(57)【要約】  サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、ポリアミドを含む０．１〜１５重量パーセントのサイズ樹脂と、８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含む。サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維と、高分子マトリックス中にサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維を含む組成物との製造方法も開示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、
ポリアミドを含む０．１〜１５重量パーセントのサイズ樹脂と、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含むサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項２】
前記ポリアミドは１６０℃以下の融点を有する、請求項１に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項３】
前記ポリアミドは、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の０．１〜６パーセントを構成する、請求項１に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項４】
前記ポリアミドは、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の１〜４パーセントを構成する、請求項１に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項５】
前記ポリアミドは脂肪族ポリアミドを含む、請求項１に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項６】
前記ポリアミドは、ポリシロキサンセグメントを含む骨格を有する、請求項１に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項７】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は少なくとも６０重量パーセントのアルミナを含む、請求項１に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項８】
前記アルミナはαアルミナを含む、請求項７に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項９】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は酸化ケイ素を更に含む、請求項１に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項１０】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は酸化ホウ素を更に含む、請求項９に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項１１】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は２５ミリメートル未満の長さを有する、請求項１に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項１２】
シラン結合剤の反応生成物を更に含む、請求項１に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項１３】
前記シラン結合剤の反応生成物は、前記シラン結合剤と前記アルミナ系無機酸化物短繊維との反応生成物を含む、請求項１２に記載のサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維。
【請求項１４】
高分子マトリックス中に分散させたサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維を含む組成物であって、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、
第１のポリアミドを含む０．１〜１５重量パーセントのサイズ樹脂と、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含み、
前記高分子マトリックスは前記第１のポリアミドとは異なる第２のポリアミドを含む、
組成物。
【請求項１５】
前記組成物は熱可塑性である、請求項１４に記載の組成物。
【請求項１６】
前記第１のポリアミドは脂肪族ポリアミドを含む、請求項１４に記載の組成物。
【請求項１７】
前記第１のポリアミドは、ポリシロキサンセグメントを含む骨格を有する、請求項１４に記載の組成物。
【請求項１８】
前記第１のポリアミドは１６０℃以下の融点を有する、請求項１４に記載の組成物。
【請求項１９】
前記第２のポリアミドは少なくとも１８０℃の融点を有する、請求項１４に記載の組成物。
【請求項２０】
前記サイズ樹脂は、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の０．１〜６パーセントを構成する請求項１４に記載の組成物。
【請求項２１】
前記サイズ樹脂は、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の１〜４パーセントを構成する請求項１４に記載の組成物。
【請求項２２】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は少なくとも６０重量パーセントのアルミナを含む、請求項１４に記載の組成物。
【請求項２３】
前記アルミナはαアルミナを含む、請求項２２に記載の組成物。
【請求項２４】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は酸化ケイ素を更に含む、請求項１４に記載の組成物。
【請求項２５】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は酸化ホウ素を更に含む、請求項２４に記載の組成物。
【請求項２６】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は２５ミリメートル未満の長さを有する、請求項１４に記載の組成物。
【請求項２７】
シラン結合剤の反応生成物を更に含む、請求項１４に記載の組成物。
【請求項２８】
前記シラン結合剤の反応生成物は前記シラン結合剤と前記アルミナ系無機酸化物短繊維との反応生成物を含む、請求項２７に記載の組成物。
【請求項２９】
水性分散体とアルミナ系無機酸化物連続繊維とを混合して、前駆体サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維を得ることと、
前記前駆体サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維を少なくとも部分的に乾燥させて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維を得ることと、
前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維をサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維に転化させることと、
を含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の製造方法であって、
前記水性分散体はポリアミドを含み、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、
０．１〜１５重量パーセントのポリアミドと、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含む、
方法。
【請求項３０】
前記アルミナ系無機酸化物連続繊維をシラン結合剤と混合することを更に含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記アルミナ系無機酸化物連続繊維は少なくとも６０重量パーセントのアルミナを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記アルミナはαアルミナを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記アルミナ系無機酸化物連続繊維は酸化ケイ素を更に含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３４】
前記アルミナ系無機酸化物連続繊維は酸化ホウ素を更に含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
