(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量でありながら高強度・高剛性を有しつつ、二次加工が容易であり、製造時やリサイクル時に微粉化せず、廃棄の際の焼却処理が容易である繊維強化樹脂のための強化用繊維の提供。【解決手段】ＰＥＥＫファイバーを含み、樹脂に用いる強化用繊維。また、ＰＥＥＫファイバーの平均繊維径が１０μｍ以下であること、前記ＰＥＥＫファイバーの結晶化度が３０％以下であること、前記ＰＥＥＫファイバーがレーザー光５によるレーザー溶融エレクトロスピニングＰＥＥＫファイバーであることが好ましい強化用繊維。目付が２〜１２０ｇ／ｍ２であり、厚みが０．０１〜１０ｍｍである不織布。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＥＥＫファイバーを含み、樹脂に用いる強化用繊維。
【請求項２】
前記ＰＥＥＫファイバーの平均繊維径が１０μｍ以下である請求項１に記載の強化用繊維。
【請求項３】
前記ＰＥＥＫファイバーの結晶化度が３０％以下である請求項１又は２に記載の強化用繊維。
【請求項４】
前記ＰＥＥＫファイバーがレーザー溶融エレクトロスピニングＰＥＥＫファイバーである請求項１〜３のいずれか１項に記載の強化用繊維。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の強化用繊維からなる不織布。
【請求項６】
目付が２〜１２０ｇ／ｍ2である請求項５に記載の不織布。
【請求項７】
厚みが０．０１〜１０ｍｍである請求項５又は６に記載の不織布。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の強化用繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用や飛行機用等の繊維強化樹脂に用いられる強化用繊維、前記強化用繊維を含む不織布、及び繊維強化樹脂に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車、航空機、電気・電子機器、医療機器、建材、一般産業用部品などの様々な分野で軽量でありながら高強度・高剛性を有する材料が求められている。このような材料として、炭素繊維やガラス繊維等の強化用繊維とマトリックス樹脂からなる繊維強化樹脂（繊維複合材料、プリプレグ）が注目されている。
【０００３】
このような繊維強化樹脂として、特許文献１では、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの強化用繊維と熱可塑性繊維としてポリエーテルイミド系繊維やポリエーテルエーテルケトン系繊維などの繊維とが積層されて形成された繊維基材が記載されている。特許文献２では、炭素、ガラス、アラミドなどの繊維とエポキシ、エピスルフィド、オキセタンなどの熱硬化性樹脂組成物からなるプリプレグが記載されている。特許文献３では、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維などの強化用繊維とポリオレフィン、ポリアミド、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂とを含む繊維強化複合材料からなる成形体が記載されている。特許文献４では、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維などの繊維基材にエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエーテル樹脂等のラジカル重合型熱硬化性樹脂を含浸させることにより得られるプリプレグが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１７３４３号公報
【特許文献２】特表２０１６−５１０８３３号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／０３５７０５号
【特許文献４】特開２０１２−２３３１００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１〜４で強化用繊維として使用されているガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの繊維は、伸縮性がないため二次加工が困難である。また、これらの繊維は、単繊維を撚り合わせて１本の糸としたマルチフィラメント構造であるため、シート状の基材とする際には、開繊する必要がある。また、これらの繊維は、製造時やリサイクル時に繊維が微粉化して飛散することがあり、これを吸入することにより人体への影響が懸念されることが問題である。さらに、炭素繊維では、廃棄の際の焼却処理が困難であることが問題である。
【０００６】
従って、本発明の目的は、軽量でありながら高強度・高剛性を有しつつ、二次加工が容易であり、製造時やリサイクル時に微粉化せず、廃棄の際の焼却処理が容易である繊維強化樹脂のための強化用繊維を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）ファイバーからなる強化用繊維を用いることで、上記課題を解決できる強化用繊維、強化用繊維を含む不織布及び繊維強化樹脂が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、ＰＥＥＫファイバーを含み、樹脂に用いる強化用繊維を提供する。
【０００９】
