JP2005537406A - 嵩高で伸縮可能な熱絶縁体 - Google Patents

Abstract

伸縮可能であると同時に熱絶縁体としても作用するミクロ繊維とマクロ繊維から構成された絶縁材料。

Description

本発明は絶縁材料、特に絶縁性を有していて、尚伸縮可能性でもある材料に関する。

天然素材の代用品である合成絶縁材料を創り出す多くの努力があった。例えば、ダウン（鳥の綿毛）は常に高く評価される天然絶縁素材であった。それ故に代用品は多数ある。ダウンの代用品として特に有効であった材料は“合成ダウン”の標題の付いたと居文献１で公表されたものであり、その開示はここで参考に取入れられている。この特許では打綿の形での合成繊維の熱絶縁体材料が開示されている。凝集性の繊維構造がサイズと重量パーセントの異なっているミクロの繊維とマクロの繊維の混合物より成っている。その結果として生じた材料は優れた熱絶縁特性を持ち広汎な商業的成功を収めた。それは現在アルバニーインターナショナルコーポレーションにより登録商標プライマロフトの名で売り出されている。

斯かる熱絶縁材料が特殊な用途向けに付加的な性質を持つことが望まれるようになってきた。例えば、伸縮可能な運動着やグローブへの使用向けに材料が伸縮可能であることが、例えば望まれるであろう。

伸縮可能な繊維はよく知られておりデュポン社により登録商標リクラの名前で売られているスパンデックス繊維を含んでいる。スパンデックス繊維は代表的には大部分の伸びる衣服に弾性を与えている。
米国特許第４９９２３２７号明細書 米国特許第４１５９６１８号明細書

従って、熱絶縁材料が前述の特許に記述された特性を持つことが望まれると同時に、斯かる材料が嵩高な性質を持ちながら伸縮可能であることも又望まれる。

それ故本発明の主目的は伸縮可能な打綿又は織物の形態で熱絶縁材料を提供することにある。

本発明の更なる目的は伸縮可能性を提供するのに現存している繊維化学を使用できる凝集性絶縁材料を提供することにある。

本発明の尚更なる目的は優れた絶縁特性を持つと同時に、合成繊維から作られているような材料を提供することにある。

本発明の更なる目的は打綿又は織物の伸縮可能性を可能にする繊維に加えて望まれる量でミクロとマクロの繊維を含有するような材料を提供することにある。

本発明の尚更なる目的は嵩高さがミクロ繊維とマクロ繊維の割合によって調整できるような凝集性絶縁材料を提供することにある。

これら及びその他の目的と利点は本発明によって提供される。この点に関して、本発明は望まれるパーセントでのミクロとマクロの繊維より成っている絶縁材料に関する。これらの繊維はなるべくなら合成物質が良いが、木綿又はウールのような天然繊維との混紡であることも出来る。この材料に伸縮可能性を与えるには、スパンデックスタイプの繊維が混紡の中に組込まれる。スパンデックス繊維はスパンデックスの芯と接合剤の鞘を有している繊維から成っており前述の特許で開示されたタイプの通常の接合剤繊維に取り代って使用されるか又はそれと連係して使用されても良い。スパンデックスの芯は接合剤の鞘のそれよりもはっきりと高い融点を持つであろう。接合剤／スパンデックス鞘／芯繊維は絶縁材料の打綿又は織物に望まれる平面内の弾性のある伸縮性を与えるであろう。

斯かる繊維は打綿又は織物中の繊維の大部分の間に機械的なリンクを与えるであろう。付加的な接合は必要とされる範囲まで且つ望まれる伸縮可能性が減少しない範囲まで接合剤繊維それ自体によって与えられても良い。

更に、もし嵩高さを増して高度の平面内の弾性のある伸縮性を維持することが望まれたならば、ミクロ繊維に対するマクロ繊維の量又は性質がこれを与えるべく調製されても良い。

扨より詳細に図面に立返ると、図１は一般に打綿又は織物１０の形態にある本発明の絶縁材料を示す。打綿１０は、或程度までは、前述の特許文献１で説明したタイプであるミクロ繊維とマクロ繊維から作られている。この特許では優れた絶縁特性を有している製品を提供する繊維の直径／重量比率の示唆と実施例を説明している。例えば、絶縁体材料は１２から５０ミクロンまでの直径を有している５から３０重量パーセントの合成重合体マクロ繊維と混合された３から１２ミクロンまでの直径を有している７０から９５重量パーセントまでの紡いで引出された合成重合体ミクロ繊維であることが出来る。斯かるパラメーターはここで論じられるような調整又は修正によって本発明で採用される。更に、本発明の絶縁材料は熱絶縁を提供すると同時に伸縮可能性を有している製品に結果として成っている前記特許で開示された絶縁材料との混入物であっても良い。

