(57)【要約】【課題】補強繊維の化学構造及び補強繊維基材の形態を特定することにより、機械特性、特に疲労寿命の向上を図った繊維強化樹脂成形体を提供する。【解決手段】短繊維が抄造により所定形状に附形された補強繊維基材とする。そして、補強繊維がポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維を必須成分として含む。好ましくは、第２成分として、メタ系アラミドの短繊維を必須成分として含む。ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維配合量は、４５〜９５質量％であることが好ましい。繊維強化樹脂成形体は、上記樹脂成形体用補強繊維基材を熱硬化性樹脂と複合したものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維が抄造により所定形状に附形された樹脂成形体用補強繊維基材であって、補強繊維がポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維を必須成分として含むことを特徴とする樹脂成形体用補強繊維基材。
【請求項２】
第２成分として、メタ系アラミドの短繊維を必須成分として含むことを特徴とする請求項１記載の樹脂成形体用補強繊維基材。
【請求項３】
ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維配合量が、４５〜９５質量％である請求項１又は２記載の樹脂成形体用補強繊維基材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂成形体用補強繊維基材を、熱硬化性樹脂と複合した繊維強化樹脂成形体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂成形体用補強繊維基材に関する。また、前記補強繊維基材を用いた繊維強化樹脂成形体に関する。前記補強繊維基材を用いた繊維強化樹脂成形体は、耐久性能に優れ、車輌用部品、産業機器用部品等に用いられる樹脂製歯車などの樹脂製回転体として好適である。
【背景技術】
【０００２】
樹脂製歯車を成形するための補強繊維基材として、パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維との混紡糸を丸編みで編んで構成した丸編み筒状体を端部より裏返しながら軸方向に巻き上げてリング状にした補強繊維基材が特許文献１に記載されている。当該補強繊維基材に樹脂を含浸して歯部形成した樹脂製歯車も記載されている。
しかし、繊維強化樹脂成形体（樹脂製歯車）の機械特性、特に疲労寿命が補強繊維の化学構造及び補強繊維基材の形態に依存し、これによって変化することは全く知られていない。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１２１２３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パラ系アラミド繊維とメタ系アラミド繊維との混紡糸を丸編みで編んで構成した丸編み筒状体を端部より裏返しながら軸方向に巻き上げてリング状にした補強繊維基材を用い、これに樹脂を含浸した樹脂製歯車の機械特性、特に疲労寿命は、パラ系アラミド繊維の化学構造によって優位差が見られることが判った。
【０００５】
すなわち、パラ系アラミド繊維としてポリパラフェニレンテレフタルアミドを使用した場合は、コポリパラフェニレン−３，４’オキシジフェニレン−テレフタルアミドを使用した場合と比較して大幅に疲労寿命が低下するのである。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、補強繊維の化学構造及び補強繊維基材の形態を特定することにより、機械特性、特に疲労寿命の向上を図った繊維強化樹脂成形体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る樹脂成形体用補強繊維基材は、短繊維が抄造により所定形状に附形された補強繊維基材とする。そして、補強繊維がポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維を必須成分として含むことを特徴とする（請求項１）。好ましくは、第２成分として、メタ系アラミドの短繊維を必須成分として含むものである（請求項２）。ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維配合量は、４５〜９５質量％であることが好ましい（請求項３）。
【０００８】
また、本発明に係る繊維強化樹脂成形体は、上記樹脂成形体用補強繊維基材を熱硬化性樹脂と複合したものである（請求項４）。
【発明の効果】
【０００９】
上記のように、補強繊維基材の形態を、短繊維が抄造により所定形状に附形されたものとすることにより、補強繊維と熱硬化性樹脂の接着面積を大きくすることができ、繊維強化樹脂成形体の機械特性、特に疲労寿命の大幅な向上が可能となる。
【００１０】
