JPH01282364A - 集束された補強用繊維及び短繊維チップの製造法 - 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） 本発明は集束された補強用繊維及び短繊維チップの製造
法に関する。更に詳しくは、繊維強化成形材料の補強剤
として好適な集束性と優れた均一分散性を有する集束さ
れた補強用繊維及び短繊維チップの製造法に関する。

（従来の技術〕 近年、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の補強用
繊維を各種マトリックス樹脂中に混合、分散させてなる
繊維強化成形材料は工業的に重要な材料とて注目されて
いる。特にアラミド繊維、中でもポリ−パラフェニレン
テレフタルアミドに代表されるバラ配向芳香族ポリアミ
ド繊維は、その優れた特性、例えば高強度、高モジュラ
ス、高い耐衝撃性、高い耐摩耗特性などを有しているこ
とから、繊維強化成形材料用としての幅広い用途が期待
される。

一般に、強化用の繊維を各種熱可塑性樹脂に混合、分散
させて繊維強化成形材料を得るには、繊維をあらかじめ
糊剤等で集束させた後、１〜１０鶴に切断して短繊維チ
ップとし、これを熱可塑性。

樹脂のベレット又はパウダーとともに押出機中で溶融混
練する方法がとられている。

しかしながら、その際、短繊維チップの集束性が不十分
であると、熱可塑性樹脂中に均一に分散させることが出
来ない上に、作業性も低下する。

従って、かかる短繊維チップにおいては、十分な集束性
が要求され、通常繊維の集束性を高めるために、繊維束
を集束剤により処理する方法が用いられる。例えば集束
剤として通常繊維強化成形材料に用いられるマトリック
ス樹脂と同じ種類の樹脂、例えばポリオレフィン、ポリ
エステル、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂などを用い、これらの樹脂を溶媒に溶解
して繊維束に付着させる方法（特開昭５３−１０６７５
２号公り　１あるいは、界面活性剤で表面処理されたポ
リアミド樹脂粒状体で集束させる方法（特開昭６１−２
５４６２９号公報）が採用されている。

しかしながら、前記方法によっては、集束のために十分
な樹脂を、繊維束に均一に付着させることは難かしく、
集束性及び作業性に優れた短繊維チップを得ることは出
来ない。特に繊維束がパラ配向芳香族ポリアミド繊維の
場合にあっては、均一な付着が困難な上に、繊維自体が
屈曲性に冨んだ高強度繊維であるため、集束させた繊維
束から短繊維チップ状に切断成形する過程で、チップの
開繊が生じる。かかる短繊維チップでは、例えば、スク
リュウフィーダー、ホッパーフィーダー、テーブルフィ
ーダーなどを用いて、マトリックス樹脂中へ供給する場
合、短繊維チップが供給工程中に機械的混合やかきまぜ
作用を受けるために、チップの開繊が更に進み、順調な
供給が阻害され、供給工程での詰りの原因となる。この
ように従来の方法においては、繊維強化成形材料中の繊
維量を一定にかつ均一にコントロールすることができず
、又、押出機で連続的に短繊維チップとマトリックス樹
脂とを混練して、ストランド状の成形材料を押出そうと
する場合、一定の押出し速度が得られず、ストランド切
れが多発し、生産性が著しく低下するという欠点を有す
る。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、繊維強化成形材料を従来の方法で製造する際
に生じる欠点、即ち、短繊維チップの開繊によって引き
起こされる供給工程でのトラブルや作業性の低下、及び
マトリックス樹脂への均一な分散が困難であることを克
服し、短繊維チップ成形時にチップの開繊の生じない集
束繊維を効率よく製造する方法を提供すること、及び供
給工程でトラブルを生じないように、集束性が優れ、か
つマトリックス樹脂中への均一な分散性が得られ、それ
によって高い物性を有する繊維強化成形材料を製造する
ことができる短繊維チップを提供することを目的とする
。

（問題点を解決するための手段） 本発明者は、上記の問題点を克服して、本発明の目的を
達成するために、補強用繊維への集束剤の付与方法につ
き鋭意研究を進めた結果、集束剤の付与に先立って、予
め特定の無機粒子を付着せしめることによって補強用繊
維の単糸間に集束剤が効率よく、且つ均一に付与できる
こと、及び得られた補強用繊維及び短繊維チップは、マ
トリックス樹脂に対する分散性に極めて優れたものであ
ることを見い出し、本発明を完成するに至ったものであ
る。

