JP2007113158A

JP2007113158A - 耐熱性不織布

Info

Publication number: JP2007113158A
Application number: JP2005308699A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ikeda; 清池田; Toshifumi Ota; 敏文太田; Shigehiko Onishi; 成彦大西
Original assignee: YUNISERU KK
Current assignee: YUNISERU KK
Priority date: 2005-10-24
Filing date: 2005-10-24
Publication date: 2007-05-10

Abstract

【課題】
難燃性や耐熱性を有し、且つ優れた成形性を有する耐熱性不織布の提供。
【解決手段】
ポリフェニレンスルフィド樹脂７０〜１００重量％とポリオレフィン樹脂３０〜０重量％とからなる繊維状物を少なくとも１層または２層以上積層して一体化させる。この際、繊維状物を網状繊維から構成し、その大半を未延伸状態となしたり、不織布の目付けを２０〜２００ｇ／ｍ^２、嵩密度を０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ^３となしたりする。
【選択図】
なし

Description

本発明は、難燃性や耐熱性に優れ、かつ優れた成形性を有する不織布に関する。詳しくは、工業用資材の分野において、特に自動車や建材や電気製品などの部品として使用される、高度の難燃性や耐熱性を有する不織布に関するものである。

従来より、耐熱性不織布は、自動車、建材、電子電気製品、フィルターなどの分野で機器の部品として広く利用されているが、使用場所によっては、高い耐熱性と難燃性を要求されることが多い。

耐熱性に優れた繊維としては、ガラス繊維、フッ素系繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、全芳香族ポリエステル系繊維等が一般に知られている。このうち、アラミド繊維は、高温湿熱下では加水分解され，アルカリ、酸による強度劣化が大きい。また、テトラフルオロエチレン繊維は、良好な耐熱性、耐薬品性を有するが、強度が弱く、また加工性の点で問題が残り、加工された製品も一般に強度が低くなる。これに対し、ポリフェニレンスルフィド繊維は、耐熱性に優れ、難燃性を要求される分野で利用されてきた。また、耐熱性のある布帛に未延伸のポリフェニレンスルフィドの不織布を積層させ、熱圧着や水流交絡をした不織布があるが、耐熱性の点では効果があるものの、繊維間がしっかり固定化されるため、金型等で成形したときに十分な変形が起こらず、出来上がった成形品に不具合が生じることがしばしばあった。

一方、不織布を構成する繊維素材としては、ポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィンなどの合成重合体から構成される合成繊維が使用されてきたが、これら繊維素材は、何らかの難燃化処理を施さない限り難燃性が付与されるものではない。

不織布を難燃化する方法として、従来より、種々提案されている。たとえば、ポリマーに難燃成分を共重合する方法、練り込む方法、不織布に難燃成分を付着させる方法等がある。しかしながら、難燃成分をポリマー中に共重合原料として用いたポリエステル長繊維不織布では、その難燃性は自動車のエンジンルームに要求されるような高度の難燃性能（ＵＬ９４Ｖ−０レベル）には達していない。

また、不織布に難燃成分を直接付着させる方法は、難燃性を付与する方法としては最も簡便なものではあるが、難燃成分として個体の難燃剤を用いた場合には、付着させた難燃剤が脱落し易く、優れた難燃化作用を有するにもかかわらず、その耐久性が著しく劣るものであった。一方、液体の難燃剤を用いる場合には、難燃剤の染み出し等による他物体への移行や汚染などが発生することもあり、これらを抑制する為に、熱硬化性の樹脂等を併用して、難燃剤を不織布や布等に固定させることが余儀なく行われていた。しかしながら、この方法では、工程が複雑になるとともに、元の不織布は風合いが著しく損なわれて柔軟性が乏しくなるほか、成形性が大幅に低下するといった問題点を有していた。

また、ＵＬ９４の規格に適合する難燃性を持たせるため、燐系難燃剤を練り込んだ難燃性レーヨン繊維、通常のレーヨン繊維及び／又はポリアクリルニトリル繊維を部分的に炭化してなる耐炎化繊維を混紡したウェブに、アクリル樹脂と燐系難燃剤とを混合したエマルジョン樹脂を、ウェブに含浸する難燃性レジンボンド不織布が提案されているが、製造時に難燃剤入りバインダーの付与が煩雑であり、また、燐系難燃剤を使用することから、環境への悪影響、特に廃棄時の土壌、河川等への燐系化合物の拡散による環境汚染の影響が懸念されるものであった。このレジンボンド不織布についての成形品は、構成繊維が短繊維でできているため、成形時に不織布が伸張する度に短繊維の糸抜け現象が発生し、不織布破損の原因になるという問題点も有している。いづれの方法においても、ポリマー自身が有する難燃性・不燃性を一部は利用しているものの、難燃剤を使用せずに、ＵＬ９４の規格に適合するのもではなかった。
特開昭５５−９８９５５号公報特開昭６１−２８９１６２号公報特開平４−２８１０１６号公報特開平１１ー１０７１４７号公報特開平２００２−４１６４号公報

