JPWO2014132776A1 - 複合繊維、織物、編み物および複合材料 - Google Patents

複合繊維、織物、編み物および複合材料 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2014132776A1
JPWO2014132776A1 JP2015502840A JP2015502840A JPWO2014132776A1 JP WO2014132776 A1 JPWO2014132776 A1 JP WO2014132776A1 JP 2015502840 A JP2015502840 A JP 2015502840A JP 2015502840 A JP2015502840 A JP 2015502840A JP WO2014132776 A1 JPWO2014132776 A1 JP WO2014132776A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polyamide resin
fiber
fibers
continuous reinforcing
composite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015502840A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6376122B2 (ja
Inventor
信彦 松本
信彦 松本
三田寺 淳
淳 三田寺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Original Assignee
Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Gas Chemical Co Inc filed Critical Mitsubishi Gas Chemical Co Inc
Publication of JPWO2014132776A1 publication Critical patent/JPWO2014132776A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6376122B2 publication Critical patent/JP6376122B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • DTEXTILES; PAPER
    • D03WEAVING
    • D03DWOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D03D15/40Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the structure of the yarns or threads
    • D03D15/47Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the structure of the yarns or threads multicomponent, e.g. blended yarns or threads
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02Fibres or whiskers
    • C08K7/04Fibres or whiskers inorganic
    • C08K7/06Elements
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/26Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/265Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from polyamines and polycarboxylic acids from at least two different diamines or at least two different dicarboxylic acids
    • DTEXTILES; PAPER
    • D02YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02GCRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/02Yarns or threads characterised by the material or by the materials from which they are made
    • D02G3/04Blended or other yarns or threads containing components made from different materials
    • DTEXTILES; PAPER
    • D02YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
    • D02GCRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
    • D02G3/00Yarns or threads, e.g. fancy yarns; Processes or apparatus for the production thereof, not otherwise provided for
    • D02G3/22Yarns or threads characterised by constructional features, e.g. blending, filament/fibre
    • D02G3/40Yarns in which fibres are united by adhesives; Impregnated yarns or threads
    • D02G3/402Yarns in which fibres are united by adhesives; Impregnated yarns or threads the adhesive being one component of the yarn, i.e. thermoplastic yarn
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/10Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing oxygen
    • D06M13/224Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic acid
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/10Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with compounds containing oxygen
    • D06M13/224Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic acid
    • D06M13/2243Mono-, di-, or triglycerides
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M15/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M15/19Treating fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, with macromolecular compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with synthetic macromolecular compounds
    • D06M15/37Macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M15/53Polyethers
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M2101/00Chemical constitution of the fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, to be treated
    • D06M2101/16Synthetic fibres, other than mineral fibres
    • D06M2101/30Synthetic polymers consisting of macromolecular compounds obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D06M2101/34Polyamides
    • D06M2101/36Aromatic polyamides
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2331/00Fibres made from polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polycondensation products
    • D10B2331/02Fibres made from polymers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, e.g. polycondensation products polyamides
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2401/00Physical properties
    • D10B2401/04Heat-responsive characteristics
    • D10B2401/041Heat-responsive characteristics thermoplastic; thermosetting
    • DTEXTILES; PAPER
    • D10INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10BINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2505/00Industrial
    • D10B2505/02Reinforcing materials; Prepregs

Abstract

ポリアミド樹脂繊維と連続強化繊維が分散した複合繊維の提供。ポリアミド樹脂組成物からなるポリアミド樹脂繊維(A)と、連続強化繊維(B)と、ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)を含む複合繊維であって、前記処理剤(a)の量が、ポリアミド樹脂繊維(A)の0.1〜2.0質量%であり、前記ポリアミド樹脂組成物が、ジアミン構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂であって、数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000であり、その0.5〜5質量%が、分子量が1,000以下のポリアミド樹脂である、複合繊維。

