JP2015059274A - 複合繊維およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な分散性をもつ高強力高弾性繊維と熱可塑性繊維とからなる複合繊維及び織編が可能で、かつ凹凸等成形安定性に優れた成形品が得られる複合繊維の製造方法を提供する。【解決手段】複合繊維５は、熱可塑性樹脂（繊維）２を含む熱可塑性の芯部と、高強力高弾性繊維３を含む鞘部とからなる芯鞘繊維１を有し、芯鞘繊維１の外周面に熱可塑性繊維からなるカバリング糸４が配される。高強力高弾性繊維３の含有量は複合繊維５の全量に対し２０〜８０質量％であることが好ましく、高強力高弾性繊維３と熱可塑性繊維とが良好に分散して配される複合繊維５である。この複合繊維５を使って成形品の補強用織編物を製造する。【選択図】図２

Description

本発明は、高強力高弾性繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合繊維およびその製造方法に関する。

高強力高弾性繊維は、引っ張り強度、弾性率等に優れていることから成形加工品などの産業用途に多く用いられているが、高強力高弾性繊維だけで織編物を製造することは困難である。
また、高強力高弾性繊維を成形加工する際にバインダー樹脂も必要になってくる。そこで、高強力高弾性繊維と他の繊維との複合繊維が数多く開発されてきた。
例えば、特開２００８−２４０１７０号公報（特許文献１）には、高強力高弾性繊維である炭素繊維を芯部に、融点が８０〜２００℃のポリプロピレンなどからなる有機繊維を鞘部に配した芯鞘型の熱可塑性樹脂補強用複合糸が開示されている。この得られる補強用複合糸は、有機繊維の融点以上に加熱された熱可塑性樹脂浴中に浸漬され、鞘部の有機繊維を溶融しつつ、芯部の炭素繊維間に熱可塑性樹脂を含浸させて、樹脂含有ストランドを得ている。このときの芯部と鞘部の両繊維の重量比率は、炭素繊維１００重量部に対し有機繊維が５〜１００重量部としている。

このように、特許文献１に開示された発明にあって、溶融する熱可塑性樹脂浴中に浸漬される以前の芯鞘型複合糸についてみると、芯部の炭素繊維束の周囲が有機繊維によりカバリングされているため、擦過性が改善され、炭素繊維の毛羽立ちを低減させることを可能にしているが、この芯鞘型複合糸の鞘部を構成する有機繊維を通常の熱処理をするだけで、有機繊維の溶融物を、芯部を構成する炭素繊維束の内部まで均等に浸透させることは難しく、炭素繊維束の集束性を確保することができず、織編み工程が安定しないという問題がある。そこで、特許文献１に開示された技術では、芯鞘型複合繊維を熱可塑性樹脂浴中に浸漬して鞘部の有機繊維を溶融させると同時に、芯部の炭素繊維に溶融する有機繊維とは別に溶解する熱可塑性樹脂を含浸させるようにしている。

特開２００８−２４０１７０号公報

上述のとおり、特許文献１により開示された技術によれば、工程通過性を確保すべく、芯部に炭素繊維を配し、鞘部に融点の低い有機繊維でカバリングした芯鞘型複合繊維を得たのち、この芯鞘型複合繊維を溶融した熱可塑性樹脂液中に浸漬して、鞘部の有機繊維を溶融させながら芯部の炭素繊維中に溶融した熱可塑性樹脂を含浸させるという煩雑な処理を必要としている。

本発明は、こうした従来技術における問題点を解決するためになされたものであり、加工通過の安定性に優れ、なお且つ、所望の強度を有する高度な成形加工品が得られる、高強力高弾性繊維と熱可塑性樹脂とを含む複合繊維と、その簡易な複合繊維の製造方法とを提供する。

かかる目的は、第１発明の基本構成である、熱可塑性樹脂を含む芯部と高強力高弾性繊
維を含む鞘部とからなる芯鞘複合繊維と、該芯鞘複合繊維の周囲に配される熱可塑性繊維とを備えた複合繊維により達成される。また上記目的は、第２発明である熱可塑性樹脂を含む芯部と高強力高弾性繊維を含む鞘部とからなる芯鞘複合繊維の周囲に、熱可塑性繊維を巻き付ける複合繊維の製造方法によっても達成される。

