JPH05507677A - 被覆ガラス繊維 - 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】 本発明は、含浸が繊維形成操作中に行われる場合に高度に増量された（ｌｏａｄ ｅｄ）含浸繊維ストランドを含浸するのに有益なサイズ組成物に関する。その更 に特別な局面の一つに於いて、本発明は熱可塑性樹脂粉末含浸ガラス繊維ストラ ンドの製造法に関する。

ガラス繊維の被覆物として典型的に使用されるサイジング組成物は、通常、ガラ 又繊維が形成された後にガラス繊維の表面に適用された。典型的には、サイズ組 成物の薄層を裸ガラス繊維の表面に施すことにより、ガラス繊維を最初に製造す ることが必要である。サイズ組成物はガラス繊維及びサイズ剤が施された繊維に 続いて適用される樹脂と適合性であることが必要である。サイズ組成物はガラス 繊維とポリマー樹脂または熱可塑性樹脂の間の結合関係を改良するのに利用でき る。次いでガラス繊維がストランドに集められ、ストランドが巻取ボビンのまわ りに巻かれて、通常“糸パッケージと称される実質的に円筒形のパッケージを形 成する。次いで、ガラ又繊維の表面に適用されたサイズ組成物を乾燥するために 、糸パツケージが空気乾燥され、または高温に暴露される。その後、ガラス繊維 が熱可塑性樹脂で含浸されて含浸糸またはコードを形成する。

非水性溶剤、流動床、シースまたは時間を浪費する製造法を必要としないで繊維 形成プロセス中に適用し得るような、熱可塑性樹脂でストランドを含浸するのに 有益なサイズ組成物が利用できたならば、かなりの時間及び費用が節減されるで あろう。

更に、ガラス繊維がガラス繊維形成プロセス中に熱可塑性樹脂で予備含浸し得る ならば、かなりの加工時間が節減されるであろう。更に、ガラス繊維形成プロセ ス中に熱可塑性樹脂と直接ブレンドし得るサイズ組成物が使用し得ることは有益 である。

発明の開示 本発明によれば、熱可塑性樹脂、シランの如きカップリング剤、結合剤またはフ ィルム形成材及び増粘剤を含むガラス繊維を含浸するためのスラリー組成物が提 供される。また、レオロジー改質剤が組成物に添加されてもよい。スラリー組成 物は繊維形成操作中にガラス繊維に適用される。こうして、本発明の組成物は繊 維形成操作中にガラス繊維のサイズとして適用でき、得られるサイズ剤を施され た熱可塑性樹脂含浸ガラス繊維は、その後、ガラス繊維強化製品に加工し得る。

本発明によれば、ガラス繊維強化製品を得るために、最初にサイジング組成物を ガラス繊維に適用し、その後、得られるサイズ剤を施されたガラス繊維を適合性 のポリマー樹脂マトリックスで含浸する必要がない。本発明の好ましい組成物は 、オルガノシラン、ポリエチレンオキサイド、ナイロン６粉末及び水を含み、こ の場合、熱可塑性樹脂含量は含浸ガラスストランドの合計重量に対して約２３％ である。

また、本発明によれば、上記の熱可塑性樹脂組成物で含浸されたガラス繊維が提 供される。その熱可塑性樹脂含浸ガラス繊維は取扱易く、しかも最終用途製品に 加工し易い。また、熱可塑性樹脂含浸ガラス繊維は市販の熱可塑性樹脂含浸ガラ ス繊維よりも優れた機械的性質を有する。

本発明のこれらの局面及び利点並びにその他の局面及び利点は、以下の発明の詳 細な説明を考慮した後に明らかになる。

発明を実施するための最良の方法 本発明は、フィラメント形成操作中に熱可塑性ポリマーで予備含浸された改良さ れた糸またはストランド（フィラメントの東）を製造するのに有益なスラリー組 成物に関する。

本発明は、ポリマー樹脂の強化に通常使用されるあらゆるガラ又繊維と適合する 。本明細書で使用される“ガラ又繊維”という用語は、溶融ガラスの一つ以上の 流れの繊細化により形成さね、このようなガラ又繊維が形成プロセス中に一緒に 集められる場合に形成されるストランドにされるフィラメントを意味する。また 、その用語は、多数のストランドを一緒に適用かつ／または加熱することにより 形成さ汰このようなガラス繊維ヌトランド、糸またはコードから形成される織布 及び不織布にされる糸及びコードを意味する。本発明のサイズ配合物は約０．３ ５〜約０．７５　ミルの範囲の直径を有するＥ型繊維と共に使用できる。

