JPH01168916A - 樹脂強化用繊維 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繊維強化樹脂の成型に有用な樹脂強化用繊維
に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

一般に繊維強化樹脂（以下ＦＲＰという）用の樹脂マト
リックスとしては、ナイロン、ポリオレフィン等の熱硬
化性樹脂、エポキシ、不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬
化性樹脂を挙げることができる。

また、樹脂補強用繊維としては、従来から主としてガラ
ス繊維が用いられてきたが、最近ではポリエステル系繊
維、ポリアミド系繊維等の有機合成繊維をガラス繊維と
共に使用することでガラス繊維の剛性及び有機合成繊維
の弾性が相乗的に効果をあられし、成型された樹脂製品
に対し各種物理性能の向上が認められ、更に有機合成繊
維とガラス繊維の比重の差がそのままＦＲＰ成聾品の軽
量化にもつながることがあきらかとなった。

ここで、樹脂マトリックスのような有機ポリマーと、ガ
ラス繊維、有機合成繊維のような異種材料を結合、させ
ようとする時には、両者の親和性が複合成型品の性能を
大きく左右する。

ポリエステル繊維と樹脂マトリックスの親和性は極めて
低（、接着不良を発生しやすいという欠点がある。

そこで、ポリエステル繊維と樹脂マトリックスとの接着
性を向上させるため多くの研究がなされ、繊維に被膜材
を付与して両者の界面の物理的性質及び化学的性質を変
化させ親和性を高めることが提案されている。

例えば特開昭５４−５５０７７号公報には、合成ゴムラ
テックスをポリエステル繊維に付与し加熱して重合体の
被膜をポリエステル繊維表面に形成した後樹脂マ）　Ｉ
Ｊラックス接着する方法が示されている。

また、特開昭６１−１９８７９号公報には、有機官能性
シランをポリエステル繊維表面に付着させる方法も示さ
れている。

しかしながら、これらの表面処理を行なうことによって
、確かにポリエステル繊維と樹脂マトリックスとの親和
性はかなり改善するが親和性、すなわち繊維・樹脂間の
接着性の向上はまだ充分とはいえず、ＦＲＰ成型品の曲
げ強度、曲げ弾性率等の物理的な性能の点及び表面の凹
凸、歪み等の外観形状の点で改良が望まれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、樹脂−ｒ　）　ＩＪラックスの親和性を高め
、良好な接着性を付与してＦＲＰ成型品の性能、特に耐
衝撃性を向上させる樹脂強化用繊維を提供することにあ
り、又ＦＲＰ、成型品の物理的、化学的性能のみならず
、外観の美しさ、軽量化を達成し５る樹脂強化用繊維を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、単繊維繊度が１．０〜１０．０デニール、強
度が５〜１０Ｐ／デニール、伸度が９〜１４％、湧水収
縮率が０．５〜８．０％であるポリエステル繊維であっ
て、下記（１）〜（４）の少な（とも１つの条件を満足
していることを特徴とする樹脂強化用繊維にある。

（１）　　繊維断面が同一デニール円形断面での周長よ
り長い周長の異型断面である。

（２）　　繊維の長さ方向に表面凹凸または太さ斑を有
する。

（３）　　繊維の断面での中空率が５〜２５％である。

（４）繊維にエポキシアクリレート樹脂が０．２〜８．
０重量％付着している。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明におけるポリエステル繊維としては、単繊維デニ
ールが１．０〜１０．０デニール、好ましくは１．０〜
５．０デニールのミルド７アイイく−、カットファイバ
ー、フィラメント糸等があげられるが、これらに限定さ
れるものではない。

ポリエステル繊維の単繊維デニールは、ＦＲＰ成型品に
充分な物理的及び化学的性能を与えるため、更に製造工
程での樹脂マ）　ＩＪラックスの混合分散性が良好で、
かつこの混合作業中に受ける機械的な引張り応力に耐え
るものでなくてはならないので、１．０デニ一ル以上で
あることが必要である。

