(57)【要約】【課題】ロッドの糸乱れによる凹凸が少なく、かつ従来と同等もしくはそれ以上の強度を有し、径の細い、収束性が改善されたアラミド繊維ロッドを提供する。【解決手段】アラミド繊維束からなる繊維構造体をバインダーで固化したアラミド繊維ロッドであって、アラミド繊維束が、交絡度８個／ｍ以上の交絡処理をされたアラミド繊維の束であり、ロッド表面の糸乱れによるロッド外周より飛び出した高さ２ｍｍ以上の凸部の個数が１０個／ｍ以下である、収束性が改善されたアラミド繊維ロッドである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アラミド繊維束からなる繊維構造体をバインダーで固化したアラミド繊維ロッドであって、アラミド繊維束が、交絡度８個／ｍ以上の交絡処理をされたアラミド繊維の束であることを特徴とする、収束性が改善されたアラミド繊維ロッド。
【請求項２】
繊維構造体が組紐である請求項１に記載のアラミド繊維ロッド。
【請求項３】
バインダーがエポキシ樹脂である請求項１または２に記載のアラミド繊維ロッド。
【請求項４】
ロッド表面の糸乱れによるロッド外周より飛び出した高さ２ｍｍ以上の凸部の個数が、１０個／ｍ以下である請求項１〜３のいずれかに記載のアラミド繊維ロッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アラミド繊維製のロッド（以下「アラミド繊維ロッド」という。）に関し、詳細には、交絡処理をされたアラミド繊維束からなる繊維集合体をバインダーで固化した、収束性が改善されたアラミド繊維ロッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
全芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）、全芳香族ポリエステル繊維、ヘテロ環芳香族繊維等の有機繊維や、炭素繊維等の無機繊維を組紐状に編んだ集合体に、バインダーとしてエポキシ樹脂等の有機系バインダー液を含浸させて固化したロッドは、電磁波透過性が改善された低磁性低電導の建築資材として知られている（特許文献１〜５を参照）。これらのロッドの中でもアラミド繊維ロッドは、引っ張り耐力が高く、また曲げ部での耐力低下が比較的少ないので、湾曲させる部位には特に好ましいものである。
【０００３】
特許文献１に記載されたアラミド繊維ロッドは、例えば、アラミド繊維を複数本合糸した繊維の束を用いて組紐を作製し、得られた組紐を、緩み用ロール間に走行させて組紐に緩みを入れた後、樹脂温度３０〜４０℃のエポキシ樹脂が満たされた樹脂含浸槽に挿入し、樹脂を含浸させた後、組紐表面の余剰エポキシ樹脂を、余剰樹脂拭い取り用スクイズで拭い取り、エポキシ樹脂含浸組紐を引取用キャタピラーと張力調整用キャタピラーとの間を走行させて、樹脂を硬化させることで作製される。
【０００４】
このようにして得られたアラミド繊維ロッドは、鉄筋と同等の強度を持ちながら、低磁性低電導であるため、スーパーコンピューターを設置する建物、超高層ビル、浮き橋、線路の橋桁、海上構造物等の建物の建築資材として用いると、耐腐食性、雷電流、漏洩電流、誘導電流、渦電流およびこれらに起因する迷走電流が流れることによる電気・電子機器の誤作動または損傷を防止できるだけでなく、電食がおきないので、建築資材としての有用性が高いことが知られている。
【０００５】
しかしながら、従来のアラミド繊維ロッドは、無撚りアラミド繊維束で組紐を作製し、得られた組紐を絞りながら、粘度の高いエポキシ樹脂液中に浸漬しているため、エポキシ樹脂を含浸させる過程で糸の乱れが発生してしまい、乱れたまま固化した糸乱れ部がロッド表面の凹凸となることで、アラミド繊維ロッドの直径が規格上限を外れてしまい、該糸乱れ部の凸部をカッター刃で補修する必要がある等の問題点があった。また、補修時に作業者の手を傷つける懸念があるため、作業効率の観点からも、強度を保持したままで、より径の均一なロッドが求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−０７４１４６号公報
