JPH02203901A - 集束された補強用繊維又は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又は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
れた補強用繊維又は短繊維チップの製造法に関する。

（従来技術及びその問題点） 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して注目され
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パ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、１〜１０ｍｍに切断して短繊維
チップとし、これを熱可塑性樹脂のペレット又はパウダ
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号公報）、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
屈曲性に富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、千ノブの
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）・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
状れが多発し、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課題） 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
。

（課題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
め特定の有機耐熱性樹脂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
・ンプは、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
ストランド又は短繊維チ・ンブ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１００μｍ以下の有機耐熱性樹脂粒子を付着
せしめたのち、集束剤を付与することを特徴とする集束
された補強用繊維又は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パラ配向芳香族ポリアミ
ド繊維等である。特にパ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、かかるパ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。

ここに言うバラ配向芳香族ポリアミドとは、アミド結合
（−Ｃ−Ｎ−）によって、パラ位に２価　　Ｈ の結合手が位置する芳香族基が連結されてなるポリアミ
ド及びコポリアミドをいい、該芳香族基は、具体的には
、２価の結合手が１，４−フェニレン（パラフェニレン
）や４，４′−ヒフェニレン、１４ナフチレンの如く、
芳香族環より同軸的に反対方向に、また１、５−ナフチ
レンや２，６−ナフチレンの如く、平行軸的に反対方向
に配置されているような芳香族基を意味する。ごれらの
芳香族基には、メチル基やエチル基等の低級アルキル基
やメトキシ基、工ｌ・キシ基、クロル基等のへロケン基
等が１個又は２個以上含まれていてもよい。これらのパ
ラ配向芳香族ポリアミドの具体的な例としては、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′　−ジアミノヘンズアニリドテ
レフタルアミト、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があげられ、かかるポ
リマーからなる繊維が本発明に用いられる。

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１００μｍ以下の有
機耐熱性樹脂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
に含有されていない場合には、押出機中で割れ、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。

これを防く為には、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、繊維束に有機耐熱性樹脂微
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。

有機耐熱性樹脂である必要性は、無機粒子では溶融混練
の際、押出機等の金属を摩耗させること、また、得られ
た成形材料においても同様の問題を生じるからである。

更に、一般に無機粒子はその比重が大きく、成形材料中
での分散か好ましくない。また、耐熱性樹脂である必要
性は、マトリックス樹脂より低い温度で溶融あるいは容
易に熱変形する粒子であっては、単糸間に有効な空隙を
形成することができず、本発明の目的を達し得ないこと
となるからである。

ここに言う有機耐熱性樹脂とは、１８０°Ｃ以上の熱変
形温度を有する熱可塑性又は熱硬化性樹脂をいい、具体
的には、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルエーテル
ケトン、ポリスルホン、芳香族ポリエステル（特に液晶
性芳香族ポリエステルは好ましく用いられる）等の熱可
塑性樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ビスマレイ
ミド等々の熱硬化性樹脂、あるいは芳香族ポリアミド、
芳香族ポリアミドイミド、芳香族ポリイミド等々の樹脂
をあげることができる。

これらの有機耐熱性樹脂のうち、特に、芳香族ポリアミ
ド（中でも、前述のパラ配向芳香族ポリアミドば好まし
い）、芳香族ポリアミドイミド、芳香族ポリイミド及び
ビスマレイミドは、耐熱性以外に、耐薬品性、寸法安定
性等に優れるため、本発明において特に好ましく用いら
れるものである。

本発明において用いられる上述の有機耐熱性樹脂の粒子
の粒子径は、−成粒子の平均径が１００μｍ以下である
ことが必要である。

平均径が１００μＷ以上の粒子では、単糸間への集束剤
の含有は容易となるが、付着率が少なく均一性に劣った
結果を与える。また、得られる成形材料の力学的性能の
低下を招く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、含浸性及び集束性の点では、特に支障をきたすこ
のではなく、通常０．１μｍ以下のものまでも使用する
ことができる。作業性、集束剤の含有効率等の点からは
、通常０，１〜８０μｍの範囲のものが、更には２〜５
０μｍの範囲のものが最も好ましく用いられる。本発明
において、かかる粒子の形状は特に限定されるものでは
なく、球状、円柱状あるいは不定形のいずれの形状であ
ってもよい。かかる有機耐熱性樹脂粒子は、相当する樹
脂を、例えば機械的粉砕等の物理的手段で、あるいは、
かかる樹脂の希薄溶液を沈澱剤に撹拌投入する方法等で
得ることができる。

