JPH0343426A - 熱可塑性コンポジット用前駆体及びその製造方法 - 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） この発明は、補強用連続繊維の周囲に熱可塑性樹脂がシ
ース層を形成しているコンポジットの成形用前駆体（繊
維束）及びその製造方法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）熱可
塑性コンポジットは、その靭性、加工の容易さ等の理由
によって、急速な伸びを示しつつある。

熱可塑性コンポジットの欠点は、マトリックス樹脂の補
強用繊維への含浸の悪さであり、これを改良すべく、種
々の方法が提案されている。例えば、特公昭４８−８８
５８、特公昭４７−３８４６７、特公昭５２−７８２７
３には、粉末樹脂を補強繊維に含浸させる方法又、特開
昭５５−１４２２５０には、いわゆる溶融含浸法が記載
されており、含浸に関して改良が試みられている。しか
しながら、その含浸の程度は、未だ満足できるレベルで
はなく、また含浸された状態となっているため棒状の剛
直なものとなり、そのような前駆体を高次加工すること
に対しては、かなりの制約を受ける。

一方、前駆体の加工性を改良する方策として、テキスタ
イル化技術を利用しようとする試みが見受けられる。こ
の動きの例として、交織法（補強用繊維とマ）　ＩＪッ
クス用織繊維交織物を積層し、成形する方法）又は、フ
ァブリック／ファブリック法（補強用繊維とマトリック
ス用繊維を別々に製織し、それらり織物を交互積層し、
成形する方法）などがある。これらは、マトリックス樹
脂の分散均一性を狙ったものであるが、成形時の漏れや
均一性に限界がある。これを改良する方法として、コミ
ングルド・ヤーン・ファブリック法（補強用繊維とマ）
　ＩＪックス用織繊維を混繊後、製織し、それらの織物
を積層し、成形する方法）がある。この方法は、前記２
方法に比べると、成形時の濡れ、均一性に優れる。しか
し、補強用繊維とマ）　ＩＪックス用織繊維を、いかに
効率良く、安定的に混繊するかが課題となっている。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、混繊糸の理想を追及する観点から鋭意研
究し、本発明の熱可塑性コンポジット用前駆体に到達し
たものであり、また、ガラス繊維、炭素繊維などの補強
用繊維がコア層を熱可塑性樹脂がシース層を形成する複
合単繊維の繊維束を高効率に、省工程で高品質に製造す
る方法を提供するものである。

即ち、 （１）補強用連続繊維がコア層、熱可塑性樹脂がシース
層を形成するシース・コア型複合単繊維の繊維束を含有
する熱可塑性コンポジット用前駆体であり、該前駆体の
曲げ弾性率が理論■げ弾性率の２０％以下であることを
特徴とする熱可塑性コンポジット用前駆体。

（２）補強用連続繊維の紡糸工程で、該繊維の表面に、
該繊維を実質的に集束させることなく、溶融させた熱可
塑性樹脂を付与し、コア層が補強用連続繊維、シース層
が熱可塑性樹脂であるシース・コア型複合単繊維の繊維
束を形成させることを特徴とする熱可塑性コンポジット
用前駆体の製造方法。

である。

以下に本発明の詳細な説明する。本発明の補強用繊維は
、典型的には、ガラス繊維やカーボン繊維で代表される
連続繊維であり、特にガラス繊維が好適である。該繊維
表面には、マトリックス樹脂との接着性を良好にする処
理剤が付着されていることが必要である。処理剤として
は、カップリング剤を主体とし、その他、マトリックス
との接着を助長する助剤が含まれているものが、特に好
ま、しい。該繊維は、紡糸ラインにおいて、処理剤を付
与された後、シース成分となる熱可塑性樹脂が付与され
る。該繊維の固化後の直径は５〜２０μｍ程度が好まし
い。単繊維本数は、シース成分を形成する熱可塑性樹脂
が付与された後、お互いが融着しない程度が好ましく、
５０〜１６００本が推奨される。５０本以下の場合は、
シース成分の吐出量が少なくなる為、溶融した状態で斑
なく付着することが、むずかしくなる。逆に１６００本
以上の場合には、各々の繊維を開繊した状態で、溶融し
たポリマーを斑なく付着することがむずかしく、単繊維
同志の固着を生じる。この繊維が固化した後は、曲げ弾
性率が高く、いわゆる、棒状の剛直なものとなり、後加
工性の劣るものしか得られない。補強用繊維に付着し、
シース成分を形成する熱可塑性樹脂としては、例えば、
ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリプロピ
レン、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポ
リエーテルエーテルケトン等があるが、これらのポリマ
ーに限定されるものではない。該樹脂の要件としては、
エクストルーダーにて吐出されるものが好ましく、特に
繊維形成性の熱可塑性樹脂が好ましく、また、吐出後加
熱ローラなどにより、補強用繊維表面に付着される際に
、ゲル化などの不都合を生じないものが好ましい。

