JP7286264B2 - 布及びその製造方法並びに連続繊維強化樹脂複合材料 - Google Patents
布及びその製造方法並びに連続繊維強化樹脂複合材料 Download PDFInfo
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連続強化繊維はガラス繊維、炭素繊維又は植物繊維であることが好ましい。
本発明の布は織物であることが好ましい。
熱可塑性樹脂は少なくとも熱可塑性樹脂繊維を含むことが好ましい。
熱可塑性樹脂が2種類以上であって熱可塑性樹脂繊維を含む場合、熱可塑性樹脂繊維の融点よりも低い融点を有する熱可塑性樹脂を含むことが好ましい。
熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維とは混繊されていることが好ましい。
連続強化繊維の長手方向の任意の直線長さをL、長さLにおける強化繊維束一本の長さをl、強化繊維乱れ度をl/Lとしたとき、l/L≦1.2であり、
連続繊維強化樹脂複合材料における熱可塑性樹脂の未含浸率が2%以下である。
本発明の布の製造方法において、連続強化繊維は布を構成していることが好ましい。
本発明の布は少なくとも連続強化繊維と熱可塑性樹脂から構成されるものであり、連続強化繊維は経糸と緯糸とから構成されるものである。布の形態としては、織物、編み物、レース、フィルム等のものの中から適宜、選択することができる。連続強化繊維の屈曲が少なく強度が出やすいことから、織物又は編み物が好ましい。
織物の織り方は特に限定されず、平織、綾織、朱子織、綟り織、紗等が挙げられる。
本発明の連続繊維強化樹脂複合材料の強度の観点から、連続強化繊維のクリンプ率が低くなる綾織がより好ましい。
例えば、織物は、シャトル織機、レピア織機、エアジェット織機、ウォータージェット織機等の製織機を用い、少なくとも一部に複合糸を含んでいればよい。例えば、複合糸を含む繊維を配列させた経糸に、緯糸を打ち込むことによって得る方法が好ましい方法として挙げられる。
編物は、丸編み機、横編み機、トリコット編み機、ラッシェル編み機等の編み機を用い、少なくとも一部に複合糸を含む繊維を編成することによって得られる。
その他の布の形態等については、適宜特許文献2(特開2015-101793号公報)に記載の方法を用いることができる。
連続強化繊維は、通常の連続繊維強化樹脂複合材料に使用されるものを用いることができる。
連続強化繊維としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、植物繊維、アラミド繊維、超高強力ポリエチレン繊維、ポリベンザゾール系繊維、液晶ポリエステル繊維、ポリケトン繊維、金属繊維、セラミックス繊維等が挙げられる。
機械的特性、熱的特性、汎用性の観点から、ガラス繊維、炭素繊維、植物繊維、アラミド繊維が好ましく、生産性の面からは、ガラス繊維が好ましい。
シランカップリング剤は、通常、ガラス繊維の表面処理剤として用いられ、界面接着強度向上に寄与する。
シランカップリング剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、及びN-β-(アミノエチル)-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン等のアミノシラン類;γ-メルカプトプロピルトリメトキシシラン及びγ-メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプトシラン類;エポキシシラン類;ビニルシラン類等が挙げられる。
潤滑剤は、ガラス繊維の開繊性向上に寄与する。
潤滑剤としては、目的に応じた通常の液体又は固体の任意の潤滑材料が使用可能であり、以下に限定されるものではないが、例えば、カルナウバワックスやラノリンワックス等の動植物系又は鉱物系のワックス;脂肪酸アミド、脂肪酸エステル、脂肪酸エーテル、芳香族系エステル、芳香族系エーテル等の界面活性剤等が挙げられる。
結束剤は、ガラス繊維の集束性向上及び界面接着強度向上に寄与する。
