JP2015067928A - 繊維強化プラスチック補強用不織布 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、優れた強度と樹脂含浸性を両立した補強用不織布であって、シート同士のブロッキングが抑制された補強用不織布を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、主体繊維と、バインダー成分とを含み、バインダー成分は、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂を含み、バインダー成分の全質量に対して、ポリエステル樹脂の含有率が５０質量％未満であることを特徴とする繊維強化プラスチック補強用不織布に関する。
【選択図】なし
【解決手段】本発明は、主体繊維と、バインダー成分とを含み、バインダー成分は、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂を含み、バインダー成分の全質量に対して、ポリエステル樹脂の含有率が５０質量％未満であることを特徴とする繊維強化プラスチック補強用不織布に関する。
【選択図】なし
Description
本発明は、繊維強化プラスチック補強用不織布に関する。具体的には、本発明は、主体繊維とポリエステル樹脂とアクリル樹脂を含有する繊維強化プラスチック補強用不織布に関する。
繊維強化プラスチックは、補強材として高強度のガラス繊維、アラミド繊維又は炭素繊維等をプラスチック樹脂の中に入れて強度を向上させた複合材料である。従来、高強度の繊維強化プラスチックを得るため、補強材としてこれら繊維を主体として構成したシート状の補強用不織布が使用されている。繊維強化プラスチックの成型方法としては、補強用シートを積層し、未硬化若しくは半硬化の樹脂を含浸させた後に硬化させるハンドレイアップ成形法やスプレーアップ成形法のほか、あらかじめ補強用繊維と樹脂を混合したシート状のものを金型で圧縮成型するＳＭＣプレス成形法、繊維を敷き詰めた合わせ型に樹脂を注入するＲＴＭ成形法等が挙げられる。
上記の成形方法の中でも、ハンドレイアップ成形法は壁面やタンク表面への塗工に一般的に広く採用されている。壁面やタンク表面などは曲面や凹凸面から構成されることが多く、このような表面に繊維強化プラスチックを成形する方法としては、機械的な方法を採用するには複雑である。このため、補強用不織布に手作業で半硬化の樹脂を塗り、ローラー等で樹脂を繊維シートに浸み込ませる工法が採用されており、補強用不織布には、凹凸追従性や強度が求められる。また、上記用途に使用される補強用不織布には、優れた樹脂含浸性や溶解性が必要特性として要求される。
補強用不織布は、高強度のガラス繊維、アラミド繊維、又は炭素繊維等の主体繊維を結合するためにバインダー成分を含有するものが知られている。バインダー成分としては、ポリエステル系バインダーを使用した不織布が商品化されており、現在広く使用されている。例えば、特許文献１には、ガラス繊維とスチレンに可溶なバインダーを含有する補強用不織布が開示されており、バインダーとしては、ポリエステル系バインダーが使用可能である旨が記載されている。ポリエステル系バインダーは、ＦＲＰに使用される樹脂の溶剤として一般的な、スチレンに良く溶解するため、半硬化樹脂に貼り付けた際、容易に強度を失い、曲面・凹凸面に追随し、なじみやすい。しかし、ポリエステル系バインダーを含有した補強用不織布はシート同士を重ね合わせた際にブロッキングが生じやすいという問題があった。このため補強用不織布を巻取りにして保管する際は、不織布の間に合紙を挟むことが必要となり、使用時の作業負荷が大きく、また、合紙は廃棄物として処分されるため、環境上問題となっていた。
また、従来の補強用不織布は、樹脂含浸性や曲面施工性を重視するあまり、強度が不十分でコシが弱いため、貼り付け作業時等に形状が変形したり、破損等の不具合が生じることがあった。このような不具合は、繊維強化プラスチックの成形性を低下させるだけではなく、作業効率を著しく低下させることとなるため問題となる。
すなわち、従来の補強用不織布においては、樹脂含浸性と強度の両立は困難であり、さらに補強用不織布同士のブロッキングの問題も十分に解決できていないのが現状であった。
すなわち、従来の補強用不織布においては、樹脂含浸性と強度の両立は困難であり、さらに補強用不織布同士のブロッキングの問題も十分に解決できていないのが現状であった。
このような問題を解決するために、特許文献２では、バインダー成分として、ＰＥＴ系の芯鞘バインダー繊維を使用した繊維強化プラスチック補強用不織布を使用している。ここでは、ポリエステルエチレンテレフタレートを芯部とし、芯部よりも融点の低い変性ポリエステルエチレンテレフタレートを鞘とする芯鞘バインダー繊維を用いており、これにより、ＦＲＰ樹脂への優れた溶解性を持ち、かつポリエステルバインダーのブロッキングを防止することが提案されている。
しかしながら、特許文献２で得られた補強用不織布においては、ブロッキング抑制効果は認められるものの、ＦＲＰ樹脂への溶解性は十分ではないことが本発明者らの検討により明らかとなった。このため、成形作業に時間がかかる上に、曲面・凹凸面に追随性も不十分で作業効率を低下させる原因となっていた。
そこで本発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、優れた強度と樹脂含浸性を両立した補強用不織布であって、かつシート同士のブロッキングが抑制された補強用不織布を提供することを目的として検討を進めた。
