JP2013011025A

JP2013011025A - ポリフェニレンサルファイド繊維

Info

Publication number: JP2013011025A
Application number: JP2011142576A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Sugiyama; 博文杉山; Yuki Fukuyama; 友紀福山
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2011-06-28
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2013-01-17

Abstract

【解決課題】ポリフェニレンサルファイド繊維からなる各種モーターコイル用の結束糸において、コイルの充填密度を高く保ち、長期にわたって安定した発電、及び絶縁効率を示す各種モーター用コイルを提供するために、熱による高い収縮応力をもつポリフェニレンサルファイド繊維を提供すること。
【解決手段】１８０℃における乾熱収縮率が１０％以上で、熱収縮応力が、１２０℃において０．１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１５０℃において０．１６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１８０℃において０．１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であるポリフェニレンサルファイド繊維。
【選択図】なし

Description

本発明は、ハイブリッドカー、電気自動車、家電、電源トランスに使用されるモーター用コイルの結束糸やワイヤー用絶縁スリーブ、サーモスタット用絶縁チューブに使用される、高温下での、空気中、オイル中、冷媒中で、コイルをより強く結束し、発電効率を向上させるポリフェニレンサルファイド（以下、「ＰＰＳ」という場合もある）繊維に関するものである。

環境問題から、使用時に低燃料化、低排出ガス化する製品開発があらゆる分野の製品で進められており、自動車や家電の産業においてもその取り組みがなされている。本発明は、ハイブリッドカー、電気自動車、家電の駆動用、発電用、充電用などの各種モーターの高効率化において、より過酷な雰囲気で、各種モーターにおけるコイルをより強く固定し、発電効率アップに寄与する結束用繊維に関するものである。

また、この繊維は、自動車用モーターに使用され、その効率を良くするために、１５０℃などの高温下のオートマチック・トランスミッション・フルード（ＡＴＦ）中で使用されるため、高温耐油性や高温耐熱性が要求される。また、家電用途では、フロン代替冷媒中の高温環境下で使用されるため、高温耐熱性が要求される。

従来から、ＰＰＳ繊維は、耐薬品性、耐熱性に優れる以外に、電気絶縁性にも優れるため、各種モーター用結束糸やスリーブ、保護材として提案されている。
例えば、電気絶縁用ポリフェニレンサルファイド繊維として、ＰＰＳ繊維用ポリマーの溶融粘度指数や繊維の強伸度を規定し、さらにオリゴマー量が少ないＰＰＳ繊維が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
また、繊維表面に処理剤を付着させたもの（例えば、特許文献３参照）、融点または分解温度が２８０℃以上の絶縁糸（例えば、特許文献４参照）などが提案されている。
これらは、ＰＰＳ繊維自体の絶縁性や品位（毛羽）、加水分解性（元々、ＰＰＳは加水分解を全く受けない）、振動などによる繊維同士や繊維と金属との摩擦性を改善したものである。
しかし、これらは、これまで、モーターの発電効率を向上させるために、さまざまな方法の１つとして考えられていたが、モーターにおけるコイルの充填密度を上げることについては、検討されておらず、課題の解決もできていない。

また、ＰＰＳ繊維よりなる組紐からなる結束材において、その毛羽の発生を抑制したものも提案されている（例えば、特許文献５参照）。また、ＰＰＳ繊維とその他の繊維を組み合わせたものも提案されており（例えば、特許文献６参照）、こちらはスリーブの摩擦耐久性を改善したものである。
これらについても、モーターの発電効率に最も影響するコイルの充填密度をあげることについては検討されておらず、課題の解決もできていない。

特開平１０−２７３８２５号公報特開平１１−９３０２８号公報特開２００１−２４８０７５号公報特開２００４−１７６２４２号公報特開平１１−２５６４８５号公報特開２００４−２９２９８５号公報