また、本発明の強化用繊維は、前記ＰＥＥＫファイバーの平均繊維径が１０μｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の強化用繊維は、前記ＰＥＥＫファイバーの結晶化度が３０％以下であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の強化用繊維は、前記ＰＥＥＫファイバーがレーザー溶融エレクトロスピニングＰＥＥＫファイバーであることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、前記強化用繊維からなる不織布を提供する。
【００１３】
また、本発明の不織布は、目付が２〜１２０ｇ／ｍ2であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の不織布は、厚みが０．０１〜１０ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、前記強化用繊維とマトリックス樹脂を含む繊維強化樹脂を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の強化用繊維は、ＰＥＥＫを含むため、耐熱性、耐久性、耐衝撃性に優れ、廃棄の際の焼却処理が容易である繊維強化樹脂を製造することができる。また、本発明の強化用繊維は、モノフィラメント構造であるＰＥＥＫファイバーを含むため開繊する必要がなく、伸縮性が良く、特にシート状にして二次加工する場合の深絞り性が良く、表面平滑性にも優れ、製造時やリサイクル時に微粉化しない繊維強化樹脂を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＰＥＥＫファイバーの製造方法の一例を模式的に示す概略図である。
【図２】帯状溶融部に形成されるテーラーコーンの模式図である。
【図３】ＰＥＥＫファイバーの製造方法を含んだ不織布製造装置の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［強化用繊維］
本発明の強化用繊維は、モノフィラメント構造であるＰＥＥＫファイバーを含み、樹脂に用いられることを特徴とする。前記強化用繊維は、長繊維の強化用繊維であり、その繊維長は、切断しないで使用する場合の繊維長は、例えば０．５〜１００ｍ、好ましくは２〜５０ｍであり、切断して使用する場合の繊維長は、例えば平均５〜１００ｍｍ程度である。前記樹脂としては、例えば後述のマトリックス樹脂などが挙げられる。
【００１９】
前記ＰＥＥＫファイバーは、繊維径の小さい繊維であることが好ましく、その直径は、例えば１０μｍ以下（０．１〜１０μｍ）、好ましくは０．５〜８μｍ、より好ましくは０．７〜６μｍである。また、このような直径を有する繊維には、例えば５０〜１０００ｎｍ程度の繊維径（直径）を有する微小な繊維が含まれていてもよい。ＰＥＥＫファイバーの直径は、後述するＰＥＥＫファイバー製造方法の各種条件（例えば、高分子シートの厚みや高分子シートの送り速度、レーザー強度等）を適宜調整することにより、調整することができる。なお、ＰＥＥＫファイバーの直径は、例えば電子顕微鏡を用いて測定することができる。
【００２０】
前記ＰＥＥＫファイバーの集合体としての平均繊維径（平均の直径）は、例えば１０μｍ以下（０．１〜１０μｍ）、好ましくは０．５〜８μｍ、より好ましくは０．７〜６μｍである。平均繊維径は、例えば走査型電子顕微鏡を用いて繊維の形態を複数（例えば、１０）撮影し、撮影した複数の画像から任意に１画像当たり１０本程度の繊維径を画像処理ソフトなどで測定し、それらを平均することにより求めることができる。
【００２１】
前記ＰＥＥＫファイバーは、例えば結晶化度が３０％以下、好ましくは２９％以下、より好ましくは２８％以下である。結晶化度が３０％以下であると加工性に優れ、不織布に容易に成形することができる。上記結晶化度は、例えばＸ線回析法、ＤＳＣ（示差走査熱量計）測定、密度法などにより求めることができる。なお、本願では結晶化度は、実施例に記載の方法によりＤＳＣ測定から求めた熱量から算出した。
【００２２】
前記ＰＥＥＫファイバーにおけるＰＥＥＫの割合は、前記ＰＥＥＫファイバー全体に対して、例えば５０重量％以上、好ましくは７０重量％以上、より好ましくは８０重量％以上、さらに好ましくは９０重量％以上であり、特にＰＥＥＫファイバーがＰＥＥＫのみからなることが好ましい。ＰＥＥＫ以外には、その他の熱可塑性樹脂や添加剤などを含むことができる。また、前記ＰＥＥＫファイバーは、原料として後述の高分子シートを用い、後述のＰＥＥＫファイバーの製造方法により得られることが好ましい。
【００２３】
前記強化用繊維におけるＰＥＥＫファイバーの割合は、前記強化用繊維全体に対して、例えば５０重量％以上、好ましくは７０重量％以上、より好ましくは８０重量％以上、さらに好ましくは９０重量％以上であり、特に強化用繊維がＰＥＥＫファイバーのみからなることが好ましい。ＰＥＥＫファイバー以外には、ガラス繊維、炭素繊維、ＰＥＥＫ以外のその他の熱可塑性樹脂からなるファイバーなどを含むことができる。
【００２４】
[不織布]
本発明の不織布は、前記ＰＥＥＫファイバーからなる強化用繊維から形成されたものであり、前記強化用繊維をシート状に集積させたものである。前記不織布は、前記強化用繊維以外の繊維（例えば、後述の繊維状のマトリックス樹脂）を含んでいてもよい。前記不織布の厚みは、例えば０．０１〜１０ｍｍ程度の範囲から選択できるが、好ましくは０．０５〜５ｍｍ、より好ましくは０．１〜３ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜１ｍｍである。前記不織布の目付は、例えば２〜１２０ｇ／ｍ2程度、好ましくは５〜７０ｇ／ｍ2、より好ましくは８〜３０ｇ／ｍ2である。前記不織布は、後述する不織布の製造方法において、シートの送り速度やレーザー強度、また、捕集部材の移動速度等を調整することにより、製造する不織布の繊維径、厚み、目付等の形状を制御することができる。
【００２５】