【特許文献２】特開２００４−３２４２３４号公報
【特許文献３】特開２００２−３２６２８５号公報
【特許文献４】特開２００４−０９２１２０号公報
【特許文献５】特開２００５−０５４５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ロッドの糸乱れによる凹凸が少なく、かつ従来と同等もしくはそれ以上の強度を有し、径の均一な、収束性が改善されたアラミド繊維ロッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意検討を行った結果、交絡処理されたアラミド繊維束からなる繊維構造体を作製し、さらにはアラミド繊維束の撚り数、糸本数を適正化することで、強度を保持したままでロッド径を均一化できるとの知見を得て、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明は、アラミド繊維束からなる繊維構造体をバインダーで固化したアラミド繊維ロッドであって、アラミド繊維束が、交絡度８個／ｍ以上の交絡処理をされたアラミド繊維の束であることを特徴とする、収束性が改善されたアラミド繊維ロッドを提供する。
ここで、上記の交絡度は、ＪＩＳ  Ｌ  １０１３：２０１０  化学繊維フィラメント糸試験方法  ８．１５交絡度（フックドロップ方式）より求められる。即ち、垂直に垂らした試料の下方の位置に試料のテックス数に定数を乗じた荷重のおもりをつり下げ、次いで、試料の上部つかみから１ｃｍ下部の点に糸束を２分割するようにフックを挿入し、フックの他端に試料のテックス数をフィラメント数で除した値に定数を乗じた荷重のおもりを取り付け、約２ｃｍ／ｓの速度でフックを下降させ、フックが糸の絡みによって停止した点までのフックの下降距離（Ｌ）を求め、交絡度（Ｉ）＝1000／Ｌ  によって算出される値である。したがって、フックの下降距離が小さいほど試料の交絡度が大きいことになる。
【００１０】
本発明において、繊維構造体は組紐であることが好ましく、組紐を用いることで、所望の強度を有し、ロッドの糸乱れが少ない径の均一なロッドを得ることができる。
また、アラミド繊維束からなる繊維構造体を固化するバインダーは、アラミド繊維との接着性に優れている材料が好ましい。中でもエポキシ樹脂は、電気絶縁性等の電気的諸特性、機械的特性、耐湿性を有するため電気・電子部品用途に広く用いることが可能であり、また耐食性に優れていて硬化の際に外的環境の影響を受け難いため土木建築用途に広く用いることが可能であり、さらには引き抜き成形法等によりパイプ、タンク等の複合材料用途にも適用できる等、幅広い分野で使用できる好ましい材料である。
また本発明において、アラミド繊維ロッドのロッド表面の糸乱れによるロッド外周より飛び出した高さ２ｍｍ以上の凸部の個数は、１０個／ｍ以下であることが好ましく、これにより規格に合うアラミド繊維ロッドを作製する際の作業効率が格段に向上する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のアラミド繊維ロッドは、ロッドの糸乱れによる凹凸が少ないためバインダーで固化する際の作業性に優れるうえ、従来と同等もしくはそれ以上の強度を保持した径の均一なロッドであるため、様々な用途に用いる際に補修作業が要らないので、作業上の安全性が確保できるだけでなく作業効率も優れている。
