JP2020525658A - 電気絶縁用のテキスタイルシート状構造物 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの層より成る基体を含むテキスタイルシート状構造物であって、ここで、前記少なくとも１つの層は、ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドをバインダー成分として有する、テキスタイルシート状構造物において、前記バインダー成分は、バインダー繊維鞘部ポリマーがＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを含む芯／鞘バインダー繊維に、前記バインダー繊維鞘部ポリマーのガラス転移温度よりも高い温度を適用することにより得られる、テキスタイルシート状構造物に関する。

Description

本発明は、特に電気デバイスの電気絶縁用のテキスタイルシート状構造物（ｔｅｘｔｉｌｅｓ Ｆｌａｅｃｈｅｎｇｅｂｉｌｄｅ）に関する。

電気デバイスの電気絶縁用のテキスタイルシート状構造物の使用は、従来技術から公知である。テキスタイルシート状構造物は、例えば、電動機、発電機または変圧器の電気絶縁用に用いられる。これに関して、フィルム（例えばＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩなど）が、対応する不織布とラミネートされることで、フリース・フィルム構造またはフリース・フィルム・フリース構造を有する２層または３層のラミネートが生じる。この古典的な技術用語は、ＤＭＤ（Ｄａｃｒｏｎ−Ｍｙｌａｒｄ−Ｄａｃｒｏｎ）である。これらのラミネートは、電動機／発電機／変圧器において、例えばスロット絶縁、スライドカバー、フィールドコイル絶縁、アンカー絶縁として絶縁に使用される。

これに関して、不織布に求められる重要な要件は、良好なラミネート性、樹脂吸収、繊維分布と厚さの均一性、高い平滑性および可能な限り高い長期耐熱性である。不織布は直接用いることもでき、例えば相間絶縁／相間分離または全面絶縁に用いることができる。これに関して、後から不織布に樹脂が設けられ、それにより電気絶縁効果が得られる。

これに関して、不織布に求められる重要な要件は、樹脂吸収と誘導性、繊維分布の均一性、可能な限り高い長期耐熱性、変形プロセスのための十分な機械的特性である。そのような不織布の更なる応用分野は、例えばＲｏｅｂｅｌ型バーの巻付けに用いられる伝導性テープ用のキャリアである。

これに関して、不織布に求められる重要な要件は、良好な含浸挙動、厚み方向の通気性−＞伝導性、可能な限り高い長期耐熱性、巻付けプロセスに十分な機械的特性である。

米国特許出願公開第２０１１／００１２４７４号明細書からは、２つの不織布シートの間で、当接し、固定して配置された熱可塑性フィルムを含む電気デバイス用のラミネート電気絶縁要素が公知であり、ここで、各不織布シートはポリマーの多成分繊維から成る。この多成分繊維は、高融点ポリマーが鞘部を形成し、低融点ポリマーが繊維の芯部を形成する芯鞘繊維であってよい。好ましい実施形態では、芯部は低融点ポリマー（ＰＥＴ）から成り、鞘部は高融点物（ＰＰＳ）から成る。

記載されているラミネート絶縁要素の欠点は、硫黄を含むことである。絶縁要素が長期の使用で劣化すると、酸や他の硫黄化合物が生じ、ひいては腐食につながる危険性がある。したがって、硫黄の存在は電気絶縁の分野では望ましくない。さらに、多成分繊維の場合、ＰＰＳとＰＥＴの非適合性も被ることになり、これにより、例えばＰＰＳ／ＰＥＴ ＢＩＣＯ繊維の製造が困難となり、ＰＰＳを比較的大量に用いたり、特殊な、ひいては煩雑な芯形状を使用したりする必要が生じる。

国際公開第２００６／１０５８３６号には、低収縮の二成分芯鞘繊維を含む熱結合不織布が記載されており、ここで、この低収縮の二成分芯鞘繊維は、結晶性ポリエステル芯部と、少なくとも１０℃の低温で溶融する結晶性ポリエステル鞘部とから成り、かつ１７０℃で１０％未満の熱収縮率を有する。好ましい実施形態では、芯部はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）から成る。この不織布は、濾材、メンブレンバッキング不織布、バッテリーセパレーターとして使用される。これらの用途について、不織布は優れた特性を有する。しかしながら、特に電気絶縁については、この不織布は、ポリエステル鞘部のガラス転移温度が比較的低いため、熱安定性が低すぎるという欠点を有する。

したがって、本発明は、前述の欠点を少なくとも部分的に排除する、例えば、電動機、発電機または変圧器の電気絶縁のために、電気絶縁用のテキスタイルシート状構造物を提供するという課題に基づいている。

本発明は、少なくとも１つの層より成る基体を含むテキスタイルシート状構造物であって、この少なくとも１つの層は、ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドをバインダー成分として有しており、このバインダー成分は、バインダー繊維鞘部ポリマーがＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを含む芯／鞘バインダー繊維に、このバインダー繊維鞘部ポリマーのガラス転移温度よりも高い温度を適用することにより得られるテキスタイルシート状構造物によって、前記の課題を解決する。

本発明によれば、鞘部がＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを有する芯／鞘繊維は、電気絶縁用の高温耐性テキスタイルシート状構造物を提供するのに著しく適していることが見出された。本発明によるシート状構造物には、ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドがバインダー成分として存在する。この場合、バインダー成分は、完全に融合した連続相まで多少なりとも変形した繊維構造の形態で存在してよい。

ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドのバインダー成分としての使用は、これらの材料が一般にかなり高い融点を有するため、当技術分野では珍しい。しかしながら、本発明によれば、その結晶化度を低く設定すれば、これらの材料をその融点よりも低い温度であってもバインダー成分として用いることが可能であることが見出された。したがって、バインダー成分は、バインダー繊維鞘部ポリマーが８０％未満、例えば０〜７５％、より好ましくは０〜７０％、特に０〜６０％の結晶化度を有するＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを有する芯／鞘バインダー繊維から出発して製造することができる。すなわち、バインダー成分の製造に用いられるバインダー繊維鞘部ポリマーは、有利には、前述の結晶化度のうちの１つを有する。

本発明によるシート状構造物の製造に用いられる芯／鞘バインダー繊維が非延伸繊維であることにより、低い結晶化度を簡単な方法で達成することができる。つまり、非晶質ＰＥＮ、それらの非晶質コポリマーおよび／または非晶質ブレンドの割合が高い繊維である。実際の実験では、これらの非晶質材料は、既に融点よりも低い温度で熱的に誘導された再結晶化中に結合性を得ることが確かめられた（低温結晶化）。低温結晶化温度は、自由エンタルピーの最初の発熱ピークが生じる温度を意味する。発熱はエネルギー放出を意味する。この結果、芯／鞘バインダー繊維が得られるため、テキスタイル産業における通常の結合方法、例えばカレンダー加工に適している。

ＰＥＮを使用する利点は、製品の非常に高い熱電気抵抗の点で優れていることである。さらに、ＰＥＮは、様々な技術関連のポリマー、例えばポリエステルと良好な適合性があり、ひいては芯／鞘繊維の鞘部として簡単に紡糸することができる。それにより、鞘部の厚みをさらに薄くすることも可能である。さらに、ポリマーの良好な適合性によりその構造の界面が改善されるため、長期安定性が向上され得る。ＰＰＳと比較してＰＥＮを使用する更なる利点は、硫黄を含まないことである。

ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドが、本発明によれば、テキスタイルシート状構造物の製造に用いられる芯／鞘バインダー繊維の鞘部に存在することにより、その有利な特性、特にその高い熱電気抵抗と長期安定性とを、特に良好に利用することができる。さらに、この結果、内側にある繊維成分の保護材として機能することができる。

さらに、実際の実験では、本発明によるシート状構造物が優れた貯蔵安定性を有していることが判明し、これは、例えば、ＰＥＮを含むバインダー成分が熱貯蔵時にほぼ劣化しないか、それどころか強度の増大となって現れる（図１〜４を参照）。したがって、本発明によるシート状構造物は、１６０℃で１週間の熱貯蔵後に、好ましくは、少なくとも一方向で５％未満、有利には４％未満、例えば０〜４％の最大引張力の減少率および／または少なくとも一方向で少なくとも１％、有利には５％超、例えば５〜１００％の最大引張力の増加を示す。

本発明によりメカニズムを特定することはないものの、良好な貯蔵安定性は、ＰＥＮが比較的高いガラス転移温度を有するという事実に起因するものと考えられる。さらに、ＰＥＮ成分の結晶化度は時間とともに増加し、これにより熱劣化プロセスによる不安定化が防止される。

好ましくは、バインダー繊維鞘部ポリマー中のＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドは、７０〜２００℃の範囲、より好ましくは８０〜１９０℃の範囲、最も好ましくは９０〜１７５℃の範囲の低温結晶化温度を有する。

同様に好ましくは、バインダー繊維鞘部ポリマーおよび／またはバインダー成分中のＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドは、１８０〜３２０℃の範囲、より好ましくは２１０〜３１０℃の範囲、最も好ましくは２３０〜３００℃の範囲の溶融温度を有する。これらのポリマーは熱結合に非常に良好に適している。

本発明によれば、バインダー成分は、ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを有する。「ＰＥＮ」という用語は、ポリエチレンナフタレートを意味する。これは、そのホモポリマー、コポリマーおよび／またはブレンドとして存在してよく、ここで、ＰＥＮは、コポリマーおよび／またはブレンド中で主成分として、有利には４０質量％超、より好ましくは５０質量％超、さらにより好ましくは６０質量％超、特に９０質量％超の割合で存在する。コポリマーとして、例えばランダムコポリマー、グラジエントコポリマー、交互コポリマー、ブロックコポリマーまたはグラフトポリマーが適している。コポリマーは、２、３、４またはそれ以上の異なるモノマーで構成されてよい（ターポリマー、テトラポリマー）。特に好ましい更なるコモノマーは、以下のポリマーのモノマーである：芳香族および脂肪族ポリエステル、芳香族および脂肪族ポリアミド、芳香族および脂肪族エポキシド、芳香族および脂肪族ポリウレタン、ポリシロキサン、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド。

ＰＥＮがブレンドとして使用される場合、好ましい更なるブレンド成分は、１８０〜３２０℃の範囲、より好ましくは２１０〜３００℃の範囲、最も好ましくは２３０〜２９０℃の範囲の溶融温度および／または２１０〜８００℃の範囲、より好ましくは３００〜７５０℃の範囲、最も好ましくは３５０〜７００℃の範囲の分解点を有するポリマーである。特に好ましい更なるブレンド成分は、以下のものである：芳香族ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリ（ｐ−フェニレン−２，６−ベンゾビスオキサゾール）、ポリアミドイミド、ポリフェニレンスルフィド。

ＰＥＮがホモポリマーとして使用される場合、バインダー繊維鞘部ポリマー中のＰＥＮは、それぞれの場合に鞘部の全質量を基準として、有利には５０質量％超、より好ましくは７５質量％超、さらにより好ましくは９０質量％超、特に約１００質量％の割合で存在し、ここで、通常の添加剤、例えば紡糸助剤、核形成添加剤、艶消剤などや、不純物、例えば触媒残留物などは考慮されるべきではない。