前記不織布における前記ＰＥＥＫファイバーの含有量は、不織布全体に対して、例えば５０重量％以上であり、好ましくは７０重量％以上であり、より好ましくは８０重量％以上であり、さらに好ましくは９０重量％以上である。ＰＥＥＫファイバー以外には、その他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、金属、セラミックなどを本願発明の効果を損なわない範囲で含むことができる。
【００２６】
［繊維強化樹脂］
本発明の繊維強化樹脂は、前記強化用繊維とマトリックス樹脂を含むものである。本発明の繊維強化樹脂は、前記強化用繊維からなる不織布とマトリックス樹脂を含むものでもよい。前記マトリックス樹脂としては、例えば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などが挙げられる。前記マトリックス樹脂は、１種のみを用いてもよく、２種以上を組合せて用いてもよい。本発明の繊維強化樹脂は、上記以外に硬化剤や硬化促進剤、添加剤などを含んでもよい。なお、本発明の繊維強化樹脂は、前記強化用繊維又は前記不織布とマトリックス樹脂を混合することにより製造することができる。
【００２７】
前記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ゴム変性ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）樹脂、アクリロニトリル−スチレン（ＡＳ）樹脂、ポリメチルメタクリレート樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂、酢酸セルロース樹脂、アイオノマー樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリ乳酸樹脂、ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリブチレンアジペート、ポリエチレンサクシネート、ポリヒドロキシブチレート、ポリグリコール酸、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリサルホン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリアリレート樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリケトン樹脂、液晶ポリエステル樹脂、フッ素樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂などが挙げられる。中でも、得られる成形品の軽量性の観点からはポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂が好ましく、強度の観点からはポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフタレート樹脂が好ましく、表面外観の観点からポリカーボネート樹脂のような非晶性樹脂が好ましく、耐熱性の観点からポリフェニレンスルフィド樹脂が好ましく用いられる。
【００２８】
前記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、アルキド樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ジアリル（テレ）フタレート樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、フラン樹脂、ケトン樹脂、キシレン樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂などが挙げられる。これらの熱硬化性樹脂の中でも、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂が好ましく、さらに耐熱性、力学特性および繊維との接着性のバランスに優れているエポキシ樹脂が好ましく用いられる。特に、アミン類、フェノール類、炭素−炭素二重結合を有する化合物を前駆体とするエポキシ樹脂が好ましく用いられる。具体的には、アミン類を前駆体とするグリシジルアミン型エポキシ樹脂として、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジル−ｐ−アミノフェノールおよびトリグリシジルアミノクレゾールの各種異性体が挙げられる。
【００２９】
前記マトリックス樹脂は、繊維状、粒状やペレット状などの固体でもよい。前記マトリックス樹脂が繊維状である場合の平均長は、例えば０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５ｍｍである。前記マトリックス樹脂が粒状である場合の平均粒子径（平均の直径）は、例えば０．１〜１０ｍｍ、好ましくは０．５〜５ｍｍである。また、前記マトリックス樹脂がペレット状である場合の平均の大きさは、例えば０．５〜５ｍｍ、好ましくは１〜３ｍｍである。
【００３０】
本発明の繊維強化樹脂は、前記マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である場合、前記強化用繊維と固体の熱可塑性樹脂が均一に分散したものであることが好ましい。前記繊維強化樹脂は、前記不織布に固体の熱可塑性樹脂を均一に分散したものでもよく、前記強化用繊維と固体（特に繊維状）の熱可塑性樹脂を均一に分散したものをシート状に集積させたものでもよい。前記繊維強化樹脂は、さらに加熱や加圧して成形したものでもよい。
【００３１】
