JPH0748743A - 複合繊維材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は軽量でかつ高い引張強度、高い引張
弾性率と優れた耐光性を有する複合繊維材料を提供する
こと。 【構成】 耐光性の改善されたポリベンザゾール繊維に
高引張強度、高引張弾性率を有するポリエチレン繊維を
複合した繊維材料である。該成分繊維の混合重量比率を
特定することでこの複合繊維は構成されている。 【効果】 高い力学的特性を損なうことなく軽量かつ耐
光性が改善された従来にない高い引張強度と高い引張弾
性率の複合繊維材料の提供ができる。特に高い耐光性が
要求される構造材として有用な素材である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】発明は複合繊維材料に関する。さ
らに詳しくは軽量にして、かつ高引張強力・高初期引張
弾性率であり耐光性、耐クリープ性、耐摩耗性に優れた
複合繊維材料に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ロープ分野においてポリプロピレ
ン、ポリアミド、ポリエステル、芳香族ポリアミド、高
強度ポリエチレン等の繊維が広く使用されている。ケー
ブル分野においては軽量化、不錆化を目的したもの、ま
た光ファィバー抗張体分野においては軽量化、電磁誘導
障害防止を目的としてスチールに代わって全芳香族系ポ
リアミド繊維が使用されている。中でも全芳香族系ポリ
アミド繊維は従来の繊維素材に見られなかった優れた特
性を有しているが、（１）相対的に高価である、（２）
耐光性が低い、（３）耐摩耗性が低い、（４）比重が大
きい、等の欠点を有している。したがってロープ用途に
おいてはポリエステル繊維やポリアミド繊維のブレード
で全芳香族系ポリアミド繊維で被覆して耐光性、耐摩耗
性の欠点をカバーしている。またケーブルの用途におい
ては不飽和ポリエステル樹脂組成物でＦＲＰ化し耐光
性、耐摩耗性の改善を図っている。特開昭５８−１８６
６８８号公報、特開昭６０−１３９８８４号公報および
特開昭６０−１３８５０７号公報等で高引張強力・高初
期引張弾性率のポリエチレン繊維からなるロープおよび
光ファィバー抗張体が提案されている。高強度、高弾性
率ポリエチレン繊維は全芳香族系ポリアミド繊維や全芳
香族系ポリエステル繊維に比べて安価であり軽量で特性
的にも高強度・高弾性率、耐光性、対摩耗性、対薬品性
に優れている。しかし、抗張力材の要求特性の一つであ
る耐クリープ性は全芳香族系ポリアミド繊維に比べて極
度に劣る。そこで例えば特開昭６２−１４９９２８号公
報は高強力・ 高弾性率ポリエチレン繊維と全芳香族系ポ
リアミド繊維および／また は全芳香族系ポリエステル
繊維とを混合した複合繊維材料を提案している。同公報
によれば軽量で高強度・高弾性率ポリエチレン繊維の優
れた耐摩耗性や耐光性および耐薬品性等の特性を損なう
ことなく該繊維の欠点である耐クリープ性が改善できる
としている。しかし、耐摩耗性や耐光性を改善するには
複合繊維材料の横断面内の周辺部は主として超高分子量
ポリエチレン繊維が配置される必要がある。かかる繊維
の混合状態を具現化するには特殊な混繊装置や複雑な工
程が必要となり結果的に製造に要する費用の上昇（コス
トアップ）を招く。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した様に従来の高
い引張強力・初期引張弾性率ポリエチレン繊維を一成分
とする複合繊維材料は該複合繊維材料を構成する糸条の
周辺部にポリエチレン繊維が位置するように複合する必
要があり用いる複合装置の制約また作業の煩雑さに難点
があった。これは必然的にコストアップとなる。本発明
の目的はかかる従来の高い引張強力と高い引張弾性を有
するポリエチレン繊維を一成分とする複合材料の欠点に
鑑み、軽量にして高引張強度、高引張弾性率でかつ耐光
性、耐クリープ性、耐摩耗性に優れた複合繊維材料を提
供せんとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは軽量で高引
張強度、高引張弾性率かつ耐光性、耐クリープ性に優れ
た複合繊維材料の成分繊維の組み合わせにつき詳細に検
討した結果、耐光性の改善されたポリベンザゾール繊維
を一成分として用いることで従来になかった優れた特性
を有する複合繊維材料が得られることを知見し本発明に
到達した。