また、磁性のみならず、電導性が極めて低く、漏洩電流、誘導電流、過電流およびこれらに起因する迷走電流が流れることによる電気・電子機器の誤動作または損傷を防止できるので、様々な用途において、鉄筋の代替となる筋材として、ＰＣ鋼線代替物として例えば緊張材、ワイヤー、ロッド等として、好適に使用することができる。さらに、電食がおきないので、アラミド繊維ロッドを使用した製品の安全性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】アラミド繊維ロッドの糸乱れによる凸部の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明に係る収束性が改善されたアラミド繊維ロッドは、交絡度８個／ｍ以上の交絡処理をされたアラミド繊維束からなる繊維構造体をバインダーで固化したロッドであり、アラミド繊維原糸に交絡処理を施し、交絡処理されたアラミド繊維を合糸してアラミド繊維束を形成し、得られたアラミド繊維束を複数本集めた繊維構造体を、バインダーで固化したものである。
【００１４】
アラミド繊維としては、メタ系アラミド繊維とパラ系アラミド繊維に大別できる。メタ系アラミド繊維として、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維（デュポン社製、商品名「ノーメックス」）が挙げられ、パラ系アラミド繊維として、例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（東レ・デュポン株式会社製、商品名「ケブラー」）およびコポリパラフェニレン−３，４'−ジフェニルエーテルテレフタルアミド繊維（帝人テクノプロダクツ株式会社製、商品名「テクノーラ」）が挙げられる。これらの繊維はそれぞれ単独で用いても良いし、２種以上を組み合わせて用いても良い。これらのアラミド繊維の中でも、引張強さの点においてパラ系アラミド繊維が好ましく、特に組紐を構成するためのカシメ強さを有している点でポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維が好ましい。
【００１５】
バインダーとしては、例えば、エポキシ系、ポリエステル系、ビニルエステル系、フェノール系、ポリイミド系の常温あるいは加熱硬化型の樹脂、或いは、例えばポリエチレン樹脂、ポロプロピレン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂等の熱可塑性の樹脂等の有機系バインダーが用いられる。また、例えば、アルカリ金属珪酸塩系、コロイダルシリカ系、リン酸塩系、セメント系等の常温あるいは加熱硬化型の無機系バインダー等を用いることもできる。これらのバインダーの中でも、アラミド繊維との接着性に優れている点で有機系バインダーが好ましく、特に好ましいのはエポキシ樹脂である。エポキシ樹脂は上述したように、電気絶縁性等の電気的諸特性、機械的特性、耐湿性を有しており、液状で、硬化の際に外的環境の影響を受け難く、成形が容易であるため、アラミド繊維ロッドを建築資材用途、電気・電子部品用途、複合材料用途等に幅広く用いることができるからである。
【００１６】
本発明において、交絡処理されたアラミド繊維の交絡度を８個／ｍ以上にするのは、交絡度８個／ｍ未満では、アラミド繊維間の絡みが少ないため糸の収束性が低下し、組紐等に加工した後の張力が掛かっていない時に、曲げ・折れ等の影響を受けて糸条が乱れてしまい、その結果、バインダーで固化したアラミド繊維ロッドの表面に凹凸が生じてしまうからである。交絡度に上限はなく、アラミド繊維ロッドの収束性に影響を及ぼさない程度であればよい。
【００１７】
また、アラミド繊維の太さ（繊度）は、上記の交絡度を有していれば特に限定されるものではない。好ましくは、１００〜９，０００ｄｔｅｘである。
【００１８】
交絡処理が施されたアラミド繊維は、アラミド繊維原糸に流体ジェットにより交絡処理を施すことで得られる、タスラン加工糸あるいはインターレース加工糸等を挙げることができる。中でもエアー交絡処理が施されたエアー交絡糸は、アラミド繊維の単繊維同士が絡み合うので、繊維集合体に張力が掛かっていない状態の時に曲げ・折れが発生しても糸条が乱れ難いので、好ましい。特に生産性に優れている点でインターレース加工糸が好ましい。エアー交絡処理には、市販のエアー加工機やインターレース加工装置等を用いることができる。
