JP2014173196A - 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 - Google Patents
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 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】繊維成分が連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維からなる混繊糸であって、該混繊糸が撚りを有する混繊糸。
【選択図】 なし
Description
そこで、この問題点を解決するため、連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維を混繊した繊維状中間材料である混繊糸が注目されている。例えば、特許文献1では、無撚りの連続強化繊維束の開繊処理物と、無撚りの連続熱可塑性樹脂繊維束の開繊処理物との混繊糸において、前記連続強化繊維束の開繊処理物及び前記連続熱可塑性樹脂繊維束の開繊処理物のそれぞれの下記式1で定義される開繊指数Fが0.5〜3とされていることを特徴とする複合材料用混繊糸が開示されている。
F=W/DN
(式中、Fは開繊指数、Wは繊維束の幅(mm)、Dは単繊維の径(mm)、Nは繊維束中の単繊維の本数を表し、繊維束の幅は、巻糸においては有姿の状態で測定し、開繊処理直後のものは処理装置出口における状態で測定する。)
このような混繊糸は、連続強化繊維束、連続熱可塑性樹脂繊維束をそれぞれ十分に開繊させた後、混繊するので、両者が単繊維レベルで均一に混繊された複合材料用混繊糸を得ることができる。
<1>繊維成分が連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維からなる混繊糸であって、該混繊糸が撚りを有する混繊糸。
<2>連続熱可塑性樹脂繊維がポリアミド樹脂繊維である、<1>に記載の混繊糸。
<3>連続熱可塑性樹脂繊維が、ポリアミド6、ポリアミド66、およびXD系ポリアミドから選択される少なくとも1種を含む、<1>または<2>に記載の混繊糸。
<4>連続強化繊維が、炭素繊維および/またはガラス繊維である、<1>〜<3>のいずれかに記載の混繊糸。
<5><1>〜<4>のいずれかに記載の混繊糸を用いてなる織物または編み物。
<6><1>〜<4>のいずれかに記載の混繊糸、または、<5>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。
<7>繊維成分が連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維からなる混繊糸を製造すること、前記混繊糸に撚りをかけること、該撚られた混繊糸を加熱加工することを含む、複合材料の製造方法。
<8>さらに、前記加熱加工前に、撚られた混繊糸を織るまたは編むことを含む<7>に記載の製造方法。
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。
図1は、従来技術と本発明の相違点を示す概略図であって、(1)は無撚りの混繊糸を、(2)は撚りを有する混繊糸を示す。また、(1−1)および(2−1)は、混繊糸の加熱加工前の外観写真であり、(1−2)および(2−2)は、混繊糸を加熱加工した後の、連続強化繊維の配向状態を示す概念図である。
図1(1−1)および(2−1)の状態(加熱加工前)では、連続強化繊維は、いずれの場合も、均一な状態で分散している。しかしながら、かかる混繊糸に熱をかけると、無撚りの場合は、(1−2)に示すように、連続強化繊維の配向が乱れてしまう。一方、撚りをかけた場合は、図1(2−2)に示すように、加熱加工後も連続強化繊維が一定の配向を保っている。そのため、撚りをかけた混繊糸では、加熱加工後も、高い機械的強度を維持できる。さらに、連続強化繊維が一定の配向状態を保つことから、優れた成形品外観も達成できる。また、驚くべきことに、加熱成形時の熱可塑性樹脂の連続強化繊維への含浸率も向上する傾向にある。
以下、本発明の混繊糸について、より詳細に説明する。
撚りのかけ方は、特に定めるものではなく、公知の方法を採用できる。撚りの回数としては、連続熱可塑性樹脂繊維に用いる熱可塑性樹脂の種類、熱可塑性樹脂の繊維数、繊度、連続強化繊維の種類、繊維数、繊度、連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維の繊維数比や繊度比に応じて適宜定めることができるが、例えば1〜200回/m(繊維長)とすることができ、さらには1〜100回/mとすることができ、よりさらには1〜70回/mとすることができ、特には1〜50回/mとすることができる。
本発明における分散度とは、混繊糸中で連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維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。
分散度Dが大きいほど連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維がより均一に分散していることを意味する。
さらに、本発明の混繊糸には、上記連続熱可塑性樹脂繊維、連続強化繊維、連続熱可塑性樹脂繊維の処理剤および連続強化繊維の処理剤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、混繊糸の5質量%以下であることが好ましい。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維は、通常、複数の繊維が束状になった連続熱可塑性樹脂繊維束であり、連続熱可塑性樹脂繊維束を用いて本発明の混繊糸を製造する。
本発明における連続熱可塑性樹脂繊維とは、6mmを超える繊維長を有する熱可塑性樹脂繊維をいう。本発明で使用する連続熱可塑性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100〜1,0000m、さらに好ましくは1,000〜7,000mである。