即ち、本発明は、繊維束に集束剤を付与して補強用繊維
ストランド及び短繊維チップを製造する方法において、
集束剤を付与するに先立って、繊維束に予め一次粒子の
平均径が２０μｍ以下の無機微粒子を付着せしめた後、
集束剤を付与することを特徴とする集束された補強用繊
維及び短繊維チップの製造法である。

本発明に用いられる補強用繊維とは、ガラス繊維、ポリ
アクリロニトリル繊維を焼成して得られる炭素繊維、ピ
ッチ系炭素繊維、アルミナ、窒化ホウ素、窒化ケイ素等
からなるセラミックス繊維及びバラ配向芳香族ポリアミ
ド繊維等である。特にバラ配向芳香族ポリアミド繊維は
、屈曲性に冨んだ高強度繊維であり、集束剤の均一付与
、マトリックス樹脂への均一分散性に劣るものであるが
、本発明法は、かかるバラ配向芳香族ポリアミド繊維に
対して特に優れた効果を発揮する。

ここで言う、バラ配向芳香族ポリアミド繊維とは、ポリ
−パラフェニレンテレフタルアミド及びその −ＮＨ＋ＮＨ−単位又は／及び−ＣＯ−ζＤトｃｏ−単
位の１０モル％以下が、それぞれ他の芳香族ジアミノ残
基又は／及び他の芳香族ジカルボキシル残基と置換した
コポリアミド又は−Ｎ　Ｈ＋Ｎ　Ｈ−及び−ｃｏ　−（
）−ｃｏ−及び−ＮＨ＋Ｃｏ　−の単位より成るコポリ
アミド及びこれらの２種以上の混合物からなる繊維をい
い、具体的には、ポリ−パラベンズアミド、ポリ−パラ
フェニレンテレフタルアミド。ポリ−４，４′　　−ジ
アミノベンズアニリドテレフタルアミド、ポリ−パラフ
ェニレン−２，６−ナックリックアミド、コポリ−パラ
フェニレン／４．　４’　　（３，３’　　−ジメチル
ビフェニレン）テレフタルアミド、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
ルアミド等々からなる繊維があげられる。

本発明においては、上述の繊維束に集束剤を付与するに
先立って、予め一次粒子の平均径が２０μｍ以下の無機
微粒子を付着せしめることが肝要である。

繊維強化成形材料を得るには、熱可塑性樹脂のペレット
又はパウダーとともに集束された短繊維チップを押出機
中で溶融混練する方法がとられる。

その際、短繊維チップにおいて各単糸間に集束剤が均一
に含有されてない場合には、押出機中で’ｌ１ＪＩれ、
ばらけ等が起り、作業性が著しく低下するうえマトリッ
クスである熱可塑性樹脂中に均一に分散することが出来
ない。これを防ぐ為には、補強用繊維の単糸間に均一に
集束剤を含有せしめることが重要である。本発明におい
ては集束剤を付与するに先立って、繊維束に無機微粒子
を付着せしめることによって、単糸間に空隙を成形でき
ることから集束剤を各単糸間に均一に含有せしめること
が出来る結果、極めて優れた集束性を示し、更にマトリ
ックスである樹脂への均一分散が可能となる。

本発明において繊維束に付着せしめられる無機粒子の径
は、−成粒子の平均径が２０μｍ以下であることが必要
である。過大な粒子を用いた場合には集束剤の含有は容
易とはなるが、得られる繊維強化成形材料の性能を低下
させる場合があり好ましくない。一方、粒子径が小さす
ぎる場合には集束剤の含有比率が低下することとなるが
、集束性の点では特に支障をきたすものではなく、通常
は数１０μｍのものまでも使用することが出来る。作業
性、集束剤の含有効率等の点からは通常０、１〜１５μ
ｍの範囲のものが最も好ましく用いられる。

