JP2553054C - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は,半導体製造,病院等のクリーンルーム,防塵マスク,家庭用の室内
空気清浄器等に用いられる防塵用フィルタ用のエレクトレット化繊維およびその
製造方法に関し,特に,1μm 以下の塵埃粒子を高効率にて除去し得る防塵フィ
ルタに用いられるエレクトレット化繊維およびその製造方法に関する。
(従来の技術)
1μm 以下の塵埃粒子を高効率で除去する防塵用フィルタには,従来,繊維径
がサブミクロン単位の極めて細いガラス繊維を,例えば湿式製紙法によりシート
状にしたものが広く採用されている。このような防塵用フィルタは,ガラス繊維
の径がサブミクロン単位であることから,サブミクロン単位の塵埃も除去し得て
除塵効率が高い反面,通気抵抗が高く,また,シート状になっているため強度が
弱くて脆いという欠点を有している。さらに,ガラス繊維を 100%用いたフィル
タは,使用後の廃棄に際して減容が困難であるという欠点も有している。
このような欠点を有するガラス繊維を用いた防塵用フィルタに代わり,高い除
塵効率を維持しつつ,通気抵抗を低くするべく,高分子物質を用いた極細の繊維
を,持続性のある分極特性を示すようにエレクトレット化して,防塵用フィルタ
に用いることが提案されている。
例えば,特公昭56-47299号公報には,無極性の高分子物質をフィルム状に延伸
した後に,コロナ電荷装置にてエレクトレット化し,このエレクトレット化され
たフィルムを,スプリット法により細かく裂いて繊維状にする方法が開示されて
いる。このような方法により得られるエレクトレット化繊維を用いた防塵用フィ
ルタは,静電気力により高効率にて除塵することができ,しかも通気抵抗が低い
という長所を有している。しかし,スプリット法により繊維化するため,繊維径
を小さくすることには限界があり,得られる繊維の径が太くなる。このような繊
維を用いたフィルタは,フィルタの厚さが薄ければ,サブミクロン単位の塵埃を
除去することができず,また,塵埃保持量も低下する。除塵効率を高めるために
は,フィルタを厚くしなければならない。さらに,フィルムをエレクトレット化
した後にスプリット法により繊維化しているため,工程が多く,経済性を損ねて
いる。
特公昭59-124号公報には,溶融した高分子物質と,高速気体との複合流とによ
り,高分子物質を微細繊維化するメルトブロー法により得られた繊維を,溶融も
しくは半溶融状態でエレクトレット化し,エレクトレット化した繊維を不織布化
する方法が開示されている。この方法では,エレクトレット化された極細の繊維
が得られるが,溶融状態もしくは半溶融状態で,コロナ荷電によりエレクトレッ
ト化しているため,分極作用と共に電荷の中和作用も同時に起こり,得られる繊
維を高帯電レベルに維持することが困難である。
(発明が解決しようとする問題点)
本発明は上記従来の問題を解決するものであり,その目的は,安定した高帯電
レベルにエレクトレット化され,防塵用フィルタに用いて好適なエレクトレット
化繊維を提供することにある。
本発明の他の目的は,短時間に安定した高帯電レベルのエレクトレット化繊維
を製造し得る方法を提供することにある。
(問題点を解決するための手段)
本発明のエレクトレット化繊維は,防塵用フィルタに用いられるエレクトレッ
ト化繊維であり,ポリプロピレンに脂肪酸金属塩が配合された極細のメルトブロ
ー繊維状物が冷却固化された状態でエレクトレット化されてなり,そのことによ
り上記目的が達成される。
また,本発明のエレクトレット化繊維の製造方法は、防塵用フィルタに用いら
れるエレクトレット化繊維の製造方法であり,脂肪酸金属塩をポリプロピレンに
配合して,これをメルトブロー法により極細の繊維状物とする工程と,該極細の
繊維状物が冷却固化した後にエレクトレット化する工程とを包含してなり,その
ことにより上記目的が達成される。
電気絶縁性の高分子材料は,メルトブロー法にて極細の繊維状にするためには
,熱可塑性樹脂が用いられる。また,該高分子材料の電気絶縁性の程度は,体積
抵抗率で1012Ω・cm以上のものが好ましい。このような高分子材料としては,ポ
リプロピレン,ポリエチレン,ポリエチレンテレフタレート,ナイロン,ポリメ
チルメタクリレート等が好適である。
高分子材料に配合される脂肪酸金属塩は,エレクトレット化する際に,例えば
コロナ電極から放出されるイオン流から,繊維上に到達した電荷を効果的にトラ
ップするものと考えられる。このような脂肪酸金属塩としては,ラウリン酸,パ
ルミチン酸,ステアリン酸,オレイン酸等の脂肪酸と,アルミニウム,マグネシ
ウム,カルシウム,亜鉛等の金属との化合物が挙げられる。このような脂肪酸金
属塩を,金属基準で 100ppm 以上,好ましくは 300ppm 以上で2000ppm 以下の範
囲にて配合すればよい。
脂肪酸金属塩が配合された高分子材料は,メルトブロー法で極細の繊維状にし
,冷却固化した後にエレクトレット化される。高分子材料を極細の繊維状にする
方法としては,フラッシュ紡糸法,静電場紡糸法,遠心紡糸法等があるが,高分
子材料を極細の繊維状として高帯電レベルにエレクトレット化するためには,メ
ルトブロー法が最適である。メルトブロー法は,第1図に示すように,加熱部材
12にて加熱されたノズル11先端の周囲へ,エア供給管13より加熱エアを高速にて
噴出させておき,ノズル11先端から溶融高分子材料14を該加熱エア中へ吐出させ
る
ことにより,溶融高分子と加熱エアとの複合流を形成し,吐出される溶融高分子
材料14を極細の繊維状とする。
メルトブロー法により繊維状とされた溶融高分子材料14は,冷却固化された後
に,例えば第2図に示すようにコロナ電極15を用いて荷電することによりエレク
トレット化して,エレクトレット化繊維が得られる。メルトブロー法によれば,
溶融あるいは半溶融状態のように,未硬化状態で高分子材料が高速でノズルから
吐出されるため,このような高分子材料をコロナ荷電すれば,電荷の捕捉と共に
電荷の中和作用も並行して起こり,ある程度の帯電レベルとされるが,十分な帯
電レベルにならない。しかし,繊維状の高分子材料には脂肪酸金属塩が配合され
ているため,高速で通流する繊維状高分子材料は,コロナ荷電時間が数ミリ秒と
極めて短くても,脂肪酸金属塩が効果的に電荷を捕捉し得るため,高帯電レベル
とされる。しかも,高分子材料が完全に固化した後に,脂肪酸金属塩が高分子材
料の表面に到達した電荷を効果的に捕捉するため,確実に高帯電レベルとされる
。
このようにして得られるエレクトレット化繊維は,例えば,不織布とされて,
防塵用フィルタとして用いられる。
エレクトレット化の評価は,エレクトレット化された材料が例えばフィルム状
であれば,その表面電荷を,振動容量型電位計等を利用して直接測定し,その経
時変化を追跡することで,比較的容易に行えるが,エレクトレット化された繊維
を不織布とした場合には,不織布の表層においては,電界がほとんど形成されず
,表面電荷を測定できないために困難である。これは,不織布内にエレクトレッ
