(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯鞘型複合繊維であって、下記（１）〜（４）を満たすことを特徴とする樹脂補強用繊維。
（１）芯部を構成する繊維形成性熱可塑性ポリマーの融点が、鞘部を構成する熱可塑性ポリマーの融点より２０℃以上高いこと。
（２）上記繊維の引張強度が４．５ｃＮ/ｄｔｅｘ以上であること。
（３）上記繊維の１５０℃における乾熱収縮率が１５％以下であること。
（４）鞘部を構成する熱可塑性ポリマーが、ポリプロピレン系ポリマーであること。
【請求項２】
芯部を構成する繊維形成性熱可塑性ポリマーが、ポリエステル系ポリマーである請求項１記載の樹脂補強用繊維。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂材料に有用な樹脂補強用繊維に関する。更に詳しくは、樹脂中の分散が良好で、十分な補強効果を有し、成型時の寸法安定性にも優れた樹脂補強用複合繊維に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、樹脂補強用材料としては、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維などが主として用いられてきたが、近年、用途の多様化と環境への配慮の点で、リサイクル性や廃棄時に問題のあるガラス繊維等の無機系繊維から、ポリエステル、ポリアミド、ビニロン等の有機系繊維へ置き換える検討がされている。
【０００３】
樹脂補強用繊維の効果を有効に発現するには、マトリックスとなる樹脂への分散性、および親和性を向上させる必要があり、マトリックスとなる樹脂と親和性を有するポリマーを鞘成分とした芯鞘型複合繊維を樹脂補強用繊維として用いることが提案されている(特許文献1、特許文献２)。
しかしながら、これらの方法では分散性は向上するものの、補強繊維としての性能が規定されておらず、補強繊維の強度が不足したり、マトリックス樹脂と混合した際に補強繊維の収縮が起こり剥離しやすくなるなど、補強効果を十分に発現できていない問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−３１５６１０号公報
【特許文献２】特開２００３−９６６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術を背景になされたもので、その目的は十分な強度と寸法安定性を有する有機系繊維をマトリックス樹脂中に均一に分散させ、優れた補強効果を有する樹脂補強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】
【０００６】
本発明は、芯鞘型複合繊維であって、下記（１）〜（３）を満たすことを特徴とする樹脂補強用繊維に関する。
（１）芯部を構成する繊維形成性熱可塑性ポリマーの融点が、鞘部を構成する熱可塑性ポリマーの融点より２０℃以上高いこと。
（２）上記繊維の引張強度が４．５ｃＮ/ｄｔｅｘ以上であること。
（３）上記繊維の１５０℃における乾熱収縮率が１５％以下であること。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、マトリックス樹脂中での分散性に優れるのみならず、有機系繊維を強化用繊維として強度、寸法安定性にも優れ、補強効果を十分に発現可能な樹脂補強用複合繊維を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の樹脂補強用繊維は芯鞘型複合繊維からなる。
本発明の樹脂補強用繊維の芯部を構成する繊維形成性熱可塑性ポリマーの融点は、鞘部を構成する熱可塑性ポリマーの融点より２０℃以上高ければ特に限定はされない。芯部を構成する繊維形成性熱可塑性ポリマーとしては、例えばポリエステル系、ポリアミド系、ポリパラフェニレンスルフィド系、ポリエーテルケトン系、全芳香族ポリエステル系などが挙げられるが、これらの樹脂成分は単一もしくは混合されて用いることもできる。なかでも汎用性や操作性、物性の点からポリエステル系ポリマーが好ましく用いられる。
