(57)【要約】【課題】異方性機能を十分に発揮させることができる高分子複合材料成形体及び製造方法を提供する。【解決手段】高分子複合材料成形体は、ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中に配合されたものである。そして、ハロゲン化ポリオレフィン繊維は高分子材料中で一定方向に配向されている。ハロゲン化ポリオレフィン繊維は、フッ化ポリオレフィン繊維から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。高分子複合材料成形体を製造するには、ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中に配合された高分子組成物に、磁場を印加する。そして、ハロゲン化ポリオレフィン繊維を磁化させて一定方向に配向させた後、高分子組成物を硬化又は固化させて所定の形状に成形する。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中に配合された高分子複合材料成形体であって、前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中で一定方向に配向されていることを特徴とする高分子複合材料成形体。
【請求項２】
前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維が、フッ化ポリオレフィン繊維から選ばれる少なくとも一種である請求項１に記載の高分子複合材料成形体。
【請求項３】
前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維の繊維長が、１０ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の高分子複合材料成形体。
【請求項４】
前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維の異方性磁化率χａが１×１０−９以上である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の高分子複合材料成形体。
【請求項５】
前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維の配向により、誘電率が異方性を有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の高分子複合材料成形体。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高分子複合材料成形体の製造方法であって、前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中に配合された高分子組成物に磁場を印加することにより、ハロゲン化ポリオレフィン繊維を磁化させて一定方向に配向させた後、前記高分子組成物を硬化又は固化させて所定の形状に成形することを特徴とする高分子複合材料成形体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中に配合されて複合化された高分子複合材料成形体及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マトリックスとしての高分子材料に、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維等の無機繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維等が配合されて複合化された高分子複合材料成形体が知られている。これらの高分子複合材料成形体としては、例えば弾性率、強度等の機能性を向上させた繊維強化樹脂成形体や繊維強化ゴム成形体等が知られ、宇宙、航空機、自動車、電気製品、スポーツ、レジャー用品等の成形部品として幅広く実用化されている。このような高分子複合材料成形体の場合、通常は高分子中に繊維をランダムに分散させて、機能性を等方的に発揮させることが行われている。
【０００３】
しかしながら、最近の複雑な機構部品等では、弾性率や強度等の機械的性質、熱膨張係数、熱伝導率等の熱的性質、光学的性質、電気的性質等の異方性機能を有する新しい高分子複合材料成形体の実現が切望されている。
【０００４】
これらの異方性機能を有する高分子複合材料成形体としては、ポリエステル繊維が高分子材料中で一定方向に配向されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２１２３１０号公報（［００７４］〜［００７６］）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来技術では、電気的性質等の機能に対する異方性を十分に発揮することができないという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的とするところは、異方性機能を十分に発揮させることができる高分子複合材料成形体及び製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために請求項１に記載の発明の高分子複合材料成形体では、ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中に配合された高分子複合材料成形体であって、前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中で一定方向に配向されているものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明の高分子複合材料成形体では、請求項１に記載の発明において、前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維が、フッ化ポリオレフィン繊維から選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明の高分子複合材料成形体では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維の繊維長が、１０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明の高分子複合材料成形体では、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維の異方性磁化率χａが１×１０−９以上であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明の高分子複合材料成形体では、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維の配向により、誘電率が異方性を有するものである。