本発明は、上記従来技術の各種モーター用コイルの結束糸のもつ問題点に対し、コイルの充填密度を高く保ち、長期にわたって安定した発電、及び、絶縁効率を示す各種コイルを提供するために必要な、高い熱収縮応力をもつＰＰＳ繊維を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するため、鋭意検討した結果、遂に本発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発明は以下のとおりである。
（１）１８０℃における乾熱収縮率が１０％以上で、熱収縮応力が、１２０℃において０．１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１５０℃において０．１６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１８０℃において０．１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であるポリフェニレンサルファイド繊維。
（２）単糸繊度が４〜１８ｄｔｅｘである上記（1）記載のポリフェニレンサルファイド繊維。
（３）繊度が１５０〜５５０ｄｔｅｘである上記（１）または（２）記載のポリフェニレンサルファイド繊維からなるポリフェニレンマルチフィラメント糸。
（４）上記（３）に記載のポリフェニレンサルファイドマルチフィラメント糸から製紐された組紐。
（５）上記（１）もしくは（２）に記載のポリフェニレンサルファイド繊維、上記（３）に記載のマルチフィラメント糸、または上記（４）記載の組紐からなるハイブリッドカー、または、電気自動車用モーターのコイル用結束糸。
（６）上記（１）もしくは（２）に記載のポリフェニレンサルファイド繊維、上記（３）に記載のマルチフィラメント糸、または上記（４）記載の組紐からなる代替フロンを用いたモーターのコイル用結束糸。
（７）上記（１）もしくは（２）に記載のポリフェニレンサルファイド繊維、上記（３）に記載のマルチフィラメント糸、または上記（４）記載の組紐からなるハイブリッドカー、または、電気自動車用モーター用スリーブ。
（８）上記（１）もしくは（２）に記載のポリフェニレンサルファイド繊維、上記（３）に記載のマルチフィラメント糸、または上記（４）記載の組紐からなる代替フロンを用いたモーター用スリーブ。

本発明によると、各種モーター用コイルの結束糸において、高い熱収縮応力をもつＰＰＳ繊維を用いることにより、コイルの充填密度が高くなり、長期にわたって安定した高い発電効率を有するモーターを供給することができる。

本発明のポリフェニレンサルファイド繊維の熱収縮応力の測定結果を示した図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
本発明のＰＰＳ繊維は、１２０℃において０．１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１５０℃において０．１６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１８０℃において０．１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の高い熱収縮応力を持つＰＰＳ繊維である。１２０℃、１５０℃、および１８０℃における熱収縮応力が上記未満であると、各種モーター用コイルを強く結束し、コイルの充填密度を高くすることができない。
ＰＰＳ繊維の紡糸条件と操業性には制限があり、あまりに大きな熱収縮応力を得ると、物性の安定性に欠けるという問題点があり、さらに、製紐工程、コイルへの巻きつけなどの作業時にも、作業性の悪さという問題が発生する可能性がある。そのため、各温度での熱収縮応力の上限は特には定めないが、１２０℃においては０．２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下、１５０℃においては０．３ｃＮ／ｄｔｅｘ以下、１８０℃においては０．３５ｃＮ／ｄｔｅｘであることが好ましい。

本発明のＰＰＳ繊維は、１８０℃における乾熱収縮率が、１０％以上であり、好ましくは、１１％以上である。１８０℃における乾熱収縮率が１０％未満であれば、十分な収縮応力が得られず、好ましくない。乾熱収縮率の上限は特に定めないが、常識的に得られる上限値は２０％以下である。

本発明で使用するＰＰＳ樹脂は、極性有機溶媒中でアルカリ金属硫化物とジハロ芳香族化合物を重合させる方法により得ることができる。アルカリ金属硫化物は、硫化ナトリウムが最も一般的に用いられる。また、ベンゼンにヨウ素を反応させてｐ−ジヨードベンゼンから硫黄との反応により得られるＰＰＳ樹脂であってもよい。

