JP2018145567A

JP2018145567A - 高強力耐熱紙

Info

Publication number: JP2018145567A
Application number: JP2017042826A
Authority: JP
Inventors: 恭介高野; Kyosuke Takano
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-09-20

Abstract

【課題】高強力でありながら高温環境下、特に３００℃以上の高温環境下における寸法安定性の優れる高強力耐熱紙を提供する。【解決手段】パラ型全芳香族ポリアミド短繊維とパラフェニレンテレフタルアミドフィブリットからなり、３００℃における寸法変化率が０．１５％未満であることを特徴とする高強力耐熱紙。【選択図】なし

Description

本発明は高強力耐熱紙に関し、詳しくは高温環境下での寸法変化が小さく、ハニカム構造体としたときの寸法安定性に優れる高強力耐熱紙に関する。

高強力耐熱紙などの工業用紙は、絶縁、ハニカム、プレスボードの用途に広く使用されている。このような高強力耐熱紙は、通常、アラミドを素材として作られ、フィブリットまたはパルプ状のバインダー成分と短くカットされた繊維とを含む。

特許第５８８６３１９号公報には、アラミドマイクロフィラメントと非樹脂バインダーからなる高強力紙が記載されている。しかしながら、マイクロフィラメントと非樹脂バインダーからなる紙では、高強力とはなっても、高温環境下においての寸法安定性の観点からは不十分な紙であった。

また、特許第５８８６３２０号公報には、高嵩密度のパラアラミドフィルム状フィブリット粒子を含む絶縁紙が記載されている。しかし、前述の高強力紙と同様、アラミドフィルム状フィブリット粒子を多量に含有する高嵩密度の紙では、高温環境下においての寸法安定性の観点からは不十分な紙であった。

特許第５８８６３１９号特許第５８８６３２０号

本発明はこのような技術的課題を解決することを目的とする。本発明の課題は、高強力でありながら高温環境下、特に３００℃以上の高温環境下における寸法安定性の優れる高強力耐熱紙を提供することにある。

すなわち本発明は、パラ型全芳香族ポリアミド短繊維とパラフェニレンテレフタルアミドフィブリットからなり、３００℃における寸法変化率が０．１５％未満であることを特徴とする高強力耐熱紙である。

本発明によれば、高強力でありながら高温環境下、特に３００℃以上の高温環境下における寸法安定性の優れる高強力耐熱紙を提供することができる。

〔短繊維とフィブリット〕
本発明の高強力耐熱紙は、パラ型全芳香族ポリアミド短繊維とパラフェニレンテレフタルアミドフィブリットとからなり、両者の重量の合計を１００としたときの両者の重量比率は、好ましくは３０：７０〜８５：１５である。パラ型全芳香族ポリアミド短繊維の比率が３０重量％未満であると高強力耐熱紙の骨格をなす繊維が少なく収縮率が高くなり、８５重量％を超えるとフィブリットのバインダー効果が減少するため十分に高い強度を得ることが難しくなる。

パラ型全芳香族ポリアミド短繊維に使用するポリマーとしては、芳香族ジカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分、もしくは芳香族アミノカルボン酸成分から構成される芳香族ポリアミド、またはこれらの芳香族共重合ポリアミドからなるポリマーであることが好ましい。

例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド、ポリメタフェニレンイソフタルアミドを例示できる。

パラ型全芳香族ポリアミド短繊維の実質的な繊維長は、好ましくは２〜１２ｍｍ、さらに好ましくは３〜１０ｍｍ、特に好ましくは５〜８ｍｍの範囲である。実質的な繊維長が２ｍｍ未満であると高強力繊維としての紙に対する寄与率が低下し、紙の強度が低下する。他方、実質的な繊維長が１２ｍｍを超えると抄紙時の短繊維の分散性が低下し、紙強度のバラツキが大きくなり、ハニカム構造体としたときに高い強度を得ることが難しくなる。

