JP2004244787A

JP2004244787A - ポリテトラフルオロエチレン繊維及びその製造方法

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Publication number: JP2004244787A
Application number: JP2004009378A
Authority: JP
Inventors: Gafu Ko; 雅夫黄; Kinshun Shu; 欽俊周; Kinketsu Shu; 欽傑周; Kaso Chin; 夏宗陳; Wen-I Kuo; 文一郭; Lei-Ti Huang; ▲雷▼迪黄
Original assignee: UMEI TAIKAKO KOFUN YUGENKOSHI
Current assignee: UMEI TAIKAKO KOFUN YUGENKOSHI
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP4231797B2

Abstract

【課題】低密度であって、加工品の軽量化を加工品に対して有用な性能を付与することを可能とする網目構造を有するＰＴＦＥ繊維とその製造方法を提供する。
【解決手段】ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）２軸延伸フィルムを熱処理した後、その長さ方向に部分的にスリットした長繊維であって、幅方向に単繊維(2)が部分的に解繊する網目構造繊維(1)を含み、前記長繊維は前記単繊維(2)の集合体である。この繊維は、円周方向に沿って複数列が実質的に等間隔で斜行して配列している植針を有する回転ピンロールに、ＰＴＦＥの２軸延伸フィルムを供給し、長さ方向に部分的にスリットして長繊維を製造する。このＰＴＦＥ長繊維をカッターによりカットして短繊維としてもよい。短繊維は分枝構造を含む繊維となる。
【選択図】図１

Description

本発明は新規ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）繊維とその製造方法に関し、特に低密度化されたＰＴＦＥ繊維に関する。

ＰＴＦＥ樹脂は、溶融粘度が極めて高く、またほとんどの溶剤に溶解しないために、一般的に採用されている溶融樹脂や樹脂溶液の押出紡糸のような方法で繊維を製造することができない。従って、従来から種々の特殊な製造方法が採用されてきている。下記特許文献１には、ＰＴＦＥ微粒子の水性分散液とビスコースとの混合液をエマルジョン紡糸した後、高温下でＰＴＦＥを焼結すると同時にビスコースを熱分解除去することによりＰＴＦＥ繊維を製造する方法が提案されている。しかし、この方法によるＰＴＦＥの製造コストは高く、その一方で得られる繊維の強度が低く、従ってこの繊維を原料として得られる加工製品の強度も低いという問題がある。

下記特許文献２及び下記特許文献３等には、ＰＴＦＥのフィルムまたはシートを微小間隔でスリットした後、得られるテープを延伸して高強度のＰＴＦＥ繊維を製造方法が提案されている。しかし、この方法ではスリットされ得られるテープの幅をその長さ方向に沿って一定に保つことが困難であり、またテープの端部分がフィブリル化するという問題がある。このため高度に延伸する工程で一部繊維が破断するという問題も発生する。

下記特許文献４には、ＰＴＦＥ成形品の１軸延伸物、特に１軸延伸フィルムをピンロール針密度２０〜１００針／ｃｍ²のロールを用いて機械的な力により解繊することにより、分枝構造を有するＰＴＦＥ繊維からなる綿状物の製造方法が提案されている。しかし、この方法によると得られるＰＴＦＥ繊維の長さは、大部分１５０ｍｍ以下であり、ＰＴＦＥの長繊維を得ることは困難であった。

また、下記特許文献５には、ＰＴＦＥ成形品の１軸延伸フィルムを機械的な力により解繊することにより、分枝構造を有するＰＴＦＥ繊維からなる綿状物の製造方法が提案されている。しかし、この方法によると得られるＰＴＦＥ繊維の密度は２．１５ｇ／ｃｍ³を超える高比重のものとなり、最終製品として軽量なものを得ることは困難であった。
米国特許第２，７７２，４４４号明細書米国特許第３，９５３，５６６号明細書米国特許第４，１８７，３９０号明細書日本特許第３０７９５７１号公報ＷＯ９６−００８０７号公報

本発明は、前記従来技術の諸問題を解決しようとするものであり、低密度でかつ高い強度を有し、また加工品に対して有用な性能を付与することを可能とする網目構造を有するＰＴＦＥの長繊維の提供と、高効率、低製造コストでこのＰＴＦＥ繊維を製造する方法を提供するものである。

