JPH01280017A - 成形品母材樹脂用マルチフィラメント糸 - 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〕 本発明は、マトリックス樹脂すなわち母材樹脂が強化繊
維を包埋しているような成形品を得るために、強化繊維
と共に用いられるような母材樹脂用マルチフィラメント
糸に関する。

〔従来の技術〕

母材樹脂が強化繊維を包埋しているような成形品は、−
ａ的には、ガラス繊維、グラファイト繊維、アラミド繊
維等の強化繊維の短繊維を熱可塑性ポリマーに分散含有
させた所謂コンパウンド樹脂の溶融押し出し成形によっ
て作られている。この成形方法では、強化繊維を長さの
短いものにしなくてはならず、また強化繊維の方向がラ
ンダムになるから、強化繊維による母材樹脂の補強が不
充分であると言う問題がある。

そこで、上述の問題を解消する成形方法として、強化繊
維の織物のような布帛と熱可塑性ポリマーのフィルムと
を重ねて型板等により挟圧、加熱して成形する方法、強
化繊維布帛と熱可塑性フィルムとを重ねる代わりに、強
化繊維の引き揃えに対して溶融ポリマーを含浸させて得
られるＩＣＩ社製＾ｐｃ−ｎのようなプレブレーグを用
いる特開昭５９−４７２３３号公報に記載されているよ
うな方法、また強化繊維と熱可塑性繊維とから成る織物
を用いる米国特許筒４．４７９．９９９号明細書に記載
されているような方法、あるいは前記熱可塑性フィルム
の代わりに熱可塑性繊維布帛を用いる方法が知られてい
る。これらの方法のうち、プレブレーグを用いる方法は
、プレブレーグが剛性の大きいドレープ性の乏しいもの
となるから、プレプレーグから成形品にする際の変形量
を大きくすることができないと言う問題がある。また、
熱可塑性フィルム織物等繊維布帛を用いる方法に比較す
ると変形量が制限されるし、プレプレーグや混繊織物を
用いる方法に比較すると母材樹脂が強化繊維間に侵入し
にくいと言う問題がある。なお、これらの方法は、比較
的肉厚の薄い成形品や肉厚が均一な成形品に好適に用い
られる方法である。

また、コーン形状等の成形品については、熱可塑性繊維
糸と強化繊維糸または両繊維の混繊糸を型に巻き付けて
加圧、加熱するフィラメントワインディング法も知られ
ている。

そして、フィラメントワインディング法の巻き付は糸や
強化繊維と熱可塑性繊維とから成る織物の経緯糸等とし
て好適に用いられる強化繊維と熱可塑性繊維とが緊密に
混合した混合繊維トウが特開昭６０−２０９０３４号公
報によって知られている。このトウの製造には従来公知
の混繊技術が用いられる。すなわち、絶縁性の熱可塑性
繊維とアラミド繊維やガラス繊維のような絶縁性の強化
繊維との混繊ば、一般にそれら繊維には、溶融紡糸や延
伸と言った製糸工程で、制電剤と油脂類の潤滑剤あるい
は乳化を必要とする場合はさらにポリオキシエチレンの
オレイルエーテルのような乳化剤とを含む油剤が付与さ
れていて、その油剤中の制電剤。

乳化剤が界面活性を有し吸水して繊維表面に導電性を与
えるから、それぞれのマルチフィラメント糸を高圧電極
に接触させてそれぞれの糸のフィラメントをクーロン力
による反発で開繊させ、その開繊した状態で両糸を重ね
てから一本に纏める方法、あるいはさらに纏めた糸を流
体（一般的には空気）噴射ノズル等の交絡処理ノズルに
通して混繊を一層促進させる方法によって行われる。ま
た、熱可塑性繊維と炭素繊維やステンレス鋼繊維のよう
な導電性の強化繊維との混繊は、導電性のマルチフィラ
メント糸を電気開繊させることはできないから、それら
のマルチフィラメント糸を一緒に交絡処理ノズルに通し
て混繊交絡させる方法によって行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