ここで、短繊維の実質的な繊維長とは、短繊維の８０重量％以上、好ましくは９０重量％以上、特に好ましくは１００重量％を占める短繊維のそれぞれの長さを意味する。すなわち、実質的な繊維長が２〜１２ｍｍである短繊維とは、２〜１２ｍｍの繊維長の短繊維が８０重量％以上、好ましくは９０重量％以上、特に好ましくは１００重量％を占める短繊維を意味する。

本発明では、フィブリットとしてパラフェニレンテレフタルアミドフィブリットを使用することが肝要である。パラフェニレンテレフタルアミドフィブリットを使用せずに、例えばメタフェニレンイソフタルアミドフィブリットを使用すると、得られる紙の３００℃における寸法変化率が大きくなり、高温環境下で使用するハニカム構造体への適応は困難となる。

〔物性〕
本発明の高強力耐熱紙は、３００℃における寸法変化率が０．１５％未満であることが必要である。この範囲の寸法変化率とすることによって、ハニカム構造体にして高温環境下、特に３００℃以上の高温環境下で用いたときに、寸法の狂いや歪みが発生することなく使用することができる。

本発明の高強力耐熱紙は、嵩密度が０．８ｇ／ｃｍ^３以上でありかつ比強度が０．３（Ｎ／ｃｍ）／（ｇ／ｍ^２）以上であることが好ましい。嵩密度の上限は例えば１．３ｇ／ｃｍ^３であり、比強度の上限は例えば０．６（Ｎ／ｃｍ）／（ｇ／ｍ^２）である。この範囲の嵩密度と比強度を備えることで、良好な形態保持率を得ることができる。

上記の物性を備える、高温環境下で優れた寸法安定性を有する高強力耐熱紙を得るためには、金属ロールを用いて高温かつ高線圧でカレンダー加工を行うことが必須である。

〔製造方法〕
上記の物性を備える本発明の高強力耐熱紙は、パラ型全芳香族ポリアミド短繊維とパラフェニレンテレフタルアミドフィブリットからなる耐熱紙を、２７０℃以上の温度の金属ロールにて線圧９８０Ｎ／ｃｍ以上の条件でプレスすることで製造することができる。

パラ型全芳香族ポリアミド短繊維とパラフェニレンテレフタルアミドフィブリットを抄紙して耐熱紙を得ることは、公知の方法で行うことができる。例えば、ＩＳＯ５２６９−２の方法に準拠して、ＲａｐｉｄＫｏｅｔｈｅ（ＲＫ）手すき機で抄紙し、乾燥をＲＫ乾燥機を用いて行うことで耐熱紙を得ることができる。

本発明では、得られた耐熱紙に特定の条件でカレンダー加工を行い高強力耐熱紙とする。カレンダー加工のロール温度は２７０〜４００℃、好ましくは３００℃〜３７０℃、さらに好ましくは３３０℃〜３６０℃である。ロール温度が２７０℃未満であると高強力耐熱紙の嵩密度と２００℃での耐熱性こそ十分なレベルを得られるが、３００℃の環境下での寸法安定性が不足する。他方、ロール温度が４００℃を超えると、パラ型全芳香族ポリアミド短繊維の劣化が始まり十分な強度が得られない。

