JPH0733884A - ガラス繊維の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 被膜形成剤としてエポキシ樹脂、アクリル樹
脂、不飽和ポリエステルの１種を含むサイジング剤、又
は、これら被膜形成剤の２種以上を含み且つその中の１
種の被膜形成剤中での割合が70wt％以上であるサイジン
グ剤を、塗布したガラス繊維と、樹脂とを含むガラス繊
維強化樹脂複合材料を製造するに際し、該製造前にガラ
ス繊維を100 〜350 ℃の温度で加熱することを特徴とす
るガラス繊維の処理方法。 【効果】 ガラス繊維と被補強樹脂との接着性を充分且
つ確実に向上し得、高強度・高弾性率のガラス繊維強化
樹脂複合材料の製造に好適なガラス繊維が得られるよう
になり、そのためガラス繊維強化樹脂複合材料の強度及
び弾性率を高めることができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ガラス繊維の処理方法
に関し、詳細には、高強度・高弾性率のガラス繊維強化
樹脂複合材料を製造する際に用いるガラス繊維の処理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガラス繊維強化樹脂複合材料は主にガラ
ス繊維と樹脂（被補強樹脂）とを用いて製造される。か
かるガラス繊維としては、ガラス繊維相互の接触による
傷発生の防止、ガラス繊維の集束性及び作業性の向上、
被補強樹脂との接着性の向上を図るために、サイジング
剤を塗布したもの（即ち、サイジング処理したガラス繊
維）が使用されている。ここで、サイジング剤は、被補
強樹脂との接着性を良くする働きを有するカップリング
剤や、ガラス繊維の集束性を良くするための被膜形成
剤、帯電防止剤、潤滑剤等からなる。

【０００３】ところで、ガラス繊維強化樹脂複合材料の
高強度化等の高品質化のためには、ガラス繊維による補
強効果を充分に発揮させることが重要であり、そのため
にはガラス繊維と被補強樹脂との接着性を強力にするこ
とが必要である。かかる接着性の向上を図るため、ガラ
ス繊維用のサイジング剤の組成についての発明が数多く
なされており、又、サイジング剤の塗布後の処理として
乾燥処理が施される例が報告されており、それらの例は
特開平2-32131 号公報、特公昭60-18614号公報にみるこ
とができる。

【０００４】更に、ガラス繊維の機械的強度の向上を図
る方向として、特開昭50-83588号公報には、ガラス繊維
をポリウレタンでサイジングし、これを160 ℃以上の温
度で加熱することを手段とするガラス繊維の機械的性質
改良方法が提案されている。尚、この方法は、本質的に
はガラス繊維自体の機械的強度を向上させ、それにより
ガラス繊維強化樹脂複合材料の強度向上を図ることを目
的とするものであり、ガラス繊維と被補強樹脂との接着
性の向上に着目したものではない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記従来の
技術においては、得られるガラス繊維強化樹脂複合材料
の強度や弾性率が低いものが現れたり、ガラス繊維強化
樹脂複合材料の引張試験でガラス繊維が引き抜けてしま
ったりするものがあるという問題点がある。これは、ガ
ラス繊維と被補強樹脂との接着性（接着力）がまだ充分
でなくて確実性に欠けるためであり、高強度・高弾性率
のガラス繊維強化樹脂複合材料を目指す場合、それら問
題点の改善が必要である。

【０００６】本発明はこの様な事情に着目してなされた
ものであって、その目的は、前記従来技術の有する問題
点を解消し、ガラス繊維と被補強樹脂との接着性を充分
且つ確実に向上し得、高強度・高弾性率のガラス繊維強
化樹脂複合材料の製造に好適なガラス繊維が得られるよ
うになるガラス繊維の処理方法を提供しようとするもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係るガラス繊維の処理方法は次のような
構成としている。即ち、請求項１記載のガラス繊維の処
理方法（第１の方法）は、被膜形成剤としてエポキシ樹
脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステルの１種を含むサ
イジング剤を塗布したガラス繊維と、樹脂とを含むガラ
ス繊維強化樹脂複合材料を製造するに際し、該製造前に
ガラス繊維を100 〜350 ℃の温度で加熱することを特徴
とするガラス繊維の処理方法である。