本発明は、前記問題点を解決するものであって、その目的とするところは、工業用資材分野において、とりわけ自動車、建材、電気製品などの部品として使用される、高度な難燃性や耐熱性を有する耐熱性不織布を提供することにある。

本発明の耐熱性不織布は、ポリフェニレンスルフィド樹脂７０〜１００重量％とポリオレフィン樹脂３０〜０重量％とからなる繊維状物を少なくとも１層または２層以上積層して一体化させたものとなす。

この際、上記繊維状物は網状繊維から構成し、その大半を未延伸状態となしたりする。また、不織布の目付けを２０〜２００ｇ／ｍ^２となし、嵩密度を０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ^３となしたりする。

大半が未延伸状態の繊維からなる繊維状物を、一定の加圧下で可塑化し、且つ融着作用が生じる温度条件下で熱圧着させることから、特殊な設備を全く必要とすることなく不織布の一体化加工が可能となり、また形成された不織布は、高度な耐熱性を有すると共に優れた成形性を有するものとなる。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明において用いられるポリフェニレンスルフィド（以下、ＰＰＳと略称する）樹脂は、繰り返し単位として、ｐ−フェニレンスルフィド単位やｍ−フェニレンスルフィド単位などのフェニレンスルフィド単位を含有するポリマ−からなる樹脂である。ＰＰＳ樹脂は、ホモポリマ−またはｐ−フェニレンスルフィド単位とｍ−フェニレンスルフィド単位の共重合体であってもよく、また本発明の主旨を逸脱しないかぎり、他の芳香族スルフィドとの共重合体や混合物であってもよい。ＰＰＳ樹脂のなかでも、繰り返し単位としてｐ−フェニレンスルフィド単位を７０重量％以上、好ましくは９０重量％以上含む実質的に線状ポリマ−が好ましい。

本発明に用いられるポリオレフィン樹脂は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン等のホモポリマー、もしくはオレフィン系のコーポリマーの中から任意に選択でき、これら樹脂を単一で用いてもよいし、数種類の混合物として用いてもよい。

ＰＰＳ樹脂とポリオレフィン樹脂との混率は、ポリフェニレンスルフィド樹脂７０〜１００重量％、ポリオレフィン樹脂３０〜０重量％の範囲が好ましい。ポリオレフィン樹脂が３０％を超えると、耐熱性、難燃性の低下が顕著に現れはじめるので好ましくない。好ましくは、ＰＰＳ樹脂の混率が８０％以上であり、この場合、難燃性、耐熱性が著しく改善されるものとなる。ポリオレフィン樹脂は上記の範囲内で、製品性能とコストのバランスで、その混率を任意に選択できる。

樹脂を繊維化する方法としては、特公昭４７−３６８３３号公報に記載されるような、いわゆるバーストファイバー法が挙げられる。該方法では、熱可塑性樹脂を発泡性物質と共に溶融状態でスリットダイより押出して、１０〜３００倍、好ましくは２０〜２００倍のドラフトで巻き取ることにより、多孔性平行亀裂状態の不織シートとして得られる。また、メルトブロー法により、溶融紡糸しながら、ノズルの両サイドから、高速加熱気流を噴射させて繊維を細化し、それをメッシュスクリーン上に捕集することによって不織布を得るものとなしてもよい。

このようにして得られた繊維状物は、ガス状物の発泡作用や高圧の空気流により網状繊維から構成されるが、この網状繊維の大半はほとんど延伸を施されていないので未延伸状態である。

上記未延伸繊維状物は、多くの未配向部分を含み、比較的低温でも軟化することから、ガラス転移点以上で加圧加熱することにより、未配向部分を軟化させて一体化させることができる。この繊維状物の一体化としては、繊維状物自体を単独或いは積層させて熱プレスで処理したりする。また積層後、ピンテンターで拡幅した後、熱プレス処理を実施することも可能である。