カレンダー加工の線圧は９８０Ｎ／ｃｍ以上、好ましくは１２００Ｎ／ｃｍ以上、さらに好ましくは１３００Ｎ／ｃｍ以上である。線圧が９８０Ｎ／ｃｍ未満であると得られる高強力耐熱紙の嵩密度が小さくなり、高強力耐熱紙の強度および耐熱性がともに不足する。他方、カレンダー加工の線圧の上限は、例えば２５００Ｎ／ｃｍ、好ましくは２３５０Ｎ／ｃｍ、さらに好ましくは２３００Ｎ／ｃｍである。線圧が高過ぎると高強力耐熱紙を構成するパラ型全芳香族ポリアミド短繊維が破壊され、高強力耐熱紙が破断し、または強度が著しく低下することになり好ましくない。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（１）嵩密度
高強力耐熱紙を１辺が２５ｍｍの正方形に切り出し、その重量を電子天秤を用いて測定し、１辺が１ｍの正方形として換算し目付とした後、小野測器製デジタルリニアゲージＤＧ−９２５（測定端子部の直径１ｃｍ）を用いて厚さを測定し、嵩密度を算出した。
（２）比強力
ＪＩＳＰ８１１３に準拠して、試験巾２０ｍｍ、試験長１００ｍｍ、引張速度１００ｍｍ／分で引張強度を測定後、目付で除して算出した。
（３）耐熱性（２００℃および３００℃での寸法変化率、１％寸法変化温度）
高強力耐熱紙の任意の５ヶ所を縦２５ｍｍ×横５ｍｍの大きさで切り出してサンプルにした。サンプルの縦方向をチャック間距離２０ｍｍで挟み、サンプルを昇温した際の寸法変化を連続的に測定および記録した。測定にはＢｒｕｋｅｒＡＸＳ社製のＴＭＡ４０００ＳＡを用い、昇温速度１０℃／分にて室温から６００℃付近まで連続昇温した。昇温前のチャック間距離の２０ｍｍとの対比で、２００℃および３００℃での寸法変化率を算出した。また、寸法変化率が１％となる温度を読み取り１％寸法変化温度を特定した。
（４）実質的な繊維長
用いたカットファイバーのうち任意の１００本について、それぞれの長さを物差しで測った。

実施例１
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維としてコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドの単糸繊度１．５デニール、繊維長６ｍｍの短繊維（帝人（株）製「テクノーラ」）６０重量％と、パラフェニレンテレフタルアミドフィブリット（帝人（株）製「ジェットスパンフィブリット」）４０重量％を水中に分散させて抄紙用スラリーを作成し、このスラリーをタッピ―式角型抄紙機を用いて抄紙し、加圧脱水後、１６０℃のロータリードライヤーにて乾燥させて、耐熱紙を得た。この耐熱紙を金属ロールを有するカレンダー機を用いて、ロール温度３３０℃、線圧１９６０Ｎ／ｃｍの条件でカレンダー加工し、目付８０ｇ／ｍ^２の高強力耐熱紙を得た。なお、用いた繊維長６ｍｍの短繊維（帝人（株）製「テクノーラ」）は、繊維長を測定した１００本すべての短繊維の長さが６ｍｍであり、実質的な繊維長は６ｍｍであった。

得られた高強力耐熱紙の目付は８０ｇ／ｍ^２、嵩密度０．８４ｇ／ｃｍ^３であり、比強力は０．３２（Ｎ／ｃｍ）／（ｇ／ｍ^２）、２００℃での寸法変化率は０．０３％、３００℃での寸法変化率は０．０４％、１％寸法変化温度は５００℃であった。得られた高強力耐熱紙を用いてハニカム構造体を作成したところ、高温環境下での形態の安定性と寸法の安定性に優れていた。

実施例２
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維としてパラフェニレンテレフタルアミドの単糸繊度１．５デニール、繊維長６ｍｍの短繊維（帝人（株）製「トワロン」）を用いた以外は実施例１と同様にして、目付１０８ｇ／ｍ^２の高強力耐熱紙を得た。なお、用いた繊維長６ｍｍの短繊維（帝人（株）製「トワロン」）は、繊維長を測定した１００本すべての短繊維の長さが６ｍｍであり、実質的な繊維長は６ｍｍであった。

得られた高強力耐熱紙の評価結果は表１に記載のとおりであった。また、当該紙を使用して作成したハニカム構造体は、高温環境下での形態の安定性と寸法の安定性に優れるものであった。

実施例３
得られた高強力耐熱紙の目付を５７ｇ／ｍ^２とすること以外は実施例２と同様にして高強力耐熱紙を得た。得られた高強力耐熱紙の評価結果は表１に記載のとおりであった。また、当該紙を使用して作成したハニカム構造体は、高温環境下での形態の安定性と寸法の安定性に優れるものであった。