水性分散体とアルミナ系無機酸化物短繊維とを混合して、前駆体サイズ処理済み繊維を得ることと、
前記前駆体サイズ処理済み繊維を少なくとも部分的に乾燥させて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維を得ることと、
を含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の製造方法であって、
前記水性分散体はポリアミドを含み、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、
０．１〜１５重量パーセントのポリアミドと、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含む、
方法。
【請求項３６】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維をシラン結合剤と混合することを更に含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は少なくとも６０重量パーセントのアルミナを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
前記アルミナはαアルミナを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は酸化ケイ素を更に含む、請求項２９又は３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記アルミナ系無機酸化物短繊維は酸化ホウ素を更に含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
前記ポリアミドを前記アルミナ系無機酸化物短繊維と混合した後に、前記ポリアミドを少なくとも部分的に架橋させることを更に含む、請求項２９又は３５に記載の方法。
【請求項４２】
前記ポリアミドは１６０℃未満の融点を有する、請求項２９又は３５に記載の方法。
【請求項４３】
前記ポリアミドは脂肪族ポリアミドを含む、請求項２９又は３５に記載の方法。
【請求項４４】
前記ポリアミドは、ポリシロキサンセグメントを含む骨格を有する、請求項２９又は３５に記載の方法。
【請求項４５】
前記ポリアミドは、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の０．１〜６パーセントを構成する、請求項２９又は３５に記載の方法。
【請求項４６】
前記ポリアミドは、前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の１〜４パーセントを構成する、請求項２９又は３５に記載の方法。
【請求項４７】
前記サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は２５ミリメートル未満の長さを有する、請求項２９又は３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は大まかに、サイズ処理済み無機酸化物繊維、繊維複合体、及びそれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高弾性、高強度の無機酸化物繊維が、多くの高性能高分子複合材料を作る際に用いられている。一般的に、２種類の高分子複合体、短繊維強化複合体及び連続繊維強化複合体がある。短繊維強化複合体は多くの場合、熱可塑性物質を含んでおり、押出しプロセスを通して処理される。連続繊維強化複合体は多くの場合、熱硬化性樹脂を含むが、繊維を通常、予め横たえた状態で樹脂を含浸させて、いわゆる「プリプレグ」を作る。この「プリプレグ」を次に、横たえた状態で硬化させて特定の形状にする。このような複合材料は通常、押出混合プロセスによって作られるが、このプロセスでは、予めカットされた短繊維を押出機内に供給ポートを通して添加する。繊維添加を容易にするために、繊維サイジング剤（すなわち、繊維サイズ）を用いてカット繊維を束状態に保つことを、カット繊維が押出機の内部で分散するまで行なう。繊維の束ね方が不適切だと、混合プロセスが妨げられることがあり、例えば、押出機の供給ポートが塞がれることによって生じる可能性がある。繊維サイジングの別の重要な役割は、無機酸化物繊維と高分子マトリックスとの間で高い界面接着をもたらすことである。繊維−高分子マトリックス接着が良好であれば、繊維と高分子マトリックスとの間の荷重伝達が効率的になり、無機酸化物繊維によってマトリックス高分子を効果的に補強することができる。適切な繊維サイズを選択することは、典型的には、繊維と高分子マトリックスとの特定の組み合わせに依存する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明者は、アルミナ系無機酸化物短繊維に対するサイズ処理として、高分子（特にポリアミドを含むもの）内へのその分散を可能にするものを見出した。サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、高分子溶融ストリーム内に容易に取り入れることができ、典型的には、繊維と高分子マトリックスとの間に良好な界面接着をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、本開示によって、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、
ポリアミドを含む０．１〜１５重量パーセントのサイズ樹脂と、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含むサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【０００５】
別の態様では、本開示によって、高分子マトリックス中に分散されたサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維を含む組成物であって、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、
第１のポリアミドを含む０．１〜１５重量パーセントのサイズ樹脂と、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含み、高分子マトリックスは第１のポリアミドとは異なる第２のポリアミドを含む組成物が提供される。
【０００６】
別の態様では、本開示によって、
水性分散体とアルミナ系無機酸化物連続繊維とを混合して、前駆体サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維を得ることと、
前駆体サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維を少なくとも部分的に乾燥させて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維を得ることと、
サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維をサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維に転化させることと、を含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の製造方法であって、水性分散体はポリアミドを含み、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、
０．１〜１５重量パーセントのポリアミドと、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含む、方法が提供される。
【０００７】
更に別の態様では、本開示によって、
水性分散体とアルミナ系無機酸化物短繊維とを混合して、前駆体サイズ処理済み繊維を得ることと、
前駆体サイズ処理済み繊維を少なくとも部分的に乾燥させて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維を得ることと、を含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の製造方法であって、水性分散体はポリアミドを含み、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、
０．１〜１５重量パーセントのポリアミドと、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含む、方法が提供される。
【０００８】
本明細書において使用する場合、
用語「アルミナ系」は、言及している対象物の全重量に基づいて、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を少なくとも３５重量パーセント含むことを意味する。
【０００９】
用語「繊維」は、特に指示がない限り、単一の繊維又は複数の繊維を指す。
