JP2559872B2 - 耐熱性不織布 - Google Patents

耐熱性不織布

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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、ポリフェニレンサルファイド(以下「PP
S」と言う)からなる繊維を融着成分とし、厚み方向に
密度が連続的に変化してなる耐熱性不織布に関する。
本発明の不織布は、耐熱性フィルターの用途に利用す
ることができる。
[従来技術] 耐熱性不織布としては、全芳香族ポリアミド短繊維と
全芳香族ポリアミド系パルプとを水中に分散させた後、
抄造した湿式不織布が一般に知られており、また未延伸
の全芳香族ポリアミド繊維を融着成分として熱圧着する
耐熱性不織布も知られている(特公昭59−1818号公
報)。
また、PPSに関しては特公昭58−31112号公報に繊維化
が示されており、耐熱性フェルトや、スパンボンド不織
布、あるいは未延伸ポリフェニレンサルファイド繊維を
融着成分として低温(183〜257℃)かつ高線圧(30〜27
0kg/cm)でプレスする方法等が特開昭57−16954号公
報,特開昭61−289162号公報等に示されている。
一方、不織布に密度勾配を付与する方法としては密度
の異なる不織布を積層する方法,熱可塑性繊維を混合集
積した不織布を適当な温度差のある上下2本のロール間
に通す方法,単糸繊度が1.2倍以上異なり細デニール糸
の一部は熱溶融性繊維からなり細デニール糸のみをニー
ドリングしたのち熱処理する方法などが提案されてい
る。
しかしながら湿式不織布や、熱圧着不織布では不織布
の密度が高く、フィルターに用いたとき塵埃の表面捕集
が著しく、通気における圧力損失が著しく大きくなり好
ましくない。又耐熱性織維のフェルトにおいても密度が
高く、同様に圧力損失が大きくなる傾向にあり、ニード
ルパンチにより機械的に交絡したフェルトでは熱融着結
合点がないため、形態保持性が充分ではない。
またスパンボンド法による不織布の繊維間結合は短繊
維によるニードリングフェルトと同様に機械的結合であ
るため不織布の形態保持性は、やはり充分ではなく、捲
縮のない繊維で構成されているために低密度の不織布が
得られず熱圧着された不織布と同様に圧力損失が著し
い。
一方、密度の異なる不織布を積層する方法では2工程
を組合せる必要がありコスト増をさけられない。しかも
接合部の集中的な目づまりが発生するため圧力損失が著
しくなる。またこれらの不織布は厚み方向に連続的な密
度勾配をもたないためそれぞれの層で分別濾過の傾向が
出やすく好ましくない。また、2本の温度差ロールを通
す方法では、高温ロール面に接する側のごく表面層のみ
が極端に高密度化するので、高密度化部分での塵埃の集
中的な目詰まりが起こりやすい。
また単糸繊度の低い繊維のみニードルパンチする方法
ではニードリングによって厚み方向に連続的に密度を変
化させることは困難である。適当な繊維量の押込みと交
絡とを達成するにはニードリング密度を高めにする必要
があり低密度の不織布での密度勾配に得られにくい。
そこで本発明者らは、耐熱性繊維とPPS繊維とで構成
され、高温耐熱性,難燃性に優れ、短い工程で製造可能
であって、しかも低密度で、厚み方向に連続的な密度変
化をもつ耐熱性不織布を得るべく検討した結果、本発明
に到達したものである。
[発明の構成] すなわち本発明は 「(1) 耐熱性繊維とポリフェニレンサルファイド繊
維とからなる不織布において、ポリフェニレンサルファ
イド繊維の混率が5〜50重量%であり、ポリフェニレン
サルファイド繊維溶融塊が繊維間を熱接合しており、不
織布密度が0.005〜0.05g/cm3であってかつ下記範囲内の
密度勾配を有していることを特徴とする耐熱性不織布。
0.014N2−0.183N+1.169>WN/W1> 0.045N2−0.490N+1.445 W1:不織布の面と並行に5等分割したときの最下層の重
量 WN:不織布の面と並行に5等分割したときの最下層より
N番目の層の重量 N :不織布の面と並行に5等分割したときの最下層から
の順番 (2) 耐熱性繊維が全芳香族ポリアミド繊維である請
求項(1)に記載の耐熱性不織布。
(3) 耐熱性繊維の繊維径がポリフェニレンサルファ
イド繊維の繊維径より大きい請求項(1)または(2)
に記載の耐熱性不織布。