実施例４
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維として実施例２と同じパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維（帝人（株）製「トワロン」）を用い、短繊維の比率を８５重量％、フィブリットを１５重量％とすること以外は実施例２と同様にして高強力耐熱紙を得た。得られた高強力耐熱紙の評価結果は表１に記載のとおりであった。また、当該紙を使用して作成したハニカム構造体は、高温環境下での形態の安定性と寸法の安定性に優れるものであった。

実施例５
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維として実施例２と同じパラフェニレンテレフタルアミド（帝人（株）製「トワロン」）を用い、短繊維の比率を３５重量％、フィブリットを６５重量％とすること以外は実施例２と同様にして高強力耐熱紙を得た。得られた高強力耐熱紙の評価結果は表１に記載のとおりであった。また、当該紙を使用して作成したハニカム構造体は、高温環境下での形態の安定性と寸法の安定性に優れるものであった。

比較例１
カレンダー加工の条件を温度３３０℃、線圧４９０Ｎ／ｃｍとすること以外は実施例１と同様にして高強力耐熱紙を作成した。得られた高強力耐熱紙の評価結果は表１に記載のとおりであった。当該紙を使用して作成したハニカム構造体は、高温環境下において変形が発生し、高温環境下で用いる構造体に適さなかった。

比較例２
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維として実施例２と同じパラフェニレンテレフタルアミド（帝人（株）製「トワロン」）を用い、短繊維の比率を９５重量％、フィブリットを５重量％とすること以外は実施例２と同様にして高強力耐熱紙を得た。得られた高強力耐熱紙の評価結果は表１に記載のとおりであった。当該紙を使用して作成したハニカム構造体は、高温環境下において変形が発生し、高温環境下で用いる構造体に適さなかった。

比較例３
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維として実施例２と同じパラフェニレンテレフタルアミド（帝人（株）製「トワロン」）を用い、短繊維の比率を２５重量％、フィブリットを７５重量％とすること以外は実施例２と同様にして高強力耐熱紙を得た。得られた高強力耐熱紙の評価結果は表１に記載のとおりであった。当該紙を使用して作成したハニカム構造体は、高温環境下において変形が発生し、高温環境下で用いる構造体に適さなかった。

比較例４
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維として実施例２と同じパラフェニレンテレフタルアミド（帝人（株）製「トワロン」）を用い、短繊維の比率を５０重量％、フィブリットを５０重量％とし、カレンダー加工条件の条件を１２０℃、１４７０Ｎ／ｃｍとすること以外は実施例２と同様にして高強力耐熱紙を得た。得られた高強力耐熱紙の評価結果は表１に記載のとおりであった。当該紙を使用して作成したハニカム構造体は、高温環境下において変形が発生し、高温環境下で用いる構造体に適さなかった。

本発明の高強力耐熱紙は、高い強度と耐熱性を備える。本発明の高強力耐熱紙は、例えば、ハニカム構造体、特に高温環境下で使用されるハニカム構造体の素材として、また、絶縁材や摺動材として好適に使用することができる。

Claims

パラ型全芳香族ポリアミド短繊維とパラフェニレンテレフタルアミドフィブリットからなり、３００℃における寸法変化率が０．１５％未満であることを特徴とする高強力耐熱紙。
嵩密度が０．８ｇ／ｃｍ^３以上かつ比強度が０．３（Ｎ／ｃｍ）／（ｇ／ｍ^２）以上である、請求項１記載の高強力耐熱紙。
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維の実質的な繊維長が２〜１２ｍｍである、請求項１記載の高強力耐熱紙。
３００℃以上の環境で使用されるハニカム構造体に用いられる請求項１記載の高強力耐熱紙。
パラ型全芳香族ポリアミド短繊維とパラフェニレンテレフタルアミドフィブリットからなる耐熱紙を２７０℃以上の温度の金属ロールにて線圧９８０Ｎ／ｃｍ以上の条件でプレスして高強力耐熱紙を得る、高強力耐熱紙の製造方法。