JPH02173122A - 熱可塑性コンポジット用前駆体 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は、補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維と
を混繊した糸条体から構成される、熱可塑性コンポジッ
トの成形用の前駆体に関するものである。

［従来の技術および発明が解決しようとする課題］補強
用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維とを混合した熱可塑
性コンポジット用前駆体は、特開昭６０−２０９０３４
号公報および特開昭６１−１３０３４５号公報などに開
示されているように、通常熱可塑性有機連続繊維として
、いわゆる延伸糸が使用されており、これらの従来の前
駆体は、十分な糸強力および適度な伸度を有している。

しかしながら、これらの従来の前駆体を用いて成形した
場合、長平方向のマトリックス量の斑、含浸不足および
含浸斑などの欠点を生じ、得られた成形体は強靭性に欠
けるという問題があった。

また、表面状態の優れた成形体を得ることができないと
いう問題もあった。

この発明の目的は、軽；かつ強靭で、表面平滑性にも優
れた熱可塑性コンポジットの成形に有用な熱可塑性コン
ポジット用前駆体を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、・上記問題を解決するため鋭意研究を重
ねた結果、上記問題は成形時における補強用連続繊維と
熱可塑性有機連続繊維との熱収縮挙動の差が起因するこ
とを見出し、この発明をなすに至ったものである。

すなわち、この発明は、補強用連続繊維と、熱可塑性有
機連続繊維とを混繊し、混繊度を１０％以上とし、昇温
最高熱収縮率を１５％以下とした糸条体から構成されて
いることを特徴としている。

［発明の作用効果］ 補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維とが混繊された
熱可塑性コンポジット用前駆体は、ヒートブレス成形等
を施すことにより、複雑な曲面の成形品を製造すること
ができる。また、プルトルージョン法、フィラメントワ
インディング法などにも用いられている。

いずれの製造工程においても、熱可塑性コンポジット前
駆体を加熱し、熱可塑性有機連続繊維を溶融させて補強
用連続繊維に十分含浸させる必要がある。その際、補強
用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維との熱挙動、特に熱
収縮挙動に差がある場合、溶融直前または溶融時に、側
繊維が分離あるいは切断（溶断）を生じ、良好な含浸を
得ることができない。

この発明では、昇温最高熱収縮率が１５％以下の糸条体
から構成されるため、補強用連続繊維と熱可塑性有機連
続繊維との混繊の状態が乱れることなく溶融でき、その
結果補強用連続繊維に良好な状態で樹脂を含浸すること
かできる。また、補強用連続繊維自体の昇温最高熱収縮
率と熱可塑性ｒｆ機連続繊維自体の昇温最高熱収縮率と
の差は小さいことが望ましい。補強用連続繊維として、
ガラス繊維やカーボン繊維などの昇温最高熱収縮率が小
さい繊維を用いた場合には、熱可塑性有機連続繊維の昇
’／Ｈ最高熱収縮率を１５％以下にすることが必要にな
る。

この明細書で、昇１ｇ最高熱収縮率とは、ＪＩＳＬ−１
０１３の乾熱収縮率Ｂ法によりＡｌ１１定される値であ
る。すなわち、試料を加熱する温度を変化させて、加熱
温度に対して乾熱収縮率をプロットし、最高値を昇温最
高熱収縮率とする。ＪＩＳＬ−１０１３に規定されてい
る乾熱収縮率Ｂ法は、以下のような方法である。なお、
加熱温度は±１℃の範囲内に制御する。

試料に初荷重をかけ、正しく５００ｍｍを計って２点を
打ち、初荷重をとり、これを所定の加熱温度の乾燥機中
に吊下げ、３０分間放置後取出し、室温まで冷却した後
、再び初荷重をかけ、２点間の長さを計り、次の式によ
り算出する。試験回数は５回とし、その平均値で表わす
。

乾熱収縮率（％）−ヌ射”−Ｘ１００ ＳＯ０ ここで話は２点間の長さ（ｍｍ）を示す。

一般に、結晶化度が１５％以下の熱可塑性有機連続繊維
、たとえばポリエチレンテレフタレート繊維の場合には
、約１００℃付近に昇温最高熱収縮率を有する場合が多
い。一方、結晶化度が１５％を越える場合には、繊維の
融点付近に昇温最高熱収縮率を有する場合が多い。

昇温最高熱収縮率か１５９６を越えると、加熱、溶融時
に、補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維との間にた
るみなどを生じ、側繊維の混合状態が悪くなり、含浸性
の低い、含浸斑のある成形品しか得られない。