得られたシース・コア状の熱可塑性コンポジット用前駆
体の曲げ弾性率は、理論的げ弾性率の２０％以下の値を
有していることが、後工程通過性などの点から重要であ
る。

ここで聞げ弓単性率は、ＪＩＳ　　Ｋ７０５５に準拠し
て測定した。補強繊維のｌｌＩ］げ弾性率は、熱可塑性
樹脂にて充分含浸させた樹脂含有量の異なる数種預の一
方向強化材を作製し、測定後、樹脂比率Ｏを外押するこ
とにより求めた。

一方、熱可塑性樹脂は、ＪＩＳ　　Ｋ７０５５に準拠し
て測定した。そして、理論曲げ弾性率は、次式により定
義した。

理論用１げ弾性率＝Ｍ　ｒ　ＸＶ　ｒ　＋ＭｍＸＶｍこ
こで Ｎｒ：補強用繊維の曲げ弾性率 Ｍｍ：熱可塑性樹脂の曲げ弾性率 Ｖｒ：１１１１強用繊維の容積比率 Ｖｍ：熱可塑性樹脂の容積比率 尚、前駆体の巾】げ弾性率は、前駆体のトータル太さが
１２０００Ｄｅｎになるように、引き揃えて測定した。

１２０００Ｄｅｎとならない場合には、ＤｅｎｆｊＪ算
を実施し、前駆体の曲げ弾性率とした。読値が２０％以
上の場合には、シース成分が溶融付着され、固化した後
、巻取ることが非常に困難となり、又、振り落としの場
合にても、非常に大きなスペースが必要となる。その後
、該前駆体を、テキスタイル化技術により、織、編、組
総などとする場合、評値が２０％以上のものは、不可能
である。該前駆体を１ないし、数本引き揃えて、溶融し
、ロッド化し、例えばテンシロンメンバーなどの用途に
する場合には、基本的には、加工可能であるが、プロセ
スコストが、非常に高いものとなり、実用に供しない。

補強用繊維と熱可塑性樹脂との比率は、補強用繊維の含
有量が５０〜９０重量％の範囲が好ましく、特に６０〜
８０重量％が好ましい。その理由は、５０重量％以下の
場合には、樹脂付着量が多くなる為、繊維同志の固着を
生じ、又、反対に９０重景％以上の場合には、補強用繊
維に、均一に樹脂を付着させることが困難となる。第１
図に示す製造方法をもとに、ガラス繊維を補強用繊維と
したときのこの発明を以下に詳述する。

ガラス原料を調合した後、ブッシング２の中へ溶解した
ガラスｌを堆積し、ノズルオリフィスから押し出しガラ
ス繊維３とする。その後、マトリックス樹脂との接着性
向上を目的とする処理剤５をゴデツトローラ４を介して
、ガラス繊維３に付着する。そのときにガラス単繊維を
、極力集束させずに、下方へ通過させ、加熱ローラー１
１にて溶融したマトリックス樹脂を付着させる。該樹脂
は、レジン６をホッパー７に入れ、レジンの融点以」二
に加熱したエクスルーダ−８にて押し出し、計量装置９
にて計量後、保温された装置１０内の加熱ローラｔ１に
て、該ガラス繊維表面に溶融状態で付着される。この時
、多数本のガラス繊維を集束させずに、加熱ローラ１■
上を通過させ、溶融ポリマーを均一に付着することが必
要である。