Description

本発明は、特定のポリアミド樹脂繊維と連続強化繊維を含む複合繊維に関する。さらに、かかる複合繊維を用いて製造した織物および編み物に関する。さらに、前記複合繊維、織物および編み物を加熱加工して得られる複合材料に関する。
繊維材料とマトリックス樹脂を組み合わせた繊維強化樹脂系複合材料は、軽量で剛性が高いことから、それを使用した成形品は、機械部品、電気・電子機器部品、車両用部品・部材、航空・宇宙用機器部品等として広く用いられてきている。
ここで、マトリックス樹脂は、機械的強度、繊維材料との親和性、成形性等の観点から、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂が通常用いられている。しかしながら、熱硬化性樹脂を使用したものは、再溶融して成形することできないという決定的な欠点を有する。
かかる状況のもと、特許文献1には、ジアミン構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂であって、数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000であり、分子量が1,000以下の成分を0.5〜5質量%含有するポリアミド樹脂繊維を、繊維材料に含浸してなることを特徴とするポリアミド樹脂系複合材料が開示されている。
特許第4894982号公報
ここで、特許文献1に記載のポリアミド樹脂系複合材料は、ポリアミド樹脂を繊維材料に含浸させて製造している。これに対し、繊維状のポリアミド樹脂繊維と連続強化繊維とが分散した糸状の繊維束(複合繊維)とすることができれば、複合繊維のまま、または、織物や編み物にしてから加熱加工することができるため、立体形状を成形しやすく、より複雑な形状を有する成形体を得ることができ、さらに広範な用途への応用が期待できる。本発明は、かかる課題を解決することを目的とするものであって、ポリアミド樹脂繊維と連続強化繊維が分散した複合繊維を提供することを目的とする。
かかる状況のもと、本発明者が鋭意検討を行った結果、ポリアミド樹脂繊維(A)と、連続強化繊維(B)と、ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)を含む複合繊維において、所定のポリアミド樹脂を採用し、かつ、前記ポリアミド樹脂繊維の処理剤(a)の量を調整することにより、ポリアミド樹脂繊維(A)と連続強化繊維(B)が分散した複合繊維を提供可能であることを見出し、本発明を完成させるに至った。具体的には、以下の手段<1>により、好ましくは<2>〜<8>により、上記課題は解決された。
<1>ポリアミド樹脂組成物からなるポリアミド樹脂繊維(A)と、連続強化繊維(B)と、ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)を含む複合繊維であって、
前記処理剤(a)の量が、ポリアミド樹脂繊維(A)の0.1〜2.0質量%であり、
前記ポリアミド樹脂組成物が、ジアミン構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂であって、数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000であり、その0.5〜5質量%が、分子量が1,000以下のポリアミド樹脂である、複合繊維。
<2>さらに、ポリアミド樹脂と反応性を有する官能基を有する連続強化繊維(B)の処理剤(b)を含み、該処理剤(B)の量が連続強化繊維(B)の0.01〜1.5質量%である、<1>に記載の複合繊維。
<3>複合繊維中における、連続強化繊維(B)の分散度が40〜100である、<1>または<2>に記載の複合繊維。
<4>繊度が40〜600dtexであり、繊維数1〜200fであるポリアミド樹脂繊維束を用いてなる、<1>〜<3>のいずれかに記載の複合繊維。
<5>1本の複合繊維の製造に用いるポリアミド樹脂繊維(A)の繊度の合計と連続強化繊維(B)の繊度の合計の比(ポリアミド樹脂繊維(A)の繊度の合計/連続強化繊維(B)の繊度の合計)が0.1〜10である、<1>〜<4>のいずれかに記載の複合繊維。
<6>1本の複合繊維の製造に用いるポリアミド樹脂繊維(A)の繊維数の合計と連続強化繊維(B)の繊維数の合計の比(ポリアミド樹脂繊維(A)の繊維数の合計/連続強化繊維(B)の繊維数の合計)が0.001〜1である、<1>〜<5>のいずれかに記載の複合繊維。
<7>前記ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)がエステル系化合物、アルキレングリコール系化合物、ポリオレフィン系化合物およびフェニルエーテル系化合物から選択される、<1>〜<6>のいずれかに記載の複合繊維。
<8><1>〜<7>のいずれかに記載の複合繊維からなる織物または編み物。
<9><1>〜<7>に記載の複合繊維、または、<8>に記載の織物もしくは編み物を加熱加工して得られる複合材料。
本発明により、ポリアミド樹脂繊維と連続強化繊維が分散した複合繊維を提供可能になった。
本発明の複合繊維を示す概念図である。 複合繊維を製造する状態を示す概念図である。
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
本発明における繊度および繊維数とは、特に述べない限り、それぞれ、繊維の任意の10か所を測定した平均の繊度、平均の繊維数をいう。
本発明の複合繊維は、ポリアミド樹脂組成物からなるポリアミド樹脂繊維(A)と、連続強化繊維(B)と、ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)を含む複合繊維であって、前記処理剤(a)の量が、ポリアミド樹脂繊維(A)の0.1〜2.0質量%であり、前記ポリアミド樹脂組成物が、ジアミン構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂であって、数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000であり、その0.5〜5質量%が、分子量が1,000以下のポリアミド樹脂であることを特徴とする。このような特定のポリアミド樹脂繊維(A)を用い、かつ、ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)の量を所定量とすることにより、複合繊維中で、ポリアミド樹脂繊維(A)と連続強化繊維(B)が良好に分散した複合繊維が得られる。本発明の複合繊維では、ポリアミド樹脂繊維(A)と連続強化繊維(B)とは、処理剤(a)によって、より好ましくは処理剤(a)および処理剤(b)によって、通常は、収束し、繊維束(複合繊維)を形成している。本発明は、ポリアミド樹脂繊維(A)と連続強化繊維(B)とが分散している点に技術的意義がある。
図1は、本発明の複合繊維を示す概念図であって、繊維の断面を示している。図1中、1は複合繊維を、2はポリアミド樹脂繊維(A)を、3は連続強化繊維(B)を、それぞれ、示している。尚、ポリアミド樹脂繊維(A)2および連続強化繊維(B)3の径の大きさは概ね同じとなっているが、便宜上そのように示したものであり、ポリアミド樹脂繊維(A)と連続強化繊維(B)が同じ太さであることを必須の要件とするものではない。ポリアミド樹脂繊維(A)および連続強化繊維(B)のそれぞれの詳細については後述する。
再び図1に戻り、本発明では、ポリアミド樹脂繊維(A)2および連続強化繊維(B)3が、それぞれ、分散した繊維束(複合繊維1)を形成している。このような構成とすることにより、該複合繊維を加熱加工した際に、連続強化繊維(B)の分散状態が良好、すなわち連続強化繊維(B)が均質に分散した成形品を得ることができる。このように連続強化繊維(B)が均一に分散した複合材料を用いて加熱加工すると得られる成形品の機械強度(特に、引張強度や引張弾性率)等の物性が優れたものとなる。特に、編み物や織物にしてから加熱加工した際に、この効果が顕著に発揮される。このように連続強化繊維(B)が均一に分散した複合繊維を製造するために、本発明では、所定のポリアミド樹脂を用い、かつ、ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)が所定の量となるように調整している。さらに、連続強化繊維(B)の処理剤(b)の量も調整することにより、より良好な連続強化繊維(B)の分散性を達成できる。
本発明の複合繊維の製造には、通常、ポリアミド樹脂繊維を束状にしたポリアミド樹脂繊維束と連続強化繊維を束状にした連続強化繊維束を用いる。1本の複合繊維の製造に用いられる繊維の合計繊度(1本の複合繊維の製造に用いられるポリアミド樹脂繊維の繊度の合計および連続強化繊維の繊度の合計を足し合わせた値)は、1000〜100000dtexであることが好ましく、1500〜50000dtexであることがより好ましく、2000〜50000dtexであることがさらに好ましく、3000〜5000dtexであることが特に好ましい。
1本の複合繊維の製造に用いるポリアミド樹脂繊維(A)の繊度の合計と連続強化繊維(B)の繊度の合計の比(ポリアミド樹脂繊維(A)の繊度の合計/連続強化繊維(b)の繊度の合計)は0.1〜10であることが好ましく、0.1〜6.0であることがより好ましく、0.8〜2.0がさらに好ましい。
1本の複合繊維の製造に用いる繊維数の合計(ポリアミド樹脂繊維(A)の繊維数の合計と連続強化繊維(B)の繊維数の合計を合計した繊維数)は100〜100000fであることが好ましく、1000〜100000fであることがより好ましく、1500〜70000fであることがより好ましく、2000〜20000fであることがさらに好ましく、2500〜10000fであることがよりさらに好ましく、3000〜5000fであることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、複合繊維の混繊性が向上し、複合材料としての物性と質感により優れたものが得られる。また、いずれかの繊維が偏る領域が少なく互いの繊維がより均一に分散し易い。
1本の複合繊維の製造に用いるポリアミド樹脂繊維(A)の繊維数の合計と連続強化繊維(B)の繊維数の合計の比(ポリアミド樹脂繊維(A)の繊維数の合計/連続強化繊維(B)の繊維数の合計)は0.001〜1であることが好ましく、0.001〜0.5であることがより好ましく、0.05〜0.2であることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、複合繊維の混繊性が向上し、複合材料としての物性と質感により優れたものが得られる。また、複合繊維中のポリアミド樹脂繊維(A)と連続強化繊維(B)は、互いの繊維がより均一に分散することが好ましいが、上述の範囲であると互いの繊維がより均一に分散し易い。
本発明の複合繊維中における、連続強化繊維(B)の分散度は40〜100であることが好ましく、60〜100であることがより好ましく、65〜100であることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、複合繊維はより均一な物性を示し、さらに、成形品の外観がより向上する。また、これを用いて成形品を作製した際に機械物性により優れたものが得られる。
本発明における分散度とは、複合繊維中でポリアミド樹脂繊維(A)と連続強化繊維(B)がどれだけ均一に分散しているかを示す指標であり、下記数式で定義される。
Figure 2014132776
(式中、Dは分散度、Ltotは混繊糸1本を繊維方向に対して垂直に切断した際の複合繊維の断面積、Lcfは複合繊維の断面中連続強化繊維のみで占めている面積のうち31400μm2以上のものの総面積、Lpolyは複合繊維の断面中樹脂繊維のみで占めている面積のうち31400μm2以上のものの総面積を意味する。混繊糸の断面は、混繊糸を繊維方向に対して垂直に切断したものを測定した。面積はデジタルマイクロスコープを用いて測定される。)
分散度Dが大きいほどポリアミド樹脂繊維(A)と連続強化繊維(B)がより均一に分散していることを意味する。
本発明の複合繊維には、ポリアミド樹脂繊維(A)、連続強化繊維(B)、前記処理剤(a)および処理剤(b)以外の他の成分が含まれていても良く、具体的には、短繊維長炭素繊維、カーボンナノチューブ、フラーレン、マイクロセルロースファイバー、タルク、マイカなどが例示される。これらの他の成分の配合量は、複合繊維の5質量%以下であることが好ましい。
次に、ポリアミド樹脂繊維(A)、その処理剤(a)、連続強化繊維(B)およびその処理剤(b)の詳細について述べる。
<ポリアミド樹脂繊維(A)>
ジアミン構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂であって、数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000であり、その0.5〜5質量%が、分子量が1,000以下のポリアミド樹脂であるポリアミド樹脂組成物を繊維状にしたものである。
<<ポリアミド樹脂繊維(A)の特性>>
本発明で用いるポリアミド樹脂繊維(A)は、ポリアミド樹脂組成物を連続的な繊維状にしたものであり、6mmを超える繊維長を有するポリアミド樹脂繊維をいう。本発明で使用するポリアミド樹脂繊維の平均繊維長に特に制限はないが、成形加工性を良好にする観点から、1〜20,000mの範囲であることが好ましく、より好ましくは100〜10,000m、さらに好ましくは1,000〜7,000mである。
本発明で用いるポリアミド樹脂繊維(A)は、通常、ポリアミド樹脂繊維が束状になったポリアミド樹脂繊維束を用いて製造するが、かかるポリアミド樹脂繊維束1本の当たりの合計繊度が、40〜600dtexであることが好ましく、50〜500dtexであることがより好ましく、200〜400dtexであることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、得られる複合繊維中でのポリアミド樹脂繊維(A)の分散状態がより良好となる。かかるポリアミド樹脂繊維束を構成する繊維数は、1〜200fであることが好ましく、1〜50fであることがより好ましく、5〜45fであることがさらに好ましく、20〜40fであることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、得られる複合繊維中でのポリアミド樹脂繊維(A)の分散状態がより良好となる。