補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維とを混繊する手
段としては、気体を吹付ける方法、電気開繊法、ラッピ
ング法など、いずれの手段でもよいが、その混繊度は１
０％以上であることが好ましい。この明細書でいう混繊
率は、次式で定義されるものである。

二二でＮは補強用連続繊維の総本数を示し、ＮｃＸは補
強用連続繊維がいくつかの群（グループ）に分割されて
いるときのそのグループの個数を示し、Ｘは群の中にお
ける特定な１個の群内のフィラメント数を示している。

上記の式において、１００Ｘ　（Ｎ−Ｘ）／　（Ｎ−１
）は、混繊状態を意味し、Ｘが小さいほど混繊状態が良
好である。また、Ｎ　ｃ　Ｘ　／　Ｎ　／　Ｘは、重み
である。

混繊度が１０％以上であれば、溶融時の補強用連続繊維
中への含浸が短時間に行なわれる。これに対して、混繊
度が１０％未満になると、含浸に時間がかかり不経済で
あり、また含浸が不十分になるため、成形品における機
械的特性が低下する。

この発明の熱可塑性コンポジット用前駆体は、糸条体そ
のものであってもよい１糸条体から構成した帯状、編物
、織物、積層体などの形態であってもよい。特に好まし
くは、多軸に積層一体化した布帛状の前駆体である。多
軸に積層一体化とは、互いに異なった角度に１軸配向し
て引き揃えられた糸の複数層を積層し一体化することで
あり、たとえば２軸に直交した糸の層を積層したものや
、０°／４５°／９０°／−４５°の４つの配向した糸
の層を積層したものなどが挙げられる。多軸に積層一体
化した布帛状の前駆体を用いれば、種々の曲面を有する
成形品を成形する場合にも変形が容易となる。

この明細書において、糸条体とは、多数本の連続した単
糸から構成された糸を意味する。多軸に積層一体化した
布帛状のものとしては、編物、あるいは１軸配向糸状層
が多軸をなすように積層−体化された編布などが挙げら
れる。布帛状の前駆体は、糸が直線的に配列しているた
め、平織物等に比べてそれだけ有効に補強効果を発揮す
ることができる。また前駆体に深絞り加工等を行なう場
合、層間の糸軸が容易に変角したり、層内の糸間隔を拡
げる自由度かあるため、賦形加工が容易であるという長
所を有する。

この発明で用いられる補強用連続繊維の典型例としては
、カーボン繊維、ガラス繊維、およびアラミド繊維など
が挙げられる。

この発明で用いられる熱可塑性有機連続繊維としては、
ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系
繊維、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンテレ
フタレートなどのポリエステル繊維、ナイロン６やナイ
ロン６６などのポリアミド繊維、ポリフェニレンサルフ
ァイド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、ポリエ
ーテルケトン繊維、ポリエーテルケトンケトン繊維など
が挙げられる。しかしながら、この発明で用いられる熱
可塑性有機連続繊維は上記の繊維に限定されるわけでは
ない。

この発明において、補強用連続繊維と熱可塑性有機連続
繊維との混繊比率は、特に限定されるわけではないが、
補強用連続繊維の体積分率（Ｖｆ）で２０％〜８０％の
範囲が好ましい。

また、熱可塑性有機連続繊維としては、結晶化度が１０
％以下である結晶性高分子が望ましい。

ここで結晶化度は、たとえば浮沈法で密度を測定し、既
知の結晶部密度および非晶部密度から算出することがで
きる。ポリエチレンテレフタレート繊維の場合、ＣＣＱ
、４　Ｃ６Ｈ４（ＣＨ２）２を用いて浮沈法で密度をＡ
ｐ１定し、結晶部の密度を１゜４４５ｇ／ｃｍ３とし、
非晶部の密度を１，３３５ｇ／ｃｍ３として、体積分率
を算出して用いる。

熱可塑性有機連続繊維の結晶化度が１０％を越えると、
溶融時の溶融エネルギが大きくなり、熱量を多く与える
必要が生じるので不経済となる。

［実施例］ 実施例１ 単糸の直径１２μｍの表面処理がなされているＥガラス
繊維の５２５０デニールの連続糸１本と、単糸の直径１
８μｍのポリエチレンテレフタレート維の２２７０デニ
ールの連続糸１本とをラスラン法で混繊し、混繊糸とし
た。なお、Ｅガラス繊維の体積分率（Ｖｆ）は６０９６
であった。混繊条件は、ポリエチレンテレフタレート繊
維をガラス繊維に対して０．３％のオーバフィードで供
給し、流体圧力は５ｋｇ／ｃｍ２、混繊加工速度は１０
０ｍ／ｍｉｎであった。得られた混繊糸を引き揃えて東
ね金型に入れ、２６５℃に加熱し、２６５℃、５５ｋｇ
／ｃｍ２て、２分間加圧し、加圧状態で５分後に４０°
Ｃになるように急冷した。