バインダー成分により、シート状構造物の接着結合をもたらすことができる。

本発明により好ましくは、シート状構造物は不織布である。不織布は、任意の種類および由来の、長さが限られた繊維、連続繊維（フィラメント）またはカットヤーンより成る、それらが何らかの方法で一緒に接合されて不織布（繊維層、繊維ウェブ）を形成し、何らかの方法で相互に結合されている構築物である；これらから除外されるのは、織り、縦編み、横編み、レース製造、編組およびタフテッド製品の製造において起こる糸の交差または交絡である。フィルムや紙は不織布に属さない。

本発明により好ましくは、テキスタイルシート状構造物の製造に用いられる芯／鞘バインダー繊維は、コア中に鞘部ポリマーとは異なるポリマー（バインダー繊維芯部ポリマー）を有する。芯／鞘バインダー繊維を加熱すると、バインダー繊維芯部ポリマーも同様に（部分的に）結合する場合としない場合がある。この場合、バインダー繊維芯部ポリマーは、バインダー成分により部分的または完全に囲まれていてもよい。バインダー繊維芯部ポリマーとバインダー繊維鞘部ポリマーとの量比は自由に選択することができる。９０：１０〜１０：９０（質量％単位の芯部：鞘部の質量比）、より好ましくは８０：２０〜２０：８０、さらにより好ましくは８０：２０〜３０：７０、特に８０：２０〜４０：６０の比が、特に有利であることが判明した。

特に好ましい実施形態によれば、バインダー繊維鞘部ポリマーは、バインダー繊維芯部ポリマーよりも高い融点を有する。この場合、バインダー繊維鞘部ポリマーとバインダー繊維芯部ポリマーの溶融温度の差は、有利には少なくとも２．５℃、好ましくは少なくとも５℃、特に好ましくは少なくとも７．５℃である。好ましくは、２．５〜２００℃、より好ましくは５〜１５０℃、特に好ましくは７．５〜１００℃の温度差を有するポリマーが使用される。両方のポリマーの溶融温度のこの差は、良好な温度安定性につながる。

特に好ましい実施形態によれば、バインダー繊維鞘部ポリマーは、バインダー繊維芯部ポリマーよりも少なくとも５℃、好ましくは少なくとも１０℃、特に好ましくは少なくとも１５℃高いガラス転移温度を有する。好ましくは、ガラス転移温度の差が５〜６００℃、より好ましくは１０〜５００℃、特に好ましくは１５〜２００℃であるポリマーが使用される。

バインダー繊維芯部ポリマーは、様々な材料を含んでよい。有利には、バインダー繊維芯部ポリマーは溶融紡糸可能である。好ましくは、バインダー繊維芯部ポリマーは、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリテトラメチレンテレフタレート、ポリ（デカメチレン）−テレフタレート、ポリ−１，４−シクロヘキシレンジメチルテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリグリコール酸、ポリラクチド、ポリカプロラクトン、ポリエチレンアジペート、ポリヒドロキシアルカノエート、ポリヒドロキシブチレート、ポリ−３−ヒドロキシブチレート−ｃｏ−３−ヒドロキシバレレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ベクトラン、ポリエチレンナフタレート、それらのコポリマーおよび／またはそれらの混合物から成る群から選択されるポリエステルである。前述のポリマーを含むシート状構造物は、良好にリサイクル可能である。

さらに最も好ましくは、バインダー繊維芯部ポリマーは、ポリ（デカメチレン）テレフタレート、ポリ−１，４−シクロヘキシレンジメチルテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、より好ましくはポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、それらのコポリマーおよび／またはそれらのブレンドから成る群から選択される。

好ましい実施形態によれば、バインダー繊維芯部ポリマーは、ポリエチレンテレフタレートおよび／またはコポリエチレンテレフタレートを含む。コポリマーとして、例えばランダムコポリマー、グラジエントコポリマー、交互コポリマー、ブロックコポリマーまたはグラフトポリマーが適している。コポリマーは、２、３、４またはそれ以上の異なるモノマーで構成されてよい（ターポリマー、テトラポリマー）。特に好ましい更なるコモノマーは、以下のポリマーのモノマーである：芳香族および脂肪族ポリエステル、芳香族および脂肪族ポリアミド、芳香族および脂肪族エポキシド、芳香族および脂肪族ポリウレタン、ポリシロキサン、ポリアクリレート、ポリアクリルアミド。

好ましくは、バインダー繊維芯部ポリマー中の前述のポリマーの割合は、それぞれの場合に芯部の全質量を基準として、５〜１００質量％、より好ましくは５０〜１００質量％、特に７５〜１００質量％であり、ここで、通常の添加剤、例えば紡糸助剤、核形成添加剤、艶消剤などや、不純物、例えば触媒残留物などは考慮されるべきではない。

ブレンドがバインダー繊維芯部ポリマーとして用いられる場合、好ましい更なるブレンド成分は、１８０〜３２０℃の範囲、より好ましくは２１０〜３００℃の範囲、最も好ましくは２３０〜２９０℃の範囲の溶融温度および／または２１０〜８００℃の範囲、より好ましくは３００〜７５０℃の範囲、最も好ましくは３５０〜７００℃の範囲の分解点を有するポリマーである。特に好ましい更なるブレンド成分は、以下のものである：芳香族ポリエステル、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）。