【０００５】以下、本発明をさらに詳細に説明する。本
発明の複合繊維材料はポリベンザゾール繊維（Ａ）と高
い引張強度と高い引張弾性率有するポリエチレン繊維
（Ｂ）を主成分としてなる。本発明に用いるポリベンザ
ゾール繊維は少なくとも４．０ＧＰａ以上の引張強度と
少なくとも１４０ＧＰａ以上の引張弾性率を有する。こ
こで引張強度が４．０ＧＰａ未満、引張弾性率が１４０
ＧＰａ未満のポリベンザゾール繊維を一成分繊維として
構成された複合繊維材料は例えばロープ用途に使用する
と細径比の低下が小さく従来の素材から構成されるロー
プに比べて性能／コストの比率が劣る。またケーブルや
光ファィバー抗張体用途において性能／コスト比が低下
することは勿論、スチールに代替え可能な要求特性が満
足できなくなる。

【０００６】ここで重要なことは複合繊維材料はＡＳＴ
Ｍ Ｇ２６−９０に記載の試験法３に準じて評価したキ
セノン１００時間照射後の強力保持率が７８％以上であ
るポリベンザゾール繊維（Ａ）を一成分として構成され
ることである。この耐光性の改善されたポリベンザゾー
ル（Ａ）は先に本発明者らが特願平４−３２４２７８号
公報で提案したポリベンザゾール繊維を用いることがで
きる。即ち、ポリベンザゾール繊維の耐光性は主として
繊維のキンクバンド数と大きさが関係あることに着目し
て単位長さ当たりのキンクバンドの数が０．０１個／ｃ
ｍ以下に低減されたポリベンザゾール繊維糸条を提案し
た。その要点はポリベンザゾールの繊維の製糸工程に糸
条が巻取られまでに主として滑剤成分と耐光性化合物を
配合した油剤で処理し、製糸工程で走行糸条が固体摩擦
や糸道変更による屈曲によって生じる機械的なの損傷
（キンクバンド）発生を抑制することである。このよう
に耐光性の改善されたポリベンザゾール繊維を複合繊維
材料の一成分として使用することが本発明の要点の一つ
であり、従来問題とされていた複合繊維材料の横断面内
の周辺部に主としてポリエチレン繊維を配置する必要性
はなくなり、従って異種繊維を混合する装置仕様の制約
や作業の頻雑さといった難点は解消でき、コスト低減が
可能となる。一方、キセノン１００時間照射後の強度保
持率が７８％未満のポリベンザゾール繊維を使用する場
合は高引張強度・高引張弾性率を有するポリエチレン繊
維（Ｂ）の混合比率を増やすかまたは複合繊維材料の横
断面内の周辺部に主としてポリエチレン繊維（Ｂ）を配
置する等の対策が必要である。特にポリエチレン繊維の
混合比率を増やすことは耐クリープ性の低下につなが
る。

【０００７】本発明の複合繊維材料において繊維（Ａ）
の占める割合は４５重量％以上で７５重量％以下、これ
に対応する繊維（Ｂ）の占める割合は４５重量％以下で
２５重量％以上とすればよい。ここで繊維（Ａ）の占め
る比率が４５重量％未満では、複合繊維材料の強度およ
び弾性率が低下するのみならず高い引張強力と高い引張
弾性率を有する繊維（Ｂ）の欠点である耐クリープ性を
繊維（Ａ）に以ってカバーすることが困難になる。また
複合繊維材料の単位体積当たりの重量は当然のことでは
あるが繊維（Ｂ）の混合比率に比例し、繊維（Ｂ）の混
合比率の増大に伴って本発明の目的である複合材料の軽
量化は薄れてくる。従って混合比率の上限は７５重量％
に止めるべきである。なお、本発明の複合繊維材料の複
合形態は長繊維同士が混合された状態にあればよい。つ
まり複合繊維材料の横断面内におけるポリベンザゾール
系繊維またはポリエチレン繊維は任意の状態に配置また
は分散されておればよいが、両繊維が可及的均一に分散
していることが好ましい。なお、複合繊維材料の横断面
内の周辺部に特にポリエチレン繊維を配置させた形態に
する必要はなく、従って従来公知の繊維混合手段、例え
ば電気的に繊維を開繊させて混合する方法、流体を用い
て繊維同士を混合する方法等が採用できる。