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本発明者らは、主体繊維と、バインダー成分とを含む繊維強化プラスチック補強用不織布において、バインダー成分をポリエステル樹脂とアクリル樹脂から構成し、かつ、バインダー成分の全質量に対して、ポリエステル樹脂の含有率を５０質量％未満とすることにより、耐ブロッキング性に優れ、かつ優れた強度と樹脂含浸性を兼ね備えた繊維強化プラスチック補強用不織布を得ることができることを見出した。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
［１］主体繊維と、バインダー成分とを含み、前記バインダー成分は、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂を含み、前記バインダー成分の全質量に対して、前記ポリエステル樹脂の含有率が５０質量％未満であることを特徴とする繊維強化プラスチック補強用不織布。
［２］前記バインダー成分は、アクリル樹脂をコア部とし、ポリエステル樹脂をシェル部とするコア／シェル型構造のポリエステル複合アクリル樹脂を含むことを特徴とする［１］に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［３］前記バインダー成分の全質量に対して、前記ポリエステル樹脂の含有率が３０質量％未満であることを特徴とする［１］又は［２］に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［４］前記バインダー成分の含有率は、前記主体繊維を含む繊維の全質量に対して８質量％以下であることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［５］前記主体繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維又は炭素繊維であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［６］前記主体繊維は、ガラス繊維であることを特徴とする［１］〜［５］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［７］前記主体繊維の平均繊維径は、１０μｍ以上であることを特徴とする［１］〜［６］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［８］前記主体繊維の平均繊維長は、３ｍｍ以上であることを特徴とする［１］〜［７］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［９］前記主体繊維の平均繊維長は、１０〜２５ｍｍであることを特徴とする［１］〜［８］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［１０］引張強度が１５Ｎ／５０ｍｍ以上であることを特徴とする［１］〜［９］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［１１］［１］〜［１０］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布を補強材として含む繊維強化プラスチック。
［２］前記バインダー成分は、アクリル樹脂をコア部とし、ポリエステル樹脂をシェル部とするコア／シェル型構造のポリエステル複合アクリル樹脂を含むことを特徴とする［１］に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［３］前記バインダー成分の全質量に対して、前記ポリエステル樹脂の含有率が３０質量％未満であることを特徴とする［１］又は［２］に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［４］前記バインダー成分の含有率は、前記主体繊維を含む繊維の全質量に対して８質量％以下であることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［５］前記主体繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維又は炭素繊維であることを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［６］前記主体繊維は、ガラス繊維であることを特徴とする［１］〜［５］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［７］前記主体繊維の平均繊維径は、１０μｍ以上であることを特徴とする［１］〜［６］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［８］前記主体繊維の平均繊維長は、３ｍｍ以上であることを特徴とする［１］〜［７］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［９］前記主体繊維の平均繊維長は、１０〜２５ｍｍであることを特徴とする［１］〜［８］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［１０］引張強度が１５Ｎ／５０ｍｍ以上であることを特徴とする［１］〜［９］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