(4) 請求項(1)〜(3)のいずれかに記載の耐熱
性不織布からなるエアフィルター。」 である。
本発明に利用される耐熱性繊維としては、耐熱性のあ
る樹脂から得られた繊維であればいかなるものでもよ
い、例えば全芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテル
ケトン、全芳香族ポリエステル、フェノール系等の繊維
及びガラスやセラミックス、金属などの繊維などが考え
られる。しかし、コストや量産化を考えた場合、全芳香
族ポリアミド繊維を利用することが最適である。ここで
いう全芳香族ポリアミド繊維とは、ポリ−m−フェニレ
ンイソフタルアミド繊維及びその変成品、ポリ−p−フ
ェニレンテレフタルアミド繊維及びその変成品などであ
る。特にポリ−m−フェニレンイソフタルアミド繊維が
好ましい。
次に、本発明に利用されるPPS繊維の素材であるポリ
−p−フェニレンサルファイド樹脂は、ASTMの−1238
(E)の方法で測定したMelt Flow Ratio(MFR)が280g
/10分以下のものが好ましい。280g/10分を越えると溶融
紡糸の糸切れが多発し繊維形成が困難となる。また、熱
圧着により充分に強固な結合点を作り不織布の強度及び
形態を保持するためには高温でのPPSの粘度が低く耐熱
性繊維に良くぬれることが必要であり、そのためにはMF
Rが70g/10分以上であることが好ましい。70g/10分未満
になるとぬれが悪く不織布の強度が低く形態の保持が悪
くなる。より好ましくはMFRは150〜250g/10分である。
PPS繊維は、未延伸糸,延伸糸のいずれでもよいが熱
特性からみて250℃での収縮率(以下S250という)が15
%以下、切断強度が4.5g/d以上のものが不織布の厚み方
向に連続的な密度勾配を得るうえで好ましい。切断強度
が4.5g/de未満では接着強度が低く、またカーディング
の際、カード通過性が低く生産性が低下する。
S250が15%を越えると繊維間結合が発生する前に急激
に収縮するために、不織布の厚み方向に連続的な密度勾
配を得ることが難しく、また接着点の数が不足するため
不織布の強力が不充分となる。
またPPS繊維を融着させる熱処理温度はPPSの融点より
ある程度高い温度で適当な収縮を起こしながら溶融する
温度であることが必要でPPSの融点+15℃〜+60℃の範
囲が好ましく、更に好ましくはPPSの融点+20℃〜+40
℃である。熱処理後のPPS繊維のほとんどは繊維形状を
とどめないで塊状で耐熱性繊維に固着している。
耐熱性繊維の繊維径はPPS繊維の繊維径より大きいこ
とが好ましい。小さい場合にはPPS繊維の収縮・溶融と
耐熱性繊維の熱処理における高温での柔軟化のバランス
がくずれ、厚み方向の連続した密度勾配が得られにく
い。
一方このようにして得られる不織布の密度は繊維の捲
縮度,単糸繊度,熱処理前の予備加圧,ニードルパンチ
ング等により調整できるが、耐熱性不織布の密度は0.00
5〜0.05g/cm2の範囲が好ましい。密度が0.005g/cm2未満
では連続した好ましい密度勾配が得られにくい。また、
0.05g/cm2を越えると形態保持性も低く、不織布の目開
きも大きすぎ耐熱性フィルターとして用いた場合、塵埃
捕集効率は著しく低い。
また不織布密度が0.05よりも高くなると繊維密度が高
すぎるためPPS繊維の収縮溶融や耐熱性繊維の高温での
柔軟化によるバランスが悪化するため、連続的な好まし
い密度勾配が得られにくい。またこのような高密度では
通気における空気の抵抗が高くなりすぎるとともに塵埃
捕集による圧損の上昇が著しくなり好ましくない。
これらによって得られる好ましい連続的な厚み方向で
の密度勾配は 0.014N2−0.183N+1.169>WN/W1> 0.045N2−0.490N+1.445 W1:不織布の面と並行に5等分割したときの最下層の重
量 WN:不織布の面と並行に5等分割したときの最下層より
N番目の層の重量 N :不織布の面と並行に5等分割したときの最下層から
の順番 の範囲内である。上記範囲を第1図に示す。横軸はスラ
イスした数(N)であり、縦軸は第1層と各層との重量
比である。この厚み方向の連続的な密度勾配がこの範囲
からはずれると耐熱性フィルターとして用いた場合、層
内全体で均一に塵埃を捕集することが難しくなり、厚み
方向で一部に集中的な塵埃捕集が起こり圧力損失の上昇
が著しくなる。
