JPH01213409A - 微細繊維複合有機短繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は近年続々として発明されている微細補強繊維を
、６機樹脂マトリックス中に分散させ、かつその微細性
により将来得られなかった微少径の複合繊維として成形
し、微細補強繊維の持つ強度、剛性、導電性、熱伝導性
、摺動特性、耐摩耗等の優れた特性が複合化された短繊
維として得るものであり、その応用分野としては加工工
程を経て不織布あるいはフェルトとして利用することが
出来、又複合された短繊維として樹脂、セメント等に配
合し、強度、剛性、電導性を向上する方法などのために
複合基材として利用することが出来る微細繊維複合有機
短繊維の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来得られている繊維あるいは１に合繊維の複合化効果
として強度及び導電性を例にとり議論を進めるか、本発
明の特徴である補強繊維の微細性を利用した複合短繊維
の特性は上記２点に特定されず、補強繊維の持つ熱伝導
性、摺動特性、耐摩耗性、その能様々な特性の複合化効
果に適用可能である。

従来、導電性繊維としてはＰＡＮ、ピッチで代表される
炭素繊維が周知である。これら炭素繊維は高い導電性を
有しており、その比抵抗ρは１５００〜２０００　ｕΩ
ｃｍ、黒鉛化したものは１ｉ００〜１０００μΩｃｍで
ある。また、強度１弾性率が高く、補強材としてゴルフ
用具、釣竿、ラケット等のレジャー用品に広く用いられ
ているが、その製造工程が複雑なため極めて高価なもの
となっている。

また、最近、気相成長法で炭素繊維を効率よく安価に製
造する方法が開発された。この気相成長方法による炭素
繊維（以下ＶＧＣＦという）は強度、弾性率などの機械
的特性が優れているとともに、導電性が良く、さらにこ
れを黒鉛化すれば比電気抵抗ρが１００μΩｃｍ以下と
なるが、短時間でつくろうとすると直径１μ以上の太い
繊維は得られない。しいて繊維径の太い、かつ長いもの
をつくろうとすると長時間を要し高価なものとなってし
まう。

また有機物（合成樹脂）に金属粉、カーボンブラックな
どの導電性粉を混合すると、導電性となることが知られ
ているが、これを紡糸して繊維としたものは、機械的特
性が劣化するのみならずフィラーのアスペクト比が不足
するために、実用性のある導電度を得ようとすると大量
のフィラーを混入する必要が有り、ますます機械的強度
を劣化させるという欠点を有していた。ＰＡＮ、　　ピ
ッチ等の従来周知の炭素繊維で補強する場合には、補強
用の繊維そのものが通常７μ以上の径を有するため、複
合化繊維の径としては数１０μ以上となり、かつ剛直な
ものとなる欠点を有していた。

［発明が解決しようとする課題］ そこで、本発明者らは有機物と混合するフィラーとして
微細な繊維状フィラーを選択すれば、強度も向上し導電
性についても優れた繊維が得られると考えた。したかっ
てＰＡＮ等の炭素繊維製造の場合のように、紡糸後に炭
化したり、或いは非常に細い繊維を得るために一般に行
なわれている、俗に云う金太部飴方式などは高価な繊維
となるため、これらを除外して鋭意研究を進めた結果、
ＶＧＣＦのような微細補強繊維は導電性がカーボンブラ
ックなどと比べてはるかに高く、また汎用樹脂とのなじ
みもよく、射出成形などにおいても、流動性の優れてい
ることから、例えば溶融紡糸のような１次元的な成形手
法を試みた結果、複合組成物として極めて優れた紡糸性
を有することを知見した。

本出願人は上記知見に基いてなされた複合有機繊維を特
願昭８２−２７５５０８号として出願し、強度が高く、
導電性においても優れた安価な複合有機繊維を提供した
。

ところで前記の複合６機繊維はその繊維長が比較的長い
ものであり、このため繊維をチョップする工程が必要と
なるだけでなく、長繊維製造に付随する糸切れ等を考慮
する必要も有り紡糸プロセスは複雑となっていた。本件
発明は上記の問題を解決することを目的とするものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記の目的を達成すべくなされたちので、その
発明の要旨は直径１μ以下の微細補強繊維と有機樹脂と
を混合、加熱、混練して微細繊維分散溶融ポリマーとし
、次いで高速回転体上の小穴から当該溶融ポリマーを噴
出させ、同時に熱ガスを吹きつけることを特徴とする微
細繊維複合有機短繊維の製造方法、および直径１μ以下
の微細補強繊維と有機樹脂とを混合、加熱、混練して微
細繊維分散溶融ポリマーとし、連続的に紡糸すると同時
に、紡糸孔に隣接して設置した気体吐出孔から気体を高
速で吐出させて、繊維を延伸し、短繊維化することを特
徴とする微細繊維複合短繊維の製造方法にある。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明に用いられる有機物としては、一般合成樹脂、例
えばナイロン６、ナイロン１１．ナイロン１２、ナイロ
ン６８、ナイロン６１２などのポリアミド類、ポリエチ
レンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレートなど
のポリエステル類、ポリビスフェノールＡ１カーボネー
トなどのポリカーボネート類、ポリアミドイミド、ポリ
フェニレンスルファイド、ポリフェニレンオキシド、ポ
リスルフォン、ポリオレフィン、スチレン系樹脂、アク
リル系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リビニルアルコール等が好ましく使用出来る。