かかる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、槽内に堆積させた粒子層中に繊維束
を導く方法、あるいは、かかる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。

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、上述のように有機耐熱性樹脂粒子を
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、ポリアセタール樹脂、
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
重量を基準しとして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
ではなく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髄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。

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
を充分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。

参考例 撹拌機を備えた重合器中のＮ−メチル−２−ピロリドン
２５０ｋｇに塩化リヂウム８．５　ｋｇ及びパラフェニ
レンジアミン１０．８ｋｇを加えて溶解し、ついで粉末
状のテレフタル酸クロライド２０．３ｋｇを一度に投入
して重合を行った。投入後約３分で撹拌か困難となった
ので撹拌を停止し、そのまま３０分間放置したのち、チ
ーズ状に固化した重合固化ドープを得た。

ついでこの重合固化ドープを水と共にヘンシェルミキサ
ー内に入れ、３０分間撹拌し粉砕を行った。このヘンシ
ェルミキサーには、器壁との間隔が５　ｍｍとなる位置
に竪型のプレートが備えつけである。粉砕操作を終了後
、内容物を取出しポリマー粒子を水洗し、ついで乾燥し
た。得られた乾燥粒子をジェットミル型粉砕機に投入し
て粉砕を行い、分級して、平均粒子径がそれぞれ１１μ
ｍ、３７μｍのポリ−パラフェニレンテレフタルアミド
の粒子を得た。

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１０ｍｍピッチで１５回
捲きつけた後、ワイングーで、５０ｍ／分の速度で捲き
とった。その際、ネルソンロール上で、上記、参考例で
得られた平均径１１μｍのポリ−パラフェニレンテレフ
タルアミド粒子を吹き付けた。得られた繊維束には、繊
維重量に対して１．８重量％の粒子が付着していた。

このようにして捲きとられたポリ−バラフェニレンテレ
フタルアミド粒子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（チハガイキー社製、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°Ｃ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％付与された。

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５鵬に切断し、
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ダ
イズし、ポリ−パラフェニレンテレフタルアミド繊維強
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１２４１ｋｇ／
ｃＪ、曲げ強度は１９０５ｋｇ／ｃｆｆｌ、Ｉｚｏｄ衝
撃値は４．８　ｋｇ　−ｃｍ／ｃｍであった。

比較例１ 繊維束にポリ−バラフェニレンテレフタルアミド粒子を
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５Ｍに切断した際、短
繊維チップの割れが発生した。

実施例１と全く同様にして繊維強化成形材料を製造した
が、その際、スクリュウフィ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、８９０ｋｇ
／ｃＪ、曲げ強度１６３０ｋｇ／　ｃ＋ｆｌ、　Ｉｚｏ
ｄ衝撃値は３．５　ｋｇ　・ｃｍ　／Ｃｍ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と同じポリ−パラフェニレンテレフタルアミド
からなる繊維束を、第１のネルソンロールに捲きつけて
引き出し、ついで、押えガイドによって堆積された粒子
層中を引き通す様に設置された処理槽を通して、第２の
ネルソンロールで引き取り、ワイングーにて２０ｍ／分
の速度で捲取った。

この際、処理槽内には第１表に示す種々の有機耐熱性樹
脂粒子を充填した。このようにして粒子の付着した繊維
束に、第１表に示す集束剤を付与し、集束された繊維ス
トランド及び短繊維チップ（長さはいずれも３柵）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重量％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。

いずれの処理においても、成形性及び成形品物性に優れ
るものであることが認められた。

以下余白 ＬＪ　　フ 悼 ヌマ 実施例６ ポリ−バラフェニレンテレフタルアミド繊維を、カーボ
ン繊維束（旭カーボンファイバー社製、ハイカーボロン
６Ｋ）に変えた以外は全〈実施例１と同じくして、短繊
維チップ及び成形材料試験片を得た。得られた短繊維チ
ップは割れの発生もなく、分散性に優れるものであった
。また、試験片による物性測定の結果、引張強度は、１
１３７ｋｇ／ａｆｌ、曲げ強度は２８７０ｋｇ／　ｃｌ
ｌｌ、　Ｉｚｏｄ衝撃値は３．９　ｋｇ　−ｃｍ／　ｃ
ｍであり、極めて優れた強化材料であることが認められ
た。

（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又は短
   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１００μ
   ｍ以下の有機耐熱性樹脂粒子を付着せしめたのち、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又
   は短繊維チップの製造法