【００１０】
用語「無機酸化物」には、無機酸化物として、結晶性セラミック、ガラスセラミック、及び／又はアモルファス相を含むものが含まれる。
【００１１】
用語「ポリアミド」は、以下の式によって表わされる二価のセグメントの繰り返しを含む任意の高分子を指す。
【００１２】
【化１】
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ここで、Ｚは二価有機基を表わすが、これには、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｎ、Ｏ、及び／又はＳｉが含まれていてもよい。
【００１３】
繊維に関連して、用語「短い」は、平均長が１インチ（２．５４ｃｍ）以下の繊維を指す。
【００１４】
本開示における範囲は、特に指示がない限り、それらの端点を含めると考えなければならない。
【００１５】
本開示の特徴及び利点は、発明を実施するための形態、及び添付の特許請求の範囲を考慮することで更に深い理解が得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本開示による典型的なサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維１００の斜視図である。
【図２】本開示による典型的な組成物２００の斜視図である。
【図３】比較例Ｃの組成物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図４】実施例１の組成物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図５】実施例２の組成物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】実施例３の組成物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図７】実施例４の組成物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図８】実施例５の組成物の走査型電子顕微鏡写真である。
【図９】実施例６の組成物の走査型電子顕微鏡写真である。
【００１７】
本開示の原理の範囲及び趣旨の範囲内に含まれる他の多くの改変例及び実施形態が、当業者によって考案され得る点は理解されるはずである。図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、図１を参照して、本開示により調製されたサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維１００は、アルミナ系無機酸化物短繊維１１０とポリアミド１２０とを含む。
【００１９】
サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維を含む。いくつかの実施形態では、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、９４〜９９．５重量パーセント、又は更には９６〜９９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維を含む。
【００２０】
アルミナ系無機酸化物短繊維は、切断及び／又は破壊されていてもよい。それらはすべて実質的に同じ長さを有していてもよいし又は異なる長さを含んでいてもよい。典型的には、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維には、アルミナ系無機酸化物短繊維をサイズ樹脂によって互いに結合したものの束が含まれる。このような束は、例えば、サイズ処理済み連続トウを細断して、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維を並べた束を製造することによって作製することができる。
【００２１】
アルミナ系無機酸化物短繊維は、アスペクト比が少なくとも１０、２０、３０、４０、又は更には少なくとも５０あってもよいが、これは必要条件ではない。アルミナ系無機酸化物短繊維は、典型的には、平均有効繊維直径が少なくとも約５マイクロメートルであるが、これは必要条件ではない。いくつかの実施形態では、平均有効繊維直径は５０マイクロメートル以下又は２５マイクロメートル以下である。
【００２２】
いくつかの実施形態では、無機酸化物繊維は、少なくとも１００ギガパスカル（ＧＰａ）、少なくとも１５０ＧＰａ、少なくとも２００ＧＰａ、又は更には少なくとも約３００ＧＰａの平均引っ張り係数を有する。
【００２３】
本開示で用いるアルミナ系無機酸化物短繊維は、典型的には、対応するアルミナ系連続無機酸化物繊維を切断又は破壊することによって調製される。アルミナ系連続無機酸化物繊維は、単一の繊維として、又は例えば、ヤーン若しくはトウとひとまとめにされて市販されている。トウは、繊維技術分野では周知であり、複数の（別個の）繊維（通常は、少なくとも１００繊維、より典型的には、少なくとも４００繊維）をロープ状の形態で集めたものを指す。ヤーン又はトウは、典型的には、トウ当たり数百〜数千（例えば、少なくとも２５００）の別個の繊維を含む。アルミナ系無機酸化物繊維は、種々の長さ（３００メートル以上を含む）で入手可能ある。無機酸化物繊維は例えば、断面形状が円形又は楕円形であってもよい。
【００２４】
有用なアルミナ系無機酸化物繊維には、例えば、米国特許第３，７９５，５２４号（Ｓｏｗｍａｎ）に記載されているようなアルミノホウケイ酸塩繊維が含まれる。いくつかの実施形態では、アルミノホウケイ酸塩繊維は、アルミノホウケイ酸塩繊維の全重量に基づいて、理論的な酸化物基準で、約３５重量パーセント〜約７５重量パーセント（より好ましくは、約５５重量パーセント〜約７５重量パーセント）のＡｌ２Ｏ３；０重量パーセントを上回り（より好ましくは、少なくとも約１５重量パーセント）、約５０重量パーセント未満（より好ましくは、約４５パーセント未満、最も好ましくは、約４０パーセント未満）のＳｉＯ２；及び約１重量パーセントを上回り（より好ましくは、約２５重量パーセント未満、更により好ましくは、約１重量パーセント〜約２０重量パーセント、最も好ましくは、約２重量パーセント〜約１５重量パーセント）のＢ２Ｏ３、を含む。好ましいアルミノホウケイ酸塩繊維は、ＮＥＸＴＥＬ  ３１２無機酸化物繊維として３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ（Ｍａｐｌｅｗｏｏｄ、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）から市販されている。
【００２５】
有用なアルミナ系無機酸化物繊維にはまたアルミノケイ酸塩繊維が含まれる。アルミノケイ酸塩繊維（典型的には結晶である）は、酸化アルミニウムを約６７〜約９７重量パーセントの範囲で、及び酸化ケイ素を約３〜約３３重量パーセントの範囲で含む。アルミノケイ酸塩繊維は、例えば、米国特許第４，０４７，９６５号（Ｋａｒｓｔら）に開示されているように製造することができる。いくつかの実施形態では、アルミノケイ酸塩繊維は、アルミノケイ酸塩繊維の全重量に基づいて、理論的な酸化物基準で、約６７〜約８５重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と約３３〜約１５重量パーセントのＳｉＯ２とを含む。いくつかの実施形態では、アルミノケイ酸塩繊維は、アルミノケイ酸塩繊維の全重量に基づいて、理論的な酸化物基準で、約６７〜約７７重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と約２３〜約３３重量パーセントのＳｉＯ２とを含む。いくつかの実施形態では、アルミノケイ酸塩繊維は、アルミノケイ酸塩繊維の全重量に基づいて、理論的な酸化物基準で、約８５〜約９７重量パーセントのＡｌ２Ｏ３と約３〜約１５重量パーセントのＳｉＯ２とを含む。アルミノケイ酸塩繊維は、例えば、ＮＥＸＴＥＬ  ５５０及びＮＥＸＴＥＬ  ７２０アルミノケイ酸塩繊維（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ製）として市販されている。
【００２６】
いくつかの実施形態では、アルミナ繊維は、アルミナ繊維の全重量に基づいて、理論的な酸化物基準で、約９８重量パーセントを上回るＡｌ２Ｏ３と約０．２〜約１．０重量パーセントのＳｉＯ２とを含む。αアルミナ繊維は、例えば、ＮＥＸＴＥＬ  ６１０無機酸化物繊維（３Ｍ  Ｃｏｍｐａｎｙ製）として入手可能である。
【００２７】
また有用なのは、アルミナクロミア金属（ＩＶ）酸化物繊維（例えば、米国特許第４，１２５，４０６号（Ｓｏｗｍａｎ）に記載）及びアルミナ繊維（例えば、米国特許第３，８０８，０１５号（Ｓｅｕｆｅｒｔ）に記載）である。
【００２８】
アルミナ系無機酸化物繊維の製造方法は当該技術分野では知られており、例えば、米国特許第４，９５４，４６２号（Ｗｏｏｄら）に開示されている方法が挙げられる。例えば、高アルミナ含有量（例えば、＞６０重量パーセントのアルミナ）を伴う繊維は、水溶性又は有機前駆体ゲルをスピナレットを通して押出成形して、乾燥させた後に高温（≧９００℃）熱処理を行なって耐熱性連続ヤーンを形成することによって、調製することができる。