【００１９】
上記の交絡処理が施されたアラミド繊維は、複数本が合糸されて、アラミド繊維束が形成される。アラミド繊維束を構成する糸の本数は、２０〜５０本とすることが好ましい。２０本以上にすれば実用レベルの強度を有するロッドを作製することができ、５０本以下であればロッド表面の糸乱れによるロッド外周より飛び出した高さ２ｍｍ以上の凸部の個数が１０個／ｍを超えない、収束性の良いアラミド繊維ロッドを得ることができる。
アラミド繊維束は、無撚りでも良いが、適度な撚りが掛けられていると、組紐にした場合、張力が掛かっていない状態の時に曲げ・折れが発生しても、糸条が乱れ難くなる。アラミド繊維束の撚り数（ｔ／ｍ）は、４〜２０の範囲が好ましく、６〜１５の範囲が特に好ましい。撚り数を４以上にすることで、アラミド繊維束の収束性を向上させることができ、組紐加工等をした際に糸の乱れが発生し、乱れたまま固化した糸乱れ部が凹凸になるのを防止できる。また、撚り数を２０以下にすることで、アラミド繊維ロッドに適度な伸度を付与することができる。
【００２０】
前記のアラミド繊維束が複数本集められることで、繊維構造体が形成される。アラミド繊維束の本数は、アラミド繊維ロッドの直径や引張強力、アラミド繊維の繊度、成形方法等に応じて、適切な本数に合せるのが良い。
【００２１】
本発明に係るアラミド繊維ロッドは、目的とするロッドの形状によって様々な成形方法を採用することができ、繊維集合体をバインダーで固化することで得ることができる。
例えば、組紐状ロッドは、適度な撚りを掛けたアラミド繊維束を、組紐に製紐して繊維構造体と成し、該繊維構造体にバインダーを含浸させて成形、硬化させることにより製造される。
例えば、丸形ロッドや矩形ロッドは、適度な撚りを掛けたアラミド繊維束を、一方向に複数本引き揃えて繊維構造体と成し、該繊維構造体にバインダーを含浸し、加熱金型で賦形、硬化した後、引き出す方法（引き抜き成形法）、あるいは、前記の繊維構造体をバインダーで固める方法等により製造される。
例えば、撚り線状ロッドは、アラミド繊維束を集め、適度な撚りを掛けて繊維構造体と成し、該繊維構造体にバインダーを含浸させて成形、硬化させることにより製造される。
例えば、格子状ロッドは、適度な撚りを掛けたアラミド繊維束を一方向に複数本引き揃えて繊維構造体と成し、該繊維構造体にバインダーを含浸させながら、格子に一体成形させる方法により製造される。
【００２２】
上記の繊維構造体の形態の中でも、ロッドの強度が高く、ロッドの糸乱れが少なく安定的に径の細いロッドを得ることができる点で、撚り数（ｔ／ｍ）４〜２０の範囲の適度な撚りが掛けられたアラミド繊維束からなる組紐の形態が特に好ましい。製紐方法としては、公知の手段を用いても構わないが、通常は組紐機（製紐機）を用いて行われ、例えば、丸打ち、角打、平打ち等の任意の組紐状に編成できる。また、組紐の内側に芯材を挿入するためのガイド等を用いることもできる。
【００２３】
例えば、撚りを掛けた４本のアラミド繊維束を準備し、右側または左側の糸を交互に真中に配置させて組み上げていくことで製紐できる。製紐に用いるアラミド繊維束の数は、４本に限らず、８本、１２本または１６本等、所望の本数だけ用いることができる。組紐のピッチは、本発明のアラミド繊維ロッドが用いられる各用途に応じて、必要な引張強度が得られればよいので、特に限定はなく、製紐機の巻取り速度とアラミド繊維束を供給するボビンの回転数により制御できる。また、アラミド繊維束の撚り数は撚糸機の巻取り速度とボビンの回転数により制御できる。
【００２４】