これにより、丸編み筒状体を端部から軸方向に巻き上げてリング状にした補強繊維基材で疲労寿命が不充分であったポリパラフェニレンテレフタルアミドを使用した場合においても、充分な機械特性、特に疲労寿命を有する繊維強化樹脂成形体を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、補強繊維がポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維を必須成分として含むことを特徴とする。ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維は、繊維強化樹脂成形体（樹脂製歯車）に高強度と耐久性を付与している。ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維を多くすれば樹脂製歯車の強度は大きくなるが、歯車の歯を形成するときの切削加工性が低下する。
【００１２】
そのため、第２成分として、切削加工性の良好なメタ系アラミドの短繊維を併用することが好ましい。また、メタ系アラミドの短繊維は、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維と比較して熱硬化性樹脂との接着性が向上するため、この点からもメタ系アラミドの短繊維を併用することが好ましい。メタ系アラミドの短繊維は、例えば、ポリメタフェニレンイソフタルアミドの短繊維を使用することができる。
【００１３】
ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維配合量は、４５〜９５質量％が好ましく、５５〜８５質量％がより好ましく、６５〜７５質量％がさらに好ましい。ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維を多くすれば、繊維強化樹脂成形体の曲げ強度と衝撃強度は向上するが、圧縮強度が低下する。そのため、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維配合量を、上記とすることにより、曲げ強度、衝撃強度、圧縮強度のバランスの取れた繊維強化樹脂成形体を得ることができる。
【００１４】
上記短繊維の繊維長は、好ましくは２mmから５mmであり、さらに好ましくは３mmである。繊維長が２mm未満の場合、繊維強化樹脂成形体の機械特性が低下する。また、繊維長が６mmを超えると、短繊維束を水中で解離し分散させるときに、短繊維束の解離が困難になる。
また、補強繊維として、アラミド繊維等のパルプを併用してもよい。これにより、補強繊維同士の絡み合いが増し、補強繊維基材の取り扱い性が良好となるので好ましい。
【００１５】
ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維束、必要に応じて他の成分を水中で解離し分散した後、抄造して所定形状に附形された補強繊維基材とする。
【００１６】
本発明における繊維強化樹脂成形体は、上記補強繊維基材を熱硬化性樹脂と複合したものである。その製造は、例えば、上記補強繊維基材を配置した成形金型に、熱硬化性樹脂を注入し、これを補強繊維間に浸透させ加熱硬化させることにより行なう。繊維強化樹脂成形体に占める補強繊維基材の割合は５０体積％程度であるが、特に限定するものではない。
【００１７】
熱硬化性樹脂は、架橋ポリアミノアミド樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの液状樹脂を使用することができる。
【実施例】
【００１８】
以下、実施例により本発明を説明する。
実施例１
液状樹脂（熱硬化性樹脂）として、次のものを準備した。２，２’−（１，３フェニレン）ビス−２−オキサゾリン（（Ａ）成分）と４，４’−ジアミノジフェニルメタン（（Ｂ）成分）をモル比２／１（質量比６８．６／３１．４）の配合割合で加熱混合溶解して液状物とする。これに、硬化促進剤としてｎ−オクチルブロマイドを配合する。硬化促進剤の配合量は、（Ａ）（Ｂ）成分の総量１００質量部に対して１．０質量部である。
【００１９】
補強繊維基材として、次のものを準備した。ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維（繊維長３mm）、ポリメタフェニレンイソフタルアミドの短繊維（繊維長３mm）及びポリパラフェニレンテレフタルアミドパルプを、質量比４５／５０／５の配合割合で、水中で解離し分散した後、所定長さの筒状体に抄造する。この筒状体を脱水、乾燥し、併せて、筒状体の軸方向に圧縮して、外径８２mm，内径５５mm，厚さ２０mmのリング状補強繊維基材とする。
【００２０】
２個積み重ねた上記リング状補強繊維基材と、その中央にインサートとして金属製ブッシュを配置し、２００℃の成形金型に収容する。成形金型は、リング状補強繊維基材の厚さ方向に開閉動作するものであり、成形金型を閉じる動作によりリング状補強繊維基材を圧縮して、面方向に広がったリング状補強繊維基材を金属製ブッシュの周囲に圧接してその形状になじませる。そして、成形金型内を減圧状態とする。
