JP4261590B2 - 無接着剤アラミド−ポリエステル積層体、その製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁材料などとして使用されるシート状、リボン状又はテープ状の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体、その製造方法及び製造装置に関する。

アラミド繊維はノーメックス（ｄｕ Ｐｏｎｔ社の登録商標）として知られる芳香族ポリアミドで、電気絶縁性、耐熱性、耐薬品性等に優れているため、特に電気絶縁材料として多方面で使用されている。

従来、アラミド繊維とアラミドパルプを混抄して製造されるアラミド紙と、ポリエステルフィルム又はシートを接着剤で積層接着したアラミドーポリエステル積層体が知られている（特許文献１〜５参照）。

特許文献１においては、プラズマ処理されたアラミドフィルム、アラミド不織布と半硬化状態の接着剤とを一体化したプリプレグシートが開示されている。特許文献２においては、ｍ−アラミドフィブリッド及び耐熱性短繊維から成るアラミド紙とポリエチレンテレフタレート系フィルムとを温度２２０〜２５０℃、線圧５０ｋｇ／ｃｍ以上の条件で加圧・熱接着した無接着剤アラミド積層体が開示されている。

特許文献３においては、アラミド紙にポリエステルを溶融含浸したポリエステル層からなるアラミド−ポリエステル積層体の製造法が開示されている。特許文献４においては、ｍ−アラミド紙とポリエステルフィルムとをカレンダー加工により積層した積層シートの製造法が開示されている。

上記特許文献１記載の技術は接着剤を使用するため、接着剤の塗布又は、接着テープが必要となるなどの問題のほか、接着剤中の溶剤の揮散に係わる処理などの様々な問題がある。特許文献５においても、アラミド繊維不織布に熱硬化性樹脂を含浸してプリプレグとしているが、熱硬化性樹脂を接着剤として使用するタイプのものである。

一方、特許文献２、３、４においては接着剤を用いずに、ポリエステルフィルム、シートなどをアラミド繊維又はアラミド紙と積層し、ポリエステルを溶融してアラミド繊維又はアラミド紙に含浸するものである。しかしポリエステルを溶融するにはその融点よりも高い温度に加熱する必要があるため、冷却したポリエステルは再結晶化してその柔軟性が損なわれるという問題がある。

特開２００３−２４６０１６号公報 特開平０７−３２５４９号公報 特開平０７−２９９８９１号公報 特開平０８−０９９３８９号公報 特開平１１−２０９４８４号公報

従って本発明の課題は、接着剤を使用せずに、アラミド紙、ポリエステルの特徴を損なうことなく、かつポリエステルの柔軟性を損なうことなく、環境対策を容易にしたアラミド−ポリエステル積層体の製造を可能にすることである。

本発明は、アラミド繊維とアラミドパルプとからなり、プラズマ表面処理されたアラミド紙と、プラズマ表面処理されたポリエステルフィルムとを、室温〜２００℃の温度で、加圧ロールを用いて連続的に積層接着したことを特徴とする無接着剤アラミド−ポリエステル積層体を提供するものである。上記アラミド紙とポリエステルフィルムは接着剤を用いないで、しかも上記ポリエステルフィルムを実質的に溶融させることなく直接積層接着される点が本発明による積層体の特徴である。

また、本発明は、アラミド繊維とアラミドパルプとからなり、プラズマ表面処理されたアラミド紙と、プラズマ表面処理されたポリエステルフィルムとを、室温〜２００℃の温度で一対の加圧ロールにより線圧２００ｋｇｆ／ｃｍ以上の圧力下で直接積層接着することを特徴とする無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法を提供するものである。

更に本発明は、プラズマ表面処理されたアラミド紙を巻き出す手段と、プラズマ表面処理されたポリエステルフィルムを巻き出す手段と、重ね合わされた前記アラミド紙とポリエステルフィルムとに圧力を与える積層接着手段と、該積層接着手段の圧力を検知・制御する手段と、積層接着されたシート状積層体を巻き取る手段と、巻き出し速度及び／又は巻取速度を検知・制御する手段を備えることを特徴とする無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造装置を提供するものである。

本発明によれば、接着剤を使用せずに、アラミド紙及びポリエステルの特徴を損なうことなく、かつポリエステルの柔軟性を損なうことなく、環境対策を容易にした環境適合型アラミド積層体、その製造方法及び製造装置を実現することができる。