上記繊維状物の積層は、目的とする製品目付を得るために、組合わせる枚数が調節される。例えば、最終製品である不織布の目付けが２０〜２００ｇ／ｍ^２となるように、繊維状物の積層枚数を調整する。この不織布の目付けは、特に限定されるものではないが、２０〜２００ｇ／ｍ^２のものが好ましい。２０ｇ／ｍ^２未満の場合には、目付けが低すぎて均一な不織布を製造するのが困難であるばかりでなく、不織布としての利用価値も乏しい。一方、目付けが２００ｇ／ｍ^２を越えると熱ロールによる繊維状物の一体化が困難になる。このため寸法安定性のある不織布が得られ難く、また不織布の層間剥離の発生も懸念される。

嵩密度は、０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ^３が好ましい。嵩密度が０．０５ｇ／ｃｍ^３より小さいと不織布としての形態安定性が不足し、工程上、ハンドリングが困難となる。一方、嵩密度が０．７より大きいと、不織布は不織布内での繊維が密着しすぎ、成形時に変形が起こりにくくなり、不織布の損傷を引き起こす原因となる。

熱プレス処理には、公知の方法を採用することができる。例えば、表面平滑な一対のロールで処理する場合、プレスは、線圧１〜５０ｋｇ／ｃｍで行うことが必要である。線圧が、１ｋｇ／ｃｍ未満の場合には、十分な強度が得られず、５０ｋｇ／ｃｍを越える場合には、繊維状物がフィルム化してしまう。また、ロールの一方をエンボスロールに変えて、エンボスローラのエンボスパターン部に存在する繊維同士を部分的に熱接着させる場合、エンボスロールの圧接面積率は、５％以上が好ましい。この圧接面積率が５％未満の場合、融着区域が少なく機械的強度が低下し、また良好な寸法安定性を得るのが困難となる。またエンボスパターンは圧着面積率が５％〜５０％のものが好ましい。圧着表面積が５０％を越すときは，成形時に繊維の破損が発生することがあるため、好ましい状態ではない。またエンボスの形状は、特に限定されるものではなく、丸型、楕円型、菱型、三角型、Ｔ字型、井型等任意の形状でよい。またロール温度は、繊維シートで主成分であるＰＰＳのガラス転移点以上融点以下の温度範囲で熱接着すればよい。熱接着温度は９０〜１８０℃である。この様な低温で熱接着するため２５０℃以上の高温加工できるカレンダーロールなどの特殊な設備は必要とせず、通常のカレンダーロールで加工することができる。さらに、未延伸ＰＰＳ繊維不織布は、熱加工することで耐熱性が大幅に向上し、難燃性、成形性を有する不織布とすることができた。

本発明の不織布は、ＰＰＳを主体とする繊維状物から構成されるため、耐熱性、耐湿熱性、耐薬品性（耐酸、耐アルカリを含め）、難燃性、電気絶縁性に優れ、しかも優れたフィルター特性をも有する。また、本発明の不織布は、ノーバインダータイプの不織布であり、各種の難燃剤を使用していないことから、環境に与える影響もきわめて少ないことが予想される。

本発明のＰＰＳを主体とする不織布は、特に車両用や断熱材、防炎材、建材、土木材、工業用のフィルター（エアフィルター、液体フィルター）等に好適であり、とりわけバッテリーセパレーターなど種々の用途に適している。

本発明の不織布は、平面的なシート構造物の他に、型または一連の成形ロールの中で加熱成型するなどにより、立体成型品を含めた多様な製品を作ることが出来る。

本発明の不織布は適度な強力を有しているためそのままで車両基材、フィルター材等に用いることが出来るが、必要により、熱プレスやエンボス加工、超音波加工等により不織布への機能性付与や複合化を行うことが出来る。また、コロナ放電法などによりエレクトレット化することにより除塵性能を高めることも可能である。

以下実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。

実施例１：ＰＰＳ樹脂（メルトフローレイト（以下、ＭＦＲと略す）：１７５ｇ／１０分、３１０℃、２．１６ｋｇ荷重）９０重量％とＰＰ樹脂１０重量％に発泡剤としてＮ^２ガスをシリンダー径３０ｍｍの押出機にて、押出温度２５０〜３２０℃で押出し、ダイ出口で冷却しながら引き取り、ＰＰＳとＰＰの網状異形繊維状物を得た。この繊維状物の平均繊維径は２０μｍであった。次にこの繊維状物を２５枚積層し、オーバーフィード率１．８倍で供給し７倍に延展し、平滑なゴムローラーで、温度１３０〜１４０℃で熱プレスをし、不織布を得た。この不織布の目付は５４ｇ/ｍ^２、厚みは０．１５ｍｍ、嵩密度は０．３６であった。

