JP2881604B2 - 耐熱性高密度フェルト - Google Patents

耐熱性高密度フェルト

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JP2881604B2 JP19370389A JP19370389A JP2881604B2 JP 2881604 B2 JP2881604 B2 JP 2881604B2 JP 19370389 A JP19370389 A JP 19370389A JP 19370389 A JP19370389 A JP 19370389A JP 2881604 B2 JP2881604 B2 JP 2881604B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電気絶縁材料、フィルター用濾布、
建造物、航空機、車両等の内装用材料、摩擦材、パッ
キング材などに使用して好適な耐熱性高密度フェルトに
関するものである。
〔従来の技術〕
従来の耐熱性高密度フェルト(シート)としては、
耐熱性繊維と耐熱性の高い熱可塑性繊維を混合したウェ
ッブに熱圧を加えて繊維間を融着させたもの(例えば、
特公昭59−1818号、特公昭61−289162号)、フェルト
に耐熱性樹脂を含浸させたもの、全芳香族ポリアミド
溶液からポリアミドを沈澱させて得たパルプ状粒子と全
芳香族ポリアミド繊維とを混抄したものがあった。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、のものは圧盤又はロール等に溶融繊
維が付着するので、テフロンコーテングやテフロンシー
トを使用しているが、テフロンは高価であり、しかも高
圧高温下では少しの異物により破損したり、傷ついたり
するため生産コストが高くなる上に高度の技術を要し
た。のものは樹脂の含浸、脱液、熟成、乾燥等の工程
を経るため生産性及び経済性に問題があった。また、耐
熱性繊維のグレードに見合う耐熱性樹脂は高価であるこ
と、高温かつ長時間の熱処理を必要すること、溶剤には
毒性のあるものが多く、作業環境が悪い等の問題があっ
た。のものは製造工程が繁雑であるために生産コスト
が高くなる上に高度の技術を要した。
この発明は上記従来品の種々の問題を解消するための
もので、高価な設備を使用せず、安価に生産でき、しか
も耐熱性、耐炎性、保形性に優れた特性を有する耐熱性
高密度フェルトを提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、この発明は全部又は主要繊
維が異形断面の芳香族ポリイミド繊維からなるウェッブ
を積層し、ニードルパンチングにより絡合し、熱と圧を
加えて高密度化処理したことを特徴とする。ここに高密
度化処理とはフェルト密度を0.6g/cm3以上とする意味で
ある。異形断面の芳香族ポリイミド繊維を主要繊維とす
るウェッブに混合する他の耐熱性繊維の混合率は50%以
下である。また、求める製品に応じて積層ウェッブの少
なくとも一層を他の耐熱性繊維からなるウェッブ又は基
布に置き換えることもある。
〔実施例〕
以下、この発明を添付図面に基づいて詳細に説明す
る。
第1図(a)〜(c)はウェッブの積層態様を略示的
に示す断面図であり、このうち、(a)は各層のウェッ
ブ1a〜1dが、構成繊維の全部を異形断面の芳香族ポリイ
ミド繊維(以下「本繊維」という場合もある)としたも
の(無地)、(b)は各層のウェッブ1a〜1dが、主要繊
維を本繊維とし、これに50%以下の他の耐熱性繊維を混
合したもの(丸点模様)、(c)は最上層のウェッブ1a
を本繊維又はこれに他の耐熱性繊維を混合したもの(無
地)とし、第2層目のウェッブ1b及び最下層のウェッブ
1dを本繊維以外の耐熱性繊維(点々模様)とし、第3層
目のウェッブ1cを本繊維以外の耐熱性繊維製の織布又は
編布からなる基布(ハッチィングで示す)としたもので
ある。
異形断面の芳香族ポリイミド繊維(本繊維)として
は、例えば「レンチングP−84」(商品名=オーストリ
ア・レンチング社)として市販されている繊維が使用さ
れる。この繊維はベンゾフェノンテトラカルボン酸=無
水物(BTDA)、トルイレンジイソシアネート(TDI)及
びメチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)の3者
混合物との縮重合物を主成分として紡糸されたものであ
り、特性として、ガラス転移点(315℃)以上の温度の
熱雰囲気条件下で高収縮、硬化することは知られてい
る。しかし、ガラス転移点以下の温度(下限ある)でも
圧力を加えることによって、面積収縮無しに高密度化す
る特性については本発明者らの長年に亘る研究によって
見出したものである。
第2図は異形断面の芳香族ポリイミド繊維の熱圧によ
る高密度化の特性を示すグラフである。このグラフは
異形断面の芳香族ポリイミド繊維、ポリメタフェニレ
ンイソフタールアミド(コーネックス)、ポリパラフ
ェニレンイソフタールアミド(ケブラー)、ポリベン