本発明では、1本の複合繊維を製造するために、上記ポリアミド樹脂繊維束を1〜100本の範囲で用いることが好ましく、1〜50本の範囲で用いることがより好ましく、3〜15本の範囲で用いることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される。
複合繊維1本を製造するための上記ポリアミド樹脂繊維(A)の合計繊度は、200〜12000dtexであることが好ましく、1000〜3000dtexであることがより好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される。
複合繊維1本を製造するための上記ポリアミド樹脂繊維(A)の合計繊維数は、10〜2000fであることが好ましく、20〜1600fであることがより好ましく、200〜350fであることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、複合繊維の混繊性が向上し、複合材料としての物性と質感により優れたものが得られる。さらに、繊維数を10f以上とすることにより、開繊した繊維がより均一に混合しやすくなる。また、2000f以下とすると、いずれかの繊維が偏る領域ができにくく、より均一性のある複合繊維が得られる。
本発明で用いるポリアミド樹脂繊維束は、引張強度が2〜10gf/dであるものが好ましい。このような範囲とすることにより、複合繊維をより製造しやすくなる傾向にある。
<<ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)>>
本発明で用いるポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)は、ポリアミド樹脂繊維(A)を束状に収束する機能を有するものであれば、その種類は特に定めるものではない。処理剤(a)としては、エステル結合やエーテル結合、アミド結合や酸などの極性官能基を有し、ポリアミド樹脂のアミド結合と相互作用する化合物が挙げられる。エステル系化合物、アルキレングリコール系化合物、ポリオレフィン系化合物、フェニルエーテル系化合物を例示でき、より具体的には、不飽和脂肪酸エステル、飽和脂肪酸エステル、飽和脂肪酸エステル/不飽和脂肪酸エステルの混合物、グリセリンエステル、エチレングリコール脂肪酸エステル、プロピレングリコール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油が好ましい。
ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤の量は0.1〜2質量%であり、0.5〜1.5質量%であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、ポリアミド樹脂繊維束と連続強化繊維束をそれぞれ開繊して、複合繊維とする際にポリアミド樹脂繊維(A)の分散が良好となり、より均質な複合繊維を得られやすい。また、複合繊維を製造する際にはポリアミド樹脂繊維(A)には機械との摩擦力や繊維同士の摩擦力が生じ、その際にポリアミド樹脂繊維(A)が切れることがあるが、上記の範囲とすることによって繊維の切断をより効果的に防ぐことができる。また、均質な複合繊維を得るために機械的な応力をポリアミド樹脂繊維(A)に加えるが、その際の応力によりポリアミド樹脂繊維(A)が切断することをより効果的に防ぐことができる。
<<ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)による処理方法>>
ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)による処理方法は、所期の目的を達成できる限り特に定めるものではない。例えば、処理剤(a)を溶液に溶解させたものに配合し、ポリアミド樹脂繊維(A)の表面に処理剤(a)を付着させてもよいし、処理剤をエアブローすることでもできる。
<<ポリアミド樹脂組成物>>
本発明のポリアミド樹脂繊維(A)は、ポリアミド樹脂組成物からなるが、かかるポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂を主成分(通常は、組成物の90質量%以上がポリアミド樹脂)とするものである。かかるポリアミド樹脂は、ジアミン構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂であって、数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000であり、その0.5〜5質量%が、分子量が1,000以下のポリアミド樹脂である。
本発明で用いるポリアミド樹脂は、ジアミン構成単位(ジアミンに由来する構成単位)の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂を繊維状にしたものである。ジアミンの50モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸と重縮合されたキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂である。
好ましくは、ジアミン構成単位の70モル%以上、より好ましくは80モル%以上がメタキシリレンジアミンおよび/またはパラキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸構成単位(ジカルボン酸に由来する構成単位)の好ましくは50モル%以上、より好ましくは70モル%以上、特には80モル%以上が、炭素原子数が好ましくは4〜20の、α,ω−直鎖脂肪族ジカルボン酸に由来するキシリレンジアミン系ポリアミド樹脂である。
キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂の原料ジアミン成分として用いることが出来るメタキシリレンジアミンおよびパラキシリレンジアミン以外のジアミンとしては、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、2−メチルペンタンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2,2,4−トリメチル−ヘキサメチレンジアミン、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノメチル)デカリン、ビス(アミノメチル)トリシクロデカン等の脂環式ジアミン、ビス(4−アミノフェニル)エーテル、パラフェニレンジアミン、ビス(アミノメチル)ナフタレン等の芳香環を有するジアミン等を例示することができ、1種又は2種以上を混合して使用できる。
ジアミン成分として、キシリレンジアミン以外のジアミンを用いる場合は、ジアミン構成単位の50モル%以下であり、30モル%以下であることが好ましく、より好ましくは1〜25モル%、特に好ましくは5〜20モル%の割合で用いる。
ポリアミド樹脂の原料ジカルボン酸成分として用いるのに好ましい炭素原子数4〜20のα,ω−直鎖脂肪族ジカルボン酸としては、例えばコハク酸、グルタル酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、アジピン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸が例示でき、1種又は2種以上を混合して使用できるが、これらの中でもポリアミド樹脂の融点が成形加工するのに適切な範囲となることから、アジピン酸またはセバシン酸が好ましく、セバシン酸が特に好ましい。
上記炭素原子数4〜20のα,ω−直鎖脂肪族ジカルボン酸以外のジカルボン酸成分としては、イソフタル酸、テレフタル酸、オルソフタル酸等のフタル酸化合物、1,2−ナフタレンジカルボン酸、1,3−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、1,6−ナフタレンジカルボン酸、1,7−ナフタレンジカルボン酸、1,8−ナフタレンジカルボン酸、2,3−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸といった異性体等のナフタレンジカルボン酸等を例示することができ、1種又は2種以上を混合して使用できる。
ジカルボン酸成分として、炭素原子数4〜20のα,ω−直鎖脂肪族ジカルボン酸以外のジカルボン酸を用いる場合は、成形加工性、バリア性の点から、イソフタル酸を用いることが好ましい。イソフタル酸の割合は、好ましくはジカルボン酸構成単位の30モル%以下であり、より好ましくは1〜30モル%、特に好ましくは5〜20モル%の範囲である。
さらに、ジアミン成分、ジカルボン酸成分以外にも、ポリアミド樹脂を構成する成分として、本発明の効果を損なわない範囲でε−カプロラクタムやラウロラクタム等のラクタム類、アミノカプロン酸、アミノウンデカン酸等の脂肪族アミノカルボン酸類も共重合成分として使用できる。
ポリアミド樹脂として、最も好ましいものは、ポリメタキシリレンセバカミド樹脂、ポリパラキシリレンセバカミド樹脂、及び、メタキシリレンジアミンとパラキシリレンジアミンの混合キシリレンジアミンをセバシン酸と重縮合してなるポリメタキシリレン/パラキシリレン混合セバカミド樹脂である。これらのポリアミド樹脂は成形加工性が特に良好となる傾向にある。
本発明において、ポリアミド樹脂としては、数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000であり、そのうちの0.5〜5質量%が、分子量が1,000以下のポリアミド樹脂である。
数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000の範囲を外れると、得られる複合材あるいはその成形品の強度が悪くなる。好ましい数平均分子量(Mn)は8,000〜28,000であり、より好ましくは9,000〜26,000であり、さらに好ましくは10,000〜24,000であり、特に好ましくは11,000〜22,000であり、特に好ましくは12,000〜20,000である。このような範囲であると、耐熱性、弾性率、寸法安定性、成形加工性が良好である。
なお、ここでいう数平均分子量(Mn)とは、ポリアミド樹脂の末端アミノ基濃度[NH2](μ当量/g)と末端カルボキシル基濃度[COOH](μ当量/g)から、次式で算出される。
数平均分子量(Mn)=2,000,000/([COOH]+[NH2])
また、ポリアミド樹脂は、分子量が1,000以下の成分を0.5〜5質量%含有することを必要とするが、このような低分子量成分をこのような範囲で含有することにより、ポリアミド樹脂の含浸性が良好となるため、すなわちポリアミド樹脂の強化繊維間での流動性が良好となるため、成形加工時にボイドの発生を抑制することができることから、得られる複合材及びその成形品の強度や低そり性が良好となる。5質量%を超えると、この低分子量成分がブリードして強度が悪化し、表面外観が悪くなってしまう。
分子量が1,000以下の成分の好ましい含有量は、0.6〜4.5質量%であり、より好ましくは0.7〜4質量%であり、さらに好ましくは0.8〜3.5質量%であり、特に好ましくは0.9〜3質量%であり、最も好ましくは1〜2.5質量%である。
分子量が1,000以下の低分子量成分の含有量の調整は、ポリアミド樹脂重合時の温度や圧力、ジアミンの滴下速度などの溶融重合条件を調節して行うことができる。特に溶融重合後期に反応装置内を減圧して低分子量成分を除去し、任意の割合に調節することができる。また、溶融重合により製造されたポリアミド樹脂を熱水抽出して低分子量成分を除去してもよいし、溶融重合後さらに減圧下で固相重合して低分子量成分を除去してもよい。固相重合に際しては、温度や減圧度を調節して、低分子量成分を任意の含有量に制御することができる。また、分子量が1,000以下の低分子量成分を後からポリアミド樹脂に添加することでも調節可能である。
なお、分子量1,000以下の成分量の測定は、東ソー社(TOSOH CORPORATION)製「HLC−8320GPC」を用いて、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)測定による標準ポリメチルメタクリレート(PMMA)換算値より求めることができる。なお、測定用カラムとしては「TSKgel SuperHM−H」を2本用い、溶媒にはトリフルオロ酢酸ナトリウム濃度10mmol/lのヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)を用い、樹脂濃度0.02質量%、カラム温度は40℃、流速0.3ml/分、屈折率検出器(RI)にて測定することができる。また、検量線は6水準のPMMAをHFIPに溶解させて測定し作成する。
ポリアミド樹脂組成物では、上記ポリアミド樹脂の0.01〜1質量%が、環状の化合物(ポリアミド樹脂)であることが好ましい。本発明において環状化合物とは、ポリアミド樹脂の原料であるジアミン成分とジカルボン酸成分からなる塩が環を形成してなる化合物をいい、以下の方法により定量することができる。
ポリアミド樹脂のペレットを超遠心粉砕機にて粉砕し、φ0.25mmのふるいにかけ、φ0.25mm以下の粉末試料10gを円筒ろ紙に測りとる。その後メタノール120mlにて9時間ソックスレー抽出を行い、得られた抽出液をエバポレータにて乾固しないように注意しながら10mlに濃縮する。なお、その際、オリゴマーが析出する場合は、適宜PTFEフィルターに通液して取り除く。得られた抽出液をメタノールにて50倍希釈した液を測定に供し、日立ハイテクノロジー社(Hitachi High−Technologies Corporation)製高速液体クロマトグラフHPLCによる定量分析を実施して環状化合物含有量を求める。
環状化合物をこのような範囲で含有することにより、得られる複合材及びその成形品の強度が良好となり、さらにそりが少なくなり、寸法安定性がより向上しやすい傾向にある。
環状化合物のより好ましい含有量は、上記ポリアミド樹脂の0.05〜0.8質量%であり、さらに好ましくは0.1〜0.5質量%である。
溶融重合により製造されたポリアミド樹脂中には、環状化合物が相当量含まれている場合が多く、通常、熱水抽出等を行ってこれらは除去されている。この熱水抽出の程度を調整することにより、環状化合物量を調整することができる。また、溶融重合時の圧力を調整することでも可能である。
本発明で用いるポリアミド樹脂は、分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn))が、好ましくは1.8〜3.1である。分子量分布は、より好ましくは1.9〜3.0、さらに好ましくは2.0〜2.9である。分子量分布をこのような範囲とすることにより、機械特性に優れた複合材が得られやすい傾向にある。