【０００８】本発明の複合繊維材料を構成する一成分で
あるポリエチレン繊維（Ｂ）の特性も重要であり、少な
くとも３．０ＧＰａ以上の引張強度と１２０ＧＰａ以上
の引張弾性率とを有することが必要である。この特性を
満たさないポリエチレン（Ｂ）を成分として構成した複
合繊維材料は引張強度および引張弾性率とも低いものし
か得られず、これはロープ用途において細径化が困難で
ある。

【０００９】複合繊維材料は単繊維の繊度に特に制限は
ないが０．５デニール以上、３．０デニール以下である
繊維（Ａ）および繊維（Ｂ）とで構成されることが好ま
しい。現技術レベルでは単糸繊維繊度０．５デニール未
満の繊維（Ａ）および（Ｂ）を安定した状態でかつ安価
に工業的に生産することは困難であり、また単繊維の繊
度が３．０デニールを越えると複合繊維材料の柔軟性や
物性は低下傾向を示す。また複合する繊維（Ａ）と
（Ｂ）の単糸繊維の繊度差が極端に大きい場合には混合
斑を生じやすく、このため両成分繊維の単繊維の繊度は
可及的に近いレベルに揃えることが好ましい。

【００１０】以下に本発明の評価に用いた各種特性値の
測定方法について述べる。

【００１１】＜繊維表面のボイド直径＞ＪＩＳ Ｌ−１
０１３（１９８１）に準拠してオリエンテック（株）社
製テンシロンにより、つかみ間隔２０ｃｍ、引張速度１
００％／ｍｉｎ、ｎ＝１０の測定を行い、算術平均値を
求めた。

【００１２】＜耐クリープ性＞温室、所定荷重の条件下
で経時的にクリープ歪み（％）を測定し、所定の日数経
過後のクリープ歪みεＴ（％）で耐クリープ性を評価し
た。 評価条件 温度：室温 荷重：破断強度の４０％ 日数：２０日間

【００１３】＜耐光性＞ＡＳＴＭ Ｇ２６−９０に記載
の試験法３に準じてキセノン１００時間照射後の強力保
持率で評価した。

【００１４】＜耐摩耗性＞ＪＩＳ Ｌ−１０９５ ７．
１０．２に準拠して紡績糸抱合力試験機を用いて荷重
０．１５ｇ／ｄの下で摩擦作用を与え、繊維が破断した
時のサイクル数で評価した。

【００１５】

【実施例】以下に本発明を実施例を挙げて説明するが勿
論本発明はこれらに限定されるものではない。

【００１６】実施例１〜２、比較例１〜２ ポリベンザゾール重合体とポリリン酸からなる濃度１４
重量％のドープを乾湿式紡出した後、糸条中に残留する
リン酸を水によって抽出・除去し、次いで該糸条を乾燥
して水分を除去し、引き続いて該乾燥糸条を６５０℃で
連続的に熱処理してポリベンザゾール繊維を得た。該ポ
リベンザゾール繊維を光学顕微鏡て観察したところ繊維
長さ方向の平均キンクバンド数は０．０１個／ｃｍであ
った。一方、粘度瀬平均分子量が１００万の超高分子量
ポリエチレンをデカリンに溶解して紡糸原液となし、こ
れを該ポリエチレン溶液が固化しない温度で紡出し、次
いで冷却してゲル状繊維を形成した。該デカリンを含有
したゲル状繊維を乾燥することなく該ゲル状繊維が溶断
しない温度で加熱しつつ、全延伸倍率が３０倍になるよ
う延伸した。なお比較品としては市販の全芳香族系ポリ
アミド系繊維（商品名；ケブラー２９デュポン社製）を
用いた。