［１１］［１］〜［１０］のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布を補強材として含む繊維強化プラスチック。
本発明によれば、耐ブロッキング性に優れた繊維強化プラスチック補強用不織布を得ることができる。このため、繊維強化プラスチック補強用不織布を巻取りにする際に不織布間に合紙を挟む必要がなくなり、繊維強化プラスチック補強用不織布を貼り付ける際の作業負荷を軽減することが可能となる。さらに、合紙が不要となることにより、環境負荷も低減することができる。
さらに、本発明によれば、優れた強度と樹脂含浸性を兼ね備えた繊維強化プラスチック補強用不織布を得ることができる。このため、貼り付け作業時の取り扱い性が高く、効率良く繊維強化プラスチックを成形することができる。また、本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布は、十分な強度とコシを有するため、貼付け時に形状が変形したり破損したりすることを抑制することができる。特に、バインダー成分として、コア／シェル型のポリエステル複合アクリル樹脂を用いることにより、繊維強化プラスチック補強用不織布に十分な強度とコシを与えることができる。無論、本発明はハンドレイアップ成形以外の成形方法で繊維強化プラスチックを得る場合にも適応可能である。
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
（繊維強化プラスチック補強用不織布）
本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布は、主体繊維とバインダー成分とを含む。ここで、バインダー成分は、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂を含み、バインダー成分の全質量に対して、ポリエステル樹脂の含有率は５０質量％未満である。なお、本明細書中において、繊維強化プラスチックは、ＦＲＰということもできる。
本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布は、主体繊維とバインダー成分とを含む。ここで、バインダー成分は、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂を含み、バインダー成分の全質量に対して、ポリエステル樹脂の含有率は５０質量％未満である。なお、本明細書中において、繊維強化プラスチックは、ＦＲＰということもできる。
繊維強化プラスチックの成形方法の一つとして、まず繊維強化プラスチック補強用不織布を対象物に貼り合わせ、その上から半硬化の樹脂を塗り、ローラー等で樹脂を繊維シートに浸み込ませるハンドレイアップ成形が採用されている。このような半硬化樹脂（以下、ＦＲＰ樹脂ともいう）の溶剤としてはスチレン系溶剤が使用されることが多い。本発明では、上記のように、バインダー成分がポリエステル樹脂を含有するため、樹脂の溶剤として一般的に用いられるスチレン系溶剤に容易に溶解することができる。このため、本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布は、半硬化樹脂を含浸させ繊維強化プラスチックを成形する際に、曲面に追従しやすく、型なじみ性に優れるという利点を有する。
また、本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布は、バインダー成分中に含まれるポリエステル樹脂の含有率を所定の範囲内とすることにより、優れた耐ブロッキング性を発揮し得る。バインダー成分の全質量に対して、ポリエステル樹脂の含有率は５０質量％未満であればよく、３０質量％未満であることが好ましく、１５質量％未満であることがより好ましい。ポリエステル樹脂の含有率を上記範囲内とすることにより、繊維強化プラスチック補強用不織布同士がブロッキングを起こすことを抑制することができ、繊維強化プラスチック補強用不織布を巻取りにする場合であっても、不織布間に合紙を挟む必要がなくなる。このため、繊維強化プラスチック補強用不織布を貼り付ける際の作業負荷を軽減することが可能となる。さらに、合紙が不要となることにより、環境負荷も低減することができる。
さらに、本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布は十分な強度を有する。具体的には、繊維強化プラスチック補強用不織布の引張強度は縦横相乗平均で１５Ｎ／５０ｍｍ以上であることが好ましく、２０Ｎ／５０ｍｍ以上であることがより好ましい。繊維強化プラスチック補強用不織布の引張強度を上記範囲内とすることにより、繊維強化プラスチック補強用不織布を輸送したり、広げたりする際に変形及び破れ等が発生することを抑制することができる。
繊維強化プラスチック補強用不織布の坪量は、１０〜５００ｇ／ｍ2であることが好ましく、２０〜３００ｇ／ｍ2であることがより好ましく、２５〜１００ｇ／ｍ2であることがさらに好ましい。繊維強化プラスチック補強用不織布の坪量を上記範囲内とすることにより、優れた強度とＦＲＰ樹脂含浸性を発揮することができる。