ポリアミド樹脂の分子量分布は、例えば、重合時に使用する開始剤や触媒の種類、量及び反応温度、圧力、時間等の重合反応条件などを適宜選択することにより調整できる。また、異なる重合条件によって得られた平均分子量の異なる複数種のポリアミド樹脂を混合したり、重合後のポリアミド樹脂を分別沈殿させることにより調整することもできる。
分子量分布は、GPC測定により求めることができ、具体的には、装置として東ソー社製「HLC−8320GPC」、カラムとして、東ソー社製「TSK gel Super HM−H」2本を使用し、溶離液トリフルオロ酢酸ナトリウム濃度10mmol/lのヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)、樹脂濃度0.02質量%、カラム温度40℃、流速0.3ml/分、屈折率検出器(RI)の条件で測定し、標準ポリメチルメタクリレート換算の値として求めることができる。また、検量線は6水準のPMMAをHFIPに溶解させて測定し作成する。
また、ポリアミド樹脂は、溶融粘度が、ポリアミド樹脂の融点+30℃、せん断速度122sec-1、ポリアミド樹脂の水分率が0.06質量%以下の条件で測定したときに、50〜1200Pa・sであることが好ましい。溶融粘度を、このような範囲とすることにより、ポリアミド樹脂のフィルムまたは繊維への加工が容易となる。なお、後述するような、ポリアミド樹脂が融点を2つ以上有する場合は、高温側の吸熱ピークのピークトップの温度を融点とし、測定を行う。
溶融粘度のより好ましい範囲は、60〜500Pa・s、さらに好ましくは70〜100Pa・sである。
ポリアミド樹脂の溶融粘度は、例えば、原料ジカルボン酸成分およびジアミン成分の仕込み比、重合触媒、分子量調節剤、重合温度、重合時間を適宜選択することにより調整できる。
また、ポリアミド樹脂は、吸水時の曲げ弾性率保持率が、85%以上であることが好ましい。吸水時の曲げ弾性率保持率を、このような範囲とすることにより、得られる複合材及びその成形品の高温高湿度下での物性低下が少なく、そりなどの形状変化が少なくなる傾向にある。
ここで、吸水時の曲げ弾性率保持率とは、ポリアミド樹脂からなる曲げ試験片の0.1質量%の吸水時の曲げ弾性率に対する、0.5質量%の吸水時の曲げ弾性率の比率(%)として定義され、これが高いということは吸湿しても曲げ弾性率が低下しにくいことを意味する。
吸水時の曲げ弾性率保持率は、より好ましくは、90%以上、さらに好ましくは95%以上である。
ポリアミド樹脂の吸水時の曲げ弾性率保持率は、例えば、パラキシリレンジアミンとメタキシリレンジアミンの混合割合によりコントロールでき、パラキシリレンジアミンの割合が多いほど曲げ弾性率保持率を良好とすることができる。また、曲げ試験片の結晶化度をコントロールすることによっても調整できる。
ポリアミド樹脂の吸水率は、23℃にて1週間、水に浸漬した後取り出し、水分をふき取ってすぐ測定した際の吸水率として1質量%以下であることが好ましく、より好ましくは0.6質量%以下、さらに好ましくは0.4質量%以下である。この範囲であると、得られる複合材及びそれからなる成形品の吸水による変形を防止しやすく、また、加熱加圧時等の複合材を成形加工する際の発泡を抑制し、気泡の少ない成形品を得ることができる。
また、ポリアミド樹脂は、末端アミノ基濃度([NH2])が好ましくは100μ当量/g未満、より好ましくは5〜75μ当量/g、さらに好ましくは10〜60μ当量/gであり、末端カルボキシル基濃度([COOH])は、好ましくは150μ当量/g未満、より好ましくは10〜120μ当量/g、さらに好ましくは10〜100μ当量/gのものが好適に用いられる。このような末端基濃度のポリアミド樹脂を用いることにより、ポリアミド樹脂をフィルム状又は繊維状に加工する際に粘度が安定しやすく、また、後述のカルボジイミド化合物との反応性が良好となる傾向にある。
また、末端カルボキシル基濃度に対する末端アミノ基濃度の比([NH2]/[COOH])は、0.7以下であるものが好ましく、0.6以下であるものがより好ましく、特に好ましくは0.5以下である。この比が0.7よりも大きいものは、ポリアミド樹脂を重合する際に、分子量の制御が難しくなる場合がある。
末端アミノ基濃度は、ポリアミド樹脂0.5gを30mlのフェノール/メタノール(4:1)混合溶液に20〜30℃で攪拌溶解し、0.01Nの塩酸で滴定して測定することができる。また、末端カルボキシル基濃度は、ポリアミド樹脂0.1gを30mlのベンジルアルコールに200℃で溶解し、160℃〜165℃の範囲でフェノールレッド溶液を0.1ml加える。その溶液を0.132gのKOHをベンジルアルコール200mlに溶解させた滴定液(KOH濃度として0.01mol/l)で滴定を行い、色の変化が黄〜赤となり色の変化がなくなった時点を終点とすることで算出することができる。
本発明のポリアミド樹脂は、反応したジカルボン酸単位に対する反応したジアミン単位のモル比(反応したジアミン単位のモル数/反応したジカルボン酸単位のモル数、以下「反応モル比」という場合がある。)が、0.97〜1.02であることが好ましい。このような範囲とすることにより、ポリアミド樹脂の分子量や分子量分布を、任意の範囲に制御しやすくなる。
反応モル比は、より好ましくは1.0未満、さらに好ましくは0.995未満、特に好ましくは0.990未満であり、下限は、より好ましくは0.975以上、さらに好ましくは0.98以上である。
ここで、反応モル比(r)は次式で求められる。
r=(1−cN−b(C−N))/(1−cC+a(C−N))
式中、
a:M1/2
b:M2/2
c:18.015 (水の分子量(g/mol))
M1:ジアミンの分子量(g/mol)
M2:ジカルボン酸の分子量(g/mol)
N:末端アミノ基濃度(当量/g)
C:末端カルボキシル基濃度(当量/g)
なお、ジアミン成分、ジカルボン酸成分として分子量の異なるモノマーからポリアミド樹脂を合成する際は、M1およびM2は原料として配合するモノマーの配合比(モル比)に応じて計算されることはいうまでもない。なお、合成釜内が完全な閉鎖系であれば、仕込んだモノマーのモル比と反応モル比とは一致するが、実際の合成装置は完全な閉鎖系とはなりえないことから、仕込みのモル比と反応モル比が一致するとは限らない。仕込んだモノマーが完全に反応するとも限らないことから、仕込みのモル比と反応モル比が一致するとは限らない。したがって、反応モル比とは出来上がったポリアミド樹脂の末端基濃度から求められる実際に反応したモノマーのモル比を意味する。
ポリアミド樹脂の反応モル比の調整は、原料ジカルボン酸成分およびジアミン成分の仕込みモル比、反応時間、反応温度、キシリレンジアミンの滴下速度、釜内の圧力、減圧開始タイミング等の反応条件を適当な値にすることにより、可能である。
ポリアミド樹脂の製造方法がいわゆる塩法である場合は、反応モル比を0.97〜1.02にするには、具体的には、例えば、原料ジアミン成分/原料ジカルボン酸成分比をこの範囲に設定し、反応を十分進めればよい。また溶融ジカルボン酸に連続的にジアミンを滴下する方法の場合は、仕込み比をこの範囲とすることの他に、ジアミンを滴下する最中に還流させるジアミン量をコントロールし、滴下したジアミンを反応系外に除去することでも可能である。具体的には還流塔の温度を最適な範囲にコントロールすることや充填塔の充填物、所謂、ラシヒリングやレッシングリング、サドル等を適切な形状、充填量に制御することで、ジアミンを系外に除去すればよい。また、ジアミン滴下後の反応時間を短くすることでも未反応のジアミンを系外に除去することができる。さらにはジアミンの滴下速度を制御することによっても未反応のジアミンを必要に応じて反応系外に除去することができる。これらの方法により仕込み比が所望範囲から外れても反応モル比を所定の範囲にコントロールすることが可能である。
ポリアミド樹脂の製造方法は、特に限定されるものではなく、従来公知の方法、重合条件により製造される。ポリアミド樹脂の重縮合時に分子量調節剤として少量のモノアミン、モノカルボン酸を加えてもよい。例えば、キシリレンジアミンを含むジアミン成分とアジピン酸、セバシン酸等のジカルボン酸からなる塩を水の存在下に、加圧状態で昇温し、加えた水及び縮合水を除きながら溶融状態で重合させる方法により製造される。また、キシリレンジアミンを溶融状態のジカルボン酸に直接加えて、常圧下で重縮合する方法によっても製造できる。この場合、反応系を均一な液状状態で保つために、ジアミンをジカルボン酸に連続的に加え、その間、反応温度が生成するオリゴアミド及びポリアミドの融点よりも下回らないように反応系を昇温しつつ、重縮合が進められる。
また、ポリアミド樹脂は、溶融重合法により製造された後に、固相重合を行っても良い。固相重合の方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法、重合条件により製造される。
本発明においては、ポリアミド樹脂の融点は、150〜310℃であることが好ましく、180〜300℃であることがより好ましい。
また、ポリアミド樹脂のガラス転移点は、50〜100℃が好ましく、55〜100℃がより好ましく、特に好ましくは60〜100℃である。この範囲であると、耐熱性が良好となる傾向にある。
なお、融点とは、DSC(示差走査熱量測定)法により観測される昇温時の吸熱ピークのピークトップの温度である。また、ガラス転移点とは、試料を一度加熱溶融させ熱履歴による結晶性への影響をなくした後、再度昇温して測定されるガラス転移点をいう。測定には、例えば、島津製作所社(SHIMADZU CORPORATION)製「DSC−60」を用い、試料量は約5mgとし、雰囲気ガスとしては窒素を30ml/分で流し、昇温速度は10℃/分の条件で室温から予想される融点以上の温度まで加熱し溶融させた際に観測される吸熱ピークのピークトップの温度から融点を求めることができる。次いで、溶融したポリアミド樹脂を、ドライアイスで急冷し、10℃/分の速度で融点以上の温度まで再度昇温し、ガラス転移点を求めることができる。
また、ポリアミド樹脂は、融点を少なくとも2つ有するポリアミド樹脂であることも好ましい。融点を少なくとも2つ有するポリアミド樹脂は、耐熱性と複合材を成形する際の成形加工性が良くなる傾向にあり好ましい。
融点を少なくとも2つ有するポリアミド樹脂としては、ジアミン構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸構成単位の50モル%以上がセバシン酸に由来するポリアミド樹脂であって、キシリレンジアミン単位は、パラキシリレンジアミン由来単位を50〜100モル%、メタキシリレンジアミン由来単位を0〜50モル%含有し、数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000であり、融点を少なくとも2つ有するポリアミド樹脂を、好ましく挙げることができる。
この際、2つ以上の融点は、通常250〜330℃の範囲にあって、好ましくは260〜320℃、より好ましくは270〜310℃、特に好ましくは275〜305℃にある。融点を2つ以上、好ましくはこのような温度範囲に有することで、良好な耐熱性と複合材を成形する際の成形加工性を有するポリアミド樹脂となる。
このような融点を少なくとも2つ有するポリアミド樹脂を得るには、溶融重合の際、好ましくは以下の(1)、(2)もしくは(3)の方法、またはこれら方法の複数を組み合わせて適用することにより得ることができる。
(1)ポリアミド樹脂を製造する際、重合反応容器からポリアミド樹脂を、ポリアミド樹脂の融点〜融点+20℃の温度範囲となるように、ストランド状に抜き出す工程、抜き出されたストランド状ポリアミド樹脂を、0〜60℃の冷却水中で冷却する工程を含む方法。
(2)重合反応容器からポリアミド樹脂をストランド状に抜き出す工程の前工程として、ジカルボン酸を溶融する工程、溶融ジカルボン酸にジアミンを連続的に滴下する工程、ジアミン滴下終了後、ポリアミド樹脂の融点〜融点+30℃で0〜60分間保持する工程、さらに、負圧下で重縮合反応を継続する工程を含む方法。
(3)重合反応容器からポリアミド樹脂をストランド状に抜き出す工程の前工程として、ジカルボン酸とジアミンからなる塩を加圧下に溶融保持する工程、減圧しつつ昇温する工程、ポリアミド樹脂の融点〜融点+30℃で0〜60分間保持する工程を含む方法。
なお、上記(1)〜(3)における融点とは、DSC測定を行った際に複数存在する吸熱ピークのうち、高温側のピークのピークトップの温度のことを意味する。
上記(1)の方法は、ポリアミド樹脂を特定の温度条件下でストランド状に抜き出しつつ特定の温度範囲で冷却するものであり、このような条件下でポリアミド樹脂を抜き出し冷却することによって、単一組成のポリアミド樹脂でありながら、融点の異なる複数の結晶構造を固定化できるものと考えられる。ストランド抜き出し時のポリアミド樹脂の温度は、好ましくは融点〜融点+15℃である。ストランドの冷却は0〜60℃の冷却水中で、好ましくは、10〜50℃、より好ましくは20〜45℃である。
また、ストランドを冷却水と接触させる時間は、2〜60秒程度が好ましく、5〜50秒がより好ましい。
このような範囲とすることによって、単一組成のポリアミド樹脂でありながら、融点の異なる複数の結晶構造を固定化できるものと考えられる。冷却時間が2秒以下では冷却が不十分となり好ましい結晶構造に固定化できないことがあり、また、ペレタイジング時にカッターにストランドが巻きつくなどの事象が起こり、生産性が悪いことがある。また、冷却時間が60秒を超えると、得られるポリアミド樹脂の水分率が高くなりすぎるなどの問題を生じることがある。なお、上記冷却時間は、冷却水槽中でストランドが水に接触する距離や、冷却水槽の長さ、または冷却水をストランドにスプレー、噴霧する時間などにより適宜調節できる。
また、ストランドの引き取りの速度は100〜300m/分が好ましく、120〜280m/分がより好ましく、140〜260m/分がさらに好ましく、特に好ましくは150〜250m/分である。このような範囲であると、ポリアミド樹脂の結晶構造を、融点の異なる複数の結晶構造に固定化できるものと考えられる。また、得られるペレットの水分率が過剰になることが無く好ましい。さらにはペレタイジングが容易となり、生産性が向上することから好ましい。なお、ストランドの引き取り速度はペレタイザーの回転歯速度、抜き出し時における反応容器内の圧力により調整が可能である。
上記(2)の方法は、重合反応容器からポリアミド樹脂をストランド状に抜き出す工程の前工程として、ジカルボン酸を溶融する工程、溶融ジカルボン酸にジアミンを連続的に滴下する工程、ジアミン滴下終了後、ポリアミド樹脂の融点〜融点+30℃で0〜60分間保持する工程、さらに、負圧下で重縮合反応を継続する工程を含む方法である。