本発明の実施に使用される個々の成分は市販されており、こうして本発明の特徴 を具体化する配合の調製に際して互いに簡単にブレンドし得る。

一般に、本発明の組成物は、キャリヤー溶剤、通常水、カンプリング剤、結合剤 またはフィルム形成材、増粘剤またはレオロジー改質剤、及びスラリーを形成す るためにサイジング中に分散されたマトリックス熱可塑性樹脂粉末を含み得る。

あらゆる好適なカップリング剤が本発明の成功した実施に使用し得る。カップリ ング剤はマｌ−ＩＪフックス樹脂間接着を生じ、強度の発生及びスラリー中のマ トリックス樹脂の保持を与えるように作用する。好適なカップリング剤の一つの 例はシランである。シランは、例えば、Ｔ−アミノプロピルトリエトキシシラン （ユニオン・カーバイド社から商品名“Ａ−１１００”として市販されている） を含むオルガノシランであることが好ましい。通常、カップリング剤はスラリー 混合物の約０．０５〜約５重量％の範囲の量で含まれる。

あらゆる好適な結合剤が使用し得る。結合剤またはフィルム形成材は繊維形成プ ロセス中のフィラメントの取扱及び加工を助ける。好適な結合剤またはフィルム 形成材は、例えば、エポキシ、ポリエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアル コール、アクリル、または熱可塑性樹脂粉末粒子を水の蒸発後に繊維に結合する 能力を有するその他の薬品もしくはそれ自体で粒子をスラリー中に懸濁し、続い てそれ自体で繊維に結合するその他の薬品である。通常、結合剤はスラリー混合 物の約０．５〜約５重量％の範囲の量で含まれる。

あらゆる好適な増粘剤が使用し得る。増粘剤は、熱可塑性樹脂粉末粒子が実際に 繊維に接着するようにレオロジー改質剤として作用する。増粘剤を使用しないと 、熱可塑性樹脂粉末粒子は、キャリヤー溶剤が繊維から去る間にアプリケーター のロールに残って留まることがある。その結果はアプリケーターロール上の粉末 の迅速な付着であり、これは順に繊維破損を迅速に生じる。

あらゆる好適な樹脂が使用し得る。熱可塑性樹脂は微細な粒子の形態でサイジン グ中に分散される。好ましい実施態様では、粉末粒子のサイズは約１〜５０ミク ロンであり、約１０〜３０ミクロンであることが更に好ましい。本発明によれば 、樹脂粉末は最終プレプレグ糸またはストランドの約５〜約５０重量％の範囲の 量でフィラメントに適用し得る。好ましい実施態様では、水性サイズ組成物中の 熱可塑性ポリマー樹脂の量は水性サイズ組成物の約２０〜約３５重量％、または 約３０′−約５０重量％の範囲である。一つの特に好適な樹脂はナイロン６、ポ リ［イミノ　（１−オキソ−１，６−ヘキサンジイル）］である。

本発明によれば、サイジング組成物は熱可塑性樹脂粉末粒子をスラリー中に懸濁 する。本発明のスラリー組成物は、全ての材料をそれらの液体状態で攪拌しなが らブレンドすることにより製造されることが最良である。組成物の均一な被覆物 が繊維形成プロセス中にあらゆる好適な方法でガラス繊維に適用し得る。本発明 の組成物は、１９８８年１１月９日に出願された同時係属中の米国特許出願第０ ７／２６９゜０８９号（これは現在放棄された１９８４年３月１２日に出願され た米国特許出願第０７１０２４゜９５３号の継続出願である）にれらの全ての開 示が参考として本明細書に明らかに含まれる）に記載された方法でガラス繊維の 表面に適用されることが好ましい。

得られるスラリー組成物は繊維形成操作中に繊維に適用されるのに充分に液体で ある。夫々の繊維は、繊維が形成される際にスラリー混合物により被覆さね、即 ち、通常のサイズ組成物が典型的に適用されるそれらの形成の場所（例えば、ブ ツシュと繊維がパッケージとして巻かれるスピンドルの間）の付近で被覆される 。

一つの繊維形成プロセスでは、連続繊維がブツシュから出て、スラリー中に浸漬 さね、そしてスラリーで含浸される。続いて、水を蒸発または除去するために、 高度に増量された熱可塑性樹脂繊維が乾燥される。次いで、結合剤またはフィル ム形成材を固化するために、含浸ストランドが硬化される。硬化または固化は粉 末粒子を繊維の表面に沿って“接着”する。得られる含浸ストランドは続いて加 熱されて溶融熱可塑性ポリマーを融着させる。