この点に関して、上記特許で註記された如く、余りに大きな比率のマクロ繊維の使用は全体の熱絶縁特性を減少させる傾向がある。然し、高い比率のミクロ繊維については、打綿、特に濡れた時の機械的安定性について問題がある。斯くして、絶縁特性を増すためにより大きなパーセントのミクロ繊維を持つことが望まれる場合、機械的安定性と回復性能が減少すると云うかね合いが存在する。より大きな直径の繊維は安定性と回復性を増加させるが絶縁効果を減少させる。

従って、本発明では平面内の弾性のある伸縮性の程度を増加させると同時に打綿の嵩高さを増加させるようにマクロ繊維のパーセントを増加させることが望まれても良い。この理由はマクロ繊維が材料の伸縮可能性を与えることである。それが多く使用される程、より大きな嵩高さとより大きな伸縮性がある。これは材料の絶縁特性とのかね合いとなるであろう。然し、その比率は嵩高さ、絶縁性及び伸縮可能性における望まれる効果を達成するために調整することが出来る。

扨二成分の伸縮可能な接合剤繊維に立返ると、この点に関して或種の最初の例証が順序である。一般に、複合糸は知られている（例えば、特許文献２を見よ）けれども、本特許の繊維がスパンデックスの芯を持つつもりであることは特記されるべきである。代表的にはスパンデックスの製造業者により生産される最低のデニールは約１０デニールである。現在の乾式紡績技術で低いデニールの製品（２０デニール以下）を生産することは経済的に魅力的ではない。

伝統的には、乾式で紡いだスパンデックス繊維は伸したスパンデックスの周りに他の繊維を機械的に巻付けることにより又は伸したスパンデックス繊維の周りにステープルファイバーを空気で絡み付かせることによりポリエステル又はナイロン繊維で覆われる。熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）が芯の材料として二成分繊維の中にナイロンの鞘と共に融けて紡ぐことが出来ることが例証された。商業的に利用可能なスパンデックスは組成的にポリウレタン−ポリ尿素であり、又商業的ＴＰＵは略１００％ポリウレタン組成品である。

商業的に利用可能なスパンデックスとＴＰＵが融けて紡がれた弾性繊維との中間のような、商業的スパンデックス材料は良好な高分子弾性体であることが示された。伸長、粘着性、ヒステレシス、及び固化（繊維の回復性）のスパンデックスの機械的性質はＴＰＵのそれよりも遙かに良好である。改良された弾性の理由はポリウレタン分子の硬軟部分の良好な相分離を可能にし、その結果良好な回復性と粘着性を生じる、ポリ尿素成分の添加である。組成的な変更は物理的な性質の改良をもたらすためＴＰＵの熔融紡績中に実行される、例えば、熔融成型中のＴＰＵへの架橋剤の添加である。この加工処理技術は選ばれた織物市場での使用にＴＰＵの性質を大きく改善する。

細いデニールのＴＰＵ製品用に重大な熔融紡績操作が開発されている。熔融紡績技術はデュポン社の登録商標リクラのような、スパンデックスの伝統的乾式紡績と比べると未だ成熟していないけれども、ＴＰＵの熔融紡績は乾式紡績に比較してより低い投資価格を招くことから、望ましいことであろう。

スパンデックスの商業的原料は、より高いデニールの範囲（＞１０）ではポリエーテル基材で構成されて、ポリエステル基材ではない。後者はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とより両立性がある。市販のスパンデックスは包装容器の安定性とそれに続く繊維の加工処理用に局所的なシリコーン仕上げ材も含んでいる。これは一般に布を構成した後で除去される。それ故、洗滌手続や接着促進剤の使用無しで非常に良好であるために接着は期待されない。

非常に細いスパンデックス繊維は上述の伝統的なスパンデックス被覆操作を使用してカバーすることが出来るけれども、この手法は予見された絶縁形態の中に組込むのに要求されるような、ステープルファイバーの製造及び加工処理とは両立しない。

然し上記に対する一つの手法は二成分熔融紡績である。この手法は熔融押出されたＴＰＵの芯が伸縮可能な絶縁製品に使用する弾性的な必要条件に合致するという点で実行可能である。然し現在商業用に熔融紡績された繊維を使用したＴＰＵ又は機械的性質を最適化するべく変更したＴＰＵが弾性的芯に使用されても良い。