本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布は、湿式抄紙法によって製造された湿式不織布であることが好ましい。湿式不織布は、水に繊維を分散させ、脱水することにより得ることができる。湿式抄紙法では、水の粘度を適宜調整し、脱水速度をコントロールすることにより、乾式不織布等に比べ均一性に優れ、強度バラツキの少ない繊維強化プラスチック補強用不織布を得ることができる。湿式抄紙法に用いる抄紙機としては、長網抄紙機、短網抄紙機、傾斜ワイヤー型抄紙機、円網抄紙機といった既知の抄紙機を用いることが可能である。
（主体繊維）
本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布は主体繊維を含む。ここで主体繊維とは、繊維強化プラスチック補強用不織布に含まれる繊維の半分以上の繊維を意味し、繊維強化プラスチック補強用不織布を構成する繊維である。なお、本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布には、主体繊維以外の繊維が含まれていてもよいし、繊維成分は主体繊維のみであってもよい。
本発明で使用される主体繊維は、特に限定されるものではないが、寸法安定性に優れる強度が高い繊維を用いることが好ましい。例えば、アラミド繊維などのような高強度の有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、バサルト繊維などの無機繊維を挙げることができる。中でも、コストが比較的安価であり、寸法安定性に優れるガラス繊維は特に好ましく用いられる。
本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布は主体繊維を含む。ここで主体繊維とは、繊維強化プラスチック補強用不織布に含まれる繊維の半分以上の繊維を意味し、繊維強化プラスチック補強用不織布を構成する繊維である。なお、本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布には、主体繊維以外の繊維が含まれていてもよいし、繊維成分は主体繊維のみであってもよい。
本発明で使用される主体繊維は、特に限定されるものではないが、寸法安定性に優れる強度が高い繊維を用いることが好ましい。例えば、アラミド繊維などのような高強度の有機繊維、ガラス繊維、炭素繊維、セラミック繊維、バサルト繊維などの無機繊維を挙げることができる。中でも、コストが比較的安価であり、寸法安定性に優れるガラス繊維は特に好ましく用いられる。
ガラス繊維の種類としては、電気絶縁性に優れ、最も大量に生産されているＥガラス、Ｅガラスよりも高強度のＳガラス、耐酸性に優れるＣガラスなどが挙げられる。一般的にＦＲＰ補強用にも多く用いられ、ガラス繊維の中でも比較的安価であるＥガラスを使用することが好ましい。
主体繊維の平均繊維径は、１０μｍ以上であることが好ましく、１０〜２０μｍであることがより好ましく、１３〜１７μｍであることがさらに好ましい。主体繊維の平均繊維径を上記範囲内とすることにより、繊維強化プラスチック補強用不織布のコシと強度を維持しつつも、ＦＲＰ樹脂の含浸性を高めることができる。これにより、曲面追従性及び型なじみ性を高めることができる。
主体繊維の平均繊維長は、３ｍｍ以上であることが好ましく、３〜３５ｍｍであることがより好ましく、１０〜２５ｍｍであることがさらに好ましい。主体繊維の平均繊維長を上記範囲内とすることにより、不織布のシートの目開きを適切な大きさとすることができＦＲＰ樹脂の含浸性を高めることができる。さらに、主体繊維の平均繊維長を上記範囲内とすることにより、繊維強化プラスチック補強用不織布の強度とコシを高めつつも、曲面追従性や型なじみ性を高めることができる。
主体繊維は、１種のみを用いてもよいが、異なる繊維経や繊維長を有する２種以上の繊維を混合して用いてもよい。複数種の繊維を混抄して繊維径や繊維長、形状を適宜調整することにより、目的・用途に応じて繊維強化プラスチック補強用不織布の強度とＦＲＰ樹脂含浸性を効果的に高めることができる。また、このような複数種の主体繊維を用いることにより、強度とＦＲＰ樹脂含浸性を自在に調節することも可能となる。
（バインダー成分）
本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布はバインダー成分を含む。バインダー成分は、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂を含む。また、バインダー成分の全質量に対して、ポリエステル樹脂の含有率は５０質量％未満である。
本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布はバインダー成分を含む。バインダー成分は、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂を含む。また、バインダー成分の全質量に対して、ポリエステル樹脂の含有率は５０質量％未満である。
バインダー成分の含有率は、主体繊維を含む繊維の全質量中で８質量％以下であることが好ましく、３〜７質量％であることがより好ましい。バインダー成分の含有率を上記範囲内とすることにより、ＦＲＰ樹脂の含浸性を効果的に高めることができる。なお、バインダー成分の含有量が増えると、繊維強化プラスチック補強用不織布はコシと強度が増し、施工時のハンドリングが容易になるが、ＦＲＰ樹脂に接した場合に強度が失われにくくなり、型なじみ性・凹凸追随性が損なわれる傾向となる。このため、添加量は上記範囲内とすることが好ましい。