本発明の繊維強化樹脂は、前記マトリックス樹脂が液体でもよい。前記マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合、ＰＥＥＫファイバーからなる強化用繊維から形成された不織布に液体の熱硬化性樹脂を含浸させたものであることが好ましい。液体の熱硬化性樹脂は、半硬化（セミキュア）状態であってもよい。前記繊維強化樹脂は、さらに含浸後に加熱や加圧しながらの成形や加熱や光硬化による硬化（完全硬化）をしたものでもよい。
【００３２】
本発明の繊維強化樹脂における前記強化用繊維の割合は、繊維強化樹脂全体に対して、例えば５〜９０重量％、好ましくは１０〜８０重量％、より好ましくは１５〜７５重量％である。また、前記強化用繊維の割合は、前記マトリックス樹脂１００重量部に対して、例えば５〜３００重量部、好ましくは１０〜２００重量部、より好ましくは２０〜１５０重量部である。
【００３３】
本発明の繊維強化樹脂における前記マトリックス樹脂の割合は、繊維強化樹脂全体に対して、例えば１０〜９５重量％、好ましくは２０〜９０重量％、より好ましくは２５〜８５重量％である。また、前記マトリックス樹脂の割合は、前記強化用繊維１００重量部に対して、例えば３０〜５００重量部、好ましくは４０〜３００重量部、より好ましくは５０〜２００重量部である。
【００３４】
[強化用繊維の製造方法]
本発明の強化用繊維は、特に制限されないが、下記のＰＥＥＫファイバーの製造方法で得られるＰＥＥＫファイバーを含む。また、前記不織布は、特に制限されないが、下記の不織布の製造方法で得られる不織布である。
【００３５】
（ＰＥＥＫファイバーの製造方法）
前記ＰＥＥＫファイバーは、特に制限されないが、レーザー溶融エレクトロスピニング法を用いて製造することができる。つまり、前記ＰＥＥＫファイバーは、例えばレーザー溶融エレクトロスピニングＰＥＥＫファイバーである。ＰＥＥＫファイバーの製造方法では、高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出される繊維を前記繊維捕集板方向に飛翔させ、前記繊維捕集板あるいは、前記帯状溶融部と前記繊維捕集板間に介在させた捕集部材上に捕集することにより、ＰＥＥＫファイバーを得る。
【００３６】
前記レーザー溶融エレクトロスピニング法について、図面を参照しながら説明する。図１は、ＰＥＥＫファイバーの製造方法の一例を模式的に示す概略図である。
【００３７】
前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法では、図１に示すように、レーザー発生源１から出射した断面がスポット状のレーザー光をビームエキスパンダー及びホモジナイザー２、コリーメンションレンズ３及びシリンドリカルレンズ群４からなる光路調整手段を介して断面が線状の帯状レーザー光５に変換した後、保持部材７に保持された高分子シート６の端部に照射して帯状溶融部６ａを形成するとともに、高電圧発生装置１０により電圧を印加し、帯状溶融部６ａと高分子シート６の下側に配設された繊維捕集板８との間に電位差を生じさせる。また、サーモグラフィー９により帯状溶融部６ａの温度を観測し、電圧や照射するレーザー光などの条件を最適化することができる。
【００３８】
図１に示した例では、高分子シート６を保持する保持部材７が電極としての機能を兼ねており、高電圧発生装置１０により、保持部材７に電圧が印加されると、高分子シート６の帯状レーザー光５の照射により形成される帯状溶融部６ａに電荷が付与されることとなる。繊維捕集板８は、表面電気抵抗値が金属と同等程度を有するものである。その形状は例えば、板状、ローラー状、ベルト状、ネット状、鋸状、波状、針状、線状などが挙げられる。
【００３９】
図２は、帯状溶融部６ａに形成されるテーラーコーンの模式図である。図２に示すように電荷が付与された帯状溶融部６ａには、その表面に電荷が集まり反発することによって、次第に複数の針状突出部（テーラーコーン）６ｂが形成され、電荷の反発力が表面張力を超えると、溶融した高分子シートは、テーラーコーン先端から静電引力により繊維捕集板８に向かって繊維として吐出され、即ち、針状突出部６ｂから繊維が形成され、繊維捕集板８方向に飛翔する。その結果、伸長した繊維は繊維捕集板８で捕集される。また、繊維捕集板８上に捕集部材を置くと、繊維は捕集部材上に捕集される。即ち、前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法では、繊維捕集板自体を繊維を捕集する部材としてもよく、繊維捕集板とは別に繊維捕集板上に捕集部材を載置してもよい。
【００４０】
図２に示す上記テーラーコーンの数（テーラーコーンの間隔）は、高分子シート６の厚みを適宜変更することにより調整することができる。なお、テーラーコーンが発達するとは、テーラーコーンの高さ（図２中、ｈ）が大きくなることを意味する。
【００４１】
上記テーラーコーンの数は、特に制限されないが、上記高分子シートの加熱溶融した部分の幅方向２ｃｍ当たり、好ましくは１〜１００個、より好ましくは１〜５０個、さらに好ましくは２〜１０個である。テーラーコーンの数が、幅方向２ｃｍ当たり１〜１００個であると、テーラーコーン同士の電気的な反発などによりファイバーの均整度が低下してしまうことがなく、適切な生産量を確保することができる。
【００４２】
前記レーザー発生源としては、例えばＹＡＧレーザー、炭酸ガス（ＣＯ2）レーザー、アルゴンレーザー、エキシマレーザー、ヘリウム−カドミウムレーザー等が挙げられる。これらのなかでは、電源効率が高く、ＰＥＥＫの溶融性が高い点から、炭酸ガスレーザーが好ましい。また、レーザー光の波長は、好ましくは２００ｎｍ〜２０μｍ、より好ましくは５００ｎｍ〜１８μｍ、さらに好ましくは５〜１５μｍである。
【００４３】