実施例２：ＰＰＳ樹脂（ＭＦＲ：１３００ｇ／１０分、３１６℃、２．１６ｋｇ荷重）を、メルトブロー法によって、平均繊維径が約１０μｍ、目付け５０ｇ／ｍ^２のメルトブロー不織布を作成した。その不織布を３枚重ねて、エンボスローラーで１２０℃で熱プレスし、不織布を得た。この不織布の目付は１５０ｇ／ｍ^２、厚みは２２０μｍ、嵩密度は０．６８であった。

実施例３〜６及び比較例１：ポリマー組成の構成を変えた以外は実施例２と同様にして不織布を作成した。

上記実施例１〜６及び比較例１で作成した不織布の目付、厚み、耐熱性試験、成形性、難燃性を以下の手順で測定し、その結果を表１に示す。
（目付）：試料長さ方向より、１００×１００ｍｍの試験片を採取し、水分平衡状態の重さを測定し、１ｍ^２当たりに換算して求めた。
（厚み）：試料長さ方向より、１００×１００ｍｍの試験片を採取し、ダイヤルシックネスゲージで測定した。
（耐熱性試験）：不織布（２０ｃｍ角）を熱風処理機に１時間、投入し熱処理前後の重量から重量減少率（％）を算出した。実施例中では耐熱性評価温度として２００℃としたが、これは発明を評価するための一つの基準として選択したものであり、現実に適用される耐熱性評価温度とは異なりうるものである。
（成形性）：円形のステンレス製の下記金型の上下の中間部に不織布とフェノールレジン含有樹脂フェルト（目付１２００ｇ／ｍ^２、厚さ３５ｍｍ）を挿入し、金型温度２２０℃、圧力１０ｋｇ／ｃｍ^２、処理時間１分間の条件でプレス処理を行った。
成形性の良否は、１）成形後の不織布の破損、２）不織布とフェノール含浸樹脂フェルトの密着状態で判断する。
（成形に用いた金型）：円形のステンレス製の上下２層からできた金型であり、直径２００ｍｍ、厚さ５０ｍｍであり、凸部の金型は中央部に円錐台状の凸部（底辺部の直径５０ｍｍ、上部の直径３０ｍｍ、深さ３０ｍｍ）である。また凸部金型に密着できる凹部金型をもつ。成形時にそれぞれの金型の中間部に不織布のテスト品を挿入し、成形テストを実施した。
（難燃性の評価）
水平法：基布を２０℃×４４％ＲＨ中に２４時間以上調湿した後、FMVSS No.３０２(水平)法により求めた。２０℃ ４４％関係湿度中に２４時間以上調湿した資料をステンレス製の治具に固定し、試料片の先端から５ｍｍ内側に節煙した。バーナーで１５秒間炎にさらし、１５秒後ガスを止めて、不織布上の炎の伝わり方（燃焼時間、燃焼距離）を観測した。炎がＡ標線から燃え進んだ距離Ｄ（ｍｍ）、炎がＤ（ｍｍ）進むのに要した時間Ｔ（ｍｉｎ）より、Ｂ（ｍｍ／ｍｉｎ）＝６０×Ｄ／Ｔを求め、燃焼性の区分をJISD-1201に準拠して判定した。評価の区分は次のとおりとする。
易燃性：平均燃焼速度Ｂが１００ｍｍ／ｍｉｎを超えるものとし、遅燃性：平均燃焼速度Ｂが１００ｍｍ／ｍｉｎ以下のものとし、自消性：を示すもの（Ａ標線に達するまでに消火したもの又は５０ｍｍ以内に消火し、しかも６０秒以内に消火したもの）とする。
垂直法：各試料について、１２７ｍｍ×１２．７ｍｍの試験片を５つ採取し、各試験片について前記ＵＬ９４垂直法により難燃性を試験をする。試験結果の判定は、次の通りである。
○：ＵＬ９４Ｖ−０に合格
△：自己消火性があるが、試験片の上端付近まで燃焼し、合否すれすれ
×：不合格
総合判定：５つの試験片の内○が３つ以上を合格とする。

Claims

ポリフェニレンスルフィド樹脂７０〜１００重量％とポリオレフィン樹脂３０〜０重量％とからなる繊維状物を少なくとも１層または２層以上積層させて一体化してなることを特徴とする耐熱性不織布。
繊維状物が網状繊維からなり、その大半が未延伸状態であることを特徴とする請求項１に記載の耐燃性不織布。
不織布の目付けが２０〜２００ｇ／ｍ^２であり、嵩密度が０．０５〜０．７ｇ／ｃｍ^３であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の耐熱性不織布。