JPH06280186A

JPH06280186A - 複合材料製ドクターブレード

Info

Publication number: JPH06280186A
Application number: JP5069792A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Matsuda; 勉松田; Tsutomu Nakamura; 勤中村; Takashi Yoshitomi; 孝吉冨
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-10-04

Abstract

(57)【要約】【目的】要求強度を保持しつつ、特に優れた耐摩耗性
を有するドクターブレードを提供する。【構成】繊維強化樹脂複合材料シートからなるドクタ
ーブレードにおいて、該シートの強化繊維の体積含有率
を３３〜４５％望ましくは３５％〜４５％に規制し、さ
らに強化繊維の強化方向に積極的な異方性を持たせたド
クターブレード。樹脂としてはポリフェニレンサルファ
イドが強化繊維としてはガラス繊維が好ましい。このド
クターブレードシートは高接圧に耐える充分な強度を確
保しつつ、特に優れた耐摩耗性能を有する、工業用とし
て有用性が大きいものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、優れた耐摩耗性能と剛
性とを併せ持つ、強化繊維と合成樹脂とが一体化された
繊維強化樹脂複合材料シートからなる新規なドクターブ
レードに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】製鉄あるいは製紙装置の各種ローラーに
は、表面付着異物除去あるいは水切り等を目的として、
多数のまた多種類のドクターブレードが装着されてい
る。このようなドクターブレードとして、古くから金属
製のものが用いられているが、近年は繊維強化樹脂複合
材料製のものが用いられるようになった。繊維強化樹脂
複合材料製ドクターブレードとしては、エポキシ樹脂で
代表される熱硬化性樹脂で強化繊維を固めたシート材料
が知られているが、最近では、熱可塑性樹脂をマトリッ
クスとする繊維強化樹脂複合材料からなるものも検討さ
れつつある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような繊維強化樹
脂複合材料シートからなるドクターブレードは、ローラ
ーへ等への傷付けが少なくかつ相手ローラー等の破損を
防止できる等の利点により、種々の設備・装置での使用
が見込まれている。更に、繊維強化樹脂複合材料シート
は、金属ブレードの相手金属ローラーとの直接接触によ
って発生する火花による災害を防止でき、あるいは樹脂
単体ブレードの低剛性強度を著しく向上させ得る等、ド
クターブレード性能上において数々の利点を持ってい
る。

【０００４】しかしながら、現状の繊維強化樹脂複合材
料製ドクターブレードは、その耐摩耗性が金属ブレード
と比較しても低く、実際の使用に当たっては、ドクター
ブレードの寿命の問題ばかりでなく、そのドクターブレ
ードを使用する工程の生産性の問題にもなっている。し
たがって、ドクターブレードの耐摩耗性向上は、単にブ
レードの寿命アップという効果にとどまらず、摩耗ブレ
ード交換のための設備停止損失の軽減という、ドクター
ブレード使用工程の生産効率向上効果も期待される。

【０００５】このように繊維強化樹脂複合材料シートか
らなるドクターブレードを使用する上において、該複合
材料シートの耐摩耗性向上が最大の課題であるが、この
耐摩耗性を向上させるため、本発明者らが鋭意研究した
結果、該複合材料シート中の強化繊維の含有量を規制
し、好ましくは更にはマトリックス樹脂として熱可塑性
樹脂を用いることによって、耐摩耗性が大幅に改善され
ること、そして、この際繊維による強化方向に異方性を
持たせることによって、強化繊維の含有量を低くしても
ドクターブレードの要求材料弾性率を満足し、特に有用
性の高い製品となることを見い出し、本発明に至った。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、強
化繊維と合成樹脂（望ましくは熱可塑性樹脂）とが一体
化された繊維強化樹脂複合材料シートからなるドクター
ブレードにおいて、該複合材料シートにおける強化繊維
体積含有率（Ｖｆ）が３３〜４５％、望ましくは３５〜
４５％であることを特徴とする複合材料製ドクターブレ
ードであり、特に、該ドクターブレードのスクレパー作
用線（作用面）に対して垂直方向の強化繊維含有率を平
行方向のそれよりも高めて、異方強化されたことを特徴
とする複合材料製ドクターブレードに係るものである。