成形品にする際の変形量が制限されず、母材樹脂が強化
繊維間によく入り込んで母材樹脂と強化繊維とがよく密
着し、強化繊維による母材樹脂の補強が十分行われる成
形品の成形方法は、母材樹脂用に熱可塑性繊維を用いる
方法であり、特に混繊織物や混繊糸等を作るのも簡単な
熱可塑性マルチフィラメント糸を用いる方法である。し
かし、従来の熱可塑性マルチフィラメント糸は、前述の
ように製糸工程で油剤が付与されていた。油剤が付与さ
れている熱可塑性マルチフィラメント糸を母材樹脂用に
用いると、油剤が母材樹脂の性能を劣化させると共に、
母材樹脂と強化繊維との接着力を低下させるから、強度
に優れた成形品を得難いと言う問題がある。したがって
、従来の熱可塑性マルチフィラメント糸を用いて強度に
優れた成形品を得るには、少なくとも成形の前までに油
剤除去処理を必要とすると言う問題がある。また、従来
の熱可塑性マルチフィラメント糸は、最終的に織扁物等
として繊維形態のま＼使うことを目的とし、その目的に
合った繊維強度、破断伸度を有するように作られている
から、母材樹脂用繊維として用いた場合には成形品に反
りや歪が生じたり、溶融しても強化繊維間に入り込みに
くくて強化繊維と母材樹脂との十分な密着が得られず、
そのために強度に優れた成形品が得られなかったりし易
いと言う問題がある。

本発明は、上述の問題を解消するためになされたもので
あり、油剤除去処理を必要とせず、成形品を得るまでの
取り扱い性に優れ、強化繊維との混繊糸を作るのに開繊
させる場合も高圧電極を用いずに摩擦帯電で開繊させる
ことができ、溶融すると強化繊維間に入り込み易（て、
強化繊維との接着性に優れ、強度の優れた成形品を得る
ことができる成形品母材樹脂用マルチフィラメント系の
提供を目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、熱可塑性ポリマーを溶融紡糸またはさらに延
伸して得られたマルチフィラメント系であって、その製
糸工程で実質的に木取外の付与は行われておらず、一次
降伏応力が０．８　ｇ／ｄｅ以上で破断伸度が４５％以
上１００％以下であることを特徴とする成形品母材樹脂
用マルチフィラメント糸にあり、この構成によって前記
目的を達成する。

本発明において、熱可塑性ポリマーには鎖状高分子で溶
融紡糸し得るものは殆ど用いられるが、耐熱性、Ｎ燃性
および強度に優れた成形品を得る上で、ポリアリーレン
エーテルケトン（ポリエーテルケトン、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテ
ルエーテルケトンケトン等）、ポリエーテルイミド、ポ
リフェニレンサルファイド、ポリアリーレンスルフィド
が好ましく用いられる。これらのポリマーは、ガラス転
移点Ｔｇ’Ｃがは７８０〜２２０　’Ｃの範囲、融点Ｔ
ｍ°Ｃがは一３４５〜４００°Ｃの範囲にあり、結晶性
で耐衝撃性、耐疲労性、耐薬品性等に優れて吸湿性がな
く、成形品の母材樹脂として好ましい。

熱可塑性ポリマーの溶融紡糸は、通常、Ｔｍ＋２０〜８
０°Ｃの紡糸温度と断糸の生じない範囲で高い生産性が
得られる紡糸速度で巻き取ることにより行われる。特に
曳糸性の悪いポリマーの場合は、できるだけ熱分解やゲ
ル化を生じさせないように紡糸温度を下げ、紡糸速度も
多少生産性を犠牲にしても断糸を生じさせないように下
げるのがよい。

紡糸性を良くするために、以上のような紡糸工程で糸条
に水を付与してもよいが、従来の紡糸工程で行われてい
るような油剤の付与は行わない。紡糸工程によって得ら
れる糸条は、−ｍ的に未延伸糸（ＵＤＹ）と言われ、一
次降伏応力が０．８　ｇ／ｄｅより低くて破断伸度が１
００％よりも大きい分子配向度の低いものが多い、この
ような糸条は、次に延伸して一次降伏応力を０．８　ｇ
／ｄｅ以上とし、破断伸度を４５〜１００％の範囲にす
る必要がある。しかし、ポリマーの種類や紡糸条件によ
っては、一次降伏応力が０．８　ｇ／ｄｅ以上で破断伸
度が４５〜１００％の紡出糸条を得ることができる。こ
のような配向性の向上した紡出糸条を得る紡糸方法とし
て、ポリエチレンテレフタレートの高速紡糸等で知られ
ている紡糸温度と紡糸速度によって紡出糸条の配向性を
上げる紡糸方法を用いてもよい、−船釣に紡出糸条の配
向性を上げるのは、鎖状高分子の分子量を上げることで
同一紡糸条件でも可能であるし、紡糸温度を工程調子が
悪くならない範囲で下げることによって可能であるし、
紡糸速度を上げることでも可能である。したがって、高
い生産性で配向性の向上した紡出糸条を得るには紡糸速
度を上げる方法が有利である。このような紡糸方法が採
用できて、前述の条件を満足する紡出糸条が得られれば
、必ずしも延伸は行わなくてもよい。