また、前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法において、帯状レーザー光を照射する場合、そのレーザー光の厚みは、好ましくは０．５〜１０ｍｍである。レーザー光の厚みが０．５ｍｍ未満では、テーラーコーンの形成が困難となる場合があり、１０ｍｍを超えると、溶融滞留時間が長くなり、材料の劣化を起こす場合がある。
【００４４】
また、上記レーザー光の出力は、前記帯状溶融部の温度が高分子シートの融点以上であり、かつ、高分子シートの発火点以下の温度となる範囲に制御すればよいが、吐出させるＰＥＥＫファイバーの直径を小さくする観点からは高い方が好ましい。具体的なレーザー光の出力は、用いる高分子シートの物性値（融点、ＬＯＩ値（限界酸素指数））や形状、高分子シートの送り速度等に応じて適宜選択できるが、好ましくは５〜１００Ｗ／１３ｃｍ程度、より好ましくは２０〜６０Ｗ／１３ｃｍ、さらに好ましくは３０〜５０Ｗ／１３ｃｍである。上記レーザー光の出力は、レーザー発生源から出射したスポットビームの出力である。
【００４５】
また、前記帯状溶融部の温度は、ＰＥＥＫの融点（３３４℃）以上で、発火点以下の温度であれば特に限定されないが、通常３５０〜６００℃程度、好ましくは３８０〜５００℃である。
【００４６】
図１に示した前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法では、レーザー光は一方向のみから高分子シートの帯状溶融部（端部）に照射しているが、例えば反射ミラーを介してレーザー光を２方向から高分子シートの帯状溶融部（端部）に照射してもよい。高分子シートの厚みが厚くても、その端部をより均一に溶融させることができるからである。
【００４７】
前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法において、上記高分子シートの端部と上記捕集部材との間に発生させる電位差は放電しない範囲で高電圧であるのが好ましく、要求される繊維径（直径）、電極と捕集部材との距離、レーザー光の照射量等に応じて適宜選択できるが、通常０．１〜３０ｋＶ／ｃｍ程度、好ましくは０．５〜２０ｋＶ／ｃｍ、より好ましくは１〜１０ｋＶ／ｃｍである。
【００４８】
高分子シートの溶融部に電圧を印加する方法は、レーザー光の照射部（高分子シートの帯状溶融部）と電荷を付与するための電極部とを一致させる直接印加方法であってもよいが、簡便に装置を作製できる点、レーザー光を有効に熱エネルギーに変換できる点、レーザー光の反射方向を容易に制御でき、安全性が高い点等から、レーザー光の照射部と電荷を付与するための電極部とを別個の位置に設ける間接印加方法（特に、高分子シートの送り方向における下流側にレーザー光の照射部を設ける方法）が好ましい。特に、上記製造方法では、電極部よりも下流側で高分子シートに帯状レーザー光を照射するとともに、電極部とレーザー光照射部との距離（例えば、電極部の下端と、帯状レーザー光の上側外縁との距離）を特定の範囲（例えば、１０ｍｍ以下程度）に調整するのが好ましい。この距離は、高分子シートの導電率、熱伝導率、ガラス転移点、レーザー光の照射量等に応じて選択でき、好ましくは０．５〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜８ｍｍ、さらに好ましくは１．５〜７ｍｍ、特に好ましくは２〜５ｍｍ程度である。両者の距離がこの範囲にあると、レーザー光照射部での樹脂の分子運動性が高まり、溶融状態の樹脂に充分な電荷を付与できるため、生産性を向上できる。
【００４９】
前記高分子シートの端部（テーラーコーンの先端部）と前記捕集部材との距離は特に限定されず、通常５ｍｍ以上であればよいが、効率良く直径の小さいファイバーを製造するためには、好ましくは１０〜３００ｍｍ、より好ましくは１５〜２００ｍｍ、さらに好ましくは５０〜１５０ｍｍ、特に好ましくは８０〜１２０ｍｍである。
【００５０】
前記高分子シートを連続的に送り出す場合の送り速度は、好ましくは２〜２０ｍｍ／ｍｉｎ、より好ましくは３〜１５ｍｍ／ｍｉｎ、さらに好ましくは４〜１０ｍｍ／ｍｉｎである。速度を速くすれば生産性が高まるが、速すぎるとレーザー光照射部での高分子シートが充分溶融しないのでファイバーを製造しにくい。一方、速度が遅いと高分子シートが分解したり、生産性が低くなる。
【００５１】
前記高分子シートは、好ましくは結晶化度が２５％以下、より好ましくは２０％以下、さらに好ましくは１５％以下である。上記結晶化度が２５％以下であると、結晶化度の低いＰＥＥＫファイバーを得ることができる。高分子シートの結晶化度は、ＰＥＥＫファイバーの結晶化度と同じ方法により求めることができる。
【００５２】
前記高分子シートは、繊維径の小さいファイバーを得やすい点から、溶融粘度が低いことが好ましく、４００℃で測定したシェアレート（せん断速度）１２１．６（１／ｓ）の時の溶融粘度が、好ましくは８００Ｐａ・ｓ以下（５０〜８００Ｐａ・ｓ）、より好ましくは６００Ｐａ・ｓ以下、さらに好ましくは４００Ｐａ・ｓ以下である。上記溶融粘度は、キャピラリーレオメーター（商品名「キャピログラフ  １Ｄ」、（株）東洋精機製作所製）により実施例に記載の方法で求めることができる。なお、シェアレート（せん断速度）もキャピラリーレオメーターを用いて測定することができる。
【００５３】
前記高分子シートは、例えば、チップ状のＰＥＥＫをＴダイ押出成形機などで加熱溶融し、シート状にすることにより製造することができる。チップ状のＰＥＥＫとしては、市販品を用いることができ、商品名「ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ  １０００Ｇ」（ダイセル・エボニック（株）製）などを好適に用いることができる。なお、Ｔダイ押出成形機の加熱温度は、ＰＥＥＫの融点以上であればよく、例えば３５０〜４００℃である。
【００５４】