ト化繊維がランダムに配列されていることから,個々の繊維が形成する電界が,
不織布内にて相殺されるためである。このため,不織布のエレクトレット化の評
価は,該不織布を防塵フィルタとして用いて,その除塵効率を評価することによ
る,間接的方法により行われる。つまり,不織布が高帯電レベルにエレクトレッ
ト化されていれば,除塵効率が向上し,防塵フィルタとして長期にわたって使用
される。
(実施例)
以下に本発明の実施例について説明する。
実施例1
絶縁性高分子材料として,ポリプロピレンを用い,これに脂肪酸金属塩として
ステアリン酸マグネシウム〔(C17H35COO)2Mg〕を,マグネシウム基準で 500ppm
配合し,径が 200mmの横型押出機を用いて,直列に配列された径が 0.2mmのノズ
ルから押し出した。それぞれのノズルの両側に配設したスリットから 300℃の加
熱空気を噴出させて,メルトブロー法により極細の繊維を形成した。ノズル面か
ら,下流側 250mmの位置にコロナ電極を配設し,該コロナ電極に -30KVの電圧を
印加して,ノズルから吐出されて該コロナ電極に達するまでに冷却固化された繊
維状物をエレクトレット化した。該コロナ電極の下流にはサクションボックスが
配設されており,該サクションボックス上にて,エレクトレット化された繊維を
通気性シートに挟み取って,目付40g/m2,平均繊維径5μm のエレクトレッ
ト化繊維のウェブを得た。
このウェブにサブミクロン単位の食塩粒子を含む空気を,通気速度10cm/sec
で通流させ,0.5 〜 1.0μm の粒子について,入口濃度および出口濃度を光散乱
計数法で測定して除塵効率を求めた。この場合の除塵効率は95%であった。
実施例2
脂肪酸金属塩として配合されるステアリン酸マグネシウムが,マグネシウム基
準で1000ppm としたこと以外は,実施例1と同様である。この場合の除塵効率は
98%であった。
実施例3
絶縁性高分子材料として,ポリプロピレンを用い,これに脂肪酸金属塩として
,パルミチン酸アルミニウム〔(C15H31COO)3Al〕をアルミニウム基準で 500ppm
配合し,実施例1と同様の方法で目付40g/m2,平均繊維径5μm のエレクト
レット化繊維のウェブを作成し,実施例1と同様の方法で除塵効率を求めた。除
塵効率は96%であった。
実施例4
脂肪酸金属塩として配合されるパルミチン酸アルミニウムをアルミニウム基準
で1000ppm 配合したこと以外は,実施例3と同様である。除塵効率は98%であ
った。
比較例1
コロナ電極の配設位置をノズル面から30mmとして,ノズルから吐出される繊維
が完全に固化しない状態でコロナ荷電を行ったこと以外は実施例1と同じである
。除塵効率は80%であった。
比較例2
コロナ電極によるコロナ荷電を行わなかったこと以外は,実施例1と同じであ
る。除塵効率は44%であった。
比較例3
脂肪酸金属塩としてのステアリン酸マグネシウムを配合せず,絶縁性高分子材
料であるポリプロピレンのみを用いたこと以外は,実施例1と同様である。除塵
効率は75%であった。
比較例4
コロナ電極の配設位置をノズル面から30mmとして,ノズルから吐出される繊維
(ポリプロピレンのみ配合)が未固化の状態でコロナ荷電を行ったこと以外は,
比較例3と同様である。除塵効率は70%であった。
比較例5
コロナ電極によるコロナ荷電を行わなかったこと以外は,比較例3と同じであ
る。除塵効率は30%であった。
比較例6
絶縁性高分子材料としてポリプロピレンを用い,脂肪酸金属塩としてステアリ
ン酸マグネシウムをマグネシウム基準で 500ppm 配合したものを,メルトブロー
法ではなく,通常の溶融紡糸により未延伸糸とし, 3.5倍に延伸する過程で,-3
0KVでコロナ荷電を施して,平均繊維径20μm のエレクトレット化繊維を得た。
これを通気性シートに挟みとって,目付40g/m2のウェブとして,実施例1と
同様の方法にて除塵効率を求めた。除塵効率は53%であった。
比較例7
コロナ電極によるコロナ荷電を行わなかったこと以外は,実施例3と同様であ
る。除塵効率は46%であった。
実施例1〜4,および比較例1〜7を表1にまとめた。
本発明方法により得られるエレクトレット化繊維は,除塵効率が95%以上の防
塵フィルタとして機能し,しかも4ヶ月経過後も,除塵効率はほとんど低下しな
かった。
(発明の効果)
本発明のエレクトレット化繊維は,このように,絶縁性のポリプロピレンに脂
肪酸金属塩が配合され、かつ極細のメルトブロー繊維状物を冷却固化した状態で
エレクトレット化しているため,脂肪酸金属塩がポリプロピレンの表面に到達し
た電荷を効果的に補足するため、確実に高電荷レベルとされ、安定した高帯電レ
ベルにエレクトレット化された極細のエレクトレット化繊維が得られ、このエレ
クトレット化繊維を用いると高除塵効率の防塵用フィルタが容易に得られる。
また,本発明のエレクトレット化繊維の製造方法によれば,安定した高帯電レ
ベルにエレクトレット化された極細の繊維が得られるため,製造されたエレクト
レット化繊維は,防塵用フィルタに用いて好適である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial application field) The present invention relates to an electretized fiber for a dustproof filter used in semiconductor manufacturing, clean rooms for hospitals and the like, dustproof masks, domestic indoor air purifiers, and the like, and its use. More particularly, the present invention relates to an electretized fiber used for a dustproof filter capable of removing dust particles of 1 μm or less with high efficiency, and a method for producing the same. (Prior art) Conventionally, a dust filter that removes dust particles of 1 μm or less with high efficiency has been widely used, in which extremely thin glass fibers with a fiber diameter of submicron units are formed into a sheet by, for example, a wet papermaking method. Have been. Since the diameter of the glass fiber is in the submicron order, such a dustproof filter can remove