JP2007321060A - 被覆付き繊維強化合成樹脂線状物 - Google Patents

Abstract

【課題】性能のバラツキを小さくすること。
【解決手段】繊維強化合成樹脂線状物１０は、無機繊維からなる芯側補強繊維１２と、有機繊維からなる鞘側補強繊維１４と、無機繊維と有機繊維との間に介在するマトリックス樹脂１６と、外周被覆層１８とを含んでいる。芯側補強繊維１２は、ガラス繊維で構成することができ、その外周に鞘側補強繊維１４が概略真円状に配置されている。鞘側補強繊維１４は、ポリエステル等の有機繊維で構成する。マトリックス樹脂１６は、芯側補強繊維１２と鞘側補強繊維１４とに含浸されるものであって、熱硬化性樹脂で構成する。外周被覆層１８は、鞘側補強繊維１４の外周を被覆するように形成され、熱可塑性樹脂で構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、被覆付き繊維強化合成樹脂線状物に関し、特に、光ファイバケーブルなどの抗張力体として用いられる被覆付き繊維強化合成樹脂線状物の性能のバラツキを少なくし、かつ、安価にして容易に製造することができる技術に関する。

光ファイバケーブルなどに用いられる被覆付き繊維強化合成樹脂線状物のテンションメンバーは、従来、ガラス繊維単体やアラミド繊維単体で行っていた。ガラス繊維を補強繊維とする被覆付き繊維強化合成樹脂線状物は、引張り強力や引張り弾性率は、テンションメンバーとして問題のない性能であるが、最小曲げ直径（円弧上に曲げた時テンションメンバーが破壊する限界の直径）が大きいという欠点があった。

一方、アラミド繊維を補強繊維とする被覆付き繊維強化合成樹脂線状物は、引張り強力や引張り弾性率は、過剰品質並みであり、また、最小曲げ直径も被覆付きガラス繊維強化樹脂線状物よりも良好の性能を備えているが、アラミド繊維は、非常に高価な繊維であるという欠点があった。
そこで、特許文献１には、補強繊維として、ガラス繊維などの無機繊維と、アラミド繊維などの有機繊維とを併用した被覆付き繊維強化樹脂線状物が提案されている。この特許文献１に提案されている被覆付き繊維強化合成樹脂線状物は、高性能を維持しつつ、比較的低価格で製造できるという期待があるものの、以下に説明する技術的な課題もあった。
特開２００５−２８１４４１

すなわち、特許文献１に提案されている被覆付き繊維強化合樹脂線状物は、無機繊維と有機繊維が不規則に配置されている為に、最小曲げが大きく、しかも、無機繊維と有機繊維との偏在（バラツキ、ないしは斑）が大きく、性能のバラツキが大きくなるという欠点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、有機繊維と無機繊維とを規則的に配置することで、製造の容易性を確保し、かつ、性能のバラツキを小さくすることができる被覆付き繊維強化合成樹脂線状物を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、無機繊維からなる芯側補強繊維と、有機繊維からなる鞘側補強繊維と、前記無機繊維と前記有機繊維との間に介在するマトリックス樹脂と、前記鞘側補強繊維の外周を覆う外周被覆層とを含む被覆付き繊維強化合成樹脂線状物であって、前記芯側補強繊維の外周に、前記鞘側補強繊維が、当該芯側補強繊維の周囲を包囲するように、真円状に配置した。

このように構成した被覆付き繊維強化合成樹脂線状物によれば、芯側補強繊維の外周に、鞘側補強繊維が当該芯側補強繊維の周囲を包囲するように、真円状に配置されているので、無機繊維と有機繊維との偏在がなくなり、性能のバラツキが非常に小さくなる。また、芯側補強繊維の外周に、鞘側補強繊維を真円状に配置する構成なので、製造も簡単に行える。

前記芯側補強繊維は、ガラス繊維で構成することができる。
前記鞘側補強繊維は、ポリエステル等の有機繊維で構成することができる。
前記マトリックス樹脂は、熱硬化性樹脂で構成することができる。

前記被覆付き繊維強化合成樹脂線状物は、最小曲げ直径が６ｍｍ以下で、且つ、均一性を有する構成とすることができる。

前記被覆付き繊維強化合成樹脂線状物は、直径が１ｍｍ以下で、且つ、均一性を有する構成とすることができる。

前記被覆付き繊維強化合成樹脂線状物は、前記芯側補強繊維と、前記鞘側補強繊維、および、前記外周被覆層が、同真円状に配置され、その偏平率（真円率）が、７％以下（９３％以上）とすることができる。