使用されるポリマーを適切に選択することにより、シート状構造物の温度安定性ならびに機械的特性、特に弾性、変形性および強度に影響を与えることができる。

同様に好ましくは、バインダー繊維芯部ポリマーは、１８０〜３２０℃の範囲、より好ましくは２１０〜３００℃の範囲、最も好ましくは２３０〜２９０℃の範囲の溶融温度および／または２１０〜８００℃の範囲、より好ましくは３００〜７５０℃の範囲、最も好ましくは３５０〜７００℃の範囲の分解点を有する。

本発明の好ましい実施形態では、シート状構造物はマトリックス繊維を含む。このマトリックス繊維は、バインダー成分とは異なり、非常により明確に繊維形態で存在する。この場合、シート状構造物の製造に用いられる芯／鞘バインダー繊維の芯部は、マトリックス繊維として機能することができる。しかしながら、特に好ましくは、芯／鞘バインダー繊維の芯部に加えて、またはその代替として、更なる繊維がマトリックス繊維として用いられる。マトリックス繊維が存在する利点は、シート状構造物の安定性が全体的に高められ得ることである。

有利には、熱処理前の芯／鞘バインダー繊維の鞘部の結晶化度とマトリックス繊維の結晶化度との差は、少なくとも５％、例えば５〜８０％、より好ましくは少なくとも７．５％、例えば７．５〜７０％、特に少なくとも１０％、例えば１０〜６０％であり、ここで、マトリックス繊維の結晶化度は、芯／鞘バインダー繊維の鞘部の結晶化度よりも高い。結晶化度の低い芯／鞘バインダー繊維は、簡単な方法で、例えば溶融紡糸により得ることができ、この場合、延伸工程は省かれる。

本発明の特に好ましい実施形態では、マトリックス繊維は、マトリックス繊維鞘部ポリマーとマトリックス繊維芯部ポリマーを含む芯／鞘マトリックス繊維として形成される。有利には、熱処理前の芯／鞘バインダー繊維の鞘部の結晶化度とマトリックス繊維鞘部ポリマーの結晶化度との差は、少なくとも５％、例えば５〜８０％、より好ましくは少なくとも７．５％、例えば７．５〜７０％、特に少なくとも１０％、例えば１０〜６０％であり、ここで、マトリックス繊維鞘部ポリマーの結晶化度は、芯／鞘バインダー繊維の鞘部の結晶化度よりも高い。

マトリックス繊維鞘部ポリマーは、バインダー成分の製造に用いられる芯／鞘バインダー繊維の鞘部ポリマーについて記載されたものと同じポリマーから選択されてよい。マトリックス繊維芯部ポリマーも、バインダー成分の製造に用いられる芯／鞘バインダー繊維の芯部ポリマーについて記載されたものと同じポリマーから選択されてよい。

好ましくは、マトリックス繊維鞘部ポリマーは、ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／もしくはブレンドから選択され、かつ／またはマトリックス繊維芯部ポリマーは、ポリエチレンテレフタレートおよび／もしくはコポリエチレンテレフタレートから選択される。

本発明の好ましい実施形態では、一方ではＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／もしくはブレンド、他方ではポリエチレンテレフタレートおよび／またはコポリエチレンテレフタレートの割合は、全部合わせて、それぞれの場合に基体の全質量を基準として、８０質量％超、好ましくは９０質量％超、より好ましくは９５質量％超、特に９７質量％超である。

ＰＥＮがブレンドおよび／またはコポリマーとして用いられる場合、好ましい更なるブレンド成分および好ましいコポリマーおよび好ましい量比は、バインダー成分に関して既に上に記載したものである。この場合、バインダー成分の製造に用いられる芯／鞘バインダー繊維とマトリックス繊維の製造に用いられる芯／鞘マトリックス繊維について記載されたもののポリマー、組成および量比は、互いに独立して選択することができる。

したがって、バインダー繊維鞘部ポリマーのポリマーとマトリックス繊維鞘部ポリマーのポリマーとは異なってよい。これにより、異なる溶融範囲を簡単な方法で設定することが可能になる。好ましくは、本発明によれば、バインダー繊維鞘部ポリマーとマトリックス繊維鞘部ポリマーは、同じポリマーもしくはコポリマーまたはブレンドを含むが、これらは、上記で説明したように、熱処理前にそれらの結晶化度を異にする。

シート状構造物の製造における熱処理中のマトリックス繊維の繊維構造の保持は、上記の芯／鞘バインダー繊維の鞘部と比較して、マトリックス繊維の結晶化度をより高く設定することにより達成可能である。

シート状構造物の製造に用いられる繊維は、フィラメント、ステープル繊維および／または短繊維であってよい。本発明により好ましくは、繊維はステープル繊維および／または短繊維である。ステープル繊維または短繊維は、様々な公知の製造法、例えばカーディング法、エアレイド法、ウェットレイド法により作製および配置することができる。

本発明の一実施形態では、ＰＥＮまたはそのコポリマーもしくはブレンドの割合は、それぞれの場合にシート状構造物の全質量を基準として、５〜９５質量％、有利には５〜７５質量％、特に１０〜６０質量％である。特に好ましくは、ＰＥＮまたはそのコポリマーは、かなり少量で用いられる。これに関して、シート状構造物の安定性を高めるために、高価なＰＥＮの材料を節約して用いることができれば有利である。

同様に好ましくは、バインダー成分の割合は、それぞれの場合にシート状構造物の全質量を基準として、５〜７５質量％、有利には５〜６５質量％、特に１０〜５５質量％である。