dust in the submicron order and has a high dust removal efficiency, but has a high airflow resistance and a sheet shape. Therefore, it has the disadvantage that the strength is weak and brittle. Furthermore, filters using 100% glass fiber have the disadvantage that it is difficult to reduce the volume when disposing after use. Instead of a dust-proof filter using glass fiber having such a defect, ultra-fine fibers using a polymer substance are used to maintain a high polarization efficiency while maintaining high dust removal efficiency and low airflow resistance. It has been proposed to form an electret as shown and use it for a dustproof filter. For example, Japanese Patent Publication No. 56-47299 discloses that a nonpolar polymer substance is stretched into a film, then electretized by a corona charging device, and the electretized film is finely split by a split method to obtain a fibrous material. Is disclosed. The dustproof filter using the electretized fiber obtained by such a method has the advantages that dust can be removed with high efficiency by electrostatic force and the airflow resistance is low. However, since the fibers are formed by the split method, there is a limit in reducing the fiber diameter, and the diameter of the obtained fiber becomes large. A filter using such a fiber cannot remove dust in submicron units if the thickness of the filter is small, and also reduces the amount of retained dust. To increase the dust removal efficiency, the filter must be thick. Furthermore, since the film is electretized and then fiberized by the split method, the number of steps is large and the economic efficiency is impaired. Japanese Patent Publication No. 59-124 discloses that an electret in a molten or semi-molten state is obtained by melt-blowing a fiber obtained by a melt-blowing method in which a polymer substance is made into fine fibers by a composite flow of a molten polymer substance and a high-speed gas. Discloses a method of converting electretized fibers into nonwoven fabric. In this method, an electret ultrafine fiber can be obtained. However, in the molten or semi-molten state, the electret is formed by corona charging. It is difficult to maintain the charge level. (Problems to be Solved by the Invention) The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide an electretized fiber which is electretized to a stable high charge level and is suitable for use in a dustproof filter. To provide. Another object of the present invention is to provide a method capable of producing a stable electretized fiber having a high charge level in a short time. (Means for Solving the Problems) The electretized fiber of the present invention is an electretized fiber used for a dustproof filter, and is obtained by cooling and solidifying an ultrafine meltblown fibrous material in which a fatty acid metal salt is blended with polypropylene . The state is electretized, thereby achieving the above object. Further, the method for producing electretized fiber of the present invention is a method for producing electretized fiber used for a dust-proof