好適には、前記芯鞘複合繊維の周囲に前記熱可塑性繊維を配した前記複合繊維に含まれる前記高強力高弾性繊維の含有量が、複合繊維全量に対し２０〜８０質量％であり、更には前記高強力高弾性繊維は、引張り強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、熱変形温度が３００℃以上であることが好ましい。また前記熱可塑性繊維として、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、またはポリオレフィン繊維のいずれかであることが好ましい。

本発明の複合繊維は、上記構成を備えることで、熱処理の際に、芯鞘複合繊維の外周に配された熱可塑性繊維と、芯鞘複合繊維の芯部を構成する熱可塑性樹脂とが溶融して、それらの溶融樹脂が高強力高弾性繊維の間へと効率よく浸入し、従来の複合構造では困難であった、熱処理後の高強力高弾性繊維の間に良好な接着性をもって、熱可塑性樹脂が多数の高強力高弾性繊維の間に万遍なくいきわたり、毛羽立ちが少ない複合繊維が得られる。その結果、同複合繊維を使った編織工程においても工程通過の安定性が得られ、この複合繊維を使った成形加工品も高強度で且つ高品質のものが得られ、織編物を補強材とする成形加工を必要とする用途に広く用いられる。

本発明の複合繊維の一例を示す側面図である。 本発明の複合繊維の一例を示す断面写真である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
（芯鞘繊維）
本発明の複合繊維５は、熱可塑性樹脂（繊維）２を含む芯部と高強力高弾性繊維３を含む鞘部とからなる芯鞘繊維１を用いることが必要である。このような構造の芯鞘繊維１の外周面を熱可塑性繊維からなるカバリング糸４にて包み込むようにすることで、従来のような高強力高弾性繊維の周囲に単に熱可塑性繊維を配した複合繊維と比べて、芯鞘繊維１の外側だけでなく、芯鞘繊維１の芯部からも高強力高弾性繊維３間に熱可塑性樹脂を含浸することが可能となり、熱処理時に、熱可塑性樹脂の含浸性を著しく向上させることができる。

芯鞘繊維１とその周面に配した熱可塑性のカバリング糸４とからなる複合繊維５は、前述の構成をもつ芯鞘繊維１の外周面に熱可塑性繊維からなるカバリング糸４を配した構造とすることが必要である。このような構造とすることで、複合繊維５の加工通過性が向上する。

本発明の複合繊維の製造方法は、特に限定するものではないが、上記芯鞘繊維と熱可塑性繊維とを混繊させて得ることもできる。ただし、エアー混繊加工は、エアー混繊時に高強力高弾性繊維は強度が高く、また、伸度が低いため良好な混繊繊維が得られない場合があり好ましくない。更に、エアー混繊加工時、高強力高弾性繊維が単繊維切れ等を発生し、強度ダウン、混繊不足、複合繊維を構成する繊維の交絡不足による工程通過性不良などが発生する。また、カバリング加工は、炭素繊維またはガラス繊維とを、単に熱可塑性繊維でカバリング加工するだけでは、既述したとおり、熱処理時に熱可塑性樹脂の含浸性不良が発生するので好ましくない。

そこで、本発明による良好な混繊方法としては、芯部となる熱可塑性樹脂を含む樹脂組成物（熱可塑性繊維を含む。）と鞘部となる高強力高弾性繊維を含む繊維状物とを複合化して芯鞘繊維１とし、更にこの芯鞘繊維１の周囲に熱可塑性繊維をカバリング加工することが、丸みのある複合繊維５が得られるので好ましい。ここで行うカバリング加工は、シングルカバリング加工、または、ダブルカバリング加工どちらでもかまわないが、ダブルカバリング加工が丸みのある複合繊維５が得られる点でさらに好ましい。

本発明の複合繊維５に含まれる高強力高弾性繊維３の量は、複合繊維５全量に対し２０〜８０質量％の範囲が好ましい。２０質量％以下では、得られた成形品は強度が低いものしか得られない。また、８０質量％を超えると高強力高弾性繊維３と熱可塑性繊維との接着性が悪くなる。