紡出糸条の延伸は、糸条を温水バスやスチームチャンバ
ー中で加熱し乍ら適当な延伸倍率で引き伸ばすことによ
って、０．８　ｇ／ｄｅ以上の一次降伏応力と４５〜１
００％の破断伸度が得られるように行えばよい、この糸
条を加熱する延伸温度としては、従来−ｍ的な延伸温度
として知られているポリマーのＴｇ’Ｃよりも高（Ｔｍ
”（よりも低い範囲から適当に選択してもよいが、それ
に限らず、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ
）のＴｇ’Ｃは８０〜８５°Ｃであるが、このポリマー
のＩＪＤＹはＴｇ’Ｃ以下も含む７０〜９０℃の範囲の
温度で十分に延伸できて前述の条件を満足する糸条を得
ることができるし、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＩ
！ＥＸ）はＴｇ’Ｃがはゾ１４５°Ｃであるが、これも
９０〜９８°Ｃの温水中で十分延伸を行うことができ、
さらにポリエーテルイミド（ＰＥＩ）はＴｇ″Ｃがは一
′２１７℃であるが、これも９５〜９８°Ｃの温水中で
十分延伸できる。延伸は以上のように温水又は蒸気によ
る加熱下で行うのが好ましいが、これに限らず空気中で
行ってもよい、しかし、紡糸工程と同様、延伸工程でも
油剤の付与を行ってはならない。

以上のように紡糸あるいはさらに延伸によって得られる
本発明のマルチフィラメント糸は、単繊維デニールを１
〜４０ｄｅ、好ましくは１〜１５ｄｅの範囲にして、糸
デニールを強化繊維の糸デニールに適当に合わせるよう
にすればよい、単繊維デニールがｌｄｅ未満では、紡糸
、延伸あるいはその後の工程で毛羽や単繊維切れが発生
し易かったり、成形溶融時の気泡抜けが悪くなったりす
るし、４０ｄｅを超えると、布帛にした場合のドレープ
性がなくなったり、強化繊維との混繊糸を得る場合に均
一な混繊糸が得にくくなったり、成形溶融時の強化繊維
間への侵入性が悪くなったりする。また、糸デニールに
ついては、成形品における強化繊維の体積分率すなわち
、成形品の体積（重量を密度で割った値）に対する強化
繊維の体積（重量を密度で割った値）の比率が４０〜７
０％の範囲が好ましいので、このような体積分率が得易
いように強化繊維の糸デニールに対して決定すればよい
。

〔作　用〕

以上のような本発明のマルチフィラメント糸は油剤の付
着がないから、強化繊維のマルチフィラメント糸と開繊
混合する場合、高圧電極を用いずに摩擦帯電で開繊させ
ることができ、そのために混繊糸製造設備を安価にでき
て、作業の安全性も高まると言う効果を奏する。なお、
この場合、絶縁性強化繊維のマルチフィラメント糸も油
剤等の付着していないものにする。

さらに、本発明のマルチフィラメント糸は、油剤の付着
がないから、強化繊維と共に用いられて成形品の母材樹
脂となる際、加熱によって油剤が熱分解してガスが発生
したり、油剤によって母材樹脂が劣化したり母材樹脂の
強化繊維への接着力が低下したりすることがないと言う
効果を奏する。