二成分繊維を製造するもう一つの手法はワイヤコーティングである。ワイヤコーティングは電子工業で電気伝導体を製造するのに使用される技術で、それは電気伝導体（銅線）を絶縁体（ポリエチレン）でカプセル化することを含む。加工処理技術は一般に以下の通りであるだろう：ａ）スパンデックスの市販の原料がワイヤコーティングの金型を通して引出される、ｂ）それが金型を出る時に低融点のＰＥＴ接合剤がスパンデックスの表面に塗布される、そしてｃ）結果として生じた二成分繊維は水槽で冷却されてボビン上に巻取られる。

同様な手法はソカリス社の特許文献２で説明されており、その開示はここで参考文献に組入れられている。一方この文献は高温を適用するため織られて且つ編まれた布の製造に有用な高温抵抗性のある、複合糸を含んでいる、斯かる技術は熱絶縁体向けに記述された有用な発明性のある繊維／フィラメントを生産するのに変更したり改造したり出来る。

二成分繊維を創り出すもう一つの手法は図２の２Ａ−２Ｅで説明されるであろう。二成分繊維はＵ字形の低融点熱可塑性ポリエステル（ＰＥＴ）フィラメントの中に埋め込まれたスパンデックス芯から作りだすことが出来た。この点に関してＰＥＴフィラメント２０は一つ又はそれ以上のＵ字形の溝２２を持って成型される。ＰＥＴフィラメントは正方形、長方形、長楕円形又は目的に適したどんな他の形状でも含んでいる多種類の形状とサイズをとることが出来る。Ｕ字形の溝２２の中にはスパンデックス芯繊維２４が物理的に挿入される。二成分繊維２６はもし必要ならば、絶縁材料を作り上げる打綿中にそれらを組込む前に必要に応じてある程度熱硬化することが出来る。スパンデックス芯２４の融点は近似的に２３０℃であり又ＰＥＴフィラメント２０のそれは約１１０℃であるから、このことが可能である。

上記に関する処理工程３０は図３で説明される。この点に関して、囲い３２は一つ又はそれ以上のＵ字形の溝を有している低融点ポリエステル（例えばＰＥＴ）フィラメントを成型する段階を解説する。次の段階３４はもし必要ならばフィラメントが正しく定位されている（引かれる）ことを確実にするであろう。もし一つ以上のＵ字形の溝が使用されるならば、スパンデックス芯がそこで溝の中に挿入される３８。もし芯を溝の中に保持するのに充分な支持又は摩擦力が無いならば、そこでもし必要ならば、二成分繊維はスパンデックス芯と鞘との間に接合を創るため部分的に加熱することが出来る４０。そうして形成された繊維は集められて４２切断と縮みなどの後４３結局はそれにより凝集性の伸縮可能な絶縁製品を創っている梳き込みと熱硬化により打綿１０の中に組込まれる。

芯と鞘の間の弾性に不釣り合いがある場合、比較的薄い鞘が芯のより大きな伸長を受容れて鞘に破損を許して、恐らく困難を最小にするであろう。鞘の破損は打綿の品質を損なう程には影響しないはずである。

注、スパンデックス芯と接合剤の鞘を有している二成分繊維が嵩高で伸縮可能な改良された絶縁材料の一成分として有効であろう時には、様々な変化が予見される。例えば、マクロの繊維、マクロ−スパンデックス繊維、接合剤繊維、及び／又は適当な比率での特許文献１で説明されたような繊維の混合物は望ましい特性を有している製品を提供するかも知れない。又スパンデックス芯がここで屡々参照したけれども、ＴＰＵ芯もそれに代って使用できるし又は目的に適したその他の弾性材料の芯も又使用されても良い。更に本発明はスパンデックス又はＴＰＵ芯を有しているようなマクロ繊維に焦点を合わせたけれども、これはある点ではミクロ繊維にも適用できることは予見される。

斯くして本発明によって、その目的と利点が現実化され、又好ましい実施例が開示されて且つ此処で詳細に記述されたけれども、その範囲と目的はそれによって制限されるべきものではなくて、寧ろその範囲は付属の請求項のそれにより決定されるべきである。

斯くして本発明によって、その目的と利点が現実化されその記述は図面と連係してとられるべきである：
本発明の教示に組込まれる、打綿としての伸縮可能な絶縁材料の側断面図； 本発明の教示に組込まれている、伸縮可能な芯と接合剤材料から作られたコーティング又は鞘の側断面図；及び 本発明の教示に組込まれている、二成分繊維の製造用フローチャート。

符号の説明

１０ 打綿又は織物
２０ ＰＥＴフィラメント
２２ 溝
２４ スパンデックス芯繊維

Claims (18)

