JPH04267134A - 複合ロッド - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高強度高弾性率を有す
る芳香族ポリエステルからなる異形断面繊維を使用した
高強度高弾性率、低伸度の複合ロッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】複合ロッドとは引き揃えられた繊維素材
に樹脂を含浸硬化させたものであり、コンクリート補強
に用いられる鉄筋の代替品として近年実用化されている
。複合ロッドに使用される繊維素材としては、アラミド
繊維、ガラス繊維等が一般的である。また、溶融異方性
芳香族ポリエステル繊維からなる補強材に関する技術が
特開平２−１３３３４７号公報で開示されている。しか
しながら、芳香族ポリエステル繊維と熱硬化性樹脂との
接着性は十分とは言い難く、元来の繊維性能を発揮でき
ないという問題があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】複合ロッドには、高強
度・高弾性率の他に、寸法変化が小さいことおよび軽量
化が要求されている。さらに、用いる繊維と表面樹脂と
の接着性向上が必要になっている。従来のアラミド繊維
から作られた複合ロッドは、高温・湿潤状態における寸
法安定性が必ずしも良好とは言えないものであった。ま
た、ガラス繊維の場合、比重２．０以上と重量の点及び
使用寿命が短かい点で満足できるものではなかった。さ
らに、通常の円形断面芳香族ポリエステル繊維の場合、
熱硬化性樹脂との接着性は十分とは言い難く、さらなる
性能向上が要求されている。

【０００４】とくに本発明の複合ロッドの用途としては
、後述するように光ファイバーのテンションメンバー、
電線や通信線のテンションメンバー等が挙げられ、これ
ら用途に用いる場合、圧力や温度、摩耗の点でより厳し
い性能が必要となってくる。本発明者らは、鋭意研究を
重ねた結果、高強度高弾性率を有しかつ２５０℃までの
高温状態及び湿潤状態における寸法安定性に優れかつ比
重が約１．４０と軽量である異方性溶融相を形成し得る
芳香族ポリエステルからなる異形断面繊維の束を熱硬化
性樹脂あるいは熱可塑性樹脂等で包含した複合ロッドが
性能的に妥当であるという結論に達した。以下、本発明
をさらに詳細かつ具体的に説明する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、異方性溶融相
を形成し得る芳香族ポリエステルからなる異形断面繊維
Ａと樹脂Ｂからなり、Ａ／（Ａ＋Ｂ）が体積比で０．３
〜０．９である複合ロッドである。

【０００６】本発明に言う異方性溶融相を形成し得る芳
香族ポリエステルとは、芳香族ジオール、芳香族ジカル
ボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸等より得られるポ
リマーであり、溶融相で光学的異方性（液晶性）を示す
ものである。このような特性はホットステージ上の試料
を窒素雰囲気下で昇温しその透過光を観察することによ
り容易に認定することができる。

【０００７】本発明に用いられる異方性溶融成分Ａは下
記に示す反復反応の組合せからなるものである。

【０００８】

【化１】

【０００９】特に好ましくは、化２に示す（Ｅ），（Ｆ
）の反復構成単位から成る部分が６５重量％以上である
ポリマーであり、特に（Ｆ）の成分が５〜４５％である
芳香族ポリエステルが好ましい。

【００１０】

【化２】

【００１１】Ａ成分中には、その強力が実質的に低下し
ない範囲で他のポリマーあるいは添加剤等を含んでいて
も良い。

【００１２】本発明で用いる異型断面繊維としては変形
率が１．３５以上である必要がある。ここで変形率とは
繊維断面における最大長（径）αと最小長（径）βの比
α／βである。円形の場合α＝βで変形率１となる。繊
維断面の変形率が１．３５未満であると異形断面の効果
が得られにくく、複合ロッドとした場合、円形断面との
間に物性の差がほとんど認められない。好ましい変形率
は１．８以上、より好ましくは２．３以上である。

【００１３】繊維断面形状としては、正方形、矩形、三
角形、楕円形、Ｔ字形及び十字形等があり、代表例を図
１に示す。通常、本発明に用いられる異形断面繊維の単
繊維繊度は５〜６０デニールである。このような異型断
面繊維は異形のノズルを有する口金を用いて従来公知の
溶融紡糸法により得ることが出来る。

【００１４】本発明者らの検討結果では、ポリマーの流
れ温度より１０℃以上高い温度（かつ溶融液晶を形成し
ている温度範囲内）で、剪断速度が１０３ｓｅｃ−１以
上、好ましくは１０４ｓｅｃ−１以上となるようノズル
から吐出し紡糸することが好ましい。この条件をはずれ
ると、分子の配向が不十分となり、本発明の熱処理法で
、目的の高強力が得られない場合がある。本発明に言う
剪断速度（γ）とは、ノズル径をｒ（ｃｍ）、単孔当り
のポリマー吐出量をＱ（ｃｍ３／ｓｅｃ）とするときγ
＝４Ｑ／πｒ３（ｓｅｃ−１）で計算される。