ジカルボン酸を溶融する工程は、重縮合工程に先立ち固体状のジカルボン酸を反応器内に仕込み過熱して溶融しても良いし、あらかじめ溶融させたジカルボン酸を反応容器に仕込んでも良い。
溶融ジカルボン酸にジアミンを連続的に滴下する工程は、生成するポリアミドオリゴマーが固化しない温度以上〜固化しない温度+30℃の温度に、反応容器内をコントロールしながら、ジアミンの滴下量の増加にしたがって、反応容器内の温度を連続的に昇温させることが好ましい。全量のジアミンが滴下完了した時点で反応容器内の温度は、ポリアミド樹脂の融点〜融点30℃となることが好ましい。この間、反応容器内は窒素で置換されていることが好ましい。またこの間、反応容器内は攪拌翼にて混合され、反応容器内は均一な流動状態となることが好ましい。
また、この間、反応容器内は加圧されていることが好ましい。好ましくは0.1〜1MPa、より好ましくは0.2〜0.6MPa、さらに好ましくは0.3〜0.5MPaである。加圧は窒素で行ってもよく、水蒸気を利用しても良い。かかる工程を経ることで均一な性状のポリアミド樹脂を生産性良く生産することができる。
方法(2)では、ポリアミド樹脂の融点〜融点+30℃で0〜60分間保持する工程、さらに、負圧下で重縮合反応を継続する工程を経ることで、これら工程を経て得られるポリアミド樹脂は、複数の融点を持つポリアミド樹脂となりやすい傾向となる。
ポリアミド樹脂の融点〜融点+30℃で保持する工程が60分より長いと、ポリアミド樹脂の融点が一つとなることがあり好ましくない。融点〜融点+30℃に保持する工程は、1〜40分がより好ましく、1〜30分がさらに好ましく、特に好ましくは1〜20分である。
負圧下で重縮合反応を継続する工程において、圧力は、0.05MPa〜大気圧未満が好ましく、より好ましくは0.06〜0.09MPaであり、さらに好ましくは0.07〜0.085MPaである。またその際の時間は1〜60分が好ましい。1〜40分がより好ましく、1〜30分がさらに好ましく、特に好ましくは1〜20分である。また、反応温度は、融点〜融点+30℃が好ましく、融点〜融点+20℃がより好ましい。上述の負圧条件下で重縮合反応を継続することにより、ポリアミド樹脂を所望の分子量に調整することができ、またポリアミド樹脂の融点を複数に固定化することができる。
前記(3)の方法は、ジカルボン酸とジアミンからなる塩を加圧下に溶融保持する工程、減圧しつつ昇温する工程、ポリアミド樹脂の融点〜融点+30℃で0〜60分間保持する工程を含む。
ジカルボン酸とジアミンからなる塩を加圧下に溶融保持する工程、減圧しつつ昇温する工程は一般的な塩法による製法であるが、ジカルボン酸とジアミンからなる塩を加圧下に溶融保持する工程においては、温度は好ましくは、ポリアミドオリゴマーの融点〜融点+30℃、より好ましくはポリアミドオリゴマーの融点〜融点+20℃、圧力は好ましくは1〜2MPa、より好ましくは1.5〜1.9MPaに反応容器内をコントロールしながら、好ましくは60〜300分、より好ましくは90〜240分溶融保持する。
減圧しつつ昇温する工程においては、減圧速度を好ましくは1〜2MPa/時間、より好ましくは1.5〜1.8MPa/時間、昇温速度を好ましくは10〜100℃/時間、より好ましくは20〜80℃/時間の条件で、減圧・昇温する。減圧・昇温後の保持工程の圧力は0.05MPa〜大気圧未満が好ましく、より好ましくは0.06〜0.09MPaであり、さらに好ましくは0.07〜0.085MPaである。またその際の時間は1〜60分が好ましく、1〜40分がより好ましく、1〜30分がさらに好ましく、特に好ましくは1〜20分である。また、その際の温度は、融点〜融点+30℃が好ましく、融点〜融点+20℃がより好ましい。
そして、ポリアミド樹脂の融点〜融点+30℃で0〜60分間保持する。かかる工程を経ることで、これら工程を経て得られるポリアミド樹脂は、複数の融点を持つポリアミド樹脂とすることができる。ポリアミド樹脂の融点〜融点+30℃で保持する工程が60分より長いと、ポリアミド樹脂の融点が一つとなることがあり好ましくない。融点〜融点+30℃に保持する工程は1〜40分がより好ましく、1〜30分がさらに好ましく、特に好ましくは1〜20分である。
本発明で用いるポリアミド樹脂組成物には、上記キシリレンジアミン系ポリアミド樹脂以外の、他のポリアミド樹脂やエラストマー成分を含むこともできる。他のポリアミド樹脂としては、ポリアミド66、ポリアミド6、ポリアミド46、ポリアミド6/66、ポリアミド10、ポリアミド612、ポリアミド11、ポリアミド12、ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸およびテレフタル酸からなるポリアミド66/6T、ヘキサメチレンジアミン、イソフタル酸およびテレフタル酸からなるポリアミド6I/6Tなどが挙げられる。これらの配合量はポリアミド樹脂組成物の5質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。
エラストマー成分としては、例えば、ポリオレフィン系エラストマー、ジエン系エラストマー、ポリスチレン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、フッ素系エラストマー、シリコン系エラストマー等公知のエラストマーが使用でき、好ましくはポリオレフィン系エラストマー及びポリスチレン系エラストマーである。これらのエラストマーとしては、ポリアミド樹脂に対する相溶性を付与するため、ラジカル開始剤の存在下または非存在下で、α,β−不飽和カルボン酸及びその酸無水物、アクリルアミド並びにそれらの誘導体等で変性した変性エラストマーも好ましい。
このような他のポリアミド樹脂やエラエストマー成分の含有量は、ポリアミド樹脂組成物中の通常30質量%以下、好ましくは20質量%以下、特には10質量%以下である。
また、上記したポリアミド樹脂組成物は、一種類もしくは複数のポリアミド樹脂をブレンドして使用することもできる。
さらに、本発明の目的・効果を損なわない範囲で、本発明で用いるポリアミド樹脂組成物には、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリスチレン樹脂等の樹脂を一種もしくは複数ブレンドすることもできる。これらの配合量はポリアミド樹脂組成物の10質量%以下であることが好ましく、1質量%以下であることがより好ましい。
さらに、本発明の目的・効果を損なわない範囲で、本発明で用いるポリアミド樹脂組成物には、酸化防止剤、熱安定剤等の安定剤、耐加水分解性改良剤、耐候安定剤、艶消剤、紫外線吸収剤、核剤、可塑剤、分散剤、難燃剤、帯電防止剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、着色剤、離型剤等の添加剤等を加えることができる。これらの詳細は、特許第4894982号公報の段落番号0130〜0155の記載を参酌でき、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
<連続強化繊維(B)>
本発明の複合繊維は連続強化繊維(B)を含む。連続強化繊維(B)とは、6mmを超える繊維長を有する連続強化繊維をいう。本発明で使用する連続強化繊維の平均繊維長に特に制限はないが、成形加工性を良好にする観点から、1〜10,000mの範囲であることが好ましく、より好ましくは100〜7,000m、さらに好ましくは1,000〜5,000mである。
本発明で用いる連続強化繊維(B)は、通常、複数の連続強化繊維(B)が束状になった連続強化繊維束である。
本発明で用いる連続強化繊維(B)は、複合繊維1本を形成するのに用いる繊維の合計繊度が、100〜50000dtexあることが好ましく、500〜40000dtexであることがより好ましく、1000〜10000dtexであることがさらに好ましく、1000〜3000dexであることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、加工がより容易となり、得られる複合繊維の弾性率・強度がより優れたものとなる。
本発明で用いる連続強化繊維(B)は、複合繊維1本を形成するのに用いる繊維の合計繊維数が、500〜50000fであることが好ましく、500〜20000fであることがより好ましく、1000〜10000fであることがさらに好ましく、1500〜3500fであることが特に好ましい。このような範囲とすることにより、複合繊維中での連続強化繊維(B)の分散状態がより良好となる。
1本の複合繊維において、連続強化繊維が、所定の合計繊度および合計繊維数を満たすために、1本の連続強化繊維束で製造してもよいし、複数本の連続強化繊維束を用いて製造してもよい。本発明では、1〜10本の連続強化繊維束を用いて製造することが好ましく、1〜3本の連続強化繊維束を用いて製造することがより好ましく、1本の連続強化繊維束を用いて製造することがさらに好ましい。
本発明の複合繊維中に含まれる連続強化繊維束の平均引張弾性率は、50〜1000GPaであることが好ましく、200〜700GPaであることがより好ましい。このような範囲とすることにより、複合繊維全体の引張弾性率がより良好となる。
連続強化繊維(B)としては、ガラス繊維;炭素繊維;植物繊維(ケナフ(Kenaf)、竹繊維等を含む);アルミナ繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、金属繊維(スチール繊維等)等の無機繊維;アラミド繊維、ポリオキシメチレン繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維等の有機繊維;などが挙げられる。なかでも、軽量でありながら、高強度、高弾性率であるという優れた特徴を有するため、炭素繊維およびガラス繊維が好ましく用いられ、炭素繊維がより好ましい。炭素繊維はポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維を好ましく用いることができる。また、リグニンやセルロースなど、植物由来原料の炭素繊維も用いることができる。
<<ポリアミド樹脂と反応性を有する官能基を有する連続強化繊維(B)の処理剤>>
本発明で用いる連続強化繊維(B)は、ポリアミド樹脂と反応性を有する官能基を有する連続強化繊維(B)の処理剤(b)で処理することが好ましい。ポリアミド樹脂と反応性を有する官能基は、通常、加熱成形する工程でポリアミド樹脂と化学結合する。かかる処理剤(b)は、連続強化繊維(B)を収束させて繊維束とする機能を有するものであることが好ましい。
具体的には、ビスフェノールA型のエポキシ樹脂等のエポキシ系樹脂、1分子中にアクリル基またはメタクリル基を有するエポキシアクリレート樹脂であって、ビスフェノールA型のビニルエステル樹脂、ノボラック型のビニルエステル樹脂、臭素化ビニルエステル樹脂等のビニルエステル系樹脂が好ましく挙げられる。またエポキシ系樹脂やビニルエステル系樹脂のウレタン変性樹脂であってもよい。
上記の中でも、本発明で用いる処理剤(b)としては、エポキシアルカン、アルカンジエポキシド、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物ジグリシジルエーテル、ビスフェノールAのジシアネート付加物、ビスフェノールFグリシジルエーテル、ビスフェノールFのアルキレンオキシド付加物、ビスフェノールFのアルキレンオキシド付加物ジグリシジルエーテル、ビスフェノールFのジシアネート付加物、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、アクリル酸エステル化合物、メタクリル酸エステル化合物、クロトン酸エステル化合物、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4−ブテンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、ビスフェノールA、水素添加ビスフェノールA、ビスフェノールF、水素添加ビスフェノールFアミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、グリシジルプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のトリアルコキシまたはトリアリロキシシラン化合物、ウレイドシラン、スルフィドシラン、ビニルシラン、イミダゾールシラン等が好ましく、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物、ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物ジグリシジルエーテル、ビスフェノールAのジシアネート付加物、ビスフェノールFグリシジルエーテル、ビスフェノールFのアルキレンオキシド付加物、ビスフェノールFのアルキレンオキシド付加物ジグリシジルエーテル、ビスフェノールFのジシアネート付加物がより好ましい。このような処理剤(b)を用いると、成形体とした際に、連続強化繊維(B)とポリアミド樹脂繊維(A)との界面接着性が向上し、ボイドの減少、弾性率や強度の増加、疲労特性の改善の効果がより効果的に発揮される傾向にある。
前記処理剤(b)の量は、連続強化繊維(B)の0.001〜1.5質量%であることが好ましく、0.008〜1.0質量%であることがより好ましく、0.1〜0.8質量%であることがさらに好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の効果がより効果的に発揮される。
<<連続強化繊維(B)の処理剤(b)による処理方法>>
連続強化繊維(B)の処理剤(b)による処理方法は、公知の方法を採用できる。例えば、処理剤(b)を溶液に溶解させたものに配合し、連続強化繊維(B)の表面に処理剤(b)を付着させてもよいし、エアブローで行っても良い。
また、市販品の連続強化繊維(B)を用いる場合、既に、表面処理剤や収束剤等の処理剤で処理されていることがある。この場合、かかる処理剤を洗い落してから、改めて上記方法で処理するとよい。
<複合繊維の製造方法>
次に、本発明の複合繊維の製造方法の一例について述べる。
まず、ポリアミド樹脂繊維(A)を処理剤(a)にて表面処理したポリアミド樹脂繊維束、および、連続強化繊維(B)(好ましくは、連続強化繊維(B)を処理剤(b)で表面処理した繊維束)の回巻体を準備する。回巻体は、ポリアミド樹脂繊維束および連続強化繊維束について、それぞれ、1つであってもよいし、複数であってもよい。複合繊維にした際に、ポリアミド樹脂繊維および連続強化繊維の繊維数の比および繊度の比が目的の値になるよう、適宜、調整するのが好ましい。
