特表 2024-521383 繊維強化複合材およびこれを含む物品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-31

(54)【発明の名称】繊維強化複合材およびこれを含む物品

(51)【国際特許分類】

   C08L 77/00 20060101AFI20240524BHJP

   C08J 5/04 20060101ALI20240524BHJP

   C08K 7/02 20060101ALI20240524BHJP

   C08K 7/04 20060101ALI20240524BHJP

   C08L 77/10 20060101ALI20240524BHJP

   D02G 3/26 20060101ALI20240524BHJP

【ＦＩ】

C08L77/00

C08J5/04 CFG

C08K7/02

C08K7/04

C08L77/10

D02G3/26

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023574869

(86)(22)【出願日】2022-06-14

(85)【翻訳文提出日】2023-12-05

(86)【国際出願番号】 KR2022008357

(87)【国際公開番号】W WO2022270807

(87)【国際公開日】2022-12-29

(31)【優先権主張番号】10-2021-0083192

(32)【優先日】2021-06-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518215493

【氏名又は名称】コーロン インダストリーズ インク

(74)【代理人】

【識別番号】100121382

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 託嗣

(72)【発明者】

【氏名】キム，サン ファン

(72)【発明者】

【氏名】ビョン，ウィヒョン

【テーマコード（参考）】

4F072

4J002

4L036

【Ｆターム（参考）】

4F072AA02

4F072AA08

4F072AB06

4F072AB24

4F072AC08

4F072AD44

4F072AG05

4F072AH23

4F072AL02

4F072AL16

4J002CL011

4J002CL031

4J002CL062

4J002DA016

4J002DL006

4J002FA042

4J002FA046

4J002FB262

4J002GN00

4L036MA06

4L036MA33

4L036MA35

4L036PA21

4L036PA26

4L036PA46

4L036UA07

(57)【要約】

本出願は、繊維強化複合材に関するものである。具体的に、本出願は、ポリアミド系樹脂およびアラミド短繊維を含む繊維強化複合材、およびこれを含む物品に関するものである。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポリアミド系樹脂；および、３０～２００ＴＰＭ（ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）の範囲の撚りが付与されたアラミド短繊維を含む、繊維強化複合材。

【請求項2】

前記アラミド短繊維は、１．０～１０．０ｍｍの範囲の長さを有する、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項3】

複合材の全体の重量に対して、前記アラミド短繊維を１５重量％以下で含む、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項4】

複合材全体重量に対して、前記アラミド短繊維を１０重量％以下で含む、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項5】

前記ポリアミド系樹脂１００重量部に対して、前記アラミド短繊維を０．１～２０重量部の範囲で含む、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項6】

前記アラミド短繊維は、その表面がサイジング剤で処理された、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項7】

ガラス繊維および炭素繊維のうちから選択される１つ以上の繊維をさらに含む、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項8】

ＡＳＴＭ Ｄ７９２による比重が１．２５以下である、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項9】

ＡＳＴＭ Ｄ６３８による引張強度が８０～１００Ｍｐａの範囲である、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項10】

ＡＳＴＭ Ｄ７９０による屈曲強度が１２０～１４０Ｍｐａの範囲である、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項11】

ＡＳＴＭ Ｄ３７０２による摩擦係数が０．１２未満である、請求項１に記載の繊維強化複合材。

【請求項12】

請求項１～１１のうちのいずれか一つの請求項による繊維強化複合材を含む自動車内装材。

【請求項13】

請求項１～１１のうちのいずれか一つの請求項による繊維強化複合材を含む自動車外装材。

【請求項14】

ポリアミド系樹脂；３０～２００ＴＰＭ（ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）範囲の撚りが付与されたアラミド短繊維；並びに、ガラス繊維および炭素繊維のうちから選択される１つ以上の繊維を含む繊維強化複合材を含む、バランスギア（ｂａｌａｎｃｅ ｇｅａｒ）。

【請求項15】

前記複合材は、複合材の全体の重量１００重量％を基準にして、前記ガラス繊維または炭素繊維を４５重量％以下で含む、請求項１４に記載のバランスギア（ｂａｌａｎｃｅ ｇｅａｒ）。

【請求項16】

３０～２００ＴＰＭ（ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）の範囲の撚りが付与されたアラミド短繊維を準備する段階；および
前記準備されたアラミド短繊維とポリアミド系樹脂とを押出機に投入した後に吐出して、繊維強化複合材を製造する段階；
を含む、繊維強化複合材の製造方法。

【請求項17】

前記方法は、サイジング剤でもって表面がコーティングされたアラミド原糸に、３０～２００ＴＰＭの範囲の撚りを付与し、前記撚りが付与された原糸をチョッピング工程で裁断して、１．０～１０．０ｍｍの範囲の長さで前記アラミド短繊維を準備する段階を含む、請求項１６に記載の繊維強化複合材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