また、有機または無機の充填剤、例えば、導電性ロービングを製造するのに有益 な金属充填剤がまた熱可塑性ポリマー粉末粒子と共に使用し得ることが、本発明 の意図される範囲内にある。これらの充填剤は、夫々の粉末粒子がポリマー及び 充填剤を含むように予備混合でき、または粉末としてスラリーに別々に添加し得 る。

得られる含浸ストランドは、乾燥の前または後に、細断されて射出成形の如き操 作に使用し得る。連続の熱可塑性樹脂含浸ストランドはフィラメント巻きまたは 引抜成形されて熱可塑性樹脂繊維強化最終用途製品を得ることができる。

工業上の利用可能性 以上、本発明を充分に詳しく説明するが、以下の記載は本発明を更に例示するこ とを目的とする。下記の熱可塑性樹脂スラリーを形成操作中にガラス繊維に適用 してプレプレグストランドの全重量に対して２３％の熱可塑性樹脂含量を得た。

組成及び範囲　例 ポリアミド粉末　３０〜５０％　オルガゾル（Ｏｒｇａｓｏｌ）１００２０　４ ０％ポリオキシエチレン　０．５〜５％　ポリオックス（Ｐｏｌｙｏｘ）ＷＳＲ ２０５１，２％カンプリング剤　０．０５〜５％　Ａｌ１００　０．２％水　１ ００％までの残部　水　５８−６０％ポリアミド熱可塑性樹脂粉末は５〜４０ミ クロンの平均粒径を有し、かつ８０メツシユ（更に好ましくは１１５メツシユ、 最も好ましくは２００メツシユ）のスクリーンにより保持される粒子を有しない ことが好ましい。オルガゾル１００２０はアトケム（ＡＴＯ（、ＨＥＭ）　（フ ランス）から入手し得るポリアミド、ナイロン６粉末である。ポリオックス　− ５Ｒ２０５はユニオン・カーバイド社から入手し得るポリエチレンオキサイドの 商品名である。また、異なる分子量、分子量分布または分岐度のその他のポリエ チレンオキサイド、例えば、１００．０００〜４．０００．０００の分子量を有 するポリオツクスジリーズのいずれかが好適であり得る。Ａｌ１００はユニオン ・カーバイド社から入手し得るγ−アミノプロピルトリエトキシシランである。

スラリーを一旦一緒に混合し、連続ガラス繊維をスラリー混合物で被覆した。

次いで含浸ガラ又繊維をストランドに集め、次いでストランドを巻取ボビンのま わりに巻取って実質的に円筒形のパッケージを形成した。糸パツケージを乾燥し て水を含浸ストランドから蒸発させ、次いで硬化して結合剤をして熱可塑性樹脂 粉末粒子をガラス繊維の表面に沿って“接着°させた。

実施例の配合を使用することによりつくられたプレプレグストランドから成形さ れた複合材料は、競合製品の性質よりも優れた性質を示す。

表Ｉから容易にわかるように、本発明の７７％のガラス含量を有する熱可塑性樹 脂含浸ストランドは、市販の含浸ストランドよりも大幅に改良された機械的性質 を有する。特に、長さ方向の引張強さ及び曲げ強さは、試験した従来技術のプレ プレグよりも良好である。また、熱可塑性樹脂含浸ストランドは大幅に改良され た漢方向の曲げ強さ及び曲げ弾性率を有する。本性により形成された熱可塑性樹 脂プレプレグの改良は、同様のガラス含量（重量％）を有する従来技術のプレプ レグと比較される場合に最も明らかである。