本発明でいうＰＰＳに代表されるポリアリーレンスルフィドは、−Ａｒ−Ｓ−（Ａｒはアリーレン基）であらわされるアリーレンスルフィドを繰り返し単位とする芳香族ポリマーである。アリーレン基としては、ｐ−フェニレンの他に、例えば、ｍ−フェニレン、ナフチレン基などさまざまなものが知られているが、その耐熱性、加工性、経済的観点からいってもｐ−フェニレンサルファイドの繰り返し単位が最も優れるものである。

本発明で用いるＰＰＳ樹脂は、高分子量の線状ポリマーである。自動車用モーターでは、１５０℃以上の過酷な条件で長期的に使用されるため、架橋タイプや半架橋タイプではなく、線状（リニアー型）ＰＰＳ樹脂の使用が好ましい。

本発明のＰＰＳ繊維の紡糸方法は、ポリフェニレンサルファイド重合体を溶融後、紡糸口金を通して紡出し、１０００〜１５００ｍ／ｍｉｎの速度で引き取り、ついで一旦巻き取ることなく熱延伸を２段以上の多段延伸を行う。製糸性が許される範囲で延伸段数は２から３段が好ましい。２段延伸の場合は、１段目の延伸温度を７０〜１２０℃で、２段目の延伸温度１６０〜２２０℃で実施することが好ましい。全延伸倍率は、３倍以下であり、その後、弛緩率０〜５％、温度９０〜１６０℃で弛緩熱処理した後、巻きとる。
ポリフェニレンサルファイド繊維のガラス転移温度の９０℃付近の低温で１段目の熱延伸を行い、２段目で１段目より高温の１６０℃以上にて熱延伸を行い、全延伸倍率が３倍以下、最後に、１段目の熱延伸温度プラス３０℃以内の温度にて弛緩熱処理を行うことにより、高い熱収縮応力ポリフェニレンサルファイド繊維が得られる。

本発明のＰＰＳ繊維の単糸繊度は、４．０〜１８ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。単糸繊度が４．０ｄｔｅｘ未満では、モーター回転時の繊維同士の磨耗劣化の観点から好ましくなく、１８ｄｔｅｘを超えると繊維同士の接触面積が小さくなることから、絶縁性低下の面で好ましくない。

本発明のＰＰＳ繊維の引張強度は、３．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が好ましい。引張強度が３．５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満では、高温下での長期使用における繊維強度の低下が考えられるため、結束糸自体の耐久性面で好ましくない。なお、引張強度の上限は特に定めないが、常識的に得られる上限値は６．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下である。

本発明のＰＰＳマルチフィラメント糸の繊度は、１５０〜５５０ｄｔｅｘの範囲であることが好ましい。繊度が１５０ｄｔｅｘ未満では、ＰＰＳマルチフィラメント糸を合わせて組紐として加工する際に、組数が大きくなりすぎ生産性が大きく劣るため好ましくなく、５５０ｄｔｅｘを超えるとＰＰＳマルチフィラメント糸を合わせて組紐として使用する際に、フィラメント糸間の斑が大きくなるため好ましくない。

本発明のＰＰＳマルチフィラメント糸を製紐し組紐にする際の組数は、４組、８組、１２組、１６組、２０組、２４組、３２組などの組数より選択することが出来る。

本発明のＰＰＳ繊維、またはＰＰＳマルチフィラメント糸よりなる結束糸は、チューブ状に製紐されていることが好ましい。

本発明のＰＰＳ組紐は、その他の繊維と引き揃えてチューブ状に製紐されていることも好ましい実施形態である。その他の繊維としては、例えば、ポリエステル繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリイミド繊維、カーボン繊維、ＰＴＦＥ繊維などがあげられる。

本発明のＰＰＳ繊維には、目的に応じて各種添加材を加えても良い。添加剤としては、例えば、カーボンブラック、酸化チタン、各種酸化防止剤などが挙げられる。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
本発明に記載の物性は、以下の方法により測定した。