＜関連出願との相互引用＞
本出願は、２０２１年６月２５日付韓国特許出願第１０－２０２１－００８３１９２号に基づいた優先権の利益を主張するのであり、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。

【0002】

＜技術分野＞
本出願は、繊維強化複合材に関するものである。具体的に、本出願は、ポリアミド系樹脂およびアラミド短繊維を含む繊維強化複合材、およびこれを含む物品に関するものである。

【背景技術】

【0003】

高分子樹脂と繊維のそれぞれの長所を活用することができるという期待から、金属を代替することができる素材として、繊維強化プラスチックが注目されている。

【0004】

例えば、芳香族ポリアミド繊維であるアラミド繊維は、比強度、比弾性率、耐熱性、靭性、耐摩耗性が高いという長所があり、ポリアミド系樹脂のうちの一つであるＰＡ６６は、高強度、高耐熱性、耐薬品性、難燃性、加工性に優れるという長所があるため、これらを含む繊維強化プラスチックを通じて、耐摩耗性と機械的強度に優れる材料を製造することが考慮できる。

【0005】

しかし、繊維強化プラスチックに含まれる繊維と樹脂との間の界面接着力が良くない場合が多く、樹脂内の繊維の分散性が確保されない場合には、製造された繊維強化プラスチックの特性が、期待物性に及ばないという問題が発生しうる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本出願の一目的は、機械的物性（例：屈曲強度、引張強度など）に優れた繊維強化複合材を提供することである。

【0007】

本出願の他の目的は、耐磨耗（耐摩擦）特性に優れた繊維強化複合材を提供することである。

【0008】

本出願の他の目的は、機械的物性と耐磨耗特性に優れ、比重の低い繊維強化複合材を提供することである。

【0009】

本出願の他の目的は、前記繊維強化複合材を含む物品を提供することである。

【0010】

本出願の上記目的およびその他の目的は、下記の詳しく説明される本出願によって全て解決できる。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本出願に関する一例で、本出願は、ポリアミド系樹脂；および、撚りが付与されたアラミド短繊維を含む繊維強化複合材（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）に関するものである。前記複合材は、連続相であるポリアミド系樹脂内に、分散相である（複数の）アラミド短繊維が分散して存在する構造を有する。

【0012】

本出願の発明者は、繊維強化複合材における繊維の分散性と界面接着性を改善することが、複合材を軽量化しながらも、複合材の機械的特性と耐磨耗特性などを改善することができることを確認して、本出願発明を完成した。

【0013】

本出願に関する具体例で、前記アラミド短繊維は、後述のように、撚糸工程を通じて、所定の撚り数が付与されたアラミド繊維を、所定の長さに裁断（ｃｈｏｐｐｉｎｇ）することによって得ることができる。

【0014】

特に制限されるわけではないが、機械的物性の確保などに必要な繊維の強度などを考慮する時、前記アラミド繊維または短繊維は、５００デニール以上、６００デニール以上、７００デニール以上、８００デニール以上、９００デニール以上、１０００デニール以上、１１００デニール以上、１２００デニール以上、１３００デニール以上、１４００デニール以上、１５００デニール以上の繊度を有することができる。前記繊度の上限は、特に制限されるわけではないが、例えば、３０００デニール以下、２５００デニール以下、２０００デニール以下、１５００デニール以下または１０００デニール以下であってもよい。

【0015】

一つの例示で、前記アラミド短繊維は１．０～１０．０ｍｍの範囲の長さを有することができる。具体的に、前記アラミド短繊維の長さは、２ｍｍ以上、３ｍｍ以上、４ｍｍ以上、５ｍｍ以上、６ｍｍ以上、７ｍｍ以上、８ｍｍ以上または９ｍｍ以上であってもよく、その上限は、例えば、９ｍｍ以下、８ｍｍ以下、７ｍｍ以下、６ｍｍ以下、５ｍｍ以下、４ｍｍ以下、３ｍｍ以下または２ｍｍ以下であってもよい。前記範囲を超過する長繊維と比較するとき、アラミド短繊維は、長繊維に対比してポリアミド系樹脂内で優れた分散性を維持するのに有利である。

【0016】

前記長さの短繊維の製造は、合撚糸に対する裁断（ｃｈｏｐｐｉｎｇ）を通じて行うことができる。具体的には、前記裁断（ｃｈｏｐｐｉｎｇ）の対象になるアラミド繊維は、２本以上の下撚糸が共に上撚りされた（即ち、下撚糸が撚り合わせられて作られた）合撚糸構造を有する。それにより、裁断されたアラミド短繊維も、撚りが付与された構造を有することができる。