好ましくは、芯／鞘バインダー繊維とマトリックス繊維の繊維直径は、互いに独立して、０．１〜２０ｄｔｅｘの範囲、より好ましくは０．１〜１５ｄｔｅｘの範囲、特に好ましくは０．１〜１０ｄｔｅｘの範囲である。さらに好ましくは、フィラメントとして存在しない限り、芯／鞘バインダー繊維の長さは１〜９０ｍｍであり、かつ／またはマトリックス繊維の長さは１〜９０ｍｍである。当然のことながら、少なくとも芯／鞘バインダー繊維の形状は熱処理中に変化する可能性があるため、前述の繊維寸法は熱処理前の状態に関するものである。

好ましくは、シート状構造物は、前述のマトリックス繊維とバインダー成分に加えて、更なる繊維を含まないか、または更なる繊維を６０質量％未満、例えば０〜６０質量％および／または５〜６０質量％の割合でのみ含む。シート状構造物が更なる繊維を含む場合、これらは、好ましくはモノフィラメントの形態をとる。同様に好ましくは、これらは、２１０℃超、例えば２１０〜２０００℃、特に好ましくは２２０〜２０００℃、特に２５０〜２０００℃の融点または分解点を有する。さらに、更なる繊維は、有利には、ポリエステル繊維、特にポリブチレンテレフタレート繊維、ポリアミド繊維、特にポリアミド６．６（ナイロン（登録商標））繊維、ポリアミド６．０（Ｐｅｒｌｏｎ（登録商標））繊維、メタアラミド繊維、パラアラミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリイミド繊維、ポリアミドイミド繊維、ポリテトラフルオロエチレン（Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））繊維、フェノール樹脂繊維、ＬＣＰ（液晶ポリマー）繊維、ガラス繊維、バサルト繊維から成る群から選択される。特に好ましいのは、ポリアミド繊維、ポリ−ｐ−フェニレンテレフタルアミド繊維、ポリ−ｍ−フェニレンテレフタルアミド繊維、ポリエステル繊維およびそれらの混合物からなる群から選択される更なる繊維である。この場合、その良好な機械的特性、熱安定性および費用対効果のため、ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレート、メタアラミドおよび／またはパラアラミドが特に好ましい。

テキスタイルシート状構造物は、本発明の更なる好ましい実施形態では、機械方向（ＭＤ）において０．２５Ｎ／ｇ超、例えば０．２５〜１２Ｎ／ｇ、好ましくは０．５〜１０Ｎ／ｇ、特に好ましくは０．７５〜８Ｎ／ｇの質量基準引張強度の点で優れている。

この高い引張強度は、例えば、導体の被覆にシート状構造物が用いられる場合に有利である。それというのも、これらの材料を、例えば巻付体として適用する導体製造プロセスには、ある一定の強度が必要になるからである。しかしながら、原則として、引張強度は、それぞれの場合の使用目的に応じて、例えば、ＤＩＮ ＩＳＯ ９０７３−３に従って測定された１５〜８００Ｎおよび／または２５〜７００Ｎおよび／または３５〜６００Ｎの好ましい値に設定することができる。本発明の好ましい実施形態によれば、テキスタイルシート状構造物は、例えば３ｍｍ未満、例として０．０２ｍｍ〜２ｍｍの範囲の既に薄い厚さで、機械方向において前述の高い引張強度を有する。

テキスタイルシート状構造物は、様々な厚さ範囲で作製することができる。これにより、電気絶縁の分野で広範な用途に関して、カスタムメイドのテキスタイルシート状構造物を用いることが可能になる。このテキスタイルシート状構造物が、ＤＩＮ ＥＮ ９０７３−２に従って０．０１〜２ｍｍ、０．０１〜１．７ｍｍおよび／または０．０２〜１．５ｍｍの範囲の厚さを有する場合に好ましいことが判明した。

このようなシート状構造物は、その薄い厚さと良好な成形性のため、良好に加工可能である。

本発明によるシート状構造物は、広範な用途、好ましくは電気絶縁材料の製造、例えば、電動機、発電機または変圧器の電気絶縁、特に、コア中にフィルムを備えた（可撓性）ラミネートの製造に、例えばスロットもしくはスライドカバー用の絶縁として、かつ／または相分離用の層セパレーターとして適している。このために、シート状構造物は、様々な形態、例えば、スロットライニング、クロージャー、ウェッジ、ロッドの形態で、リング形態の巻付体として、分離層としてまたはケーブルバンデージとして作製することができる。同様に、導電性テープ用のキャリア材料として使用するために、本発明によるシート状構造物が特に適している。

スロットライニングの形態での使用および／または導体の絶縁への使用の場合、ここでは構造空間または既存のスペースは非常に限られていると考えられる。したがって、テキスタイルシート状構造物がラミネートの厚さの大幅な増加につながらない場合に有利である。

これらの場合には、１ｍｍ未満、例えば０．０１ｍｍ〜０．０７ｍｍ、０．０２ｍｍ〜０．５ｍｍ、および／または０．０１ｍｍ〜０．４８ｍｍの厚さが好ましい。

坪量は、幅広い範囲で変動してよい。好ましくは、テキスタイルシート状構造物は、ＤＩＮ ＥＮ ２９０７３−１に準拠して２０〜４００ｇ／ｍ^２、好ましくは２０〜３００ｇ／ｍ^２、特に３０〜２５０ｇ／ｍ^２の坪量を有する。そのような坪量を有する本発明によるシート状構造物は、優れた安定性を有する。