本発明で用いる連続熱可性樹脂繊維は、熱可塑性樹脂組成物からなる。熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂を主成分(通常は、組成物の90質量%以上が熱可塑性樹脂)とするものであり、他に、公知の添加剤等を適宜配合したものである。
熱可塑性樹脂としては、複合材料用混繊糸に用いるものを広く使用することができ、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルフォン、熱可塑性ポリエーテルイミド等の熱可塑性樹脂を用いることができる。本発明では、熱可塑性樹脂がポリアミド樹脂であることが好ましい。本発明で用いることができるポリアミド樹脂の詳細については、後述する。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維は、通常、連続熱可塑性樹脂繊維が束状になった連続熱可塑性樹脂繊維束を用いて製造するが、かかる連続熱可塑性樹脂繊維束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、100〜400dtex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、得られる混繊糸中での連続熱可塑性樹脂繊維の分散状態がより良好となる。かかる連続熱可塑性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、5〜100fであることがより好ましく、10〜80fであることがさらに好ましく、20〜50f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、得られる混繊糸中での連続熱可塑性樹脂繊維の分散状態がより良好となる。
混繊糸1本を製造するための上記連続熱可塑性樹脂繊維の合計繊度は、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。
混繊糸1本を製造するための上記連続熱可塑性樹脂繊維の合計繊維数は、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、混繊糸の混繊性が向上し、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、より均一性のある混繊糸が得られる。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維束は、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、混繊糸をより製造しやすくなる傾向にある。
本発明で用いる連続熱可塑性樹脂繊維は、その表面を処理剤で処理することも好ましい。このような態様とすることにより、混繊糸における連続強化繊維の分散度がより向上する。処理剤は、連続熱可塑性樹脂繊維を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。処理剤としては、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、界面活性剤が好ましい。
連続熱可塑性樹脂繊維の処理剤の量は、連続熱可塑性樹脂繊維に対し、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、連続熱可塑性樹脂繊維の分散が良好となり、より均質な混繊糸を得られやすい。また、混繊糸を製造する際には連続熱可塑性樹脂繊維には機械との摩擦力や繊維同士の摩擦力が生じ、その際に連続熱可塑性樹脂繊維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、均質な混繊糸を得るために機械的な応力を連続熱可塑性樹脂繊維に加えるが、その際の応力により連続熱可塑性樹脂繊維が切断することをより効果的に防ぐことができる。
連続熱可塑性樹脂繊維の処理剤による処理方法は、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、連続熱可塑性樹脂繊維に、処理剤を溶液に溶解させたものを付加し、連続熱可塑性樹脂繊維の表面に処理剤を付着させることが挙げられる。あるいは処理剤を連続熱可塑性樹脂繊維の表面に対してエアブローすることによってもできる。
本発明の連続熱可塑性樹脂繊維は、上述のとおり、ポリアミド樹脂組成物からなることが好ましい。
ポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂を主成分とするものであり、ここで用いられるポリアミド樹脂としては、ポリアミド4、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド46、ポリアミド66、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリヘキサメチレンテレフタラミド(ポリアミド6T)、ポリヘキサメチレンイソフタラミド(ポリアミド6I)、ポリメタキシリレンアジパミド、ポリメタキシリレンドデカミド、ポリアミド9T、ポリアミド9MT等が挙げられる。
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。
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。
数平均分子量(Mn)=2,000,000/([COOH]+[NH2])
分子量が1,000以下の成分のより好ましい含有量は、0.6〜4.5質量%であり、さらに好ましくは0.7〜4質量%であり、よ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、より特に好ましくは1〜2.5質量%である。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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)
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。
