JP2006501091A - アラミド紙ラミネート - Google Patents

Abstract

全体の厚さが５〜２５ｍｉｌ（０．１３〜６．４ｍｍ）で、横および縦方向の破断時の伸びがいずれも少なくとも４０％であり、かつ、横および縦方向の平均引裂荷重がいずれも１．５ポンド重（６．７ニュートン）を超える、アラミド不織布シートとポリエステル樹脂からなるラミネート。

Description

関連出願の相互参照

本特許出願は２００２年１０月１日に出願した米国特許出願第１０／２６１，８５０号の一部継続出願である。

本発明は、アラミド紙およびポリエステルポリマー層からなる改良ラミネート、好ましくはポリエステルポリマー層で分離された２枚のアラミド紙からなるラミネートに関する。

特許文献１には、形成されたラミネートにカレンダー加工および急速冷却を行う、ｍ−アラミド紙とポリエステルフィルムからなるラミネートシートの形成方法が開示されている。

特許文献２には、異種のステープルファイバのブレンドをフィルム形成用高分子ポリマー結合材のマトリックスとともに圧縮し結合させてなる不織布に接着された金属層が開示されている。

ヘンドレン（Ｈｅｎｄｒｅｎ）らの特許文献３には、ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）フィブリドを含むコアと、ポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）のフロックおよびフィブリドの外層から形成されたハニカム構造用のラミネートが開示されている。

オオツカ（Ｏｏｔｓｕｋａ）らの特許文献４には、パラ−アラミドおよびメタ−アラミド繊維を樹脂バインダで結合させて形成された芳香族ポリアミド繊維の不織布からなるラミネート基材の形成方法が開示されている。

特開平第８−９９３８９号公報 英国特許第１，４８６，３７２号明細書 米国特許第５，３２０，８９２号明細書 米国特許第５，９４８，５４３号明細書

アラミドのシートまたは紙とポリエステルポリマー層からなるラミネートは、トランスの用途に有用であり、ラミネートは誘電体絶縁材として機能する。ラミネートの内部接着力、あるいは、そのようなラミネートの引裂強さまたは破断時の伸び特性の改良が望まれている。

本発明は、全体の厚さが５〜２５ｍｉｌ（０．１３〜０．６４ｍｍ）、好ましくは５〜２０ｍｉｌ（０．１３〜０．５１ｍｍ）で、横および縦方向の破断時の伸びがいずれも少なくとも４０％であり、かつ、横および縦方向の平均引裂荷重がいずれも１．５ポンド重（６．７ニュートン）を超える、アラミド不織布シートとポリエステル樹脂からなるラミネートに関する。ラミネートにおける樹脂層の厚さは、ラミネートにおける個々の不織布のいずれの厚さよりも大きいことが好ましい。アラミド不織布が紙であって、その紙は、アラミド、ポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）を含むことが好ましい。ラミネートに使用される好ましいポリエステル樹脂は、ポリ（エチレンテレフタレート）であり、それには他のコモノマーまたは分岐剤が含まれていてもよい。

アラミドのシートまたは紙とポリエステル樹脂フィルムから製造されるラミネートは、トランスに使用されてきており、この場合、ラミネートは誘電体絶縁材料として機能する。そのような絶縁ラミネートは、トランス製造者のニーズに特に合致するような物理特性の組み合わせを有することが望ましい。これらの特性には、絶縁特性に加えて、初期引裂抵抗（破断時の伸びにより求められる）および高い引裂抵抗（平均引裂荷重で求められる）を含む他の機械的特性がある。トランスの製造では、組み立て時に絶縁ラミネートが損傷するおそれがあるので、これらの特性は、絶縁ラミネートを評価する上で特に有用である。

アラミド絶縁ラミネートの伸びおよび引裂特性は、ラミネートに使われているポリエステルの形態を変えることによって向上させることができることが知られている。特に、溶融ポリエステル樹脂を用いて製造されたラミネートは、フィルムを用いて製造されたラミネートより、良好な伸びおよび引裂特性が有することが知られている。

従来使用されている電気絶縁用ラミネートには、一般に、ポリエステルフィルムが使用されている。アラミド紙の表面が滑らかであるため、ポリエステルフィルム単独ではアラミド紙に対する接着性が良好ではなく、そのため、フィルムをアラミド紙に接着させるために接着剤が使用されている。まず接着剤をフィルムに塗布し、その後塗布されたフィルムを高温でアラミド紙にラミネートすることによって、フィルムをアラミド紙に接着させていた。固体フィルムを形成する代表的な方法では、ポリエステル層にある一定の結晶度と寸法安定性を与えることから、ラミネートにおいてフィルム形態のポリエステルを使用すると、最終ラミネートの伸びや引裂特性が制限されると考えられる。これは最終ラミネートの可とう性を損なうものである。

