JPS6342952A - 補強用シ−ト材料 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、補強用シート材料に関し、更に詳しくは、繊
維強化プラスチックス（以下単にｒＦＲＰ」と言う）や
、［ｉｔ強化コンクリート（以下ｉｌｉに「ＦＲＣ」と
言う）に利用され、方向性の極めて少ない高強度の繊維
強化材料が得られる非ガラス系の補強用シート材料に関
する。

［従来の技術］ 合成樹脂やコンクリート等のマトリックスをガラス繊維
や炭素繊維等の繊維材料で補強することにより、高性能
、高機能の複合材料を得ることが種々開発され、これら
は、軽合金等の金属材料あるいは、コンクリート等の建
築構造材料に代る、より軽量、且つ、より高強度、高弾
性の高機能材料として、近年、その重要性がますます高
まっている。

従来、これらの補強用繊維材料としては、ガラス、炭素
、ボロン等の無機繊維が主流であったが、近年新しい技
術開発により、アラミド、直鎖ボリエチレン、あるいは
、ポリビニルアルコール等の有Ｊａ繊維の利用も種々検
討されている。また、これらの繊維材料の形態としては
、連続長繊維からなる糸状体、連続あるいは切断された
繊維からなるシート状体、あるいは、繊維長がＩＯｆｆ
ｌｍの短繊維や、粒状、フレーク状等の分散体等が知ら
れている。

これらのもののうち、本発明と共通するシート状材料と
しては、各種原材料からなる織物や、短繊維を湿式抄造
することで得られるシート、あるいは切断されたガラス
繊維を集積固着したチョツプドストランドマットが知ら
れている。

［発明が解決しようとする問題点コ 補強用シート材料のうち前記の織物は、高強度の製品が
得られる優れたものであるが、加工コストが高く経済性
に劣り、又、樹脂やコンクリート等のマトリックスの含
有率の変化や含浸性に劣るという欠点があり、又、縦、
横方向と斜め方向との機械的性質の差が大きく、均一性
に劣る。湿式抄造によるシートは、短繊維の繊維長が非
常に短いため、屈曲強度等の機械的性質に劣り、又、マ
トリックスの含浸性にも劣り、気泡が発生し易く、製品
の品質管理上の問題があった。

前記のガラス繊維からなるチョツプドストランドマット
は、織物のような方向性がなく、又、マトリックスの含
有率の変化や含浸性にも優れ、且つ、低コストのため、
織物に比べて若干製品強度が低い点を除いて補強用シー
ト材料として好適なものと考えられる。

しかしながら、ガラス繊維以外の繊維を用いたもので前
記チョツプドストランドマットに匹敵するものは見当ら
ない。その理由としては、非ガラス系の例えば炭素繊維
は、収束されたトウを切断することが困難で粉塵が生じ
易かったり、あるいは、切断できたとしてもシート化が
困難であったりし、又、他の無１１繊維の場合は５０曙
関程度の長さの繊維を得ることが困難であるためと考え
られ、一方、有Ｉａ繊維の場合には、繊維を収束状態で
残存させたまま、シート化することが困難と考えられて
いたためと推定される。

このため、本発明は、非ガラス系の繊維長が２５乃至１
５０ｍｍ＋の繊維を利用して、従来において得ることが
できなかったガラス繊維製チョツプドストランドマット
に匹敵、あるいは更にそれを上回る強度を有し、且つ、
ガラス繊維によっては得られない耐アルカリ性や、軽量
性等の諸性質を製品に付与することができる補強用シー
ト材料を得ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、繊維長が２５乃至＋５０ａ＋−の開繊された
ステープル繊維群と、複数本の繊維が収束状態で存在す
る未開繊ステープル繊維群とが混在し、各繊維間が接着
性繊維により結合されていることを特徴とする非ガラス
系の補強用シート材料に関する。

［作　用］ 本発明は、繊維長が２５乃至＋５Ｏｎ＋ｍの非ガラス系
のステープル繊維を利用する。これらの繊維としては、
炭素繊維や金属繊維等の無Ｉ！繊維、あるいは、アラミ
ド繊維、ポリビニルアルコール繊維、直鎖ポリエチレン
繊維等の合成繊維等、マトリックスを補強する性質のあ
るものならば何でも良いが、特にＦＲＰ用としては、炭
素繊維又はアラミド繊維が好適であり、ＦＲＣ用として
は、ビニロン繊維が好適と考えられる。