また、樹脂マトリックスとポリエステル繊維とはその界
面物質によって親和性を有している、つまり接着性を持
りているのであるから、ポリエステル繊維の単位体積当
りの接着面積は広ければ広いほど接着強度は大となる。

単繊維デニールが１０．０デニールを超える繊維の場合
、繊維の単位体積すなわち重量あたりの樹脂マトリック
スとの接着面積の低下が大きくなりすぎ、良好な接着性
を維持することができない。例えば単繊維デニール１．
０デニールで長さｌ０ＩＩＥの繊維と単繊維デニール１
０．θデニールで長さ１゜冨富の繊維とを比較してみる
と、前者ではポリエステル繊維は１！あたりの接着面積
が３，４×１０ｇ−であるのに対し、後者の接着面積は
０．９×１０　Ｈ２と約４　に減少してしまう。

更にポリエステル繊維の繊維性能のＦＲＰ成型品に及ぼ
す影響また製糸工程等について検討すると、強度、伸度
については単繊維のデニール当り５！未満の強度、１４
％を超える伸度では、ＦＲＰ成凰品に充分な強力、特に
耐衝撃性を与えることが困難となる。逆にデニール当り
１０Ｊ’を超える強力のポリエステル繊維は、ＦＲＰ成
型品には充分な性能を与えることができるが、製糸工程
での安定性の低下、製造コストアップの問題が発生し好
ましくない。

ここで強度と伸度は表裏の関係があり、強度向上を計れ
ば伸度が低下するため、この製造時の安定性低下の問題
は、伸度９％未満の繊維に於ても同様に発生する。

例えば、強度がデニール当り１０ｇ、伸度が７％のポリ
エステル繊維を実験的に製造し、樹脂強化材料として供
し、ＦＲＰ成型品の性能を評価したところ、強度向上に
みありただけの性能の向上は望めないことが明らかであ
り、必要　□とされる強度の上限はデニール当り１０Ｐ
、伸度の下限は９％とすることが望ましい。

次に洪水収縮率の適正範囲について述べる。

これはＦＲＰ成型品に及ぼす影響が大きいファクターで
ある。

例えば洪水収縮率が８．０％であるポリエステル繊維を
補強材料として用いた不飽和ポリエステル樹脂の１４０
℃金型成型でのＦＲＰ成型品の金型寸法に対する収縮率
は０．２％であるが、洪水収縮率が８．４％あるいは８
．８％であるポリエステル繊維を用い、同様にして得た
Ｆ’ＲＰ成型品の収縮率はそれぞれ０．３６％、０．４
％と急激に増加し、ＦＲＰ成型品にクラックを起こす原
因となる。また、洪水収縮率が０．５％未満のポリエス
テル繊維を用いると、曲げ強度が１．１’Ｑ／ｗｘ”と
グラスファイバーを用いたＦＲＰ成型品の６．７　ｋｇ
／ｗｘ”に較ぺ隆以下と非常に低い値を示す。この原因
は洪水収縮率を０．５％未満にするためには繊維製造時
に２３０℃付近以上の高温度を受け、収縮を止めるため
に熱脆化が起こるためである。

ここでポリエステル繊維の表面形態に着目すると、既に
単繊維デニールが接着性に及ぼす影響について言及した
が、全く同様の理由でポリエステル繊維の繊維断面での
周長が、円形断面周長より大である異形断面であること
が非常に有利である。

特に繊維が第１図に示す四葉屋、第２図に示す三葉型の
如（突起部を有する異形断面の場合には、樹脂マトリッ
クスとの混合の段階で、突起同志が障害となり、単繊維
が従来−船釣に用いられている第３図に示される如き丸
断面繊維に較べひきそろいにくくなってポリエステル繊
維の分散性が向上するというメリットも太きい。

更に接着強度は樹脂マトリックスとポリエステル繊維の
摩擦応力にも影響される。繊維の長さ方向に表面凹凸ま
たは太さ斑を有する繊維においては、表面凹凸または太
さ斑を有さない繊維に比較し、樹脂に拘束される力が大
となり、本来持っている接着強度以上の引張りに対する
強力が得られる。