前記アラミド紙−ポリエステル積層体における接着面は、アラミド紙とポリエステルフィルムが直接接して、顕微鏡観察によると、数ｎｍ程度の極く薄い境界層が認められる。即ち、やや多孔質性のアラミド紙の表面層と、ポリエステルフィルム表面層とが直接結合していると考えられる。この境界層がどのような構造をし、又どのような機能を持っているか解明されていないが、本発明による無接着剤アラミド紙−ポリエステル積層体の１つの特徴であると考えられる。

積層体のアラミド紙及びポリエステルフィルムの厚さは特に制限されるものではないが、例えばシート状、テープ状又はリボン状絶縁材として用いる場合、アラミド紙は３０〜１５０μｍ、ポリエステルフィルムは、１００〜２００μｍが実用的である。また、３層の合計厚さは、１３０〜３５０μｍであることが好ましい。

前記アラミド−ポリエステル積層体において、前記温度は、用いるポリエステルフィルムのガラス転移温度以下であることが好ましい。また、前記積層体はアラミド紙−ポリエステルフィルム−アラミド紙の３層構造を有することが好ましい。更に、前記ポリエステルがポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）であることが、機械的強度、柔軟性、コスト、絶縁性等の観点から望ましい。前記温度は、用いるポリエステルフィルムの融点以下であることが必要であり、前記温度は室温〜２００℃の範囲で設定される。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を使用した場合には、その融点は約２６０℃であるので、前記温度は、融点以下となる。また、ポリエステルとして、ポリエチレンナフレート（ＰＥＮ）を使用した場合には、その融点は約２６２℃であるので、前記温度は、融点以下となる。ＰＥＮの具体例としては帝人デユポンフィルム（株）からテオネックスという商品名で販売されていて、これは二軸延伸ポリエチレンナフタレートである。なお、ＰＥＴのガラス転移温度は約７８℃、ＰＥＮのガラス転移温度は約１２１℃である。

アラミド紙は電気絶縁、化学的安定性、耐熱性を保証し、ポリエステルは柔軟性、気液不透過性を保証するので、積層体の両面にアラミド紙が配置され、芯材としてポリエステルが配置される。前述のように、芯材としての前記ポリエステルとして好ましい材料は、ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンナフタレートである。

前記ロールは剛直な（剛性の高い）材質からなることが望ましい。従来一般に行われている方法では、ゴム製ロールと金属製ロールとの組合せであったが、ゴム製ロールでは、加圧面が変形して十分な加圧力が積層体に与えられない。そこで、金属等のゴムロールよりも剛性の高い、剛直な材質からなる一対の加圧ロールを用いることにより、積層体に十分な加圧力を与えることができる。

更に前記無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法において、前記ロールはロールベンディング方式の撓み補正機構を備え、これによりロールの撓み量を調整することが望ましい。剛直な金属ロールを用いたとしても、ロールは積層体を挟んでいる加圧面に対してわずかに湾曲することがあり、その結果として十分な加圧力が積層体に掛からないとか、部分に偏った加圧力が掛かることがある。そこで、この撓み量を調整して積層体に十分な加圧力をかけるために、ロールベンディング方式の撓み補正機構を設けることが望ましい。その詳細は追って説明する。

少なくとも前記ロールは温度制御可能な雰囲気内に配置されていることが好ましい。少なくとも積層体を加圧積層する手段を所望の温度に保つため、例えば予熱・徐冷ゾーンを備えた温度調節装置を設ける。室温でも加圧下で積層・接着は可能であるが、接着速度を高め、加圧力を十分低くするため、ポリエステルフィルムを、室温よりも高く、かつポリエステルフィルムのガラス転移温度よりも低い温度に保つことが望ましい。

また、前記無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造装置において、前記積層接着手段は一対のロールであることが望ましい。前記ロールはロールベンディング方式の撓み補正機構を備え、これによりロールの撓み量を調整することが望ましい。また、少なくとも前記積層接着手段は、温度制御可能な手段内に配置されていることが望ましい。更に、前記ロールベンディング方式の撓み補正機構は、ロールの左右のシャフトに独立又は異なった補正量を与えるように構成されていることが望ましい。