不織布の製造方法は通常のカーディング法やエアレイ
法などを用いてウェップ化することができる。取扱性向
上の目的で軽いプレスやニードルパンチを施してもよ
い。熱処理はネットコンベア式の乾燥機や、オーブンな
どにより行うことが出来る。またこのようにして得られ
た不織布は他の不織布と積層しても効果があり有用であ
り、本発明の不織布を多層化して用いてもよい。
[発明の効果] 本発明の耐熱性不織布は、耐熱性エアフィルターとし
て用いた場合、圧力損失に対する塵埃の捕集効率に優れ
塵埃捕集による圧力損失の上昇も小さく、かつ耐熱性に
すぐれ、強度も高く高温で物性の変化も小さく耐炎性に
も優れ、しかも製造に対する制約が少なく容易に製造す
ることができるので広範囲の利用が可能である。
[実施例] 次に実施例により本発明を具体的に説明する。
なお実施例における評価は下記の方法に従った。
<密度勾配> 不織布の厚みを0.5g/cm2の荷重にて測定し不織布の厚
みとする。パラフィンにて不織布がその厚みになるよう
に固め、タテ1cmヨコ1cmの試料を20ケ作成する。そして
試料の厚み方向へ不織布平面に平行に密度の高い方より
鋭利な刃物で5等分にスライスし、n−ヘキサンにてパ
ラフィンを溶かして除去しスライスされた不織布の重量
を計測する。
<フィルター性能> フィルター性能はJIS Z−8901のダスト15種を100mg
/m3のダスト濃度になるよう発塵分散させた塵埃を含ん
だ空気を1m/secの風速で試料不織布を通して濾過させ、
濾過された空気を更にダスト15種の塵埃の1m/secでの捕
集効率が99.5%以上である高密度フェルトで濾過して未
濾過の塵埃を捕集した。
ここで試料不織布前後の静圧差を△P(mmH2O)と
し、フィルター性能実験は差圧が△Pの2倍になるまで
継続した。サンプルに捕集された塵埃量をω(g)と
し、高密度フェルトによって捕集された塵埃量ω
(g)として 捕集効率(η)= ω1/(ω+ω)×100(%) フィルター寿命の尺度となる塵埃保持容量(DHC)は DHC=ω(g)/フィルターの面積(m2) で算出した。
実施例1 耐熱性繊維として単糸繊度13デニール,繊維長76mmの
全芳香族ポリアミド繊維(帝人(株)製,商品名コーネ
ックス)80%とASTMの1238(E)の方法で測定したMF
Rが100のPPS繊維(単糸繊度2デニール,繊維長76mm,S
250 12%,破断強度5.7g/d)20%とを開繊機にて混綿
し、ローラカードにてウェッブ化しクロスレイヤーにて
ウェッブを積層し目付110g/m2のウェッブを得た。
このウェッブをコンベア式の乾熱風乾燥機にて温度31
0℃,供給速度1m/sec,加熱時間5分間で熱処理を行い、
目付120g/m2,厚さ15.5mm,密度0.022g/cm3の不織布を得
た。
また不織布を厚み方向に5等分にスライスした試料の
重量比を第1図に示す。その不織布のフィルター性能を
表1に示す。
この不織布の濾過性能は圧力損失が3.1mmH2Oであった
が塵埃の捕集効率は68%と高く塵埃保持容量も280g/m2
と非常に高くフィルター寿命も長く有用であった。UL−
478法による難燃性評価結果は94V−0が合格し、難燃性
は高レベルにあった。また180℃の熱風で2ヶ月間暴露
したが変化はほとんどなく耐熱性は高かった。
比較例1 実施例1の繊維構成でウェッブを作成し弱いニードル
パンチを付与した後プレスをしながら290℃で加熱し目
付119g/m2,厚み5.4mm,密度0.022g/cm3の不織布を得た。
得られた不織布の断面はほぼ均一で密度勾配はほとんど
なかった。
この不織布の濾過性能は、圧力損失が3.0mmH2Oと実施
例1とほぼ同様のレベルにあるにもかかわらず、捕集効
率は59%と低く、保持容量は180g/m2と著しく低くフイ
ルター寿命の短いものであった。
実施例2 耐熱性繊維として単糸繊度6デニール,繊維長76mmの
ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維を60%PPS繊
維を40%とした以外は実施例1と同様に実施して不織布
を試作した。
この不織布の目付は100g/m2厚みは5.2mm密度0.019g/c
m3であり、密度勾配は(1)式の範囲内にあり濾過性能
は圧力損失が4.0mmH2Oで捕集効率は66%と高く保持容量
も180g/m2と高かった。
比較例2 単糸繊度6デニール,繊維長76mmのポリエチレンテレ
