＰａ、１００℃強度保持率は９９％であり、１５０℃強度発現率は５７％であり、高耐熱性かつ高強度を示す結果となった。また、得られたテープの融着等級は２５であった。融着等級の測定に用いた円形濾紙を図１に示す。

［実施例２］
目視で判断した幅が３ｍｍとなるよう開繊装置を使用した以外は、実施例１と同様にして全芳香族ポリエステル繊維からなる繊維状テープを得た。このテープ幅は３．５０ｍｍ（変動係数７．４３ＣＶ％）、厚さは０．０４９ｍｍ（変動係数３．６ＣＶ％）でテープの幅／厚さ比が７２となり、繊維状テープの厚さａ_ｔと理論単繊維径Ｌとの比（ａ_ｔ／Ｌ）は、２．２であった。引張強度は３．３３ＧＰａ、１００℃強度保持率は９８％であり、１５０℃強度発現率は５８％であり、高耐熱性かつ高強度を示す結果となった。また、得られたテープの融着等級は１７であった。

［実施例３］
目視で判断した幅が５ｍｍとなるよう開繊装置を使用した以外は、実施例１と同様にして全芳香族ポリエステル繊維からなる繊維状テープを得た。このテープ幅は５．０７ｍｍ（変動係数８．２３ＣＶ％）、厚さは０．０３０ｍｍ（変動係数４．１ＣＶ％）でテープの幅／厚さ比が１６９となり、繊維状テープの厚さａ_ｔと理論単繊維径Ｌとの比（ａ_ｔ／Ｌ）は、１．３であった。引張強度は２．９２ＧＰａ、１００℃強度保持率は９９％であり、１５０℃強度発現率は５５％であり、高耐熱性かつ高強度を示す結果となった。また、得られたテープの融着等級は８であった。

［実施例４］
繊度６６８０ｄｔｅｘ、フィラメント本数１２００本の全芳香族ポリエステル繊維（（株）クラレ製「ベクトランＮＴ」）を用い、目視で判断した幅が１０ｍｍとなるよう開繊装置を使用した以外は、実施例１と同様にして全芳香族ポリエステル繊維からなる繊維状テープを得た。このテープ幅は１０．８ｍｍ（変動係数１２．４ＣＶ％）、厚さは０．０６２ｍｍ（変動係数８．９ＣＶ％）でテープの幅／厚さ比が１７４となり、繊維状テープの厚さａ_ｔと理論単繊維径Ｌとの比（ａ_ｔ／Ｌ）は、２．８であった。引張強度は３．３６ＧＰａ、１００℃強度保持率は９５％であり、１５０℃強度発現率は５２％であり、高耐熱性かつ高強度を示す結果となった。また、得られたテープの融着等級は２０であった。

［実施例５］
繊度６６８０ｄｔｅｘ、フィラメント本数１２００本の全芳香族ポリエステル繊維（（株）クラレ製「ベクトランＮＴ」）を５束用い、引き揃えてトウとし、トウ厚さが０．１３ｍｍとなったものを用い、目視で判断した幅が２０ｍｍとなるよう開繊装置を使用した以外は、実施例１と同様にして全芳香族ポリエステル繊維からなる繊維状テープを得た。このテープ幅は２２．０ｍｍ（変動係数１６．２ＣＶ％）、厚さは０．１９ｍｍ（変動係数１３ＣＶ％）でテープの幅／厚さ比が１１４となり、繊維状テープの厚さａ_ｔと理論単繊維径Ｌとの比（ａ_ｔ／Ｌ）は、８．６であった。引張強度は２．８７ＧＰａ、１００℃強度保持率は９４％であり、１５０℃強度発現率は５０％であり、高耐熱性かつ高強度を示す結果となった。また、得られたテープの融着等級は１２であった。

［実施例６］
開繊工程を経由せず、互いに融着できる程度の幅を有する原糸をそのまま熱処理に供したこと以外は実施例１と同様にして全芳香族ポリエステル繊維からなる繊維状テープを得た。このテープ幅は１．５６ｍｍ（変動係数２２．１ＣＶ％）、厚さは０．０９０ｍｍ（変動係数１６ＣＶ％）であった。
なお、テープの幅／厚さ比は１７であり、繊維状テープの厚さａ_ｔと理論単繊維径Ｌとの比（ａ_ｔ／Ｌ）は、４．０であった。引張強度は３．４１ＧＰａ、１００℃強度保持率は９９％であり、１５０℃強度発現率は５４％であり、融着等級は２５であった。