併せて、ＰＴＦＥ繊維の密度調節と、網目構造ＰＴＦＥ繊維を切断することにより加工目的に適した任意の長さの分枝構造ＰＴＦＥ短繊維を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）繊維は、ＰＴＦＥの２軸延伸フィルムを熱処理した後、その長さ方向に部分的にスリットした長繊維であって、前記長繊維は、幅方向に広げたとき単繊維が部分的に解繊する網目構造を含み、前記長繊維は、前記単繊維の集合体であることを特徴とする。

次に本発明のＰＴＦＥ短繊維は、前記長繊維を切断することにより得られる分枝構造を含む短繊維であることを特徴とする。

次に本発明のＰＴＦＥ繊維の製造方法は、熱処理されたＰＴＦＥの２軸延伸フィルムを回転ピンロールに供給し、長さ方向に部分的にスリットして長繊維を製造する方法であって、前記ピンロールの植針は、円周方向に沿って複数列が実質的に等間隔に斜行して配列しており、前記延伸フィルムの供給方向に前記ピンロールを回転させ、かつ前記ピンロールの周速を前記延伸フィルムの供給速度よりも速くすることにより、前記植針により前記延伸フィルムを網目状に解繊して長繊維を得ることを特徴とする。

次に本発明のＰＴＦＥ短繊維の製造方法は、前記の製造方法により得られたＰＴＦＥ長繊維をカッターによりカットして短繊維とし、分枝構造を含むＰＴＦＥ短繊維を製造することを特徴とする。

本発明のＰＴＦＥ長繊維は、これを撚糸して高強度の織布、縫合糸等として使用することができ、特に２軸延伸フィルムから得られる繊維は低密度化が可能であり、加工製品の軽量化および製造コストの低減にも有用である。

本発明のＰＴＦＥ長繊維の特徴の一つである網目構造は樹脂、オイル等を含浸させた加工製品の製造に有用である。撚糸や撚糸をさらに編組してなるシーリング材料において、これらに樹脂分散液、オイル等を含浸させる場合、シーリング材内部への浸透が助長され、含浸材料の保持力を向上させる利点がある。

さらに本発明の製造方法によれば、低密度で特異な網目構造を有する高強度ＰＴＦＥ繊維を、簡便な工程で安定的に、しかも比較的低コストで製造することができる。

本発明のＰＴＦＥ繊維は、ＰＴＦＥフィルムをニ軸延伸した後、少なくともＰＴＦＥの融点(３２７℃)以上の温度で熱処理することにより得られたＰＴＦＥフィルムをその長さ方向に部分的にスリットして得られる低密度の長繊維である。また、前記長繊維は、幅方向に広げたとき、単繊維が部分的に解繊する網目構造を含む。従って長繊維を切断することにより得られる短繊維は、分枝構造を含む短繊維である。この繊維は、フィブリル構造を有するスリット繊維であり、幅方向に開くと単繊維が部分的に解繊して網目構造を有している。一例を示すと図１のとおりであり、１本の単繊維２の大きさは、一例として長軸×短軸で１３μｍ×７μｍ〜１４３μｍ×３２μｍの網目構造長繊維１である。網目３の大きさは様々な不定形である。短繊維の長さは、一例として１ｃｍ〜３０ｃｍの範囲、好ましくは２ｃｍ〜１０ｃｍの範囲である。

本発明の繊維は、前記単繊維の集合体である。この繊維集合体の繊度は、３〜６００dtexであることが好ましい。また本発明のスリット繊維は、偏平状であり、厚さは５μｍ〜４５０μｍであることが好ましい。この繊維の見掛密度は、２ｇ／cc以下、好ましくは１．８ｇ／cc以下である。ＰＴＦＥの真比重は２．１５〜２．２０ｇ／ccであることからすると、比重は軽い。これは２軸延伸したことによる。低密度繊維は、高密度繊維に比べて捲縮性が良い。例えば見掛密度は、２ｇ／cc以下の繊維は１０〜１２個／２５ｍｍの捲縮を付与できるが、２ｇ／ccを超える繊維は５個／２５ｍｍ未満の捲縮しか付与できない。繊維が硬くなるからである。

本発明は、乳化重合方法で得られたＰＴＦＥファインパウダーを原料として得られたＰＴＦＥフィルムを２軸延伸し、融点（３２７℃）以上の温度で熱処理したフィルムを、植針密度の低いピンロールを用いて機械的に解繊することにより、ＰＴＦＥ繊維製造の技術的問題を解決するものである。これにより、高価なpair pin-rollを使用しなくても、single pin-rollを使用しても解繊により長繊維を得ることができる。また、従来不可能とされていたニ軸延伸ＰＴＦＥフィルの解繊により、長繊維の製造が可能になる。