前記被覆付き維強化合成樹脂線状物は、前記芯側補強繊維と、前記鞘側補強繊維、および、前記外周被覆層が、同真円状に配置され、熱収縮に対する特性を均一とすることができる。

前記被覆付き維強化合成樹脂線状物は、前記芯側補強繊維と、前記鞘側補強繊維、および、前記外周被覆層が、同真円状に配置され、前記マトリックス樹脂と前記外周被覆層との間の密着力を、８ｋｇ／１０ｍｍ以上とすることができる。

本発明にかかる被覆付き繊維強化合成樹脂線状物によれば、有機繊維と無機繊維とを規則的に配置することで、製造の容易性を確保し、かつ、性能のバラツキを小さくすることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明にかかる被覆付き繊維強化合成樹脂線状物の一実施例を示している。同図は、繊維強化合成樹脂線状物の縦断面図であり、線状物１０は、無機繊維からなる芯側補強繊維１２と、有機繊維からなる鞘側補強繊維１４と、無機繊維と有機繊維との間に介在するマトリックス樹脂１６と、外周被覆層１８とを含んでいる。

芯側補強繊維１２は、ガラス繊維で構成することができ、本実施例の場合、芯側補強繊維１２は、線状物１０の断面の中心に配置され、外形は、ほぼ真円状に形成されている。

鞘側補強繊維１４は、芯側補強繊維１２の外周にあって、これを包囲するように配置されていて、外形が略真円状に形成されている。鞘側補強繊維１４は、ガラス繊維よりも単糸径が大きいポリエステル等の有機繊維で構成されている。

マトリックス樹脂１６は、芯側補強繊維１２と鞘側補強繊維１４とに含浸されるものであって、熱硬化性樹脂で構成する。外周被覆層１８は、鞘側補強繊維１４の外周を被覆するように形成され、熱可塑性樹脂で構成される。

本実施例の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物１０は、最小曲げ直径が６ｍｍ以下で、且つ、均一性を有するように構成することが望ましい。また、被覆付き繊維強化合成樹脂線状物１０は、直径が１ｍｍ以下で、且つ、均一性を有するように構成することができる。

さらに、被覆付き繊維強化合成樹脂線状物１０は、芯側補強繊維１２と、鞘側補強繊維１４、および、外周被覆層１８が、同真円状に配置され、その偏平率（真円率）が、７％以下（９３％以上）とすることができる。

また、被覆付き維強化合成樹脂線状物１０は、芯側補強繊維１２と、鞘側補強繊維１４、および、外周被覆層１８が、同真円状に配置され、熱収縮に対する特性を均一とすることができる。

さらにまた、被覆付き維強化合成樹脂線状物１０は、芯側補強繊維１２と、鞘側補強繊維１４、および、外周被覆層１８が、同真円状に配置され、マトリックス樹脂１６と外周被覆層１８との間の密着力を、８ｋｇ／１０ｍｍ以上とすることができる。

本発明において、外周被覆層１８を設けることの技術的意義は、以下の理由に基づいている。すなわち、繊維強化樹脂線状物１０に外周被覆層１８を設けない場合には、通常、次の工程でケーブル化する場合、更に、その外周に、例えば、ＰＥ樹脂の被覆工程があり、これを接着させて一体化させるのが必須にある。ここで、線状物１０が被覆無であれば、二回に分けてＰＥ被覆をしなければならない。更に環境下での伸縮を考えた場合に被覆付であれば、伸縮の緩和効果が期待できる。

マトリックス樹脂１６を適切な含有率にすることで、物性面で最小曲げが良好になるので、可能な限り、マトリックス樹脂の量を低減する方向が望ましい。余分なマトリックス樹脂１６は、最小曲げ特性に影響を及ぼすので、過剰なマトリックス樹脂は、排除する。

以上のように構成された被覆付き繊維強化合成樹脂線状物１０によれば、芯側補強繊維１２の外周に、鞘側補強繊維１４が真円状に配置されているので、無機繊維と有機繊維との偏在がなくなり、性能のバラツキが非常に小さくなる。この結果、熱による収縮率及び熱処理後のサンプル形状の安定性に寄与する。

また、真円状であれば最小曲げの絶対値及びバラツキも小さい為、標準偏差値も小さくなる。真円状でないものは、最小曲げ絶対値及び標準偏差値は大きくなる。さらに、芯側補強繊維１２の外周に、鞘側補強繊維１４を真円状に配置する構成なので、製造も簡単に行える。