ゾイミダゾール(PBI)からなるウェッブを積層し、ニ
ードルパンチングして得た、目付:約650g/m2のフェル
ト体をそれぞれ用意し、熱盤プレス(温度270℃で5分
間)により、圧力を10Kg/cm2,20Kg/cm2,40Kg/cm2,60Kg/
cm2と順次変えて、その密度の変化を調査したものであ
る。
このグラフより本繊維〔○−○〕以外、の繊維〔●
−●〕、の繊維〔□−□〕及びの繊維〔△−△〕は
何れも高密度化せず、の繊維の場合で0.5g/cm3までで
ある。
前記積層したウェッブ1a〜1dはニードルマシン(図示
せず)でニードルパンチングすると、パンチング方向を
指向する無数の繊維により予備絡合し、一次フェルト体
となる。この一次フェルト体を熱盤プレス、熱ロール等
の加熱・加圧手段(図示せず)により熱と圧を加えると
高密度化して本願フェルトを完成する。
次に、本繊維3d×60mmからなるウェッブを積層し、ニ
ードルパンチングして目付650g/m2、密度0.069g/cm3
一次フェルト体を得、平盤熱プレスで高密度化するため
の条件を、温度、圧力及び時間と、フェルト密度との関
係について第3図(a)〜(c)を参照して検討する。
温度は250℃以下ではしっかりした平滑な高密度フェル
トが得られず、逆に315℃以上になると収縮が発生し、
安定したフェルトが得られない(同図(a)参照)。ま
た、圧力は10Kg/cm2以上であればセットされたフェルト
が得られる(同図(b)参照)。しかし、あまり圧力が
高いと塑性変形が起こりフェルトとしての強度が弱くな
るので、90Kg/cm2までが好ましい。加熱時間はフェルト
の目付によって決まってくるが1分〜20分が好ましい
(同図(c)参照)。
上記の温度、圧力、時間の条件は目的とする製品の要
求によって決まる。例えば、温度を高くすれば、圧力は
低く、時間は短時間で済むようになるものである。な
お、平盤熱プレスで説明したが熱ロールプレスでも可能
である。
前述の如く得られた本願フェルトは密度が0.6g/cm3
上になる。従って、構造的には異形断面が偏平化し、繊
維が交絡した状態でセットされ、毛羽立ちのない平滑な
高密度フェルトとなる。又繊維が溶融しないのでフェル
ト内に適度な空隙があり、柔軟性と通気性を備えてい
る。この本願フェルトの表面と断面の状態は第4図及び
第5図の電子顕微鏡による100倍写真で示している。
前記各層のウェッブ1a〜1dの作成については通常のカ
ーディング法やエアレイ法などそれ自体公知である方法
が適用できる。この場合、繊維の均一な混合と充分な開
繊及びクロスレイヤによる積層を実施することが、安定
した製品を得る上で重要となる。また、一次フェルト体
はウェッブを積層しバーブ付針を用いたニードルパンチ
ング法により見掛け密度が0.05〜0.3g/cm3程度となるよ
うに予備絡合してなるが、前述の如く、本繊維を主要繊
維とし、これに無機繊維を混合した場合には見掛け密度
0.05〜0.15g/cm3にするようにニードルパンチング時の
負荷をコントロールすることが好ましい。
なお、この程度の見掛け密度であっても必要な熱処理
を施すことにより充分に実用強度及び保型性を有するよ
うになることは勿論である。
前記高密度化処理温度はウェッブが第1図(a)〜
(c)に示す何れの態様でもガラス転移点以下、具体的
には250℃以上、315℃以下で決定される。
異形断面の芳香族ポリイミド繊維に混合する他の耐熱
性繊維としては、目的に応じて選択されるが、熱処理条
件の実施温度においては少なくとも融解又は分解を起こ
さず、また、ニードルパンチングの際の繊維の実用強度
3g/dを満すものであることが好ましい。このような条件
を満すものとしてその代表例を列挙すると、有機繊維で
はポリパラフェニレンテレフタラミド、ポリパラフェニ
レン・ジフェニルエーテル・テレフタラミド、ポリメタ
フェニレンイソフタラミド等の全芳香族ポリアミド繊
維、芳香族ポリアミドイミド繊維、例えば、前記BTDAと
パラフェニレンジアミン及びメタフェニレンジアミン混
合物を縮重合してなるコーポリイミド繊維及びポリベン
ズイミダゾール繊維等(前記熱処理条件下で熱収縮する
ものも含まれる)がある。無機繊維では炭素繊維、ガラ
ス繊維、アルミナーシリカ系等のセラミック系繊維、ス
テンレス繊維及びロックウール等がある。
ウェッブ作成段階において平滑性を付加する材料、例
えば、シリコン油剤等を用いることはこの発明を本質的
に阻害することにならない。
また、本繊維に混合する他の耐熱性繊維の混合率を50
%以下としたのは、これ以上にすると熱処理時の繊維間
絡合密度が不足し、充分な強度及び保型性のあるフェル
ト体を得ることが困難となる。特に、無機繊維の如くウ
ェッブ作成段階やニードルパンチング段階において原料
繊維の破砕、飛散、脱落および針布やニードル針の摩耗
損傷など、フェルト形成上極めて重大な制約を受けるこ
とになるから混合率についてはより低く抑えることが必
要となる。
以下、幾つかの具体例によって本発明の有用性を実証
する。