【００２９】
サイズ樹脂が、サイズ処理済み無機酸化物繊維中に含まれる量は、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、０．１〜１５重量パーセント（両端を含む）である。いくつかの実施形態では、サイズ樹脂が、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維中に含まれる量は、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、０．１〜６重量パーセント、０．５〜５重量パーセント、又は更には１〜４パーセントである。
【００３０】
サイズ樹脂として有用なポリアミドには、例えば、ホットメルト接着剤として有用なポリアミドが含まれる。典型的には、サイズ樹脂は脂肪族であるが、これは必要条件ではない。例えば、サイズ樹脂には、必要に応じて芳香族ポリアミドが含まれてもよい。サイズ樹脂は、任意の形態で用いてもよいが、典型的には、アルミナ系無機酸化物繊維にラテックス分散体として加える。
【００３１】
アルミナ系無機酸化物繊維に対するサイズ樹脂中に含まれていてもよい有用なポリアミドの例としては、ナイロン−６；ナイロン−６，６；ナイロン−１１；ナイロン−１２；ナイロン−６，１２；ナイロン−６，９；ナイロン−４；ナイロン−４，２；ナイロン−４，６；ナイロン−７；ナイロン−８；環含有ポリアミド、例えば、ナイロン−６，Ｔ、及びナイロン−６，１；及びポリアミドコポリマー（例えば、ポリアミド多高分子）が挙げられる。アルミナ系無機酸化物繊維に対するサイズとして用いてもよい有用なポリアミドの例としては、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏ．（Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、Ｄｅｌａｗａｒｅ）から、商品名ＥＬＶＡＭＩＤＥナイロン多高分子樹脂として入手可能なもの、例えば、ＥＬＶＡＭＩＤＥ  ８０６１（ｍ．ｐ．＝１５８℃）、ＥＬＶＡＭＩＤＥ  ８０６３ナイロン多高分子樹脂（ｍ．ｐ．＝１５８℃）、ＥＬＶＡＭＩＤＥ  ８０２３Ｒ（ｍ．ｐ．＝１５４℃）、及びＥＬＶＡＭＩＤＥ  ８０６６（ｍ．ｐ．＝１１５℃）などが挙げられる。有用なサイズ樹脂としては、Ａｒｉｚｏｎａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ（Ｊａｃｋｓｏｎｖｉｌｌｅ、Ｆｌｏｒｉｄａ）から商品名ＵＮＩ−ＲＥＺとして入手可能なホットメルトポリアミド、例えば、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６２０、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６２６、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６３２、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６３３、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６３５、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６４１、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６５１、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６７１、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６７２、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６７４、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２６７８、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２７２０、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２７２１、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２７２２、ＵＮＩ−ＲＥＺ  ２７２７、及びＵＮＩ−ＲＥＺ  ＴＰ１０１などが挙げられる。
【００３２】
いくつかの実施形態では、ポリアミドは、ポリシロキサンセグメントを含む骨格を有する。このような好適なポリアミドの例には、シリコーンポリオキサミド（ＳＰＯｘ）エラストマーが含まれる。
【００３３】
シリコーンポリオキサミドには、少なくとも２（例えば、少なくとも２、少なくとも５、少なくとも１０、又は少なくとも２０）の二価のユニット（式Ｉ（以下）によって表わされる）が含まれてもよい。
【００３４】
【化２】
2015530490.tif 000004
各Ｒ１は独立に、アルキル、ハロアルキル、アラルキル、アルケニル、アリール、又はアリールをアルキル若しくはアルコキシ基で置換したもの、又はハロゲンを表し、Ｒ１基の少なくとも５０パーセントがメチルである。各Ｑは独立にアルキレン、アラルキレン、又はこれらの組み合わせを表す。下付き文字ｎは独立に４０〜１５００の範囲の整数である。この種類のＳＰＯｘエラストマーの調製は、ビス（アミノプロピル）ポリジメチルシロキサンジアミンをシュウ酸ジエチルと縮合させて、α、ω−シュウ酸エチル−キャップされたＳＰＯｘ材料を得ることによって行なってもよい。
【００３５】
いくつかの実施形態では、有用なＳＰＯｘエラストマーには、少なくとも２（例えば、少なくとも２、少なくとも３、少なくとも４、又は少なくとも５）の二価のユニット（式ＩＩ（以下）によって表わされる）が含まれてもよい。
【００３６】
【化３】
2015530490.tif 000005
ここで、ｐは１〜１０の範囲の整数を表し、Ｇは二価の有機基（例えば、１〜２０の炭素原子を有するアルキレン）を表している。Ｒ２は水素又はアルキルを表すか、又はＲ２は、Ｇとともに、及びこれらが両方とも結びつく窒素とともに、複素環基を形成する。この種類のＳＰＯｘエラストマーは２ステッププロセスで調製されてもよい。第１のステップでは、α、ω−ビス（アミノプロピル）ポリジメチルシロキサンジアミンをシュウ酸ジエチルでエンドキャップして、ｎのα、ω−シュウ酸エチル−キャップされた前駆体シリコーンポリオキサミドを得る。第２のステップでは、エンドキャップされた上記生成物を次に、アルキレンジアミン（例えば、１，２−エチレンジアミン）と縮合させて、ＳＰＯｘ高分子を形成する。
【００３７】
ＳＰＯｘ高分子及びそれらの合成方法に関する更なる詳細は、例えば、米国特許第７，３７１，４６４（Ｂ２）号（Ｓｈｅｒｍａｎら）に見出すことができる。
【００３８】
ポリアミドは、アルミナ系無機酸化物繊維上にコーティングされる溶媒であってもよいし、又は水性分散体として用いてもよい。ポリアミドの溶媒及び水性分散体を調製する方法は、当該技術分野において周知であり、例えば、溶媒反転又は低温粉砕に続いて分散を分散助剤を用いて行なうことが挙げられる。
【００３９】
有用な市販の水性ポリアミド分散体としては、ＧＥＮＴＯＮ  ３１０水性分散体、１０重量パーセントのＥＬＶＡＭＩＤＥ  ８０６３ナイロン多高分子樹脂分散体（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐ．（Ｂｌｏｏｍｆｉｅｌｄ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から入手可能）；及びＨＹＤＲＯＳＩＺＥ  ＰＡ８４５アニオン性水性ナイロン分散体（Ｍｉｃｈｅｌｍａｎ（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ、Ｏｈｉｏ）製）が挙げられる。
【００４０】
いくつかの実施形態では、サイズ樹脂は、融点が比較的低い（例えば、１６０℃以下、１５５℃以下、又は更には１５０℃以下などの）ポリアミドを含んでもよい。
【００４１】
典型的には、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維には本質的に揮発性液体成分がないが、これは必要条件ではない。例えば、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、２パーセント未満、１パーセント未満、０．５パーセント未満、又は更には０．１パーセント未満の揮発性液体成分を含んでもよい。
【００４２】