【００１３】
請求項６に記載の発明の高分子複合材料成形体の製造方法では、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高分子複合材料成形体の製造方法であって、前記ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中に配合された高分子組成物に磁場を印加することにより、ハロゲン化ポリオレフィン繊維を磁化させて一定方向に配向させた後、前記高分子組成物を硬化又は固化させて所定の形状に成形することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の高分子複合材料成形体は、ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中に配合され、このハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中で一定方向に配向されているものである。この高分子複合材料成形体は、高分子材料にハロゲン化ポリオレフィン繊維を配合した高分子組成物から得られるものである。
【００１５】
ハロゲン化ポリオレフィン繊維（以下、単にＨＰＯ繊維と省略する場合がある）は、高分子複合材料成形体の耐熱性、耐薬品性、電気的性質等の機能性を向上させるために高分子組成物に含有される。ＨＰＯ繊維のハロゲン化ポリオレフィンとは、ポリオレフィンの主鎖や側鎖にハロゲン原子が導入された重合体を示す。ＨＰＯ繊維の具体例としては、ポリフッ化ビニル繊維、ポリフッ化ビニリデン繊維、フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン共重合体繊維、四フッ化エチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体繊維、四フッ化エチレン／エチレン共重合体繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維、塩素化ポリエチレン繊維、クロルスルホン化ポリエチレン繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維等が挙げられる。これらのＨＰＯ繊維は、単独で配合してもよく、目的とする高分子複合材料成形体の機能性を考慮して複数種のＨＰＯ繊維を選択し、それらを組み合わせて配合してもよい。
【００１６】
これらのＨＰＯ繊維の中でも、耐熱性、耐薬品性、電気的性質等の機能性に優れ、高い摺動性、低い誘電率を有することから、フッ化ポリオレフィン繊維から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。フッ化ポリオレフィン繊維の具体例としては、ポリフッ化ビニル繊維、ポリフッ化ビニリデン繊維、フッ化ビニリデン／トリフルオロエチレン共重合体繊維、四フッ化エチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体繊維、四フッ化エチレン／エチレン共重合体繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維等が挙げられる。これらのフッ化ポリオレフィン繊維は、単独で配合してもよく、複数種のフッ化ポリオレフィン繊維を選択し、それらを組み合わせて配合してもよい。
【００１７】
また、ＨＰＯ繊維の中でも、耐薬品性、低吸水性、耐摩耗性、摺動性、電気的特性、衝撃吸収性等の機能性に優れ、容易に入手できることから、ポリテトラフルオロエチレン繊維、ポリフッ化ビニリデン繊維又はポリ塩化ビニリデン繊維であることが好ましい。
【００１８】
ＨＰＯ繊維の形状については、例えばウィスカー状、パルプ状、中空状等が挙げられる。また、断面形状は円形状の他、三角形状等の異型断面形状でもよい。ＨＰＯ繊維の異方性機能を発現させ、得られる高分子複合材料成形体の機能性を一層向上させるためには、繊維のアスペクト比（＝繊維長／直径）が大きい方が好ましい。このＨＰＯ繊維のアスペクト比は、好ましくは１００〜５０００、さらに好ましくは１００〜１０００である。このアスペクト比が１００未満であると、ＨＰＯ繊維が異方性機能を十分に発現しにくくなるおそれがある。一方、５０００を超えると、繊維同士が絡み合い、ＨＰＯ繊維を一定方向に配向させにくくなるおそれがある。
【００１９】
ＨＰＯ繊維の直径は、好ましくは０．１〜３０μｍである。この直径が０．１μｍ未満であると、繊維の生産性や繊維の取り扱い性が悪化するおそれがある。一方、３０μｍを超えると高分子材料に対する分散性が低下するおそれがある。
【００２０】
ＨＰＯ繊維の繊維長は、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下、さらに好ましくは２ｍｍ以下である。この繊維長が１０ｍｍを超えると、高分子材料中に均一に分散させることが困難となるおそれがあるとともに高分子材料の粘度が上昇して成形性が悪化するおそれがある。さらに、繊維長が長いほど繊維同士が絡み合い、ＨＰＯ繊維を一定方向に配向させにくくなるおそれがある。また、繊維長の下限は特に限定されるものではなく、繊維の直径によっても異なるが、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上である。この繊維長が１０μｍ未満であると、繊維の直径が０．１μｍの場合であってもアスペクト比が１００未満となり、得られる高分子複合材料成形体の異方性機能が発現されにくくなるおそれがある。
【００２１】
ＨＰＯ繊維は、外部より磁場を印加することにより生じる磁化率が負の値を示す反磁性体である。ＨＰＯ繊維の磁化率は、繊維軸方向の磁化率χ／／の絶対値｜χ／／｜よりも繊維軸に対して垂直方向の絶対値｜χ⊥｜は大きい値を示す。また、繊維軸方向の磁化率χ／／から繊維軸に対して垂直方向の磁化率χ⊥を差し引いた磁化率の異方性を示す異方性磁化率χａ（χａ＝χ／／−χ⊥、ＣＧＳ単位系）は、正の値を示す。従って、ＨＰＯ繊維は、磁場雰囲気下でその繊維軸が磁力線に沿って平行に配向される。この異方性磁化率χａは、磁気異方性トルク計、振動式磁力計、超伝導量子干渉素子（ＳＱＵＩＤ）、サスペンジョン法等の公知の方法で測定することができる。