製紐に際しては、組紐の内側に芯材を用いると、組紐の中心部を中実にすることができるので、高強度のアラミド繊維ロッドを得ることができる。組紐の内側に用いる芯材は、適宜に選択することができ、例えば、一方向に引き揃えた補強繊維糸等を用いることができる。芯材を構成する補強繊維糸は、撚りがあると引張強度が低下するので、撚りを掛けずに実質的に無撚りと同等の状態としたものであることが好ましく、紡糸の段階より補強繊維糸に撚りが掛からないよう引き揃えたものや、１０回／ｍ未満の撚りを掛けたもの等を用いるのが良い。
【００２５】
前記の補強繊維としては、アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアセタール繊維、ポリパラフェンレンベンゾビスオキサゾール繊維などの高強度繊維が好ましい。また芯材の周囲面のバインダーとの接着性を阻害しない程度に、サイジング剤や集束剤を含浸させても良い。なお、補強繊維束の直径は、得ようとするアラミド繊維ロッドの直径に合わせて適宜に調製するのが良い。
【００２６】
本発明に係るアラミド繊維ロッドの形状は、直線状でも、曲げ状でもかまわず、所望により選択すればよく、様々な形状に曲げたものを使用することができる。曲げ形状としては、例えば、コの字型、Ｌ字型、Ｕ字型、螺旋状、あるいは三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形が挙げられる。
【００２７】
本発明において、アラミド繊維ロッドの収束性は、アラミド繊維ロッド表面の糸乱れによるロッド外周より飛び出した高さ２ｍｍ以上の糸条の凸部の個数として把握することができ、該凸部の個数は目視で容易に確認することができる（図１参照）。前記凸部の個数は１０個／ｍ以下が好ましく、１０個／ｍを超えてしまうと、糸乱れ部の凸部をカッター刃で補修する作業の手間が増えてしまうからである。特に５個／ｍ以下が好ましい。
【００２８】
本発明に係るアラミド繊維ロッドは、ロッドの糸乱れによるロッド外周より飛び出した糸条の凸部が少なく、かつ従来と同等もしくはそれ以上の強度を有する、径の均一な、収束性が改善されたロッドである。また、鉄筋と異なり、低磁性、低電導であるため、電磁波の影響を受け難く、加えて軽量で糸乱れ部が極めて少ないため、取扱いが容易で、手を傷つける恐れがない。したがって、バインダーの種類を選択することで、建築資材だけでなく、電磁波の吸収を受け易い、例えば、自動車・車両・航空機の座席軸、ステアリング軸等の構造部材、軸受等の機構部材等として、好適に用いられる。また、電気・電子部品としても、好適に用いられる。
【００２９】
上記の自動車・車両・航空機あるいは電気製品等は、本発明のアラミド繊維ロッドを、金属の代替として用いることで軽量化が可能になるだけでなく、電磁誘導や電食を起こさないので電気・電子機器等に悪影響を及ぼさない。
【実施例】
【００３０】
以下、実施例および比較例を用いて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。なお、以下の実施例および比較例における各特性値の測定方法は次の通りである。
【００３１】
［原糸の強度］
ＪＩＳ  Ｌ  １０１７（１９９５）記載の７．５  化学繊維タイヤコード試験法「引っ張り強さ及び伸び率（１）標準時試験」に基づき測定した。
【００３２】
［ロッド直径］
ノギスを使用して最大外径を計測した。
【００３３】
［ロッド強度］
ロッドの引張強度および引張弾性率は、日本土木学会規定によるＪＳＣＥ−Ｅ５３９−２００７の「連続繊維補強材の引張試験方法（案）」に従った。
作製したアラミド繊維ロッドの断面積を測定し、アラミド繊維ロッドから長さを一定にそろえたサンプルを５個用意する。該サンプルを、島津製作所製ＡＧ−２５０ＫＮＩ型引張試験機に取り付け、一定の載荷速度（例えば３００Ｎ／ｍｍ２  毎分）で、引張破壊が起こるまで、ひずみと載荷荷重を等間隔で計測記録しながら、引張試験を行う。サンプルが破壊した瞬間に示す引張荷重を最大引張荷重とする。
測定した５個のサンプルのそれぞれについて、測定した荷重とひずみから、荷重−ひずみ曲線を描く。引張強度は、下記に示す式により求められる。
ｆｕ＝Ｆｕ／Ａ