ＰＴＦＥフィルムは従来から知られている方法で製造することができる。即ち、ＰＴＦＥファインパウダーと押出助剤である石油系オイルとの混合物をペースト押出方法によりロッド、バー、シートの形状の連続した押出物を成形し、次にこの押出成形品を圧延ロールを用いてフィルム状に圧延した後、圧延フィルムから溶剤抽出または加熱することにより押出助剤を除去することによりＰＴＦＥのオリジナルフィルムを得る。

ＰＴＦＥファインパウダーと押出助剤との重量混合比は通常８０：２０から７７：２３の範囲であり、ペースト押出しのリダクション比（ＲＲ）は３００：１以下である。また、押出助剤の除去には加熱方法を採用することが多く、その温度は３００℃以下、２５０℃〜２８０℃の温度が好ましい。

本発明のＰＴＦＥ繊維の製造は、前記オリジナルフィルムを２軸延伸後、融点以上の温度で熱処理し、低植針密度のピンロールを用いて解繊することにより行われる。２軸延伸は、フィルムの長さ方向（ＭＤ）は４倍以上、好ましくは６倍以上であり、これと直交するフィルムの幅方向（ＴＤ）の延伸倍率は１．５倍以上５倍以下、好ましくは２倍以上３倍以下の範囲である。２軸延伸はＭＤ方向、ＴＤ方向同時延伸、またはＭＤ方向延伸後ＴＤ方向の延伸を行う二段延伸のいずれであってもよい。２軸延伸フィルムの解繊では比較的低密度のＰＴＦＥ繊維を得ることが可能であり、繊維およびその加工品の容量当りの価格を低減できるという利点がある。

ＰＴＦＥフィルムの熱処理は、３２７℃以上４００℃以下の温度範囲で行うことができるが、３５０℃以上４００℃以下の温度範囲での熱処理が好ましい。熱処理することにより生成したＰＴＦＥ繊維が塊状になり難く、取扱性が改善される。

また、解繊に供するＰＴＦＥフィルムの厚さは、５μｍ〜４５０μｍ、好ましくは１５μｍ〜４００μｍの範囲である。

熱処理フィルムの作成について、オリジナルフィルムを延伸後、熱処理する工程を詳述したが、オリジナルフィルムを熱処理した後、延伸して解繊に供するという工程を採用することも可能である。

次に解繊によるＰＴＦＥ長繊維の製造について説明する。長繊維とは、本発明では解繊に供給するＰＴＦＥフィルムと実質的に同等の長さの繊維であることを意味する。供給フィルムの長さはどのようなものであっても良いが、一例として長さ１０００ｍ〜１００００ｍ程度が実用的である。ピンロールの針径は０．２ｍｍ〜０．７ｍｍ、長さは３〜１０ｍｍのものを使用し、植針の密度は３〜１５針／ｃｍ²、好ましくは３〜１２針／ｃｍ²、さらに好ましくは４〜８針／ｃｍ²である。植針密度が１５針／ｃｍ²を越えると長繊維ＰＴＦＥは得られず、生成繊維は約２００ｍｍ以下の短繊維となる。ピンロール表面への針の植針配置の好ましい一例を図４に示すが、配置はこれに限定されるものではない。ピンロールの回転は周速５０〜４００ｍ／ｍｉｎ、好ましくは６０〜２００ｍ／ｍｉｎであり、延伸ＰＴＦＥの供給速度は１０〜５０ｍ／ｍｉｎ、好ましくは１５〜３５ｍ／ｍｉｎである。

ＰＴＦＥ短繊維は、その応用の目的、用途等に応じて、前記解繊処理で得られた網目構造を有するＰＴＦＥ繊維を任意の長さに切断することにより製造することができる。短繊維とする場合は、長さ３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度、好適には５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度にカットすることが好ましい。この際、ＰＴＦＥ長繊維の網目構造は破断され、ＰＴＦＥ短繊維は図２に示すような分枝構造短繊維４となる。

本発明のＰＴＦＥ長繊維および短繊維は、耐熱性、化学的安定性等が要求される応用製品に加工することができる。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。