次に繊維の断面での中空部分の占める割合、即ち中空率
について述べる。

５〜２５％の中空率の範囲では、中空率は高ければ高い
ほどＦＲＰ成型品の軽量化を計ることが可能となる。ま
たＦＲＰ成型品中に常に微量の空気を抱え持たせること
ができるため、耐衝撃性の向上にも寄与する。しかしな
がら２５％を超える高い中空率を有する繊維では、強力
の点で満足できるＦＲＰ成型品を得ることは難しい。ま
た混合分散時に受ける機械的応力によりＦＲＰ成型品中
では中空部分が完全につぶれてしまい、抱え持った空気
によりショックの緩和は期待できない。また５％未満の
中空率を有する繊維においては軽量化、ショックの緩和
の効果は生じない。

最後に本発明では、樹脂マトリックスから補強用繊維に
応力を伝達する役目をする界面物質としてエポキシアク
リレート樹脂を用いるものである。エポキシアクリレー
ト樹脂はその取り扱い易さもさることながら、樹脂マト
リックスと補強用ポリエステル繊維の親和性を著しく向
上させ、従来の合成ゴムラテックスに比べ２．３倍、有
機官能性シランに比べると２．７倍の接着強度を得るこ
とができる。

ポリエステル繊維への付着量は０．２〜８．０重量％の
範囲が好ましく、０．２重量％未満では充分な親和性が
得られず、又８．０重量％を超えるとＦＲＰ成型品の性
能が向上せず、付着斑の発生も目立って来る。

し実施例〕 以下、本発明を実施例により説明する。

実施例１ 樹脂強化用ポリエステル繊維の表面形態がＦＲＰ成型品
に及ぼす影響について明らかにするため、第１表にあげ
た数種の繊維、断面の異なる繊維を用いてＦＲＰ成型品
の評価を行った。

ここでポリエステル繊維と樹脂マトリックスとの界面親
和性を向上させるため、ポリエステル繊維の表面にポリ
エステル系接着剤を塗布し被膜を形成させた。塗付量は
それぞれの繊維に対して１．５重量％とじた。

第　　１　　表 ＊　但し、外周長、外形はタイプＩ、■と同じタイプＩ
は樹脂強化用に用いられている従来の繊維、タイプ■は
刺しゅう糸に用いられる従来の低伸度、低収縮繊維、タ
イプＩ、　　ＩＶ、　　Ｖは本発明に係る樹脂強化用ポ
リエステル繊維である。

上記ポリエステル繊維とグラスファイバー（直径１１μ
ｍ、長さｈインチ）を全重量の２０％の割合で樹脂マト
リックスに充填し、ＦＲＰ成型品の試験片を作製した。

ポリエステル繊維とグラスファイバーの配合比は重量比
で１＝１とした。

樹脂マトリックスの不飽和ポリエステルバルクモールデ
ィングコンパウンドの処方は以下の通りである。

グラスファイバー１０重量％、ポリエステル繊維（長さ
４インチ）１０重量％、残余はスチレンモノマーに溶解
（固型分６５％）されたイノフタル酸系不飽和ポリエス
テル樹脂２１．２重量％、スチレンモノマーに溶解（固
型分３５％）されたスチレン樹脂１７．３重量％、触媒
０．４重量％、炭酸カルシウム３８．４重量％及び離型
剤２．７重量％である。成形は６’Ｘ　６’平板コンプ
レツシヨン成形を温度１４０℃、硬化時間３分、圧力１
０５に９／α２で行い、得られた平板から測定用試料を
切り出し物性評価を実施した。第２表にＦＲＰ成型品の
主たる性能を示す。

曲げ強度、引張強度及びアイゾツト衝撃強度の測定はＪ
　Ｉ　Ｓ−に−６９１１に準拠して行なった。

第　　２　　表 対照品はポリエステル繊維を混用せず、グラスファイバ
ーのみを充填した成形品である。

第２表よりポリエステル繊維をグラスファイバーと複合
化して使用した成型品は、対照品と比較すると、曲げ強
度、引張強度では及ばないが、アイゾツト衝撃強度では
総体的に良好な結果を示していることから、耐衝撃性が
重視される分野では、この繊維の複合化ｊま有効である
ことが明らかである。