本発明において、プラズマ表面処理とは、直流、交流又は高周波を用いた化学プラズマ処理であって、真空又は種々の雰囲気で行われる低温プラズマ法であり、コロナ放電（大気圧近傍）、グロー放電（真空、減圧下）を包含する。このプラズマ表面処理によって、アラミド紙及びポリエステルフィルム又はシートの表面を改質するもので、ある種の官能基例えばＣＯＯＨやＯＨ基をアラミド紙およびフィルム表面に形成するものと考えられる。また、上記表面改質の結果、アラミド紙―ポリエステルフィルム積層体を２００℃以下の低温において、強固に積層・接着することができる。このことは、前記特許文献の開示内容からは類推できない、極めて特異な現象である。なお、プラズマ処理は、種々の樹脂の接着性を高めるための方法として良く知られた方法であるので、これ自身に関する詳細な説明は省略する。

以下、本発明を、図面を参照して、実施例に基づいて説明する。図１は本発明において使用される積層体の圧着装置の概念図であり、図において一対の金属ロール１，２の間に、アラミド紙のリール３，４から巻き出されたアラミド紙５及びポリエステルフィルムのリール６から巻き出されたポリエステルフィルム７を、３層のサンドイッチ構造に重ねるように供給する。積層体は金属ロールで圧着されて接着剤なしで一体に直接積層・接着される。アラミド紙５の接着面及びポリエステルフィルム７の両面は予め積層前にプラズマ表面処理されている。

ロールの加圧力を検出し、かつ調整するため、制御装置付きの圧下装置９が設けられている。加圧力は線圧で２００ｋｇｆ／ｃｍ以上、特に３００ｋｇｆ／ｃｍ以上とするのが好ましい。また、ロールの回転速度を指定し、ロールの前後にて材料が一定張力となるように、巻出軸、巻取軸の回転速度を制御する。

より正確な速度管理の為に、検出器１０によりロールでの積層体の送り速度を計測し、ロール回転速度にフィードバックしても良い。生産のための適正な送り速度は、加圧力及び温度によって変わり、加圧力が高いほど、又温度が高いほど高くなる傾向にある。速度によっては、予熱やロールからの伝熱により材料を有効な温度まで上げる為に、予熱温度やロール温度をガラス転移温度＋５０℃〜＋１００℃程度に設定しても良い。ただし、接着すべきポリエステルフィルムの温度がそのガラス転移温度よりも高くなるように過熱されないように、温度制御する。積層・接着された積層体８は巻取リール１１に巻き取られ、製品となる。

ロール積層・接着装置に必要な要件を挙げると、積層体の幅方向の均一荷重及びロール表面温度の均一性（幅方向及び円周方向）である。それを実現するために、高精度のロール（円筒度、真円度、振れが小さいこと）、ロール撓み補正機構、表面温度均一機構（例えば熱媒循環ロールの使用など）を採用するのが好ましい。

図２は他の実施例による積層・接着装置の概念図で、図１と同じ符号は図１と同じものを指す。図１と異なる点は、ロールを予熱・徐冷ゾーン１２内に設置したことである。これにより、材料に予熱、徐冷をすることができ、材料の急加熱、急冷却を防ぎ、材料の急加熱、急冷却による熱膨張時のシワの発生等を防止することができる。又、ロールからの伝熱では接触時間が短い為に、必要な材料温度まで加熱ができないことがあるが、この予熱、徐例ゾーンにより材料の予熱をすることでその必要熱量を補い、生産速度を上げることができる。なお、予熱・徐冷ゾーン１２内の温度を検出し、制御する制御装置１８を設置する。図１、２においてロール圧下装置９は図示の都合上、ロール上面に示したが、実際はロールシャフトの支持構造体に取り付けられる。

本発明の実施形態において、一対のロールは、ゴムロールよりも剛直な（剛性の高い）鉄系材料で構成されるのが好ましいが、それでも図４に示すように、積層・接着時にロールの中間部が撓み、十分な加圧力を積層体に加えることができなくなる、或いは部分的に偏って加圧力が与えられることがあり得る。この問題を解決するために、ロールベンディング補正機構１３をロール圧下装置９とは別に取り付け、ロールプロファイルを短時間で変更・修正又は補正する。その１例を図３に示した。図３において、ロール１、２のシャフト１４、１５に対し、圧下力Ｆを加える。一方、ロール１，２及びそれらのシャフト１４、１５が積層体８を挟んで図４のように湾曲し、一定かつ十分な加圧力が積層体８に掛からなくなるのを防止するために、加圧方向とは反対方向から圧力Ｐを加える。この方法をロールベンディング補正という。ロールベンディング補正は、左右の圧下装置について独立して行うことが望ましい。

