JPH02308824A

JPH02308824A - 熱可塑性コンポジット用材料

Info

Publication number: JPH02308824A
Application number: JP1130796A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kitahora; 北洞　俊明; Yoshimasa Takahashi; 高橋　良誠
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1990-12-21

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）この発明は、補強用繊維と熱可塑性有機連続繊維とを混
繊した糸条体から構成される熱可塑性コンポジットの成
形用の材料に関するものである。

（従来の技術）補強用連続繊維と熱可塑性有機連続繊維とを混合した熱
可塑性コンポジット用材料は、特開昭６０−２０９０３
４号公報および特開昭６１−１３０３４５号公報などに
開示されているように、通常熱可塑性有機連続繊維とし
て、いわゆる延伸糸が使用されており、これらの従来の
材料は、十分な糸強力および適度な伸度を有している。

しかしながら、これらの従来の材料を用いて成形した場
合、長手方向の７トリツクス量の斑、含浸不足および含
浸斑などの欠点を生じ、得られた成形体は強靭性に欠け
るという問題があった。また、表面状態の優れた成形体
を得る事ができないという問題もあった。

（発明が解決しようとする課題）この発明の目的は、軽量かつ強靭で、表面平滑性にも優
れた熱可塑性コンポジットの成形に有丸な熱可塑性コン
ポジット用材料（糸条体および前駆体）を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは、上記問題を解決するため鋭意研究を重ね
た結果、上記問題は補強用繊維と熱可塑性有機連続繊維
とを混繊した糸灸１・こおける、いわゆる混繊不足に起
因するのであり、特に、該熱可塑性有機連続繊維の開繊
性が主原因であることを見出し、この発明をなすに至っ
たものである。

すなわち、この発明は、補強用繊維と熱可塑性有機連続
繊維との混繊糸条体において、捲縮を存している熱可塑
性有機連続繊維を含有させることを特徴としている。

（作用）補強用繊維と熱可塑性有機連続繊維とが混繊された熱可
塑性コンポジット用糸条体がら構成される前駆体は、ヒ
ートプレス成形等を施すことにより、複雑な曲面の成形
品を製造することができる。また、プルトルージョン法
、フィラメントワインディング法などにも用いられてい
る。

いずれの製造工程においても、熱可塑性コンポジット前
駆体を加熱し、熱可塑性有機連続繊維を溶融させて補強
用繊維に十分含浸させる必要がある。

その際、補強用繊維と熱可塑性有機連続繊維との混合が
、従来の円型断面を有する熱可塑性有機連続繊維を用い
た場合のように不充分であると、該繊維を溶融させるま
での工程、あるいは溶融、含浸させる工程にて、側繊維
が分離あるいは切断（溶断）を生じ、良好な含浸を得る
ことができない。

この発明では、熱可塑性有機連続繊維が捲縮を存してい
るため、補強用繊維との混合度合が良好であり、その状
態が乱れることなく溶融でき、その結果、補強用繊維に
良好な状態で樹脂を含浸することができる。補強用繊維
としては、ガラス繊維やカーボン繊維などを用いること
ができるが、これら補強用繊維は混繊度の点から連続繊
維が好ましい。しかし、これらに限定されるものでなく
、熱可塑性コンポジット用材料として、目的に合ったも
のの使用が可能である。

この発明で用いられる熱可塑性有機連続繊維としては、
ナイロン６やナイロン６６などのポリアミド繊維、ポリ
エチレンテレフタレートやボリブチレンチレフタレート
などのポリエステル繊維、ポリエチレンやポリプロピレ
ンなどのポリオレフィン系繊維、ポリフェニレンサルフ
ァイド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維などが挙
げられる。しかしながら、この発明で用いられる熱可塑
性有機連続繊維は上記の繊維に限定されるわけではない
。この発明において熱可塑性有機連続繊維が捲縮を有し
ていることが、補強用繊維との混合を良好ならしめるた
めに重要である。該熱可塑性有機連続繊維の効果として
、単繊維が捲縮を有しているがために、単繊維同志の接
触が少なくなり、繊維間の見掛けの厚擦力が低下し、開
繊し易い状態となることが挙げられる。捲縮の目安は、
立体捲縮の場合、１／９　（９は捲縮のらせん径（關）
である）であり、範囲としては０．１〜３０が適当であ
る。この捲縮を生じさせるためには、断面を非円型とす
ることが好ましい。非円型断面の一例を第１図に示す。

この場合には、紡糸時に捲縮発現能力を有する熱可塑性
有機連続繊維を得る必要がある。該能力を持たせる要因
として、紡糸金型の形状、冷却風の条件、紡糸捲取り速
度などがあり、これらを適正化させることにより、所望
する熱可塑性有機連続繊維を得ることができる。得られ
た繊維の捲縮を顕在化するには、熱処理又は、延伸・と
同時に熱処理を施すことによって達成することができる
。