【００１５】本発明に言う流れ温度（融点と述べること
がある）測定に用いた方法を以下に述べる。ＤＳＣ（例
えば、Ｍｅｔｔｌｅｒ社製、ＴＡ３０００）装置に、サ
ンプルを１０〜２０ｍｇとり、アルミ製パンへ封入した
後、キャリアーガスとしてＮ２を５０ｃｃ／分流し、昇
温速度２０℃／分で測定し、吸熱ピークの位置の示す温
度で示される。ポリマーの種類によっては、上記１ｓｔ
Ｒｕｎで、明確な吸熱ピークが現われない場合もある。 しかる場合は、５０℃／分の昇温速度で、予測される融
点より約５０℃高い温度で３分程度加熱して完全に溶融
した後８０℃／分で、５０℃まで冷却し、しかる後２０
℃／分の昇温速度で測定するとよい。

【００１６】この様にして得られた異方性溶融相を形成
し得る芳香族ポリエステル繊維は熱処理し、強度を向上
させることができる。対象繊維の流れ温度は、熱処理に
より漸進的に上昇するものである。従って、初めの流れ
温度より高い熱処理温度にすることも可能である。熱処
理は、目的により、緊張下あるいは無緊張下で行っても
よい。また形状は、カセ状やチーズ状、トウ状（金網等
にのせて処理する）、ローラ間の連続処理によって行な
われる。繊維の形態は、フィラメントや紡績糸、カット
ファイバーのいずれでも可能である。

【００１７】熱処理雰囲気は窒素やアルゴン等の不活性
気体中あるいは空気や酸素等の活性気体中または減圧下
に行なうことができる。熱処理気体は露点が−４０℃以
下であると、エステルの加水分解による強度低下が行こ
りにくい。中でも熱処理により繊維の強度が５０％増大
するまでの揮発成分が多量に放出される熱処理初期の間
を不活性気体中または減圧下で熱処理し、その後活性気
体中で熱処理することにより、高強度でかつフィブリル
化や座屈を生じにくく、耐摩耗性、耐疲労性に優れた異
方性溶融相を形成し得る芳香族ポリエステル繊維となる
。本発明においてはこの様な熱処理方法で得られた強度
２０ｇ／ｄ以上、耐疲労性６５％以上といった異形断面
の芳香族ポリエステル繊維を用いることが好ましい。

【００１８】本発明のＢ成分として使用される樹脂とし
ては、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂等の熱硬化性
樹脂及びポリオレフィン、ポリエステル、ポリアリレー
ト、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、ポリイミド、フッ素樹脂等の熱可塑性樹脂
である。好ましくは、操作性に優れた熱硬化タイプの不
飽和ポリエステル、エポキシ樹脂が挙げられる。これら
の樹脂には通常使用される添加剤（顔料、カーボン、熱
安定剤、紫外線吸収剤、滑剤等）が含まれていてもよい
。

【００１９】本発明に言う複合ロッドの好ましい複合比
率は、芳香族ポリエステルからなる異形断面繊維の体積
をＡ、樹脂の体積をＢとするとき、Ａ／（Ａ＋Ｂ）＝０
．３〜０．９の範囲である。

【００２０】複合ロッドを得るとき基本的に熱硬化性樹
脂と熱可塑性樹脂ではその製造法は異なる。例えば、熱
硬化性樹脂を用い、非連続的に成形する場合は、一定金
型に成分Ａ，Ｂ及び必要な触媒、安定剤、促進剤をセッ
トし、プレス法により加圧成形する。

【００２１】同様に、連続的に成形する場合、芳香族ポ
リエステルからなる異形断面繊維にマトリックスとなる
樹脂（必要な触媒、安定剤、促進剤含）を含浸して加熱
硬化させる連続成形法、連続的に繊維を樹脂に含浸し、
過剰の樹脂をスクイズしたのち加熱された金型の中を通
して硬化させながら引抜く方法等がある。

【００２２】熱可塑性樹脂の場合は、用いる異形断面繊
維の融点以下で成形される樹脂に限定されるが、例えば
図２で示すような装置で複合化される。

【００２３】複合ロッドの断面形状は樹脂成分が繊維表
面を実質上覆っている形状であれば十分であり、複合ロ
ッドの表面は従来公知の粗面化、異形化等の処理をほど
こしても良い。本発明によって、高強度高弾性率を有し
かつ２５０℃までの高温及び湿潤状態における寸法安定
性、軽量性に優れた複合ロッドが可能になった。

【００２４】本発明の複合ロッドは、次の様な用途に適
するものである。光ファイバー、高電圧下光ファイバー
用テンションメンバーまたは芯材、電線ケーブル芯材、
ロープやコード用芯材等の産業資材分野、樹脂強化材、
コンクリート補強材等建設材料。