これらの繊維材料は、マトリックスを補強し、曲げ強度
等の機械的性質を高め、高強度、高弾性を製品に付与す
る作用を有する。

次に本発明の要旨である、複数本の繊維が収束状態で存
在することの必要性及びこれらの構造を得るための手段
について説明すると、捲縮加工された繊維を用いて通常
のカーデイング法等の開繊手段により不織布を形成した
場合、各単繊維は収束することなく実質的に全ての繊維
が開繊され、均質な不織布となる。−船釣に、本発明の
目的と異なり、シートをマトリックスと複合体としない
場合には、全ての繊維が極めて均等に分散されるため、
不織布は方向性がなく全体が均一強度のものとなり好ま
しく、収束した繊維の残存は、強度が不均一となるので
好ましくない。しかし、本発明者等は、本発明の目的の
ようにマトリックスと複合体を形成する場合には、収束
繊維の残存は、シート密度を高め、マトリックス中の繊
維の充填環を増やし、且つ、収束繊維の剛直性等により
、高強度、高弾性を製品に与えるための必須の要件であ
ることを見出し、従来は好ましくないとされていた収束
状態の未開繊繊維群を積極的に残存せしめて、高性能の
製品が得られる補強用シート材料を完成したものである
。

次に、これらの収束する未開繊繊維群をシート中に残存
させる手段についていくつかの例を示すと、全構成繊維
中の少なくとも３０重量％以上の捲縮のないステープル
繊維を用いて、積極的に開繊不良を生しせしめて、周知
のカード法やランダム法でシート形成する方法、予めト
ウを接着剤やワックス等で処理した後、所定寸法に裁断
し、次いてこれらの、収束状態のトウを含む原料を用い
てカード法等でシート形成する方法、あるいは、開繊機
のクリアランスを大きくとる等して、未開繊状態を故意
に生じせしめる方法等が考えられるが、既存の設備をそ
のまま利用して均一な分散状態で方向性の無いシートを
安定して生産することのできることから、捲縮の無い繊
維を利用することが最も有利である。しかも、捲縮の無
い繊維を利用してシートを形成した場合、未開ｍ繊−維
群がシート全体に均一に分散され、且つ多方向に配列す
るので、極めて高強度高弾性で方向性の無い優秀な補強
用シート材料を得ることができる。

これらの捲縮の無い繊維を利用する場合、その配合量は
、製品の用途目的に応じて任意に設定できるが、少なく
とも３０重量％以上含むことが未開１ａｔｉｔｔ群の残
存性が良好で且つ製品性能を高めることができるため望
ましく、特に、ＦＲＰ用としては６５乃至９５重量％、
ＦＲＣ用としては４０乃至８０ｆｆｉｆｆｉ％含むこと
が好適と考えられる。

次に、シート形状を保つために配合される接着性［１に
ついて説明すると、これも又、本発明のシート材料が使
用される用途や目的に応じて適宜選択することが可能で
あり、溶剤や加熱により可塑化あるいは溶融して接着性
を発現するものであれば何でも良い。これらの繊維材料
としては、ポリオレフィン系、ポリエステル系、ポリア
ミド系、塩化ビニル系やあるいはこれらの複合繊維等の
熱可塑性繊維や、水溶性ポリビニルアルコール繊維、ジ
メチルホルムアマイド可溶のアラミド繊維等の溶剤可溶
性繊維を利用することができ、作業性等の観点から熱可
塑性繊維であればポリオレフィン系複合繊維、又溶剤可
溶性繊維であればポリビニルアルコール繊維を利用する
ことが有利である。

これらの接着性繊維は、シート形状を保持して作業性を
向上すると共に、開繊時の落綿を防ぐ作用を有するもの
であるが、シートを単独で使用するものではないのでマ
トリックス含浸工程までの作業性が確保できる程度の形
状保持作用があれば十分であり、配合率が高い場合には
、シートの形状保持性は増すが製品の品質を低下せしめ
る場合があるので、通常２乃至５０重量％の範囲内で、
必要最小限の配合量であることが望ましい。

又、シート重量が２００３／ｍ２を越えるような高重量
のシートの場合は、接着性繊維によりシートを接着する
以前、あるいは、接着性繊維が可塑化しているａ′ｔ＝
でニードルパンチ機等で２０乃至２００本／ｃｍ２程度
の軽い針刺し処理を行っておくと、層間剥離の生じない
、形状保持性に優れたシートが得られ、且つ、接着性繊
維の配合量を更に減らして製品性能を高めることが可能
なため好適な手段ということができる。

