JPH03161547A - フイブリル化したポリベンゾオキサゾール系繊維からなる複合材料用基材の製造法 - 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、複合材料の補強材として用いられるフィブリ
ル化したポリベンゾオキサヅール系繊維の製造法に関す
る。

〔従来技術〕

工業的に実用化されている複合材料用基材には、ガラス
繊維、アラミド繊維、炭素繊維等があり、スポーツ用品
、航空機、自動車、船舶等の分野に使用されている。ま
た、航空機・宇宙産業等に代表されるような先端複合材
料分野では、複合材料の強度、弾性率、耐熱性、耐衝撃
性、耐疲労性等をさらに向上させるために、これら従来
の素材だけでなく、新しい素材の研究も行なわれている
。

このような状況にあって、強度、弾性率、耐熱性等に優
れ、かつ軽量である複素環式芳香族系繊維は、先端複合
材料用基材として期待されている。

中でも、ポリベンゾオキサゾール系繊維は、高強度とい
う点で優れている．ポリベンゾオキサゾール系繊維の製
造方法は、特表昭６１−５０１４５２号公報に複素環式
芳香族系繊維の一例として開示されている． その複合材料用の表面処理は、米国特許第４．５８１，
４３７号明細書に特定の酸素雰囲気下で熱処理する方法
があり、また、公知ではないが、先に本発明者がプラズ
マ表面処理をベースとした方法を提案している． 一般に複合材料では、基材とマトリックスとの接着性の
良否が、両者からなる複合材料の強度、弾性率、耐疲労
性及び耐水性などの物性に大きく影響する。従って、複
合材料のこれらの物性を改良するためには、基材とマト
リックスとの接着性を向上させることがきわめて重要で
ある。

しかしながら、ポリベンゾオキサゾール系繊鳶は、熱硬
化性樹脂に対する接着性が悪いので、１較的接着性の良
いエポキシ樹脂に対する接着性七さらに向上する研究が
行なわれている。しかも、従来技術はすべて化学的な表
面処理であり、確ノに接着性は向上するが、複合材料と
しての物性く著しく改良するところまでには至っていな
い。

〔発明が解決しようとする課題〕

そこで、本発明者は、複合材料の強度、耐水セ及び耐疲
労性などの物性を向上させるために、Ｊリベンゾオキサ
ゾール系繊維からなる複合材料月基材の製造法について
鋭意検討を重ねた結果、ｌ発明を完威するに至った。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、ポリベンゾオキサゾール系繊維Ｘｔその加工
品を機械的加工することによってフィフリル化すること
を特徴とする複合材料用基材の紮造法、である． 本発明の方法により得られる基材は、熱硬化例樹脂、熱
可塑性樹脂及び無機材料などをマトリックスとする複合
材料において顕著な効果を発揮する。

本発明に用いるポリベンゾオキサゾール系繊維（以下、
ＰＢＯｔａ維という）は、下記の構造式■．ＩＩ．　　
ＩＩＩで示される繰り返し単位の１種以上を有し、かつ
これらの繰り返し単位が全体の８０重量％以上を占める
重合体及びこれらの共重合体からなる繊維であり、周知
の方法で重合、紡糸して得ることができるが、高強度、
高弾性率の繊維で、フィプリル化しやすいという点で、
特表昭６１−５０１４５２号公報に記載の方法であるこ
とが好ましい。また、本発明においては、高強度、高弾
性率という点で、下記の構造式、■又は■を生成分とし
たＰＢＯ繊維が好ましく用いられる。

ポリベンゾオキサゾールの構造式 本発明に用いる上記繊維の加工品は、織布、一方向に引
き揃えられたもの（以下ＩＪＤシートという及び編物、
チョップドストランドなどが挙げられる．また、加工品
は２種以上のＰＢＯ繊維から構或されていてもよく、Ｐ
［ｉ０繊維以外の複合材用補強材、例えば炭素繊維、ガ
ラス繊維、アル短ナ繊維アラミド系繊維及び複素環式芳
香族系繊維などが含まれていてもよい。しかしながら、
軽くて強いというＰＢＯ繊維の特徴を生かすという点で
、ＰＲＯ繊維以外の補強材の含有量は基材に対して３０
％以下であることが好ましい。

本発明は、ＰＢＯＷ４維又はその加工品を機械的加工に
よって、フィブリル化を行なう．フィブリル化すること
によって、基材とマトリックスとの接着面積が増大し、
同時に繊維のバラヶが起こるので、基材中へのマトリッ
クスの含漫がしやすくなり、接着性を向上することがで
きる。

フィプリル化するための機械的加工の方法は、繊維又は
その加工品の形態によって、以下に示す方法の中から、
適宜選択することができ、しかも、２種類以上を組合せ
て行なうこともできる。