また、本発明のマルチフィラメント糸は、０．８ｇ／ｄ
ｅ以上の一次降伏応力と４５％以上の破断伸度とを示す
配向度のものであるから、交絡処理ノズルで強化繊維の
マルチフィラメント糸と共に混繊糸にする場合、単独で
織編物等の布帛にする場合、強化繊維と交織で織物にす
る場合、フィラメントワインディング法で強化繊維のマ
ルチフィラメント糸と共に型に巻き付ける場合等におけ
る取り扱い性がサイジング等を行わなくても良好で、均
一な混繊糸、布帛２巻き付は状態等が得られると言う効
果を奏する。これについて、一次降伏応力が０．８　ｇ
／ｄｅ以上より低いと、混繊、製」１巻き付は等の工程
で掛かる張力によってマルチフィラメント糸が引き伸ば
され易く、そのために張力斑が糸足差を与えてループや
引き吊りが生じ均一な混繊糸、布帛１巻き付は状態が得
られなくなる。

一方、破断伸度が４５％より低いと、それは鎖状高分子
の繊維軸方向の配向度が高いと言うことであり、そのよ
うな高配向の繊維は強度が大きいから、破断伸度が数％
以下と言ったように極端に低い場合は別として、前述の
各工程における取り扱い性は良好であるが、成形品の母
材樹脂とすべく加熱溶融した際、収縮が大きくて流れ性
も悪く、そのために強化繊維間に空隙を生ぜしめたり、
成形品に反りや歪を生ぜしめたりし易い。

そして、本発明のマルチフィラメント糸は破断伸度が４
５％以上１００％以下であるから、母材樹脂とするため
に溶融したとき収縮することが少なくて、流れ性がよく
、強化繊維間に侵入して強化繊維との接着力が強く、優
れた成形品を得ることができると言う効果を奏する。こ
れに対して、破断伸度が１００％を超すものは、配向度
が低くて溶融時の収縮が少なく流れ性や強化繊維間への
侵入性もよいが、強化繊維に炭素繊維やセラミックス繊
維等が用いられている場合、強化繊維との接着力か弱く
て強化繊維による母材樹脂の補強が十分には行われなく
なることが起こる。この理由は不明であるが、熱可塑性
繊維が結晶性ポリマーの場合特にこの傾向が大であるこ
とからすると、繊維状態での配向は溶融時にも残って、
それが強化繊維表面での結晶化を良（するように作用し
、その結果強化繊維との接着強度が向上するのに対して
、破断伸度が１００％を超すような低配向のものでは強
化繊維表面での結晶化が良くならないからと考えられる
。

なお、以上の本発明マルチフィラメント糸による効果を
十分発揮させるためには、強化繊維も少なくとも本発明
マルチフィラメント糸と共に用いる前に油剤、サイズ等
が付着していないことが必要である０強化繊維に油剤や
サイズ等が用いられている場合は、洗浄や熱分解で除去
すればよい。

また、強化繊維が本発明マルチフィラメント糸の溶融紡
糸温度と同程度の成形温度で熱分解や強度劣化を起こさ
ないものであることも重要である。

したがって、本発明マルチフィラメント糸が高い成形温
度を必要とするＰＥＥＫやＰＥＩがら成る場合、強化繊
維には炭素繊維やセラミックス繊維が好ましく用いられ
る。　ＰＥＥＫの本発明マルチフィラメント糸を母材樹
脂に用いて上述のような強化繊維で補強した成形品は、
ＰＥＥＫの耐熱性、難燃性、低吸湿性、力学特性の曲げ
強度、圧縮強度、耐疲労性が熱硬化性複合成形品に比較
して格段に優れるので、航空機関係の一次構造材料とし
て用いることができる。また、ＰＥＩの本発明マルチフ
ィラメント糸を母材樹脂に用いた成形品も、ＰＥＩの特
に酸素限界指数が４５〜４７と大で、耐熱性もＴｇ’Ｃ
が２１０°Ｃと高いように現在一般に使用されている熱
硬化型樹脂よりも良好であるため、防炎、難燃性を要求
される航空機の内装材等に好適に用いられる。

〔実施例〕

以下、さらに本発明を実施例によって説明する。

実施例１ フローテスターにより温度３２０’Ｃ，剪断速度１００
０／ｓｅｃで測定した熔融粘度が１０５０ボイズのＰＰ
Ｓを溶融温度３３０℃９口金温度３１８’Ｃ，紡糸速度
６００＋ｎ／ｍｉｎで水を付与して巻き取り、１８００
ｄｅ／１００ｆｉｌ　（７）未延伸糸（ｕｏｙ）を得た
。　コノｕｏｙを７５’Ｃ（７）温水バス中で延伸倍率
２倍に延伸して、無撚で２００　ｍ＋／ｓｉｎの速度で
チーズ状に巻き取った。得られた延伸糸を５０°Ｃの乾
燥機で十分に乾燥した。このマルチフィラメント糸は、
９００ｄｅ／１００　ｆｔ１、一次降伏応力０．９８ｇ
／ｄｅ　、破断伸度５５％であった。