【0017】

ここで、「下撚り」は糸またはフィラメントをどちらか一つの方向に撚ることを意味し、「下撚糸」は、糸またはフィラメントが、どちらか一つの方向に撚られて作られた一本（ｐｌｙ）の糸、即ち、単糸（ｓｉｎｇｌｅ ｙａｒｎ）を意味しうる。特に制限されるわけではないが、前記下撚りは、例えば、反時計回り方向の撚りを意味しうる。また、「合撚糸（ｐｌｉｅｄ ｙａｒｎ）」は、２本以上の下撚糸を、どちらか一つの方向に共に撚り合わせて作った糸を意味する。前記上撚りは、下撚りが行われる撚りに対する反対の方向の撚りを意味しうる。例えば、前記上撚りは、時計回り方向の撚りを意味しうる。

【0018】

下撚り方向で撚られて作られた前記下撚糸は、所定の撚り数を有することができる。この時、「撚り数（ｔｗｉｓｔ ｎｕｍｂｅｒ）」は１ｍ当りの撚りの回数を意味し、その単位はＴＰＭ（Ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）であり得る。

【0019】

一つの例示で、前記アラミド短繊維は、３０～２００ＴＰＭ（ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）範囲の撚りが付与されたものであってもよい。

【0020】

本出願の具体例で、前記アラミド短繊維は、３０～２００ＴＰＭ（ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）の範囲の撚りが付与された下撚糸を含むことができる。例えば、前記短繊維に含まれている、下撚糸の撚り数の下限は、例えば、３５ＴＰＭ以上、４０ＴＰＭ以上、４５ＴＰＭ以上、５０ＴＰＭ以上、５５ＴＰＭ以上、６０ＴＰＭ以上、６５ＴＰＭ以上、７０ＴＰＭ以上、７５ＴＰＭ以上または８０ＴＰＭ以上であってもよい。そして、前記撚り数の上限は、例えば、１９０ＴＰＭ以下、１８０ＴＰＭ以下、１７０ＴＰＭ以下、１６０ＴＰＭ以下、１５０ＴＰＭ以下、１４０ＴＰＭ以下、１３０ＴＰＭ以下、１２０ＴＰＭ以下、１１０ＴＰＭ以下、１００ＴＰＭ以下、９０ＴＰＭ以下、８０ＴＰＭ以下または７０ＴＰＭ以下であってもよい。

【0021】

本出願の具体例で、前記アラミド短繊維に含まれる下撚糸同士の間の撚り数（即ち、上撚り時の撚り数）は３０～２００ＴＰＭ（ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）の範囲であってもよい。例えば、前記短繊維に含まれている下撚糸同士の撚り数の下限は、例えば、３５ＴＰＭ以上、４０ＴＰＭ以上、４５ＴＰＭ以上、５０ＴＰＭ以上、５５ＴＰＭ以上、６０ＴＰＭ以上、６５ＴＰＭ以上、７０ＴＰＭ以上、７５ＴＰＭ以上または８０ＴＰＭ以上であってもよい。そして、前記下撚糸同士の間の撚り数の上限は、例えば、１９０ＴＰＭ以下、１８０ＴＰＭ以下、１７０ＴＰＭ以下、１６０ＴＰＭ以下、１５０ＴＰＭ以下、１４０ＴＰＭ以下、１３０ＴＰＭ以下、１２０ＴＰＭ以下、１１０ＴＰＭ以下、１００ＴＰＭ以下、９０ＴＰＭ以下、８０ＴＰＭ以下または７０ＴＰＭ以下であってもよい。

【0022】

特に制限されるわけではないが、アラミド繊維の製造時に付与される、下撚り時の撚り数（下撚り数）と、上撚り時の撚り数（上撚り数）とは、同一または異なるのでありうる。

【0023】

撚り数が前記範囲を満足しない場合、連続相であるポリアミド系樹脂に対するアラミド短繊維の接触面積が低くなるのに伴い、ポリアミド系樹脂とアラミド短繊維との間の界面接着力が低くなりうる。また、撚り数が過度に、大きいか小さいアラミド短繊維であると、後述のサイジング剤がコーティングされる繊維における表面積の減少が発生するため、繊維と樹脂との間の十分な界面接着力が提供されず、繊維がポリアミド系樹脂内にて優れた分散性を有することができない。結果的に、機械的物性などの十分な改善のためには、前記撚り数を満足することで、繊維と樹脂との間の物理的接触面積を高めることが有利である。

【0024】

一つの例示で、前記アラミド繊維またはアラミド短繊維は、２本の下撚糸が撚り合わせられた２プライ構造、または３本の下撚糸が撚り合わせられた３プライ構造を有することができるが、これらに制限されるわけではない。

【0025】

一つの例示で、前記繊維強化複合材は、前記複合材の全体重量の１００重量％に対して、前記アラミド短繊維を１５重量％以下で含むことができる。具体的には、前記複合材中で、前記アラミド短繊維の含量は、例えば、１５重量％未満、より具体的には、１４重量％以下、１３重量％以下、１２重量％以下、１１重量％以下、１０重量％以下、９重量％以下、８重量％以下、７重量％以下、６重量％以下または５重量％以下であってもよい。前述の撚り数のアラミド短繊維は、ポリアミド系樹脂に対する界面接着力と分散性に優れているため、前記のように少ない含量（例えば、１０重量％以下）のアラミド短繊維を使用する場合にも、複合材物性の十分な改善を期待することができる。