【００２２】
ＨＰＯ繊維における異方性磁化率χａの絶対値｜χａ｜が大きくなればなるほど、磁場を印加することにより、高度にＨＰＯ繊維を一定配向させることができる。ＨＰＯ繊維の異方性磁化率χａ（ＣＧＳ単位系）は、好ましくは１×１０−９以上、より好ましくは５×１０−９以上、さらに好ましくは１×１０−８以上である。この異方性磁化率χａが１×１０−９よりも小さいと、ＨＰＯ繊維を一定方向に磁場配向させることが困難となるおそれがある。この異方性磁化率χａが大きいほど、ＨＰＯ繊維を高度に磁場配向させることが容易となる。異方性磁化率χａの大きいＨＰＯ繊維としては、ポリフッ化ビニリデン繊維、ポリテトラフルオロエチレン繊維等が挙げられる。なお、ＨＰＯ繊維の異方性磁化率χａは、１×１０−６〜１×１０−７程度が上限であると推定される。
【００２３】
高分子材料は、マトリックス材として高分子組成物の主成分となるものである。この高分子材料は、特に限定されるものではなく、目的とする高分子複合材料成形体の機械的性質、熱的性質、光学的性質、電気的性質、耐久性、信頼性などの要求性能に応じて選択することができる。高分子材料の具体例としては、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、各種硬化性樹脂、架橋ゴム、架橋ゴムの類似物等が挙げられる。
【００２４】
熱可塑性樹脂の具体例としては、エチレン／α−オレフィン共重合体、フッ素樹脂、ポリメタクリル酸エステル類、ポリアクリル酸類、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、エチレン／酢酸ビニル共重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセタール、ポリエ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、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、スチレン／アクリロニトリル共重合体、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重合体、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルフィド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルニトリル、ポリエーテルケトン、ポリケトン、液晶ポリマー、シリコーン樹脂、アイオノマー等が挙げられる。
【００２５】
エチレン／α−オレフィン共重合体としてはポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン／プロピレン共重合体等、フッ素樹脂としてはポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン等、ポリメタクリル酸エステル類としてはポリメタクリル酸、そのメチルエステル等が挙げられる。
【００２６】
熱可塑性エラストマーの具体例としては、スチレン／ブタジエンブロック共重合体とその水添ポリマー、スチレン／イソプレンブロック共重合体とその水添ポリマー、スチレン系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、ポリ塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー等が挙げられる。
【００２７】
硬化性樹脂の具体例としては、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミドシリコーン樹脂、熱硬化型ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂、変性ＰＰＥ樹脂等が挙げられる。
【００２８】
架橋ゴム及びその類似物の具体例としては、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン／ブタジエン共重合ゴム、ニトリルゴム、水添ニトリルゴム、クロロプレンゴム、エチレン／プロピレンゴム、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、ブチルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、液状ゴム等が挙げられる。
【００２９】
これらの高分子材料は、一種を単独で用いても、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの高分子材料から選択される複数の高分子材料からなるポリマーアロイを用いてもよい。なお、硬化性樹脂及び架橋ゴムの硬化方法は、特に限定されず、熱硬化法、光硬化法、湿気硬化法、放射線照射硬化法、電子線照射硬化法等を採用することができる。
【００３０】
これらの高分子材料の中でも、耐熱性等の温度特性や電気的特性が良好であることから、好ましくはシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂及び液状ゴムよりなる群から選ばれる少なくとも一種の高分子材料、より好ましくはエポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及び液状ゴムよりなる群から選ばれる少なくとも一種の高分子材料である。また、これらの高分子材料は常温で液状であるか、又は加熱溶融時に低粘度化されるため、高分子材料中にＨＰＯ繊維を容易に分散させることができるとともに容易に配向制御させることができる。特に、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂及び液状ゴムよりなる群から選ばれる少なくとも一種の高分子材料は、常温で低粘度の液体であるため、ＨＰＯ繊維をさらに容易に配向制御することができる。
【００３１】