表１−１及び表１−２は、本発明の実施形態による種々の条件下とそれによって得られた積層体の性状を示す。予め、真空中で低温プラズマ処理した、厚さ５０μｍ及び１３０μｍのアラミド紙及び厚さ１２５μｍのＰＥＮで、図２に示す装置を用い、アラミド紙−ＰＥＮ−アラミド紙のサンドイッチ構造にして表１−１及び表１−２に示す条件で積層・接着した。

得られた無接着剤アラミド−ポリエステル積層体は、表１−１及び表１−２の評価欄に示す性状を示した。貼付き評価によれば、ポリエステルフィルムとしてＰＥＮを用いたときは、ロール温度はガラス転移温度よりも低い１２１℃以下、特に１１０〜４０℃が好ましく、積層体のロール線圧は、３００ｋｇｆ／ｃｍ以上、特に４００ｋｇｆ／ｃｍ以上が好適であるが、高すぎても経済的でなくなるので、１０００ｋｇｆ／ｃｍ程度以下が適当である。

積層体のロール送り速度（ロールからの引き出し速度）は、ロール温度と線圧によって変わるが、積層体の生産性、コストなどの観点から適切な送り速度を決める。表に示した実施例の場合は、０．５ｍ／分以上、特に１〜２０ｍ／分が適切である。

積層体の貼付き評価によれば、実施例３、６〜１０、１３〜１６の積層体が、特に良好な貼付き性を示した。これらは適切な送り速度、適切な温度で、適切な線圧下で積層・接着したものである。

表１−１及び表１−２において、加圧ロール温度は５０〜１１０℃まで示されているが、使用したポリエステルフィルム（ＰＥＮ）のガラス転移温度よりも低いため、ポリエステルフィルムがガラス転移（特に溶融や流動を起こす程度の変化）を起こさない。このような条件下でアラミド紙とポリエステルフィルムが強固に接着されているという事実は、予想できなかったことである。その点で、本発明は、ポリエステルフィルムを溶融して接着する特許文献２，３，４に開示された技術とは根本的に異なる。

以上説明したように、本発明によれば、無接着剤で優れた貼付け性を示すアラミド−ポリエステルフィルム積層体が得られる。

本発明の実施形態による積層・接着装置の概念図。 本発明の他の実施形態による積層・接着装置の概念図。 本発明の実施形態におけるロールベンディング補正を説明する概略図。 ロールの撓みを説明する図。

符号の説明

１、２…加圧ロール、３、４…アラミド紙リ−ル、５…アラミド紙、６…ポリエステルフィルムリール、７…ポリエステルフィルム、８…積層体、９…圧下装置、１０…速度検出器、１１…巻取リール、１２…予熱・冷却ゾーン、１３…ロールベンディング方式の撓み補正機構、１４，１５…シャフト、１８…温度制御装置。

Claims (10)

1. アラミド繊維とアラミドパルプとからなり、プラズマ表面処理されたアラミド紙と、プラズマ表面処理されたポリエステルフィルムとを、室温〜１００℃未満の温度で、一対の加圧ロールを用いて線圧２５０ｋｇｆ/ｃｍ以上の圧力により、積層接着したことを特徴とする無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。
2. 前記ポリエステルフィルムがポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンナフタレートであることを特徴とする請求項１記載の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。
3. 前記積層体はアラミド紙−ポリエステルフィルム−アラミド紙の３層構造を有することを特徴とする請求項１又は２記載の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。
4. 前記ロールは剛直な材質からなる請求項１記載の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。
5. 前記ロールはロールベンディング方式の撓み補正機構を備え、これによりロールの撓み量を調整することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。
6. 少なくとも前記ロールは温度制御可能な雰囲気内に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項記載の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。
7. 前記アラミド−ポリエステル積層体へ加えられる前記一対の加圧ロールの線圧が３００ｋｇｆ/ｃｍ以上である請求項１ないし６のいずれか１項記載の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。
8. 前記アラミド−ポリエステル積層体へ加えられる前記一対の加圧ロールの線圧が４００ｋｇｆ/ｃｍ以上である請求項１ないし６のいずれか１項記載の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。
9. 前記ポリエステルフィルムがポリエチレンナフタレートであり、前記加圧ロールは、温度が１００℃未満〜４０℃、線圧が３００ｋｇｆ/ｃｍ以上である請求項１ないし６のいずれか１記載の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。
10. 前記ポリエステルフィルムがポリエチレンナフタレートであり、前記加圧ロールは、温度が１００℃未満〜４０℃、線圧が４００ｋｇｆ/ｃｍ以上である請求項１ないし６のいずれか１記載の無接着剤アラミド−ポリエステル積層体の製造方法。

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