【０００７】ドクターブレードは、スクレパー（掻取
り）機能を高めるため相手ローラー等との間に押し付け
接圧（〜５００ｇ／ｃｍ）をかけて使用されるが、この
接圧に耐えるため、ドクターブレードには一定以上の板
剛性が必要とされる。そのため、ドクターブレードを構
成する繊維強化樹脂複合材料シートは一定以上の弾性率
を保持しながら耐摩耗性の向上を図る必要がある。

【０００８】本発明者らは、このように一見相反する性
能を同時に向上させて、上記課題を解決すべく繊維強化
樹脂シートの強化繊維構成に注目し研究を重ねた。

【０００９】すなわち、ポリフェニレンサルファイド
（ＰＰＳ）をマトリックス樹脂とし、連続ガラス繊維を
強化材とする繊維強化樹脂複合材料シートにおけるガラ
ス繊維含有率／弾性率／耐摩耗性の関係について詳細に
検討した結果、例えば後述の実施例及び比較例に示すよ
うに、強化繊維体積含有率（Ｖｆ）によって複合材料シ
ートの耐摩耗性が大きく左右され、該シートにおいてそ
のＶｆを最大４５％以下に抑制することが、シートの耐
摩耗性向上に非常に大きな効果があることが判明した。

【００１０】しかしながら、ドクターブレード性能とし
て重要な板剛性のベースとなる材料弾性率は、繊維強化
樹脂シートの強化繊維体積含有率（Ｖｆ）に比例し、例
えば後述の実施例および比較例に示される各試験片の曲
げ弾性率も、Ｖｆの低下に比例して明らかに低下してい
る。したがって、ドクターブレードとして必要な板剛性
を実現するためにはＶｆを少なくとも３３％以上、望ま
しくは３５％以上とすることが必要である。

【００１１】本発明者らは、更に進んで、繊維強化樹脂
シートのＶｆを低く抑えながらも必要な弾性率を確保す
べくドクターブレードを構成する複合材料の方向別要求
物性に注目して検討を行った。その結果、ドクターブレ
ードの要求剛性が、相手ローラー等と接するスクレパ−
作用線（作用面）に対して垂直な方向は押し付け接圧に
耐えるため高剛性を必要とする反面、平行な方向はブレ
ードがホルダー等によって保持されているため、低剛性
でもブレード機能は充分達成出来ることが確認された。

【００１２】このシートの要求異方剛性に対して従来の
金属・樹脂等の均質材料では対応することが基本的に不
可能であるが、繊維強化樹脂シートでは強化繊維の配置
等によって設計された異方性を与えることが可能であ
り、この点が繊維強化樹脂シートの最大の利点である。

【００１３】本発明者らは、この繊維強化樹脂シートの
強化繊維異方設計に積極的に取り組み、相手ローラー等
と接するスクレパ−作用線（相手ローラー等との接触
線）に対して垂直な方向に重点的に繊維が配向するよう
な強化を行うことによって、後述の実施例２の試験片４
に例示する通り、４５％という低いＶｆにしても、高い
Ｖｆの複合材料（試験片２）と同等の高い弾性率を持
つ、良好な繊維強化樹脂シートを実現した。

【００１４】そして、実施例３の試験片５に示されてい
る通り、ガラス繊維含有率を３５％にまで低Ｖｆ化して
も、強化繊維の構成を積極的に異方設計にすることで弾
性率をほぼ２０００ｋｇ／ｍｍ2 に確保でき、市販ドク
ターブレード用基材として使用されている繊維強化樹脂
シートの弾性率（２０００〜２５００ｋｇ／ｍｍ2 ）と
ほぼ同等で、弾性率も面でも実用上問題ないことがも確
認された。