高分子組成物は、高分子材料中にＨＰＯ繊維を分散混合させることによって調製することができる。その分散混合には、ブレンダー、ミキサー、ロール、押出機等の混合・混練装置を用いることができる。なお、高分子組成物を調製する際には、減圧又は加圧させながら調製したり、減圧又は加圧させる工程を加えたりすることにより、高分子組成物に混入した気泡を除去することが好ましい。その結果、ＨＰＯ繊維の配向制御を容易にするとともに高分子複合材料成形体の外観を良好にすることができる。
【００３２】
なお、高分子材料との濡れ性や接着性を向上させるために、ＨＰＯ繊維の表面に予め脱脂処理、洗浄処理等を施したり、紫外線照射処理、コロナ放電処理、プラズマ処理、火炎処理、イオン注入等の活性化処理を施したりすることが好ましい。また、これらの表面処理に加えて、シラン系、チタン系、アルミニウム系等の通常のカップリング剤やレゾルシンホルマリンラテックス等でＨＰＯ繊維に表面処理を施すことが好ましい。その結果、さらに多量のＨＰＯ繊維を高分子材料中に分散混合させることができる。
【００３３】
また、揮発性の有機溶剤や反応性可塑剤を添加するなどして高分子組成物を低粘度化させてＨＰＯ繊維の含有量を増大させたり、ＨＰＯ繊維と高分子材料との比重差を小さくすることにより高分子組成物中でのＨＰＯ繊維の沈降を抑制させて配向を促進させたりすることもできる。
【００３４】
高分子組成物中のＨＰＯ繊維の含有量は高分子材料１００重量部に対して、好ましくは０．０１〜５０重量部、より好ましくは０．０２〜３０重量部、さらに好ましくは０．０５〜２０重量部である。この含有量が、高分子材料１００重量部に対して０．０１重量部未満であると、得られる高分子複合材料成形体の機能性の向上が十分に得られないおそれがある。一方、高分子材料１００重量部に対して５０重量部を超えて配合すると、高分子組成物の粘度が増大して流動性が損なわれ、ＨＰＯ繊維の配向制御が困難となるおそれがある。
【００３５】
高分子複合材料成形体は、上記高分子組成物中のＨＰＯ繊維を一定方向に配向させ、高分子組成物を硬化又は固化させ、所定の形状に成形することにより製造される。高分子複合材料成形体におけるＨＰＯ繊維の長さ方向に耐熱性、耐薬品性、電気的性質等の機能性を発揮させることができ、異方性機能を有する高性能な高分子複合材料成形体を実現することができる。この高分子複合材料成形体の形状については、特に限定されず、例えば立方体状、球状、円柱状、板状、フィルム状、棒状、チューブ状等の形状が挙げられる。
【００３６】
この高分子複合材料成形体中のＨＰＯ繊維の配向は、光線を透過する高分子材料から成形した場合、光線の透過率が異方性を示すことによって確認することができる。高分子複合材料成形体の光線の透過率は、ＨＰＯ繊維の繊維軸方向（ＨＰＯ繊維の配向方向）に高い値を示す。つまり、この高分子複合材料成形体は透過率で示される光学的性質に異方性が付与されている。
【００３７】
この高分子複合材料成形体は、ＨＰＯ繊維が一定方向に配向されているため、誘電率において異方性を発現させることができる。高分子材料の誘電率よりも低い誘電率を有するＨＰＯ繊維を配合した場合、高分子複合材料成形体の誘電率は、ＨＰＯ繊維の繊維軸方向（ＨＰＯ繊維の配向方向）に低下させることができる。この誘電率の異方性は、ＨＰＯ繊維の繊維軸に対して垂直方向（ＨＰＯ繊維の配向方向に対して垂直方向。⊥方向と示す。）とＨＰＯ繊維の繊維軸方向（ＨＰＯ繊維の配向方向。／／方向と示す。）とにおける誘電率（周波数３ＭＨｚ）の比で示すことが可能である。⊥方向の誘電率と／／方向の誘電率の比、（⊥方向の誘電率）／（／／方向の誘電率）は、好ましくは１．０５以上、より好ましくは１．０８以上、さらに好ましくは１．１０以上である。この誘電率の比が１．０５未満であると、誘電率で示される電気的性質に十分な異方性が得られないおそれがある。なお、この誘電率の比は高ければ高いほど電気的性質における異方性が向上されることになるが、ＨＰＯ繊維の特性を考慮するとこの誘電率の比の上限は、１．５０〜１．７０であると推定される。ＨＰＯ繊維の中でも、フッ化ポリオレフィン繊維を配合した場合、フッ化ポリオレフィンは他の合成樹脂と比較して低い誘電率を有するため、繊維の配向方向に低い誘電率を有する高分子複合材料成形体を容易に得ることができる。
【００３８】
この高分子複合材料成形体は、各種機能性において異方性が要求される用途に適用することができる。適用される用途としては、機械部品、機構部品、電気製品等が挙げられ、より具体的には、電気製品や自動車製品のハウジング、基板、伝動ベルト、タイヤ、ローラ、フィルター等の部品が挙げられる。
【００３９】
ＨＰＯ繊維を配向させる方法としては、流動場、せん断場、磁場及び電場から選ばれる少なくとも一種の場を利用した配向方法が挙げられる。これらの配向方法の中でも、配向する方向を容易に制御できることから、磁場による配向が好ましい。磁場による配向は、磁力線の方向を変えることにより、任意の一定方向にＨＰＯ繊維を配向させることができ、異方性機能を有する高分子複合材料成形体を簡便に得ることができる。磁場を利用してＨＰＯ繊維を配向させるには、高分子組成物に磁場発生手段から発生する磁場を印加し、ＨＰＯ繊維を磁化させることによりその繊維軸を磁力線と平行方向に配向させる。続いて、磁場を印加した状態で高分子組成物を硬化又は固化させ、高分子組成物を所定の形状に成形することにより、ＨＰＯ繊維が配向された高分子複合材料成形体が得られる。
【００４０】
ここで、ＨＰＯ繊維が磁力線に対してその繊維軸が平行となるように配向するのは、
（ａ）ＨＰＯ繊維は異方性磁化率χａが正の値を示すため、磁力線に対して繊維軸が平行となるように磁場が作用されること、
（ｂ）炭素−ハロゲン結合の異方性磁化率χａを考慮すると、配向されるＨＰＯ繊維中のできるだけ多くの炭素−ハロゲン結合が磁力線に対して垂直となる配向方向がエネルギー的に最も安定であること、
等の理由によるものと推定される。
【００４１】
磁場発生手段としては、永久磁石、電磁石、超電導磁石、コイル等が挙げられる。これらの磁場発生手段の中でも、実用的な磁束密度を有する磁場を発生させることができることから超電導磁石が好ましい。
【００４２】
また、印加される磁場の強さを表す磁束密度は、好ましくは０．１〜３０テスラ、より好ましくは０．５〜３０テスラ、最も好ましくは２〜３０テスラである。この磁束密度が０．１テスラ未満であると、ＨＰＯ繊維を十分に配向させることができないおそれがある。一方、３０テスラを超える磁束密度は実用上得られにくい。また、ＨＰＯ繊維の異方性磁化率χａは非常に小さいため、その異方性磁化率χａを利用してＨＰＯ繊維を一定方向に配向させるには、より強い磁束密度であることが好ましく、好ましい磁束密度は０．５テスラ以上、より好ましくは２テスラ以上、さらに好ましくは５テスラ以上である。