本発明に使用されるポリエステル樹脂は、ＦＲＰ樹脂の溶剤として用いられるスチレンへの溶解性の高い樹脂であれば特に限定されるものではない。ポリエステル樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の他に、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート等を好ましい例として挙げることができる。
本発明に使用されるアクリル樹脂は、強度発現性が高く、耐ブロッキング性があるものであれば特に限定されるものではない。樹脂の種類として、アクリル樹脂としては、例えば、アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリル酸エステルとメタクリル酸エステル、メタクリル酸ヒドロキシエステル共重合体等を好ましい例として挙げることができる。
ポリエステル樹脂の含有率は、バインダー成分の全質量に対して、５０質量％未満であればよく、３０質量％未満であることが好ましく、１５質量％未満であることがより好ましい。ポリエステル樹脂の含有率を上記範囲内とすることにより、繊維強化プラスチック補強用不織布同士がブロッキングを起こすことを抑制することができる。
バインダー成分は、上述したようなポリエステル樹脂とアクリル樹脂を適宜混合したものであってもよいが、コア／シェル型のポリエステル複合アクリル樹脂を用いることが好ましい。ここで、コア／シェル型のポリエステル複合アクリル樹脂とは、アクリル樹脂をコア部とし、ポリエステル樹脂をシェル部としたポリエステル複合アクリル樹脂である。バインダー成分として、コア／シェル型のポリエステル複合アクリル樹脂を用いることにより、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂の混合物に比べ、ＦＲＰ樹脂の溶剤として用いられるスチレンへの溶解拡散をより容易にすることができる。さらに、シェル部のアクリル樹脂がＦＲＰ不織布に十分な強度とコシを与えることができる。
ポリエステル複合アクリル樹脂としては、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂の含有質量比率が１０：９０のポリエステル複合アクリル樹脂を用いることが好ましく、ＭＦＴ（最低造膜温度）が０〜２０℃であることが好ましい。具体的には、昭和電工社製のＦＰ−３０００Ａ、東亜合成社製のＮＳ−１２００等を用いることが好ましい。
（繊維強化プラスチック）
本発明は、上述したような繊維強化プラスチック補強用不織布を補強材として含む繊維強化プラスチックに関する。繊維強化プラスチックは、繊維強化プラスチック補強用不織布を対象物に貼り合わせ、その上からＦＲＰ樹脂を塗り、ローラー等で樹脂を繊維シートに浸み込ませ、ＦＲＰ樹脂を硬化させることにより成形される。ＦＲＰ樹脂の溶剤としてはスチレン系溶剤が使用されることが多く、繊維強化プラスチック補強用不織布に含まれるバインダー成分の少なくとも一部がスチレン系溶剤に溶解することにより、繊維強化プラスチック補強用不織布とＦＲＰ樹脂は一体となり成形される。また、繊維強化プラスチック補強用不織布に含まれるバインダー成分の少なくとも一部がこのスチレン系溶剤に溶解することにより、繊維強化プラスチックを成形する際に、曲面に追従しやすく、型なじみ性に優れるという利点を有する。
本発明は、上述したような繊維強化プラスチック補強用不織布を補強材として含む繊維強化プラスチックに関する。繊維強化プラスチックは、繊維強化プラスチック補強用不織布を対象物に貼り合わせ、その上からＦＲＰ樹脂を塗り、ローラー等で樹脂を繊維シートに浸み込ませ、ＦＲＰ樹脂を硬化させることにより成形される。ＦＲＰ樹脂の溶剤としてはスチレン系溶剤が使用されることが多く、繊維強化プラスチック補強用不織布に含まれるバインダー成分の少なくとも一部がスチレン系溶剤に溶解することにより、繊維強化プラスチック補強用不織布とＦＲＰ樹脂は一体となり成形される。また、繊維強化プラスチック補強用不織布に含まれるバインダー成分の少なくとも一部がこのスチレン系溶剤に溶解することにより、繊維強化プラスチックを成形する際に、曲面に追従しやすく、型なじみ性に優れるという利点を有する。
繊維強化プラスチックを成形する際、繊維強化プラスチック補強用不織布は、複数層が重ね合わされて、その上からＦＲＰ樹脂が含浸されてもよい。繊維強化プラスチック補強用不織布は、２〜２０枚積層されることが好ましく、３〜１０枚積層されることがより好ましい。このように、繊維強化プラスチック補強用不織布を複数枚積層し、繊維強化プラスチックを成形することにより、繊維強化プラスチックの厚みを適宜調節することが可能となり、さらに、繊維強化プラスチックの強度を高めることができる。
繊維強化プラスチックを使用されるＦＲＰ樹脂としては、熱可塑性樹脂、または硬化剤が添加された熱硬化性樹脂が使用される。熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂等を用いることが好ましく、熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、メラニン樹脂等を用いることが好ましい。熱硬化性樹脂に添加される硬化剤としては酸化ベンゾイル（ＢＰＯ）やメチルエチルケトンペルオキシド（ＭＥＫ−ＰＯ）等を用いることが好ましい。硬化剤の必要量は環境温度に依存するため、添加量は適宜調整する必要があるが、ＦＲＰ樹脂１００質量％に対し、０．５〜５質量％程度であることが好ましい。