本開示によるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、例えば、ポリアミドの溶媒溶液又は水性分散体とアルミナ系無機酸化物短繊維とを混合してサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維前駆体を得ることと、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維前駆体を少なくとも部分的に乾燥させて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維を得ることと、によって調製することができる。サイズ樹脂を繊維に加える有用な方法としては、例えば、浸漬コーティング、ロールコーティング、及び噴霧が挙げられる。
【００４３】
別の実施形態では、前述のプロセスを連続繊維トウ上で行ない、それに続いてトウを切断してアルミナ系無機酸化物短繊維にしてもよい。
【００４４】
いくつかの実施形態では、サイズ樹脂とともにシラン結合剤を更に含むことが望ましい場合がある。
【００４５】
理論に束縛されるものではないが、シラン結合剤は、アルミナ系無機酸化物繊維の表面と反応して、それと共有結合を、場合によってはサイズ樹脂とも共有結合を形成して、その結果、サイズ及び／又は高分子マトリックスに対するアルミナ系無機酸化物繊維の接着を高めることができると考えられる。
【００４６】
シラン結合剤には、シリコン原子に１〜３の加水分解基が結合されたものに有機基が結合されたものが含まれる。有機基には、脂肪族又は芳香族基が含まれていてもよいし、又は反応性官能基（例えば、−Ｎ＝Ｃ＝Ｏ、−ＮＨ２、−ＯＨ、及び−ＳＨ）を有する基が含まれていてもよい。
【００４７】
有用なシラン結合剤は、以下の一般式によって表されてもよい。
Ｙ−Ｒｎ−Ｓｉ−（Ｘ）（４−ｎ）
ここで、Ｒは二価の有機残基（例えば、１〜８個の炭素原子を有するアルキレン）であり、Ｘは加水分解基であり、Ｙは反応性官能基であり、及びｎは１、２、又は３である。好適な基Ｙには、例えば、ビニル、エポキシ、アクリル、メタクリル、アミノ、メルカプト、及びスチリルが含まれる。多くの他の官能基を、必要に応じて、使用する特定の接着剤システムに応じて、用いることができる。好適な加水分解基Ｘには、例えば、アルコキシ、アシルオキシ、アミノ、及び塩素が含まれる。
【００４８】
有用なシラン結合剤の例としては、３−（２−アミノエチルアミノ）−プロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、（３−グリシドオキシプロピル）−トリメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（Ｄｏｗ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（Ｍｉｄｌａｎｄ、Ｍｉｃｈｉｇａｎ）から商品名Ａ−１１００として入手可能である）、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、３−（トリエトキシシリル）プロピルイソシアネート、エチル３−（トリエトキシシリル）プロピルカルバミン酸、及びビニルトリメトキシシランが挙げられる。
【００４９】
アルミナ系無機酸化物繊維にシラン結合剤を、アルミナ系無機酸化物繊維にサイズ樹脂を加える前に、後に、又は同時に加えてもよい。シラン結合剤は、加水分解を伴わずに用いてもよいし、又はアルミナ系無機酸化物繊維に加える前に予め加水分解させてもよい。シラン結合剤を加水分解を伴わずに表面に加える場合、典型的には、最初に無水有機溶媒中に溶解させて希釈液とし、所望の量のシラン結合剤が溶媒の蒸発後に表面上に適用される。このような実施形態では、シラン結合剤は、偶発性の水の存在が原因で空気中で硬化して、固体基板との強い結合を形成する場合がある。シラン化された表面を加熱すると、このような硬化を加速することができる。
【００５０】
使用する場合、シラン結合剤の使用を、典型的には、アルミナ系無機酸化物繊維の少なくとも単層被覆を得るのに少なくとも十分なレベルで行なうが、これは必要条件ではない。
【００５１】
サイズ樹脂には、少なくとも１つの追加成分、例えば、湿潤剤、帯電防止剤、潤滑剤、及びこれらの組み合わせなどが更に含まれていてもよい。
【００５２】
いくつかの実施形態では、サイズ樹脂を少なくとも部分的に架橋させることを（例えば、加熱、架橋剤の添加、電子ビーム放射、ガンマ放射、及び／又は紫外線によって）、繊維に加えた後に行なってもよい。
【００５３】
本開示によるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が有用なのは、例えば、アルミナ系無機酸化物繊維を、サイズ樹脂中に含まれるポリアミドとは異なる、ポリアミドを含む高分子マトリックス中に分散させる場合である。次に、図２を参照して、組成物２００は、本開示によるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維２１０を高分子マトリックス２２０中に分散させたものを含む。
【００５４】
大まかに、高分子マトリックス中のポリアミドは、サイズ樹脂中に含まれるポリアミドとは化学的に異なって（例えば、単量体単位及び／又は結合性が異なって）いる。例えば、サイズ樹脂中はナイロン−６で高分子マトリックス中はナイロン６，６である。
【００５５】
高分子マトリックス中で有用なポリアミドとしては、サイズ樹脂中で用いる前述のものが挙げられるが、望ましくは、融点が相対的にもっと高い。例えば、高分子マトリックス中のポリアミドは、融点が、少なくとも２０℃、少なくとも３０℃、少なくとも４０℃、少なくとも５０℃、少なくとも６０℃、少なくとも８０℃、又は更には少なくとも１００℃、サイズ樹脂中のポリアミドの融点より高くてもよい。いくつかの実施形態では、例えば、高分子マトリックス中のポリアミドは、少なくとも１８０℃、少なくとも２３０℃、少なくとも２７０℃、又は更には少なくとも少なくとも３２０℃の融点を有する。
【００５６】
なお、特定のポリアミド材料を選択することは、特定の意図する応用例の物理的な要求に基づいて行なうべきである。高分子マトリックスに対する有用なポリアミドの例としては、ナイロン−６、ナイロン−６，６、ナイロン−１１、及びナイロン−１２が挙げられる。ナイロン−６及びナイロン−６，６によって、ナイロン−１１及びナイロン−１２よりも良好な耐熱性特性が得られる一方で、ナイロン−１１及びナイロン−１２によって、より良好な耐化学性特性が得られる。加えて、他のナイロン材料、例えば、ナイロン−６，１２、ナイロン−６，９、ナイロン−４、ナイロン−４，２、ナイロン−４，６、ナイロン−７、及びナイロン−８、並びに環含有ポリアミド、例えば、ナイロン−６，Ｔ、及びナイロン−６，１を用いてもよい。好適なナイロンとしては、ＶＥＳＴＡＭＩＤ  Ｌ２１４０が挙げられる。これは、Ｃｒｅａｎｏｖａ，Ｉｎｃ．（Ｓｏｍｅｒｓｅｔ、Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）から入手可能なナイロン−１２である。ポリエーテル含有ポリアミド、例えば、ＰＥＢＡＸポリアミド（Ａｔｏｃｈｅｍ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ（Ｐｈｉｌａｄｅｌｐｈｉａ，Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ）製）を用いてもよい。
【００５７】
高分子マトリックスは、更なる１つ以上の成分、例えば、より多くの熱可塑性高分子、熱硬化性樹脂、充填剤、酸化防止剤、光安定剤、硬化剤／架橋剤、及び／又は着色剤（例えば、染料及び色素）のうちの１つなどを含んでいてもよい。
【００５８】
いくつかの実施形態では、本開示による組成物は熱可塑性である。他の実施形態では、本開示による組成物は熱硬化性である（すなわち、溶融成形可能でない箇所に架橋される）。
【００５９】
本明細書で使用される「備える（comprise）」、「有する（have）」、及び「含む（include）」といった語形は、法律的に等価かつ非限定的である。したがって、記載される要素、機能、工程、又は限定以外に、更なる記載されない要素、機能、工程、又は限定が存在し得る。
【００６０】
本開示の選択された実施形態
第１の実施形態では、本開示によって、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、
ポリアミドを含む０．１〜１５重量パーセントのサイズ樹脂と、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含むサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００６１】
第２の実施形態では、本開示によって、第１の実施形態によるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、ポリアミドが１６０℃以下の融点を有する、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００６２】