【００４３】
高分子複合材料成形体の成形方法については、特に限定されるものではなく、押出成形法、射出成形法、圧縮成形法、トランスファー成形法、ブロー成形法、真空成形法、回転成形法等が適用可能である。高分子組成物を硬化又は固化させる方法については、各種硬化反応、冷却処理等の公知の方法を利用することが可能である。
【００４４】
続いて、高分子複合材料成形体の製造方法の一実施形態として磁場による配向を利用した製造方法を図１〜図３に従って詳細に説明する。
図１（ｄ）に示すハロゲン化ポリオレフィン繊維１４が面内方向に配向されたシート状の高分子複合材料成形体１３を製造するには、まず図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように金型１１のシート状の成形凹部１１ａ内に高分子組成物１３ａを充填する。次に、図１（ｃ）に示すように磁場発生手段としての一対の磁石１２のそれぞれＮ極とＳ極を成形凹部１１ａの面内方向に対向して配設させ、磁石１２の磁場雰囲気下で、ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４を磁化させる。すると、ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４が磁石１２の磁力線に沿って平行に配向される。続いて、高分子組成物１３ａを硬化又は固化させて所定の形状に成形することにより、図１（ｄ）に示す高分子複合材料成形体１３が製造される。
【００４５】
図２（ｄ）に示すハロゲン化ポリオレフィン繊維１４が厚さ方向に配向されたシート状の高分子複合材料成形体１３を製造するには、まず図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように金型１１のシート状の成形凹部１１ａ内に高分子組成物１３ａを充填する。次に、図２（ｃ）に示すように磁場発生手段としての一対の磁石１２のそれぞれＮ極とＳ極を成形凹部１１ａの厚さ方向に対向して配設させ、磁石１２の磁場雰囲気下で、ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４を磁化させる。すると、ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４が磁石１２の磁力線に沿って平行に配向される。続いて、高分子組成物１３ａを硬化又は固化させて所定の形状に成形することにより、図２（ｄ）に示す高分子複合材料成形体１３が製造される。
【００４６】
本実施形態によって発揮される効果について、以下に記載する。
・  本実施形態における高分子複合材料成形体においては、ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中で一定方向に配向されている。これにより、高弾性率、高強度、耐熱性、低比重などの種々の優れた機能を有するハロゲン化ポリオレフィン繊維の特性を生かすことができるとともに特定方向にその特性を向上させることができる。従って、異方性機能を十分に発揮させることができる。
【００４７】
・  本実施形態における高分子複合材料成形体においては、ハロゲン化ポリオレフィン繊維はフッ化ポリオレフィン繊維から選ばれる少なくとも一種であることが好ましい。この場合、耐熱性、耐薬品性、電気的性質等の優れたフッ化ポリオレフィン繊維の特性を十分に生かすことができるとともに異方性機能を十分に発揮させることができる。
【００４８】
・  本実施形態における高分子複合材料成形体においては、ハロゲン化ポリオレフィン繊維の繊維長は１０ｍｍ以下であることが好ましい。この場合、高分子材料中にハロゲン化ポリオレフィン繊維を容易に分散させることができる。また、高分子組成物の粘度上昇が抑制されるため、高分子組成物中におけるハロゲン化ポリオレフィン繊維を容易に配向制御することができるとともに成形加工性を良好にすることができる。
【００４９】
・  本実施形態における高分子複合材料成形体においては、ハロゲン化ポリオレフィン繊維の異方性磁化率χａは１×１０−９以上であることが好ましい。この場合、磁場を印加によってハロゲン化ポリオレフィン繊維を磁化させ易く、ハロゲン化ポリオレフィン繊維を容易に配向制御させることができ、一定方向にハロゲン化ポリオレフィン繊維を高度に配向させることができる。従って、異方性機能を有する高分子複合材料成形体を容易に得ることができる。
【００５０】
・  本実施形態における高分子複合材料成形体においては、ハロゲン化ポリオレフィン繊維の配向により、誘電率が異方性を有することが好ましい。このように構成した場合、絶縁性能に異方性が要求される電子機器等に適用することができる。
【００５１】
・  本実施形態における高分子複合材料成形体の製造方法においては、ハロゲン化ポリオレフィン繊維が高分子材料中に配合された高分子組成物に磁場を印加し、ハロゲン化ポリオレフィン繊維を磁化させている。そして、ハロゲン化ポリオレフィン繊維を一定方向に配向させた後、高分子組成物を硬化又は固化させて所定の形状に成形している。この製造方法の場合、ハロゲン化ポリオレフィン繊維の異方性磁化率χａを利用して高分子組成物中のハロゲン化ポリオレフィン繊維を容易に配向させることができる。従って、異方性機能を十分に発揮させることができる高分子複合材料成形体を容易に得ることができる。
【００５２】
なお、前記実施形態を次のように変更して構成することもできる。
・  前記実施形態におけるハロゲン化ポリオレフィンの主鎖や側鎖の一部をポリオレフィン以外の重合体によって置き換えることにより、得られるハロゲン化ポリオレフィン繊維の耐熱性、成形加工性等の機能性を改良してもよい。ポリオレフィンの主鎖や側鎖を置き換える重合体としては、ポリカーボネート、ポリエ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、ポリエステル系エラストマー、ポリスチレン系重合体、アクリル系重合体、ポリアミド系重合体等の公知の重合体が挙げられる。また、ハロゲン化ポリオレフィン繊維は、他の繊維と組み合わせて構成することにより、芯鞘構造を有する複合繊維等であってもよい。
【００５３】
