JPS64202B2

JPS64202B2 -

Info

Publication number: JPS64202B2
Application number: JP57073009A
Authority: JP
Inventors: Tadanori Kitamura; Nobuyuki Takao
Original assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Current assignee: Nitto Boseki Co Ltd
Priority date: 1982-04-30
Filing date: 1982-04-30
Publication date: 1989-01-05
Also published as: JPS58188624A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高弾性率繊維チヨツプドフアイバーの
熱硬化性樹脂による被覆方法、さらに詳しくは、
熱硬化性樹脂溶液で含浸された高弾性率繊維のチ
ヨツプドフアイバーを水媒体中に分散させ、脱溶
媒を行うことによつてチヨツプドフアイバーを個
別状態で熱硬化性樹脂により被覆、特に濃厚に被
覆する方法に関する。ここでいう高弾性率繊維と
は、引張り弾性率8000Kg/mm²以上の繊維をいい、
例えば炭素繊維、アラミド繊維等である。

高弾性率繊維、例えば炭素繊維、アラミド繊維
等を補強材とした熱硬化性樹脂成形材料や熱可塑
性樹脂成形材料は、耐衝撃性材料、高弾性材料と
して、宇宙航空機分野を中心に広く用いられつつ
ある。また、最近自動車の軽量化に伴つて金属代
替材料としても注目されている。

一般に繊維混入熱硬化性樹脂を含め、繊維状物
混入熱硬化性樹脂の成形材料は一般に繊維状物の
チヨツプドフアイバーと熱硬化性樹脂をあらかじ
め混練してプレス成形用あるいは射出成形用にコ
ンパウンドを形成するプレミツクス法や繊維状物
の糸やストランドを樹脂液に浸漬、コーテイング
し、樹脂の固化後その糸やストランドを切断する
コーテイング法によつて製造されている。しか
し、前者のプレミツクス法の場合、繊維状物を高
含量で含む樹脂コンパウンドをつくることは実際
上できず、えば炭素繊維繊維チヨツプドフアイバ
ーを30重量％以上樹脂に配合する場合、炭素繊維
束としてのチヨツプドフアイバーに解繊、ケバ立
ちが起り、コンパウンドが見掛け上粘度増加して
から高となるため成形が困難になると共に、成形
品にも所望の特性、例えば高強度、高剛性、高耐
熱性を達成することができない。これに対し、後
者のコーテイング法は樹脂を繊維状物の糸やスト
ランドに濃厚被覆する方法として開発されたもの
であるが、樹脂を糸やストランドを構成するフイ
ラメント間に完全、均一に充てん、被覆させるこ
とが困難であると共に、被覆ストランドの切断の
困難さ、切断により繊維状物が露出する問題、ま
たコーテイング速度が遅いなど、材料特性と生産
性の両面に問題があり、工業的に十分満足できる
方法とはいえない。

一方、ガラス繊維のチヨツプドストランドの熱
可塑性のスチレン系樹脂による被覆に関して、ス
チレン系単量体を懸濁安定剤を含む水性媒体中
で、ガラス繊維チヨツプドストランドの存在下に
おいて、特定の反応容器を用い、そして特定の高
速撹拌状態の下で重合する。すなわちパール重合
を行うことによつてチヨツプドストランドをスチ
レン系樹脂で濃厚に被覆する方法が開発されてい
る（例えば、特公昭49−27663号公報）。この方法
によれば、チヨツプドストランドのスチレン系樹
脂によるペレツト状濃厚被覆物を得ることがで
き、ガラス繊維含有成形材料として一応の成果を
収めつつあるが、熱硬化性樹脂に関してはこれを
懸濁重縮合によつて工業的に製造する方法は知ら
れておらず、従つて上記のようなパール重合法に
よつてガラス繊維を熱硬化性樹脂で被覆すること
はできない。