繊維、織物、編物、ＵＤシ一トなど長繊維状で行なうこ
とができる機械的加工の方法としては、張力をかけた状
態でエッジで擦る方法、張力をかけてサンドブラクトす
る方法、叩解機を用いて叩きつぶす方法、ニードルバン
チ機又は紡績用のカード機などで引っかく方法、高圧流
体を打ちつける柱状流法、張力をかけつつ繊維を振動さ
せる方法などが挙げられる．得られた繊維状でフィブリ
ル化したものは、紙、不織布、織布、チョップドストラ
ンド、ＵＤシ一トなどに加工して用いることができる．
また、チョップドストランドなどの短繊維状で行なうこ
とができる機械的方法としては、叩解機を用いた叩きつ
ぶす方法、高圧流体を打ちつける柱状流法などが挙げら
れる。

しかしながら、簡単な装置でしかも容易にフィブリル化
することができるという点で、張力をかけつつエッジで
擦る方法、又は、サンドプラストする方法が好ましい。

エッジで擦る際に繊維に張力をかけるのは、繊維とエッ
ジとの接圧をかけるためであり、繊維及びその加工品の
形態、エッジの形状、配列、目的とするフィブリル化の
度合いなどによって、適性張力は任意に設定できる．但
し、繊維状で行なう場合は単繊維の切断が起こらないこ
とが好ましく、また、織物などの形態で繊維がある程度
固定されている場合では例えば、目西り、破れなどの織
物の品位を考慮する必要がある。

エッジとしては、エッジの角度が９０’　以下であるこ
とが好ましく、その先端部分は多少の丸みをもっていて
も、微細な凹凸をもっていてもよい．エンジの角度は小
さいほど、先端に鋭い凹凸をもつものほど、低い張力で
フィブリル化しやすいが、単繊維の切断も起こりやすい
ので、張力とのバランスを考慮することが肝要である。

このようなエッジ加工は、少なくとも１同行なえばよい
が、フィブリル化の度合を増し、均質化するという観点
から、多段階に行なうことが好ましい。また、エッジ加
工は、気体中で行なう乾式法でも、液体中で行なう湿式
法でもよい．サンドブラストで行なう場合は、エッジ加
工のエッジの代りに、凹凸のある面を用いて、擦ること
によって行なうことができる。凹凸の程度としては、サ
ンドペーパーの欝１０〜１１０００の範囲の形状のもの
が用いられる．凹凸面の形状、及び摩擦する長さは、張
力及び目的とするフィブリル化の度合によって、任意に
決めることができる。サンドブラストは、気体中でも、
研摩材を含む液体で湿らせて行なっても、液体中で行な
ってもよい。

〔実施例〕

以下、実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明
は実施例によって限定されるものではない。

なお、本実施例では、ポリベンゾオキサゾール系繊維と
して、下記の構造式で示されるポリマーからなる熱処理
糸を用いた。

重合は、８５．７重量％のオルトリン酸１７．７ｇと１
１５重量％のポリリン酸２６．６ｇとの混合物を減圧下
、１００゜Ｃにおいて２時間撹拌した．得られた溶液を
、４．６−ジアミノー１．３−ベンゼンジオール・ジハ
ライドクロライド９．４３８０　ｇが入っているレジン
ケトル（容１２００　ｙｄｌ）に窒素流の存在下約Ｉｏ
ｏ゜Ｃにおいて注加した。このモノマーは、ウルフ及び
アーノルドの方法〔“゜マクロモレキュールス”第１４
巻．第９０９頁（１９８１年発行）〕に従って製造し、
塩化第１スズを３重量％含有する塩酸水溶液から再結晶
し、そして使用直前に減圧下、６３゜Ｃにおいて２０時
間乾燥したものである。

この混合物を減圧下に５３゜Ｃに１５時間、そして、６
２゜Ｃに４時間加熱した。７０゜Ｃに加熱した後に五酸
化二リン１６．６ｇを添加した。次いで、この溶液を減
圧下１００゜Ｃで３時間加熱して、脱塩化水素反応を完
了した、次いで、微粉砕された高純度のテレフタル酸７
．４２３８ｇを窒素流の存在下で添加した。その後、五
酸化二リン１９．０ｇをさらに添加した。

次いで、この溶液を次の条件下に順次加熱した．１００
″Ｃで４８時間、１５０゜Ｃで２５時間、１６０゜Ｃで
１０時間、１８０゜Ｃで２５時間加熱した．得られた反
応生底物は濃バーブル色であり、金属光沢を有していた
。