・  前記高分子組成物には、得られる高分子複合材料成形体の種々の性能を向上させるためにハロゲン化ポリオレフィン繊維以外の繊維を少量配合されることが好ましい。ハロゲン化ポリオレフィン繊維以外の繊維としては、アラミド繊維、脂肪族ポリアミド繊維、ポリベンザゾール繊維、ポリエステル繊維、ポリフェニレンスルフィド繊維、フェノール繊維、ポリオレフィン繊維、ビニロン繊維等の有機繊維、天然繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミックス繊維、これらの繊維を複合した複合繊維、ニッケル等の金属を表面に被覆した炭素繊維や有機繊維等が挙げられる。
【００５４】
・  前記高分子組成物には、上記のハロゲン化ポリオレフィン繊維以外の繊維から構成される織布又は不織布を配合してもよい。
・  前記高分子組成物には、必要に応じて充填剤、可塑剤、架橋剤、着色剤、安定剤、溶剤等の添加剤を少量配合してもよい。
【００５５】
・  前記磁力線は直線状以外に曲線状等でもよい。また、前記磁石１２は磁力線が一方向に延びるように配設されているが、磁力線が二方向以上に延びるように配設してもよい。さらに、前記磁石１２はＮ極とＳ極が対向するように一対配設されることが好ましいが、一つの磁石１２を高分子組成物の片側に配置し、その磁石１２の磁力線によってハロゲン化ポリオレフィン繊維１４を任意の一定方向に配向させてもよい。
【００５６】
・  前記実施形態では、高分子組成物の全体が磁場雰囲気下に配置されているが、高分子組成物の一部のみが磁場雰囲気化下に配置されるように構成し、部分的にハロゲン化ポリオレフィン繊維が配向された高分子複合材料成形体としてもよい。
【００５７】
・  前記高分子組成物に振動を加えたり、印加する磁力線の方向を反転させたりすることにより、高分子組成物中のハロゲン化ポリオレフィン繊維の配向を促進させてもよい。
【００５８】
【実施例】
次に、実施例及び比較例を挙げて前記実施形態をさらに具体的に説明する。
（異方性磁化率χａの測定）
ＨＰＯ繊維の異方性磁化率χａ（ＣＧＳ単位系）を磁気異方性トルク計（株式会社玉川製作所製  磁気異方性トルク計）で測定した。ＨＰＯ繊維としてのデュポン社製、直径２８μｍのポリテトラフルオロエチレン繊維の異方性磁化率χａ（ＣＧＳ単位系）は、１．７８×１０−８であった。また、ＨＰＯ繊維としての呉羽合繊（株）製、直径３４μｍのポリフッ化ビニリデン繊維の異方性磁化率χａ（ＣＧＳ単位系）は、９．２８×１０−９であった。
【００５９】
（実施例１）
高分子材料としての不飽和ポリエステル樹脂（株式会社日本触媒製  エポラックＧ１５７、以下合成樹脂Ａという。）１００重量部にポリテトラフルオロエチレン繊維（デュポン社製、直径２８μｍ、長さ０．４ｍｍ、以下ＰＴＦＥ繊維という。）１重量部を混合し、真空脱泡して高分子組成物を調製した。なお、ＰＴＦＥ繊維は、予めエタノールにより脱脂処理を施すことにより、ＰＴＦＥ繊維と不飽和ポリエステル繊維との濡れ性及び接着性を向上させた。
【００６０】
図１（ａ）〜図１（ｄ）に示すように、高分子組成物１３ａをアルミニウム製の金型１１に形成されるシート状の成形凹部１１ａ内に充填した。なお、この成形凹部１１ａの内面はフッ素樹脂コーティングが施され、その内面における離型性が向上されている。次に、磁場発生手段としての一対の磁石１２を磁力線が成形凹部１１ａの面内方向となるようにＮ極とＳ極を対向させて配設させることによる磁束密度１０テスラの磁場雰囲気下で、ＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）を面内方向に配向させた。続いて、合成樹脂Ａを加熱硬化させることにより高分子組成物１３ａを固化させ、シート状の高分子複合材料成形体１３を作製した。図１（ｄ）に示すように、得られた高分子複合材料成形体１３中のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は面内の一方向に配向していた。
【００６１】
同様に、高分子組成物１３ａを、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、アルミニウム製の金型１１に形成されるシート状の成形凹部１１ａ内に充填した。なお、この成形凹部１１ａの内面はフッ素樹脂コーティングが施され、その内面における離型性が向上されている。次に、磁場発生手段としての一対の磁石１２をそれぞれのＮ極とＳ極が対向するように配設し、磁束密度１０テスラの磁場雰囲気下で、ＰＴＦＥ繊維を厚さ方向に十分に配向させた。続いて、合成樹脂Ａを加熱硬化させることにより、高分子組成物１３ａを固化させ、シート状の高分子複合材料成形体１３を作製した。図２（ｄ）に示すように、得られた高分子複合材料成形体１３中のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は厚さ方向に配向していた。
【００６２】
得られた各々の高分子複合材料成形体１３の線膨張係数をＪＩＳ  Ｋ  ７１９７に準拠して測定した結果を表１に示す。なお、この線膨張係数の測定は、得られた高分子複合材料成形体１３を切削加工して作製した評価用試験片（厚さ５ｍｍ、縦５ｍｍ、横５ｍｍ）を用いて測定した。ここで、線膨張係数の測定は、評価用試験片を作製した高分子複合材料成形体１３の厚さ方向に対して測定した。従って、図１（ｄ）に示す配向方向の高分子複合材料成形体１３から得られる評価用試験片では、面内方向に配向されたＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）の繊維軸に垂直な方向（以下、軸垂直方向という。）の高分子複合材料成形体１３の線膨張係数が得られる。また、図２（ｄ）に示す配向方向の評価用試験片では、その繊維軸に平行な方向（以下、軸平行方向という。）の高分子複合材料成形体１３の線膨張係数が得られることになる。
【００６３】
（実施例２）
ＰＴＦＥ繊維の配合量を５重量部とした以外は、実施例１と同様の方法により、シート状の高分子複合材料成形体１３を作製した。一方の高分子複合材料成形体１３中のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、図１（ｄ）に示すように面内の一方向に配向していた。また、他方の高分子複合材料成形体１３のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、図２（ｄ）に示すように厚さ方向に配向していた。実施例１と同様に測定した線膨張係数の測定結果を表１に示す。
【００６４】
（実施例３）