【００１５】なお、ドクターブレードは、掻き取ったス
カム等がブレード上に滞積しないようにするため、ブレ
ード表面を円滑化する必要があり、ブレードの表面凹凸
を減少し、かつ一定方向性が出ないように最外層には平
織りクロス補強繊維を使用するのが好適である。この平
織りクロス強化材は表面凹凸を下げる効果がある反面シ
ートの異方性を妨げる方向に作用しており、この表層平
織りクロス補強材を更に低目付け化することで、低い繊
維体積含有率（Ｖｆ）でも高弾性率のシートを提供する
ことが可能である。

【００１６】例えば、この場合、両表層には縦横の繊維
配列密度が５０／５０の平織りクロスで強化した繊維強
化樹脂層（この部分のＶｆは高くなる）を配置し、その
間に一方向配向クロス（縦横の繊維配列密度が９５／
５）の１層または複数層を強化材とするＶｆの低い繊維
強化樹脂層を介在させて一体のシート状に成形し、複合
材料全体としてのＶｆが３３〜４５％のシートとする。

【００１７】上記のごとく、繊維強化樹脂複合材料シー
トの繊維体積含有率（Ｖｆ）を３３〜４５％、望ましく
は３５〜４５％、更に望ましくは４０〜４５％の範囲と
し、更に、必要に応じ上記のごとく繊維の強化方向に積
極的な異方性を持たせることによって、一定以上の剛性
を確保しつつ、著しく耐摩耗性の優れたドクターブレー
ドが提供される。

【００１８】上記の例では、ガラス繊維織物（ガラスク
ロス）を強化材とし、マトリックス樹脂として耐熱性の
よい結晶性熱可塑性樹脂のポリフェニレンサルファイド
を用いたドクターブレードについて説明したが、強化材
として、ガラス繊維以外に、炭素繊維、セラミック繊
維、アラミド繊維等の他の高強度高モジュラスの繊維を
用いることも可能であり、これらを２種以上併用するこ
とも可能である。また、強化材の形態は、連続繊維の織
物に限らず、一方向配列繊維シート、編物、ブレード、
マットなどでもよい。これらのうちでも、強化材として
連続ガラス繊維の織物（クロス）類を用いるのが最も好
適である。

【００１９】一方、マトリックス樹脂としては、熱可塑
性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。しかし、
熱可塑性樹脂の方が適当であり、上記のポリフェニレン
サルファイドの他にも、ナイロン６、ナイロン６６、ポ
リエチレンテレフタレート、ポリエチレン-2,6ナフタレ
ート、ポリブチレンテレフタレート、結晶性ポリアリレ
ート等の他の結晶性熱可塑性樹脂、ポリカーボネート等
の非結晶性熱可塑性樹脂等をドクターブレードの用途に
応じて用いることができる。

【００２０】結晶性熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂と
する場合は、その結晶サイズ、結晶化度を一定範囲に制
御すると特にこの良好なドクターブレードとなる。特に
ポリフェニレンサルファイドを用いる場合は、本発明者
らが先に特願平５−５２０１１号において提案したよう
に、結晶サイズを８０オングストローム以下、特に５０
〜７０オングストロームとし、かつ結晶化度を３５％以
上とするのが効果的である。

【００２１】上記のごとき特徴を有する本発明のドクタ
ーブレードの製法は、特に限定されないが、ガラス繊維
強化熱可塑性樹脂複合材料シートの場合、例えば、強化
材となるガラス繊維織物とマトリックス樹脂となる熱可
塑性樹脂のフィルム、織物、粉末層等とを数層ずつ積層
し、該積層体を樹脂の軟化・溶融温度以上加熱加圧して
樹脂を強化材に含浸させ一体化した複合材料シートを成
形し、これを所定の大きさに切り出すことによって工業
的に有利に製造することができる。この際、強化材とし
て縦横に配列する繊維密度の異ったものを適宜用いるこ
とによって、異方強化を実現することができる。また、
成形時の加熱・冷却条件を制御することにより、複合材
料中のマトリックス樹脂の結晶性を規制することができ
る。