【0026】

特に制限されるわけではないが、前記繊維強化複合材中の前記アラミド短繊維の含量の下限は、複合材の機械的強度などを考慮して調節することができ、例えば、０．５重量％以上、１．０重量％以上、１．５重量％以上、２．０重量％以上、２．５重量％以上、３．０重量％以上、３．５重量％以上、４．０重量％以上、４．５重量％以上または５．０重量％以上であってもよい。

【0027】

一つの例示で、前記繊維強化複合材は、前記ポリアミド系樹脂１００重量部に対して、前記アラミド短繊維を２０重量部以下で含むことができる。具体的には、ポリアミド系樹脂１００重量部を基準とするとき、前記アラミド短繊維の含量の上限は、１５重量部以下、１０重量部以下または５重量部以下であってもよい。前述の撚り数のアラミド短繊維は、ポリアミド系樹脂に対する界面接着力と分散性に優れているため、前記のように、ポリアミド系樹脂の含量と対比して、非常に少ない含量（１／５水準以下）のアラミド短繊維が使用されても、複合材物性の十分な改善を期待することができる。

【0028】

特に制限されないが、ポリアミド系樹脂１００重量部を基準とするとき、前記アラミド短繊維の含量の下限は、複合材の機械的強度などを考慮して調節することができ、例えば、０．１重量部以上、０．５重量部以上、１．０重量部以上、１．５重量部以上、２．０重量部以上、２．５重量部以上、３．０重量部以上、３．５重量部以上、４．０重量部以上、４．５重量部以上、５．０重量部以上であってもよい。

【0029】

一つの例示で、前記アラミド短繊維は、その表面がサイジング剤で処理されたものであってもよい。即ち、前記アラミド短繊維の表面には、サイジング剤が結合されていてもよい。サイジング剤は、アラミド繊維に優れた裁断性を付与するだけでなく、ポリアミド系樹脂とアラミド短繊維との間の界面接着力（例：化学的結合力）と、アラミド短繊維の分散性とを改善することができる。後述のように、サイジング剤処理は、アラミド繊維に対する裁断以前に行うことができる。

【0030】

本出願でサイジング剤の種類は特に制限されない。例えば、前記サイジング剤としては、公知のウレタン系サイジング剤、エポキシ系サイジング剤および／またはアミド系サイジング剤を使用することができる。

【0031】

一つの例示で、前記アラミド繊維またはアラミド短繊維に対するサイジング剤の含量の比率は、１．０～１０．０重量％の範囲であってもよい。前記サイジング剤の含量は、アラミド繊維に対するサイジング剤の付着率を意味するものであって、いわゆるピックアップ率に関する下記式１によって計算されうる。

【0032】

［式１］
ピックアップ率（％）＝［（Ｗ２－Ｗ１）／Ｗ１］×１００

【0033】

式１中、Ｗ１は、乾燥状態アラミド繊維の重量であり、Ｗ２は、サイジング剤表面処理後のアラミド繊維の重量を意味する。ここで、サイジング剤表面処理後の時点は、サイジング剤に対する繊維浸漬後の熱処理が完了した時点を意味する。

【0034】

具体的には、前記アラミド繊維またはアラミド短繊維に対するサイジング剤の含量比率は、その下限が２重量％以上、３重量％以上、４重量％以上、５重量％以上、６重量％以上、７重量％以上、８重量％以上または９重量％以上であってもよい。そしてその上限は例えば、９重量％以下、８重量％以下、７重量％以下、６重量％以下、５重量％以下、４重量％以下、３重量％以下または２重量％以下であってもよい。

【0035】

一つの例示で、前記繊維強化複合材は、ガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）および炭素繊維（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）のうちから選択される１つ以上の繊維をさらに含むことができる。

【0036】

前記ポリアミド系樹脂の種類は特に制限されない。例えば、前記ポリアミド系樹脂としては、例えばナイロン６、ナイロン６６、ナイロン４６、ナイロン１１、ナイロン１２、ナイロン６１０、ナイロン６１２、ナイロン６／６６の共重合体、ナイロン６／６６／６１０共重合体、ナイロンＭＸＤ６、ナイロン６Ｔ、ナイロン６／６Ｔ共重合体、ナイロン６６／ＰＰ共重合体およびナイロン６６／ＰＰＳ共重合体；または、これらのＮ－アルコキシアルキル化物などを使用することができる。

【0037】

一つの例示で、前記繊維強化複合材は、ＡＳＴＭ Ｄ７９２による比重が１．２５以下であってもよい。具体的に、前記繊維強化複合材は、１．２０以下、より具体的には、１．１９以下、１．１８以下、１．１７以下、１．１６以下、１．１５以下または１．１４以下の比重を有することができる。前述のように、本出願では、ポリアミド系樹脂に対する界面接着力と分散性に優れるようにその特性が調節されたアラミド短繊維が使用されるため、少ない含量のアラミド短繊維を使用することができ、複合材の軽量化が可能である。