結束剤としては、目的に応じたポリマー、熱可塑性樹脂が使用可能である。
結束剤としてのポリマーは、以下に限定されるものではないが、例えば、アクリル酸のホモポリマー、アクリル酸とその他共重合性モノマーとのコポリマー、並びにこれらの第1級、第2級及び第3級アミンとの塩等が挙げられる。また、例えば、m-キシリレンジイソシアナート、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアナート)及びイソホロンジイソシアナート等のイソシアネートと、ポリエステル系やポリエーテル系のジオールとから合成されるポリウレタン系樹脂も好適に使用される。
アクリル酸とその他共重合性モノマーとのコポリマーを構成する共重合性モノマーとしては、以下に限定されるものではないが、例えば、水酸基及び/又はカルボキシル基を有するモノマーのうち、アクリル酸、マレイン酸、メタクリル酸、ビニル酢酸、クロトン酸、イソクロトン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、及びメサコン酸よりなる群から選択される1種以上が挙げられる(但し、アクリル酸のみの場合を除く)。共重合性モノマーとして、エステル系モノマーを1種以上有することが好ましい。
アクリル酸のホモポリマー及びコポリマーの第1級、第2級及び第3級アミンとの塩としては、以下に限定されるものではないが、例えば、トリエチルアミン塩、トリエタノールアミン塩やグリシン塩等が挙げられる。中和度は、他の併用薬剤(シランカップリング剤等)との混合溶液の安定性向上や、アミン臭低減の観点から、20~90%とすることが好ましく、40~60%とすることがより好ましい。
塩を形成するアクリル酸のポリマーの重量平均分子量は、特に制限されないが、3,000~50,000の範囲が好ましい。ガラス繊維の集束性向上の観点から、3,000以上が好ましく、複合成形体とした際の特性向上の観点から50,000以下が好ましい。
ここで、変性熱可塑性樹脂とは、熱可塑性樹脂の主鎖を形成し得るモノマー成分以外に、その熱可塑性樹脂の性状を変化させる目的で、異なるモノマー成分を共重合させ、親水性、結晶性、熱力学特性等を改質したものを意味する。
結束剤として用いられる変性熱可塑性樹脂は、以下に限定されるものではないが、例えば、変性ポリオレフィン系樹脂、変性ポリアミド系樹脂、変性ポリエステル系樹脂等が挙げられる。
分子鎖中にポリアルキレンオキサイド鎖を導入する場合は、例えば、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等の一部又は全部をジアミン又はジカルボン酸に変性したものを共重合して製造される。3級アミン成分を導入する場合は、例えばアミノエチルピペラジン、ビスアミノプロピルピペラジン、α-ジメチルアミノε-カプロラクタム等を共重合して製造される。
親水基としては、例えば、ポリアルキレンオキサイド基、スルホン酸塩、カルボキシル基、これらの中和塩等が挙げられる。ポリカルボン酸又はその無水物としては、芳香族ジカルボン酸、スルホン酸塩含有芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、脂環式ジカルボン酸、3官能以上のポリカルボン酸等が挙げられる。
スルホン酸塩含有芳香族ジカルボン酸としては、以下に限定されるものではないが、例えば、スルホテレフタル酸塩、5-スルホイソフタル酸塩、5-スルホオルトフタル酸塩等が挙げられる。
脂肪族ジカルボン酸又は脂環式ジカルボン酸としては、以下に限定されるものではないが、例えば、フマル酸、マレイン酸、イタコン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ダイマー酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、無水コハク酸、無水マレイン酸等が挙げられる。
3官能以上のポリカルボン酸としては、以下に限定されるものではないが、例えば、トリメリット酸、ピロメリット酸、無水トリメリット酸、無水ピロメリット酸等が挙げられる。