第３の実施形態では、本開示によって、第１又は第２の実施形態によるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、ポリアミドが、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の０．１〜６パーセントを構成する、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００６３】
第４の実施形態では、本開示によって、第１又は第２の実施形態によるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、ポリアミドが、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の１〜４パーセントを構成する、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００６４】
第５の実施形態では、本開示によって、第１〜第４の実施形態のいずれか１つによるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、ポリアミドが脂肪族ポリアミドを含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００６５】
第６の実施形態では、本開示によって、第１〜第４の実施形態のいずれか１つによるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、ポリアミドが、ポリシロキサンセグメントを含む骨格を有する、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００６６】
第７の実施形態では、本開示によって、第１〜第６の実施形態のいずれか１つによるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が少なくとも６０重量パーセントのアルミナを含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００６７】
第８の実施形態では、本開示によって、第７の実施形態によるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、アルミナがαアルミナを含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００６８】
第９の実施形態では、本開示によって、第１〜第８の実施形態のいずれか１つによるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が酸化ケイ素を更に含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００６９】
第１０の実施形態では、本開示によって、第９の実施形態によるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が酸化ホウ素を更に含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００７０】
第１１の実施形態では、本開示によって、第１〜第１０の実施形態のいずれか１つによるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が２５ミリメートル未満の長さを有する、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００７１】
第１２の実施形態では、本開示によって、第１〜第１１の実施形態のいずれか１つによるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、シラン結合剤の反応生成物を更に含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００７２】
第１３の実施形態では、本開示によって、第１２の実施形態によるサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維であって、シラン結合剤の反応生成物が、シラン結合剤とアルミナ系無機酸化物短繊維との反応生成物を含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が提供される。
【００７３】
第１４の実施形態では、本開示によって、高分子マトリックス中に分散させたサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維を含む組成物であって、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、
第１のポリアミドを含む０．１〜１５重量パーセントのサイズ樹脂と、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含み、高分子マトリックスは第１のポリアミドとは異なる第２のポリアミドを含む、組成物が提供される。
【００７４】
第１５の実施形態では、本開示によって、第１４の実施形態による組成物であって、組成物が熱可塑性である、組成物が提供される。
【００７５】
第１６の実施形態では、本開示によって、第１４又は第１５の実施形態による組成物であって、第１のポリアミドが脂肪族ポリアミドを含む、組成物が提供される。
【００７６】
第１７の実施形態では、本開示によって、第１４又は第１５の実施形態による組成物であって、第１のポリアミドが、ポリシロキサンセグメントを含む骨格を有する、組成物が提供される。
【００７７】
第１８の実施形態では、本開示によって、第１４〜第１７の実施形態のいずれか１つによる組成物であって、第１のポリアミドが１６０℃以下の融点を有する、組成物が提供される。
【００７８】
第１９の実施形態では、本開示によって、第１４〜第１８の実施形態のいずれか１つによる組成物であって、第２のポリアミドが少なくとも１８０℃の融点を有する、組成物が提供される。
【００７９】
第２０の実施形態では、本開示によって、第１４〜第１９の実施形態のいずれか１つによる組成物であって、サイズ樹脂が、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の０．１〜６パーセントを構成する、組成物が提供される。
【００８０】
第２１の実施形態では、本開示によって、第１４〜第２０の実施形態のいずれか１つによる組成物であって、サイズ樹脂が、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の１〜４パーセントを構成する、組成物が提供される。
【００８１】
第２２の実施形態では、本開示によって、第１４〜第２１の実施形態のいずれか１つによる組成物であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が少なくとも６０重量パーセントのアルミナを含む、組成物が提供される。
【００８２】
第２３の実施形態では、本開示によって、第２２の実施形態による組成物であって、アルミナがαアルミナを含む、組成物が提供される。
【００８３】
第２４の実施形態では、本開示によって、第１４〜第２３の実施形態のいずれか１つによる組成物であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が酸化ケイ素を更に含む、組成物が提供される。
【００８４】
第２５の実施形態では、本開示によって、第２４の実施形態による組成物であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が酸化ホウ素を更に含む、組成物が提供される。
【００８５】
第２６の実施形態では、本開示によって、第１４〜第２５の実施形態のいずれか１つによる組成物であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が２５ミリメートル未満の長さを有する、組成物が提供される。
【００８６】
第２７の実施形態では、本開示によって、第１４〜第２６の実施形態による組成物であって、シラン結合剤の反応生成物を更に含む、組成物が提供される。
【００８７】
第２８の実施形態では、本開示によって、第２７の実施形態による組成物であって、シラン結合剤の反応生成物がシラン結合剤とアルミナ系無機酸化物短繊維との反応生成物を含む、組成物が提供される。
【００８８】
第２９の実施形態では、本開示によって、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の製造方法であって、
水性分散体とアルミナ系無機酸化物連続繊維とを混合して、前駆体サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維を得ることと、
前駆体サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維を少なくとも部分的に乾燥させて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維を得ることと、
サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物連続繊維をサイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維に転化させることと、を含み、水性分散体はポリアミドを含み、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、
０．１〜１５重量パーセントのポリアミドと、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含む、方法が提供される。
【００８９】
第３０の実施形態では、本開示によって、第２９の実施形態による方法であって、アルミナ系無機酸化物連続繊維をシラン結合剤と混合することを更に含む、方法が提供される。
【００９０】
第３１の実施形態では、本開示によって、第２９又は第３０の実施形態による方法であって、アルミナ系無機酸化物連続繊維が少なくとも６０重量パーセントのアルミナを含む、方法が提供される。
【００９１】
第３２の実施形態では、本開示によって、第３１の実施形態による方法であって、アルミナがαアルミナを含む、方法が提供される。
【００９２】
第３３の実施形態では、本開示によって、第２９〜第３２の実施形態のいずれか１つによる方法であって、アルミナ系無機酸化物連続繊維が酸化ケイ素を更に含む、方法が提供される。
【００９３】
第３４の実施形態では、本開示によって、第３３の実施形態による方法であって、アルミナ系無機酸化物連続繊維がボリアを更に含む、方法が提供される。
【００９４】
第３５の実施形態では、本開示によって、
水性分散体とアルミナ系無機酸化物短繊維とを混合して、前駆体サイズ処理済み繊維を得ることと、
前駆体サイズ処理済み繊維を少なくとも部分的に乾燥させて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維を得ることと、を含む、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の製造方法であって、水性分散体はポリアミドを含み、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量に基づいて、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維は、
０．１〜１５重量パーセントのポリアミドと、
８５〜９９．９重量パーセントのアルミナ系無機酸化物短繊維と、を含む、方法が提供される。
【００９５】
第３６の実施形態では、本開示によって、第３５の実施形態による方法であって、アルミナ系無機酸化物短繊維をシラン結合剤と混合することを更に含む、方法が提供される。
【００９６】
第３７の実施形態では、本開示によって、第３５又は第３６の実施形態による方法であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が少なくとも６０重量パーセントのアルミナを含む、方法が提供される。
【００９７】
第３８の実施形態では、本開示によって、第３７の実施形態による方法であって、アルミナがαアルミナを含む、方法が提供される。
【００９８】
第３９の実施形態では、本開示によって、第２９〜第３８の実施形態のいずれか１つによる方法であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が酸化ケイ素を更に含む、方法が提供される。
【００９９】
第４０の実施形態では、本開示によって、第３９の実施形態による方法であって、アルミナ系無機酸化物短繊維が酸化ホウ素を更に含む、方法が提供される。
【０１００】
第４１の実施形態では、本開示によって、第２９〜第４０の実施形態のいずれか１つによる方法であって、ポリアミドをアルミナ系無機酸化物短繊維と混合した後にポリアミドを少なくとも部分的に架橋させることを更に含む、方法が提供される。
【０１０１】
第４２の実施形態では、本開示によって、第２９〜第４１の実施形態のいずれか１つによる方法であって、ポリアミドが１６０℃未満の融点を有する、方法が提供される。
【０１０２】
第４３の実施形態では、本開示によって、第２９〜第４２の実施形態のいずれか１つによる方法であって、ポリアミドが脂肪族ポリアミドを含む、方法が提供される。
【０１０３】
第４４の実施形態では、本開示によって、第２９〜第４２の実施形態のいずれか１つによる方法であって、ポリアミドが、ポリシロキサンセグメントを含む骨格を有する、方法が提供される。
【０１０４】
第４５の実施形態では、本開示によって、第２９〜第４４の実施形態のいずれか１つによる方法であって、ポリアミドが、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の０．１〜６パーセントを構成する、方法が提供される。
【０１０５】
第４６の実施形態では、本開示によって、第２９〜第４５の実施形態のいずれか１つによる方法であって、ポリアミドが、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維の全重量の１〜４パーセントを含む、方法が提供される。
【０１０６】
第４７の実施形態では、本開示によって、第２９〜第４６の実施形態のいずれか１つによる方法であって、サイズ処理済みアルミナ系無機酸化物短繊維が２５ミリメートル未満の長さを有する、方法が提供される。
【０１０７】
以下の非限定的な実施例によって本開示の目的及び利点を更に例示するが、これらの実施例に記載する特定の材料及びその量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を不当に限定するものとして解釈されるべきではない。
【実施例】
【０１０８】
特に断らないかぎり、実施例及び本明細書の残りの部分におけるすべての部、比率（％）、及び比等は、重量基準である。表１（以下）に、実施例で用いる材料及び略語を示す。
【０１０９】
【表１】
2015530490.tif 000006
【０１１０】
試験方法
引張特性
引張特性の測定を、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−１０「プラスチックの引張特性の標準試験方法」に従って行なった。
【０１１１】
曲げ特性
曲げ特性の測定を、ＡＳＴＭ  Ｄ７９０−１０「未強化及び強化プラスチック及び電気絶縁材料の曲げ特性に対する標準試験方法」（手順Ａ）に従って行なった。
【０１１２】
複合体の調製及びＳＥＭ画像化
ＡＬＦＩＢ連続ロービングをサイジング液体中に浸漬コーティングして、材料を２本の指の間にはさみながら繊維を進めることによって、過剰なコーティングを除去した。約１２１℃で動作している強制空気オーブン中で、スチル湿式ロービング浸漬から水分を追い出した。典型的な乾燥時間は少なくとも２０分であったが３時間は超えなかった。
【０１１３】
前述のように調製したコーティングされた繊維束を次に、混合用に準備した。便宜上、ブラベンダーボール加熱混合器内への供給用に、約１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の長さのストリップをハサミで切った。６０グラムのマトリックス高分子を最初に、混合器に添加した。混合温度の設定はマトリックス樹脂に応じて行なった。典型的には、混合器に対する設定点は、ホスト樹脂として機能する高分子の融点よりも約１０℃〜５０℃高い値に設定した。コーティングされた束を事前に切ったもの５グラムを次に、ボール内に約１分間に渡って導入した。混合時間は約数分間であった。
【０１１４】
混合プロセスが終了したら、溶融混合物を混合チャンバからすばやく取り出して、放冷した。こうして材料を、ＳＥＭ画像化用の試料調製に対して準備した。
【０１１５】
室温まで冷却したブラベンダー混合器から取り出した試料を、プライヤを用いて保持した。１番目のプライヤと同時に、２番目のプライヤを用いてサンプルを異なる場所で掴んだ。一方のプライヤ対を次に、その相手に対して強制的に動かして、サンプルを壊して少なくとも２つの片にした。１つの片の破面を次に検査して画像化に対する適合性を調べた。好適な片を次に、ＰｈｅｎｏｍＷｏｒｌｄ  ＦＥＩ電子顕微鏡（ＰＨＥＮＯＭ−ＷＯＲＬＤ  ＮＡ，Ｉｎｃ（Ｂｅａｖｅｒｔｏｎ，Ｏｒｅｇｏｎ））と適合する試料保持器内に取り付けた。破面を概観して無機酸化物繊維母集団の有無を調べ、必要に応じて走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を取った。
【０１１６】
ＳＥＭを用いて破面における界面接着の程度を試験することによって、サイズ樹脂の適合性を判定した。サイズ樹脂が適切な場合は、アルミナ繊維の周りの高分子マトリックスの少なくとも一部は、破砕後も繊維表面に接着したままである。サイズ樹脂が不適切な場合は、繊維表面が露出して、わずかな高分子マトリックスも無い。
【０１１７】
複合体の調製及び物理的特性の測定
ＡＬＦＩＢ連続ロービングを、ロールコーティングステーション内に供給して、サイジング液体でコーティングした。ロービングを複数パス内で２つの１８．４ｃｍ直径の高温缶（１２５〜１８５℃の温度に設定）の組の上に供給することによって、水分を湿式ロービングから追い出した。高温缶領域を出た後に、以後の処理用に、ロービングをまだ暖かい間に均等巻きして保存した。
