混纖絲、紡織物和編織物、復合材料以及復合材料的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及纖維成分包含連續熱塑性樹脂纖維和連續強化纖維的混纖絲，該混纖 絲在制成成形品時的機械強度優異且外觀優異。進而，涉及使用了所述混纖絲的紡織物、編 織物。另外，涉及使用了前述混纖絲、紡織物或編織物的復合材料。進而，涉及所述復合材 料的制造方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，用連續強化纖維對熱塑性樹脂進行強化而成的熱塑性樹脂復合材料備受 關注。通過使用連續強化纖維，能夠期待高的力學特性，通過使用熱塑性樹脂，能夠得到再 利用性、二次加工性等優點。但是，用連續強化纖維進行了強化的熱塑性樹脂復合材料的樹 脂熔融粘度高，因此存在熱塑性樹脂難以浸滲至連續強化纖維束這一問題。
[0003] 因而，為了解決該問題，將連續熱塑性樹脂纖維與連續強化纖維進行混纖而成的 纖維狀中間材料即混纖絲備受關注。例如，專利文獻1公開了一種復合材料用混纖絲，其特 征在于，在無捻的連續強化纖維束的開纖處理物與無捻的連續熱塑性樹脂纖維束的開纖處 理物的混纖絲中，前述連續強化纖維束的開纖處理物和前述連續熱塑性樹脂纖維束的開纖 處理物各自的用下述式1定義的開纖指數F為0. 5~3。
[0004] F=W/DN
[0005] (式中，F表示開纖指數、W表示纖維束的寬度（mm)、D表示單纖維的直徑（mm)、N 表示纖維束中的單纖維的根數，關于纖維束的寬度，對于卷裝紗線而言在保持原有形態的 狀態下進行測定，剛剛進行開纖處理之后的紗線在處理裝置出口的狀態下進行測定。）
[0006] 這種混纖絲在分別使連續強化纖維束、連續熱塑性樹脂纖維束充分開纖后再進行 混纖，因此能夠得到兩者均以單纖維水平均勻混纖而成的復合材料用混纖絲。
[0007] 現有技術文獻
[0008] 專利文獻
[0009] 專利文獻1 :日本特開平9-324331號公報
【發明內容】
[0010] 發明要解決的問題
[0011] 然而，本發明人針對專利文獻1進行研究，結果可知：使用所述混纖絲進行加熱加 工時，所得成形品的機械強度（尤其是拉伸強度）有時會降低。另外可知：混纖絲和所得成 形品的外觀也差。本發明用于解決所述課題，其目的在于提供纖維成分包含連續熱塑性樹 脂纖維和連續強化纖維的混纖絲，該混纖絲即使進行加熱加工其機械強度也優異且加熱加 工前后的外觀優異。
[0012] 用于解決問題的方案
[0013] 本發明人基于上述狀況而進行了研究，結果可知：將上述那樣的混纖絲進行加熱 加工時，機械強度差的原因是加熱加工時的連續強化纖維的取向紊亂。并且發現：通過對混 纖絲進行加捻，能夠抑制所述連續強化纖維的取向的紊亂。進而發現：抑制連續強化纖維的 取向紊亂時，成形品的外觀也提高，從而完成了本發明。具體而言，通過以下的手段〈1>、優 選通過〈2>~〈8>，從而解決了上述課題。
[0014] 〈1> 一種混纖絲，其為纖維成分包含連續熱塑性樹脂纖維和連續強化纖維的混纖 絲，該混纖絲進行了捻合。
[0015] 〈2>根據〈1>所述的混纖絲，其中，連續熱塑性樹脂纖維為聚酰胺樹脂纖維。
[0016] 〈3>根據〈1>或〈2>所述的混纖絲，其中，連續熱塑性樹脂纖維包含選自聚酰胺6、 聚酰胺66和苯二甲胺系聚酰胺中的至少1種。
[0017] 〈4>根據〈1>~〈3>中任一項所述的混纖絲，其中，連續強化纖維為碳纖維和/或 玻璃纖維。
[0018] 〈5> -種紡織物或編織物，其使用〈1>~〈4>中任一項所述的混纖絲。