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。
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。
本発明の混繊糸は連続強化繊維を含む。連続強化繊維とは、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、1〜20,000m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。
本発明で用いる連続強化繊維は、通常、複数の連続強化繊維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は、混繊糸一本あたりの合計繊維数が、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、1500〜5000f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、混繊糸中での連続強化繊維の分散状態がより良好となる。
1本の混繊糸において、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。
本発明で用いる連続強化繊維は、処理剤で処理されたものを用いることが好ましい。このような処理剤としては、収束剤や表面処理剤が例示され、特許第4894982号公報の段落番号0093および0094に記載のものが好ましく採用され、これらの内容は本願明細書に組み込まれる。
連続強化繊維による処理剤による処理方法は、公知の方法を採用できる。例えば、連続強化繊維を、処理剤を溶液に溶解させたものに添加し、連続強化繊維の表面に処理剤を付着させることが挙げられる。また、処理剤を連続強化繊維の表面にエアブローすることもできる。さらに、既に、表面処理剤や処理剤で処理されている連続強化繊維を用いてもよいし、市販品の表面処理剤や処理剤を洗い落してから、再度、所望処理剤量となるように、表面処理しなおしても良い。
本発明では、以下の態様の混繊糸であって、撚りを有するものが特に好ましい。
<1>ポリアミド樹脂組成物からなるポリアミド樹脂繊維と、連続強化繊維と、ポリアミド樹脂繊維の処理剤を含む混繊糸であって、前記処理剤の量が、ポリアミド樹脂繊維の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であるポリアミド樹脂である混繊糸。
<2>前記ポリアミド樹脂の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、<1>に記載の混繊糸。
<3>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の処理剤を含み、該処理剤の量が連続強化繊維の0.01〜1.5質量%である、<1>または<2>に記載の混繊糸。
<4>混繊糸中における、連続強化繊維の分散度が40〜100である、<1>〜<3>のいずれかに記載の混繊糸。
<5>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を用いてなる、<1>〜<4>のいずれかに記載の混繊糸。
<6>ポリアミド樹脂繊維のトータル繊度と連続強化繊維のトータル繊度の比(ポリアミド樹脂繊維のトータル繊度/連続強化繊維のトータル繊度)が0.1〜10となるポリアミド樹脂および連続強化繊維を用いてなる、<1>〜<5>のいずれかに記載の混繊糸。
<7>ポリアミド樹脂繊維のトータル繊維数と連続強化繊維のトータル繊維数の比(ポリアミド樹脂繊維のトータル繊維数/連続強化繊維のトータル繊維数)が0.001〜1となるポリアミド樹脂および連続強化繊維を用いてなる、<1>〜<6>のいずれかに記載の混繊糸。
上記のような態様とすることにより、連続強化繊維の分散度が向上し、本発明の効果がより効果的に発揮される傾向にある。
次に、本発明の混繊糸の製造方法の一例について述べる。
まず、連続熱可塑性樹脂繊維(好ましくは、連続熱可塑性樹脂繊維を処理剤で表面処理したもの)、および、連続強化繊維(好ましくは、連続強化繊維を処理剤で表面処理したもの)の回巻体を準備する。回巻体は、連続熱可塑性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。混繊糸にした際に、連続熱可塑性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は本発明の混繊糸を製造する場合の、回巻体の状態を示した概念図であって、1は連続強化繊維束の回巻体を、2は連続熱可塑性樹脂繊維束の回巻体を、3は混繊糸の回巻体をそれぞれ示している。尚、図2は概念図であり、連続熱可塑性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)は、2つの連続熱可塑性樹脂繊維束の回巻体2から引き出された2本の連続熱可塑性樹脂繊維束と、1つの連続強化繊維束の回巻体1から引き出された1本の連続強化繊維束から1本の混繊糸を形成し、1つの回巻体3に巻き取られる概念図を示している。ここで、連続熱可塑性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、混繊糸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、一度に複数本の混繊糸を形成してもよい。図2(b)は一度に複数本の混繊糸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1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2から引き出される連続熱可塑性樹脂繊維束と複合化して、3本の混繊糸が同時に形成されている。図2(b)においても、連続熱可塑性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、混繊糸にした際に、それぞれの混繊糸が、連続熱可塑性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。