【0038】

特に制限されないが、前記繊維強化複合材の比重の下限は、例えば、１．１０以上、１．１１以上、１．１２以上、１．１３以上、１．１４以上または１．１５以上であってもよい。

【0039】

一つの例示で、前記比重を満足する繊維強化複合材は、ＡＳＴＭ Ｄ６３８による引張強度が８０～１００Ｍｐａの範囲を満足しうる。具体的には、前記繊維強化複合材の引張強度は、８１Ｍｐａ以上、８２Ｍｐａ以上、８３Ｍｐａ以上、８４Ｍｐａ以上、８５Ｍｐａ以上、８６Ｍｐａ以上、８７Ｍｐａ以上、８８Ｍｐａ以上、８９Ｍｐａ以上、９０Ｍｐａ以上、９１Ｍｐａ以上、９２Ｍｐａ以上、９３Ｍｐａ以上、９４Ｍｐａ以上または９５Ｍｐａ以上であってもよい。前述のように、本出願では、ポリアミド系樹脂に対する界面接着力と分散性に優れるように、その特性が調節されたアラミド短繊維が使用され、それによって、低い比重でも前記範囲のように十分な引張強度を有する複合材が提供されうる。

【0040】

一つの例示で、前記比重を満足する繊維強化複合材は、ＡＳＴＭ Ｄ７９０による屈曲強度が１２０～１４０Ｍｐａ範囲を満足することができる。具体的には、前記繊維強化複合材の屈曲強度は、１２１Ｍｐａ以上、１２２Ｍｐａ以上、１２３Ｍｐａ以上、１２４Ｍｐａ以上、１２５Ｍｐａ以上、１２６Ｍｐａ以上、１２７Ｍｐａ以上、１２８Ｍｐａ以上、１２９Ｍｐａ以上、１３０Ｍｐａ以上、１３１Ｍｐａ以上、１３２Ｍｐａ以上、１３３Ｍｐａ以上、１３４Ｍｐａ以上または１３５Ｍｐａ以上であってもよい。前述のように、本出願では、ポリアミド系樹脂に対する界面接着力と分散性に優れるように、その特性が調節されたアラミド短繊維が使用され、それによって、低い比重でも前記範囲のように十分な屈曲強度を有する複合材が提供されうる。

【0041】

一つの例示で、前記比重を満足する繊維強化複合材は、ＡＳＴＭ Ｄ３７０２による摩擦係数が０．１２未満を満足することができる。具体的には、前記繊維強化複合材の摩擦係数は、０．１１以下、０．１０以下、０．０９以下、０．０８以下、０．０７以下または０．０６以下であってもよい。複合材と関連した摩擦は、通常、繊維が樹脂から離脱するため発生する場合が大部分である。したがって、摩擦問題を改善するために、即ち、摩擦係数を低めるためには、繊維が樹脂から離脱せずに樹脂内に存在するように、繊維の分散性を改善することが必要である。前述のように、本出願ではポリアミド系樹脂に対する界面接着力と分散性に優れるようにその特性が調節されたアラミド短繊維が使用され、それによって少ない含量のアラミド繊維を使用しながらも前記範囲のように十分に低い摩擦係数を有する複合材が提供されうる。

【0042】

前記のような本願発明複合材の用途は特に制限されない。

【0043】

例えば、前記複合材は、自動車分野に使用できる。具体的には、前記複合材は自動車内装材、自動車外装材またはバランスギア（Ｂａｌａｎｃｅｄ ｇｅａｒ）のような物品に含まれてもよい。より具体的には、前記複合材は、ドアフレームインナーカバー（Ｄｏｏｒ ｆｒａｍｅ ｉｎｎｅｒ ｃｏｖｅｒ）、トランスミッションギアサポート（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｇｅａｒ ｓｕｐｐｏｒｔ）、サンバイザーリテーナー（Ｓｕｎ ｖｉｓｏｒ ｒｅｔａｉｎｅｒ）、インナードアハンドルアセンブリー（Ｉｎｎｅｒ ｄｏｏｒ ｈａｎｄｌｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）、ウィンドウドラム（Ｗｉｎｄｏｗ ｄｒｕｍ）、キャリアプレート（Ｃａｒｒｉｅｒ ｐｌａｔｅ）、セーフティーベルトジョインター（Ｓａｆｅｔｙ ｂｅｌｔ ｊｏｉｎｔｅｒ）、ブッシュ（ｂｕｓｈ）、エンジンマウント（Ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ）、ヘッドレストガイド（Ｈｅａｄ ｒｅｓｔ ｇｕｉｄｅ）などに使用できる。