（高強力高弾性繊維）
本発明の複合繊維５に用いることができる高強力高弾性繊維としては、アラミド繊維、超高分子ポリエチレン繊維、フッ素繊維、炭素繊維、ガラス繊維等が挙げられるが、特にこれらに限定するものではない。

（熱可塑性樹脂（繊維））
本発明の複合繊維５に用いることができる熱可塑性繊維と、本発明の複合繊維５に用いることができる芯鞘繊維１の芯部に含まれる熱可塑性樹脂とは、同一の樹脂組成物であっても、異なる樹脂組成物であってもかまわず、いずれも、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂等から任意に選択できるが、なかでも耐薬品性が良好な点で、ポリプロピレン樹脂を用いることが好ましい。

さらに、本発明の複合繊維５に用いることができる熱可塑性樹脂または熱可塑性繊維は、高強力高弾性繊維３と親和性を有することが好ましい。熱可塑性樹脂又は繊維に親和性を与えるために、親和剤を加えることもできるが、用いることができる親和剤としては、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂が好ましい。無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂としては、例えば、無水マレイン酸グラフト樹脂などを挙げることができる。

熱可塑性樹脂や繊維に含まれる親和剤として、変性ポリプロピレン樹脂を用いた場合には、その主骨格がポリプロピレンであることから、ポリプロピレン樹脂との相溶性を示すことと、親和剤としての変性ポリプロピレン樹脂中の水酸基と、高強力高弾性樹脂中の官能基の少なくとも一部とが反応することによりグラフト共重合体を形成する。

本発明の複合繊維５に用いる熱可塑性樹脂や繊維としてポリプロピレン樹脂を用いる場合は、ポリプロピレンホモポリマーであってもよいし、プロピレンを主成分とするプロピレンとエチレン、１−ブテン等の他のα−オレフィンとのコポリマーであってもよく、またこれらを２種以上を組み合わせて用いてもよい。

本発明の複合繊維５に用いる熱可塑性樹脂としてポリプロピレン樹脂を用いる場合は、ＪＩＳ Ｋ ７２１０に準拠して２３０℃で測定したメルティングフローレート値（以下、ＭＦＲと略記）が４〜２００ｇ／１０分の範囲であることが好ましい。ＭＦＲ値が４ｇ／１０分未満では、高強力高弾性繊維と熱可塑性樹脂との複合繊維は熱処理時、高強力高弾性繊維間への熱可塑性樹脂の浸透性が悪く、接着性の低い成形品となる。ＭＦＲ値が２００ｇ／１０分を超えると、熱処理後、接着力あるいは剛性の低い成形品しか得られない。

本発明の複合繊維５に用いる熱可塑性樹脂組成物には、親和剤以外の他の成分を含んでいてもよく、他の成分として、例えば、リン化合物、含臭素化合物などからなる難燃剤、
ヒンダードアミン系化合物等からなる耐光安定剤、酸化防止剤、流動性改良剤、マイカ、タルク、ワラスナイト、チタン酸カリウム、炭酸カルシウム、シリカ、ゴム成分などの有機、無機充填剤やその他の機能剤、製糸性を悪化させない範囲で着色顔料を含んでいてもよい。

本発明の複合繊維５に用いることができる熱可塑性繊維と、本発明の複合繊維５に用いることができる芯鞘繊維１の芯部に含まれる熱可塑性樹脂とは、公知の溶融紡糸方法で得ることができる熱可塑性繊維を用いることが複合繊維５の強度保持の観点から好ましい。このとき、繊維断面も、丸断面、三角等の異型断面、中空断面の繊維、または、これらの断面を混合した繊維であってもよく、異繊度の繊維を混繊したものでもよいし、溶融紡糸法で複合紡糸することもできる。