（ＰＴＦＥのオリジナルフィルムの製造）
乳化重合法で得られたＰＴＦＥファインパウダー８０質量部に対してナフサ２０質量部を混合し、この混合物をＲＲ８０：１の条件で角度６０°のダイを通してペースト押出し、直径１７ｍｍの円形のバーを得た。この押出物を直径５００ｍｍの一対のロール間で圧延後、２６０℃の温度でナフサを除去した。得られたＰＴＦＥフィルムの長さは約２５０ｍ、膜厚は０．２ｍｍ、幅は約２６０ｍｍであった。

（実施例１）
前記工程で得られたＰＴＦＥオリジナルフィルムをその長さ方向に延伸率６倍、同時に幅方向に１．５倍の延伸率でニ軸延伸後、このフィルムを３７０℃で５秒間の条件で熱処理した。得られたＰＴＦＥの延伸・焼成フィルムの長さは約２１００ｍ、膜厚は０．０６mm、幅は約３００mmであった。このＰＴＦＥフィルムを針付き回転ロールに送り、網目構造を有するＰＴＦＥ長繊維を得た。

図３に本実施例におけるＰＴＦＥ長繊維の製造装置を示す。この製造装置１０は、フィルム供給ロール１１からＰＴＦＥ延伸フィルム１２を送り出し、回転ロール１３の表面に針（ピン）１４が植えられている植針付き回転ロール（ピンロール）１５によりＰＴＦＥ延伸フィルム１２を解繊して網目構造繊維１６とし、次に各フィラメント（長繊維）２１〜２４にスリットし、ガイド１７〜２０を通過させて各巻き取り機２５〜２９で巻き取った。巻き取り機は、ＰＴＦＥ延伸フィルム１２から必要な繊度の長繊維とする設計に応じて任意の数とすることができる。

植針付き回転ロール（ピンロール）は、針密度６針／ｃｍ²、針の長さ：５ｍｍ、ロールの直径５０ｍｍ、図４における針Ａ₀とＢ₀の距離（軸方向）は３ｍｍ、Ａ₀とＡ₁の横方向（軸方向）の距離は０．５ｍｍ、Ａ₀とＡ₁の縦方向（円周方向）の距離は３ｍｍとした。Ａ₀〜Ａ₄は等間隔に斜行しており、Ａ₄とＢ₀から始まる列とも等間隔で斜行している。

解繊の条件は、ロールの周速１２０m／min、フィルムの供給速度３０m／minであった。

得られた長繊維フィラメントの繊度は３２．７dtexであった。このフィラメントを取り出して幅方向に広げた時、図１に示すような網目構造が確認でき、７０mmの長さで５個の網目があり、その網目を構成する単繊維の大きさは、長軸×短軸で１２μm×７μｍ〜１２４μｍ×２８μｍであった。他の物性は表１に示す。

（実施例２）
オリジナルＰＴＦＥフィルムをその長さ方向に８倍、幅方向に２倍に同時ニ軸延伸し、他の条件は実施例１と同条件で熱処理および解繊することにより網目構造を有するＰＴＦＥ長繊維を得た。

（実施例３）
オリジナルフィルの延伸倍率を長さ方向に２５倍、幅方向に１．５倍に変更し、熱処理条件を３８０℃３秒間とする以外は実施例１と同条件とした。

（実施例４）
オリジナルフィルの延伸倍率を長さ方向に３５倍、幅方向に１．５倍に変更し、また熱処理条件を３８０℃、３秒間とする以外実施例１と同条件とした。

（比較例１）
解繊用ロールを植針密度：２５針／ｃｍ²のピンロールに変更し、他の条件は実施例１と同条件でＰＴＦＥ繊維の製造を試みた。しかし供給したニ軸延伸ＰＴＦＥは不規則に破断するのみであり、繊維状のＰＴＦＥを得ることができなかった。

（比較例２）
オリジナルフィルムその長さ方向に２５倍の延伸率で１軸延伸すること以外は実施例１と同条件でＰＴＦＥ長繊維を得た。この繊維の見掛密度は２．１９ｇ／ｃｃであった。

実施例１〜４および比較例１，２の結果を表１に示す。表１中、ＰＴＦＥ繊維の密度、繊度、強度および伸度はＪＩＳ１０１５に従って評価した。

表１から明らかなように、低植針密度のピンロールを使用して解繊することにより、従来不可能とされていたＰＴＦＥニ軸延伸フィルムの解繊が可能となり実施例１〜４に示すように網目構造を有する長繊維を製造することができる。ニ軸延伸ＰＴＦＥフィルムは多孔性である、延伸後の熱処理においても多孔構造を維持することができる。従って生成繊維の密度を低くすることが容易であり、最終製品の軽量化が可能という利点が有する。