これらの中で、変性ポリエステル系樹脂の耐熱性を向上させる観点から、全ポリカルボン酸成分の40~99モル%が芳香族ジカルボン酸であることが好ましい。また、変性ポリエステル系樹脂を水分散液とする場合の乳化安定性の観点から、全ポリカルボン酸成分の1~10モル%がスルホン酸塩含有芳香族ジカルボン酸であることが好ましい。
ジオールとしては、以下に限定されるものではないが、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレングリコール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリテトラメチレングリコール、1,4-シクロヘキサンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールA又はそのアルキレンオキサイド付加物等が挙げられる。3官能以上のポリオールとしては、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
変性ポリエステル系樹脂の重量平均分子量としては、3,000~100,000が好ましく、10,000~30,000がより好ましい。ガラス繊維の集束性向上の観点から3,000以上が好ましく、水分散性とする場合の乳化安定性の観点から100,000以下が好ましい。
結束剤の全量を100質量%として、アクリル酸のホモポリマー、アクリル酸とその他共重合性モノマーとのコポリマー、並びにこれらの第1級、第2級及び第3級アミンとの塩より選択された1種以上のポリマーを50質量%以上、60質量%以上用いることがより好ましい。
連続強化繊維としてガラス繊維を用いる場合、当該ガラス繊維の集束剤においては、それぞれ、シランカップリング剤を0.1~2質量%、潤滑剤を0.01~1質量%、結束剤を1~25質量%を含有することが好ましく、これらの成分を水で希釈し、全質量を100質量%に調整することが好ましい。
ガラス繊維用の集束剤におけるシランカップリング剤の配合量は、ガラス繊維の集束性向上及び界面接着強度向上と複合成形体の機械的強度向上との観点から、0.1~2質量%が好ましく、より好ましくは0.1~1質量%、更に好ましくは0.2~0.5質量%である。
ガラス繊維用の集束剤における結束剤の配合量は、ガラス繊維の集束性制御及び界面接着強度向上と複合成形体の機械的強度向上との観点から、好ましくは1~25質量%、より好ましくは3~15質量%、更に好ましくは3~10質量%である。
ガラス繊維用の集束剤は、使用態様に応じて、水溶液、コロイダルディスパージョンの形態、乳化剤を用いたエマルジョンの形態等、いずれの形態に調整してもよいが、集束剤の分散安定性向上、耐熱性向上の観点から、水溶液の形態とすることが好ましい。
本発明の布及び連続繊維強化樹脂複合材料を構成する連続強化繊維としてのガラス繊維は、上述した集束剤を、公知のガラス繊維の製造工程において、ローラー型アプリケーター等の公知の方法を用いて、ガラス繊維に付与して製造したガラス繊維を乾燥することによって連続的に得られる。
集束剤は、ガラス繊維100質量%に対し、シランカップリング剤、潤滑剤及び結束剤の合計質量として、好ましくは0.1~3質量%、より好ましくは0.2~2質量%、更に好ましくは0.2~1質量%付与する。
ガラス繊維の集束性制御と界面接着強度向上の観点から、集束剤の付与量が、ガラス繊維100質量%に対し、シランカップリング剤、潤滑剤及び結束剤の合計質量として0.1質量%以上であることが好ましく、エアスプライサーによる繋ぎ糸の引張り破断強度向上と混繊工程における開繊性向上の観点から3質量%以下であることが好ましい。
連続強化繊維は複数本の強化繊維からなるマルチフィラメントであり、単糸数は、混繊工程における開繊性、及び取扱い性の観点から30~15,000本であることが好ましい。連続強化繊維の単糸径は、強度の観点、及び、取り扱い性の観点から2~30μmであることが好ましく、4~25μmであることがより好ましく、6~20μmであることが更に好ましく、8~15μmであることが最も好ましい。