[0019] 〈6> -種復合材料，其是對〈1>~〈4>中任一項所述的混纖絲或者〈5>所述的紡織 物或編織物進行加熱加工而得到的。
[0020] 〈7> -種復合材料的制造方法，其包括：制造纖維成分包含連續熱塑性樹脂纖維 和連續強化纖維的混纖絲、對前述混纖絲進行加捻、對該進行了加捻的混纖絲進行加熱加 工。
[0021] 〈8>根據〈7>所述的制造方法，其還包括：在前述加熱加工之前，對進行了加捻的 混纖絲進行紡織或編織。
[0022] 發明的效果
[0023] 通過本發明，可提供即使進行成形加工也能夠維持高機械強度、且在加熱加工前 后均能夠維持良好外觀的混纖絲。
【附圖說明】
[0024] 圖1是表示現有技術與本發明的不同點的概略圖。
[0025] 圖2是表示制造復合纖維的工序的示意圖。
[0026] 圖3是表示本申請實施例中制造的混纖絲和比較例的混纖絲的連續碳纖維的取 向狀態的照片。
【具體實施方式】
[0027] 以下，針對本發明的內容進行詳細說明。另外，在本申請說明書中，"~"是指包含 其前后記載的數值作為下限值和上限值的意義來使用。
[0028] 本發明中的纖度和纖維數在沒有特別說明的情況下分別是指：測定纖維的任意 10處而得到的平均纖度、平均纖維數。
[0029] 本發明的混纖絲的特征在于，其為纖維成分包含連續熱塑性樹脂纖維和連續強化 纖維的混纖絲，該混纖絲進行了捻合。通過對混纖絲進行加捻，能夠提供即使進行加熱加工 (例如在熱塑性樹脂的熔點+0~80°C的范圍下進行加熱加工）其機械強度也優異的成形 品。首先，針對其原因進行說明。
[0030] 圖1是表示現有技術與本發明的不同點的概略圖。（1-1)和（2-1)為混纖絲的加 熱加工前的外觀照片，（1-1)表示無捻的混纖絲，（2-1)表示有捻的混纖絲。（1-2)和（2-2) 是表示對混纖絲進行加熱加工后的連續強化纖維的取向狀態的示意圖。
[0031] 圖1(1-1)和（2-1)的狀態（加熱加工前）下，連續強化纖維在任意情況下均以均 勻的狀態進行了分散。然而，對所述混纖絲施加熱時，在無捻的情況下，如（1-2)所示那樣， 連續強化纖維的取向紊亂。另一方面，在加捻的情況下，如圖1(2-2)所示那樣，即使在加熱 加工后，連續強化纖維也保持一定的取向。因此，加捻了的混纖絲即使在加熱加工后也能夠 維持高機械強度。進而，連續強化纖維由于保持一定的取向狀態，因此還能夠實現優異的成 形品外觀。另外，令人驚訝的是，存在加熱成形時的熱塑性樹脂在連續強化纖維中的浸滲率 也提高的傾向。
[0032] 以下，進一步詳細說明本發明的混纖絲。
[0033] 本發明的混纖絲是對纖維成分包含連續熱塑性樹脂纖維和連續強化纖維的混纖 絲進行加捻而得到的。通過這樣地進行加捻，即使在加熱加工后也能夠維持高機械強度。 [0034] 加捻方法沒有特別限定，可以采用公知的方法。作為捻的次數，可以根據連續熱 塑性樹脂纖維所使用的熱塑性樹脂的種類、熱塑性樹脂的纖維數、纖度、連續強化纖維的種 類、纖維數、纖度、連續熱塑性樹脂纖維與連續強化纖維的纖維數之比、纖度比來適當設定， 例如可以設為1~200次/m(纖維長）、進而可以設為1~100次/m、進而還可以設為1~ 70次/m、特別可以設為1~50次/m。進而，捻的最低次數優選設為11次以上/m、更優選 設為15次以上/m、進一步優選設為20次以上/m。
[0035] 本發明的混纖絲的制造中，通常使用連續熱塑性樹脂纖維束和連續強化纖維束進 行制造。制造一根混纖絲時使用的纖維的總纖度（制造一根混纖絲時使用的連續熱塑性樹 脂纖維的總纖度與連續強化纖維的總纖度相加而得到的值）優選為1000~lOOOOOdtex、更 優選為1500~50000dtex、進一步優選為2000~50000dtex、特別優選為3000~5000dtex。