好ましくは、テキスタイルシート状構造物は、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ９２３７に従って測定された５〜８００ｌ／ｍ^２・秒、有利には１０〜７００ｌ／ｍ^２・秒、特に１５〜６００ｌ／ｍ^２・秒の通気度を有する。質量基準で、これは、本発明によるシート状構造物について、好ましくは０．１５〜２００ｌ／秒・ｇ、有利には０．２５〜１７５ｌ／秒・ｇ、特に０．３５〜１５０ｌ／秒・ｇの通気度を意味する。

前述の通気度の場合、特に良好な含浸挙動が存在することがわかった。本発明の好ましい実施形態では、本発明によるシート状構造物は、樹脂によるコーティングおよび／または含浸を有する。

シート状構造物は、補強層、例えばプラスチックフィルムを有することが考えられる。この結果、機械的強度が高く、質量が小さいシート状構造物が得られる。

好ましい実施形態によれば、シート状構造物は複数の層で構成される。好ましくは、シート状構造物は、基体に加えて、少なくとも１つの更なる層を含む。更なる層は、スパンボンド層またはステープル繊維層の形態をとってよい。更なる層は、それらの機能、製造の種類、繊維の種類、含まれるポリマーおよび／またはそれらの色によって互いに異なってよい。

テキスタイルシート状構造物を、化学的性質の後続の処理または精製、例えば抗ピリング処理、親水化または疎水化、帯電防止処理、耐火性を改善するための処理および／または触覚特性もしくは光沢を変化させるための処理、機械的性質の処理、例えば粗面化、サンホライジング、サンダー仕上げまたはタンブラーでの処理および／または染色もしくは印刷などの外観を変化させるための処理にかけることも考えられる。

さらに、多くの使用目的では、テキスタイルシート状構造物に、後から１種以上の添加剤を備え付ける、例えばコーティングすることが適切であり得、ここで、添加剤は、例えば、炭酸塩、特に炭酸カルシウム、カーボンブラック、特に導電性カーボンブラック、グラファイト、イオン交換樹脂、活性炭、ケイ酸塩、特にタルク、粘土、雲母、シリカ、ゼオライト、チョーク、硫酸カルシウムおよび硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、ガラス繊維およびガラス球ならびに木粉、セルロース粉末、粉末状超吸収剤、パーライト、コルク顆粒またはプラスチック顆粒、粉砕熱可塑性樹脂、綿繊維、炭素繊維、特に粉砕炭素繊維およびそれらの混合物から選択される。充填剤および／または添加剤を添加することにより、例えば、液体および／または空気に対する透過性を変化させることができ、かつ材料の熱伝導性および／または電気伝導性を制御することができる。添加剤および／または充填剤の接着性を改善するために、例えばポリビニルアルコール、ポリアクリレート、ポリウレタン、スチレン−ブタジエンゴムまたはニトリル−ブタジエンゴム、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂をベースとする接着剤／結合剤を用いることができる。

本発明の好ましい実施形態では、本発明によるシート状構造物の層、好ましくは基体の少なくとも１つの層および／または更なる層は、スクリム、織布、緯編物、経編物、フィルム、シート、フリースまたは不織布の形態をとる。この結果、機械的強度の高いシート状構造物を得ることができる。本発明により特に好ましくは、少なくとも１つの層は不織布の形態をとる。

本発明は、以下の方法工程：
− 鞘部がＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを有する芯／鞘バインダー繊維を提供する工程と、
− 芯／鞘バインダー繊維を含む層を形成する工程と、
− この層に、バインダー繊維鞘部ポリマーの低温結晶化温度よりも高い温度を適用することで、少なくとも１つの層より成り、ここで、この少なくとも１つの層がＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドをバインダー成分として有する基体を含むテキスタイルシート状構造物を得る工程と
を含む、本発明によるテキスタイルシート状構造物の製造方法も含む。

第１の方法工程は、鞘部がＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを含む芯／鞘バインダー繊維を提供する工程を含む。層への温度の適用は、オーブンおよび／またはカレンダー、空気中または不活性雰囲気中または真空下で行うことができる。例示的な温度は、１００〜２９０℃、好ましくは１１０〜２８０℃の範囲である。本発明の好ましい実施形態では、圧力による処理が同時にまたは下流で行われる。カレンダーによる処理の場合、好ましい圧力は、２０〜３５０Ｎ／ｍｍ、好ましくは４０〜３００Ｎ／ｍｍ、特に５０〜２７５Ｎ／ｍｍのライン圧力である。

本発明により好ましくは、用いられる出発材料は、記載された形態、量比などにおける、シート状構造物に関して既に上記で議論された材料である。芯／鞘バインダー繊維および／またはマトリックス繊維として、ステープル繊維（有利には１〜１２０ｍｍの長さ）および／または連続繊維（フィラメント）を用いることができる。芯／鞘バインダー繊維および／またはマトリックス繊維は、０．１〜５０ｄｔｅｘ、より好ましくは１．０〜４０ｄｔｅｘの繊度を有する。

繰返しを避けるために、ここでは上記の記述が参照される。

１６０℃での熱貯蔵時における最大引張力の変化率を示す図である。 ２００℃での熱貯蔵時における最大引張力の変化率を示す図である。 １６０℃での熱貯蔵時における最大引張伸びの変化率を示す図である。 ２００℃での熱貯蔵時における最大引張伸びの変化率を示す図である。

以下では、本発明をいくつかの例に基づいてより詳細に説明する。

例として、本発明による４つの異なるシート状構造物を作製する：
１．異なるシート状構造物の製造
最初に、以下の繊維より成る繊維混合物を、混合比６０：４０（マトリックス繊維：芯／鞘バインダー繊維）で製造する。