本発明の布を構成する熱可塑性樹脂は1種類のみを用いてもよいし、複数種を併用しても構わない。耐熱性の観点から2種類以上の熱可塑性樹脂を含んでいることが好ましい。熱可塑性樹脂は少なくとも連続強化繊維の糸束の隙間に含浸されているものと、布に含まれる連続強化繊維を構成する経糸と緯糸との交点を固定しているものがある。それとは別に、繊維形態をしているものや、連続強化繊維束を被覆しているものがあってもよく、樹脂量の調整容易さの観点から繊維形態をしているものを含むことが好ましい。繊維形態の熱可塑性樹脂を含む場合、繊維形態の熱可塑性樹脂の融点よりも低い融点を有している熱可塑性樹脂が、連続強化繊維の糸束の隙間に含浸していることが好ましい。
熱可塑性樹脂は、従来公知の複合糸に用いるものを使用することができる。
熱可塑性樹脂は、以下に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂;ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド46等のポリアミド系樹脂;ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂;ポリオキシメチレン等のポリアセタール系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルグリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール等のポリエーテル系樹脂;ポリエーテルスルフォン;ポリフェニレンサルファイド;熱可塑性ポリエーテルイミド;テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体等の熱可塑性フッ素系樹脂;ポリウレタン系樹脂;アクリル系樹脂及びこれらを変性させた変性熱可塑性樹脂が挙げられる。
ポリエステル系樹脂とは、主鎖に-CO-O-(エステル)結合を有する高分子化合物を意味する。
ポリエステル系樹脂としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリ-1,4-シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリエチレン-2,6-ナフタレンジカルボキシレート等が挙げられる。
共重合ポリエステルの場合、ホモポリエステルに適宜第3成分を共重合させたものが好ましく、第3成分としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、ポリアルキレングリコール等のジオール成分、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、イソフタル酸、5-ナトリウムスルホイソフタル酸等のジカルボン酸成分等が挙げられる。
ポリアミド系樹脂とは、主鎖に-CO-NH-(アミド)結合を有する高分子化合物を意味する。例えば、脂肪族系ポリアミド、芳香族系ポリアミド、全芳香族系ポリアミド等があげられるが、強化繊維との親和性の観点が高く強化繊維による補強効果が得られやすいという観点から脂肪族系ポリアミドが好ましい。
ポリアミド系樹脂としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ラクタムの開環重合で得られるポリアミド、ω-アミノカルボン酸の自己縮合で得られるポリアミド、ジアミン及びジカルボン酸を縮合することで得られるポリアミド、並びにこれらの共重合体が挙げられる。
ポリアミド系樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上の混合物として用いてもよい。