得られた成形体は、幅１５ｍｍ、長さ１２０ｍｍ。

厚さ３　ｒｏ　ｍの一方向強化された平板であった。得
られた平板について曲げ特性、層間剥離強度、アイゾツ
ト衝撃強度および溶融エネルギをｍｌ定し、表１に示し
た。曲げ強度、曲げ弾性率および層間剥離強度は、それ
ぞれＪ　Ｉｓ−に−７０５５、ＪＩｓ−に−７０５６お
よびＪ　Ｉ　Ｓ−に−７０５７に準拠して測定した。溶
融エネルギは、示差走査熱量計（理学電機製ＤＳＣ−１
０Ａ）を用い、昇温速度２０℃／分、試料ｆｆｉ　１０
　ｍ　ｇでアルゴン気流下に測定したΔＨ（ｃａｌ／ｇ
）の値を用いた。

実施例２ ポリエチレンテレフタレート繊維の昇温最高熱収縮率が
１５％である以外は、実施例］と同様にして一方向強化
の平板を作製し、特性を測定した。

結果を表１に併せて示す。

比較例１ ポリエチレンテレフタレート繊維の昇温最高熱収縮率が
２５％である以外は、実施例１と同様の方法で、一方向
強化の平板を作製し、特性を測定した。結果を表１に併
せて示す。

比較例２ 前駆体の混繊度が５％である以外は、実施例１と同様に
して一方向強化の平板を作製し、特性を測定した。結果
を表１に併せて示す。

実施例３ ポリエチレンテレフタレート繊維の結晶化度が１５２６
である以外は、実施例１と同様にして一方向強化の平板
を作製し、特性を測定した。結果を表１に併せて示す。

実施例４ 実施例１と同様の方法で得られた混繊糸を１層に引き揃
えて、２５０℃、３０ｋｇ／ｃｍ２で２分間プレス腰一
方向プリプレグを作製した。この一方向プリプレグを０
’、９０”の方向に交互に２６枚積層して、］　０００
ｍｍＸ１００ｍの大きさに切り（目付６ｇ／ｍ２）　、
１００ｍｍＸ１００　ｍ　ｍの金型の中で２６５℃で５
５　ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ２て２分間加圧を行ない、加圧
状態で５分後に４０°Ｃになるように急冷し、幅１００
ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ３ｍｍの２軸方向強化積層
板を作製した。この積層板の特性を測定し、表１に合わ
せて示す。なお、実施例４〜６において曲げ特性は０°
方向について測定した。

実施例５ 実施例４で得られた一方向ブリブレグを０’／４５°／
９０°／−４５°の４軸に交互に２６枚積層して成形し
た４軸強化積層板を作製した。この４軸強化積層板の特
性を測定し、表１に併せて４クシた。

実施例６ 実施例１と同様の方法で得られた混繊糸を平織物にしく
目付２３０．８ｇ／ｍ２）　、その織物を２６層重ねて
実施例４と同様の方法で織物強化平板を得た。得られた
平板の特性を測定し、表１に併せて示した。

（以下余白） 表１から明らかなように、この発明に従う実施例１およ
び２は、比較例１および２に比べ、いずれも優れた機械
的強度を示し、強靭性において優れていることか明らか
となった。また、成形品の表面の平滑性においても、実
施例１および２は比較例１および２に比べ優れていた。

結晶化度が１５％と高い熱可塑性有機連続繊維を用いた
実施例３では、溶融エネルギが実施例１および２に比べ
高くなることが確認された。

実施例４〜６について、シート状物を２７０℃、５分間
予熱し、３ｃｍの半径を持つ球面金型で、２６５℃、５
５ｋｇ／ａｍ２て２分間加圧を行ない、加圧状態で５分
後に４０℃になるよう急冷し成形加工を試みた。この結
果、実施例４および５は実施例６に比べて半径３ｃｍの
球面がきれいに成形された。このことから、平織物の前
駆体よりも、多軸に積層一体化した布帛状の前駆体を用
いた方が、複雑な形状の成形性においては優れているこ
とか確認された。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維とを混繊
   し、明細書中に規定する混繊度を１０％以上とし、明細
   書中に規定する昇温最高熱収縮率を１５％以下とした糸
   条体から構成されていることを特徴とする、熱可塑性コ
   ンポジット用前駆体。