マトリックス繊維：
芯／鞘繊維（鞘部ＰＥＮ／芯部ＰＥＴ）
繊度：４．８ｄｔｅｘ
繊維長５０ｍｍ
結晶化度ＰＥＮ：３２％
バインダー成分を製造するための芯／鞘バインダー繊維：
芯／鞘バインダー繊維（鞘部ＰＥＮ／芯部ＰＥＴ）
繊度：１０．８ｄｔｅｘ
繊維長５０ｍｍ
結晶化度ＰＥＮ：１７％

繊維ウェブをランダム配向カード機でＭＤ方向に配置し、圧力および温度によってスチール／スチールロール構成のカレンダーで、１６０〜２５０℃の温度および５０〜２５０Ｎ／ｍｍのライン圧力にて熱固化する。正確な設定パラメーターは、対応する生産速度に合わせることができる。

この結果、本発明によるシート状構造物１〜４が得られる。

２．１．で製造されたシート状構造物の関連パラメーターの測定

３つの異なる質量バリエーションで高度に圧縮された不織布を製造することができた。例１は５０Ｎ／ｍｍで圧縮し、例２は１００Ｎ／ｍｍで圧縮した。材料の厚さに及ぼす影響はかなり小さいか、または通気度を僅かに増加させることしかできなかったが、同時に最大引張力ＭＤおよびＣＤは増加させた。予期したとおり、坪量がより高い場合には、より高い機械的強度と通気度の低下が達成された。興味深いことに、破断点伸びに影響は及ぼさないことがわかった。

３．１．で製造されたシート状構造物の、１６０℃または２００℃での貯蔵テストによる高温耐性の試験
本発明によるシート状構造物と比較例を、１６０℃または２００℃で貯蔵テストにかける。結果は図１〜４に示す。

標準ポリエチレンテレフタレート製品と比較して、本発明による不織布の改善された熱安定性を示すために、比較貯蔵を行った。比較材料として、１００％ＰＥＴより成る６０ｇ／ｍ^２の不織布を使用した。

貯蔵のために、サンプルをＤＩＮ Ａ４サイズで打ち抜き、オーブン（Ｍｅｍｍｅｒｔ社、Ｕ３０型）で１６０℃または２００℃にて、空気循環を中程度に設定して４週間貯蔵した。貯蔵はオーブンの中央のレールで行った。フリースのタイプおよび週毎に、それぞれ３つのパターン、つまり、例毎に合計１２個のＤＩＮ Ａ４サンプルを使用した。各ＤＩＮ Ａ４サンプルから、試験片を打ち抜き、ＤＩＮ ＩＳＯ ９０７３−３に従って、その最大引張力または最大引張伸びを測定した。貯蔵後の特性の低下を測定するために、３つの個別測定値（週およびバリエーション毎）の平均を測定し、測定値を貯蔵前の初期値に正規化した。

これに加えて、最大引張力の相対的な減少を、不織布の熱安定性の尺度として使用した。予期したとおり、比較例１の場合、最大引張力ＭＤの大きな減少が見出された。したがって、比較例１は、２００℃で４週間後、元の値の２８％まで最大引張力の一定の損失を示す（図１〜２）。ここで見られる変動は、貯蔵されたサンプルの測定精度の範囲内である。それに対して、本発明による不織布を観察した場合、驚くべきことに、最大引張力は減少せず、最初は増加するどころか、その後はほぼ一定のままであることがわかった。この増加は２０〜５０％程度である。１６０℃での貯蔵温度を２００℃での貯蔵温度と比較すると、アレニウスの式に従って予期されるとおり、進行中のプロセスが促進されることがわかった。つまり、ＰＥＴベースの不織布の最大引張力の減少が増加した。結果を図１および図２に示す。

最大引張力と同様に、最大引張伸びの減少率、つまり、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ９０７３−３に準拠して最大引張力を測定した後、試験片が破損した場合の試験片の伸び率を調べた。図１および図２の測定結果と同様に、比較不織布の場合には、値は相対的に減少が強まる。伸びは、１６０℃の貯蔵温度では元の値の１０％に減少し、２００℃の貯蔵温度では元の値の３％に減少する。ＰＥＮ／ＰＥＴベースの不織布の場合の減少はかなり低いものとなる。１６０℃では４週間後に元の値の４７〜６６％に減少し、２００℃の貯蔵温度の場合には元の値の４５〜６０％に減少する。

つまり、説明した測定値に基づいて、ＰＥＮ鞘部はＰＥＴ芯部を保護し、ひいては安定化効果をもたらすと結論付けることができる。

結果を図３および図４に示す。

４．融点、分解点、溶融エンタルピーおよび結晶化エンタルピー、ガラス転移温度および結晶化度を測定するための測定方法
ガラス転移温度、融点および分解点、結晶化エンタルピーおよび溶融エンタルピーは、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１３５７−２（２０１４年７月発行）に従ってＤＳＣにより測定した。融点は、溶融の吸熱エンタルピーのピーク時の温度に対応する。結晶化の発熱エンタルピーと溶融の吸熱エンタルピーは、測定曲線のそれぞれの積分値から生じる。いずれの場合も、最初の加熱曲線を使用して値を測定した。

結晶化度（Ｋ％）は、溶融エンタルピーと結晶化エンタルピーとの比（「Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」，Ｃｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｃ．Ｉｂｅｈ，ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，ＩＳＢＮ：１３：９７８−１−４２００−９３８４−１，第１０５頁以降）から、
Ｋ％＝（ΔＨ_溶融−ΔＨ_結晶化）×１００％／ΔＨ_{結晶化１００％}
に従って計算することができる。