【0044】

また他の例示で、前記複合材は軽量化そして耐磨耗や耐摩擦性能が必要な部品に使用できる。具体的に、前記複合材は、ＡＴＭやプリンタ機器などに使用される各種ギア（ｇｅａｒ）で、または冷蔵庫や洗濯機などのドアグローザーパート（Ｄｏｏｒ ｃｌｏｓｅｒ ｐａｒｔ）で使用でき、その外にもセントラライザー（Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｒ）、コンベヤーベルト（Ｃｏｎｖｅｙｏｒ ｂｅｌｔ）、ベアリング（ｂｅａｒｉｎｇ）、キャスター（Ｃａｓｔｅｒ）などに使用されうる。

【0045】

本出願に関する他の一例で、本出願は繊維強化複合材の製造方法に関するものである。

【0046】

具体的には、前記方法は、３０～２００ＴＰＭ（ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）範囲の撚りが付与されたアラミド短繊維を準備する段階；および、前記準備されたアラミド短繊維とポリアミド系樹脂とを押出機に投入した後に吐出して、繊維強化複合材を製造する段階を含むことができる。

【0047】

繊維強化複合材、およびこれを構成する各成分に関する特性などは、前述の通りである。

【0048】

一つの例示で、前記アラミド短繊維は、サイジング剤でもって表面コーティングされたアラミド原糸（繊維）に、撚りを付与した後（下撚糸および上撚糸の製造）、撚りが付与された原糸をチョッピング工程で裁断する方式で製造されうる。即ち、前記方法は、サイジング剤でもって表面コーティングされたアラミド原糸に、撚りを付与した後、撚りが付与された原糸を裁断する段階をさらに含むことができる。この際、撚り数は、前述の通りであり、チョッピングによって前述の長さ（１．０～１０．０ｍｍ範囲）の短繊維を得ることができる。

【0049】

前記サイジング剤による表面コーティング方式は特に制限されない。例えば、アラミド原糸（繊維）をサイジング剤液に浸漬し熱処理する段階を行うことができる。特に制限されないが、サイジング剤が適正量塗布されるように、サイジング剤に対するアラミド原糸（繊維）の浸漬時間は、約１秒～３０秒範囲、約２秒～２０秒または約３秒～１０秒範囲であってもよい。そして、サイジング剤が塗布された繊維に対する熱処理は、サイジング剤の十分な乾燥と熱による損傷抑制などを考慮して、約２００～５００℃または約２５０～３００℃の温度で、約３～３０秒間行うことができる。

【0050】

一つの例示で、前記サイジング剤のコーティングの程度は、前述のピックアップ率を満足するように行うことができる。

【0051】

押出機に投入される樹脂と繊維の含量比率は前述の通りである。

【0052】

一つの例示で、前記方法は、一つの投入口を含む押出機を用いて行うことができる。

【0053】

一つの例示で、前記方法は、２つ以上の投入口を含む押出機を用いて行うことができる。この場合、短繊維がより均一に樹脂内で分散できる。例えば、いずれか一つの投入口は、ポリアミド系樹脂を投入することに使用されるものであり、他の投入口は、アラミド短繊維を投入することに使用されるものであってもよい。前記投入口を通じて押出機内部に投入された樹脂と繊維は、押出機内部のスクリューに乗って混合および移動しながら吐出口を通じてダイ（ｄｉｅ）に排出できる。

【0054】

一つの例示で、前記投入口は押出機に含まれるスクリューの長さに沿って一定の距離ごとに形成されてもよい。

【0055】

特に制限されないが、ポリアミド系樹脂が投入される投入口をホッパーと呼称でき、アラミド短繊維が投入される投入口をフィーダーと呼称できる。

【0056】

一つの例示で、前記方法は、二軸スクリュー押出機を用いて行うことができるが、特に制限されるわけではない。

【0057】

吐出された繊維強化複合材の形態は特に制限されない。例えば、ペレットの形態やシートの形態などの繊維強化複合材が提供できる。

【0058】

本出願に関する一例で、本出願は、前記繊維強化複合材を含む物品に関するものである。繊維強化複合材の特性は前述の通りである。

【0059】

繊維強化複合材を含む物品は特に制限されない。

【0060】

例えば、前記複合材は、自動車関連物品に含まれてもよい。具体的には、本出願は、前記複合材を含む自動車内装材、自動車外装材またはバランス(バランサー)ギア（Ｂａｌａｎｃｅｄ ｇｅａｒ）といった自動車関連物品に関するものであり得る。より具体的には、前記複合材は、ドアフレームインナーカバー（Ｄｏｏｒ ｆｒａｍｅ ｉｎｎｅｒ ｃｏｖｅｒ）、トランスミッションギアサポート（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｇｅａｒ ｓｕｐｐｏｒｔ）、サンバイザーリテーナー（Ｓｕｎ ｖｉｓｏｒ ｒｅｔａｉｎｅｒ）、インナードアハンドルアセンブリー（Ｉｎｎｅｒ ｄｏｏｒ ｈａｎｄｌｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）、ウィンドウドラム（Ｗｉｎｄｏｗ ｄｒｕｍ）、キャリアプレート（Ｃａｒｒｉｅｒ ｐｌａｔｅ）、セーフティーベルトジョインター（Ｓａｆｅｔｙ ｂｅｌｔ ｊｏｉｎｔｅｒ）、ブッシュ（ｂｕｓｈ）、エンジンマウント（Ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ）、ヘッドレストガイド（Ｈｅａｄ ｒｅｓｔ ｇｕｉｄｅ）などに使用できる。