以上から、種々の改良が本発明になし得ることは明らかである。しかしながら、 このような改良は本発明の範囲内にあると考えられる。

圧縮成形された一方向のガラス／ポリアミド６複合材料の性質の比較長さ方向 引張強さ　引張弾性率　曲げ強さ　ノツチ付きプレプレグ　（ｉｏ’ｋｇ／　（ １０６ｋｇ／　（１０’ｋｇ／　アイゾ・ソト衝撃里＠　”ｌ”昼肪」すΔ−ヨ リ（ロ）−上口知り一粉末スラリー（Ｍ）　９．２１　０．４８５　９，２８　 ３．２対照Ａ”（Ｍ）　４．５０　０．２３９　５．４８　３．５対照Ａ”　（ Ｐ）　６．４７　０．２９５　６．３３　４９対照旦二堡）　５．翌−−」」リ ーーーーＬ匹−３，９−一一一横方向 曲げ弾性率　曲げ強さ　曲げ弾性率　ガラスプレプレグ　（１０’ｋｇ／　（１ ０３ｋｇ／　（１０’ｋｇ／　含量型り一一−−王丞（−１丞１」堕（社）−一 工【−一粉末スラリ−（Ｍ）　０．４５７　０．３６６　０．０８４　７７対照 Ａ”（Ｍ＞　０．２１８　０．２８１　０．０３１　５０対照Ａ”　（円　０． ２３２　−　−　５０対照Ｂ”（Ｍ）　０．４２９　０．０６３　０．０１７　 ７４（Ｍ）測定 （Ｐ）公表 ”　Ｐｃｔ　ＮＧ　ＧＬ　５０ ”ＡＴＯ１２００７ＥＸ 要　約　書 カップリング剤、結合剤またはフィルム形成材及び熱可塑性ポリマー樹脂粉末を 含むガラス繊維用の水性サイズ組成物が開示される。前記の組成物は繊維形成プ ロセス中にガラス繊維表面に適用される。レオロジー改質剤がサイズ組成物に添 加されてもよい。その組成物の一つの実施態様はオルガノシランカップリング剤 、ポリエチレンオキサイド結合剤及びポリアミド熱可塑性ポリマー樹脂を含む。

国際調査報告　。ｒＴ／ＩＫ　Ｏ＋／＋１１＜。。

国際調査報告 ＰＣＴ／ＵＳ　９１１０２５０１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．カップリング剤、フィルム形成材及び熱可塑性ポリマー樹脂粉末から実質的 になる被覆物をその上に有するガラス繊維であって、その被覆物が、水性組成物 の重量を基準として、約０．０５〜約５．０重量％のカップリング剤、約０．５ 〜約５．０重量％のフィルム形成材及び約３０〜約５０重量％の熱可塑性ポリマ ー樹脂粉末を含む水性組成物から水の蒸発により形成された乾燥残渣であるガラ ス繊維。 ２．カップリング剤がγ−アミノプロピルトリエトキシシランである請求の範囲 第１項に記載のガラス繊維。 ３．熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂である請求の範囲第１項に記載のガラス繊維 。 ４．熱可塑性ポリマー樹脂がナイロン６樹脂である請求の範囲第１項に記載のガ ラス繊維。 ５．熱可塑性ポリマー樹脂がポリ［イミノ（１−オキソ−１，６−ヘキサンジイ ル）］である請求の範囲第１項に記載のガラス繊維。 ６．結合剤がポリエチレンオキサイドである請求の範囲第１項に記載のガラス繊 維。 ７．熱可塑性ポリマー樹脂が約１〜約４０ミクロンの平均粒径で存在する請求の 範囲第１項に記載のガラス繊維。 ８．水性組成物が金属粉末を含む請求の範囲第１項に記載のガラス繊維。 ９．水性組成物が更にレオロジー改質剤を含む請求の範囲第１項に記載のガラス 繊維。 １０．水性サイズ組成物が約３０〜５０重量％の熱可塑性ポリマー樹脂粉末、約 ０．５〜約５．０重量％のフィルム形成材、及び約０．０５〜約５．０重量％の カップリング剤並びに残部の水を含む請求の範囲第１項に記載のガラス繊維。 １１．水性サイズ組成物が約４０．０重量％の量のナイロン６粉末を含む熱可塑 性ポリマー樹脂粉末、約１．２重量％の量のポリエチレンオキサイドを含むフィ ルム形成材、約０．２重量％の量のγ−アミノプロピルトリエトキシシランを含 むカップリング剤、及び約５８〜６０重量％の量の水を含む請求の範囲第１項に 記載のガラス繊維。 １２．繊維の表面の少なくとも一部かカップリング剤、フィルム形成材及び熱可 塑性ポリマー樹脂粉末から実質的になる被覆物をその上に有する多数のガラス繊 維であって、 その被覆物か、水性組成物の重量を基準として、約０．０５〜約５．０重量％の カップリング剤、約０．５〜約５．０重量％のフィルム形成材及び約３０〜約５ ０重量％の熱可塑性ポリマー樹脂粉末を含む水性組成物から水の蒸発により形成 された乾燥残渣であるガラス繊維。 １３．前記のオルガノシランがγ−アミノプロピルトリエトキシシランである請 求の範囲第１２項に記載のガラス繊維。 １４．前記のポリアミド熱可塑性樹脂がポリ［イミノ（１−オキソ−１，６−ヘ キサンジイル）］である請求の範囲第１２項に記載のガラス繊維。