本発明に用いられる熱可塑性樹脂繊維は実質的に無撚りであり、かつ、実質的に無交絡であることが、仮撚工程、混繊工程における開繊性向上の観点から好ましい。実質的に無撚りとは、解舒等に伴う意図しない撚り以外の撚りが入っていない状態を意味し、撚り数が10回/m以下のことである。実質的に無交絡とは、流体交絡等通常の交絡手段による意図的な交絡が取扱い性を維持する最低限の回数である状態を意味し、交絡数が5回/m以下のことである。
熱可塑性樹脂繊維の単糸数は、混繊工程における開繊性、及び取扱い性の観点から30~20,000本であることが好ましい。
連続強化繊維と熱可塑性樹脂繊維とを混繊する方法は公知の方法を利用できる。例えば、静電気力や流体噴霧による圧力、ローラー等に押し付ける圧力等による外力によって開繊した後、連続強化繊維と熱可塑性樹脂繊維を開繊したままの状態で合糸及び引き揃える開繊合糸法、流体交絡(インターレース)法が挙げられる。連続強化繊維の損傷が抑制でき、開繊性に優れ、均一に混合可能な流体交絡法が好ましく使用される。流体交絡法としては、例えば、特許文献1に記載されている方法が好ましく使用される。原料となる強化繊維束の太さ、本数を適宜調整し、あわせて製造条件も調整すればよい。
本発明の布は、連続強化繊維等からなる布に熱可塑性樹脂を添加することで製造する。なお、本発明の布の製造方法は、以下に限定されるものではなく、種々の方法を適用することができる。
添加する熱可塑性樹脂の形態は、以下に限定されるものではないが、例えば、熱可塑性樹脂エマルジョン、水溶性の熱可塑性樹脂、微粒子状の熱可塑性樹脂がある。熱可塑性樹脂エマルジョン、水溶性の熱可塑性樹脂は、任意の形に賦形させた布に添加し、乾燥させることで、布をその形に保時できるため好ましく、含浸性、取扱いの観点から、熱可塑性樹脂エマルジョンがより好ましい。
熱可塑性樹脂エマルジョンとしては、例えば、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン11、ナイロン12、キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂(好ましくは、ポリキシリレンアジパミド、ポリキシリレンセバカミド)、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、及びこれらの共重合体の粉体をノニオン系、カチオン系、アニオン系又はこれらの混合物である界面活性剤を添加して乳化分散したものが挙げられる。
例えば連続強化繊維が織物、編み物、レース、フィルム又は一方向に引き揃えられた連続強化繊維同士が任意の角度を持って重ねられたものを、好ましくは連続強化繊維と熱可塑性樹脂繊維が混繊された糸からなる織物を、好ましくは熱可塑性樹脂エマルジョンに浸漬する。この時、粒子径の小さい熱可塑性エマルジョン樹脂が連続強化繊維の隙間に含浸する。次いでこの布を乾燥することにより、熱可塑性樹脂が連続強化繊維の経糸と緯糸との交点で固化し、交点の一部が固定される。
本発明の連続繊維強化樹脂複合材料とは、少なくとも連続強化繊維と熱可塑性樹脂から構成される成形体であり、繊維の乱れの少なさ、含浸性、強度の観点から上述した布から構成される成形体であることが好ましい。
本発明における連続繊維強化樹脂複合材料中の連続強化繊維の乱れ度は1.2以下であることが好ましい。本発明における強化繊維乱れ度は図1に示すように、連続強化繊維の長手方向における任意の箇所の直線長さをL、長さLにおける強化繊維束一本の長さをl(l=l1+l2+l3+l4)としたとき、数2のように表される。本発明における連続繊維強化樹脂複合材料中の連続強化繊維の乱れ度の測定は、成形体の写真を、パソコン上で画像解析し、任意の20箇所で長さLとlを求め、平均することで測定することができる。
連続繊維強化樹脂複合材料における熱可塑性樹脂の未含浸率は、連続繊維強化樹脂複合材料の断面における、空隙の割合により求める。具体的には連続繊維強化樹脂複合材料を任意の位置で切断し、エポキシ樹脂等に包埋、研磨した後に光学顕微鏡観察を行うことで得られた画像を、解析ソフトにより画像解析することによって計算する。本発明の連続繊維強化樹脂複合材料の未含浸率は、強度、外観の観点から、2%以下が好ましく、1%以下がより好ましく、0.5%以下が更に好ましく、0.1%以下が最も好ましい。