ＰＴＦＥ繊維の配合量を１０重量部とした以外は、実施例１と同様の方法により、シート状の高分子複合材料成形体１３を作製した。一方の高分子複合材料成形体１３中のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、図１（ｄ）に示すように面内の一方向に配向していた。また、他方の高分子複合材料成形体１３のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、図２（ｄ）に示すように厚さ方向に配向していた。実施例１と同様に測定した線膨張係数の測定結果を表１に示す。
【００６５】
（比較例１）
上記の合成樹脂Ａのみを、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す金型１１によって磁場を印加せず、加熱硬化させることにより固化させ、シート状の高分子材料成形体を作製した。
【００６６】
線膨張係数の測定結果を表１に示す。なお、本比較例の高分子材料成形体においてはＰＴＦＥ繊維が配合されていない。従って、線膨張係数の測定結果は、実施例１の高分子複合材料成形体１３の各測定方向に対応して厚さ方向を軸垂直方向、面内の一方向を軸平行方向と仮定して測定したものである。
【００６７】
（比較例２）
実施例３の高分子組成物１３ａを図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す金型１１によって、磁場を印加せずに加熱硬化させることにより固化させ、シート状の高分子材料成形体を作製した。図３に示すように、得られた高分子複合材料成形体１３中のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、ランダムに分散し、その配向性は認められなかった。
【００６８】
線膨張係数の測定結果を表１に示す。なお、本比較例においてはＰＴＦＥ繊維が一定方向に配向されていない。従って、線膨張係数の測定結果は、比較例１と同一の方向の線膨張係数を測定したものである。
【００６９】
【表１】
2004217874.tif 000002
表１の結果から明らかなように、実施例１〜実施例３では軸垂直方向の線膨張係数より軸平行方向の線膨張係数が小さい値を示し、軸平行方向の熱的性質が向上されているとともに熱的性質に異方性が付与されていることがわかる。これらに対し、比較例１及び比較例２では、軸垂直方向の線膨張係数と軸平行方向の線膨張係数とに有意差はなく、熱的性質に異方性が付与されていないことがわかる。
【００７０】
（実施例４〜６）
配合する繊維をポリフッ化ビニリデン繊維（呉羽合繊製：直径３４μｍ、長さ０．１〜０．５ｍｍ、以下ＰＶＤＦ繊維という。）とした以外は、実施例１〜３と同様の方法により、シート状の高分子複合材料成形体１３を作製した。一方の高分子複合材料成形体１３中のＰＶＤＦ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、図１（ｄ）に示すように面内の一方向に配向していた。また、他方の高分子複合材料成形体１３のＰＶＤＦ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、図２（ｄ）に示すように厚さ方向に配向していた。さらに、実施例１〜３と同様に、得られた高分子複合材料成形体１３の各方向における線膨張係数の測定から、熱的性質に異方性が付与されていることがわかった。
【００７１】
（比較例３）
配合する繊維をＰＶＤＦ繊維とした以外は、比較例２と同様の方法により、シート状の高分子複合材料成形体１３を作製した。図３に示すように、得られた高分子複合材料成形体１３中のＰＶＤＦ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、ランダムに分散し、配向性は認められなかった。また、得られた高分子複合材料成形体１３の各方向における線膨張係数には有意差がなく、熱的性質に異方性が付与されていないことがわかった。
【００７２】
（実施例７）
実施例２と同様に高分子組成物１３ａを調製した。得られた高分子組成物１３ａを、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、アルミニウム製の金型１１に形成されるシート状の成形凹部１１ａ内に充填した。ここで、金型１１は成形凹部１１ａの内部の寸法が厚み２ｍｍ、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍのものを使用した。なお、この成形凹部１１ａの内面はフッ素樹脂コーティングが施され、その内面における離型性が向上されている。次に、磁場発生手段としての一対の磁石１２をそれぞれのＮ極とＳ極が対向するように配設し、磁束密度１０テスラの磁場雰囲気下で、ＰＴＦＥ繊維を厚さ方向に十分に配向させた。続いて、合成樹脂Ａを加熱硬化させることにより、高分子組成物１３ａを固化させ、厚み２ｍｍ、縦４０ｍｍ、横４０ｍｍシート状の高分子複合材料成形体１３を作製した。図２（ｄ）に示すように、得られた高分子複合材料成形体１３中のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は厚さ方向に配向していた。
【００７３】
得られた高分子複合材料成形体１３の厚さ方向の透過スペクトルを紫外可視分光光度計で測定した結果を図４に示す。ここで、測定した透過スペクトルは高分子複合材料成形体１３中のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）の配向方向（軸平行方向）の透過スペクトルである。
【００７４】
（比較例４）
磁場を印加せずに高分子組成物１３ａを常温硬化させた以外は、実施例７と同様の方法により、シート状の高分子複合材料成形体を作製した。図３に示すように得られた高分子複合材料成形体１３中のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、ランダムに分散し、その配向性は認められなかった。実施例７と同様に、得られた高分子複合材料成形体の厚さ方向の透過スペクトルを測定した結果を図４に示す。
【００７５】
図４の結果から明らかなように、実施例７の透過スペクトルにおける可視領域の透過率は、比較例４のそれよりも高い値を示している。このように、透過スペクトルからも実施例７における高分子複合材料成形体はＰＴＦＥ繊維の配向が確認されることがわかる。