又、本発明で用いられる微細繊維は炭素繊維、ガラス繊
維、炭化ケイ素やチタン酸カリウム等のウィスカー類が
使用されるが、好ましくはＶＧＣＦ、チタン酸カリウム
ウィスカーを挙げることができる。その理由はＰＡＮ系
、ピッチ系の炭素繊維などはその直径が一般には１μ以
上であり、このため複合繊維の径も太くなり、かつ剛直
なものになるからである。

微細補強繊維としてＶＣＣＦを使用する場合には径が０
．１−１．０μ、長さが３〜５００μのＶＣＣＦ、又は
これを１３００〜３０００℃で熱処理して黒鉛化したＶ
にＣＦが好ましい。この理由は使用するＶＧＣＦの径が
０．１μ未満では強度が低くなり、逆に１．０μを超え
る場合は経済的にコスト高となり、かつ複合繊維とした
場合の径が太くなるためである。また長さが３μ未満で
は繊維の引張強度が低くなり、５００μを超えるとＶＣ
ＣＦの製造コストが高くなるので３〜５００μの長さが
好ましい。

また微細補強繊維として強度、摺動特性を期待する場合
にはチタン酸カリウムウィスカーを使用することができ
、更にＶＧＣＦおよびチタン酸カリウムウィスカーを併
用することもできる。

上記合成樹脂およびＶＧＣＦ等を用いて複合繊維をつく
るには、合成樹脂にＶＣＣＦ等の微細繊維を全体として
２〜７０重量％となるように混合するとともに樹脂の種
類に応じて、溶融紡糸法を用いて繊維化する。微細繊維
の含６瓜が２重量％未満では複合繊維としての特徴が出
ず７０重−％を超えると紡糸が難かしい。溶融紡糸によ
る短繊維の製造法としては一般に用いられる製造法をそ
のまま適用でき、遠心紡糸法、または連続紡糸と同時に
紡糸孔に隣接して設置した気体吐出孔からの高速気流に
よる紡糸法が好適に用いられる。遠心紡糸法の場合、微
細繊維を分散させた溶融ポリマーを、加熱された円筒状
パケット等のような高速回転体中に投入し、パケット側
面に設けである多数の小穴より、遠心力による噴出によ
ってフィラメントとする。この際、同時に熱ガスを吹き
付けるのが好ましい。熱ガスはフィラメントを所望の長
さに延伸させるのに効果が有り、遠心力との相乗作用に
より適度の長さに寸断される。熱ガスの温度は１００〜
２００℃が好ましく、ガスの種類は空気、窒素など手近
なもので差し支えない。又、熱ガスの吹き付は方向は吐
出された１次フィラメントに対し直角方向上部から当て
る他に、高速回転体内に設置した小孔から吹き出す熱ガ
スを１次フィラメントに沿って当ててもよい。このよう
に回転体の径１回転速度、熱ガスの調整により所望の長
さの複合繊維を得ることができる。

又、高速気流による紡糸法の場合、微細繊維を分散させ
た溶融ポリマーを紡糸孔から連続的に押し出して第１次
の紡糸をすると同時に、この紡糸孔に隣接して設置した
気体吐出孔から吹き出す高速気流により第２次の紡糸孔
を通過させ、延伸と短繊維化を行うのが好ましい。高速
気流に用いる気体の種類は遠心法に用いる熱ガスと同様
、手近なもので差し支えないが、温度は遠心法より高温
にするのが好ましく、例えばポリプロピレンをポリマー
として用いる場合、３５０〜４００℃の高速気流が好適
である。

微細繊維複合有機短繊維は３μ未満の径のものであって
もよいが、不織布あるいはフェルト等の加工品となして
用いる場合は３μ以上であることが好ましい。また長さ
が３００１を超えると不織布あるいはフェルト等への加
工性が悪くなり、用途によってチョップ工程を加える必
要が出てくるので３００ｍｍ以下の長さで得ることが好
ましい。

以下実施例を示して本発明を更に詳しく説明する。

［実施例１］ 昭和電工製ポリプロピレン粉末ＭＡ５１０（ＭＦ　１１
２ｇ／分）７０重量部（以下部という）に対しＶＧＣＦ
　（２３００℃で熱処理、径０．３〜０．４　μ、平均
長３０μ）３０部をヘンシェルミキサー（内容量２０ｇ
、撹拌翼の周速４０　ｍ　／　５ｅｅ）にてゲレーショ
ン処理した後、２軸押用機でＶＧＣＦを十分に分散させ
て紡糸原料とした。

紡糸は遠心法にて実施し、径２００ｍｍ、深さ２５龍で
側面に０．５龍のノズルを３０個設けた円筒型回転ノズ
ルに原料を入れ、２５０℃、　２００Ｏｒｐｍの条件で
紡糸した。