本発明に用いられる無機微粒子としては、例えば珪酸ア
ルミニウム、硅酸マグネシウム、グラファイト、シリカ
、マイカ等が好適であり、これらの無機微粒子は単一成
分で使用してもよく、また、２種以上併用してもよい。

かかる微粒子を繊維束に付着せしめるには、乾燥した繊
維束に噴霧する方法、槽内に堆積させた微粒子層中に繊
維束を導く方法、あるいは、かがる微粒子を水などの分
散媒に分散させた浴中に繊維束を導き、その後乾燥する
方法等いずれであってもよい。

無機微粒子の繊維束への付着量は、繊維重量を基準とし
て０．１〜１０重量％であるのが好ましい。

付着量が少なすぎると後で行われる集束剤の含浸の効果
が減少する。一方多過ぎると得られる成形材料の物性を
低下させることがあるので好ましくない。

本発明においては、上述のように無機微粒子を付着せし
めた繊維束に集束剤が付与される。集束剤は特に限定さ
れるものではないが、通常の場合は成形材料に使用され
る樹脂と同じ種類の樹脂、例えばポリオレフィン、ポリ
エステル、ポリアミド、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂、あるいは高耐熱性の熱可塑性樹脂とし
て芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレン
サルファイド、芳香族ポリエーテルケトン、芳香族ポリ
エーテルイミド等々があげられる。

かかる集束剤は、通常は溶媒に溶解した溶液あるいは分
散液として付与されるが、例えば融液として付与するこ
とも出来る。繊維に対する集束剤の付与量は、乾燥繊維
重量を基準として０．１〜５０重量％、好ましくは０．
５〜３０重量％の範囲の量で用いられることが多いが、
特にこれに限定されるものではなく必要に応じて適宜決
定されればよい。

集束剤を付与する具体的な方法は、特に限定されるもの
ではな（通常汎用的に行なわれている方法によればよい
。例えば、集束剤の溶液あるいは分散液を、ロールコー
タ−等で塗布する方法、浸漬、噴霧した後、絞りロール
、絞りノズル等を通して集束剤を調整する方法等があげ
られる。このような方法によって得られた集束された繊
維束は必要に応じて溶媒、分散媒の除去、あるいは付与
された集束剤を一旦加熱して集束性を高めさせること等
も行なわれてよい。

また、短繊維チップは、上記のようにして得られた集束
された繊維を、公知の手段によって好適な長さに切断す
ることによって容易に得ることができる。

繊維強化成形材料は、例えば本発明の方法によって得ら
れた短繊維チップとマトリックス樹脂とを、それぞれ単
独で、あるいはトライブレンド物の形態で押出機に供給
し、溶融混練した後、ストランド状に押出された混練物
を水冷して、２〜８鶴の長さに切断することによって得
られる。この成形材料には充填剤として、例えばガラス
、炭酸カルシウム、マイカ、金属酸化物、カーボンブラ
ックなどの粉末状やフレーク状の添加剤などを必要に応
じて併用することができる。

また、前記繊維強化成形材料に用いられるマトリックス
樹脂としては、公知の樹脂、例えばポリブチレンテレフ
タレート樹脂やポリエチレンテレフタレート樹脂のよう
な熱可塑性飽和ポリエステル樹脂、ポリオレフィン系樹
脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリスルホ
ン樹脂、スチレン系樹脂、塩化ビニル樹脂などの熱可塑
性樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂
、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、あるい
は高耐熱性の熱可塑性樹脂しして、芳香族ポリエーテル
エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、芳香族
ポリエーテルケトン、芳香族ポリエーテルイミド等々が
あげられる。

なお、本発明の集束された繊維は、短繊維チップとする
ことなく、そのままの形態で、例えばコンクリート等の
補強機、ケーブル、光フアイバー用のテンションメンバ
ー等としても有用であり、高強度、寸法安定性等の特性
を大いに発揮するものである。

（実施例） 以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ ポリ−パラフェニレンテレフタルアミドからなる単糸繊
度１．４２デニールの繊維３０００本からなる繊維束（
デュポン社製　ケブラー４９）をパッケージから引き出
し、１対のネルソンロール上をＩｏｎピッチで１５回捲
きつけた後、ワインダーで５０ｍ／分の速度で捲きとっ
た。この際ネルソンロール上で、平均粒子径が３μｍの
ケイ酸マグネシウム粉末（タルク）を吹き付けた。得ら
れた繊維束には、繊維重量に対して１．８重量％のタル
クが付着した。