【０００９】
ポリエステル系ポリマーとしては、ポリエチレンテレフタレート、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等の芳香族ポリエステル類、ポリ乳酸などの脂肪族ポリエステル類を挙げることができる。ポリエステル系ポリマーの中ではポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。その場合の極限粘度(３５℃、オルソクロロフェノール中で測定)は、好ましくは０．５〜１．５ｄｌ／ｇ、さらに好ましくは、０．６〜１．０ｄｌ／ｇであり、これにより、芯鞘型複合繊維の強度を確保するうえで望ましい。
なお、ポリアミド系ポリマーとしては、ナイロン６
、ナイロン６ ６ 、ナイロン４ ６等が好適である。
【００１０】
一方、鞘部の熱可塑性ポリマーとしては、例えば、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリスチレン系、ポリアクリル系などを挙げることができるが、芯部を構成する繊維形成性熱可塑性ポリマーと、融点差が２０℃以上あることが必要である。ここで、融点（Ｔｍ）は、ＤＳＣ（示差走査熱量測定)法による測定方法(昇温速度＝２０℃／分)で求めることができる。融点差が２０℃未満であると、マトリックスとなる樹脂と芯鞘型複合繊維を混合する際に、鞘部の熱可塑性ポリマーが溶融した際に芯部のポリマーまでもが軟化、あるいは溶融してしまい、強化材料としての補強効果が大きく損なわれてしまうことになる。融点差は、好ましくは３０℃以上である。これらの鞘部を構成する熱可塑性ポリマー樹脂成分は、単一もしくは混合されて用いることもできる。
鞘部の熱可塑性ポリマーとしては、汎用性の高い材料の中でも比重が小さく高い補強効果の発現を見込むことができるという面から、ポリプロピレン系ポリマーが好ましい。
【００１１】
本発明の芯鞘型複合繊維の芯部／鞘部の比率は特に限定はされないが、質量比で７０／３０〜３０／７０とすることが、紡糸特性、延伸特性、熱的安定性、繊維物性の観点から適当であり、さらに好ましくは、６０／４０〜８０／２０とすることが良い。芯部の割合が多すぎると成形材料のマトリックス成分樹脂との接着性や分散性が低下し、また、鞘部が多くなると繊維形成時の加工性が下がり、強度や収縮性が不十分となり強化材料としての補強効果に影響を及ぼす。
【００１２】
本発明の芯鞘型複合繊維の単糸繊度は、カットして短繊維化した際のアスペクト比と合わせて繊維補強樹脂材料の用途に応じて適宜選択されるべきであり、特に限定されないが、均一な繊径である方が分散時の均一性などの点から好ましい。上記芯鞘型型複合繊維の単糸繊度は、好ましくは０．５〜３０ｄｔeｘである。また、単繊維の断面形状は特に限定されないが、三角、扁平、くびれ付扁平等、異型断面の方が、単繊維の表面積が大きくなり好ましい。
【００１３】
次に、本発明の芯鞘型複合繊維の引張強度は、４．５ｃＮ/ｄｔｅｘ以上であることが必要である。引張強度が４．５ｃＮ/ｄｔｅｘ未満であると、優れた補強効果は得られ難くなる。引張強度の上限は特に規定されないが、構成するポリマーの製糸工程性を考慮に入れ４．５ｃＮ/ｄｔｅｘ以上で適宜選択される。かかる芯鞘型複合繊維の引張強度は、さらに好ましくは４．８〜８．０ｃＮ/ｄｔｅｘである。なお、本発明の樹脂補強用繊維に用いられる芯鞘型複合繊維の強度を４．５ｃＮ/ｄｔｅｘ以上にするには、例えば十分な重合度を有する芯成分を鞘成分と紡糸時に複合後、低紡速でかつ高延伸倍率で延伸すればよい。
【００１４】
次に、本発明の芯鞘型複合繊維の１５０℃における乾熱収縮率は１５％以下であることが必要である。乾熱収縮率が１５％を超えると、マトリックス樹脂に該芯鞘型複合繊維を分散混合した際に繊維の収縮が大きく起こり、成型加工性および成型後の寸法安定性が低下することとなる。好ましい乾熱収縮率は１２％以下である。乾熱収縮率を１５％以下にするには、芯成分に結晶性ポリマーを用い、延伸熱セット時の熱セット温度を結晶化温度以上とし、また熱セット時間を所望の収縮率となる様に適宜設定すればよい。