ハンドレイアップ成形には熱硬化性樹脂が使用され、壁面やタンク表面に適用されることが多いことから、一般的に常温環境下で樹脂含浸・硬化が行われる。ＦＲＰ樹脂の硬化速度は前述にある通り環境温度に依存し、温度が高いほど硬化速度が速くなり、硬化剤の必要量が少なくなる。このため、樹脂含浸・硬化させる際の環境温度としては、１０〜４０℃であることが好ましく、１５〜４０℃であることがより好ましく、２５〜４０℃であることがさらに好ましい。
ＦＲＰ樹脂の含浸量は繊維強化プラスチック補強用不織布の質量に対し１〜３倍量であることが好ましく、１．５〜２．５倍量であることがより好ましい。樹脂の量を上記範囲内とすることにより、ＦＲＰ樹脂が繊維強化プラスチック補強用不織布に適度に含浸され、均一性に優れる繊維強化プラスチックを得ることができる。
ＦＲＰ樹脂の含浸量は繊維強化プラスチック補強用不織布の質量に対し１〜３倍量であることが好ましく、１．５〜２．５倍量であることがより好ましい。樹脂の量を上記範囲内とすることにより、ＦＲＰ樹脂が繊維強化プラスチック補強用不織布に適度に含浸され、均一性に優れる繊維強化プラスチックを得ることができる。
上述したような繊維強化プラスチックは、主に、航空機、自動車、船舶、鉄道のボディやフレーム、プリント基板、壁面、タンク表面、ユニットバスなどに設けられる。これらに対し繊維強化プラスチックを設けることにより、高強度で軽量な部材が得られるだけでなく、加えて断熱性、耐水性、耐候性、絶縁性、意匠性、透光性等を付与することも可能となる。
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴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。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
＜実施例１＞
繊維長２５ｍｍ、繊維径１７μｍのＥガラス繊維（以下「ガラス繊維Ａ」と記す。）と、繊維長１３ｍｍ、繊維径１３μｍのＥガラス繊維（以下「ガラス繊維Ｂ」と記す。）を水中に投入し、あらかじめ溶解した分散剤（花王製、「エマノーン３１９９」）を原料に対し０．５％となるよう添加し、攪拌して繊維を分散させ、０．２％濃度のガラス繊維スラリーを作成した。このスラリーを用いて湿式抄紙法でウエブを作成し、加熱加圧した後、ポリエステル複合アクリルエマルジョン（昭和高分子製、「ＦＰ-３０００Ａ」、以下「Ｅｍ．Ａ」と記す。）を含浸法で添加し、過熱乾燥後、繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
ガラス繊維Ａ５０％、ガラス繊維Ｂ５０％、Ｅｍ．Ａ５％となるよう製造し、ＦＲＰ不織布の目付け量は３０ｇ／ｍ2とした。
繊維長２５ｍｍ、繊維径１７μｍのＥガラス繊維（以下「ガラス繊維Ａ」と記す。）と、繊維長１３ｍｍ、繊維径１３μｍのＥガラス繊維（以下「ガラス繊維Ｂ」と記す。）を水中に投入し、あらかじめ溶解した分散剤（花王製、「エマノーン３１９９」）を原料に対し０．５％となるよう添加し、攪拌して繊維を分散させ、０．２％濃度のガラス繊維スラリーを作成した。このスラリーを用いて湿式抄紙法でウエブを作成し、加熱加圧した後、ポリエステル複合アクリルエマルジョン（昭和高分子製、「ＦＰ-３０００Ａ」、以下「Ｅｍ．Ａ」と記す。）を含浸法で添加し、過熱乾燥後、繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
ガラス繊維Ａ５０％、ガラス繊維Ｂ５０％、Ｅｍ．Ａ５％となるよう製造し、ＦＲＰ不織布の目付け量は３０ｇ／ｍ2とした。
＜実施例２＞
Ｅｍ．Ａの代わりにポリエステル複合アクリルエマルジョン（東亞合成製、「ＮＳ-１２００」）５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりにポリエステル複合アクリルエマルジョン（東亞合成製、「ＮＳ-１２００」）５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜実施例３＞
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を１０：９０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を１０：９０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜実施例４＞
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を３０：７０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を３０：７０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜実施例５＞
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を４０：６０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を４０：６０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜実施例６＞