【0061】

また他の例示で、前記複合材は軽量化そして耐磨耗や耐摩擦性能が必要な物品に含まれてもよい。具体的には、前記複合材はＡＴＭやプリンタ機器などに使用される各種ギア（ｇｅａｒ）で、または冷蔵庫や洗濯機などのドアグローザーパート（Ｄｏｏｒ ｃｌｏｓｅｒ ｐａｒｔ）で使用でき、その外にもセントラライザー（Ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｒ）、コンベヤーベルト（Ｃｏｎｖｅｙｏｒ ｂｅｌｔ）、ベアリング（ｂｅａｒｉｎｇ）、キャスター（Ｃａｓｔｅｒ）などに使用できる。

【0062】

本出願に関する具体例で、本出願は、繊維強化複合材を含むバランスギア（ｂａｌａｎｃｅ ｇｅａｒ）に関するものであり得る。後述の実験例のように、前記アラミド短繊維を含む複合材は、優れた耐摩耗性を提供することができ、これに加えて、素材の耐摩耗性を改善することができるとして知られたガラス繊維や炭素繊維を、前述のアラミド短繊維と共に複合材の構成として使用する場合、金属との摩擦によって、優れた耐磨耗耐久性が要求されるバランスギアの用途に適すると考えられる。

【0063】

それによって、本出願の具体例で、前記バランスギアは、ポリアミド系樹脂；３０～２００ＴＰＭ（ｔｗｉｓｔ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ）の範囲の撚りが付与されたアラミド短繊維；並びに、ガラス繊維および炭素繊維のうちから選択される１つ以上の繊維を含む繊維強化複合材を含む。

【0064】

バランスギアに含まれる繊維強化複合材に関連して、ポリアミド系樹脂およびアラミド短繊維の特性などに関する説明は、前述の通りである。

【0065】

一つの例示で、前記ガラス繊維および／または炭素繊維は、短繊維または長繊維の形態であってもよい。具体的には、短繊維であるガラス繊維および／または炭素繊維は、その長さが１～１０ｍｍ範囲であってもよい。そして、長繊維であるガラス繊維および／または炭素繊維はその長さが、１０ｍｍ以上であってもよく、例えば、１０～２０ｍｍ範囲であってもよい。

【0066】

一つの例示で、前記ガラス繊維および／または炭素繊維には、撚りが付与されてもよい。特に制限されないが、ガラス繊維および／または炭素繊維に付与される撚り数は、前述のアラミド短繊維に対するそれと同一または異なるのでありうる。

【0067】

一つの例示で、前記複合材は、複合材の全体の重量に対して、前記ガラス繊維および／または炭素繊維を４５重量％以下で含むことができる。例えば、前記複合材は、全体の複合材１００重量％を基準にして、ガラス繊維を４５重量％以下で含むか、炭素繊維を４５重量％以下で含むことができる。また他の例示で、前記複合材は、全体の複合材１００重量％を基準にして、ガラス繊維および炭素繊維の合計が４５重量％以下になるように、ガラス繊維および炭素繊維を含むことができる。４５重量％を超過するこれら繊維の含量は、押出時におけるスクリュー内のレジンの流れを妨害して、複合材の製造を難しくすることがある（工程性または生産性の低下）。また、４５重量％を超過するというように過多な含量の繊維が使用されれば、ペレットの形態に加工する際に、ペレットカッティングが難しくなるか、カッティング面が不良になり、製造されたペレットの外部表面に補強繊維が露出されて商品性が良くない。

【0068】

特に制限されないが、全体の複合材１００重量％を基準にして、前記ガラス繊維および／または炭素繊維の含量の上限は、例えば、４０重量％以下、３５重量％以下、３０重量％以下、２５重量％以下、２０重量％以下、１５重量％以下または１０重量％以下であってもよく、その下限は、例えば、５重量％以上、１０重量％以上、１５重量％以上、２０重量％以上、２５重量％以上または３０重量％以上であってもよい。

【発明の効果】

【0069】

本出願の具体例によれば、低い比重を有しながらも機械的物性と耐摩耗性に優れた複合材が提供される。

【発明を実施するための形態】

【0070】

以下、発明の具体的な実施例を通じて、発明の作用、効果をより具体的に説明することとする。但し、これは発明の例示として提示されたものであって、これによって発明の権利範囲が、いかなる意味でも限定されるのではない。