以下、本発明の補強用シート材料について、更に具体的
に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるもの
ではない。

［実施例］ 繊維長が５１１１−で、繊維径が７μｒｎ（Ｄ捲縮のな
い炭素繊維９０重回％と、捲縮加工されたポリオレフィ
ン系複合繊維（２デニール、５１１長）とを混綿し、カ
ード法により開繊されたステープル繊維群と複数本の繊
維が収束状態で存在する未開繊繊維群とが混在する４５
０３／ｍ２のウェブを形成した。

このウェアに、ニードルバンチ機により約５０本／ｃｍ
２の針刺し処理を行った後、ヒユージングオーブンで加
熱して該複合ｉａ雄の低融点成分を溶融し、次いて、常
温乃至複合繊維の低融点成分の融点以下の温度で圧着し
て各繊維間を接着せしめて、本発明による補強用シート
材料を得た。

生産工程において、ウェア形成性、針刺し性等の作業性
には全く問題がなく、落綿等の発生も実質的に皆無であ
り、又、得られたシートは、全体に収束した未ｒＭｗＡ
の炭素繊維が散在しており、極めて均質なものであった
。

得られた４５０Ｈ／ｍ２のシートに、不飽和ポリエステ
ル樹脂〔大日本インキ（株）製、商品名ポリライトＦＨ
−１２３Ｎ）をハンドレイアップ法により約２，５００
Ｊ！／１１２含浸し、これを同様に２Ｐ！積層し、常温
で硬化せしめた後、６０℃の温度で５時間アフターキュ
アーを行って、重量が約６，０００ｇ／ｍ２の本発明に
よる補強用シート材料を利用したＦＲＰを作成した。

このものについてＪ　Ｉ　Ｓ　　Ｋ−７２０３の硬質プ
ラスチックの曲げ試験方法に準じて、曲げ強度及び曲げ
弾性率を測定し、その結果を第１表に示した。

又、これとの比較のために、本発明の補強用シート材料
の代りに４５０３／ｎ＋２のガラス繊！ｌｔチョツプド
ストランドマットを用いて実施例と同一の樹脂を用いて
同一厚みになるようにＦＲＰを作成し、実施例と同じ試
験を行って、その結果も第１表に示した。

第１表からも明らかなように、本発明の補強用シート材
料を用いたＦＲＰは、従来のガラスチョツプドストラン
ドマットを利用したものに比べて繊維含有率が半分以下
で同一厚みの製品が得られ、しかも、比較例のものより
も逼かに軽量で、且つ強度、弾性率とも高く、機械的性
質も、経済性も従来のものよりも格段に優れたものであ
った。

第１表 ［効　果］ 本発明の補強用シート材料は、従来はガラス繊維によっ
てのみ得られた、高性能でしかも低価格のチョツプドス
トランドマットを、他の繊維材料によっても作成可能と
したものである。

このため、例えば炭素繊維を主としたシート材料の場合
には、ガラス繊維以上に軽量でしかも高強度高弾性のＦ
ＲＰ製品が得られ、ガラス繊維によっては得ることので
きない耐アルカリ性や電磁波遮蔽性を具備した製品を従
来よりも格段安価に得られたり、あるいは、アラミド繊
維やポリビニルアルコール繊維等の合成１１！１ｉを利
用して、作業性が従来よりも格段に優れ、しかも同一重
量において、ガラス繊維によるものよりも遇かに高性能
の製品が得られるものである。

従って、本発明の補強用シート材料は、補強用シート材
料として本質的に必要とされる機能を全て具備し、しか
も、生産性、経済性、汎用性等に優れた極めて有用性の
高いものである。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）繊維長が２５乃至１５０ｍｍの開繊されたステー
   プル繊維群と、複数本の繊維が収束状態で存在する未開
   繊ステープル繊維群とが混在し、各繊維間が接着性繊維
   により結合されていることを特徴とする非ガラス系の補
   強用シート材料。
2. （２）補強用シート材料を構成する全繊維の少なくとも
   ３０重量％が、捲縮のない繊維である特許請求の範囲第
   １項記載の補強用シート材料。
3. （３）未開繊ステープル繊維群が炭素繊維である特許請
   求の範囲第１項記載の補強用シート材料。
4. （４）未開繊ステープル繊維群がビニロン繊維である特
   許請求の範囲第１項記載の補強用シート材料。
5. （５）接着性繊維が全構成繊維中２乃至５０重量％含ま
   れる特許請求の範囲第１項記載の補強用シート材料。