【００２２】

【発明の効果】上述のごとき本発明のドクターブレード
は、それを構成する繊維強化樹脂複合材料シートにおい
て、その繊維体積含有率（Ｖｆ）を３３〜４５％、望ま
しくは３５〜４５％の範囲とし、更に望ましくは、マト
リック樹脂として熱可塑性樹脂を用い、繊維による強化
方向に積極的な異方性を持たせることにより、実際の使
用において必要な剛性を確保しつつ著しく耐摩耗性の優
れたドクターブレードとなる。しかも、マトリックス樹
脂として結晶性熱可塑性樹脂を用い、その結晶性を制御
したドクターブレードは、耐摩耗性が格段に良好であ
り、更に熱や吸水に対する寸法安定性が優れており、し
かも、熱硬化性樹脂を用いる従来汎用の複合材料製ブレ
ードに比べて製造が容易であるという利点を有する

【００２３】

【実施例】以下に実施例および比較例をあげて本発明を
更に詳しく説明するが、本発明はこれらにより何らの限
定も受けるものではない。

【００２４】なお、これらの例において、曲げ物性の測
定は、ＪＩＳＫ７０５５（ガラス繊維強化プラスチ
ックスの曲げ試験方法）の３点曲げ法に準じて行った。
また、耐摩耗試験は、１６．５ｍ／分の速度で回転する
円盤に＃４００サンドペーパーを張り付け、試料片断面
当たり５ｇ／ｍｍ²の一定接圧が作用するよう重りを調
節し、試験片が該円盤に対して垂直となるようにセット
し試験した。この際、摩耗粉によるサンドペーパーの目
詰まりを防止するため摩擦面には常に水を流した。また
摩耗量差異の精度を上げるため、初期過大摩耗後の安定
摩耗量領域（立ち上げ３０分後からの摩耗量測定）に達
してから測定を行った。

【００２５】以下の実施例および比較例の測定値におい
て、繊維含有率は繊維体積含有率：Ｖｆ（％）を、曲げ
弾性率は相手ローラー等との接触線（スクレパー作用
線）に対し垂直方向の試験片の弾性率（Ｋｇ／ｍｍ²）
を示し、摩耗量は１分間当たりの体積摩耗量（ｍｍ³／
分）を示している。

【００２６】

【実施例１，比較例１】ガラス繊維平織りクロス（ユニ
チカユーエムグラス（株）製、Ｈ−２０１、目付け２０
４ｇ／ｍ²）５枚とポリフェニレンサルファイドフィル
ム（帝人（株）製、１５０μｍｍ厚さ）６枚とを交互積
層した材料を、２０ｋｇ／ｃｍ²のプレス圧力を保持し
ながら、５分間で室温から３２０℃まで急速加熱し、続
いて３２０℃から室温まで急速冷却を行い、ポリフェニ
レンサルファイド樹脂が非結晶状態に近いガラス繊維強
化樹脂シートを成形した。次に、この成形シートを１５
０℃の雰囲気状態に６時間保持し、試験片１Ａを作成し
た。この試験片１Ａの板厚は１．２６ｍｍ、繊維含有率
は３１％であった。

【００２７】上述の方法にによって、この試験片１Ａの
曲げ弾性率および摩耗量の測定を実施したところ、曲げ
弾性率は１６５０ｋｇ／ｍｍ²、摩耗量は２．９ｍｍ³
／分であり、曲げ弾性率が不足したものであった（比較
例１）。

【００２８】一方、ガラス繊維平織りクロス（ユニチカ
ユーエムグラス（株）製、Ｈ−２０１、目付け２０４ｇ
／ｍ²）６枚と上記と同じポリフェニレンサルファイド
フィルム６枚を上記と全く同じように交互積層した材料
を、同じ条件で成形し、更に同じ条件で熱処理し、試験
片１Ｂを作成した。この試験片１Ｂの板厚は１．２０ｍ
ｍ、繊維含有率は４０％であった。

【００２９】この試験片１Ｂの曲げ弾性率は１９８０ｋ
ｇ／ｍｍ²、摩耗量は３．０ｍｍ³／分であり、曲げ弾
性率、耐摩耗性ともに十分満足できるものであった（実
施例１）。