連続繊維強化樹脂複合材料は、上述した布を構成材料として製造することができる。上述した布は連続強化繊維を構成している経糸と緯糸との交点が固定されており、連続強化繊維の糸束の隙間に樹脂が予め含浸しているため、上述した布を構成材料として連続繊維強化樹脂複合材料を製造することで、繊維乱れが少なく、含浸性に優れ、強度に優れる連続繊維強化樹脂複合材料が得られる。なお、連続繊維強化樹脂複合材料の製造方法は以下に限定されるものではなく、種々の方法を適用することができる。
保圧時間を長く、例えば5秒以上、好ましくは10秒以上、より好ましくは金型温度が熱可塑性樹脂組成物の融点以下になるまでの間の時間保持することは、界面強度を高める観点から好ましい。
ハイブリッド成形体を製造するために用いる射出成形用の熱可塑性樹脂組成物としては、一般の射出成形に使用される熱可塑性樹脂組成物であれば特に限定されない。
熱可塑性樹脂組成物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、スチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、全芳香族ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルサルフォン、ポリアミド系樹脂、ポリサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン等の一種又は二種以上を混合した樹脂組成物が挙げられる。
各種充填材としては、強化繊維と同種の材料の不連続強化材料である短繊維、長繊維材料等が挙げられる。
不連続強化材料にガラス短繊維、長繊維を用いる場合には、本発明の布が具備する強化繊維と同様に集束剤を用いてもよい。
集束剤は、シランカップリング剤、潤滑剤、及び結束剤からなることが好ましい。シランカップリング剤、潤滑剤、結束剤の種類に関しては、前述の強化繊維の集束剤と同様のものが使用できる。
連続繊維強化樹脂複合材料は、航空機、車、建設材料等の構造材料用途に好適に使用することができる。
車用途においては、以下に限定されるものではないが、例えば、シャーシ/フレーム、足回り、駆動系部品、内装部品、外装部品、機能部品、その他部品に使用できる。
布の表面をマイクロスコープにより観察し、得られた画像から、連続強化繊維を構成している経糸と緯糸との交点の数に対する熱可塑性樹脂により固定されている交点の数の割合を求めた。
布の任意の位置から5断面を切り出し、1断面につき任意の位置4箇所、合計20箇所において、マイクロスコープにより連続強化繊維の糸束の隙間に熱可塑性樹脂が含浸しているかを観察し、連続強化繊維の糸束の隙間のうち、熱可塑性樹脂が占有している割合の中央値が50%未満のものをD、50%以上60%未満のものをC、60%以上70%未満のものをB、70%以上95%以下のものをAとして含浸割合の評価を行った。
成形体の写真を、パソコンに取り込み、ImageJにより画像解析し、図1に示すように成形体の任意の20箇所における連続強化繊維の長手方向の直線長さ(L)中の連続強化繊維の長さlを求めて平均し繊維乱れ度とした。
成形体の断面を切り出し、エポキシ樹脂に包埋し、連続強化繊維が破損しないように注意しながら研磨を行った。マイクロスコープにより観察し、得られた画像から、繊維束、熱可塑性樹脂、空隙のそれぞれの占有面積を求め、全体の面積に対する空隙の面積の割合により算出した。
布を10cm×10cmに切断した際に、布から繊維が脱離した本数が4本以下のものをA、5本以上8本以下のものをB、9本以上のものをCとした。
ポリアミド樹脂繊維A:レオナ(登録商標)470/144BAU(旭化成せんい(株)製)、繊度470dtex、単糸数144本レオナ(融点265℃)を使用した。
ポリアミド樹脂繊維B:ポリアミド樹脂繊維Aと同様のプロセスで繊度115dtex、単糸数34本(融点265℃)のものを用意した。
(ガラス繊維)