５．例１〜４のシート状構造物の製造に使用された繊維の結晶化エンタルピーおよび溶融エンタルピーの測定
試験装置：Ｍｅｔｔｌｅｒ Ｔｏｌｅｄｏ
冷却：活性液体窒素冷却
パージガス：窒素（Ｎ_２９９．９９９％）３０ｍｌ／分
るつぼ：アルミニウム４０μｌ
正味重量（ｍｇ）：８〜１２
サンプル準備：外科用メスでカット

積分値を測定するために、両方の結晶化エンタルピー間の最小値を限界値として定義した。マトリックス繊維の溶融エンタルピーの場合も同じように行った。

Claims (15)

1. 少なくとも１つの層より成る基体を含むテキスタイルシート状構造物であって、前記少なくとも１つの層は、ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドをバインダー成分として有しているテキスタイルシート状構造物において、前記バインダー成分は、バインダー繊維鞘部ポリマーがＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを含む芯／鞘バインダー繊維に、前記バインダー繊維鞘部ポリマーのガラス転移温度よりも高い温度を適用することにより得られることを特徴とする、テキスタイルシート状構造物。
2. 前記バインダー成分は、完全に融合した連続相まで多少なりとも変形した繊維構造の形態で存在することを特徴とする、請求項１記載のテキスタイルシート状構造物。
3. 前記バインダー成分は、前記バインダー繊維鞘部ポリマーが８０％未満、例えば０〜７５％、より好ましくは０〜７０％、特に０〜６０％の結晶化度を有するＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを有する芯／鞘バインダー繊維から出発して製造可能であることを特徴とする、請求項１または２記載のテキスタイルシート状構造物。
4. 前記シート状構造物は、１６０℃で１週間の熱貯蔵後に、少なくとも一方向で５％未満、有利には４％未満、例えば０〜４％の最大引張力の減少率、および／または少なくとも一方向で少なくとも１％、有利には５％超、例えば５〜１００％の最大引張力の増加を示すことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
5. 前記バインダー繊維鞘部ポリマー中の前記ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドは、７０〜２００℃の範囲、より好ましくは８０〜１９０℃の範囲、最も好ましくは９０〜１７５℃の範囲の低温結晶化温度を有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
6. 前記バインダー繊維鞘部ポリマーおよび／または前記バインダー成分中の前記ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドが、１８０〜３２０℃の範囲、より好ましくは２１０〜３１０℃の範囲、最も好ましくは２３０〜３００℃の範囲の溶融温度を有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
7. バインダー繊維芯部ポリマーとバインダー繊維鞘部ポリマーとの量比は、９０：１０〜１０：９０（質量％単位の芯部：鞘部の質量比）、より好ましくは８０：２０〜２０：８０、さらにより好ましくは８０：２０〜３０：７０、特に８０：２０から４０：６０であることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
8. 前記バインダー繊維鞘部ポリマーは、前記バインダー繊維芯部ポリマーよりも高い融点を有し、ここで、前記バインダー繊維鞘部ポリマーと前記バインダー繊維芯部ポリマーとの溶融温度の差は、有利には少なくとも２．５℃、好ましくは少なくとも５℃、特に好ましくは少なくとも７．５℃であることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
9. 前記シート状構造物はマトリックス繊維を有し、ここで、熱処理前の前記芯／鞘バインダー繊維の鞘部の結晶化度と前記マトリックス繊維の結晶化度との差は、少なくとも５％、例えば５〜８０％、より好ましくは少なくとも７．５％、例えば７．５〜７０％、特に少なくとも１０％、例えば１０〜６０％であることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
10. 前記マトリックス繊維は、マトリックス繊維鞘部ポリマーとマトリックス繊維芯部ポリマーを含む芯／鞘マトリックス繊維として形成されることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
11. 前記マトリックス繊維鞘部ポリマーは、前記バインダー繊維鞘部ポリマーと同じポリマー、コポリマーおよび／もしくはブレンドから選択され、かつ／または前記マトリックス繊維芯部ポリマーは、前記バインダー繊維芯部ポリマーと同じポリマー、コポリマーおよび／もしくはブレンドから選択されることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
12. ＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドならびにポリエチレンテレフタレートおよび／またはコポリエチレンテレフタレートの割合は、全部合わせて、それぞれの場合に基体の全質量を基準として、８０質量％超、好ましくは９０質量％超、より好ましくは９５質量％超、特に９７質量％超であることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
13. 前記ＰＥＮ、そのコポリマーおよび／またはブレンドの割合は、それぞれの場合に前記シート状構造物の全質量を基準として、５〜９５質量％、有利には５〜７５質量％、特に１０〜５０質量％であることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物。
14. 電気絶縁材料の製造、例えば、電動機、発電機または変圧器の電気絶縁、特に、コア中にフィルムを備えた（可撓性）ラミネートの製造のための、例えばスロットもしくはスライドカバー用の絶縁としての、導電性テープ用のキャリア材料としての、かつ／または相分離用の層セパレーターとしての、請求項１から１３までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物の使用。
15. 以下の方法工程：
    − 前記鞘部がＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドを有する芯／鞘バインダー繊維を提供する工程と、
    − 前記芯／鞘バインダー繊維を含む層を形成する工程と、
    − 前記層に、前記バインダー繊維鞘部ポリマーの低温結晶化温度よりも高い温度を適用することで、少なくとも１つの層より成り、前記少なくとも１つの層がＰＥＮ、それらのコポリマーおよび／またはブレンドをバインダー成分として有する基体を含むテキスタイルシート状構造物を得る工程と
    を含む、請求項１から１３までのいずれか１項記載のテキスタイルシート状構造物の製造方法。

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