この糸と、３０００フイラメントの炭素繊維のマルチフ
ィラメント糸である東し■製トレカ７”−３００を３５
０℃で２０分間加熱してサイジング剤等の付着物を熱分
解で除去した糸とを、それぞれ無撚で取り出してフィー
ドローラ上で重ね、フィードローラと送り速度を同一に
したデリベリローラとの間で１０ｍｍφのアルミナ製丸
棒に１２０′の接触角度で接触させて、ＰＰＳ糸を摩擦
帯電により開繊させた。このときＰＰＳ糸の開繊につら
れて、炭素系も若干開繊した。デリベリローラを出た糸
は巻取機で巻き取った０巻き取られた糸は炭素繊維の間
にかなりＰＰＳ繊維が入り込んでいる混繊糸になってい
た。

この混繊糸をサイジングすることなく経、緯糸に用いて
、目付が３００　ｇ／ｍｔの平織物を作った。この平織
物の１０枚を同一方向に揃えて積層し、１５　ｋｇ／ｃ
１１”の圧力で挟圧して、室温から３２０　’Ｃまで１
５分で昇温し、３２０°Ｃに５分間保った後、５０°Ｃ
まで２０分で冷却して平板成形品を得た。この成形品は
反りや歪がな（、表面が平滑で、内部に空孔は認められ
ず、ＪＩＳ　Ｋ　６９１１の測定法による３点曲げ強度
が経方向で１３０ｋｇ／ｗ”　、緯方向で１２５ｋｇ／
ａｍ”と良好な結果を示した。この成形品の炭素繊維の
体積分率は約５９％であった。

実施例２ ＩＣ１社製ルεに１５０ＧのＰＥＥＫを溶融温度３９５
°Ｃ２口金温度３８４°Ｃ１巻取速度４００　ｍ／ｍｉ
ｎで水を付着させながら巻き取った。得られたＵ［ｌＹ
を９７°Ｃの温水バス中で１．８倍に延伸して、無撚の
状態で巻き取った。この延伸糸を６０°Ｃの乾燥機で１
０分間乾燥した。この糸は、８６０　ｄｅ／３００ｆｉ
ｌ　、一次降伏応力１．４ｇ／ｄｅ　、破断強度２．７
ｇ／ｄｅ　、破断伸度６４％であった。

この糸を実施例１のＰＰＳ糸の代わりに用いた以外は実
施例１と同様に目付が２９５　ｇ／ｖｒ”の平織物を作
った。この平織物を同一方向に１０枚積層して、１５　
ｋｇ／ｃｍ”の圧力で挟圧した状態で室温から３９０°
Ｃまで２５分で昇温し、圧力を２５　ｋｇ／ｃｍ”に増
圧して６分間３９０℃に保持し、その後１２０°Ｃまで
２５分かけて冷却して成形板を取り出した。この成形板
も反りや歪がなく、表面平滑で内部に気泡の存在は認め
られなかった。この成形板は、ＪＩＳ　Ｋ　６９１１法
の３点曲げ強度が経１４２ｋｇ／ｆｆＩｍ”　、　緯１
３８ｋｇ／ｍｍ”であり、優れた力学特性を有するもの
であった。

〔発明の効果〕

本発明のマルチフィラメント糸は、強化繊維によって補
強された成形品を得るのに好適に用いられ、反りや歪の
ない、内部に気泡もない、強度に優れた成形品を比較的
安価に作ることができると言った効果を奏する。

なお、本発明のマルチフィラメント糸は、強化繊維と共
に用いる例に限らず、単独に成形品の形成に用いてもよ
い。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱可塑性ポリマーを溶融紡糸またはさらに延伸して得ら
   れたマルチフィラメント糸であって、その製糸工程で実
   質的に水以外の付与は行われておらず、一次降伏応力が
   ０．８ｇ／ｄｅ以上で破断伸度が４５％以上１００％以
   下であることを特徴とする成形品母材樹脂用マルチフィ
   ラメント糸。