表５に示すように、実施例１～６では、所望の幅および厚さを有する繊維状テープが得られている。実施例１～６では、いずれも短冊状物が存在し、部分的な融着により一体化されていることが明らかである。融着等級が大きいほど、繊維状テープの引張強度は高い傾向にある。

［比較例１］
ＡＳＴＭ Ｄ１６０１－９９に準拠し、１３５℃のデカリン中で測定した場合の固有粘度が１２ｄｌ／ｇである、繊度１３３３ｄｔｅｘの超高分子量ポリエチレン繊維マルチフィラメントを用い、２ｍｍに拡幅したものを使用した。拡幅された繊維を窒素雰囲気下で、室温～１５０℃の範囲で徐々に昇温し、超高分子量ポリエチレン繊維からなる繊維状テープを得た。このテープの１００℃強度保持率は３４％であった。また１５０℃強度発現率の評価を試みたが、測定装置の初荷重でテープはすぐに切れてしまい１５０℃での引張強度を測定することができず、耐熱性の点で本発明に大きく劣る結果となった。

［比較例２］
繊度１６７０ｄｔｅｘ、フィラメント本数１０００本の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（帝人テクノプロダクツ（株）製「テクノーラ」）を用い、特開昭６３－６９６２６号公報に記載の、曲率の異なる２ヶ所の歯車に繊維を通した後、繊維を６００ｇ（破断強力の１／６５）の張力で引っ張ってカールを伸ばして開繊する方法で繊維を幅方向に拡げ、開繊マルチフィラメントを得た。このマルチフィラメントを、６００ｇの張力で引き出し、幅７ｍｍにカットした厚さ２０μｍのポリプロピレン未延伸フィルム（東洋紡（株）製「パイレン－フィルムＣＴ」）を上下から貼り合わせ、直後に上下から離型紙を貼り合せた後、１５０℃に加熱した２ヶ所の金属ロール間に線圧５０ｋｇ／ｃｍで加圧し、更にその後に室温の２ヶ所の金属ロール間に線圧５０ｋｇ／ｃｍで通し、離型紙を剥がして繊維強化樹脂テープを得た。この繊維強化樹脂テープの引張強度は０．７２ＧＰａとなり、引張強度の点で本発明に大きく劣る結果となった。

［比較例３］
実施例１で用いた繊度１６７０ｄｔｅｘ、フィラメント本数３００本の全芳香族ポリエステル繊維（（株）クラレ製「ベクトランＮＴ」）を、目視で判断した幅が２ｍｍとなるよう拡幅されたマルチフィラメントの状態でサンプルとした。
実施例１と同様にして測定した融着等級は０であった。すなわち、図２に示すように、マルチフィラメントの単繊維が分散し、短冊状物は円形濾紙上に存在せず、テープ形状維持の点で本発明に大きく劣る結果となった。

本発明の繊維状テープはフレキシブルコンテナバッグ、結束バンド、補修テープ等の資材や、積層板等の複合材料として好適に利用できる。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、変更または削除が可能であり、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ 単繊維
２ 底部擬似層
３ 中部擬似層
４ 頂部擬似層
５，６ 融着部
１０ 繊維状テープ

Claims (10)

1. 複数の液晶ポリエステル繊維からなるマルチフィラメントが一方向に引き揃えられ、前記液晶ポリエステル繊維間の部分的な融着により一体化されてテープを構成する各単繊維が繊維形状を保ちつつ、全体が一体化しており、引張強度が２．５ＧＰａ以上である、繊維状テープ。
2. 融着等級が１０以上である、請求項１に記載の繊維状テープ。
3. １００℃強度保持率が４０％以上であり、１５０℃強度発現率が３０％以上である、請求項１または２に記載の繊維状テープ。
4. 繊維状テープの厚さａ_ｔと理論単繊維径Ｌとの比（ａ_ｔ／Ｌ）が１．５以上である、請求項１～３のいずれか一項に記載の繊維状テープ。
5. テープの幅／厚さ比が５以上、１００００以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の繊維状テープ。
6. テープ幅の変動係数が、２０ＣＶ％以下である、請求項１～５のいずれか一項に記載の繊維状テープ。
7. テープ厚さの変動係数が、１５ＣＶ％以下である、請求項１～６のいずれか一項に記載の繊維状テープ。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の繊維状テープからなる、製織材料。
9. 請求項１～７のいずれか一項に記載の繊維状テープを含む織物。
10. 請求項１～７のいずれか一項に記載の繊維状テープを含む複合材料。

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