以下に、より具体的な実施例について説明する。

［具体例１］
芯側補強繊維１２には、日東紡績（株）製のガラス繊維（商品名：Ｅガラス、ＥＣＥ２２５＝７μｍ）を使用し、また、鞘側補強繊維１４には、帝人テクノプロダクツ（株）製ポリエステル繊維（商品名：Ｎ３００Ｈ、２８０Ｔ４８）を使用した。外周被覆層１８の形成樹脂には、ＬＬＤＰＥ（Ｃ４タイプ、ＭＦＲ＝２．０）を使用した。

複数のクリールスタンドからガラス繊維とポリエステル繊維を引き出し、ガラス繊維を芯側にポリエステル繊維を鞘側に使用し、ガラス繊維の周囲をポリエステル繊維が包み込むようにするのだが、各繊維を別々のガイドに通し、含浸槽のマトリックス樹脂に浸漬させ、それぞれ多段の絞りノズルで所定の形状に絞り成形し、過剰なマトリックス樹脂を除去した。

また、鞘側のポリエステル繊維をスタンドから引き出す際には、デニール当たり０．３ｇのテンションをかけて行った。ガラス繊維を芯側に、ポリエステル繊維を鞘側に別々にかつ多段の絞りノズルを通した後に、被覆工程直前にガラス繊維とポリエステル繊維を収束させる。

直径が約０．５φｍｍに賦形したのち押出機にて、ＬＬＤＰＥ樹脂を押出し被覆し、１５０℃の蒸気硬化槽内（約１２ｍ）を速度１０ｍ／ｍｉｎで導き、樹脂組成物を硬化させた。硬化後の被覆付き繊維強化樹脂線状物を真円状にする為に２４０℃に加熱されたノズル内（約φ０．８ｍｍ）を通過させ、余計なＬＬＤＰＥを取り除き、キャタピラの間に通過させ巻き取り装置にて巻き取った。

得られた被覆付き繊維強化樹脂線状物の断面形状を図１に示している。線状物の断面は、被覆樹脂層のＬＬＤＰＥも真円状であるため、三層真円構造になっていた。芯がわのガラス繊維含有率が、約２０体積％、鞘側の有機繊維含有率が約４０体積％であった。

［比較例１］
芯側補強繊維１２には、日東紡績（株）製のガラス繊維（商品名：Ｅガラス、ＥＣＥ２２５＝７μｍ）を使用し、また、鞘側補強繊維１４には、帝人テクノプロダクツ（株）製ポリエステル繊維（商品名：Ｎ３００Ｈ、２８０Ｔ４８）を使用した。外周被覆層１８の形成樹脂には、ＬＬＤＰＥ（Ｃ４タイプ、ＭＦＲ＝２．０）を使用した。

複数のクリールスタンドからガラス繊維とポリエステル繊維を引き出し、ガラス繊維を芯側にポリエステル繊維を鞘側に使用し、ガラス繊維の周囲をポリエステル繊維が包み込むようにするのだが、各繊維を別々のガイドに通し、含浸槽のマトリックス樹脂に浸漬させ、一段目の絞りノズルでガラス繊維（芯側）とポリエステル繊維（鞘側）を収束させ且つ線状物を所定の形状に絞り成形し、過剰なマトリックス樹脂を除去した。

最終の絞りノズル（φ０．５ｍｍ）を通過させた後、押出機にてＬＬＤＰＥ樹脂を押出し被覆し、１５０℃の蒸気硬化槽内（約１２ｍ）を速度１０ｍ／ｍｉｎで導き、樹脂組成物を硬化させた。硬化後の被覆付き繊維強化樹脂線状物を真円状にする為に２４０℃に加熱されたノズル内（約φ０．８ｍｍ）を通過させ、余計なＬＬＤＰＥを取り除き、キャタピラの間に通過させ巻き取り装置にて巻き取った。

得られた被覆付き繊維強化樹脂線状物の断面形状を図２に示している。同図から明らかなように、芯側のガラス繊維は、鞘側のポエステル繊維により外周を包囲されておらず、これらが同心円状の配置になっていなかった。

また、芯側のガラス繊維と鞘側のポリエステル繊維とが、断面の中心から外周側に大きく偏在していた。線状物のガラス繊維含有率は、約２０体積％、鞘側の有機繊維含有率が約４０体積％であった。

［実施例２］
芯側補強繊維１２には、日東紡績（株）製のガラス繊維（商品名：Ｅガラス、ＥＣＥ２２５）を使用し、また、鞘側補強繊維１４には、帝人テクノプロダクツ（株）製ポリエステル繊維（商品名：Ｎ３０３Ｈ、２８０Ｔ２４）を使用した。ポリエステル繊維のフィラメント数が４８ｆから２４ｆと半分になっている。その他引き出しから巻き取りまでは、具体例１と同様な方法で行った。