【００３０】

【比較例２】一方、ガラス繊維平織りクロス（ユニチカ
ユーエムグラス（株）製、Ｈ−２０１、目付け２０４ｇ
／ｍ²）９枚とポリフェニレンサルファイドフィルム
（帝人（株）製、７０μｍ厚さ）１０枚とを交互積層
し、上述の試験片１Ａ，１Ｂと同様の成形方法で試験片
２を作成した。この試験片２の板厚は１．４１ｍｍ、繊
維含有率は５１％であった。この試験片２の曲げ弾性率
は２５５０ｋｇ／ｍｍ²、摩耗量は３．９ｍｍ³／分
で、耐摩耗性の劣ったものであった（比較例２）。

【００３１】

【実施例２〜３，比較例３】実施例１と同様のガラス繊
維平織りクロス２枚の間にガラス繊維一方向強化平織り
クロス（ユニチカユーエムグラス（株）製、ＰＲ−６０
０、目付け６００ｇ／ｍ²、繊維含有量比率：Ｘ方向／
Ｙ方向＝９５／５）２枚を挟み、更に平織りクロスと一
方向強化クロスの間にポリフェニレンサルファイドフィ
ルム（帝人（株）製、２８０μｍ厚さ）２枚を挟んだ材
料を用い、試験片１Ａ，１Ｂおよび試験片２と同様の成
形条件でプレス成形して異方強化した試験片３を作成し
た。この試験片３の板厚は１．２０ｍｍ、繊維含有率は
５５％であった。また、この試験片３の曲げ弾性率およ
び摩耗量を測定したところ、曲げ弾性率は２８３０ｋｇ
／ｍｍ²と十分であるが摩耗量が４．２ｍｍ³／分で、
耐摩耗性が大きく劣ったものであった（比較例３）。

【００３２】同様のガラス繊維平織りクロス２枚の間に
同様のガラス繊維一方向強化平織りクロス３枚を挟み、
更にポリフェニレンサルファイドフィルム４枚を挟み込
んで、上記試験片３と同様の成形条件で異方強化した試
験片４を作成した。この試験片４の板厚は２．０ｍｍ、
繊維含有率）は４５％であった。この試験片４の曲げ弾
性率は２５２０ｋｇ／ｍｍ²、摩耗量は３．１ｍｍ³／
分であり、曲げ弾性率、耐摩耗性ともに良好なものであ
った（実施例２）。

【００３３】また、ガラス繊維平織りクロス（ユニチカ
ユーエムグラス（株）製、Ｈ−１０５、目付け１０７ｇ
／ｍ²）２枚の間にガラス繊維一方向強化平織りクロス
（ユニチカユーエムグラス（株）製、ＰＲ−５００、目
付け５００ｇ／ｍ²、繊維含有量比率：Ｘ方向／Ｙ方向
＝９５／５）２枚を挟み込み、更にポリフェニレンサル
ファイドフィルム（帝人（株）製、１８０μｍ厚さ）５
枚を交互積層し、上記試験片４と同様の成形条件でプレ
スして異方強化した試験片５を成形した。この試験片５
の板厚は１．３６ｍｍ、繊維含有率は３５％であった。
この試験片５の曲げ弾性率は２００５ｋｇ／ｍｍ²、摩
耗量は２．８ｍｍ³／分であり、曲げ弾性率、耐摩耗性
ともに良好なものであった（実施例３）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強化繊維と合成樹脂とが一体化された繊
維強化樹脂複合材料シートからなるドクターブレードで
あって、該複合材料シートにおける強化繊維体積含有率
（Ｖｆ）が３３〜４５％であることを特徴とする複合材
料製ドクターブレード。
【請求項２】繊維強化樹脂複合材料シートがドクター
ブレードのスクレパー作用線に対して垂直方向の強化繊
維含有率を平行方向のそれよりも高めて、異方強化され
ていることを特徴とする請求項１に記載のドクターブレ
ード。
【請求項３】合成樹脂が熱可塑性樹脂であることを特
徴とする請求項１または請求項２に記載のドクターブレ
ード。
【請求項４】熱可塑性樹脂がポリフェニレンサルファ
イドであることを特徴とする請求項３に記載のドクター
ブレード。