ガラス繊維Ａ，Ｂの代わりに繊維長６ｍｍ、繊維径１２μｍのパラアラミド繊維（帝人製「テクノーラ」）１００％とした以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
ガラス繊維Ａ，Ｂの代わりに繊維長６ｍｍ、繊維径１２μｍのパラアラミド繊維（帝人製「テクノーラ」）１００％とした以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜実施例７＞
ガラス繊維Ａ，Ｂの代わりに繊維長６ｍｍ、繊維径１２μｍのパラアラミド繊維（帝人製「テクノーラ」）１００％とし、Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を３０：７０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
ガラス繊維Ａ，Ｂの代わりに繊維長６ｍｍ、繊維径１２μｍのパラアラミド繊維（帝人製「テクノーラ」）１００％とし、Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を３０：７０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜比較例１＞
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を６０：４０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を６０：４０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜比較例２＞
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を７０：３０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を７０：３０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜比較例３＞
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を９０：１０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を９０：１０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜比較例４＞
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜比較例５＞
ガラス繊維Ａ，Ｂの代わりに繊維長６ｍｍ、繊維径１２μｍのパラアラミド繊維（帝人製「テクノーラ」）１００％とし、Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を７０：３０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
ガラス繊維Ａ，Ｂの代わりに繊維長６ｍｍ、繊維径１２μｍのパラアラミド繊維（帝人製「テクノーラ」）１００％とし、Ｅｍ．Ａの代わりに東洋紡製ポリエステルエマルジョン「ＭＤ−２０００」と昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」を７０：３０の配合としたエマルジョン５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜比較例６＞
Ｅｍ．Ａの代わりに昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりに昭和電工製アクリルエマルジョン「ＡＧ−１００」５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
＜比較例７＞
Ｅｍ．Ａの代わりに昭和電工製酢酸ビニルエマルジョン「ＬＳ−２０」５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
Ｅｍ．Ａの代わりに昭和電工製酢酸ビニルエマルジョン「ＬＳ−２０」５％となるよう配合した以外は、実施例１と同様に繊維強化プラスチック補強用不織布を製造した。
（評価）
１）シートを重ねて置いた場合のブロッキングの発生
２４ｃｍ角の繊維強化プラスチック補強用不織布を、合い紙を挟まずに２０枚重ね、２５ｃｍ角５００ｇの鉄板の重しを乗せ、温度３０℃の乾燥機に２時間放置した後、繊維強化プラスチック補強用不織布を上から１枚ずつ取り上げた。その際、全て１枚１枚バラバラに取り上げられた場合、「ブロッキング発生無し○」と評価し、繊維強化プラスチック補強用不織布同士がくっついている、又はくっついていて１枚を剥がし取る際に破れが発生した場合を「ブロッキング発生×」と評価した。その結果を表１及び２に示す。
１）シートを重ねて置いた場合のブロッキングの発生
２４ｃｍ角の繊維強化プラスチック補強用不織布を、合い紙を挟まずに２０枚重ね、２５ｃｍ角５００ｇの鉄板の重しを乗せ、温度３０℃の乾燥機に２時間放置した後、繊維強化プラスチック補強用不織布を上から１枚ずつ取り上げた。その際、全て１枚１枚バラバラに取り上げられた場合、「ブロッキング発生無し○」と評価し、繊維強化プラスチック補強用不織布同士がくっついている、又はくっついていて１枚を剥がし取る際に破れが発生した場合を「ブロッキング発生×」と評価した。その結果を表１及び２に示す。
＜紙質＞
２）引張強度の測定