＜熱収縮応力＞
ＬＥＮＺＩＮＧ社製ＴＳＴ−１０を用いて、糸長固定にて各温度における熱収縮応力を測定した。有効糸長は２５ｃｍ固定、初荷重は繊度（ｄｔｅｘ）×０．１ｇ、昇温度は５℃／分、測定温度は３０℃から２００℃までで、Ｎ＝３回測定し、平均値を求めた。

＜乾熱収縮率＞
ＪＩＳＬ１０１３８．１８．２ｂ）法に従い、１８０℃の空気中に３０分暴露し、乾熱収縮率を測定した。

＜引張強度＞
ＪＩＳＬ１０１３８．５．１に従い、つかみ間隔２０cm、引張速度２０ｃｍ／ｍｉｎ、Ｎ＝１０で測定した。

（実施例１）
ポリフェニレンサルファイド線状高分子量ポリマーは、株式会社クレハのＰＰＳレジン：フォートロンＫＰＳを用いた。そのポリフェニレンサルファイドポリマーを融点以上に溶融し、紡糸口金より紡出し、一般的な油剤を付与し、引き取り速度１０００ｍ／ｍｉｎで引き取った。ついで、一旦巻き取ることなく２段にて延伸した。１段目は、延伸温度９０℃、巻取り速度２０００ｍ／ｍｉｎ、２段目は、延伸温度１９０℃、巻き取り速度２６００ｍ／ｍｉｎで熱延伸し、全延伸倍率は２．６倍であった。そして、弛緩率０．９％、熱処理温度１００℃で弛緩熱処理を実施後、巻き取った。その結果、繊度４９９ｄｔｅｘ、１２０フィラメント、引張強度４．１２ｃＮ／ｄｔｅｘ、１８０℃の乾熱収縮率１１．３％、熱収縮応力が、１２０℃で０．１４５ｃＮ／ｄｔｅｘ、１５０℃で０．２２１ｃＮ／ｄｔｅｘ、１８０℃で０．２４０ｃＮ／ｄｔｅｘのポリフェニレンサルファイド繊維を得た。

（実施例２）
ポリフェニレンサルファイド線状高分子量ポリマーは、株式会社クレハのＰＰＳレジン：フォートロンＫＰＳを用いた。そのポリフェニレンサルファイドポリマーを融点以上に溶融し、紡糸口金より紡出し、一般的な油剤を付与し、引き取り速度１０００ｍ／ｍｉｎで引き取った。ついで、一旦巻き取ることなく、１段目は、延伸温度１００℃、巻取り速度２０００ｍ／ｍｉｎ、２段目は、延伸温度２００℃、巻取り速度２６００ｍ／ｍｉｎで熱延伸し、全延伸倍率は、実施例１と同様２．６倍であった。そして、弛緩率０．９％、熱処理温度１１０℃で弛緩熱処理を実施後、巻き取った。その結果、繊度３３４ｄｔｅｘ、フィラメント数２０、引張強度３．９１ｃＮ／ｄｔｅｘ、１８０℃乾熱収縮率１０．３％、熱収縮応力が、１２０℃で０．１１８ｃＮ／ｄｔｅｘ、１５０℃で０．１７８ｃＮ／ｄｔｅｘ、１８０℃で０．２０２ｃＮ／ｄｔｅｘのポリフェニレンサルファイド繊維を得た。