【０００８】請求項２記載のガラス繊維の処理方法（第
２の方法）は、被膜形成剤としてエポキシ樹脂、アクリ
ル樹脂、不飽和ポリエステルの２種以上を含み且つその
中の１種の被膜形成剤中での割合が70wt％以上であるサ
イジング剤を塗布したガラス繊維と、樹脂とを含むガラ
ス繊維強化樹脂複合材料を製造するに際し、該製造前に
ガラス繊維を100 〜350 ℃の温度で加熱することを特徴
とするガラス繊維の処理方法である。

【０００９】

【作用】本発明に係るガラス繊維の処理方法の中、先
ず、第１の方法は、前記の如く、被膜形成剤としてエポ
キシ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステルの１種を
含むサイジング剤を塗布したガラス繊維と、樹脂とを含
むガラス繊維強化樹脂複合材料を製造するに際し、該製
造前にガラス繊維を100 〜350 ℃の温度で加熱するよう
にしているので、この100 〜350 ℃の温度でのガラス繊
維の加熱に起因して、ガラス繊維と被補強樹脂との接着
性（接着力）を充分且つ確実に向上し得、そのため高強
度・高弾性率のガラス繊維強化樹脂複合材料の製造に好
適なガラス繊維が得られるようになる。

【００１０】即ち、被膜形成剤としてエポキシ樹脂、ア
クリル樹脂、不飽和ポリエステルの１種を含むサイジン
グ剤をガラス繊維に塗布すると、該被膜形成剤の働きに
よりガラス繊維の集束性が良くなり、一方、カップリン
グ剤の働きによりガラス繊維と被補強樹脂との接着性が
良くなるが、高強度・高弾性率のガラス繊維強化樹脂複
合材料を目指す場合、この接着性（接着力）はまだ充分
でなくて確実性に欠ける。このとき、該被膜形成剤は上
記の如くガラス繊維の集束性の向上に寄与するが、従来
技術の場合（前記第１方法の如き温度での加熱をしない
場合）には、ガラス繊維と被補強樹脂との接着性の向上
には寄与しない。

【００１１】ところが、上記サイジング剤塗布後のガラ
ス繊維を、ガラス繊維強化樹脂複合材料の製造前に（複
合化前に）100 〜350 ℃の温度で加熱すると、塗布され
たサイジング剤中の被膜形成剤の未反応で残っているエ
ポキシ環が、被膜形成剤中に未反応で残っている硬化剤
や重合剤と反応したり、被膜形成剤の未反応で残ってい
る二重結合が開環して上記硬化剤や重合剤と反応し、そ
のため被膜形成剤の硬化が促進されたり、高分子量化が
進む。かかる硬化や高分子量化が進んだ被膜形成剤は、
さらに高分子量である被補強樹脂と混ざり易く、相互侵
入しあう。従って、ガラス繊維と被補強樹脂との接着性
が向上する。即ち、ガラス繊維と被補強樹脂との接着性
の向上に被膜形成剤も寄与する。

【００１２】又、ガラス繊維と被補強樹脂との接着性を
良くするために添加されているカップリング剤は、被補
強樹脂と反応する官能基を有しているが、従来技術の場
合には、この官能基の中には未反応で残っているものが
あり、それはガラス繊維と被補強樹脂との接着性の向上
に寄与していない。ところが、前記の如くサイジング剤
塗布後のガラス繊維を100 〜350 ℃の温度で加熱する
と、上記未反応で残っている官能基が、被膜形成剤の未
反応で残っているエポキシ環と反応したり、被膜形成剤
の未反応で残っている二重結合が開環し、反応する。そ
のため被膜形成剤の硬化や高分子量化が進み、従って、
前記と同様の機構によりガラス繊維と被補強樹脂との接
着性が向上する。即ち、ガラス繊維と被補強樹脂との接
着性の向上に対し、カップリング剤の未反応で残ってい
る官能基が間接的に寄与すると共に、被膜形成剤が更に
（前述の被膜形成剤の寄与に加えて）寄与する。

【００１３】このように、本発明に係る第１方法によれ
ば、カップリング剤によるガラス繊維と被補強樹脂との
接着性の向上に加え、従来技術ではガラス繊維と被補強
樹脂との接着性の向上に寄与していなかった被膜形成剤
も寄与させることができ、従って、ガラス繊維と被補強
樹脂との接着性（接着力）を充分且つ確実に向上し得、
そのため高強度・高弾性率のガラス繊維強化樹脂複合材
料の製造に好適なガラス繊維が得られるようになる。そ
の結果、ガラス繊維強化樹脂複合材料の強度及び弾性率
を高めることができる。