〔A〕電気絶縁材料 (イ)特殊異形断面全芳香族ポリイミド繊維のウェッブ
を積層し、ニードルパンチング法で予備絡合処理して一
次フェルト体(目付650g/cm2、厚み10mm)を形成し、熱
盤プレスで温度270℃、加圧60kg/cm2、加圧時間5分の
条件にて次の高密度シートが得られた。即ち、 目付630g/cm2 厚み0.7mm 密度0.9g/cm3 高度95゜(硬度測定法はJIS,K−6301、A法による。
以下同じ方法である) 体積抵抗率8.9×1013Ωcm 切断強力26Kg/cm 切断伸度8.0% の絶縁性能を有する優れた高密度シートが得られた。
(ロ)異形断面の芳香族ポリイミド繊維1.5d×38mmを60
%、パラ系芳香族ポリアミド繊維(商品名「ケブラ
ー」)40%を混合したウェッブを上記(イ)と同様の方
法で処理したところ、更に絶縁性が良好であって、より
柔軟性のあるシートができた。
目付 590g/cm2 厚み 0.9mm 密度 0.66g/cm3 硬度 87゜ 体積抵抗率 6.7×1014Ωcm 〔B〕耐熱フィルター 第1図(c)の如く、芳香族ポリアミド繊維からなる
基布(平織76g/m2)1cの両面に、芳香族ポリアミド繊維
(5d×76)からなるウェッブ1b,1dを重ねてニードルパ
ンチングし、その表面に異形断面の芳香族ポリイミド繊
維からなるウェッブ(1.5d×38、100g/m2)1aを積層し
てニードルパンチングし、一次フェルト体を得た後、熱
ロールで温度280℃、加圧50kg/cmで加圧した。これによ
り異形断面の芳香族ポリイミドを積層した面(表面)が
密で、しかも平滑な耐熱フィルターとなる。この耐熱フ
ィルター(本願品)を、第6図の如く芳香族ポリアミド
繊維からなる基布(平織76g/m2)1b′の両面に、芳香族
ポリアミド繊維(2d×51、212g/m2)からなるウェッブ1
a′,1c′を重ねてニードルパンチングしてなる同一目付
の当社耐熱フィルターと比較してその濾布物性を次表に
示す。
上表の通り、本願品は従来品に比して理想的な耐熱フ
ィルターであることが判る。
また、本願品は従来品に比して表面層が平滑かつ高密
度で内部が比較的低密度である。
本願品をバグテスターによる濾過−払い落とし繰返し
試験を次の条件で行った。即ち、 濾過速度 3m/min 払い落とし条件 3m/min 2秒間×1回 払い落とし周期 濾布圧損200mmH2Oに達した時点で濾過
を停め、払い落としを実施した。
濾過面積 17cm×27cm−4.59×10-2m2 ダスト濃度 5g/m3 供試ダスト JIS−9種 タルク (50%平均粒径:4.2μm) (真比重 :2.8 ) 繰り返し数 60回 上記試験結果を第7図及び第8図に示す。これによる
と、ダスト残留率、圧力損失ともに本願品は従来品と比
較して小さく、フィルターとして極めて良好な性能を示
した。
〔発明の効果〕 以下の如く、この発明は全部または主要繊維が異形断
面の芳香族ポリイミド繊維からなるウェッブを積層し、
ニードルパンチングにより絡合し、熱と圧を加えて密度
が0.6g/cm3以上の高密度化処理したことを特徴としてい
るから、高密度でかつ耐熱性、耐炎性、保形性にすぐれ
た特性を有しており、このため建造物、航空機等の内装
材、濾過材、或いは研磨材等の各種産業用資材として活
用できるという優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)はウェッブの積層態様を略示的に
示す拡大断面図、第2図は異形断面の芳香族ポリイミド
繊維の熱圧による高密度化の特性を示すグラフ、第3図
(a)〜(c)は平盤熱プレスで高密度化するための条
件を、温度、圧力及び時間とフェルト密度との関係を示
すグラフ、第4図は本願フェルトの表面の織維の形状を
示す電子顕微鏡の100倍写真、第5図は本願フェルトの
断面の織維の形状を示す電子顕微鏡の100倍写真、第6
図は本願品と比較する従来品の略示的拡大断面図、第7
図及び第8図はダスト残留率、圧力損失の本願品と従来
品とを比較したグラフである。 1a,1b,1c,1d……ウェッブ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】全部または主要繊維が異形断面の芳香族ポ
    リイミド繊維からなるウェッブを積層し、ニードルパン
    チングにより絡合し、熱と圧を加えて密度が0.6g/cm3
    上の高密度化処理したことを特徴とする耐熱性高密度フ
    ェルト。
  2. 【請求項2】前記異形断面の芳香族ポリイミド繊維を主
    要繊維とするウェッブが、他の耐熱性繊維を50%以下混
    合してなるものである特許請求の範囲第1項記載の耐熱
    性高密度フェルト。
  3. 【請求項3】前記積層したウェッブの少なくとも一層
    が、他の耐熱性繊維からなるウェッブ又は基布に置き換
    えたものである特許請求の範囲第1項記載の耐熱性高密
    度フェルト。
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