本発明における混繊糸は、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、本発明の混繊糸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、組紐、縄状の基材、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。
<熱可塑性樹脂>
以下の熱可塑性樹脂を用いた。
N66:ポリアミド樹脂66(東レ製、アミランCM3001)
MXD6:メタキシリレンアジパミド樹脂(三菱瓦斯化学製、グレードS6007)、数平均分子量25000、分子量1000以下の成分の含有量0.51質量%
LEXTER:メタキシリレン、パラキシリレン混合キシリレンジアミンとセバシン酸を重合してなるキシリレンセバカミド樹脂(三菱ガス化学製、グレード8500)、数平均分子量20000、分子量1000以下の成分の含有量0.3質量%
PP:ポリプロピレン樹脂(日本ポリプロ製(グレードSA3A、繊維グレード)
上記熱可塑性樹脂は、以下の手法に従って繊維状にした。
真空乾燥機を用いて乾燥させた熱可塑性樹脂を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、マルチフィラメント(連続熱可塑性樹脂繊維束)を得た。連続熱可塑性樹脂繊維束1本あたりの繊維数は、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。
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。
以下の連続強化繊維を用いた。
CF:炭素繊維、東レ製、T700−12000−60E、8000dtex、繊維数12000f
GF1:ガラス繊維、日東紡製、1350dtex、繊維数800f
GF2:ガラス繊維、日本電気硝子製、23100dtex、繊維数2000f
混繊糸は、以下の方法に従って製造した。
回巻体から、連続熱可塑性樹脂繊維および連続強化繊維をそれぞれ引き出し、エアブローおよび機械的な振動により開繊を行った。開繊しながら、連続熱可塑性樹脂繊維および連続強化繊維を一束とし、さらに、エアブローおよび振動を与え、均一化を進め、混繊糸とした。
さらに、得られた混繊糸に、1mあたり、下記表に示す回数の撚りをかけた。撚りは、混繊糸の一端を固定して他端を時計方向に回転させてかけた。
得られた混繊糸の外観を目視にて観察した。
A:顕著なケバや繊維束の膨れが無く、均質感を有する。
B:多少のケバや繊維束の乱れはあるものの、均質感を有する。
C:ケバや繊維束の乱れがあり、均質感に劣る。
得られた混繊糸を一方向に引き揃え、成形圧力3MPa、成形時間5分、かつ、下記表に記載の成形温度で成形した。成形品は、幅20mm、長さ200mmの一方向繊維強化平板とした。作成した成形品の表面をデジタルマイクロスコープで観察した。得られた表面写真に対して画像解析ソフトImageJを用いて解析した。連続強化繊維が乱れて配向している領域を曲線で選択し、その面積を測定した。繊維不規則性は、連続強化繊維が設定の配向方向よりも10度以上乱れている領域の面積/繊維強化平板の面積(単位%)として示した。
上記「繊維不規則性の測定」と同様に加熱成形した混繊糸について、以下の通り外観を目視にて評価した。
A:顕著な凹凸や繊維の偏在が無く、均質感を有する。
B:多少の凹凸や繊維の偏在はあるものの、均質感を有する。
C:凹凸や繊維の偏在があり、均質感に劣る。
上記「繊維不規則性の測定」と同様に加熱成形した混繊糸を30cm切り取り、両末端をエポキシ樹脂に包埋してつかみ代を作製した。引張強度をインストロン製インストロン型万能試験機(Type4206)を使用し、スパン間距離200mm、試験速度10mm/minの条件で測定した。加熱成形前のものについても同様に測定し、引張強度の向上率(単位:倍)を算出した。
上記混繊糸を経糸および緯糸として用い、綾織の織物を作成した。打ち込み密度は、920本/mとした。得られた織物を表に記載の温度で成形した。
作成した成形品の断面をデジタルマイクロスコープで観察した。得られた断面写真に対し、連続強化繊維の熱可塑性樹脂が含浸していない領域を画像解析ソフトImageJを用いて選択し、その面積を測定した。織物の未含浸率は、連続強化繊維の熱可塑性樹脂が含浸していない領域/織物の断面積(単位%)として示した。
得られた織物をISO179に準拠して、引張弾性率を測定した。
2 連続熱可塑性樹脂繊維束の回巻体
3 混繊糸の回巻体
Claims (8)
- 繊維成分が連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維からなる混繊糸であって、該混繊糸が撚りを有する混繊糸。
- 連続熱可塑性樹脂繊維がポリアミド樹脂繊維である、請求項1に記載の混繊糸。
- 連続熱可塑性樹脂繊維が、ポリアミド6、ポリアミド66、およびXD系ポリアミドから選択される少なくとも1種を含む、請求項1または2に記載の混繊糸。
- 連続強化繊維が、炭素繊維および/またはガラス繊維である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の混繊糸。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の混繊糸を用いてなる織物または編み物。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の混繊糸、または、請求項5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。
- 繊維成分が連続熱可塑性樹脂繊維と連続強化繊維からなる混繊糸を製造すること、前記混繊糸に撚りをかけること、該撚られた混繊糸を加熱加工することを含む、複合材料の製造方法。
- さらに、前記加熱加工前に、撚られた混繊糸を織るまたは編むことを含む請求項7に記載の製造方法。
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