加軌ロールの一実施例を第２図、第３図に示す。

ポリマーを付着されたガラス繊維は、冷却風１２により
、玲却され、マトリックス樹脂のガラス転位温度（Ｔ　
ｇ）以下の温度で、ワイングー１３にて捲取られ、シー
スコアー状の糸１４となる。このとき必要に応じて、油
脂を付与することも効果的である。

しかしながら、ワイングーにて捲取ることは、必須では
なく、ケンスなどの容器のなかへ脹り落としても良い。

後工程により、捲取りあるいは振り落としを選択すれば
良い。また必要により、ポリマー付着後、水冷を施すこ
とも効果的である。

このように本発明によれば、ハンドリング性の良い、か
つ後加工したのちの樹脂含浸性のよいコンポジットとし
て高品質のものが得られる。すなわち、従来の熱可塑性
コンポジットの欠点であった含浸性の悪さが解消される
ばかりでな（、用途範囲の広い、高品質のコンポジット
を製造しつる前駆体が製造される。

（実施例） 以下、実施例により本発明を詳述するが、本発明は何ら
これに限定されるものではない。

Ｅガラスの成分を第１図に示す白金ブツシュ２に溶融状
態にて、スクリューフィーダー（図示していない）より
流入させ、細孔を通して、下方へ紡出した。このときの
溶融ガラスの温度は１４３０　’Ｃであった。また細孔
の数は１８００ホールであった。紡出されたガラス連続
繊維に、バインタアプリケータ−（第１図の４に相当）
により、アミノシラン系のカップリング剤を主体とする
処理剤を０．４重量％付着した後、第１図の１１に示す
ような加熱ローラにて溶融したポリエチレンテレフタレ
ートを、２０重量％付着させた。ここでポリエチレンテ
レフタレートは、レジンチップ８の状態にて、固有粘度
０．６３を有するものであり、２９５°Ｃに加熱された
エクストルーダー８により、溶融押し出しされ、計量ポ
ンプにて計量後、溶融バスへ吐出され、回転している加
熱ローラにてコアー層を形成するガラス繊維に付着され
た。

１６００本のガラス繊維の表面に、はぼ均一に溶融した
ポリエチレンテレフタレートを付着させる為に、第１図
に示すゴデツトロール４及び加熱ロール１１の表面を溝
付きタイプとし、該ロールにてポリマーを付着した後、
冷却風（２０℃Ｘ１ｍ／ｓｅｅ・）を片側より吹かせた
。このとき、風の通過性を良くする為に、反対側に吸引
装置を設けた。

その後、２０００ｍ／分の速度にて捲取った。ファー層
を形成するガラス繊維の単繊維径は１３μであった。用
いたガラス繊維の曲げ弾性率は、６６０ｔｏｎ　／ｃＪ
　（この値は、本文中に記載した方法により算出した）
、ポリエチレンテレフタレート樹脂の藺げ弓＋１を性率
は２２　ｔｏｎ　／　ｃＪであった。また、本実施例に
より得られた前駆体Ｂ　１４０Ｄｅｎ−１６００ＦＩＩ
２本を引揃え、曲げ弾性率を測定し、その結果は、４１
　ｔｏｎ／ｃＪであった。これらより、得られた前駆体
の■げ弾性率は、理論曲げ弾性率の９％であった。この
前駆体は、若干（数本）の単繊維に融着（くっつき）が
見られたが、大半の単繊維は、シース・コア状（含、サ
イドバイサイド形状）を有してした。この前駆体を用い
て、平織物（目的２３１ｇ／ＩＴ＋’）を作製し、その
織物を２６層重ねてＮ　　１００ｍｍＸ　１００ｍｍの
大きさに切り（日付６　ｇ　／　ｒｌ　）　Ｎ　　１０
０　ｍｍ　Ｘ　１００　ｍｍの金型の中で２６５°Ｃで
５５　ｋｇ　／　ｃ７で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１００１
１ｍ１長さ１００ｍｍ、厚さ３　ｍｍ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にその結果を示す。