下記集束剤aを1.0質量%付着させた、繊度685dtexで単糸数400本のガラス繊維を製造した。巻き取り形態はヤーンであり、平均単糸径は9μmとした。
(集束剤aの組成(固形分換算)):
・シランカップリング剤:γ-アミノプロピルトリエトキシシラン0.6質量%〔商品名:KBE-903(信越化学工業(株)製)〕
・潤滑剤:ワックス0.1質量%〔商品名:カルナウバワックス((株)加藤洋行製)〕
・結束剤:アクリル酸/マレイン酸共重合体塩5質量%〔商品名:アクアリックTL(日本触媒(株)製)〕
ポリビニルピロリドンを2.8質量%付着させた、繊度8000dtexで単糸数12000本の炭素繊維を製造した。
レピア織機(織幅2m)を用い、熱可塑性樹脂繊維Aを経糸、緯糸として用いて製織することで製造した。
レピア織機(織幅2m)を用い、実施例1~8、10~13、比較例1、2で製造した複合糸を経糸、緯糸として用いて製織を行った。
レピア織機(織幅2m)を用い、ガラス繊維を経糸、緯糸として用いて製織することで製造した。
(ポリアミドエマルジョン)
商品名:セポルジョンPA200、融点120℃(住友精化株式会社)
商品名:セポルジョンNE205、融点140℃(住友精化株式会社)
商品名:Hydrosize PA845、融点153℃(丸芳マイケルマン株式会社)
(水溶性ポリアミド)
商品名:AQナイロン P-70(東レ株式会社)
商品名:AQナイロン P-95(東レ株式会社)
(ポリウレタンエマルジョン)
商品名:ボンディック 1310NE(DIC株式会社)
実施例1~13、比較例2で製造した布の前駆体を縦19.5cm、横9.5cmに切り出した。これを30質量%に調整した熱可塑性樹脂水溶液10gに浸漬し、その後80℃の熱風循環乾燥機で1時間乾燥した。
(布の圧縮成形工程)
成形機は、最大型締め力50トンの油圧成形機(株式会社ショージ)を使用した。
平板型の連続繊維強化樹脂複合材料(縦200mm、横100mm、肉厚2mm)を得るための金型を準備した。
織物を金型形状に合わせて切断し、所定枚数重ね、金型内に設置した。
成形機内温度を330℃に加熱し、織物を設置した金型を投入し、次いで型締め力5MPaで型締めし、圧縮成形を行った。成形時間はポリアミド66の融点である265℃に達してから1分とし、金型を急冷したのちに金型を開放し、成形体を取り出した。成形中の最大温度は274℃であった。
ガラス繊維2束、熱可塑性樹脂繊維A2束を合糸及び引き揃えた後、流体交絡ノズルに実質的に垂直に供給し、下記条件で流体交絡させて、複合糸を得た。
・ガラス繊維はケーキ形態から転がし取りを行った。
・ヒートセット:引き揃える直前に、加熱部1m、240℃のヒーターにより、ポリアミド繊維のヒートセットを行った。
・ポリアミド繊維はヒートセットにより縮むため、オーバーフィード量を調整した。
・強化繊維は伸縮率が小さく糸揺れが起こりやすいため、糸揺れを低減させるように糸道を調整した。
・流体交絡ノズル:京セラ KC-AJI-L(1.5mm径、推進型)
・空気圧:2kg/cm2
・加工速度:100m/分
・室内の雰囲気は25℃、湿度50%に調整した。
・巻き取り部分は乾燥空気を流して、ポリアミドが吸湿するのを防止した。
得られた複合糸で上述の通り織物を製造し、表1に示す通りの熱可塑性樹脂を添加して布を製造した。
添加する熱可塑性樹脂を表1に示す通りにした以外は実施例1と同様にして布を得た。
浸漬する熱可塑性樹脂水溶液の濃度を10質量%とした以外は実施例1と同様にして布を得た。
使用する連続強化繊維を炭素繊維とした以外は実施例1と同様にして布を得た。
巻板用巻替え装置(Factory-Automation Electronics Inc.)を用い、アルミ枠(29cm×29cm)にガラス繊維を227m、ピッチ数0.512mmで巻き付けて引き揃えた。引き揃えたガラス繊維2組を互いが直行するように重ね、10質量%に調整した熱可塑性樹脂エマルジョン9.15gを塗布し、80℃の熱風循環乾燥機で1時間乾燥した。その後、引き揃えたガラス繊維を縦19.5cm、横9.5cmにはさみで切り、縦19.5cm、横9.5cmに切ったPA布帛で挟むことで布を製造した。