前記高分子シートは、ファイバーに用いられる各種の添加剤、例えば、赤外線吸収剤、安定剤（酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等）、難燃剤、帯電防止剤、着色剤、充填剤、滑剤、抗菌剤、防虫・防ダニ剤、防カビ剤、つや消し剤、蓄熱剤、香料、蛍光増白剤、湿潤剤、可塑剤、増粘剤、分散剤、発泡剤、界面活性剤等を含有してもよい。これらの添加剤は、１種のみを用いてもよく、２種以上組み合わせて配合してもよい。
【００５５】
これらの添加剤のなかでは、界面活性剤を用いることが好ましい。高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、高分子シートは電気絶縁性が高く、電気抵抗の低くなる熱溶融部までに電荷を注入しにくい。しかし、界面活性剤を用いると、電気絶縁性の大きい高分子シートの表面の電気抵抗が低下し、熱溶融部まで十分に電荷を注入できる。また、界面活性剤などの付与は、高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、シートが複数成分で構成されている場合の相分離に有効である。
【００５６】
これらの添加剤は、それぞれ、高分子シートを構成する樹脂１００重量部に対して、５０重量部以下の割合で使用でき、好ましくは０．０１〜３０重量部、より好ましくは０．１〜５重量部の割合である。
【００５７】
前記高分子シートの厚みは、好ましくは０．０１〜１０ｍｍ、より好ましくは０．０５〜５．０ｍｍである。厚みが上記範囲であると、ＰＥＥＫファイバーの製造がしやすい。
【００５８】
また、前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法において、前記高分子シートの端部と前記捕集部材との間の空間は、不活性ガス雰囲気であってもよい。この空間を不活性ガス雰囲気とすることにより、繊維の発火を抑制できるため、レーザー光の出力を高めることができる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、炭酸ガス等が挙げられる。これらのうち、通常、窒素ガスを使用する。また、上記不活性ガスの使用により、帯状溶融部における酸化反応を抑制することができる。
【００５９】
また、上記空間は加熱してもよい。加熱することにより得られるファイバーの直径を小さくすることができる。即ち、空間の空気又は不活性ガスを加熱することにより、形成されつつある繊維の急激な温度低下を抑制することができ、これにより、繊維の伸長又は延伸を促進し、より極細な繊維が得られるのである。加熱方法としては、例えば、ヒーター（ハロゲンヒーター等）を用いた方法や、レーザー光を照射する方法等が挙げられる。加熱温度は、例えば、５０℃以上の温度から樹脂の発火点未満までの温度範囲から選択できるが、紡糸性の点から、ＰＥＥＫの融点未満の温度が好ましい。
【００６０】
（不織布の製造方法）
次に、ＰＥＥＫファイバーから形成された不織布を製造する方法の一例について説明する。以下のＰＥＥＫファイバーから形成された不織布の製造方法では、上述のＰＥＥＫファイバーの製造方法において、繊維捕集板方向に飛翔させた繊維の捕集位置を経時的に移動させつつ、前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法を連続的に行い、これらを布状に集積させて不織布を得る。以下に示す方法により、ＰＥＥＫファイバーから形成された不織布を製造してもよく、前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法で得られたＰＥＥＫファイバーを他の方法で不織布としてもよい。
【００６１】
ここで、繊維捕集板方向に飛翔させた繊維の捕集位置を経時的に移動させる方法としては、例えば（１）捕集部材（繊維捕集板自体が捕集部材として機能する場合は繊維捕集板）を移動させる方法、（２）高分子シートの保持位置を移動させる方法、（３）テーラーコーンから捕集部材に向かって、飛翔中の繊維に力学的、磁力的又は電気的な力を作用させる方法、例えば、飛翔中の繊維にエアーを吹き付ける方法、（４）上記（１）〜（３）の方法を選択的に組み合わせる方法等を用いることができる。
【００６２】
これらのなかでは、装置の構成の簡略化が容易で、製造する不織布の形状（厚みや目付等）を制御しやすい点で、上記（１）の方法、即ち、捕集部材を移動させる方法が望ましい。以下、上記（１）の方法を用いる場合を例に、ＰＥＥＫファイバーから形成された不織布の製造方法について詳述する。
【００６３】
上記（１）の方法を用いたＰＥＥＫファイバーから形成された不織布の製造方法では、図１に示したＰＥＥＫファイバーの製造方法において、繊維捕集板８上に捕集部材を載置しておき、この捕集部材を高分子シート６の幅方法に垂直な方向（図中、右方向又は左方向）に移動させつつ、前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法を連続的に行う。ここで、捕集部材の移動速度は、一定であってもよいし、経時的に変化してもよく、さらには、移動と停止とを繰り返してもよい。なお、前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法を連続的に行うには、既に説明したように、ファイバーの製造工程の進行に伴って、高分子シート６を繊維捕集板８側（捕集部材側）に連続的に送り出せばよい。なお、高分子シートを連続的に送り出す速度（送り速度）は、前記ＰＥＥＫファイバーの製造方法で記載した通りである。
【００６４】