【００１５】
本発明の芯鞘型複合繊維は、公知の芯鞘複合紡糸装置を用いて製造することができる。すなわち、芯部を構成する繊維形成性熱可塑性ポリマーと、鞘部を構成する熱可塑性ポリマーを、所定の水分率以下とした後、別々に溶融押出機に供給し、それぞれのポリマー融液をギアポンプで計量後パック、口金内部で合流させ、芯鞘型複合繊維として溶融状態で繊維状に押出し、それを５００〜５,０００ｍ／分の速度で溶融紡糸後、巻き取ってから延伸、熱処理、あるいは一旦巻き取らずに直接延伸、熱処理する方法などが挙げられる。製糸の際は、紡速、熱セット温度などの条件を適宜選択し、本発明に規定する所定の強度、収縮率の範囲内とする必要がある。
【００１６】
延伸温度は、ポリマーのガラス転移温度以上であれば安定して延伸可能な予熱温度でよく、一般的には６０℃から１２０℃、好ましくは７０℃から１００℃である。また、延伸倍率は所望の延伸糸伸度になる延伸倍率でよく、紡糸方法によって原糸伸度が大きく異なるのでここでは特に限定しないが、一般的に１．２倍から６倍までの範囲がよく、より好ましくは１．５倍から５倍の間である。熱セット温度は延伸糸を熱セットし熱収縮率を狙いの範囲に定め、経時による変化を止める目的でおこなうので、延伸糸の結晶化が起こる温度以上で糸が溶断しない温度であれば、延伸糸の用途に合わせて選択したのでよい。具体的には１１０℃から２００℃、より好ましくは１３０℃から１９０℃である。延伸における延伸方法は特に限定は無く、１段延伸、２段延伸、３段以上の多段延伸に収縮操作を加えたいずれの方法であってもよい。
延伸処理後、ギロチンカッターなどを用いて、適宜の長さ、０．５〜３０ｍｍに切断して短繊維化して樹脂補強用繊維として、マトリックス樹脂にブレンドして用いられる。
【００１７】
なお、本発明の芯鞘型複合繊維の芯部および／または鞘部ポリマーに、必要に応じて任意の添加剤、例えば触媒、着色防止剤、耐熱剤、難燃剤、蛍光増白剤、艶消剤、着色剤等が含まれていても良い。
【００１８】
本発明の樹脂補強用繊維を用いて、繊維強化樹脂成形品を得るには、本発明の芯鞘型複合繊維からなる短繊維〔樹脂補強用繊維〕を成形用樹脂（マトリックス樹脂）に添加し、射出成形により成形することが好ましい。成形樹脂としては、公知のいかなる樹脂も使用可能であるが、オレフィン系ポリマー、より好ましくはポリプロピレン系ポリマーが好ましい。
この場合、本発明の芯鞘型複合繊維とマトリックス樹脂との混合割合は、質量比で、５／９５〜７０／３０程度である。
【００１９】
この場合、成形温度としては、鞘成分である熱可塑性ポリマー、例えばポリプロピレン系ポリマーの融点以上の温度で成形することが好ましく、芯成分としては射出成形の際に溶融しない温度とする。したがって、芯成分がポリエステル系ポリマー、鞘成分がポリプロピレン系ポリマーである場合、成形温度は、通常、１７０〜２４０℃の範囲が好ましい。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例における各項目は下記の方法で測定した。
（１）融点
ＪＩＳ  Ｋ７１２１記載の示査走査熱量測定(DSC)に従って得たＤＳＣ曲線における吸熱ピーク温度として定義した。
（２）単糸繊度
JIS  L1015  8.5.1  b)に基づき延伸糸の総繊度を求めた後、構成する繊維本数で除して求めた。
（３）繊維の引張強度
２０℃、６５％ＲＨの雰囲気下で、引張試験機により、試料長２０ｃｍ、速度２０ｃｍ/分の条件で破断時の強度を測定した。測定数は１０とし、その平均をそれぞれの強度とした。
（４）乾熱収縮率
繊維（芯鞘型複合繊維）を１０ターンの「かせ」とし、１／３０ｄｔｅｘ相当の荷重をかけて1分後の長さ（Ｌ０）を測定した後、１５０℃の雰囲気下で、無加重で３０分間熱処理後取り出し、再度１／３０ｄｔｅｘ相当の荷重をかけて1分後の長さらに（Ｌ１）を測定し、下記式から計算により求め、乾熱収縮率とした。