[0036] 用于制造一根混纖絲的連續熱塑性樹脂纖維的總纖度與連續強化纖維的總纖度 之比（連續熱塑性樹脂纖維的總纖度/連續強化纖維的總纖度）優選為0. 1~10、更優選 為0? 1~6. 0、進一步優選為0? 8~2. 0。
[0037] 用于制造一根混纖絲的總纖維數（將連續熱塑性樹脂纖維的總纖維數與連續強 化纖維的總纖維數進行總計的纖維數）優選為100~l〇〇〇〇〇f、更優選為1000~l〇〇〇〇〇f、 更優選為1500~70000f、進一步優選為2000~20000f、更進一步優選為2500~10000f、 特別優選為3000~5000f。通過設為這種范圍，混纖絲的混纖性提高，可以得到作為復合材 料的物性和質感更優異的混纖絲。另外，任意纖維不均勻存在的區域少、纖維彼此更容易均 勾分散。
[0038] 用于制造一根混纖絲的連續熱塑性樹脂纖維的總纖維數與連續強化纖維的總纖 維數之比（連續熱塑性樹脂纖維的總纖維數/連續強化纖維的總纖維數）優選為0. 001~ 1、更優選為0. 001~0. 5、進一步優選為0. 05~0. 2。通過設為這種范圍，混纖絲的混纖性 提高，可以得到作為復合材料的物性和質感更優異的混纖絲。另外，混纖絲中的連續熱塑性 樹脂纖維與連續強化纖維優選纖維彼此更均勻地分散，為上述范圍時，纖維彼此容易更均 勾地分散。
[0039] 本發明的混纖絲中的連續強化纖維的分散度優選為40~100、更優選為60~ 100、特別優選為65~100。通過設為這種范圍，混纖絲顯示更均勻的物性，進而成形品的外 觀進一步提高。另外，使用其制作成形品時，可以得到機械物性更優異的混纖絲。
[0040]本發明中的分散度是表示連續熱塑性樹脂纖維和連續強化纖維在混纖絲中均勻 分散至何種程度的指標，用下述數學式進行定義。
[0041][數學式1]
[0042]D(%) = (I-(Lcf+Lpoly)/Ltot) *100
[0043](式中，D表示分散度、Ltot表示混纖絲的截面積、Lcf表示在混纖絲的截面中僅 連續強化纖維所占的面積之中為31400ym2以上的纖維的總面積、Lpoly表示在混纖絲的截 面中僅樹脂纖維所占的面積之中為31400ym2以上的纖維的總面積。混纖絲的截面是將混 纖絲相對于纖維方向垂直地切斷而成的物質進行測定。面積使用數碼顯微鏡進行測定。）
[0044] 分散度D越大，則表示連續熱塑性樹脂纖維與連續強化纖維更均勻地分散。
[0045]本發明的混纖絲中使用的連續熱塑性樹脂纖維和/或連續強化纖維優選使用用 處理劑進行了表面處理的纖維。通過這樣的技術方案，能夠得到連續熱塑性樹脂纖維與連 續強化纖維更均勻分散的混纖絲、例如連續強化纖維的分散度為40~100的混纖絲。其結 果，機械強度等本發明效果還會更有效地發揮。這些處理劑的詳情見后述。
[0046]進而，本發明的混纖絲中還可以包含上述連續熱塑性樹脂纖維、連續強化纖維、連 續熱塑性樹脂纖維的處理劑和連續強化纖維的處理劑之外的其它成分，具體而言，可例示 出短纖維長碳纖維、碳納米管、富勒烯、微纖維素纖維、滑石、云母等。這些其它成分的配混 量優選為混纖絲的5質量％以下。
[0047]本發明的混纖絲在熱塑性樹脂的熔點+0~80°C的范圍下進行加熱加工時的機械 強度可以設為將包含相同材料、且無捻的混纖絲在相同條件下進行加熱加工時的拉伸強度 (拉伸強度提高率）的1. 03倍以上。尤其是，在本發明中，所述拉伸強度提高率可以設為高 達1. 05~2. 00倍的值，是有益的。本發明通過對混纖絲進行加捻，加熱加工后的連續強化 纖維的均勻取向得以維持，使拉伸強度、拉伸彈性模量等機械強度提高，自不用說本領域技 術人員對