上記スチレン系単量体のパール重合による樹脂
被覆方法に対して、熱可塑性樹脂自体を用いてガ
ラス繊維チヨツプドストランドを被覆する方法も
知られている。すなわち、特開昭55−137923号公
報はガラス繊維のチヨツプドストランドを熱可塑
性樹脂の水性乳化物又は懸濁物と混合した後水分
の一部を蒸発させて半乾燥し、得られた半乾燥塊
状物を小塊に砕き、次いで乾燥する方法を開示し
ている。しかし、樹脂エマルジヨン又はサスペン
ジヨンによつてはストランド内部の繊維を均一に
被覆するのはむずかしい。さらに、この方法によ
つては明らかにチヨツプドストランドを個別状態
で樹脂で被覆することはできず、半乾燥後の大き
な塊状物を小塊に粉砕する工程が必要であり、そ
してその小塊自体もおそらくは幾つかのチヨツプ
ドストランドを含んでいるだろう。また、この粉
砕処理のために乾燥条件の制御が必要になると共
に、粉砕されるためには樹脂に脆さが必要であ
り、これより樹脂は多分この公報の実施例に示さ
れるようなスチレン系樹脂に制限され、Ａ−ステ
ージ乃至Ｂ−ステージの状態で取り扱う必要のあ
る熱硬化性樹脂にはこの方法は適用できないだろ
う。

本発明はそれ自体で、又は熱硬化性樹脂との単
なるドライブレンドによつて成形に供し得る高弾
性率繊維チヨツプドフアイバーの熱硬化性樹脂に
よる被覆物を提供することを第一の目的とする。

本発明の第二の目的は前記被覆物を特別の装置
を使用することなしに、単純な工程で製造する方
法を提供することである。

上記目的を達成する本発明の、高弾性率繊維チ
ヨツプドフアイバーの熱硬化性樹脂による被覆方
法は、基本的には、高弾性率繊維のチヨツプドフ
アイバーを熱硬化性樹脂の溶液に浸漬してチヨツ
プドフアイバーに樹脂溶液を含浸させ；含浸され
たチヨツプドフアイバーを分離後、これを水媒体
中で撹拌して含浸チヨツプドフアイバーの分散と
チヨツプドフアイバーに含浸されている樹脂溶液
からの水媒体への脱溶媒を行い；次いで脱溶媒後
の樹脂で被覆されているチヨツプドフアイバーを
水媒体から分離及び乾燥することを特徴とする。

上記の本発明の方法において、高弾性率繊維の
チヨツプドフアイバー（以下においては単にチヨ
ツプドフアイバーと称する）はストランドまたは
シングルヤーンを切断することによつて形成され
る。場合によつては、チヨツプドフアイバーに切
断する前に、チヨツプドフアイバーの集束性を保
持する目的で、適当な樹脂エマルジヨン、例えば
ポリ酢酸ビニルサスペンジヨン、ポリウレタンエ
マルジヨン、エポキシエマルジヨン等を塗布し、
切断してもさしつかえない。チヨツプドフアイバ
ーは、臨界的な意味はないが、普通直径７〜23μ
の繊維を100〜6000本含み、且つ1.5〜25mmのカツ
ト長を有するものが用いられる。

チヨツプドフアイバーは、熱硬化性樹脂溶液で
含浸される。含浸はチヨツプドフアイバーを単に
樹脂溶液に浸漬することによつて達成することが
できる。このとき、普通は大体10分程度の浸漬時
間でチヨツプドフアイバーの内部まで十分に樹脂
溶液で含浸することができる。含浸量は樹脂溶液
中の樹脂濃度と最終製品に所望とされる樹脂被覆
量を考慮して定められるが、樹脂濃度約50〜80重
量％の樹脂溶液を用いるとき一般にチヨツプドフ
アイバー100重量部に対して樹脂不揮発分が約10
〜50重量部となるように選ぶのが好ましい。樹脂
不揮発分が10重量％以下の場合は高弾性率繊維に
対する被覆が不均一となることがあり、成形材料
として好ましくない。また、50重量％以上の場合
は次工程以降での樹脂損失分が多くなるため経済
的に好ましくない。一層好ましい含浸量はチヨツ
プドフアイバー100重量部当り樹脂不揮発分とし
て約20〜35重量部である。チヨツプドフアイバー
の浸漬時に脱泡、例えば真空脱泡するのが好まし
い。