このようにして捲きとられたタルクの付着した繊維束を
、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリンとの縮合生成
物であるエポキシ樹脂（チバガイギー社製、アラルダイ
トスタンダード）液に通した後、１．２φの絞りノズル
を通して引き取り、１３０℃で２分間加熱して集束され
た繊維束を得た。得られた繊維束にはエポキシ樹脂が繊
維重量に対して２２．４重量％付与さ耗た。

この繊維束の断面観察を行った結果、各単糸間にはエポ
キシ樹脂がよく充填されていることが認められた。

この繊維束をチップカッターにより長さ５１１に切断し
、短繊維チップを得た。この短繊維チップ１５重量％と
ナイロン６６樹脂ペレット８５重量部とを■型ミキサー
でトライブレンドした。

このトライブレンド物をスクリュウフィダー付きの二軸
押出機で混練、押出しして得られたストランドをペレタ
イズし、ＰＰＴＡ繊維強化成形材料を製造した。本実施
例では、二軸押出機を６時間連続して運転したが、スク
リュウフィダーでの繊維の開繊による供給停止や押し出
されたストランドの切断などのトラブルは全く発生しな
かった。

このようにして得られた繊維強化成形材料を射出成形し
て得たダンベル型の試験片の引張強度は１１３７　ｋｇ
　／　ｃｔ＆　、曲げ強度は１８３５ｋｇ／ｃＪ、ｒｚ
ｏｄ衝？値は４．８　ｋｇ−印／　ｃｍであった。

比較例１ 繊維束にタルクを付着させなかった以外は全〈実施例１
と同じにして集束された繊維束を得た。

この繊維束をチップカッターにて５鰭に切断した際、短
繊維チップの割れが発生した。

実施例１と同様にしてＰＰＴＡ繊維強化成形材料を製造
したが、その際、スクリュウフィーダーの供給ホッパー
中でブリッジを形成して供給が不安定となった。又押出
したストランドの切断は無かったものの、押出し状態は
不安定で一定の太さのストランドは得られなかった。こ
のストランドをペレタイズし、実施例１と同じ繊維比率
として射出成形して得られた試験片の引張強度は、８９
０ｋｇ／ｃｏ！、曲げ強度１６３０ｋｇ／　Ｃｌ１ｌ、
　Ｉｚｏｄｉ撃値は３．５ｋｇ−ｃｎ　／　ｃｆｆｉで
あり、本発明法による短繊維チップを用いたものに比較
していずれも劣ったものであった。

実施例２〜５及び比較例２ 実施例１と同じ方法にて各種の無機微粒子を繊維束に付
着させ、集束された繊維及び短繊維チップ（長さはいず
れも３１１）を製造した。またこの短繊維チップを用い
て実施例１と同時に繊維の比率が３０重重篤となるよう
にマトリックス樹脂と配合し繊維強化成形用ペレットを
製造し、ついで試験片を作成して物性を測定した。その
結果を第１表に示す。

以下余白 （発明の効果） 本発明法によれば、集束された補強用繊維を得る際に、
集束剤が各単糸間に均一に充填されることによって集束
性は極めて優れたものであり、繊維束の割れや毛羽立ち
等の発生のない高品位のものが得られる。また、本発明
法によって得られた短繊維チップは、集束性はもとより
、チップとしての流動性にも優れ、繊維強化成形材料を
製造する場合、押出機等の供給ホッパー内での流動性に
優れる結果、連続して安定に製造できるため生産性が大
巾に向上する。

また、マトリックス樹脂に対する均一分散性に優れるこ
とにより優れた力学的性質を有する成形品を得ることが
できる。

特許出願人　　旭化成工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維束に集束剤を付与して補強用繊維ストランド及び短
   繊維チップを製造する方法において、集束剤を付与する
   に先立つて、繊維束に予め一次粒子の平均径が２０μｍ
   以下の無機微粒子を付着せしめた後、集束剤を付与する
   ことを特徴とする集束された補強用繊維及び短繊維チッ
   プの製造法