（熱可塑性繊維の製造方法）
溶融押出機内で加熱することにより溶融させた熱可塑性樹脂を紡糸ノズルから押し出し、紡出糸の表面に紡糸油剤を給油し、紡出糸を巻き取ることにより未延伸糸を得る。この未延伸糸は、そのまま連続工程で延伸し更に捲縮加工を行ってもよいし、一旦巻き取った後、さらに延伸・捲縮加工を施してもよい。延伸は、１段あるいは２段以上の多段で行ってもよく、多段延伸における延伸倍率比の設定も特に限定されない。また、延伸工程では熱源が接触型または非接触型であってもよい。延伸倍率は、１．７〜７．０倍とすることが好ましく、延伸倍率が１．７倍未満では、得られる熱可塑性繊維の強度が低くなり、７．０倍を超えると、糸切れ等発生の危険性が高くなる。また、延伸温度は、５０〜１５０℃であることが好ましく、延伸温度が５０℃未満では、延伸倍率が低くなり得られるフィラメント糸の繊維強度が低くなると共に延伸斑が発生する。また、１５０℃を超えると、糸切れが発生するなど製糸安定性が悪化する。

（芯鞘繊維の製造方法）
本発明の複合繊維５に用いることができる芯鞘繊維１は、公知の方法で得ることができ、特に限定されるものではないが、熱可塑性樹脂からなる繊維を芯部に、高強力高弾性繊維を含むテープ状物を鞘部に配置して、熱可塑性樹脂からなる繊維をテープ状物で包み込んで形成する方法が好ましい。こうすることで高強力高弾性繊維を均一に熱可塑性樹脂からなる繊維の周囲に配置できるので、熱可塑性樹脂が満遍なく行き渡るため好ましい。

（高強力高弾性繊維を含むテープ状物）
本発明の複合繊維５に用いることができる高強力高弾性繊維を含むテープ状物は、高強力高弾性繊維を開繊し、熱可塑性樹脂を含浸させて形成したものであることがより好ましい。テープ状物が熱可塑性樹脂を含むものであると、芯鞘繊維１の製造工程での毛羽立ちを抑制できる。テープ状物に含まれる熱可塑性樹脂としては、芯鞘繊維１の芯部に含まれる熱可塑性樹脂と相溶性があるものであればよいが、特にポリプロピレン樹脂が好ましい。また、テープ状物の厚みは、２０〜１００μｍ、幅は、１〜１２０ｍｍであることが好ましい。

以下、本発明の実施例に基づきより具体的に説明する。
なお、本発明は以下に述べる実施例に限定されるものでなく、特許請求の範囲内で様々な変更が可能である。
各繊維物性の測定は以下の方法で求めた。
（繊維強伸度）
ＪＩＳ Ｌ１０１３．８．５．１（標準時試験）に準拠し、引張試験機（オリエンテック社製、製品名：テンシロンＲＴＣ−１２１０Ａ）にて繊維の引張り強度及び伸度を測定した。
（収縮率）
ＪＩＳ Ｌ１０１３．１８．１（標準時試験）に準拠し測定した。

（実施例１）
複合繊維５に用いる熱可塑性樹脂からなる繊維として、ポリプロピレンホモポリマー（（株）プライムポリマー社製、製品名：Ｙ−２０００ＧＶ（ＭＦＲ＝１７ｇ／１０分）を、押出温度２４０℃、紡糸頭温度２３０℃で、孔形状が丸形状（直径１．０ｍｍ、孔数１６０ヶ）の紡糸口金を用いて、吐出させ、紡糸速度５３０ｍ／分で紡糸し、引き続いて、一段延伸（速度１８００ｍ／分、延伸倍率３．２５７倍、延伸温度１２０℃）を施し、引き続いて二段延伸（速度２０００ｍ／分、延伸倍率１．１５倍、延伸温度１４０℃）を施し、１５２０ｄＴｅｘ１６０フィラメントのマルチフィラメント繊維（ＭＦＦ１）を得た。得られた繊維は、強度：４．１１ｃＮ／ｄＴｅｘ、繊維伸度：３７．４％であった。
炭素繊維（三菱レイヨン社製、製品名：ＴＲ５０Ｓ１２Ｌ、フィラメント数：１２０００本）を開繊して、前記ポリプロピレンホモポリマーを含浸したテープ状物（厚さ：３０μｍ、幅：２０ｍｍ）を鞘糸として配し、テープ状物の中央部に前記熱可塑性繊維（ＭＦＦ１）を１本配して、重ね合わせたものをガイドへ通過させることで、熱可塑性繊維（ＭＦＦ１）をテープ状物で包み芯鞘繊維１として、一旦ボビンに巻き取った。この芯鞘繊維１を、カバリング撚糸機（機台 Ｍ−１）にてスピンドル回転数＝３０００ｒｐｍ、撚り方向＝Ｚ、撚り数＝２００Ｔ／Ｍの加工条件で前記熱可塑性繊維（ＭＦＦ１）を用いてカバリング加工することで本発明の複合繊維５を得た。
得られた複合繊維５の側面図を図１、断面写真を図２に示した。
得られた複合繊維５を３Ｇの横編機で製編し編地とした。引き続いて、プレス機を用いて、２７０℃・５．０ＭＰａの圧力で５分間プレスした。接着性も良好な成形品が得られた。