図2は本発明の複合繊維を製造する場合の、回巻体の状態を示した概念図であって、4は連続強化繊維束の回巻体を、5はポリアミド樹脂繊維束の回巻体を、6は複合繊維の回巻体をそれぞれ示している。尚、図2は概念図であり、ポリアミド樹脂繊維束と連続強化繊維束の開繊や均一化の段階については記載を省略している。図2(a)では、2つのポリアミド樹脂繊維束の回巻体5から引き出された2本の繊維束と、1つの連続強化繊維束の回巻体4から引き出された1本の連続強化繊維束から、1本の複合繊維を形成し、1つの回巻体6に巻き取られる概念図を示している。ここで、ポリアミド樹脂繊維束と連続強化繊維束の割合は、用いる繊維束の繊維数および繊度に左右されるため、複合繊維にした際に繊維数の比が目的の値になるよう、適宜、調整するのが好ましい。従って、回巻体の数は図2(a)に示された数に限定されるものではない。また、一度に複数本の複合繊維を形成してもよい。図2(b)は一度に複数本の複合繊維を製造する場合の概念図である。図2(b)では、3つの回巻体4から引き出される連続強化繊維束が、それぞれ、3つの異なる回巻体5から引き出されるポリアミド樹脂繊維束と複合化して、3本の複合繊維が同時に形成されている。図2(b)においても、ポリアミド樹脂繊維束の回巻体の数および連続強化繊維束の回巻体の数は、複合繊維にした際に、それぞれの複合繊維が、目的のポリアミド樹脂繊維および連続強化繊維の繊維数の比および繊度を満たすよう、適宜、調整するのが好ましい。
ポリアミド樹脂繊維束と連続強化繊維束は、それぞれ、回巻体から引出し、公知の方法により開繊を行う。開繊方法としては、振動、応力、エアブロー等が例示される。ポリアミド樹脂繊維束と連続強化繊維束を開繊しながら、ポリアミド樹脂繊維束と連続強化繊維束を一束とし、さらに振動、応力、エアブロー等を加えることによって、均一化を進め、複合繊維とする。この後、通常、巻き取り機によって回巻体に巻き取る。本発明では、ポリアミド樹脂繊維束を所定量の処理剤(a)で処理しているため、開繊し、連続強化繊維(B)と均一化すると、連続強化繊維(B)を良好に分散させることができる。特に、連続強化繊維(B)も処理剤(b)で処理していると、さらに良好な分散が達成できる。
<複合繊維を利用した成形品>
本発明における複合繊維は、公知の方法により織物や編み物として用いることができる。織物の形態としては、特に制限はなく、平織、八枚朱子織、四枚朱子織、綾織等のいずれでもよい。また、いわゆるバイヤス織でもよい。さらに、特開昭55−30974号公報に記載されているように実質的に屈曲を有しないいわゆるノンクリンプ織物であってもよい。
編み物としても、特に定めるものではなく、たて編み、よこ編み、ラッセル編み等公知の編み方を自由に選択できる。
また、本発明の複合繊維を一方向に引き揃えたテープ状もしくはシート状の基材、または該基材を2枚以上積層した積層物としても用いることができる。
本発明の成形品は、例えば、パソコン、OA機器、AV機器、携帯電話などの電気・電子機器、光学機器、精密機器、玩具、家庭・事務電気製品などの部品やハウジング、さらには自動車、航空機、船舶などの部品に好適に利用することができる。特に、凹部や凸部を有する成形品の製造に適している。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
1.表面処理されたポリアミド樹脂繊維(原料A)の製造
<ポリアミド樹脂>
ポリアミド樹脂として、以下の製造例で得られたポリアミド樹脂を使用した。
<<製造例1>>
(ポリアミド(MXD10)の合成)
反応缶内でセバシン酸(伊藤製油(Itoh Oil Chemicals Co.)製、製品名セバシン酸TA)を170℃にて加熱し溶融した後、内容物を攪拌しながら、加圧(0.4Mpa)下でメタキシリレンジアミン(三菱瓦斯化学(株)製)をセバシン酸とのモル比が約1:1になるように徐々に滴下しながら、温度を210℃まで上昇させた。滴下終了後、0.078MPaまで減圧し30分間反応を継続し、分子量1,000以下の成分量を調整した。反応終了後、内容物をストランド状に取り出し、ペレタイザーにてペレット化しポリアミド(MXD10)を得た。以下、「MXD10」という。
<<製造例2>>
(ポリアミド(MPXD10)の合成)
セバシン酸を窒素雰囲気下の反応缶内で加熱溶解した後、内容物を攪拌しながら、パラキシリレンジアミン(三菱瓦斯化学(株)製)とメタキシリレンジアミン(三菱瓦斯化学(株)製)のモル比が3:7の混合ジアミンを、加圧(0.35Mpa)下でジアミンとセバシン酸とのモル比が約1:1になるように徐々に滴下しながら、温度を235℃まで上昇させた。滴下終了後、60分間反応継続し、分子量1,000以下の成分量を調整した。反応終了後、内容物をストランド状に取り出し、ペレタイザーにてペレット化し、ポリアミド(MPXD10)を得た。以下、「MPXD10」という。
<<製造例3>>
(ポリアミド(PXD10)の合成)
撹拌機、分縮器、冷却器、温度計、滴下装置及び窒素導入管、ストランドダイを備えた内容積50リットルの反応容器に、精秤したセバシン酸(伊藤製油(株)製、製品名セバシン酸TA)8950g(44.25mol)、次亜リン酸カルシウム12.54g(0.074mol)、酢酸ナトリウム6.45g(0.079mol)を秤量して仕込んだ。反応容器内を十分に窒素置換した後、窒素で0.4MPaに加圧し、撹拌しながら20℃から190℃に昇温して55分間でセバシン酸を均一に溶融した。次いでパラキシリレンジアミン(三菱瓦斯化学(株)製)5960g(43.76mol)を撹拌下で110分を要して滴下した。この間、反応容器内温は293℃まで連続的に上昇させた。滴下工程では圧力を0.42MPaに制御し、生成水は分縮器及び冷却器を通して系外に除いた。分縮器の温度は145〜147℃の範囲に制御した。パラキシリレンジアミン滴下終了後、反応容器内圧力0.42MPaにて20分間重縮合反応を継続した。この間、反応容器内温は296℃まで上昇させた。その後、30分間で反応容器内圧力を0.42MPaから0.12MPaまで減圧した。この間に内温は298℃まで昇温した。その後0.002MPa/分の速度で減圧し、20分間で0.08MPaまで減圧し、分子量1,000以下の成分量を調整した。減圧完了時の反応容器内の温度は301℃であった。その後、系内を窒素で加圧し、反応容器内温度301℃、樹脂温度301℃で、ストランドダイからポリマーをストランド状に取出して20℃の冷却水にて冷却し、これをペレット化し、約13kgのポリアミド樹脂を得た。なお、冷却水中での冷却時間は5秒、ストランドの引き取り速度は100m/分とした。以下、「PXD10」という。
ポリアミド樹脂の各種物性の測定法については、特許第4894982号公報の段落0157〜0168の記載に従った。
得られたポリアミド樹脂の諸性能を下記表に示す。
Figure 2014132776
<ポリアミド樹脂の繊維化>
上記で得られたポリアミド樹脂は、以下の手法に従って繊維状にした。
真空乾燥機を用いて150℃、7時間乾燥させたポリアミ樹脂を30mmφのスクリューを有する単軸押出機にて溶融押出しし、ダイからストランド状に押出し、ロールにて巻き取りながら延伸し、ポリアミド樹脂繊維束を得た。ポリアミド樹脂繊維束(A)の繊維数は、ダイの穴の数を調整することによって調整した。また、ダイの穴の孔径を調整することによって、所定の繊度となるようにした。
<<繊維径>>
連続熱可塑性樹脂繊維の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、任意の10カ所の繊維の繊維径を測定し、平均値を算出した。
<<繊度>>
繊維1m当たりの重量を測定し、繊度に換算した。
<処理剤(a)>
ポリアミド樹脂繊維束(A)の処理剤(a)として以下のものを用いた。
処理剤a1:モノステアリン酸ポリオキシエチレンソルビタン(tween 60(東京化成工業製))
処理剤a2:炭素数8から18の飽和および不飽和脂肪酸エステルの混合物(エキセパール MC(花王製))
処理剤a3:ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油(エマノーン 1112(花王製))
<ポリアミド樹脂繊維束(A)の表面処理>
上記繊維状になったポリアミド樹脂繊維束(A)を、下記表に示す種類の処理剤(a)を溶剤(水またはメタノール)に溶解した溶液に潜らせ、ポリアミド樹脂繊維束(A)の表面を処理した(原料(A))。ここで、処理剤a1を用いた場合は溶剤として水を、処理剤a2を用いた場合は溶剤をしてメタノールを、処理剤a3を用いた場合は水を用いた。また、処理剤(a)を含む溶液の濃度を調整することによって、ポリアミド樹脂繊維束(A)に対する処理剤(a)の量を調整した。
処理剤(a)のポリアミド樹脂繊維束(A)への塗布量は次の方法で測定した。まず、表面処理したポリアミド樹脂繊維(原料(A))を適量切り取り、その重量(X)を測定した。重量を測定した原料(A)を水またはメタノールに浸漬し、処理剤(a)を溶解した。水またはメタノールを蒸発させ、残渣を回収し、その重量(Y)を計測した。処理剤(a)の量はY/X*100(単位:質量%)で求めた。得られた値を、「処理剤(a)の量」として下記表に示した。
2.表面処理された連続強化繊維(原料B)の製造
以下の方法に従って、表面処理された連続強化繊維(原料(B))を製造した。
<連続強化繊維(B)>
連続強化繊維として以下のものを洗浄したものを用いた。
C繊維1:ポリアクリロニトリル系炭素繊維、東レ(Toray Industries)製、トレカ(TORAYCA)T300−3000、繊維数3000f、繊度1980dtex、引張弾性率:230GPa)
C繊維2:ポリアクリロニトリル系炭素繊維、三菱レイヨン製、PYROFIL、繊維数60000f、繊度32000dtex、引張弾性率234GPa
<処理剤(b)>
連続強化繊維(B)の処理剤として以下のものを用いた。
処理剤b1:ビスフェノールAのアルキレンオキシド付加物ジグリシジルエーテル
<連続強化繊維(B)の表面処理>
連続強化繊維をメチルエチルケトンに浸漬し、30分間超音波洗浄した。洗浄した連続強化繊維(B)を取り出し、60℃で3時間乾燥させた。次いで、表に示す処理剤(b)を含むメチルエチルケトン溶液に潜らせ、23℃で10分間エアブローして表面処理された連続強化繊維(B)(原料(B))を得た。ここで、処理剤(b)を含むメチルエチルケトン溶液の濃度を調整することによって、連続強化繊維(B)に対する処理剤(b)の量を調整した。
処理剤(b)の連続強化繊維(B)への塗布量は次の方法で測定した。まず、表面処理した連続強化繊維(原料(B))を適量切り取り、その重量(X)を測定した。重量を測定した原料(B)をメチルエチルケトンに浸漬し、処理剤(b)を溶解した。メチルエチルケトンを蒸発させ、残渣を回収し、その重量(Y)を計測した。処理剤(b)の量はY/X*100(単位:質量%)で求めた。得られた値を、「処理剤(b)の量」として下記表に示した。
3.複合繊維の製造
複合繊維は、以下の方法に従って製造した。
表に示す数の回巻体から、原料(A)および原料(B)をそれぞれ引き出し、エアブローにより開繊を行った。開繊しながら、原料(A)および原料(B)を1本とし、さらに、エアブローを行い、均一化を進め、複合繊維とした。
<連続強化繊維(B)の分散度の測定>
連続強化繊維(B)の分散度を以下のように観察して測定した。
複合繊維を切り取り、エポキシ樹脂で包埋し、複合繊維の断面部にあたる面を研磨し、断面図を超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9500(コントローラー部)/VK−9510(測定部)((株)キーエンス製)を使用して撮影した。撮影画像において、複合繊維の断面積、複合繊維の断面中連続強化繊維のみで占めている面積のうち31400μm2以上のものの総面積、複合繊維の断面中樹脂繊維のみで占めている面積のうち31400μm2以上のものの総面積を求め、次式により分散度を算出した。
Figure 2014132776
(式中、Dは分散度、Ltotは複合繊維の断面積、Lcfは複合繊維の断面中連続強化繊維のみで占めている面積のうち31400μm2以上のものの総面積、Lpolyは複合繊維の断面中樹脂繊維のみで占めている面積のうち31400μm2以上のものの総面積を意味する。)
結果を下記表に示す。
Figure 2014132776
Figure 2014132776
上記表において、原料(A)の欄は、上側が、ポリアミド樹脂繊維束1本あたりの繊度および繊維数、および、用いた本数(回巻体の数)を示している。下側は、1本の複合繊維を製造するのに用いたポリアミド樹脂繊維の合計繊度および合計繊維数を示している。
原料(B)の欄は、連続強化繊維束1本あたりの繊度および繊維数、および、用いた本数(回巻体の数)を示している。
複合繊維の合計繊度は、製造に用いた原料の合計繊度(上記ポリアミド樹脂繊維(A)の繊度の合計と上記連続強化繊維(B)の繊度の合計を足し合わせた値)である。複合繊維の合計繊維数も、製造に用いた原料の合計繊維数(上記ポリアミド樹脂繊維(A)の合計繊維数と上記連続強化繊維(B)の合計繊維数を足し合わせた値)を示している。
上記結果から明らかなとおり、ポリアミド樹脂繊維束(A)の処理剤(a)の量がポリアミド樹脂繊維の合計に対し、0.1質量%の時は、連続強化繊維(B)の分散度が40と高い値になっているのに対し(実施例8)、同処理剤(a)の量が0.01質量%となると、分散度が10と著しく劣っている(比較例1)。また、同処理剤(a)の量が2質量%のときは、分散度が40と高い値になっているのに対し(実施例9)、同処理剤(a)の量が3質量%になると、分散度が10と著しく劣っている(比較例2)。すなわち、処理剤(a)の量が顕著に本発明の効果に影響していることが分かる。また、処理剤(a)の種類によらず、本発明の効果が発揮していることが分かる(実施例1〜3と、実施例4〜13と、実施例14)。
4.織物の製造
上記実施例1で得られた複合繊維を経糸および緯糸として用い、平織の織物を作成した。打ち込み密度は920本/mとした。得られた織物を280℃で加熱した後、任意の1cm×10cmの形状を切り出し、JIS K7113に準じて引張弾性率を測定した。この結果40GPaであることが分かった。
5.編み物の製造
上記実施例1で得られた複合繊維を用い、ラッセル編みで、目付が300g/m2の編み物を得た。
1 複合繊維
2 ポリアミド樹脂繊維
3 連続強化繊維
4 連続強化繊維束の回巻体
5 ポリアミド樹脂繊維束の回巻体
6 複合繊維の回巻体