本発明のラミネートには、アラミド紙を使用することが好ましい。本明細書で用いられているように、紙という用語は、通常の意味で使われており、従来の製紙方法および装置で製造することができる。フィブリドや短繊維などのアラミド繊維材料を混合してスラリーとし、この混合物をフォードリニア（Ｆｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ）マシンまたはフォーミングスクリーンを有する手漉きの型などで紙に変換することができる。アラミド繊維から紙を製造する方法に関しては、グロス（Ｇｒｏｓｓ）の米国特許第３，７５６，９０８号明細書およびヘスラー（Ｈｅｓｌｅｒ）らの米国特許第５，０２６，４５６号明細書を参照することができる。一般に、アラミド紙を形成したら直ちに、２個の加熱されたカレンダーロールでカレンダー加工し、ロールから受ける高温と高圧により紙の結合力を増大させる。アラミド紙をこのようにカレンダー加工することによって、また、紙の多孔度も低下するが、これによりラミネートにおける紙のポリマー層に対する接着性が低下すると考えられる。

アラミド紙の厚さは重要でなく、ラミネートの最終用途や最終ラミネートに使用されるアラミド層の層数に依る。本発明では、２層、すなわちアラミド層１層とポリマー層１層、好ましくは３層、すなわち、アラミド紙層２層とポリマー層１層が用いられるが、最終製品中に存在し得る層あるいは他の材料の数に上限がないことは明らかである。しかしながら、前述したようにラミネート全体の厚さの上限は存在する。

本明細書で用いられているように、アラミドという用語は、少なくとも８５％のアミド（−ＣＯＮＨ−）結合が、２個の芳香環に直接結合しているポリアミドを意味する。アラミドと共に添加剤を使用することができ、また、他のポリマー材料を重量で１０％までアラミドにブレンドすることができ、あるいは、アラミドのジアミンを他のジアミンで１０パーセントまで置換したコポリマー、または、アラミドの二酸塩化物を他の二酸塩化物で１０パーセントまで置換したコポリマーを使用することができる。本発明を実施するにあたり、最もよく使われるアラミドは、ポリ（パラフェニレンテレフタルアミド）およびポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）であり、好ましくはポリ（メタフェニレンイソフタルアミド）である。

本発明においてアラミド紙に適用される好ましいポリエステル樹脂、すなわち、ポリマーは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。使用されるＰＥＴには、ジエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ポリ（エチレングリコール）、グルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸、イソフタル酸などの種々のコモノマーが含まれていてもよい。これらのコモノマーに加えて、トリメシン酸、ピロメリット酸、トリメチロールプロパンおよびトリメチロールエタン、並びに、ペンタエリトリトールなどの分岐剤が使用されていてもよい。ＰＥＴは、既に知られている重合技術によって、テレフタル酸またはその低級アルキルエステル（例えば、ジメチルテレフタレート）とエチレングリコールまたはこれらのブレンドもしくは混合物から得ることができる。本発明で有用な他のポリエステル樹脂は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）である。ＰＥＮは、２，６−ナフタレンジカルボン酸とエチレングリコールから、既に知られている重合技術によって得ることができる。

本発明で使用される好ましいカレンダー加工アラミド紙は、温度差カレンダー加工によって製造される。そのような紙は、異なる温度に加熱されたロールにより１度のカレンダー加工工程で紙をカレンダー加工することにより製造されるが、まずシートの１面をある温度でカレンダー加工し、次いで第２の温度で反対側の面をカレンダー加工することにより製造することもできる。このような温度差は直接にアラミド紙の両面の多孔性の差となり、これにより、溶融樹脂のアラミド紙に対する接着力が改良される。温度差カレンダー加工の利益を得るためには、少なくとも２０℃の温度差が必要であり、少なくとも５０〜１００℃、またはそれ以上の温度差があることが好ましい。加熱ロールの温度が、紙のアラミド成分のガラス転移温度未満であってもよいことは、理解されている。しかしながら、好ましい形態では、加熱されたロールの少なくとも一方は、アラミドのガラス転移温度以上であろう。