又、円型断面の繊維の場合には、溶融粘度の差などを利
用して、サイドバイサイド型あるいは偏心シースコアー
型などの繊維を製造することにより、所望する１／９が
０．１〜３０の能力を有する繊維を得ることができる。

この繊維の場合も、延伸などを施すことにより、立体捲
縮を顕在化させることが可能であるが、紡糸した状態に
おいても、所望の１／９を得ることが可能である。

一方、立体捲縮ではなく、機械捲縮を付与した繊維を用
いることも可能である。

この場合の捲縮付与手段としては、仮撚加工法、エアー
スタッフィングボックス法、スチームスタッフィングボ
ックス法などが挙げられるが、これら以外にも、繊維に
機械捲縮を付与できる手段であれば、用いることが可能
である。この繊維の場合の適性捲縮の程度は、捲縮数（
ＣＮ）が１０個／２５．’４ｃｍ〜５００個／２５．４
ｃｍの範６一囲であれば開繊し易い状態となり、補強用繊維と混合す
る際、良好な混合状態が得られ、コンポジット前駆体と
して良好なものとなる。さらに繊維の捲縮収縮率（ＣＣ
）が５％以上ある繊維は、混合を生ぜしめる際の張力な
どの要因による捲縮のへたりが小さく、一層混合状態の
良好なものを得ることができる。

ここで、ＣＮは、ＪＩＳ−Ｌ１０７４の測定法によるも
のである。ＣＣは、以下のように測定する。

０．１ｇ／ｄの張力で枠周１ｍ×８回＝１６本束を１試
料より５回作成する。このかぜを無緊張状態で６０〜７
０°Ｃの蒸留水中に１０分間浸漬し、次いで脱水後乾燥
（７０°Ｃ×３０分間）する。次のステップとして湿潤
剤（界面活性剤）２ｇ／ノを含む６０℃の水に３０秒間
浸積する。その後、０．２ｇ／ｄの荷重をかけ、かせを
真直ぐにする。

１分後に長さを測定しＡとする。荷重を除去し、無緊張
状態で乾燥（６０°Ｃ×３０分間）する。乾燥後、２０
℃、６５％ＲＨの室内で６０分間自然放置し、０．００
２ｇ／ｄの荷重をかけ、１分後の長さＢを測定する。

補強用繊維と熱可塑性有機連続繊維とを混合する手段と
しては、気体を吹付ける方法、電気開繊にて開繊後重ね
合わせる方法など、いずれの手段でもよいが、その混繊
度は１０％以上であることが好ましい。この明細書でい
う混繊率は、次式で定義されるものである。

ここでＮは補強用繊維の総本数を示し、Ｎ　ｃ　Ｘは補
強用繊維がいくつかの群（グループ）に分割されている
ときのそのグループの個数を示し、Ｘは群の中における
特定な１個の群内のフィラメント数を示している。上記
の式において、１００×（Ｎ−Ｘ）／　（Ｎ−１）は、
混繊状態を意味し、Ｘが小さいほど混繊状態が良好であ
る。また、ＮｃＸ／Ｎ／Ｘは、重みである。

混繊度が１０％以上であれば、溶解時の補強用繊維中へ
の含浸が短期間に行なわれる。これに対して、混繊度が
１０％未満になると、含浸に時間がかかり不経済であり
、また含浸が不十分になるため、成形品における機械的
特性が低下する。

この発明の熱可塑性コンポジット用材料とは、糸条体そ
のものであってもよいし、糸条体から構成した帯状、編
物、織物、積層体などの形態のいわゆる前駆体であって
もよい。特に好ましくは、多軸に積層一体化した布帛状
の前駆体である。多軸に積層一体化とは、互いに異なっ
た角度に一軸配向して引き揃えられた糸の複数層を積層
し一体化することであり、たとえば二軸に直交した糸の
層を積層したものや、Ｏ’　／４５°／９００／−４５
″の４つの配向した糸の層を積層したものなどが挙げら
れる。多軸に積層一体化した布帛状の前駆体を用いれば
、種々の曲面を何する成形品を成形する場合にも変形が
容易となる。

この明細書において、糸条体とは、多数本の連続した単
糸から構成された糸を意味する。多軸に積層一体化した
布帛状のものとしては、編物、あるいは−軸配向糸状層
が多軸をなすように積層一体化された編布などが挙げら
れる。布帛状の前駆体は、糸が直線的に配列しているた
め、平織物等に比べてそれだｉつ有効に補強効果を発揮
することができる。また前駆体に深絞り加工等を行なう
場合、層間の糸軸が容易に変角したり、層内の糸間隔を
拡げる自由度があるため、賦形加工が容易であるという
長所を有する。

この発明において、補強用繊維と熱可塑性有機連続繊維
との混繊比率は、特に限定されるわけではないが、補強
用繊維の体積分率（Ｖｆ）で２０〜８０％の範囲が好ま
しい。