（実施例２）
パラ系アラミド繊維（繊度：６０００ｔｅｘ）を開繊して、前記ポリプロピレンホモポリマーを含浸したテープ状物（厚さ：３０μｍ、幅：１０ｍｍ）を鞘糸として配し、テープ状物の中央部に７６０ｄＴｅｘ１２０フィラメントのポリプロピレン製マルチフィラメント繊維（ＭＦＦ２）を１本配して、重ね合わせたものをガイドへ通過させることで、熱可塑性繊維をテープ状物で包み芯鞘繊維１を構成しつつ、カバリング撚糸機（機台 Ｍ−１）にてスピンドル回転数＝３０００ｒｐｍ、撚り方向＝Ｚ、撚り数＝２００Ｔ／Ｍの加工条件で、実施例１と同様、熱可塑性繊維（ＭＦＦ２）を芯鞘繊維１にカバリング加工することで本発明の複合繊維５を得た。
得られた複合繊維５の断面写真は、図２と同様であることを確認した。
得られた複合繊維５を２０Ｇの筒編機で製編し編地とした。引き続いて、プレス機を用いて、２７０℃・５．０ＭＰａの圧力で５分間プレスした。接着性も良好な成形品であった。

（比較例１）
実施例１の前記テープ状物の中央部に配する熱可塑性繊維（ＭＭＦ１）を２本とし、重ね合わせたものをガイドへ通過させることで、熱可塑性繊維をテープ状物で包み、芯鞘繊維１を得て、一旦ボビンに巻き取った。こうして得られた芯鞘繊維１を実施例１と同条件で熱プレスし、成形品を得ようとしたが成形品は得られなかった。

（比較例２）
実施例１の前記テープ状物に、熱可塑性繊維（ＭＭＦ１）を２本合糸したものを、カバリング撚糸機（機台 Ｍ−１）にてスピンドル回転数＝３０００ｒｐｍ、撚り方向＝Ｚ、撚り数＝２００Ｔ／Ｍの加工条件で撚り加工を行い、撚り加工複合糸を得た。引き続き、この撚り加工複合糸に対して、実施例１と同条件で熱プレスし、成形品を得ようとしたが
、得られた成形品は未接着箇所のある成形品しか得られなかった。

１・・・芯鞘繊維
２・・・熱可塑性樹脂（繊維）
３・・・高強力高弾性繊維
４・・・カバリング糸（熱可塑性繊維）
５・・・複合繊維

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂を含む芯部と高強力高弾性繊維を含む鞘部とからなる芯鞘複合繊維と、該芯鞘複合繊維の周囲に配される熱可塑性繊維とを備えた複合繊維。
2. 前記芯鞘複合繊維の周囲に前記熱可塑性繊維が配された前記複合繊維に含まれる前記高強力高弾性繊維の含有量が、前記複合繊維の全量に対して２０〜８０質量％である請求項１記載の複合繊維。
3. 前記高強力高弾性繊維は、引張り強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、熱変形温度が３００℃以上である請求項１または２に記載の複合繊維。
4. 前記熱可塑性繊維が、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、またはポリオレフィン繊維のいずれかである請求項１〜３のいずれかに記載の複合繊維。
5. 熱可塑性樹脂を含む芯部と高強力高弾性繊維を含む鞘部とからなる芯鞘複合繊維の周囲に、熱可塑性繊維を巻き付ける複合繊維の製造方法。