本発明のラミネートを製造する方法の一つは、溶融ポリマーを２枚のカレンダー加工したアラミド紙の間に押し出し、その後、プレスおよび急冷してラミネートを形成するものがあるが、これに限定されるものではない。溶融樹脂は、どのような方法でアラミドシート上に押し出してもよい。例えば、樹脂を１枚のカレンダー加工したアラミドシート上に押し出した後、第２のアラミドシートで覆い、次いで、プレスまたはラミネートロールによりラミネート加工することができる。図１に示すように、一つの好ましい方法では、溶融樹脂を押出し機からスロットダイ１に供給する。スロットダイは、溶融樹脂のシートが下方の水平のラミネートロール２に向かって押し出されるように、その方向がセットされている。アラミド紙を供給する２個の供給ロール３によって、２枚の分離したアラミド紙のウェブ４がラミネートロールに供給され、両ウェブと溶融樹脂のシートは全て、樹脂が２枚のウェブの間に位置するようにして、ラミネートロールのニップに集められる。このロールによりウェブと樹脂が圧密化され、圧密化されたラミネートは、冷却されたロール５によって、その後、急冷される。これに代えて、水平ラミネートロール２を冷却し、ラミネートの圧密化と急冷の両方が行えるようにしてもよい。ラミネートは、その後、製品に合わせて適当なサイズに切断される。

本発明の他の実施態様においては、複数の溶融ポリマーを組み合わせて、２枚のアラミド紙の間で異種のポリマー層を形成するように押し出すこともできる。例えば、ポリマー層は、順に、第１の固有粘度を有するＰＥＴポリマー層、第２の固有粘度を有するＰＥＴポリマー層および第１の層と同じ固有粘度を有する第３のＰＥＴポリマー層といった、３層で構成することができる。このようにして、アラミドシートに対して親和性のより高いＰＥＴポリマーを使用し、アラミドシートに対して親和性の低いＰＥＴポリマーをラミネートに組み込むことができる。

本発明のラミネートは、厚さが５〜２５ｍｉｌ、例えば５〜２０ｍｉｌで、横および縦方向の破断時の伸びがいずれも少なくとも４０％である。さらに、これらのラミネートの横および縦方向の平均引裂荷重は、いずれも１．５ポンド重（６．７ニュートン）を超えている。このようなラミネートは、樹脂の厚さがラミネートの不織布シートのいずれよりも大きいことが好ましい。

以下の実施例において、他に記載がなければ、部およびパーセントはすべて重量基準である。初期引裂抵抗は、ＡＳＴＭ Ｄ１００４による破断時の伸びで求めた。引裂抵抗は、ＡＳＴＭ Ｄ１９３８による平均引裂荷重で求めた。

この実施例は、押出しラミネート法で製造した本発明のラミネートの特性を、接着ラミネート法で製造したラミネートと対比して示す。押出しラミネートを次のようにして製造した。従来のフォードリニア（Ｆｏｕｒｄｒｉｎｉｅｒ）製紙方法および装置を使用して、４５％のポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）フロックおよび５５％のポリ（ｍ−フェニレンイソフタルアミド）フィブリドを含むアラミド紙を製造した。次に、その紙を異なる表面温度、具体的には３６０℃および２５０℃で運転される２つのロールにより８００ｐｌｉ（１４００ｎ／ｃｍ）でカレンダー加工し、ラミネート用の温度差カレンダー加工紙を製造した。ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）ポリエステルポリマーを、２枚の紙の間に押し出すラミネート法により、ポリマーを、アラミドシートの多孔性が高い方の表面に配置した。これらの押出しラミネートを、商業的に入手可能で、電気絶縁に使用されている、ポリエステルフィルムを２枚のノーメックス（登録商標）タイプ４１６（Ｎｏｍｅｘ（登録商標）Ｔｙｐｅ４１６）アラミド紙で接着ラミネートした、接着ラミネートと比較した。

得られたデータから、押出しラミネート法によって製造した本発明のラミネートが、両方向の破断時の伸びが４０％を超えると測定されているように初期引裂抵抗が向上しており、また、平均引裂荷重が１．５ポンド重（６．７ニュートン）を超えると測定されているように引裂抵抗も向上していることが判明した。下記に使用されているように、ＥＬは押出しラミネートを示し、ＡＬは接着ラミネートを示し、ＭＤは縦方向を示し、そしてＸＤは横すなわち横断方向を示す。図２は、これらのラミネートにおいて破断時の伸びが改良されていることを示すものであり、線１０および１５は押出しラミネートのＭＤおよびＸＤの値を示し、線２０および２５は接着ラミネートのＭＤおよびＸＤの値を示している。