ｆｕは、引張強度（Ｎ／ｍｍ２）、Ｆｕは、最大引張荷重（Ｎ）、Ａは、サンプルの断面積（ｍｍ２）を示す。上記式により、５個のサンプル全ての引張強度を計算し、引張強度の平均値を求めた。
【００３４】
［ロッド外周より飛び出した凸部の個数］
１ｍのロッド外周より飛び出した高さ２ｍｍ以上の凸部の個数を求めた。
【００３５】
（実施例１）
東レ・デュポン（株）製のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（商品名Ｋｅｖｌａｒ（Ｒ）、繊度６，３００ｄｔｅｘ）を、エアー加工装置に供給してエアー交絡させることで、交絡度１７．８個／ｍのアラミド繊維を得た。交絡させたアラミド繊維を３７本合糸したアラミド繊維の束（糸条）を、１６本作製し、それぞれボビンに巻き取った。また、ロッドの芯材として、ビニロン繊維使いの直径約７ｍｍの組紐を準備した。該組紐を芯材に、前記で得られたアラミド繊維を合糸した糸条のボビンを１６本、組紐機にセットして、丸打ちして組紐を作製し、撚り数８回／ｍ、アラミド繊維の総繊度３，７２９，６００ｄｔｅｘの組紐を得た。
得られた組紐を緩み用ロール間に走行させて、該組紐に緩みを入れ、その後、樹脂温度３５〜４０℃のエポキシ樹脂が満たされた樹脂含浸槽に挿入し、エポキシ樹脂を含浸させた。エポキシ樹脂を含浸させた組紐表面の余剰エポキシ樹脂を、余剰樹脂拭い取り用スクイズで拭い取り、エポキシ樹脂を含浸させた組紐を引取用キャタピラーと張力調整用キャタピラー間を走行させて、エポキシ樹脂を硬化させた。このとき、製造ラインの速度を４．５ｍ／分、張力調整用キャタピラーを２００ｋｇｆの硬化張力と設定した。硬化工程は、第１〜第６炉を通過させて行い、第１炉を９０℃、第２炉を１３０℃、第３〜５炉を１４０℃とし、第６炉は冷却用とした。第６炉を通過した後、樹脂含浸組紐を引取装置で引き取り、長さが３ｍになるように切断し、直線状のアラミド繊維ロッドを得た。得られたロッドの物性を表１に示す。
【００３６】
（実施例２）
東レ・デュポン（株）製のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（商品名Ｋｅｖｌａｒ（Ｒ）、繊度６，３００ｄｔｅｘ、単繊維繊度１．６６ｄｔｅｘ）を、エアー加工装置に供給して、交絡度９．４個／ｍのアラミド繊維を用いた以外は、実施例１とまったく同様の方法で、組紐を得て、樹脂含浸した直線状のアラミド繊維ロッドを得た。得られたロッドの物性を表１に示す。
【００３７】
（比較例１）
エアー加工装置にて交絡をさせていない東レ・デュポン（株）製のポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（商品名Ｋｅｖｌａｒ（Ｒ）、繊度６，３００ｄｔｅｘ、交絡度２．７個／ｍ）を３８本合糸した糸条を、１６本作製し、それぞれボビンに巻き取った。得られた１６本のボビンを組紐機にセットして、丸打ちして組紐を作製し、撚り数１３回／ｍ、アラミド繊維の総繊度３，８３０，４００ｄｔｅｘの組紐を得た。得られた組紐より、実施例１と同様の方法にて、長さが３ｍの直線状のアラミド繊維ロッドを得た。得られたロッドの物性を表１に示す。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１の結果より、本発明例のアラミド繊維ロッドは、比較例１のアラミド繊維ロッドと同等の強度を有し、ロッド直径が均一、すなわち、ロッド表面の糸乱れによる２ｍｍ以上の凹凸の個数が著しく減少しており、収束性が改善されていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係るアラミド繊維ロッドは、建築資材、自動車・車両・航空機の部品、電気・電子部品等として、さまざまな用途に用いることができる。
【図１】
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