また、繊維捕集板８上の捕集部材の移動速度は特に限定されず、製造する繊維シートの目付等を考慮して適宜決定すればよいが、通常１０〜２０００ｍｍ／ｍｉｎ程度である。例えば、目付１０００ｇ／ｍ2の高分子シートの送り速度が０．５ｍｍ／ｍｉｎである場合、捕集部材の移動速度を１０００ｍｍ／ｍｉｎ程度に設定することにより、目付０．５ｇ／ｍ2程度の不織布を連続的に製造することができる。
【００６５】
図３は、上述の図１に示すＰＥＥＫファイバーの製造方法を含む、不織布製造装置の一例を模式的に示す断面図である。図３に示す装置（不織布製造装置）は、レーザー発生源１１と、光路調整部材１２と、高分子シート６を連続的に送り出せる高分子シート送り装置１３と、高分子シート６を保持する保持部材１６、高分子シート６に電荷を付与する電極１７、繊維を捕集するための捕集部材２２、電極１７と高分子シート６の帯状溶融部（端部）６ａ及び捕集部材２２を介して対向配置された繊維捕集板１４、及び、加熱装置１５が配設された筐体２３と、電極１７、繊維捕集板１４のそれぞれに電圧を印加する高電圧発生装置２０ａ、２０ｂと、捕集部材２２を移動させるためのプーリー２１を備えている。なお、上記光路調整部材１２は、上述のように光学部品の集合体であり、図１に示すビームエキスパンダー及びホモジナイザー２、コリーメンションレンズ３、及びシリンドリカルレンズ群４などから構成されている。
【００６６】
図３において、レーザー発生源１１から出射し、光路調整部材１２を介した帯状レーザー光５は、筐体２３内に導入され、高分子シート６の帯状溶融部（端部）６ａに照射される。筐体２３の上部には、モータとモータの回転運動を直線運動に変換する機構とを備えた高分子シート送り装置１３が取り付けられており、高分子シート６は、この高分子シート送り装置１３に取り付けられ、連続的に筐体２３内へ送り出されることとなる。一方、高分子シート６の下部は、電極１７が取り付けられた保持部材１６により保持されている。高分子シート６と電極１７とは常に接触しているため、電極１７に電圧が印加されると、高分子シート６に電荷が付与されることとなる。
【００６７】
電極１７と対をなす電極として機能する繊維捕集板１４は、高分子シート６の帯状溶融部（端部）６ａ及び捕集部材２２を介して対向する位置に配設されている。そのため、電極１７及び繊維捕集板１４に電圧が印加された場合には、高分子シート６の帯状溶融部（端部）６ａと捕集部材２２との間には電位差が生じることとなる。電極１７、繊維捕集板１４への電圧の印加は、それぞれに接続された高電圧発生装置２０ａ、２０ｂにより行われる。なお、この不織布製造装置では、電極１７が正電極であり、繊維捕集板１４が負電極であるが、逆の場合でもよい。捕集部材２２は、プーリー２１とコンベアベルトとからなるベルトコンベアであり、コンベアベルト自体が、捕集部材２２に相当する。そのため、プーリー２１の駆動に伴って、捕集部材２２（コンベアベルト）は所定の方向（例えば、図中、右方向）に移動する。
【００６８】
図３に示す不織布製造装置は、加熱装置１５を備えており、高分子シート６の帯状溶融部（端部）６ａから捕集部材２２に向かって吐出され、伸長した繊維を加熱することができる。また、筐体２３内には、レーザー光吸収板１９及び熱吸収板１８が備えられている。
【００６９】
図３に示す不織布製造装置では、電極１７及び繊維捕集板１４の両方に電圧を印加した状態で、高分子シート送り装置１３及び保持部材１６により高分子シート６を送りつつ、高分子シート６の帯状溶融部（端部）６ａに帯状レーザー光５を照射することにより、既に説明したように、高分子シート６の帯状溶融部（端部）６ａにテーラーコーンが形成され、このテーラーコーンより繊維が吐出され、繊維捕集板１４に飛翔し、その結果、伸長した繊維が捕集部材２２で捕集されることとなる。そして、高分子シート６を連続的に送りつつ（連続的に繊維を吐出させつつ）、捕集部材２２を移動させることにより、捕集部材２２上に不織布を製造することができるのである。
【００７０】
図３に示す不織布製造装置において、捕集部材２２はシート状の部材である。この装置において、捕集部材２２はシート状であれば特に限定されないが、紙、フィルム、各種織物、不織布、メッシュ等である。また、捕集部材が、金属あるいは表面電気抵抗値が金属と同等程度を有するシートあるいはベルトであってもよい。
【００７１】
図３に示す不織布製造装置において、電極１７、繊維捕集板１４の材料は、導電性材料（通常、金属成分）であればよく、例えば、クロム等の第６族元素、白金等の第１０族元素、銅や銀等の第１１族元素、亜鉛等の第１２族元素、アルミニウム等の第１３族元素等の金属単体や合金（アルミニウム合金やステンレス合金等）、又はこれらの金属を含む化合物（酸化銀、酸化アルミニウム等の金属酸化物等）等が挙げられる。これらの金属成分は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの金属成分のうち、銅、銀、アルミニウム、ステンレス合金等が特に好ましい。繊維捕集板１４の形状は特に限定されないが、板状、ローラー状、ベルト状、ネット状、鋸状、波状、針状、線状などが挙げられる。これらの形状のうち板状、ローラー状が特に好ましい。レーザー光吸収板１９としては、例えば、黒体を塗装した金属や多孔質セラミック等が挙げられる。熱吸収板１８としては、例えば、黒色のセラミック等が挙げられる。このような装置を用いることにより、前記不織布を効率よく製造することができる。
【００７２】
前記不織布は、上記製造方法以外に、例えば金型等を用いて圧縮成形する工程（プレス工程）等を経て製造されたものでもよい。また、前記不織布は、ＰＥＥＫファイバーからなる不織布もしくはそれ以外の不織布を複数枚重ねて、圧縮成形（プレス）して一体化されたものでもよい。
【実施例】
【００７３】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００７４】
実施例１
（高分子シートの作製）