Claims (9)

  1. ポリアミド樹脂組成物からなるポリアミド樹脂繊維(A)と、連続強化繊維(B)と、ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)を含む複合繊維であって、
    前記処理剤(a)の量が、ポリアミド樹脂繊維(A)の0.1〜2.0質量%であり、
    前記ポリアミド樹脂組成物が、ジアミン構成単位の50モル%以上がキシリレンジアミンに由来するポリアミド樹脂であって、数平均分子量(Mn)が6,000〜30,000であり、その0.5〜5質量%が、分子量が1,000以下のポリアミド樹脂である、複合繊維。
  2. さらに、ポリアミド樹脂と反応性を有する官能基を有する連続強化繊維(B)の処理剤(b)を含み、該処理剤(B)の量が連続強化繊維(B)の0.01〜1.5質量%である、請求項1に記載の複合繊維。
  3. 複合繊維中における、連続強化繊維(B)の分散度が40〜100である、請求項1または2に記載の複合繊維。
  4. 繊度が40〜600dtexであり、繊維数1〜200fであるポリアミド樹脂繊維束を用いてなる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合繊維。
  5. 1本の複合繊維の製造に用いるポリアミド樹脂繊維(A)の繊度の合計と連続強化繊維(B)の繊度の合計の比(ポリアミド樹脂繊維(A)の繊度の合計/連続強化繊維(B)の繊度の合計)が0.1〜10である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の複合繊維。
  6. 1本の複合繊維の製造に用いるポリアミド樹脂繊維(A)の繊維数の合計と連続強化繊維(B)の繊維数の合計の比(ポリアミド樹脂繊維(A)の繊維数の合計/連続強化繊維(B)の繊維数の合計)が0.001〜1である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の複合繊維。
  7. 前記ポリアミド樹脂繊維(A)の処理剤(a)がエステル系化合物、アルキレングリコール系化合物、ポリオレフィン系化合物およびフェニルエーテル系化合物から選択される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の複合繊維。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の複合繊維からなる織物または編み物。
  9. 請求項1〜7に記載の複合繊維、または、請求項8に記載の織物もしくは編み物を加熱加工して得られる複合材料。
JP2015502840A 2013-03-01 2014-02-07 複合繊維、織物、編み物および複合材料 Active JP6376122B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013040251 2013-03-01
JP2013040251 2013-03-01
PCT/JP2014/052866 WO2014132776A1 (ja) 2013-03-01 2014-02-07 複合繊維、織物、編み物および複合材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2014132776A1 true JPWO2014132776A1 (ja) 2017-02-02
JP6376122B2 JP6376122B2 (ja) 2018-08-22