filter, in which a fatty acid metal salt is blended with polypropylene , and this is formed into an extremely fine fibrous material by a melt blow method. And a step of cooling and solidifying the ultrafine fibrous material to form an electret, thereby achieving the above object. As the electrically insulating polymer material, a thermoplastic resin is used in order to form an extremely fine fiber by a melt blow method. Further, the degree of electric insulation of the polymer material is preferably 10 12 Ω · cm or more in volume resistivity. As such a polymer material, polypropylene, polyethylene, polyethylene terephthalate, nylon, polymethyl methacrylate and the like are preferable. It is considered that the fatty acid metal salt blended in the polymer material effectively traps the electric charge reaching the fiber from the ion stream emitted from the corona electrode, for example, when it is electretized. Examples of such fatty acid metal salts include compounds of fatty acids such as lauric acid, palmitic acid, stearic acid, and oleic acid, and metals such as aluminum, magnesium, calcium, and zinc. Such a fatty acid metal salt may be blended in a range of 100 ppm or more, preferably 300 ppm or more and 2000 ppm or less on a metal basis. The polymer material containing the fatty acid metal salt is formed into an ultrafine fiber by a melt blow method, cooled, solidified, and then electretized. There are flash spinning, electrostatic spinning, centrifugal spinning, etc. as a method for making polymer materials into ultrafine fibrous materials. However, in order to make polymer materials into ultrafine fibrous materials and to electretize them to a high charge level, , Melt blow method is most suitable. As shown in Fig. 1, the melt blow method
Heated air is spouted from the air supply pipe 13 at high speed around the tip of the nozzle 11 heated by the nozzle 12, and the molten polymer material 14 is discharged from the tip of the nozzle 11 into the heated air. A composite flow of the polymer and the heated air is formed, and the discharged molten polymer material 14 is formed into a fine fiber. The molten polymer material 14 formed into a fibrous form by the melt blow method is cooled and solidified, and then electretized by, for example, charging using a corona electrode 15 as shown in FIG. 2 to obtain electretized fibers. According to the melt blow method,
Since the polymer material is discharged from the nozzle at high speed in an uncured state, such as in a molten or semi-molten state, if such a polymer material is corona-charged, the charge is captured and the charge neutralizing action is performed in parallel. Occurs, and the charging level is at a certain level, but the charging level is not sufficient. However, since the fatty acid metal salt is blended in the fibrous polymer material, the fatty acid metal salt is effective for the fibrous polymer material flowing at high speed even if the corona charging time is as short as several milliseconds. Since the electric charge can be trapped in a specific manner, the charge level is set to a high level. In addition, after the polymer material is completely solidified, the fatty acid metal salt effectively captures the charge that has reached the surface of the polymer material, so that a high charge level is ensured. The electretized fiber thus obtained is, for example, a nonwoven fabric,