【００２１】
次に、閉じた成形金型に上記液状樹脂を注入し、リング状補強繊維基材に浸透させた液状樹脂を加熱硬化して金属製ブッシュをインサートとする繊維強化樹脂成形体を成形する。そして、成形した繊維強化樹脂成形体の周囲に切削加工により歯を形成し樹脂製歯車とした。
【００２２】
実施例２
実施例１において、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維、ポリメタフェニレンイソフタルアミドの短繊維及びポリパラフェニレンテレフタルアミドパルプを、質量比２０／７５／５の配合割合とし、そのほかは、実施例１と同様とした。
【００２３】
実施例３
実施例１において、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維、ポリメタフェニレンイソフタルアミドの短繊維及びポリパラフェニレンテレフタルアミドパルプを、質量比５５／４０／５の配合割合とし、そのほかは、実施例１と同様とした。
【００２４】
実施例４
実施例１において、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維、ポリメタフェニレンイソフタルアミドの短繊維及びポリパラフェニレンテレフタルアミドパルプを、質量比７０／２５／５の配合割合とし、そのほかは、実施例１と同様とした。
【００２５】
実施例５
実施例１において、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維、ポリメタフェニレンイソフタルアミドの短繊維及びポリパラフェニレンテレフタルアミドパルプを、質量比８５／１０／５の配合割合とし、そのほかは、実施例１と同様とした。
【００２６】
実施例６
実施例１において、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維及びポリパラフェニレンテレフタルアミドパルプを、質量比９５／５の配合割合とし、そのほかは、実施例１と同様とした。
【００２７】
比較例１
実施例１において、補強繊維基材として次のものを使用し、そのほかは、実施例１と同様とした。
ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維及びポリメタフェニレンイソフタルアミド繊維を、質量比５０／５０の割合で混紡した糸を丸編みして丸編み筒状体を構成する。この丸編み筒状体を端部から裏返して軸方向に巻き上げて、外径８２mm，内径５５mm，厚さ２０mmのリング状補強繊維基材とする。
【００２８】
比較例２
比較例１において、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維の代わりに、コポリパラフェニレン−３，４’オキシジフェニレン−テレフタルアミド繊維を使用し、そのほかは、比較例１と同様とした。
【００２９】
上記実施例１〜６、比較例１〜２で作製した繊維強化樹脂成形体から切り出した試験片を用いて、曲げ強度、圧縮強度、衝撃強度を測定した結果を表２に示す。また、実施例１で作製した樹脂製歯車を用いたモータリング耐久試験結果を図１に示す。測定方法は、以下に示すとおりである。
曲げ強度：ＪＩＳ  Ｋ６９１１に準拠し、島津製作所製オートグラフＡＧＳ−５００を用いて３点曲げ試験法にて測定した。
圧縮強度：ＪＩＳ  Ｋ６９１１に準拠し、島津製作所製オートグラフＡＧＳ−５０００を用いて測定した。
衝撃強度：試験片形状を１０mm×６０mm×３mmのノッチなしとし、アイゾット衝撃試験法により測定した。
モータリング耐久試験：表１における入力負荷を変化させて、樹脂製歯車を連続回転させる。そして、樹脂製歯車が破壊するまでの総回転数を測定した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
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【００３２】
表２から明らかなように、本発明に係る樹脂成形体用補強繊維基材は、これを用いた繊維強化樹脂成形体に高い圧縮強度及び衝撃強度を付与できることが理解できる。また、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維配合量を、好ましくは４５〜９５質量％、より好ましくは５５〜８５質量％とすることにより、これを用いた繊維強化樹脂成形体にバランスの取れた機械強度（曲げ強度、衝撃強度、圧縮強度）を付与できる。さらに、図１から明らかなように、繊維強化樹脂成形体、殊に、樹脂製歯車においては、疲労寿命の大幅な向上により耐久性を付与できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る実施例における樹脂製歯車のモータリング耐久試験結果を示す直線図である。
【図１】
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