Family

ID=51428050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015502840A Active JP6376122B2 (ja) 2013-03-01 2014-02-07 複合繊維、織物、編み物および複合材料

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20160032082A1 (ja)
EP (1) EP2963165B1 (ja)
JP (1) JP6376122B2 (ja)
KR (1) KR102101721B1 (ja)
CN (1) CN105026627B (ja)
CA (1) CA2901965C (ja)
ES (1) ES2882162T3 (ja)
RU (1) RU2654418C2 (ja)
TW (1) TWI626343B (ja)
WO (1) WO2014132776A1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10550987B2 (en) * 2013-05-28 2020-02-04 Sanexen Environmental Services Inc. Seismic reinforced underground water conduit
JP5802877B2 (ja) * 2013-10-18 2015-11-04 国立大学法人岐阜大学 混繊糸およびその製造方法、組紐、織物、編み物ならびに不織布
JP5885223B1 (ja) * 2014-09-10 2016-03-15 国立大学法人岐阜大学 混繊糸の製造方法、混繊糸、巻取体、および、織物
US9909240B2 (en) 2014-11-04 2018-03-06 Honeywell International Inc. UHMWPE fiber and method to produce
WO2016144334A1 (en) * 2015-03-10 2016-09-15 Halliburton Energy Services Inc. A strain sensitive optical fiber cable package for downhole distributed acoustic sensing
US10316443B2 (en) * 2015-04-17 2019-06-11 Auburn University Composite braided open structure without inter-yarn bonding, and structures made therefrom
RU2017144019A (ru) * 2015-07-16 2019-08-16 Мицубиси Гэс Кемикал Компани, Инк. Полиамидное полимерное волокно, способ изготовления полиамидного полимерного волокна, полиамидная полимерная композиция, тканое полотно и трикотажное полотно
JP6601095B2 (ja) * 2015-09-25 2019-11-06 三菱瓦斯化学株式会社 ポリアミド樹脂の製造方法
ES2873876T3 (es) * 2017-03-15 2021-11-04 Mitsubishi Gas Chemical Co Material, método para producir el material, material parcialmente soldado, material compuesto y método de producción de un producto moldeado
CN107345340A (zh) * 2017-07-24 2017-11-14 厦门盛方生态技术有限公司 一种竹纤维与苎麻纤维复合床垫的生产方法
JP7177433B2 (ja) * 2018-09-03 2022-11-24 国立大学法人東海国立大学機構 巻取体および巻取体の製造方法
WO2021019928A1 (ja) 2019-07-30 2021-02-04 三菱瓦斯化学株式会社 成形品の製造方法および複合材料
CN115947947B (zh) * 2022-12-26 2023-10-31 浙江震东新材料有限公司 一种功能整理剂共聚物及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55122028A (en) * 1979-03-12 1980-09-19 Toray Industries Animal wool like polyamide staple fiber blend
JPH09324331A (ja) * 1996-06-04 1997-12-16 Asahi Fiber Glass Co Ltd 複合材料用混繊糸及びその製造法
WO2006115266A1 (ja) * 2005-04-26 2006-11-02 Unitika Fibers Ltd. X線造影糸、x線造影被覆糸、前記x線造影糸および、またはx線造影被覆糸を用いた繊維構造体
WO2011030911A1 (ja) * 2009-09-14 2011-03-17 三菱瓦斯化学株式会社 難燃性ポリアミド樹脂組成物
JP4894982B1 (ja) * 2011-04-12 2012-03-14 三菱瓦斯化学株式会社 ポリアミド樹脂系複合材およびその製造方法
WO2014050303A1 (ja) * 2012-09-25 2014-04-03 三菱瓦斯化学株式会社 繊維強化ポリアミド樹脂材料

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT1222893B (it) * 1987-10-13 1990-09-12 Riva Off Mec Torcitorio particolarmente per filati cablati
US5989710A (en) * 1988-10-21 1999-11-23 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Molding material for thermoplastic composites
FR2735151B1 (fr) * 1995-06-09 1997-07-18 Vetrotex France Sa Composition d'ensimage pour fils composites et fils composites revetus de cette composition
NL1002513C2 (nl) * 1996-03-04 1997-09-05 Akzo Nobel Nv Optisch anisotrope spinoplossing omvattende een mengsel van p-aramide en alifatisch polyamide, alsmede daaruit te vervaardigen vezels.
FR2830255B1 (fr) * 2001-10-01 2004-10-22 Rhodia Industrial Yarns Ag Materiaux composites comprenant un materiau de renfort et comme matrice thermoplastique un polyamide etoile, article compose precurseur de ces materiaux et produits obtenus a partir de ces materiaux
CN101679654B (zh) * 2007-03-20 2012-07-18 东丽株式会社 模塑材料,预浸料和纤维增强复合材料,以及生产纤维增强模塑基材的方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55122028A (en) * 1979-03-12 1980-09-19 Toray Industries Animal wool like polyamide staple fiber blend
JPH09324331A (ja) * 1996-06-04 1997-12-16 Asahi Fiber Glass Co Ltd 複合材料用混繊糸及びその製造法
WO2006115266A1 (ja) * 2005-04-26 2006-11-02 Unitika Fibers Ltd. X線造影糸、x線造影被覆糸、前記x線造影糸および、またはx線造影被覆糸を用いた繊維構造体
WO2011030911A1 (ja) * 2009-09-14 2011-03-17 三菱瓦斯化学株式会社 難燃性ポリアミド樹脂組成物
JP4894982B1 (ja) * 2011-04-12 2012-03-14 三菱瓦斯化学株式会社 ポリアミド樹脂系複合材およびその製造方法
WO2014050303A1 (ja) * 2012-09-25 2014-04-03 三菱瓦斯化学株式会社 繊維強化ポリアミド樹脂材料

Also Published As

Publication number Publication date
EP2963165A1 (en) 2016-01-06
JP6376122B2 (ja) 2018-08-22
ES2882162T3 (es) 2021-12-01
EP2963165A4 (en) 2016-11-30
KR102101721B1 (ko) 2020-04-20
RU2654418C2 (ru) 2018-05-17
US20160032082A1 (en) 2016-02-04
TW201437446A (zh) 2014-10-01
EP2963165B1 (en) 2021-07-07
KR20150127040A (ko) 2015-11-16
WO2014132776A1 (ja) 2014-09-04
TWI626343B (zh) 2018-06-11
CA2901965A1 (en) 2014-09-04
CN105026627A (zh) 2015-11-04
CA2901965C (en) 2020-09-22
CN105026627B (zh) 2017-09-29
RU2015141684A (ru) 2017-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6376122B2 (ja) 複合繊維、織物、編み物および複合材料
WO2014136662A1 (ja) 混繊糸、織物および編み物、複合材料、並びに、複合材料の製造方法
JP5802877B2 (ja) 混繊糸およびその製造方法、組紐、織物、編み物ならびに不織布
JP6292220B2 (ja) 織物およびこれを成形してなる成形品
JP5885223B1 (ja) 混繊糸の製造方法、混繊糸、巻取体、および、織物
JP6164379B2 (ja) ポリアミド樹脂繊維、ポリアミド樹脂繊維の製造方法、ポリアミド樹脂組成物、織物および編物
JP6565179B2 (ja) ライナーおよび圧力容器

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20161109

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180116

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180305

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180626

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180709

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6376122

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151