Used as a dustproof filter. Electretization can be evaluated relatively easily by directly measuring the surface charge of an electretized material, for example, in the form of a film using a vibrating capacitance electrometer, and tracking the change over time. However, when the electretized fiber is made into a nonwoven fabric, an electric field is hardly formed on the surface layer of the nonwoven fabric, and the surface charge cannot be measured. Because the electretized fibers are randomly arranged in the nonwoven fabric, the electric field formed by each fiber is
This is because they are offset in the nonwoven fabric. For this reason, the evaluation of the electretization of the nonwoven fabric is performed by an indirect method by using the nonwoven fabric as a dustproof filter and evaluating the dust removal efficiency. That is, if the nonwoven fabric is electretized to a high charge level, the dust removal efficiency is improved and the nonwoven fabric is used as a dustproof filter for a long time. (Example) An example of the present invention will be described below. Example 1 Polypropylene was used as an insulating polymer material, and magnesium stearate [(C 17 H 35 COO) 2 Mg] was used as a fatty acid metal salt, and 500 ppm based on magnesium.
They were compounded and extruded from 0.2 mm diameter nozzles arranged in series using a 200 mm diameter horizontal extruder. Hot air at 300 ° C was blown out from slits provided on both sides of each nozzle, and ultrafine fibers were formed by melt blow method. A corona electrode is placed 250 mm downstream from the nozzle surface, a voltage of -30 KV is applied to the corona electrode, and the fibrous material discharged from the nozzle and solidified by cooling until reaching the corona electrode is discharged. Electretized. A suction box is provided downstream of the corona electrode, and the electretized fibers are sandwiched between air-permeable sheets on the suction box to form an electret having a basis weight of 40 g / m 2 and an average fiber diameter of 5 μm. A web of fibers was obtained. Air containing submicron units of salt particles is passed through this web at a ventilation speed of 10 cm / sec.
The particle concentration of 0.5 to 1.0 μm was measured by the light scattering counting method for the inlet and outlet concentrations to determine the dust removal efficiency. The dust removal efficiency in this case was 95%. Example 2 Example 2 is the same as Example 1 except that the magnesium stearate used as the fatty acid metal salt was 1000 ppm based on magnesium. The dust removal efficiency in this case is
98%. Example 3 Polypropylene was used as an insulating polymer material, and aluminum palmitate [(C 15 H 31 COO) 3 Al] was used as a fatty acid metal salt in an amount of 500 ppm based on aluminum.