ＪＩＳ規格 Ｒ３４２０ ７．４ に準拠し、各実施例および各比較例の不織布の引張強度を測定した。その結果を表１及び２に示す。なお、表中の◎、○、△はそれぞれ下記の基準で示した。
◎；２０Ｎ／５０ｍｍ以上
○；１５〜２０Ｎ／５０ｍｍ未満
×；１５Ｎ／５０ｍｍ未満
２）引張強度の測定
ＪＩＳ規格 Ｒ３４２０ ７．４ に準拠し、各実施例および各比較例の不織布の引張強度を測定した。その結果を表１及び２に示す。なお、表中の◎、○、△はそれぞれ下記の基準で示した。
◎；２０Ｎ／５０ｍｍ以上
○；１５〜２０Ｎ／５０ｍｍ未満
×；１５Ｎ／５０ｍｍ未満
３）樹脂含浸性の評価
７ｃｍ角に切断した繊維強化プラスチック補強用不織布を６枚重ね、不飽和ポリエステル樹脂（ジャパンコンポジット製「Ｇ−２２７Ｋ」）をスポイトで３ｍｌ測り取り、平置きした検体上に一気に滴下し、樹脂の液面が完全に検体に染み込むまでの時間を測定した。その結果を表１及び２に示す。なお、表中の◎、○、×はそれぞれ下記の基準で示した。
◎；７０秒未満
○；７０〜１００秒未満
×；１００秒以上
７ｃｍ角に切断した繊維強化プラスチック補強用不織布を６枚重ね、不飽和ポリエステル樹脂（ジャパンコンポジット製「Ｇ−２２７Ｋ」）をスポイトで３ｍｌ測り取り、平置きした検体上に一気に滴下し、樹脂の液面が完全に検体に染み込むまでの時間を測定した。その結果を表１及び２に示す。なお、表中の◎、○、×はそれぞれ下記の基準で示した。
◎；７０秒未満
○；７０〜１００秒未満
×；１００秒以上
表１及び２から分かるように、実施例１〜７で得られた繊維強化プラスチック補強用不織布は、十分な強度と樹脂含浸性を有し、かつ優れた耐ブロッキング性を有することがわかる。
一方、比較例１〜５で得られた繊維強化プラスチック補強用不織布では、耐ブロッキング性が著しく劣っている。また、比較例６で得られた繊維強化プラスチック補強用不織布では、樹脂含浸性が悪化している。比較例７で得られた繊維強化プラスチック補強用不織布では、樹脂含浸性が悪化していることに加え、十分な強度も得られていないことがわかる。
一方、比較例１〜５で得られた繊維強化プラスチック補強用不織布では、耐ブロッキング性が著しく劣っている。また、比較例６で得られた繊維強化プラスチック補強用不織布では、樹脂含浸性が悪化している。比較例７で得られた繊維強化プラスチック補強用不織布では、樹脂含浸性が悪化していることに加え、十分な強度も得られていないことがわかる。
本発明によれば、優れた強度と樹脂含浸性を両立した繊維強化プラスチック補強用不織布であって、シート同士のブロッキングが抑制された繊維強化プラスチック補強用不織布を得ることができる。このため、本発明の繊維強化プラスチック補強用不織布を用いれば、ハンドレイアップ成形によって繊維強化プラスチックを容易に形成することが可能となり、産業上の利用可能性が高い。
Claims (11)
- 主体繊維と、バインダー成分とを含み、
前記バインダー成分は、ポリエステル樹脂とアクリル樹脂を含み、前記バインダー成分の全質量に対して、前記ポリエステル樹脂の含有率が５０質量％未満であることを特徴とする繊維強化プラスチック補強用不織布。 - 前記バインダー成分は、アクリル樹脂をコア部とし、ポリエステル樹脂をシェル部とするコア／シェル型構造のポリエステル複合アクリル樹脂を含むことを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
- 前記バインダー成分の全質量に対して、前記ポリエステル樹脂の含有率が３０質量％未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
- 前記バインダー成分の含有率は、前記主体繊維を含む繊維の全質量に対して８質量％以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
- 前記主体繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維又は炭素繊維であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
- 前記主体繊維は、ガラス繊維であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
- 前記主体繊維の平均繊維径は、１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
- 前記主体繊維の平均繊維長は、３ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
- 前記主体繊維の平均繊維長は、１０〜２５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
- 引張強度が１５Ｎ／５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布。
- 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチック補強用不織布を補強材として含む繊維強化プラスチック。
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- 2013-09-30 JP JP2013205384A patent/JP6179326B2/ja active Active
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