この発明において、糸状体中の熱可塑性を機連続繊維は
捲縮を有するが、本発明の特性を損なわない範囲におい
て、捲縮を有しない熱可塑性有機連続繊維を含有させる
ことは可能である。

（実施例）実施例　１単糸の直径１２μｍの表面処理がなされているＥガラス
繊維の５１７５デニールの連続糸１本と、単糸５デニー
ルのポリエチレンテレフタレート繊維の２７９０デニー
ルの連続糸１本とをラスラン法で混繊し、混繊糸とした
。なお、Ｅガラス繊維の体積分率（Ｖｆ）は５０％であ
った。用いたポリエチレンテレフタレート繊維は、溶融
紡糸において非対称冷却を作用させることにより得た。

その繊維の断面を、第１図に示す。

混繊条件は、ポリエチレンテレフタレート繊維をガラス
繊維に対して０．５％のオーバーフィードで供給し、流
体圧力は５　ｋｇ　／　Ｊ　、混繊加工速度は２００ｍ
／ｍｉｎであった。得られた混繊糸を引き揃えて束ね金
型に入れ、２６５℃に加熱し、２６５°Ｃ１５５ｋｇ　
／　Ｊで、２分間加圧し、加圧状態で５分後に４０°Ｃ
になるように急冷した。得られた成形体は、幅１５順、
長さ１２０■、厚さ３■の一方向強化された平板であっ
た。得られた平板について曲げ特性、層間剥離強度、ア
イゾツト衝撃強度および溶融エネルギー測定し、表１に
示した。曲げ強度、曲げ弾性率および眉間剥離強度は、
それぞれＪ　Ｉ　Ｓ−に−７０５５、Ｊ　Ｉ　Ｓ−に−
’７０５ＢおよびＪ　Ｉ　Ｓ−に−７０５７に準拠して
測定した。

実施例　２ポリエチレンテレフタレート繊維が仮撚加工を施された
丸断面を有する加工糸である以外は、実施例１と同様に
して一方向強化の平板を作製し、特性を測定した。

結果を表１に併せて示す。

実施例　３ポリエチレンテレフタレート繊維が立体捲縮を有してい
る丸断面であり、かつその固有粘度ＩＶが０．６３と０
．５８の２種のポリマーがサイドバイサイドに配置され
ている以外は、実施例１と同様にして一方向強化の平板
を作製し、特性を測定した。結果を表１に併せて示す。

固有粘度ＩＶは、フェノール／テトラクロルエタン＝６
／４の混合溶媒中、３０°Ｃで測定した値である。

比較例　１ポリエチレンテレフタレート繊維が捲縮を存していない
丸断面である以外は、実施例と同様にして一方向強化の
平板を作製し、特性を測定した。

結果を表１に併せて示す。

比較例　２ポリエチレンテレフタレート繊維が第１図に示す断面で
立体捲縮を何しているが、その１／９値が０．０５であ
る以外は、実施例１と同様の方法で、一方向強化の平板
を作製し、特性を測定した。結果を表１に併せて示す。

比較例　３ポリエチレンテレフタレート繊維が機械捲縮を有してい
るがそのＣＣ値が２％である以外は、実施例１と同様の
方法で、一方向強化の平板作製し、特性を測定した。

結果を表１に併せて示す。

実施例　４実施例１と同様の方法で得られた混繊糸を１層に引き揃
えて、２５０℃、３０　ｋｇ　／　ｃ櫂で２分間プレス
し、一方向プリプレグを作製した。この一方向プレプレ
グを０６．９０°の方向に交互に２６枚積層して、１０
０闘×１００■の大きさに切り（目付Ｅｉ　ｇ　／　Ｊ
　）　、１００　ｍｍ　Ｘ　１００　ｍｍの金型の中で
２６５°Ｃで５５　ｋｇ　／　ｃＪで２分間加圧を行な
い、加圧状態で５分後に４０°Ｃになるように急冷し、
幅１００ｍｍ１長さ１００ｍｍ１厚さ３　ｍｍの二軸方
向強化積層板を作製した。この積層板の特性を測定し、
表１に合わせて示す。なお、実施例４〜６において曲げ
特性は０°方向について測定した。

実施例　５実施例４で得られた一方向プレプレグを００／４５・／
９０°／−４５°の竪軸に交互に２６枚積層して成形し
た四軸強化積層板を作製した。この四軸強化積層板の特
性を測定し、表１に併せて示した。

実施例　６実施例１と同様の方法で得られた混繊糸を平織物にしく
目付２３０．８ｇ　／−１’）　、その織物を２６層重
ねて実施例４と同様の方法で織物強化平板を得た。得ら
れた平板の特性を測定し、表１に併せて示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱可塑性を機連続繊維の断面が非円型である場
合の一例である。

Claims

【特許請求の範囲】

補強用繊維と熱可塑性有機連続繊維とを混繊した糸状体
を含有するコンポジット用材料において、前記熱可塑性
有機連続繊維が捲縮を有することを特徴とする熱可塑性
コンポジット用材料。