【０１１８】
混合する前に、ロービングをロータリチョッパ内に導入した。ロータリチョッパは、コーティングされた繊維束セグメントを３ｍｍ〜１５ｍｍの範囲の長さ（チョッピングブレードの間隔による）で送り出すように設定した。
【０１１９】
細断された繊維束を、マトリックス樹脂のペレットと一緒に、バーストオフ（Berstorff）共回転２軸押し出し機（Ｌ／Ｄは４０）の供給ポート内に加えた。押出機内の溶融温度を２４５℃に設定した。溶融ブレンドを押出機を通して及びストランドダイを通して渡らせ、その時点で混合物は冷えているが、混合物を水槽内に沈めて更なる冷却を図った。水槽から出したら、ストランドを回転ナイフを用いて細断して長さがほぼ４ｍｍのペレットにし、更なる処理用に集めた。
【０１２０】
ペレットをその後、射出成形機（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ  Ｍｉｌａｃｒｏｎ（Ｃｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ）製）（運転条件は、温度２３５〜２４１℃、成形圧３．４メガパスカル（ＭＰａ）、及び初期充填圧４．１ＭＰａ（最終圧力は化合物依存））内に供給して、ＡＳＴＭ  Ｄ３６４１−１２「熱可塑成形試験片及び押出材料を射出成形するための標準実施要項」に準拠する試験片にして、ＡＳＴＭ  Ｄ６３８−１０「プラスチックの引張特性の標準試験方法」に従った引張特性の試験、及びＡＳＴＭ  Ｄ７９０−１０「未強化及び強化プラスチック及び電気絶縁材料の曲げ特性に対する標準試験方法」に従った曲げ弾性率の試験に備えた。
【０１２１】
比較例Ａ
ＰＡ２の試験片の調製及び試験を複合体の調製及び物性の測定における手順に従って行なった。但し、繊維は化合物に加えなかった。結果を表２に示す。
【０１２２】
比較例Ｂ
ＮＥＸＴＥＬ  ６１０の水サイズ処理済みロービングを、オーブン内で乾燥させた（１２１℃で３０分間）。繊維束をロータリチョッパ内に供給した。繊維束が粉々に壊れて、別個の１０，０００のデニール繊維が分離されて、綿の球に似た物理的形状になった。この材料は押出機内に供給することができなかった。
【０１２３】
比較例Ｃ
ＰＡ２に基づく複合材料の試験片を、複合体の調製及び物性の測定と複合体の調製及びＳＥＭ画像化とにおける手順に従って調製した。
【０１２４】
この実施例では、サイジング液体は水溶性混合物（全固形分１０パーセント）であって、以下のように調製した。７２グラムの蒸留水に３６グラムのＰＵＤＩＳＰを添加した。攪拌後に、０．５グラムのＷＡ、１．０グラムのＳＣＡ２、及び０．５グラムのＳＣＡ３を順次添加した。この分散体を、調製した日と同じ日にサイジングとして用いて、前述のように繊維をコーティングして及び乾燥させた。この材料を混合及び成形して、物性試験用及びＳＥＭ画像化による検査用（図３に示す）の試料を調製した。
【０１２５】
表２（以下）に、比較例Ａ及びＣ、並びに実施例１に対する物性を示す。
【０１２６】
【表２】
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【０１２７】
（実施例１）
ＰＡ２に基づく複合材料の試験片を、複合体の調製及び物性の測定と複合体の調製及びＳＥＭ画像化とにおいて概説した手順に従って調製した。
【０１２８】
この実施例では、サイジング液体は水溶性混合物（全固形分は１０重量パーセント）であって、以下のように調製した。２００グラムのＰＡＤＩＳＰ１に、０．２グラムのＳＣＡ１と１．８グラムの蒸留水とを添加した。この分散体を、調製した日と同じ日にサイジングとして用いて、前述のように繊維をコーティングして乾燥させた。
【０１２９】
この材料を混合及び成形して、物性試験用及びＳＥＭ画像化による検査用の試験片を調製した。図４に、試験片の破面を示すＳＥＭ画像を示す。
【０１３０】
（実施例２）
ＰＡ３に基づく複合材料の試験片を、複合体の調製及びＳＥＭ画像化に概説した手順に従って調製した。この実施例では、サイジング液体は水溶性混合物（全固形分は１０重量パーセント）であり、以下のように調製した。
【０１３１】
２００グラムのＰＡＤＩＳＰ１に、０．２グラムのＳＣＡ１と１．８グラムの蒸留水とを添加した。この分散体を、調製した日と同じ日にサイジングとして用いて、前述のように繊維をコーティングして乾燥させた。
【０１３２】
この材料を混合して、ＳＥＭ画像化による検査用の試料を調製するために用いた。図５に、試験片の破面を示すＳＥＭ画像を示す。
【０１３３】
（実施例３）
ＰＡ２に基づく複合材料の試験片を、複合体の調製及びＳＥＭ画像化で概説した手順に従って調製した。この実施例では、サイジング液体はＰＡＤＩＳＰ１であり、そのまま使用した。前述のように繊維をコーティングして乾燥させた。この材料を混合及び成形して、ＳＥＭ画像化による検査用の試料を調製した。図６に、試験片の破面を示すＳＥＭ画像を示す。
【０１３４】
（実施例４）
ＰＡ２に基づく複合材料の試験片を、複合体の調製及びＳＥＭ画像化で概説した手順に従って調製した。この実施例では、サイジング液体は水溶性混合物（全固形分は１０重量パーセント）であった。２００グラムのＰＡＤＩＳＰ２に、０．２グラムのＳＣＡ１と１．８グラムの蒸留水とを添加した。この分散体を、調製した日と同じ日にサイジングとして用いて、前述のように繊維をコーティングして乾燥させた。この材料を混合及び成形して、ＳＥＭ画像化による検査用の試料を調製した。図７に、試験片の破面を示すＳＥＭ画像を示す。
【０１３５】
（実施例５）
ＰＡ２に基づく複合材料の試験片を、複合体の調製及びＳＥＭ画像化で概説した手順に従って調製した。この実施例では、サイジング液体は水溶性混合物（全固形分は１０％）であって、以下のように調製した。２００グラムのＰＡＤＩＳＰ１に、０．２グラムのＳＣＡ４と１．８グラムの蒸留水とを添加した。この分散体を、調製した日と同じ日にサイジングとして用いて、前述のように繊維をコーティングして乾燥させた。この材料を混合及び成形して、ＳＥＭ画像化による検査用の試料を調製した。図８に、試験片の破面を示すＳＥＭ画像を示す。
【０１３６】
（実施例６）
ＰＡ５（５グラム）及び９００ｍＬのトルエンをガラス容器内に４８時間放置して、その間、時おり混合した。４８時間の終わりに、粘性があり、透明で、均質のＰＡ５／トルエン混合物が得られたが、これをサイジング液体として用いた。
【０１３７】
ＡＬＦＩＢ連続ロービング（４，５００デニール繊維を１０，０００デニール繊維の代わりに用いることを除いて）を、サイジング液体中に浸漬コーティングし、過剰なコーティングを、材料を２本の指の間にはさみながら繊維を進めることによって取り除いた。コーティングした繊維を、２５℃で動作している実験室フード内で２４時間乾燥させた。未サイズ処理繊維とサイズ処理及び乾燥させた繊維との重みに基づいて、サイズ処理済み繊維には、１１．９重量パーセントのサイズ樹脂と８８．１重量パーセントのアルミナ系無機酸化物繊維とが含まれていることが分かった。
【０１３８】
前述のようにして調製したコーティングされた繊維束を次に、混合用に準備した。便宜上、ブラベンダーボール加熱混合器内への供給用に、約１０ｍｍ〜１００ｍｍの範囲の長さのストリップをハサミで切った。ＰＡ４の試料を９０℃で２４時間、空気雰囲気下のオーブン内で乾燥させた。乾燥したＰＡ４を６０グラム、最初に混合器に加えた。混合温度を２７０℃に設定した。コーティングされた束を事前に切ったもの５グラムを次に、ボール内に約１分間に渡って導入した。混合時間は約数分間であった。
【０１３９】
混合プロセスが終了したら、溶融混合物を混合チャンバからすばやく取り出して、放冷した。こうして材料は、前述の複合体の調製及びＳＥＭ画像化の手順で説明した方法によるＳＥＭ画像化用の試料調製に対する準備ができた。この材料を混合及び成形して、ＳＥＭ画像化による検査用の試料を調製した。図９に、試験片の破面を示すＳＥＭ画像を示す。
【０１４０】
当業者であれば、より詳細に付属の「特許請求の範囲」に記載される本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく本開示に対する他の改変及び変更を行うことが可能である。異なる実施形態の態様を異なる実施形態の他の態様と部分的若しくは全体的に互換すること又は組み合わせることが可能である点は理解されるであろう。特許証のための上記の出願において引用された、参照文献、特許、又は特許出願はいずれも一貫性を有するようにそれらの全容を本明細書に援用する。これらの援用文献の一部と本明細書との間に不一致又は矛盾がある場合、上記の説明文における情報が優先するものとする。特許請求される開示内容を当業者が実行することを可能ならしめるために示される上記の説明文は、「特許請求の範囲」及びそのすべての均等物によって規定される本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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