ＰＥＥＫ［ダイセル・エボニック社製、商品名「ＶＥＳＴＡＫＥＥＰ  １０００Ｇ」］のチップ状試料をラボプラストミルＴダイ押出成形装置（（株）東洋精機製作所製）にて、ダイス幅１５０ｍｍ、リップ幅０．４ｍｍのＴダイを用いて、押出温度３４５〜３６０℃でシート状に押出し、引き取りロール温度１４０℃、巻き取り速度１．０〜２．０ｍ／ｍｉｎで巻き取って、厚さ０．１ｍｍの高分子シートを作製した。
作製した高分子シートの以下の方法で測定した溶融粘度（４００℃）は、１５１Ｐａ・ｓであり、高分子シートの結晶化度は、１２．７％であった。高分子シートの結晶化度は、以下の不織布を形成するＰＥＥＫファイバーの結晶化度と同じ方法で求めた。
【００７５】
（高分子シートの溶融粘度（４００℃）の測定方法）
高分子シートの４００℃で測定したシェアレート（せん断速度）１２１．６（１／ｓ）の時の溶融粘度は、キャピラリーレオメーター（商品名「キャピログラフ  １Ｄ」、（株）東洋精機製作所製）にて、キャピラリー径１ｍｍ、長さ１０ｍｍの冶具を用いて測定した。
【００７６】
次に、上記の方法で作製した高分子シートを用いて、以下の方法によりＰＥＥＫファイバーから形成された不織布を製造した。
【００７７】
（ＰＥＥＫファイバーから形成された不織布の製造）
図３に概要を示す不織布製造装置により、ＰＥＥＫファイバーから形成された不織布を製造した。
図３に示した装置のレーザー発生源１１として、ＣＯ2レーザー（ユニバーサルレーザーシステムズ社製、波長１０．６μｍ、出力４５Ｗ、空冷型、ビーム径φ４ｍｍ）を使用した。図３に示した装置の光路調整部材１２として、倍率２．５倍のビームエキスパンダーと、ホモジナイザー（入射ビーム径φ１２ｍｍ（設計値）、出射ビーム径φ１２ｍｍ（設計値））と、コリーメンションレンズ（入射ビーム径φ１２ｍｍ（設計値）、出射ビーム径φ１２ｍｍ（設計値））と、シリンドリカルレンズ（平凹レンズ、ｆ−３０ｍｍ）及びシリンドリカルレンズ（平凸レンズ、ｆ−３００ｍｍ）とをこの順で所定の位置に配置したものを使用した。これらの光路調整部材を介することにより、スポット状のレーザー光を幅約１５０ｍｍ、厚さ約１．４ｍｍの帯状レーザー光５に変換して高分子シート６の帯状溶融部（端部）６ａに照射した。このときのレーザー光の出力は６１Ｗ／１３ｃｍ、高分子シートの送り速度は、６ｍｍ／ｍｉｎであり、電極１７と繊維捕集板１４の間の電位差は、６ｋＶ／ｃｍであった。
これにより、平均繊維径（直径）が０．７μｍであるＰＥＥＫファイバーから形成される不織布が得られた。不織布を形成するＰＥＥＫファイバーの以下の測定方法での結晶化度は２４．０％であった。
【００７８】
実施例２
（不織布の製造）
上記実施例１のＰＥＥＫファイバーから形成された不織布で得られた不織布を金型（幅１０ｍｍ、長さ３０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）に成形後の厚みが４０μｍとなるように束ねて挿入し、型閉じ後、１２０℃で３０秒間加熱し、０．５ＭＰａでプレス（圧縮成形）することにより不織布を得た。この不織布の平均気孔径は１００μｍであり、気孔率は７０％であった。
【００７９】
実施例３
（繊維強化樹脂の製造）
実施例２で得られた不織布に対し、以下の方法に従って不織布の空孔にエポキシ樹脂を充填した。上記不織布を、寺岡製作所製フィルムマスキングテープNo.603(#25)に貼り付けて固定した。不織布を貼り付けたフィルムマスキングテープを、ＫＰＩ社製ホットプレート（商品名「MODEL HP-19U300」）の天板上にポリイミドテープで固定して６０℃に昇温した。ハンツマン・アドバンスト・マテリアルズ社製エポキシ樹脂（商品名「アラルダイト２０２０」、２液性エポキシ樹脂）のＡ液／Ｂ液を重量比で１００／３０で混合して得た硬化性樹脂（未硬化のエポキシ樹脂）を不織布表面に載せた。硬化性樹脂をフッ素樹脂製のヘラで全体的に広げ、不織布の空孔部に未硬化のエポキシ樹脂を完全に充填した。余分のエポキシ樹脂はヘラと紙ウエスで除去した後、そのまま６０℃で１．５時間加熱を続けてエポキシ樹脂を硬化させ、不織布の空孔に樹脂が充填された繊維強化樹脂を製造した。
【００８０】
（不織布を形成するＰＥＥＫファイバーの結晶化度の測定方法）
不織布を形成するＰＥＥＫファイバーの結晶化度は、ＤＳＣ測定から求めた熱量から算出した。
ＤＳＣ測定は、示差走査熱量計（ＤＳＣ−Ｑ２０００／ＴＡ社製）を用い、基準材料はアルミナを用い、窒素雰囲気下、温度範囲は０〜４２０℃、昇温速度２０℃／ｍｉｎの条件で行った。
ＤＳＣ測定で求めた熱量から、以下の式を用いて結晶化度を求めた。
結晶化度（％）＝｛（試料の融解熱［Ｊ／ｇ］）−（試料の再結晶化熱［Ｊ／ｇ］）｝／完全結晶の融解熱（１３０［Ｊ／ｇ］）×１００
【符号の説明】
【００８１】
１    レーザー発生源
２    ビームエキスパンダー及びホモジナイザー
３    コリーメンションレンズ
４    シリンドリカルレンズ群
５    帯状レーザー光
６    高分子シート
６ａ    帯状溶融部
６ｂ    針状突出部
７    保持部材
８    繊維捕集板
９    サーモグラフィー
１０    高電圧発生装置
１１    レーザー発生源
１２    光路調整部材
１３    高分子シート送り装置
１４    繊維捕集板
１５    加熱装置
１６    保持部材
１７    電極
１８    熱吸収板
１９    レーザー光吸収板
２０ａ    高電圧発生装置
２０ｂ    高電圧発生装置
２１    プーリー
２２    捕集部材
２３    筐体
ｈ      テーラーコーンの高さ
ｗ      幅方向
【図１】
2018104828.tif 000003
【図２】
2018104828.tif 000004
【図３】
2018104828.tif 000005