使用する熱可塑性樹脂を熱可塑性樹脂繊維B(8束)にした以外は実施例1と同様にして布を得た。
織物をガラスクロスにした以外は実施例1と同様にして布を得た。
縦19.5cm、横9.5cmのガラスクロスに10質量%に調整した熱可塑性樹脂エマルジョン5.23gを塗布し、80℃の熱風循環乾燥機で1時間乾燥した。その後、縦19.5cm、横9.5cmに切ったPA布帛で挟むことで布を製造した。
ガラス繊維を、30質量%に調整した熱可塑性樹脂エマルジョン2Lに連続的に供給し、80℃の熱風循環乾燥機で1時間乾燥することで、ガラス繊維に熱可塑性樹脂を付着させた。この時熱可塑性樹脂はガラス繊維に対して35質量%の割合で付着した。その後上述の通り製織し、織物とした。得られた織物の異なるガラス繊維の交点を2本撚りにしたポリアミド繊維によりスティッチングして固定し、布を得た。
熱可塑性樹脂を添加しないこと以外は実施例1と同様にして布を得た。
ガラス繊維を、30質量%に調整した熱可塑性樹脂エマルジョン2Lに連続的に供給し、80℃の熱風循環乾燥機で1時間乾燥することで、ガラス繊維に熱可塑性樹脂を付着させた。この時熱可塑性樹脂はガラス繊維に対して35質量%の割合で付着した。その後上述の通り製織し、布を得た。
メタキシリレンアジパミド樹脂(三菱瓦礫化学製、グレードS6001)を30mmφのスクリューを有する単軸押し出し機にて溶融押し出しし、60穴のダイからストランド状に押し出し、ロールに巻き取りながら延伸し、回巻体に巻き取った熱可塑性樹脂繊維束を得た。溶融温度は樹脂の融点+15℃である、252℃とした。メタキシリレンアジパミド樹脂繊維束をガラス繊維と混繊し、得られた混繊糸をPA布帛に1方向に配列し、2本撚りにしたポリアミド繊維により、混繊糸をPA布帛にスティッチングして固定し、布を得た。
巻板用巻替え装置(Factory-Automation Electronics Inc.)を用い、アルミ枠(29cm×29cm)にガラス繊維を227m、ピッチ数0.242mmで巻き付けて引き揃えた。引き揃えたガラス繊維に10質量%に調整した熱可塑性樹脂エマルジョン9.15gを塗布し、80℃の熱風循環乾燥機で1時間乾燥した。その後、引き揃えたガラス繊維を縦19.5cm、横9.5cmにはさみで切り、縦19.5cm、横9.5cmに切ったPA布帛で挟むことで一方向材を製造した。
Claims (8)
- 少なくとも連続強化繊維と熱可塑性樹脂とを含む布であって、前記連続強化繊維は経糸と緯糸とから構成され、前記熱可塑性樹脂が2種類以上であり、前記連続強化繊維の糸束の隙間に前記熱可塑性樹脂が含浸し、かつ前記経糸と前記緯糸とにより形成される交点が前記熱可塑性樹脂で固定されている布であって、前記含浸している熱可塑性樹脂および前記固定している熱可塑性樹脂が熱可塑性樹脂エマルジョンまたは微粒子状の熱可塑性樹脂の形態であり、前記連続強化繊維の経糸と緯糸との交点において、前記熱可塑性樹脂が塊状で固化している状態であって、交点においてのみ自由度のない状態である、布。
- 前記熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である請求項1記載の布。
- 前記連続強化繊維がガラス繊維、炭素繊維又は植物繊維である請求項1又は2記載の布。
- 前記布が織物である請求項1~3いずれか1項記載の布。
- 前記熱可塑性樹脂が少なくとも熱可塑性樹脂繊維を含む請求項1~4いずれか1項記載の布。
- 前記熱可塑性樹脂繊維の融点よりも低い融点を有する熱可塑性樹脂を含む請求項5記載の布。
- 前記熱可塑性樹脂繊維と前記連続強化繊維とが混繊されている請求項5又は6記載の布。
- 請求項1~7いずれか1項記載の布の製造方法であって、前記経糸と緯糸とから構成される連続強化繊維を、熱可塑性樹脂エマルジョンに浸漬させる工程を含む布の製造方法であって、前記連続強化繊維が布を構成している布の製造方法。
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