The mixture was blended, and a web of electretized fibers having a basis weight of 40 g / m 2 and an average fiber diameter of 5 μm was prepared in the same manner as in Example 1, and the dust removal efficiency was determined in the same manner as in Example 1. The dust removal efficiency was 96%. Example 4 Example 4 is the same as Example 3 except that aluminum palmitate compounded as a fatty acid metal salt was compounded at 1000 ppm based on aluminum. The dust removal efficiency was 98%. Comparative Example 1 The same as Example 1 except that the corona electrode was disposed at a position 30 mm from the nozzle surface, and corona charging was performed in a state where the fibers discharged from the nozzle were not completely solidified. The dust removal efficiency was 80%. Comparative Example 2 The same as Example 1 except that corona charging by the corona electrode was not performed. The dust removal efficiency was 44%. Comparative Example 3 Example 1 was the same as Example 1 except that magnesium stearate as a fatty acid metal salt was not used, and only polypropylene which was an insulating polymer material was used. The dust removal efficiency was 75%. Comparative Example 4 Except that the corona electrode was arranged at a position of 30 mm from the nozzle surface and the corona charging was performed in a state where the fibers (compounded only with polypropylene) discharged from the nozzle were not solidified.
This is the same as Comparative Example 3. The dust removal efficiency was 70%. Comparative Example 5 The same as Comparative Example 3 except that corona charging by the corona electrode was not performed. The dust removal efficiency was 30%. Comparative Example 6 Polypropylene was used as the insulating polymer material, and magnesium stearate was blended as a fatty acid metal salt in an amount of 500 ppm on a magnesium basis. In the process, -3
Electret fibers with an average fiber diameter of 20 μm were obtained by corona charging at 0 KV.
This was sandwiched between air-permeable sheets, and a web having a basis weight of 40 g / m 2 was used to determine dust removal efficiency in the same manner as in Example 1. The dust removal efficiency was 53%. Comparative Example 7 Same as Example 3 except that corona charging by the corona electrode was not performed. The dust removal efficiency was 46%. Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7 are summarized in Table 1. The electretized fiber obtained by the method of the present invention functions as a dustproof filter having a dust removal efficiency of 95% or more, and the dust removal efficiency hardly decreased even after 4 months. (Effect of the Invention) Since the electretized fiber of the present invention is formed by mixing a fatty acid metal salt with insulating polypropylene and cooling and solidifying a very fine melt-blown fibrous material, the electretized fiber of the present invention has the following characteristics. In order to effectively supplement the charge that the salt has reached the surface of the polypropylene , it is ensured that the charge level is high, and a very fine electretized fiber electretized to a stable high charge level is obtained, and this electretized fiber is used. And a dustproof filter with high dust removal efficiency can be easily obtained. In addition, according to the method for producing electretized fiber of the present invention, an ultrafine fiber electretized to a stable high charge level can be obtained, and thus the produced electretized fiber is suitable for use in a dustproof filter. .
【図面の簡単な説明】
第1図はメルトブロー法の原理説明図,第2図はコロナ荷電によるエレクトレ
ット化の模式図である。
11…ノズル,14…高分子材料,15…コロナ電極。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view for explaining the principle of the melt blow method, and FIG. 2 is a schematic view of electretization by corona charging. 11 ... Nozzle, 14 ... Polymer material, 15 ... Corona electrode.
Claims (1)
却固化された状態でエレクトレット化されてなるエレクトレット化繊維。 2.防塵用フィルタに用いられるエレクトレット化繊維の製造方法であり, 脂肪酸金属塩をポリプロピレンに配合して,これをメルトブロー法により極細
の繊維状物とする工程と, 該極細の繊維状物が冷却固化した後にエレクトレット化する工程と, を包含するエレクトレット化繊維の製造方法。[Claims] 1. An electretized fiber used for a dustproof filter, which is an electretized fiber formed by cooling and solidifying an ultrafine meltblown fibrous material obtained by mixing a fatty acid metal salt with polypropylene . 2. This is a method for producing electretized fibers used for a dustproof filter. A process in which a fatty acid metal salt is blended with polypropylene to produce a fine fibrous material by a melt blow method, and the fine fibrous material is cooled and solidified. A process for producing electret fibers, which comprises:
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