【００１４】上記本発明に係る第１方法での数値限定理
由を説明する。前記ガラス繊維の加熱温度を100 〜350
℃としているのは、100 ℃未満では、前記の被膜形成剤
の硬化や高分子量化が充分に進まず、接着性向上に対す
る被膜形成剤の寄与の程度が小さく、ガラス繊維と被補
強樹脂との接着性が不充分であり、350 ℃超では、ガラ
ス繊維自体が劣化し、得られるガラス繊維強化樹脂複合
材料の強度及び弾性率が低下して不充分となるからであ
る。

【００１５】次に、第２の方法は、前記の如く、被膜形
成剤としてエポキシ樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエ
ステルの２種以上を含み且つその中の１種の被膜形成剤
中での割合が70wt％以上であるサイジング剤を塗布した
ガラス繊維と、樹脂とを含むガラス繊維強化樹脂複合材
料を製造するに際し、該製造前にガラス繊維を100 〜35
0 ℃の温度で加熱するようにしているので、この100 〜
350 ℃の温度でのガラス繊維の加熱に起因して、前記第
１方法の場合と同様の機構によりガラス繊維と被補強樹
脂との接着性の向上に上記被膜形成剤も寄与させること
ができ、従って、ガラス繊維と被補強樹脂との接着性を
充分且つ確実に向上し得、そのため高強度・高弾性率の
ガラス繊維強化樹脂複合材料の製造に好適なガラス繊維
が得られるようになる。その結果、ガラス繊維強化樹脂
複合材料の強度及び弾性率を高めることができる。

【００１６】ここで、サイジング剤に含まれる被膜形成
剤は、上記の如く、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、不飽
和ポリエステルの２種以上であり、この２種以上という
点で第１方法の場合（１種）と異なる。換言すれば、上
記第２の方法は、かかる被膜形成剤が２種以上含まれる
場合に適用する方法である。このように２種以上含まれ
る場合、前記の如く、その中の１種の被膜形成剤中での
割合が70wt％以上であるという条件を充たす必要があ
る。それは、この条件を充たさない場合、ガラス繊維と
被補強樹脂との接着性を充分に向上し得なくなるため、
後述の実施例にみられる如く、ガラス繊維強化樹脂複合
材料の強度を高めることができなくなるからである。こ
のようになるメカニズムについては、次のように考えら
れる。

【００１７】即ち、それぞれの樹脂は異なる硬化剤、重
合剤が必要であり、被膜形成剤中に含まれる量が少なく
なると少量残っている未反応の硬化剤、重合剤と出会え
る機会が少なくなってしまうため、主となる被膜形成剤
が必要となると考えられる。

【００１８】上記本発明に係る第２方法での数値限定理
由（即ちガラス繊維加熱温度を100〜350 ℃としている
理由）は、前記第１方法での数値限定理由と同様であ
る。

【００１９】尚、前記温度：100 〜350 ℃でのガラス繊
維の加熱に際し、加熱時間は特に限定されるものではな
いが、その最適加熱時間は加熱温度により変わり、加熱
温度350 ℃では10分以上、100 ℃では２時間以上加熱す
ることが望ましい。

【００２０】前記ガラス繊維に関し、その種類は特に限
定されるものではなく、例えばＥ−ガラス，Ａ−ガラ
ス，Ｓ−ガラス等を使用できる。

【００２１】前記被膜形成剤としてのエポキシ樹脂、ア
クリル樹脂、不飽和ポリエステルに関し、各々その種類
は特に限定されるものではなく、エポキシ樹脂として
は、例えばビスフェノール系エポキシ樹脂，脂環状エポ
キシ樹脂を使用でき、アクリル樹脂としては、例えばメ
タクリル酸エステル樹脂，アクリル酸エステル樹脂を使
用でき、不飽和ポリエステルとしては、例えばイソフタ
ル酸系不飽和ポリエステル樹脂，ビスフェノール系不飽
和ポリエステル樹脂を使用できる。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）被膜形成剤としてビスフェノール系エポキ
シ樹脂（エポキシ樹脂の１種）、アクリル樹脂、又は、
不飽和ポリエステル樹脂を各々単独で含み、カップリン
グ剤としてアミノシランを含むサイジング剤を用い、該
サイジング剤を束状（ストランド状）ガラス繊維に塗布
した後、自然乾燥した。次いで、該ガラス繊維を100
℃、350 ℃で各々３時間加熱する処理を行った。又、比
較例１として80℃で３時間加熱するものも行った。