本発明のラミネートの製造に有用な押出しラミネート法の簡略図である。 従来の接着ラミネートに対する本発明の押出しラミネートの初期引裂抵抗の改良を示す図である。

Claims (20)

1. アラミド不織布シートとポリエステル樹脂を含んでなるラミネートであって、全体の厚さが５〜２５ｍｉｌ（０．１３〜０．６１ｍｍ）の範囲であり、横および縦方向の破断時の伸びがいずれも少なくとも４０％であり、かつ、横および縦方向の平均引裂荷重がいずれも１．５ポンド重（６．７ニュートン）を超えているラミネート。
2. 厚さが５〜２０ｍｉｌ（０．１３〜０．５１ｍｍ）の範囲である請求項１に記載のラミネート。
3. ２枚以上のアラミド不織布シートを有する請求項１に記載のラミネート。
4. ラミネート中のポリエステル樹脂の厚さが、ラミネート中の個々の不織布シートのいずれの厚さよりも大きい請求項３に記載のラミネート。
5. アラミド不織布シートが、紙を含んでなる請求項１に記載のラミネート。
6. アラミド不織布シートが、アラミド繊維およびフィブリドを含んでなるアラミド紙である請求項５に記載のラミネート。
7. アラミド紙が、メタフェニレンイソフタルアミドフロックを含む請求項５に記載のラミネート。
8. ポリエステル樹脂が、ポリ（エチレンテレフタレート）である請求項１に記載のラミネート。
9. ポリ（エチレンテレフタレート）が、ジエチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、ポリ（エチレングリコール）、グルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸およびイソフタル酸よりなる群から選択されるコモノマーを含む請求項８に記載のラミネート。
10. ポリ（エチレンテレフタレート）が、トリメシン酸、ピロメリット酸、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタンおよびペンタエリトリトールよりなる群から選択される分岐剤を含む請求項８に記載のラミネート。
11. ポリエステル樹脂が、アラミド紙からなる２枚の不織布シートの間に挟まれている請求項１に記載のラミネート。
12. アラミド紙からなる２枚の不織布シートの間に挟まれているポリエステル樹脂が、樹脂の層を含む請求項１１に記載のラミネート。
13. 電気絶縁材に有用なラミネートの製造方法であって、
    ａ）１対のロール間のニップに２枚のアラミド不織布シートを供給し、
    ｂ）その対のロール間のニップの前もしくはニップで、２枚のアラミドシート間に溶融ポリエステルポリマーを押し出し、
    ｃ）そのロール間でアラミドシートと溶融ポリマーを圧密化して、急冷されていないラミネートを形成し、そして
    ｄ）その急冷されていないラミネートを冷却する
    ことを含んでなる方法。
14. 全体の厚さが５〜２５ｍｉｌ（０．１３〜０．６４ｍｍ）の範囲となるまで、ラミネートを圧密化し急冷する請求項１３に記載の方法。
15. 溶融ポリエステルポリマーが、スロットダイより押し出される請求項１３に記載の方法。
16. 電気絶縁材に有用なラミネートの製造方法であって、
    ａ）１対のロール間のニップに２枚のアラミドシートを供給し、
    ｂ）その対のロール間のニップの前もしくはニップで、２枚のアラミドシート間に溶融ポリエステルポリマーを押し出し、そして
    ｃ）そのロール間でアラミドウェブと溶融ポリマーを圧密化し急冷してラミネートを形成する
    ことを含んでなる方法。
17. 全体の厚さが５〜２５ｍｉｌ（０．１３〜０．６４ｍｍ）の範囲となるまで、ラミネートを圧密化し急冷する請求項１６に記載の方法。
18. 溶融ポリエステルポリマーが、スロットダイより押し出される請求項１６に記載の方法。
19. アラミド不織布シートとポリエステル樹脂を含んでなり、全体の厚さが５〜２５ｍｉｌ（０．１３〜０．６４ｍｍ）の範囲であり、横および縦方向の破断時の伸びがいずれも少なくとも４０％であり、かつ、横および縦方向の平均引裂荷重がいずれも１．５ポンド重（６．７ニュートン）を超えている誘電体絶縁ラミネートを有するトランス。
20. 厚さが５〜２０ｍｉｌ（０．１３〜０．５１ｍｍ）の範囲である請求項１９に記載のトランス。
    

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