【００１７】前記ポリベンザゾール繊維と高い引張強力
と高い引張弾性率を有するポリエチレン繊維とを電気的
開繊による混合装置を用いて約１５００デニールの複合
繊維群となした。この複合に際して両繊維の混合割合を
種々変更した。得られた複合繊維材料について耐クリー
プ性と耐光性および耐摩耗性を評価した。結果を表１に
示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１から明かなように本発明に属する実施
例１および２から軽量化、耐光性、耐摩耗性、耐クリー
プ性及び耐加水分解性が共に目的を満足していることが
分かる。また従来に比べてポリエチレンが複合繊維材料
の周辺部つまり複合繊維材料の表面に露出した状態に配
置される様に制御する必要はなく作業の煩雑さは大幅に
改善された。比較例１は複合繊維材料の構成成分である
ポリエチレン繊維が本発明の配合比率から外れる場合で
あり当然のこながら軽量化効果は大きくなるが、一方、
耐クリープ性の低下が顕著になることが分かる。比較例
２は配合するポリエチレン繊維の重量比率が本発明を外
れて低い場合であり、軽量効果は薄れる。

【００２０】実施例３、比較例３ 実施例１〜２で記載したポリベンザゾール繊維に代えて
ＡＳＴＭ Ｇ２６−９０に記載の試験法３に準じて評価
したキセノン１００時間照射後の強力保持率が７８％未
満である繊維と実施例１〜２に記載したポリエチレン繊
維とを用いて実施例１〜２に記載した方法で複合繊維材
料を作成した。該複合繊維材料の評価結果を表２に示
す。

【００２１】

【表２】

【００２２】表２から明かな様に耐光性の改善されたポ
リベンザゾール繊維を一成分として用いた複合繊維材料
の耐光性は向上している。また前記したように従来に比
べてポリエチレン繊維の複合繊維材料内における配置状
態を制御する必要はなく作業の頻雑さは大幅に改善され
た。

【００２３】実施例４、比較例４ 繊維（Ａ）として全芳香族系ポリアミド繊維（商品名：
ケブラー２９）を、また繊維（Ｂ）として高い引張強度
と高い引張弾性率を有するポリエチレン繊維を用いて実
施例１〜２に記載した方法で複合繊維材料を作成した。
該複合繊維材料の評価結果を表３に示す。

【００２４】

【表３】

【００２５】表３から明かな様に本発明に属する実施例
４は軽量でかつ耐光性、耐摩擦性および耐クリープ性を
共に満足することが分かる。一方、繊維（Ａ）としてケ
ブラー２９を用いて構成した複合繊維材料で耐光性、耐
摩耗性が低いことが分かる。これはケプラー２９の耐光
性、耐摩耗性がポリベンザゾール繊維に比べて劣り、こ
れに加えてポリエチレン繊維で積極的に被覆しなかった
ことに原因する。

【００２６】

【発明の効果】本発明によればまたポリベンザゾール繊
維の優れた特性、即ち引張強度と引張弾性率を損なうこ
となく軽量化された複合繊維材料を提供することができ
る。また耐光性の改善されたポリベンザゾール繊維を用
いることで従来、全芳香族系ポリアミド繊維との複合で
問題とされていた耐光性も解消できる。さらに耐光性の
改善されたポリベンザゾール繊維を用いることにより複
合繊維材料中における各成分繊維の配置の自由度が大き
くなり、複合化手段の制約が緩和されまた作業性も向上
する。本発明の複合繊維材料は性能／コスト比に優れた
ロープ分野やブレード分野の素材として有用であり産業
界に寄与すること大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ４．０ＧＰａ以上の引張強度と１４０Ｇ
   Ｐａ以上の引張弾性率およびＡＳＴＭ Ｇ２９−９０記
   載の試験法３に準じて評価したキセノン１００時間照射
   後の強力保持率が７８％以上であるポリベンザゾール繊
   維（Ａ）と引張強力と３．０ＧＰａ以上の引張強度と１
   ２０ＧＰａ以上の引張弾性率を有するポリエチレン繊維
   （Ｂ）とを繊維（Ａ）と繊維（Ｂ）との重量割合を４５
   〜７５％／５５〜２５％とした複合繊維を主成分として
   構成された複合繊維材料。