チヨツプドフアイバーの含浸用熱硬化性樹脂溶
液は市販の樹脂溶液をそのまゝ使用することもで
きるし、あるいは熱硬化性樹脂を適当な溶剤に溶
解することによつてその溶液を調製し、使用する
こともできる。溶液中の樹脂濃度は含浸量及びチ
ヨツプドフアイバーに対する被覆量を考慮して決
められるが、一般に約50〜80重量％、好ましくは
約60〜70重量％の濃度が用いられる。この樹脂溶
液には所望によつて成形用の助剤、例えば離型剤
及び／又は硬化触媒を添加しておくこともでき
る。

本発明において、熱硬化性樹脂は公知の熱硬化
性樹脂が使用し得る。熱硬化性樹脂としては、例
えばフエノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂及びジアリルフタレート樹脂があ
る。フエノール樹脂にはレゾールタイプとノボラ
ツクタイプがあるが、そのいずれも使用し得る。
これらの樹脂は溶液として使用されることからＡ
−ステージの状態にあるものでなければならな
い。これらの樹脂を溶解する溶剤は次工程で用い
られる水媒体に相溶性又は混和性であるかぎり周
知の極性溶剤であることができる。このような溶
剤として、例えばメタノール、アセトン、ジアセ
トンアルコール、ジオキサン、ジメチルホルムア
ミドがある。これらの溶剤は単独で、又は２種又
はそれ以上の溶剤を混合して使用することができ
る。

熱硬化性樹脂溶液で含浸されたチヨツプドフア
イバーは樹脂溶液から分離後、例えばスクリーニ
ングによつて分離した後水媒体に撹拌下で投入さ
れる。樹脂溶液からの分離時に、又は分離に引き
続いて、必要によつて、樹脂液含浸チヨツプドフ
アイバーを絞液し、その含浸量を調整することが
できる。この樹脂液含浸チヨツプドフアイバーの
水媒体への投入、撹拌によつて、驚くべきこと
に、チヨツプドフアイバーは個別状態で、且つ樹
脂液で含浸された状態で水媒体中に均一に分散
し、そしてこの投入、分散によつてチヨツプドフ
アイバーに含浸されている樹脂溶液からの水媒体
への脱溶媒が行われるようになる。

上記分散工程において、含浸チヨツプドフアイ
バーに対する水媒体の割合は、チヨツプドフアイ
バーの分散を阻害するような小割合であつてはい
けないが、それ以上であれば特に制限はない。し
かし、水媒体をあまり多量に用いるのは装置の大
型化につながるので実際上の観点から好ましくな
い。水媒体は一般に含浸チヨツプドフアイバーに
対して重量比で10：１〜10：３程度の範囲で用い
られる。

分散時の撹拌は強度の撹拌は必要なく、一般に
100〜300rpm程度の撹拌で十分である。しかし、
撹拌の強さは水媒体の量、分散濃度等にも左右さ
れ、従つて実際には分散状態を観察しながら適当
な値に調整するのがよい。この撹拌によつてチヨ
ツプドフアイバーに含浸されている樹脂溶液の一
部が分散媒体に移行し、系が濁つてくることがあ
るが、この現象自体は樹脂によるチヨツプドフア
イバーに対する被覆に実質的な影響を及ぼさな
い。一方、このように移行した樹脂液は系を昇温
するとチヨツプドフアイバーに吸着され、分散媒
体は澄明になることが認められている。