乾熱収縮率（％）＝〔(Ｌ０−L１)／Ｌ０〕×１００
【００２１】
（５）成形品の引張強さ、分散性、接着状態
マトリックス樹脂として芯鞘型複合繊維の鞘部と同等の樹脂を用い、１ｍｍ長にカットした芯鞘型複合繊維が３０質量％となるように溶融混練し、厚さ３ｍｍの樹脂プレートを成型した。得られた樹脂プレートを用いてＪＩＳ−Ｋ７１１３に準拠して引張強さを測定した。また、樹脂プレートの表面、および断面を目視で観察し、分散性を外観から３段階で評価した(○；分散性良く良好、△;概ね分散はしているものの一部繊維同士が凝集している状態、×；繊維同士の凝集がみられるなど分散性不良)。さらに、接着状態については、断面部を×１００倍で拡大し、顕微鏡にてマトリックス樹脂と繊維との接着状態を観察し、３段階で評価した(○；接着状態良好、△；良好に接着している部分と不良部分が混在している状態、×；隙間などがあり不良)。なお、マトリックス樹脂としてポリプロピレン(サンアロマー社製、PM900A、メルトインデックス３０ｇ／１０分、２３０℃、２．１６ｋｇｆ)を用いた場合の芯鞘型複合繊維との溶融混練温度は１７０℃とした。
【００２２】
実施例１
融点が２５９℃、極限粘度０．９１ｄｌ／ｇ(３５℃、オルソクロロフェノール中)のポリエチレンテレフタレート（帝人ファイバー社自製品）を、水分率７０ｐｐｍ以下となるまで乾燥した後、押出機にて２９０℃で溶融し、他方、融点１６５℃、メルトインデックス３０ｇ／１０分(２３０℃、２．１６ｋｇｆ)のポリプロピレン（サンアロマー社製のPM900A）を別の押出機にて２３０℃で溶融し、芯鞘型断面を形成可能な紡糸口金内で合流させ、吐出孔を１２孔を有する紡糸口金から、鞘/芯の質量比が３０／７０となるように紡出し、油剤付与後紡糸速度１，０００ｍ／分で引き取り、未延伸糸を得た。この未延伸糸を予熱温度８４℃、延伸倍率４．２倍、熱セット温度１３５℃にて延伸熱セットを実施し、単糸繊度６ｄｔｅｘの芯鞘型複合繊維を得た。得られた繊維の物性、評価結果を表1に示す。
【００２３】
実施例２、比較例１〜２
実施例1と同様の方法で、口金および吐出量変更して単糸繊度を低くしたものを実施例２、吐出量を低下させ、かつ延伸倍率を３．２倍としたものを比較例１、熱セット温度を１００℃としたものを比較例２としてそれぞれの物性、評価結果を表1に示す。
【００２４】
比較例３〜４
芯鞘型複合繊維の代わりに実施例１で用いたポリエチレンテレフタレートチップを用いて製造したＰＥＴ延伸糸（単糸繊度が６ｄｔｅｘ、長さ１ｍｍ）を樹脂補強用繊維として用いて実施例１と同様にして評価した例を比較例３、芯部にナイロン１２（宇部興産株式会社製、UBESTA3035JU5）を用いて実施例1と同様に芯鞘型複合繊維を作成したものを比較例４として、それぞれ表1に示す。
【００２５】
表1に示されるとおり、本発明の範囲内である実施例１、２は、マトリックス樹脂と混練した際、分散性、接着状態が良く、補強繊維として芯鞘型複合繊維を用いない比較例３と比較して顕著な補強効果を示す。それに対し、繊維の引張強度の低い比較例１、収縮率の高い比較例２は樹脂プレートの補強効果が十分でなく、さらに芯鞘型複合繊維の芯部ポリマーと鞘部ポリマーとの融点差の小さい比較例４ではさらに顕著に補強効果が不足する結果となった。
【００２６】
【表１】
0005818553.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の樹脂補強用繊維は、マトリックス樹脂中での分散性に優れるのみならず、有機系繊維を強化用繊維として強度、寸法安定性にも優れ、補強効果を十分に発現可能な樹脂補強用複合繊維であるので、自動車用内装パネルを初めとする内装部材およびバンパーなどの外装部材、建築材料、携帯電話などの生活家電製品など、特に軽量化も併せて重視される繊維強化樹脂成形品の用途に有用である。