さらに、実施例１〜４の長繊維をカッターにより７０ｍｍの長さに切断することにより得られた短繊維は、網目構造が切断され、図２に示すように分枝構造を示す低密度短繊維であった。

これに対し高密度植針ロールを使用した解繊(比較例１)ではフィルムが破断するのみで繊維状の生成物を得ることができなかった。

本発明のＰＴＦＥ長繊維を切断した短繊維は分枝構造を有し、前記した以外に高耐熱性フェルト、プリント基板、バッグフィルター等のウエブ材又はプリプレグ材として極めて有用である。

本発明の一実施例におけるＰＴＦＥ長繊維の網目構造を示す図。本発明の一実施例におけるＰＴＦＥ短繊維の分枝構造を示す図。本発明の一実施例におけるＰＴＦＥ長繊維の製造方法を示す工程図。本発明の一実施例におけるＰＴＦＥ長繊維の製造に用いるピンロールの植針配置を示す図。

符号の説明

１網目構造長繊維
２単繊維
３網目
４分枝構造短繊維
１０ＰＴＦＥ長繊維製造装置
１１フィルム供給ロール
１２ＰＴＦＥ延伸フィルム
１３回転ロール
１４針（ピン）
１５植針付き回転ロール（ピンロール）
１６網目構造長繊維
１７スリットされたＰＴＦＥ長繊維

Claims

ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の２軸延伸フィルムを熱処理した後、その長さ方向に部分的にスリットした長繊維であって、
前記長繊維は、幅方向に広げたとき単繊維が部分的に解繊する網目構造を含み、
前記長繊維は、前記単繊維の集合体であることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン繊維。
上記ニ軸延伸ＰＴＦＥの熱処理温度が３２７℃以上４００℃以下の範囲である請求項１に記載のＰＴＦＥ繊維。
前記ニ軸延伸ＰＴＦＥフィルムが、フィルムの長さ方向に４倍以上、及び幅方向に１．５倍以上５倍以下の範囲で延伸されている請求項１に記載のＰＴＦＥ繊維。
前記ＰＴＦＥ繊維の密度が２ｇ／ｃｍ³以下である請求項１に記載のＰＴＦＥ繊維。
前記ＰＴＦＥ繊維の密度が１．８ｇ／ｃｍ³以下である請求項４に記載のＰＴＦＥ繊維。
前記ＰＴＦＥ長繊維が偏平状であり、厚さが５μｍ以上４５０μｍ以下の範囲である請求項１〜５のいずれかに記載のＰＴＦＥ繊維。
前記ＰＴＦＥ長繊維の繊度が３dtex以上６００dtex以下の範囲である請求項１〜６のいずれかに記載のＰＴＦＥ繊維。
請求項１〜７のいずれかの長繊維を切断することにより得られる分枝構造を含む短繊維であることを特徴とするＰＴＦＥ繊維。
熱処理されたＰＴＦＥの２軸延伸フィルムを回転ピンロールに供給し、長さ方向に部分的にスリットして長繊維を製造する方法であって、
前記ピンロールの植針は、円周方向に沿って複数列が実質的に等間隔に斜行して配列しており、
前記延伸フィルムの供給方向に前記ピンロールを回転させ、かつ前記ピンロールの周速を前記延伸フィルムの供給速度よりも速くすることにより、前記植針により前記延伸フィルムを網目状に解繊して長繊維を得ることを特徴とするＰＴＦＥ繊維の製造方法。
前記ピンロールの植針密度が３〜１５針／ｃｍ²である請求項９に記載のＰＴＦＥ繊維の製造方法。
前記ピンロールの周速が５０〜４００ｍ／min、延伸フィルムの送り速度が１０〜５０ｍ／minである請求項９または１０に記載のＰＴＦＥ繊維の製造方法。
前記２軸延伸、熱処理されたフィルムを回転植針ピンロールに供給して解繊した後、分繊して複数の巻きとり機で巻きとる請求項９〜１１のいずれかに記載のＰＴＦＥ繊維の製造方法。
請求項９〜１２のいずれかに記載の製造方法により得られたＰＴＦＥ長繊維をカッターによりカットして短繊維とし、分枝構造を含むＰＴＦＥ短繊維を製造することを特徴とするＰＴＦＥ繊維の製造方法。