含浸チヨツプドフアイバーを分散させる際の分
散媒体の温度は特に限定されるものではないが、
一般に低温の方がより良好な分散状態を与えるの
で好ましい。そして、普通は約10゜〜30℃の温度
で十分良好な分散が達成される。分散はこのよう
な温度で脱溶媒が十分行われる時間撹拌を継続す
ることによつて行われるが、低温で均一な分散状
態を得た後、相対的に高温度、普通は約40゜〜70
℃の温度、特に45゜〜50℃の温度まで昇温するの
が好ましい。この昇温によつて脱溶媒が助長され
ると共に、前記のように水媒体に移行した樹脂液
がチヨツプドストランドに吸着されるようにな
る。また、フエノール樹脂の場合、分散時に若干
の粘着性を持つているが前記昇温によつてフエノ
ール樹脂はＡ−ステージからＢ−ステージに重合
が進行し、粘着性が問題にならなくなり、一層好
ましい態様となる。但し、前記の昇温があまり高
過ぎると、樹脂液含浸チヨツプドフアイバーが塊
状に固まり、きれいな樹脂被覆物ができない場合
がある。このような場合は、水媒体にあらかじめ
有効量の分散剤を添加しておけば塊状化が防止で
き、昇温下でも均一な分散状態を維持することが
できる。分散剤はこのような場合だけでなく、最
初の分散を助長する目的にも使用することができ
る。分散剤は公知のもの、例えばポリビニルアル
コールのような水溶性高分子が使用できる。分散
剤の量は常用範囲で十分であり、普通は水媒体に
対して約0.1〜1.0重量％の量で添加される。

分散時間は含浸樹脂溶液からその溶媒が実質的
に全部水媒体中へ脱溶媒される時間であるが、通
常は約30〜90分で十分である。

分散、脱溶媒が完了したら、分散工程で分散系
を昇温する場合は、好ましくは、室温まで放冷
後、脱溶媒によつて析出した樹脂を個別状態で被
覆されているチヨツプドフアイバーを分散系から
分離する。分離は常法で、例えばスクリーニング
のような過によつて行うことができる。分離さ
れた樹脂被覆チヨツプドストランドは任意の方
法、例えば熱風乾燥で乾燥することができる。乾
燥は通常約40゜〜60℃の温度で行うのが好ましい
が、成形時の成形サイクルを短縮するためさらに
高温で乾燥し、樹脂の重縮合を若干進行させるこ
ともできる。しかし、このような場合でも100℃
を超えるのは好ましくない。

かくして、本発明によれば、簡単な設備と浸
漬、分散、分離、乾燥という単純な操作で、しか
も短時間で高弾性率繊維のチヨツプドフアイバー
を熱硬化性樹脂で被覆することができる。そし
て、このような本発明の被覆方法によれば、成形
トラブルの原因となる高弾性率繊維の解繊やケバ
立ちのない、熱硬化性樹脂で糸やストランド内部
まで均一に充填、被覆された、特に濃厚に被覆さ
れたペレツト状高弾性率繊維基材を得ることがで
きる。この本発明による高弾性率繊維基材はそれ
自体直接、又は高弾性率繊維を含有しない熱硬化
性樹脂ペレツトとのドライブレンドの形で圧縮、
移送成形でき、所望の溶液繊維含量、特に有利に
は、例えば60〜80重量％の、高弾性率繊維高含量
の、そしてそのように高弾性率繊維が高含量でも
良好な表面特性を持つ成形品を得ることができ
る。

次に、本発明を実施例によつてさらに説明す
る。しかし、これらの実施例は単に説明のための
ものであつて、本発明を限定するものと解すべき
でない。

実施例１ 3000フイラメントの炭素繊維（東レ株式会社
製、商品名トレカT300−3000）をカツト長13mm
に切断し、このカーボンチヨツプドフアイバー
100重量部を100重量部の、ノボラツクタイプのフ
エノール樹脂のメタノール溶液（不揮発分60重量
％）に浸漬し、含浸した。含浸されたカーボンチ
ヨツプドフアイバーを分離後、これを20℃の1000
重量部の水媒体に投入、撹拌して浸漬カーボンチ
ヨツプドフアイバーに均一な分散状態を達成し、
次いで50℃に昇温してさらに１時間撹拌を継続し
て脱溶媒−樹脂の析出を完結させた。この分散系
を室温まで放冷後、樹脂被覆カーボンチヨツプド
フアイバーを過によつて分離し、40℃において
熱風乾燥した。得られた樹脂被覆カーボンチヨツ
プドフアイバーはほとんど全て切断時の状態で、
しかもその内部まで均一にフエノール樹脂で充て
ん、被覆されており、その樹脂量は35重量％であ
つた。