フタレート繊維のみをウェッブ化し、弱いニードルパン
チを施し80g/m2のウェッブシートを得た。このウェッブ
に乾燥後100g/m2になるように両面よりアクリル配エス
テル樹脂溶液をスプレーし乾燥した。得られた不織布は
厚み5.1mm,密度0.020g/cm3で両面に樹脂が多く中央部の
結合が弱い不均一な不織布であった。
この不織布の濾過性能は圧力損失が4.1mmH2Oで捕集効
率は64%であったが保持容量は100g/m2と著しく低かっ
た。
UL−478法でテストしたところ、非常に燃えやすく94U
−2に不合格であり難燃レベルは低いものであった。
また180℃の熱風に2ケ月間暴露したところ形態がく
ずれはじめ強度も低下した。
実施例3 耐熱性繊維として実施例1と同様に耐熱性繊維の単糸
繊度を3デニールとし、PPS繊維の単糸繊度を1.5デニー
ルとした以外は実施例1と同様に実施してウェッブと
し、ニードルパンチで交絡させ310℃で熱処理を行っ
た。
得られた不織布は実施例1と同様にPPS繊維が繊維形
状をとどめない形で固着され、密度勾配は(1)式を満
たす範囲内にあり、この場合は塵埃の捕集効果も保持容
量も高い値を示した。
比較例3〜8 比較例3としてPPS繊維の混率を55%とし、ポリ−m
−フェニレンイソフタルアミド繊維の混率を45%として
実施した。得られた不織布は厚み方向の密度勾配が小さ
く塵埃保持容量も小さく空隙が大きすぎ塵埃捕集効率も
低いものであった。
一方比較例4としてPPS繊維の混率を2%として実施
した。得られた不織布はPPS繊維の溶融固着が充分でな
く密度勾配がほとんどなくフィルターとしての形態保持
性の低いものであり実用上不充分なものであった。
また比較例5としてプレスを行いながら加熱成型した
不織布は密度勾配がほとんどなく、PPS繊維の溶融によ
る目詰まりのため通気抵抗が高く塵埃保持容量も小さく
フィルター寿命の短いものであった。
一方比較例6では出来るだけウェッブを嵩高にし熱風
を弱く当て嵩高成型したがこの場合は圧力損失は著しく
低いが密度勾配は(1)式の範囲外にあり、この場合は
空隙が大きすぎるために塵埃捕集効率が著しく低く、フ
ィルターとしては不充分なものであった。比較例7は処
理温度を高くした場合であるが厚み方向に連続した密度
勾配は形成されたが、勾配が急で塵埃保持容量が小さか
った。
一方PPS繊維の単糸繊度を耐熱性繊維より太くした場
合には、密度勾配は(1)式の範囲外にあり、この場
合、塵埃保持容量は小さいものであった。
【図面の簡単な説明】
第1図はスライスした数(N)と第1層に対する各層の
重量比との関係(密度勾配範囲)を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−68408(JP,A) 特開 昭52−40676(JP,A) 特開 昭50−31476(JP,A) 特開 昭52−38680(JP,A) 特開 平3−137260(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】耐熱性繊維とポリフェニレンサルファイド
    繊維とからなる不織布において、ポリフェニレンサルフ
    ァイド繊維の混率が5〜50重量%であり、ポリフェニレ
    ンサルファイド繊維溶融塊が繊維間を熱接合しており、
    不織布密度が0.005〜0.05g/cm3であってかつ下記範囲内
    の密度勾配を有していることを特徴とする耐熱性不織
    布。 0.014N2−0.183N+1.169>WN/W1> 0.045N2−0.490N+1.445 W1:不織布の面と並行に5等分割したときの最下層の重
    量 WN:不織布の面と並行に5等分割したときの最下層より
    N番目の層の重量 N :不織布の面と並行に5等分割したときの最下層から
    の順番
  2. 【請求項2】耐熱性繊維が全芳香族ポリアミド繊維であ
    る請求項(1)に記載の耐熱性不織布。
  3. 【請求項3】耐熱性繊維の繊維径がポリフェニレンサル
    ファイド繊維の繊維径より大きい請求項(1)または
    (2)に記載の耐熱性不織布。
  4. 【請求項4】請求項(1)〜(3)のいずれかに記載の
    耐熱性不織布からなるエアフィルター。
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