遠心力によりノズルから吹き出したフィラメントに直角
方向上部から１５０℃の熱窒素ガスを１５０ｍ／分で吹
きつけ微細繊維複合有機短繊維のステーブルファイバー
を得た。

繊維の平均径は２０μでドラフト比は２５、平均長は５
０ｍｍであった。又引張強度Ｔｓは９００ｋｇ／ｃＩ＃
、比抵抗ρは２０Ωｃｒｎであった。

［実施例２］ ポリプロピレンを５０部、ＶＧＣＦを５０部とした以外
は実施例１と同じ条件で微細繊維複合有機短繊維を製造
した。得られた繊維は平均径１７μでドラフト比は２９
、平均長は３０ｍ＋ｓであった。又、このものの引張強
度Ｔｓは１０００ｋｇ／ｃｄ、比抵抗ρは３Ω印であっ
た。これよりＶＣＣＦの量を増加させることにより強度
は大きくは増加しないが、導電性は顕著に増加すること
が分かる。

［実施例３］ ポリプロピレンを７０部、ＶＧＣＦを１５部、チタン酸
カリウムウィスカー（平均径０．３μ）を１５部とした
以外は実施例１と同じ条件で微細繊維複合有機短繊維を
製造した。得られた繊維は平均径２５μでドラフト比は
２０、平均長は３０＋ａｍであった。

又、このものの引張強度は１３００ｋｇ／ｃｊ、比抵抗
は１００Ω印であった。これよりチタン酸カリウムウィ
スカーの添加により強度が更に向上することが分かる。

［実施例４］ 実施例１と同じロットで調製した紡糸原料を押出機に投
入し、先端に第１図に示す紡糸ヘッド１に送り込んだ。

この紡糸ヘッド１はヒーター２で加熱されており下端は
モノホールである。第１次紡糸孔３から５０ｇ／分で押
し出された連続繊維は第１次紡糸孔３の外周に設置され
た気体吐出孔４から吹き出す圧縮空気（３７０℃、常温
換算３ｋｇ／ｃｄ）により第２次紡糸孔５で細繊化し、
短繊維６が下方に置いたＳＵＳ網製の受は器に蓄積され
た。なお高温の圧搾空気を冷却するため第２次紡糸孔５
と受は器の中間に室温の空気を送り込んだ。

受は器に集積した繊維の平均径は３０μで平均長は３５
ｍｍであった。又引張強度Ｔｓは９５０ｋｇ／ｃｄ、比
抵抗ρは８Ω印であった。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明に係る微細繊維複合有機短繊
維の製造方法は一般的な樹脂と微細補強繊維からなるも
のであって高いドラフト比を持ち、その径および長さを
所望のものとすることができる。又長繊維製造に付随す
る糸切れ等の考慮をする必要もなく、チョップ工程も不
要なため、強度および導電性に優れた短繊維が安価なも
のとなる。

このため本発明に係る短繊維をそのまま補強材としての
使用の他、不織布、フェルト等に加工して用いることも
でき、種々の用途が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例４で使用された複合短繊維の製造装置の
概略図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直径１μ以下の微細補強繊維と有機樹脂とを混合、
   加熱、混練して微細繊維分散溶融ポリマーとし、次いで
   高速回転体上の小穴から当該溶融ポリマーを噴出させ、
   同時に熱ガスを吹きつけることを特徴とする微細繊維複
   合有機短繊維の製造方法。 ２、直径１μ以下の微細補強繊維と有機樹脂とを混合、
   加熱、混練して微細繊維分散溶融ポリマーとし、連続的
   に紡糸すると同時に、紡糸孔に隣接して設置した気体吐
   出孔から気体を高速で吐出させて、繊維を延伸し、短繊
   維化することを特徴とする微細繊維複合短繊維の製造方
   法。 ３、短繊維の長さが３００ｍｍ以下である請求項１又は
   ２に記載の微細繊維複合有機短繊維の製造方法。 ４、微細補強繊維が気相成長法で作製した直径が０．１
   〜１．０μ、長さが３〜５００μの炭素繊維である請求
   項１、２、３のいずれかに記載の微細繊維複合有機短繊
   維の製造方法。 ５、微細補強繊維が１３００〜３０００℃で熱処理した
   炭素繊維である請求項１、２、３、４のいずれかに記載
   の微細繊維複合有機短繊維の製造方法。 ６、微細補強繊維がチタン酸カリウムウィスカーである
   請求項１、２、３のいずれかに記載の微細繊維複合有機
   短繊維の製造方法。 ７、微細補強繊維がチタン酸カリウムウィスカーおよび
   気相成長法で作製された炭素繊維を併用したものである
   請求項１、２、３のいずれかに記載の微細繊維複合有機
   短繊維の製造方法。 ８、微細補強繊維がチタン酸カリウムウィスカーおよび
   １３００〜３０００℃で熱処理された気相成長法による
   炭素繊維を併用したものである請求項１、２、３のいず
   れかに記載の微細繊維複合有機短繊維の製造方法。