【００７６】
（実施例８）
ＰＴＦＥ繊維の配合量を６０重量部とした以外は、実施例１と同様の方法により、図１（ｄ）及び図２（ｄ）に示すシート状の高分子複合材料成形体１３を作成した。これらの高分子複合材料成形体１３の周波数３ＭＨｚにおける誘電率の測定結果を表２に示す。
【００７７】
ここで、誘電率測定は高分子複合材料成形体１３の上下面に導電ペーストを塗布し、その厚み方向に測定したものである。従って、図１（ｄ）に示す配向方向の高分子複合材料成形体１３では、面内方向に配向されたＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）の繊維軸に垂直な方向（以下、軸垂直方向という。）の誘電率が得られる。また、図２（ｄ）に示す配向方向の高分子複合材料成形体１３では、繊維軸に平行な方向（以下、軸平行方向という。）の誘電率が得られる。
【００７８】
（比較例５）
実施例８の高分子組成物１３ａを図１（ａ）及び図１（ｂ）に示す金型１１によって、磁場を印加せずに加熱硬化させることにより固化させ、シート状の高分子複合材料成形体を作製した。図３に示すように、得られた高分子複合材料成形体１３中のＰＴＦＥ繊維（ハロゲン化ポリオレフィン繊維１４）は、ランダムに分散し、その配向性は認められなかった。
【００７９】
誘電率の測定結果を表２に示す。なお、本比較例の高分子材料成形体においてはＰＴＦＥ繊維が配向されていない。従って、誘電率の測定結果は、実施例８の高分子複合材料成形体１３の各測定方向に対応して厚さ方向を軸垂直方向、面内の一方向を軸平行方向と仮定して測定したものである。
【００８０】
（比較例６）
配合する繊維を全芳香族ポリエステル繊維であるポリアリレート繊維（株式会社クラレ製、ベクトランＨＴ（商品名）、直径１０μｍ、長さ０．１〜０．５ｍｍ、以下ＰＡＲ繊維という。）とした以外は、実施例８と同様の方法により、シート状の高分子複合材料成形体を作製した。実施例８と同様に測定した高分子複合材料成形体の誘電率の測定結果を表２に示す。
【００８１】
（比較例７）
配合する繊維を上記のＰＡＲ繊維とした以外は、比較例５と同様の方法により、シート状の高分子複合材料成形体を作製した。比較例５と同様に測定した高分子複合材料成形体の誘電率の測定結果を表２に示す。
【００８２】
（比較例８）
比較例１と同様にシート状の高分子材料成形体を作製した。比較例７と同様に測定した誘電率の測定結果を表２に示す。比較例５と同様に測定した高分子材料成形体の誘電率の測定結果を表２に示す。
【００８３】
【表２】
2004217874.tif 000003
表２の結果から明らかなように、実施例８ではＰＴＦＥ繊維（ＨＰＯ繊維）が配合されているため、軸垂直方向の誘電率より軸平行方向の誘電率が小さい値を示し、誘電率で示される電気的性質に異方性が付与されていることがわかる。これに対し、比較例５ではＰＴＦＥ繊維（ＨＰＯ繊維）が配向されていないため、各方向の誘電率に有意差が確認されなかった。また、比較例６及び比較例７では全芳香族ポリエステル繊維であるＰＡＲ繊維が配合されているため、各方向の誘電率に有意差が確認されなかった。さらに、比較例８では繊維が配合されていないため、各方向の誘電率に有意差が確認されなかった。このように比較例５〜８では、誘電率で示される電気的性質に異方性が付与されていないことがわかる。
【００８４】
次に、上記実施形態から把握できる技術的思想について以下に記載する。
・  前記高分子材料は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂及び液状ゴムよりなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の高分子複合材料成形体。この場合、耐熱性及び電気的性質を向上させることができるとともにハロゲン化ポリオレフィン繊維を容易に配向制御することができる。
【００８５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の高分子複合材料成形体によれば、異方性機能を十分に発揮させることができる。
【００８６】
請求項２に記載の発明の高分子複合材料成形体によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、フッ化ポリオレフィン繊維の特性を十分に生かすことができるとともに異方性機能を十分に発揮させることができる。
【００８７】
請求項３に記載の発明の高分子複合材料成形体によれば、請求項１又は請求項２に記載の発明の効果に加え、ハロゲン化ポリオレフィン繊維を容易に配向制御することができるとともに成形加工性を良好にすることができる。
【００８８】
請求項４に記載の発明の高分子複合材料成形体によれば、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、高分子複合材料成形体を容易に得ることができる。
【００８９】
請求項５に記載の発明の高分子複合材料成形体によれば、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、電気的性質に異方性が要求される用途に適用することができる。
【００９０】
請求項６に記載の発明の高分子複合材料成形体の製造方法によれば、異方性機能を十分に発揮させることができる高分子複合材料成形体を容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は高分子複合材料成形体の製造方法を示す要部断面図及び斜視図（面内の一方向にハロゲン化ポリオレフィン繊維が配向）。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は高分子複合材料成形体の他の製造方法を示す要部断面図及び斜視図（厚さ方向にハロゲン化ポリオレフィン繊維が配向）。
【図３】ハロゲン化ポリオレフィン繊維がランダムに分散された従来の高分子複合材料成形体を示す斜視図。
【図４】実施例７及び比較例４の高分子複合材料成形体の透過スペクトルを示す図。
【符号の説明】
χａ…異方性磁化率、１２…磁場発生手段としての磁石、１３…高分子複合材料成形体、１３ａ…高分子組成物、１４…ハロゲン化ポリオレフィン繊維。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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