【００２５】以下実施例により本発明をより具体的に説
明するが、本発明は、これら実施例により限定されるも
のではない。耐疲労性の評価は、約１５００ｄｒのヤー
ンを、下撚２８０Ｔ／ｍ、上撚２８０Ｔ／ｍの双糸とし
、コードをつくり、ゴム中に包埋して行うベルト屈曲テ
スト法で２５万回処理した後の強力保持率で行った。

【００２６】

【実施例】実施例１ 異方性溶融相を形成し得る芳香族ポリエステルとして前
記構成単位［Ｅ］と［Ｆ］が７０／３０モル％比である
芳香族ポリエステルポリマーを用いた。このポリマーの
物性は、 ηｉｎｈ＝６．０ｄｌ／ｇ Ｍｐ　　＝２８０℃ である。対数粘度（ηｉｎｈ）は次のようにして求めた
。 試料をペンタフルオロフェノールに０．１重量％溶解し
（６０〜８０℃）、６０℃の恒温槽中でウベローデ型毛
管粘度計（例えば高分子学会編“高分子科学実験法”東
京化学同人Ｐ１７９（１９８６）東京）で測定する。溶
媒の流下時間は１０７秒である。 ηｉｎｈ＝［ｌｎ（ηｒｅｌ）］／Ｃ また、ポリマーの融点（Ｍｐ）は、メトラー製ＴＡ−３
０００ＤＳＣで求めた吸熱ピーク温度である。このポリ
マーを２軸混練型押出機でベントより１０Ｔｏｒｒに減
圧し、持込空気と発生ガスの除去を行った後、ギャポン
プにて計量１３０ｃｃ／ｍｉｎの吐出量で紡糸頭に導き
、サンド層、金属細線からなるフィルター（ナスロン１
０μ）で濾過したのち３２０℃で紡糸した。ノズルとし
て５種類の異型のものを用いて、巻取速度は、１０００
ｍ／ｍｉｎでおこなった。剪断速度γは、５５，２００
ｓｅｃ−１である。

【００２７】得られた楕円断面のフィラメントをステン
レスの穴あきボビンに無機繊維からなるクッション材（
厚さ１２．５ｍｍ）でカバーしたものの上に巻密度０．
４８３ｇ／ｃｃで約６ｋｇ巻いたものを、次の条件で熱
処理した。処理気体および缶体の温度は、プログラムコ
ントロールで次の様に行なった。 （１）気体、缶体を１８０℃に予熱して試料を仕込む（
２）１８０℃から２４０℃までの昇温を１時間で行う（
３）２４０℃から２６０℃までの昇温を１時間で行う（
４）２６０℃から２８０℃までの昇温を２時間で行う（
５）２８０℃から２８５℃までの昇温を６時間で行う（
６）２８５℃から１８０℃までの降温を１時間で行う気
体の流量　　０．３Ｎｍ３／ｍｉｎ 処理雰囲気はスタートから４時間まで９９．９９９％の
Ｎ２で処理し、その後（露点＝−６０℃）の乾燥空気で
処理した。得られた熱処理糸の耐疲労性は６５〜７５％
の間の値であった。その他の性能を表１に示す。

【００２８】これらヤーンを７０本集束（約１０万ｄｒ
）し、 無水フタル酸　　　　　　　　　　２０モル比無水マレ
イン酸　　　　　　　　２０モル比プロピレングリコー
ル　　２０モル比 エチレングリコール　　　　２０モル比スチレン　　　
　　　　　　　　　　　３０モル比ヒドロキノン　　　
　　　　　　　微量過酸化ベンゾイル　　　　　　微量 の不飽和ポリエステル、触媒液に含浸させ、ひきつづき
直径６ｍｍの加熱炉（１５０℃）で３０分硬化させた。 ここで繊維の体積は７５％であった。得られた複合ロッ
ドをＪＩＳＫ７１１３、ＪＩＳＫ７２０３に準じその物
性を評価した結果を表１に示す。

【００２９】比較例１ Ａ成分の紡糸で口金０．２ｍｍの円形口金ノズルを用い
た以外は実施例１と同様に紡糸熱処理し表１に示す如き
力学的性能をもつ円形断面の繊維を得た。さらに実施例
１と同様な方法で複合ロッドに成形を行ったが、表１に
示す様に異形断面繊維を用いた場合の様な性能はでなか
った。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】

本発明の異方性溶融相を形成し得る芳香族ポリエステル
からなる異形断面繊維を用いた複合ロッドは、２５０℃
までの高温かつ湿潤常態における寸法安定性に優れ、軽
量かつ樹脂との接着性良好による弾性率向上のため、光
ファイバー等各種通信線のテンションメンバーとして有
用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる代表的な異形断面繊維の断面図
である。

【図２】本発明の熱可塑性樹脂による複合ロッド製造に
用いられる装置の一例の模式図である。

【図３】本発明の代表的な複合ロッドの断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　異方性溶融相を形成し得る芳香族ポリ
   エステルからなる異形断面繊維Ａと樹脂Ｂからなり、Ａ
   ／（Ａ＋Ｂ）が体積比で０．３〜０．９である複合ロッ
   ド。