（比較例１）
ポリフェニレンサルファイド線状高分子量ポリマーは、株式会社クレハのＰＰＳレジン：フォートロンＫＰＳを用いた。そのポリフェニレンサルファイドポリマーを融点以上に溶融し、紡糸口金より紡出し、一般的な油剤を付与し、引き取り速度１０００ｍ／ｍｉｎで引き取った。次いで、一旦巻き取ることなく、１段目は、延伸温度９０℃、巻取り速度２０００ｍ／ｍｉｎ、２段目は、延伸温度２２０℃、巻取り速度２６００ｍ／ｍｉｎで延伸し、全延伸倍率は実施例１，２と同様２．６倍であった。そして、弛緩率０．９％、熱処理温度１６０℃で弛緩熱処理を実施後、巻き取った。その結果、繊度５０６ｄｔｅｘ、フィラメント数１２０、引張強度４．３３ｃＮ／ｄｔｅｘ、１８０℃乾熱収縮率は３．６％、熱収縮応力が、１２０℃で０．０４１ｃＮ／ｄｔｅｘ、１５０℃で０．１１３ｃＮ／ｄｔｅｘ、１８０℃で０．１２６ｃＮ／ｄｔｅｘのポリフェニレンサルファイド繊維を得た。

（比較例２）
ポリフェニレンサルファイド線状高分子量ポリマーは、株式会社クレハのＰＰＳレジン：フォートロンＫＰＳを用いた。そのポリフェニレンサルファイドポリマーを融点以上に溶融し、紡糸口金より紡出し、一般的な油剤を付与し、引き取り速度７００ｍ／ｍｉｎで引き取った。次いで、一旦巻き取ることなく、延伸温度１５０℃、巻取り速度２８００ｍ／ｍｉｎで熱延伸をし、全延伸倍率は４倍であった。そして、弛緩率３％、熱処理温度１３０℃で弛緩熱処理を実施後、巻き取った。その結果、繊度２５６ｄｔｅｘ、フィラメント数６０、引張強度４．５４ｃＮ／ｄｔｅｘ、１８０℃乾熱収縮率は１．８％、熱収縮応力が、１２０℃で０．０３１ｃＮ／ｄｔｅｘ、１５０℃で０．０６２ｃＮ／ｄｔｅｘ、１８０℃で０．１２６ｃＮ／ｄｔｅｘのポリフェニレンサルファイド繊維を得た。

得られた繊維の物性測定結果を表1に、熱収縮応力測定結果を図1に示す。

以上のように、本発明では、従来品に比べて高い熱収縮応力を有するポリフェニレンサルファイド繊維を得ることが出来る。ハイブリッドカー、電気自動車、家電などの各種モーターコイルを強く結束し、コイルの充填密度をあげ発電効率をあげることが出来る。

Claims

１８０℃における乾熱収縮率が１０％以上で、熱収縮応力が、１２０℃において０．１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１５０℃において０．１６ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、１８０℃において０．１８ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であるポリフェニレンサルファイド繊維。
単糸繊度が４〜１８ｄｔｅｘである請求項１記載のポリフェニレンサルファイド繊維。
繊度が１５０〜５５０ｄｔｅｘである請求項１または２記載のポリフェニレンサルファイド繊維からなるポリフェニレンマルチフィラメント糸。
請求項３に記載のポリフェニレンサルファイドマルチフィラメント糸から製紐された組紐。
請求項１もしくは２に記載のポリフェニレンサルファイド繊維、請求項３に記載のマルチフィラメント糸、または請求項４に記載の組紐からなるハイブリッドカー、または、電気自動車用モーターのコイル用結束糸。
請求項１もしくは２に記載のポリフェニレンサルファイド繊維、請求項３に記載のマルチフィラメント糸、または請求項４に記載の組紐からなる代替フロンを用いたモーターのコイル用結束糸。
請求項１もしくは２に記載のポリフェニレンサルファイド繊維、請求項３に記載のマルチフィラメント糸、または請求項４に記載の組紐からなるハイブリッドカー、または、電気自動車用モーター用スリーブ。
請求項１もしくは２に記載のポリフェニレンサルファイド繊維、請求項３に記載のマルチフィラメント糸、または請求項４に記載の組紐からなる代替フロンを用いたモーター用スリーブ。