前記の樹脂被覆カーボンチヨツプドフアイバー
を直接、たて150mm、横100mm、及び厚さ３mmの金
型で150℃に於てプレス成形した。得られた炭素
繊維強化フエノール樹脂成形板は炭素繊維を65重
量％という極めて高含量で含有しているにも係わ
らず、その表面特性は非常に良好で、且つ85Kg-
cm／cm²の高シヤルピー衝撃強さ及び3200Kg/mm²の曲
げ弾性率を有していた。

実施例２ 1420デニールのアラミド繊維（デユポン社製商
品名ケブラー49）のカツト長６mmのアラミドチヨ
ツプドフアイバー100重量部を100重量部の、レゾ
ールタイプのフエノール樹脂のメタノール溶液
（不揮発分60重量％）に浸漬、含浸し、次いで実
施例１と同様に分散及び乾燥して樹脂量36重量％
の、樹脂で均一に充てん、被覆されたフエノール
樹脂被覆アラミドチヨツプドフアイバーを得た。
この樹脂被覆チヨツプドフアイバーを実施例１と
同様にプレス成形してシヤルピー衝撃強さ52Kg-
cm／cm²、曲げ弾性率2400Kg/mm²の、良好な表面特性
を持つ、アラミド繊維含量64重量％の成形板を得
た。

Claims

【特許請求の範囲】１高弾性率繊維のチヨツプドフアイバーをＡ−
ステージの熱硬化性樹脂の溶液に浸漬してチヨツ
プドフアイバーに樹脂溶液を含浸させ；含浸され
たチヨツプドフアイバーを分離後、これを水媒体
中で撹拌して含浸チヨツプドフアイバーの分散と
チヨツプドフアイバーに含浸されている樹脂溶液
からの水媒体への脱溶媒を行い；次いで脱溶媒後
の樹脂で被覆されているチヨツプドフアイバーを
水媒体から分離及び乾燥することを特徴とする高
弾性率繊維チヨツプドフアイバーの熱硬化性樹脂
による被覆方法。２樹脂溶液で含浸された高弾性率繊維チヨツプ
ドフアイバーの水媒体における分散、脱溶媒を
10゜〜30℃の温度範囲で行う前記特許請求の範囲
第１項に記載の被覆方法。３樹脂溶液で含浸された高弾性率繊維チヨツプ
ドフアイバーを初め10゜〜30℃の水媒体に分散さ
せ、次いで40゜〜70℃の温度に昇温してさらに分
散、脱溶媒を行う前記特許請求の範囲第１項に記
載の被覆方法。４昇温された温度が45゜〜50℃である前記特許
請求の範囲第３項に記載の被覆方法。５水媒体が分散剤を含んでいる前記特許請求の
範囲の各項の任意の１項に記載の被覆方法。６分散剤が水溶性高分子である前記特許請求の
範囲第５項に記載の被覆方法。７水溶性高分子がポリビニルアルコールである
前記特許請求の範囲第６項に記載の被覆方法。８熱硬化性樹脂の溶液が成形助剤を含んでいる
前記特許請求の範囲の各項の任意の１項に記載の
被覆方法。９成形助剤が離型剤及び／又は硬化触媒である
前記特許請求の範囲第８項に記載の被覆方法。１０熱硬化性樹脂がフエノール樹脂である前記
特許請求の範囲の各項の任意の１項に記載の被覆
方法。