［比較例２］
芯側補強繊維１２には、日東紡績（株）製のガラス繊維（商品名：Ｅガラス、ＥＣＥ２２５）を使用し、また、鞘側補強繊維１４には、帝人テクノプロダクツ（株）製ポリエステル繊維（商品名：Ｎ３０３Ｈ、２８０Ｔ２４）を使用した。ポリエステル繊維のフィラメント数が４８ｆから２４ｆと半分になっている。その他引き出しから巻き取りまでは、比較例１と同様な方法で行った。

得られた被覆付き繊維強化樹脂線状物の断面形状を図３に示している。同図から明らかなように、芯側のガラス繊維と鞘側のポリエステル繊維とは、断面の中心にほぼ位置していたものの、芯側のガラス繊維は、鞘側のポリエステル繊維により外周を包囲されておらず、芯側のガラス繊維の一部が、鞘側のポリエステル繊維の外側にはみ出していた。

上記表１は、上述した具体例および比較例で得られた線状物の物性をまとめたものである。具体例１，２では、ＦＲＰ偏平率（％、真円率）が、６．２（９３．８）ないしは５．３（９４．２）であるが、比較例１，２では、１５．０（８５．０），１６．２（８３．８）と非常に大きくなっている。また、具体例１，２では、最小曲げ直径（ｍｍ）が、６ｍｍ以下ないしは４ｍｍ以下であるが、比較例１，２では、６〜１２ｍｍと非常に大きくなっている。

さらに、熱収縮率（％）は、具体例１，２では、０．０５ないしは０．０３であるのに対して、比較例１，２では、０．１８，０．２となっていて、その差が非常に大きく、また、熱処理後のサンプル状態も具体例１，２では、安定しており、特に、熱特性に優れることが確認された。

本発明にかかる被覆付き繊維強化合成樹脂線状物によれば、有機繊維と無機繊維とを規則的に配置することで、製造の容易性を確保し、かつ、性能のバラツキを小さくすることができるので、光ファイバケーブルの抗張力体として有効に利用することができる。

本発明にかかる被覆付き繊維強化合成樹脂線状物の一実施例を示す断面説明図である。 本発明の比較例の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物の一例を示す断面説明図である。 本発明の他の比較例の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物を示す断面説明図である。。

符号の説明

１０ 被覆付き繊維強化合成樹脂線状物
１２ 芯側補強繊維
１４ 鞘側補強繊維
１６ マトリックス樹脂
１８ 外周被覆層

Claims (9)

1. 無機繊維からなる芯側補強繊維と、有機繊維からなる鞘側補強繊維と、前記無機繊維と前記有機繊維との間に介在するマトリックス樹脂と、前記鞘側補強繊維の外周を覆う外周被覆層とを含む被覆付き繊維強化合成樹脂線状物であって、
   前記芯側補強繊維の外周に、前記鞘側補強繊維が、当該芯側補強繊維の周囲を包囲するように、真円状に配置されていることを特徴とする被覆付き繊維強化合成樹脂線状物。
2. 前記芯側補強繊維が、ガラス繊維であることを特徴とする請求項１記載の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物。
3. 前記鞘側補強繊維が、ポリエステル等の有機繊維であることを特徴とする請求項１記載の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物。
4. 前記マトリックス樹脂が、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物。
5. 前記被覆付き繊維強化合成樹脂線状物は、最小曲げ直径が６ｍｍ以下で、且つ、均一性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物。
6. 前記被覆付き繊維強化合成樹脂線状物は、直径が１ｍｍ以下で、且つ、均一性を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物。
7. 前記被覆付き繊維強化合成樹脂線状物は、前記芯側補強繊維と、前記鞘側補強繊維、および、前記外周被覆層が、同真円状に配置され、その偏平率（真円率）が、７％以下（９３％以上）とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物。
8. 前記被覆付き維強化合成樹脂線状物は、前記芯側補強繊維と、前記鞘側補強繊維、および、前記外周被覆層が、同真円状に配置され、熱収縮に対する特性を均一とすることを特徴とする請求項７記載の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物。
9. 前記被覆付き維強化合成樹脂線状物は、前記芯側補強繊維と、前記鞘側補強繊維、および、前記外周被覆層が、同真円状に配置され、前記マトリックス樹脂と前記外周被覆層との間の密着力を、８ｋｇ／１０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項７記載の被覆付き繊維強化合成樹脂線状物。

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