（比較例１） 従来の溶融含浸法、すなわちガラス繊維束を溶融ポリエ
チレンテレフタレートポリマーの槽中を通過させ、主に
ガラス繊維束の周囲に、ポリマーを付着させる法にて、
前駆体を製造した。ここで用いたポリマーは実施例と同
じものであり、ガラス繊維束は単繊維径１３μで、１６
００本の繊維から構成されており、実施例と同じ処理剤
が０．４重量％付与されたものである。

この前駆体は、ハンドリング性が悪く、織物とすること
ができなかった。なお曲げ弾性率は、理論値の４５％で
あった。

（比較例２） 比較例１で用いたのと同じＥガラス繊維と１２００Ｄｅ
ｎ−７８８ＦＩｌのポリエチレンテレフタレート繊維を
引揃えて、実施例と同じ織物を作製し、実施例と同じ成
形、評価を実施した。その結果を表Ｉに合わせて記す。

表 ボイド率は、 以下に示す測定方法を用いた。

ここで Ｍ２：試料を実測した単位長さ当 りの重量 Ｍ、　： 補強繊維の重量 Ｍｏ　：ボイ ドの部分が、 ト リ クス樹脂によ り充当されたときの重量 ＬＪＩＪ 又 ５ｔ＝８２　＋Ｓｖ ここでＳｔ：実測の試料の断面積 Ｓ２：補強繊維とマトリックス樹脂と の断面積 Ｓｖ：ボイドの断面積 ρ８Ｆ＝補強繊維の比重 ρＭ７：マトリツクス樹脂の比重 Ｖｏ：補強繊維の体積分率（％） ■Ｍア：マトリックス樹脂の体積分率（％）（Ｖ　ｒ？
ｐ＋Ｖ　ＭＴ＝　１００　）すなわち 程度を表わす。断面積は、試料の断面写真を画像処理す
ることにより求めた。曲げ強度、曲げ弾性率、層間剥離
強度及びアイゾツト（ノツチ付）衝撃強度は、それぞれ
Ｊ　Ｉ　Ｓ−に−７０５５、ＪＩＳ−に−７０５６、Ｊ
ＩＳ−に−７０５７才５よびＪＩＳ−に−７１１１に準
拠して測定した。

この発明に従う実施例の成形品は、ボイド率が低い、す
なわち良好なる含浸状態を示し、すぐれた物性強度を示
した。

（発明の効果） 本発明の熱可塑性コンポジット用前駆体は、補強用連続
単繊維の周囲に熱可塑性樹脂がシース層を形成した複合
単繊維の繊維束であり、かつ該複合繊維の単繊維同志か
実質的に融着しないように製造されるため、該前駆体の
ｄｌｌげ弾性率が理論値の２０％以下にすることが可能
となり、該前駆体はハンドリング性に優れ、後工程通過
性、高次加工性に非常に優れたものとなるため、用途範
囲の広い高品質のコンポジットの製造を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の熱可塑性コンポジット用前駆体の製
造方法を示す概略図であり、第２図は溶融熱可塑性樹脂
を補強用連続繊維に付着させる方法を示す概略図であり
、第３図は第２図の加熱ローラーの溝の形状の１例であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）補強用連続繊維がコア層、熱可塑性樹脂がシース
   層を形成するシース・コア型複合単繊維の繊維束を含有
   する熱可塑性コンポジット用前駆体であり、該前駆体の
   曲げ弾性率が理論曲げ弾性率の２０％以下であることを
   特徴とする熱可塑性コンポジット用前駆体。（２）補強
   用連続繊維の紡糸工程で、該繊維の表面に、該繊維を実
   質的に集束させることなく、溶融させた熱可塑性樹脂を
   付与し、コア層が補強用連続繊維、シース層が、熱可塑
   性樹脂であるシース・コア型複合単繊維の繊維束を形成
   させることを特徴とする熱可塑性コンポジット用前駆体
   の製造方法。