次に第２表に示したタイプｌとタイプ■を比較してみる
と、タイプ■では対照品にも劣る衝撃強度の値をとって
おり、繊維強度の不足は樹脂強化用繊維としては不向き
であることが判る。

更に繊維の伸度、湧水収縮率と言う物理的性能に関して
も実験を試みたところ、伸度では９〜１４％、湧水収縮
率では０．５〜４％であるポリエステル繊維を用いると
最もＦＲＰ成型品の性能が良好であることが確認された
。

ここで繊維の物理性能では、ＦＲＰ成凰用として満足す
る繊維断面形状の異なるタイプしＩＶ、　　Ｖに着目し
てみると、この３タイプの繊維は、強度的にはタイプｌ
とタイプ■の中間にありながら、衝撃強度ではタイプｌ
の１．２〜１．５倍、対照品と比較すると１．９〜２．
４倍とはるかに高い値を示す。これは樹脂マトリックス
と繊維との接着性に起因するものであると考え、それぞ
れのタイプの繊維について剥離強度の測定を行なりた。

結果を第３表に示す。

剥離強度の測定はＡＳＴＭ　Ｄ−９５０−５４に準拠し
て行なった。

第　　３　　表 第３表より本発明に係るタイプ置−■はタイプＩ、■に
比較し、非常に良好な接着性を有していることがわかる
。

更にタイプ厘〜Ｖの剥離強度と第２表の衝撃強度を比較
してみると、略々比例の関係にあることが、即ち同重量
の繊維であれば接着面積の増加が、そのまま衝撃強度の
向上につながることが明らかになった。

実施例２ ポリエステル繊維として実施例１で用いたタイプＩの繊
維を用い、各種界面物質による接着性を測定した結果を
第４表に示す。

剥離強度の測定は実施例１と同様にして行なった。

第　　４　　表 ここでＮｌＸ１は固型分４７重量％のクロスレン５Ａ−
２２（式日薬品工業社製、カルボキシル基変性スチレン
ブタジェンラバーラテックス）を水で稀釈したラテック
ス、ＮｌＸ２はγ−グリシドキシプロビルトリメトキシ
シラン０．１重量％をＰＯＥ（９−１０）オクチルフェ
ノール（８４，９重量％）及び水（１５重量％）で稀釈
したもの、１’％３．４Ｈ本発明で用いるエポキシアク
リレート樹脂である。

以上の通り、本発明で用いる界面物質宛３及び−４によ
れば、樹脂マトリックスとポリエステル繊維の接着性を
飛躇的に向上させることができる。

〔発明の効果〕

本発明による繊維の使用により、樹脂マトリックスとの
親和性に優れ、良好な接着性が確保されるものであり、
ポリエステル繊維単独使用で、或いはガラス繊維等無機
繊維との併用により、ＦＲＰ成型品の性能、特に耐衝撃
性を向上せしめ、又ＦＲＰ成型品の外観向上、軽量化を
達成しうるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る繊維をマトリックス樹
脂に充填した状態を示す断面図、第３図は通常の九円断
面の繊維をマトリックス樹脂に充填した状態を示す断面
図である。 （１）・・・繊維、　（２）・・・マトリックス樹脂叶
ｆ図　　　　　　青２図 ＋３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 単繊維繊度が１．０〜１０．０デニール、強度がデニー
   ル当り５〜１０ｇ、伸度が９〜１４％、沸水収縮率が０
   ．５〜８．０％であるポリエステル繊維であって、下記
   （１）〜（４）の少なくとも１つの条件を満足している
   ことを特徴とする樹脂強化用繊維。 （１）繊維断面が同一デニール円形断面での周長より長
   い周長の異型断面である。 （２）繊維の長さ方向に表面凹凸または太さ斑を有する
   。 （３）繊維の断面での中空率が５〜２５％である。 （４）繊維にエポキシアクリレート樹脂が０．２〜８．
   ０重量％付着している。