1. その構造が：
   第一組成を有している繊維；
   第二組成を有している繊維；
   前記組成の少なくとも一つが弾性的であること；及び
   前記繊維を伸縮可能であると同時に絶縁体としても作用する凝集性構造の中に共に接合させる手段、
   の集合より成っている、凝集性構造の形態にある繊維絶縁材料。
2. 前記材料がミクロ繊維とマクロ繊維から成っている、請求項１に記載の絶縁材料。
3. 前記マクロ繊維がスパンデックス又はＴＰＵから成っている、請求項２に記載の絶縁材料。
4. 前記マクロ繊維が芯と鞘を有している二成分繊維であって、前記芯がスパンデックス又はＴＰＵから成っていて前記鞘が接合剤から成っている、請求項３に記載の絶縁材料。
5. 前記繊維のうちの少なくとも一本が芯と鞘を有しているマクロ繊維であって、前記芯はスパンデックス又はＴＰＵから作られ又前記鞘は伸縮可能性を備えている前記スパンデックス又はＴＰＵとの接合剤及び前記繊維を一緒に接合している前記接合剤より成っている、請求項１に記載の絶縁材料。
6. 前記芯が鞘の中に機械的に挿入されてそこに接合される、請求項４に記載の絶縁材料。
7. 前記芯が鞘の中に機械的に挿入されてそこに接合される、請求項５に記載の絶縁材料。
8. 前記芯がスパンデックス又はＴＰＵから成っており且つ前記鞘が接合剤より成っている芯と鞘を有している二成分繊維との混合物において、その構造が：
   ３から１２ミクロンまでの直径を有している、紡いで引出された、合成重合体ミクロ繊維の近似的に７０乃至９５重量パーセント；及び１２から５０ミクロンまでの直径を有している合成重合体マクロ繊維の近似的に５乃至３０重量パーセントの集合より成っている、凝集性繊維構造の形態にある合成繊維熱絶縁材料。
9. 前記スパンデックス又はＴＰＵが伸縮可能性を与え且つ前記接合剤が前記繊維を共に接合している、請求項８に記載の絶縁材料。
10. 前記芯が鞘の中に機械的に挿入されてそこに接合される、請求項９に記載の絶縁材料。
11. ワイヤ−コーティング金型装置を用意すること；
    スパンデックス又はＴＰＵから作られた材料を用意すること；
    ワイヤ−コーティング金型を経てスパンデックス又はＴＰＵを引出すこと；
    それが金型を出る時にスパンデックス又はＴＰＵの表面にＰＥＴ接合剤を塗布すること；及び
    結果として生じた二成分繊維にコーティングすること；
    の諸段階より成っている、伸縮可能な二成分繊維を製作する方法。
12. 請求項１１の二成分繊維を材料の打綿の形態にある他の繊維と結合させる段階より成っている、凝集性繊維構造の形態にある絶縁材料を製作する方法。
13. ３から１２ミクロンまでの直径を有している、紡いで引出された、合成重合体ミクロ繊維の７０から９５までの重量パーセント；及び１２から５０ミクロンまでの直径を有している合成重合体マクロ繊維の５から３０までの重量パーセントである前記他の繊維を用意する段階を含む、請求項１２に記載の方法。
14. フィラメントの長さに沿って走っている一本又はそれ以上の“Ｕ”字形の溝を持つ低融点ポリエステルフィラメントを押出成型すること；
    必要に応じて押出成型されたフィラメントを定位すること；
    二成分繊維を創るために“Ｕ”字形の溝の中にスパンデックス又はＴＰＵの芯を挿入すること；及び
    スパンデックス又はＴＰＵの芯をフィラメントと接合するため二成分繊維を加熱すること；
    の諸段階より成っている、伸縮可能な二成分繊維を製作する方法。
15. 請求項１４の二成分繊維を材料の打綿の形態にある他の繊維と結合させる段階より成っている、凝集性繊維構造の形態にある絶縁材料を製作する方法。
16. ３から１２ミクロンまでの直径を有している、紡いで引出された、合成重合体ミクロ繊維の７０から９５までの重量パーセント；及び１２から５０ミクロンまでの直径を有している合成重合体マクロ繊維の５から３０までの重量パーセントである前記他の繊維を用意する段階を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 熔融紡績によりＴＰＵの芯を形成する段階を含む、請求項１４に記載の方法。
18. ポリエステル材料を用意すること；
    ＴＰＵを用意すること；及び
    二成分繊維の中に前記ポリエステル材料とＴＰＵを熔融紡績すること
    の諸段階より成っている、伸縮可能な二成分繊維を製作する方法。

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