【００２３】上記ガラス繊維の加熱処理の後、該ガラス
繊維に樹脂を含浸し硬化させて樹脂含浸ストランド材
（樹脂含浸ストランド状ガラス繊維）を製作した。次
に、これらについて、JIS-R7601 の炭素繊維試験方法に
準じて樹脂含浸ストランド試験を行った。又、比較例２
として、前記サイジング剤の塗布・乾燥後、加熱処理を
せずに、樹脂を含浸硬化させた樹脂含浸ストランド材
（従来技術で得られるものに相当）を製作し、これにつ
いても上記と同様の試験を行った。

【００２４】上記試験の結果を表１に示す。比較例１に
係るもの（80℃の加熱処理を施したもの）と、比較例２
に係るもの（加熱処理なしのもの）とは、強度に殆ど差
がないが、これらに対し、実施例１に係るもの(100℃又
は350 ℃の加熱処理を施したもの）は強度が高いことが
わかる。

【００２５】（実施例２）実施例１と同様のガラス繊維
へのサイジング剤の塗布・乾燥をし、次いで該ガラス繊
維を100 ℃で１時間30分、又、２時間加熱する処理を行
った後、樹脂の含浸硬化処理を施して樹脂含浸ストラン
ド材を製作した。そして、これらについて実施例１と同
様の試験を行った。その結果を表２に示す。１時間30分
の加熱の場合に比し、２時間の加熱の場合は、強度が高
く、かかる点から加熱温度100 ℃の場合には加熱時間を
２時間程度とした方が望ましいといえる。

【００２６】（実施例３）前記100 ℃で１時間30分、２
時間の加熱に代えて、350 ℃で５分、10分の加熱を行っ
た。かかる点を除き、実施例２と同様のストランド材を
製作及び試験を行った。その結果を表３に示す。５分の
加熱の場合に比し、10分の加熱の場合は、強度が高く、
この点から350 ℃の場合には10分程度もしくはそれ以上
加熱することが望ましいといえる。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】

【表４】

【００３１】（実施例４）被膜形成剤としてビスフェノ
ール系エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及び、不飽和ポリ
エステル樹脂の３種を同時に表４に示す割合で含み、カ
ップリング剤としてアミノシランを含むサイジング剤を
用い、該サイジング剤をストランド状ガラス繊維に塗布
し自然乾燥した後、該ガラス繊維を350 ℃で10分間加熱
する処理を行った。次に、該ガラス繊維に樹脂を含浸し
硬化させて樹脂含浸ストランド材を製作し、そして、こ
れらについて実施例１と同様の樹脂含浸ストランド試験
を行った。

【００３２】上記試験の結果を表４に示す。上記３種の
被膜形成剤中、その中の１種の被膜形成剤中での割合が
70wt％以上であるという条件を充たさない場合、強度の
向上が殆どないが、これに対し、上記条件を充たす場合
は強度の向上が認められ、強度が高いことがわかる。こ
の結果は、本発明に係る被膜形成剤が２種以上含まれる
場合、その中の１種の被膜形成剤中での割合：70wt％以
上という条件を充たすことが強度の向上の１要件である
ことを例示するものである。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上のような構成を有し作用を
なすものであり、本発明に係るガラス繊維の処理方法に
よれば、従来技術の有する問題点を解消し、ガラス繊維
と被補強樹脂との接着性を充分且つ確実に向上し得、高
強度・高弾性率のガラス繊維強化樹脂複合材料の製造に
好適なガラス繊維が得られるようになる。そのため、ガ
ラス繊維強化樹脂複合材料の強度及び弾性率を高めるこ
とができるようになる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 嶋崎 勝乗 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被膜形成剤としてエポキシ樹脂、アクリ
   ル樹脂、不飽和ポリエステルの１種を含むサイジング剤
   を塗布したガラス繊維と、樹脂とを含むガラス繊維強化
   樹脂複合材料を製造するに際し、該製造前にガラス繊維
   を100 〜350℃の温度で加熱することを特徴とするガラ
   ス繊維の処理方法。
2. 【請求項２】 被膜形成剤としてエポキシ樹脂、アクリ
   ル樹脂、不飽和ポリエステルの２種以上を含み且つその
   中の１種の被膜形成剤中での割合が70wt％以上であるサ
   イジング剤を塗布したガラス繊維と、樹脂とを含むガラ
   ス繊維強化樹脂複合材料を製造するに際し、該製造前に
   ガラス繊維を100 〜350 ℃の温度で加熱することを特徴
   とするガラス繊維の処理方法。