【実施例】

【0071】

＜実験例１：複合材の引張強度、屈曲強度、および比重測定＞
下記実施例および比較例で準備された試片に対して、引張強度、屈曲強度および比重を測定した。

【0072】

<実施例１>
<アラミド短繊維の準備>：総繊度約２，０００デニールであるアラミド繊維を、ウレタン系サイジング剤に約７秒間浸漬した後、約２８５℃の温度で約１５秒間、熱処理して、表面がサイジング剤でコーティングされたアラミド繊維を得た（ピックアップ率約５重量％）。そして、撚糸工程を通じて、前記サイジング剤でもって表面がコーティングされた繊維に、約７０ＴＰＭの撚り数を付与した。具体的には、撚糸工程時、上撚りと下撚りの両方とも７０ＴＰＭに設定され、撚りが付与された繊維は２プライ(2本撚り)構造を有する。その次に、撚り数が付与されたアラミド繊維の長さが、約５ｍｍになるように繊維を裁断（ｃｈｏｐｐｉｎｇ）した。

【0073】

<ペレット形態の複合材（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）の製造>：押出機を用いて前記アラミド短繊維がポリアミド系樹脂（ＰＡ６６）に分散した複合材を製造した。この際、樹脂中に短繊維を均一に分散させるために、押出機の入口側（吐出口の反対側）に位置させたフィーダーを通じて（ホッパーを通じて投入されるポリアミド系樹脂とは別に）繊維を投入した。製造されたペレットは、高さが約５ｍｍであり、直径が約５ｍｍである円柱の形態を有する。

【0074】

製造された複合材の特性は、表１のとおりである。

【0075】

<実施例２>
下記表１に記載されたことを除いて、実施例１と同様の方法で複合材を製造した。

【0076】

<比較例１～３>
市販中のＲＴＰ ｃｏｍｐａｎｙ社の製品を比較例として使用した。ここで、比較例１～３は、アラミド短繊維とポリアミド系樹脂の含量が、表１のように異なることを除いて、同一である。

【0077】

【表1】

【0078】

上記表１のように、市販中の製品と比較するとき、本願発明による実施例の複合材は、相対的に低い含量でアラミド繊維を含む場合（即ち、比重が低い）にも、優れた引張強度と屈曲強度を提供可能であるということが確認される。

【0079】

＜実験例２：摩擦係数測定＞
下記実施例および比較例で準備された試片に対して摩擦係数を測定した。

【0080】

<実施例３>
前記実施例１で製造された複合材を使用した。

【0081】

<実施例４>
前記実施例２で製造された複合材を使用した。

【0082】

<比較例４>
市販中のＲＴＰｃｏｍｐａｎｙ社の製品（ＲＴＰ ２００）を比較例４として使用した。

【0083】

<比較例５>
耐磨耗特性強化に主に使用されるカーボン繊維（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）を、２０重量％含量で含む複合材を比較例５として使用した。カーボン繊維に撚りが付与されていないことを除いて、実施例１と同一の過程で複合材を製造した。

【0084】

<比較例６>
耐磨耗特性強化に主に使用されるガラス繊維（ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ）を、２０重量％含量で含む複合材を比較例６として使用した。ガラス繊維に撚りが付与されていないことを除いて、実施例１と同一の過程で複合材を製造した。

【0085】

<比較例７>
アラミド繊維を１５重量％含むＳｏｌｖａｙ社のＴｒｉｂｏｃｏｍｐ(登録商標)を比較例７として使用した。

【0086】

<比較例８>
市販中のＲＴＰ ｃｏｍｐａｎｙ社の製品（ＲＴＰ ２００ ＡＲ １５ ＴＦＥ １５）を比較例８として使用した。当該製品は、摩擦係数を低めるために使用されるテフロン(登録商標)（ＴＦＥ）樹脂１５重量％が含まれたものである。

【0087】

【表2】

【0088】

表２のように、本願発明の実施例複合材の摩擦係数が低いということが確認される。これは、本願発明の複合材の耐磨耗特性が優れているということを意味する。これは、所定の撚り数が付与されたアラミド繊維が、ポリアミド系樹脂と適正水準の接触面積を有することができるためであると考えられる。また、前記のような低い摩擦係数の確保には、サイジング剤の使用によって、ポリアミド系樹脂内におけるアラミド繊維の分散性が良くなったことも、影響を与えたと判断される。

【0089】

一方、繊維の含量が多くなるほど、摩擦係数が減少するということが一般的であるが、実施例３と４とにおける摩擦係数はその差が大きくないということが確認される。即ち、本願発明によれば、アラミド繊維を少量含む軽量性の複合材であって、優れた機械的強度（表１）と、優れた耐磨耗特性（低い摩擦係数）（表２）とを有する複合材が提供される。

【国際調査報告】