この溶液のボリマー濃度はｌ１重量％であり、得られた
ボリマーの固有粘度は２０ｄ／ｇであった。

尚、固有粘度は、ボリマー濃度０．０５重量％のメタン
スルホン酸溶液で測定した値である．紡糸は重合で得ら
れた溶液を定量排出型の紡糸装置に入れ、孔径０．２５
ｍｓ、孔数５のオレフィスから、５０ｋｇ／ｃｄの圧力
で吐出し、２０ｃ１１のエアギャップを介して湿式紡糸
した．巻取りは、紡糸時の延伸比がｌ３／１になる速度
で行なった。吐出温度は７０″Ｃであり、凝固浴は２３
゛ｃの水で行なった。

得られた繊維は一昼夜、ボビン巻きの状態で水洗し、風
乾後、６０℃で２４時間減圧乾燥した。

次に、５００゜Ｃの窒素雰囲気中で、２　ｇ／ｄの引張
張力下、１分間、熱処理を行なった．熱処理糸の単繊維
物性は、ＡＳＴＭ−Ｄ−３３７９に基づいて測定したと
コロ強度３　２　ｇ／ｄ、弾性率１２９０　ｇ　／　ｄ
、伸度２．６％であった． 実施例ｌ及び比較例１ ５０ｄ／ｌｏｆのポリベンゾオキサゾール繊維を第１図
に示すエッジ加工装置を用いて処理速度ｌｍ／分で繰返
し処理した．１〜１０回までの処理では張力５０ｇでマ
テない、その後さらに張力３５ｇで２０回処理した。エ
ッジは日本転写紙側製商品名ＮＴカッターＬ５００型の
刃を使用した。

得られたフィプリル化繊維を５００ｇのシェル化学■製
エポキシ樹脂商品名エビコート６０４、２００ｇの４．
４′−ジア旦ノジフエニルスルホン、５ｇの三フフ化ホ
ウ素モノエチルアミン錯体、２５０ｇのメチルエチルケ
トンからなる溶液に含浸し、シリコンコ−トした離型紙
を予め巻つけたドラム上に一定の間隔で巻きとった。ド
ラムから離型紙ごとに取り出し、乾燥器中７０’Ｃにて
３０分間乾燥を行ない、樹脂含有量４０容量％のプリプ
レクを作威した．得られたブリブレグを一方向に積層し
、圧力４　ｋｇ／ｃｉｉ、温度１４０″Ｃで２時間硬化
して、一方向性複合材料を作成した． このようにして得られた複合材料から、長さ７０閣、巾
２５ｍｍ、厚さ２．７鴫のテストピースを作威して、オ
ートグラフを用いて、スパン間距離４３ｍｍ、クロスヘ
ッドスピード３鴫／分の条件で、繊維軸方向、繊維と直
交方向の曲げ試験を行なった。また耐水性の試験として
、圧力容器を用いて、１２０″Ｃの水蒸気中に５０時間
暴露したものも回様に曲げ試験を行なった。その結果を
第１表に示した．なお、比較例１は本発明の方法を行な
わない単に熱処理した糸で実施例工と同様に作成した複
合材料の物性評価の結果である。

複合材料を作或する過程でのブリプレクシ一トをみると
、本実施例のブリプレクシートでは、繊維の目すき現象
がほとんど見られなかったのに対し、比較例１では、一
部目すき現象が見られた。

これらの結果より、本発明の方法が、複合材料の基材と
して効果的であることがわかる。

〔発明の効果〕

本発明の方法は、複合材料の補強材として、下記の点で
優れている複合材料用基材を製造することができる． （１）　　複合材料の機械的物性が向上する。

（２）　　マトリックスの含漫性が向上する。

（３）フィブリル化によって、繊紺軸方向以外の物性が
向上し、例えば、ＵＤプリブレグでの繊維一繊維間の目
割れ防止などにも有効である。

（４）ボリベンゾオキサゾール系繊維以外の混用繊維、
例えばアラミド繊維も、同時に改良することができ、化
学的表面処理と併用することができる．また、本発明の
方法により製造される複合材料用基材は、例えば、スポ
ーツ用具、レジャー用具及び各種器具、部品をはじめ、
軽くて強度、弾性率、耐熱性などに優れた特性を要求さ
れる航空機、宇宙産業分野、自動車及び船舶に用いる複
合材料において効果がある．

【図面の簡単な説明】

第１図はフィブリル化を行う加工装置の模式図を示す。 １・・・未処理ボビン、２・・・変更ガイド、３・・・
テンションコントローラー　４・・・ネルソンロール、
５・・・エンジ部、６・・・巻取ロール、７・・・繊維
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ポリベンゾオキサゾール系繊維又はその加工品を機
   械的加工することによってフィブリル化することを特徴
   とする複合材料用基材の製造法。