JP4588156B2

JP4588156B2 - 積層シート

Info

Publication number: JP4588156B2
Application number: JP2000053388A
Authority: JP
Inventors: 潤洋中川; 博杉島
Original assignee: Kuraray Co Ltd
Current assignee: Kuraray Co Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-02-29
Also published as: JP2001239605A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寸法安定性に優れ、軽量、高強度でかつ、気密性に優れたシートに関する。特に産業資材として使用されるガス内蔵容器に適した積層シートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業の多様化、省エネルギー化に伴い、軽量気密シートが各分野に使用されることが多くなってきている。例えば、圧縮ガス用容器（ガスボンベ類）、浮き屋根、飛行船、気球（気象観測用、広告用、その他計測用等）液体用容器等において使用されている。しかし、現状では、高強力で気密性、耐圧性を向上させると非常に重いものとなるか、非常に高価なものとなり、実用上満足の得られるものは提供されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、高強力の繊維からなる織物は存在していた。例えば、高強力アラミド繊維からなる織物等は、目付が２５０ｇ／ｍ²以上であるものが主流で織物として重くかつしなやかさに欠けるものであった。また、織物単体で気密性を維持しようとすると、繊度の小さい繊維を使用して、高密度の織物とする必要が生じるが、高強力繊維は、一般に容易にフィブリル化を起こすため工業的に製造することは難しく、高強力かつ軽量で、高気密なシートは得られなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、溶融異方性ポリマーを主成分とするポリアリレート繊維で構成されタテ糸および／またはヨコ糸が５０〜２００ｔ／ｍの撚り構造を持つ糸である織物とフィルムとが積層されてなるシートにおいて、該織物を構成する糸の繊度が１０〜５５ｄｔｅｘ、強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が３５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上で、織物の目付が１０〜２００ｇ／ｍ^２であり、該フィルムが１０〜４０μｍの厚みを有するエチレンービニルアルコール系共重合体からなるフィルムであることを特徴とする積層シートである。さらに本発明は、上記の積層シートからなる軽量高強力気密性材料であり、該材料を用いてなる圧縮ガス用容器（ガスボンベ類）、浮き屋根、飛行船、気球（気象観測用、広告用、その他計測用等）、液体用容器である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明において使用される織物を構成する糸は、繊度が１０〜５５ｄｔｅｘ、強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が３５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上の糸であることが重要である。使用される糸の繊度が１０ｄｔｅｘ未満では、工業的に安定した生産を行うことが難しく、また５５ｄｔｅｘを超えると、軽量・薄膜という本発明の目的を達成できない。かかる繊度の糸から、目ずれ等のない良好な織物を得るためには、繊度により織密度を１２〜１００本／ｃｍにすることが好ましい。織密度が高くなると繊維間の摩擦や、筬やガイド等による摩擦によりフィブリル化する場合があるため、タテ糸または／およびヨコ糸が５０〜２００ｔ／ｍの撚り構造を持っていることが必要である。また該糸の強度が、１０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合は工業的に安定した織物の生産を行うことが難しい。さらに該糸の弾性率が３５０ｃＮ／ｄｔｅｘ未満の場合は、しなやか感に乏しく硬い感じの質感となり好ましくない。すなわち該糸の強度は１０〜３５ｃＮ／ｄｔｅｘが好ましく、該糸の弾性率は３５０〜８００ｃＮ／ｄｔｅｘが好ましい。該織物は、その目付が、１０〜２００ｇ／ｍ^２であることが必要であり、１０ｇ／ｍ^２未満では織物としての強度が得られず好ましくない。２００ｇ／ｍ^２を越えてしまうと、従来の高強力繊維からなる重い織物と差がなくなり本発明の目的には適さない。
【０００６】
織物を構成する糸の形態は、モノフィラメントであっても、マルチフィラメントであってもよい。マルチフィラメントは、同じ繊度のモノフィラメントと比べしなやかで強度も高く、また撚糸した構造にすると滑りが少なくなり低織密度の軽量織物でも形態保持性が良好となり好ましい。繊度が１０ｄｔｅｘ未満のモノフィラメントから製造した織物では、本発明の積層シートとした時に目的とする強度を得ることができない。５５ｄｔｅｘを越えるモノフィラメントの場合、織物にしづらく、できても厚手で重い基布となり本発明の目的を達成できない。マルチフィラメントとして使用する場合には、単繊維繊度が５〜３０ｄｔｅｘである単繊維から構成されるものが好ましく、単繊維繊度が５ｄｔｅｘ未満では製織工程中の単糸切れ等につながる毛羽立ちが発生し易く良好な製織性は得られにくい。一方、単繊維繊度が３０ｄｔｅｘを越える場合、本発明の目的とする軽量な織物すなわち目付を２００ｇ／ｍ^２以下に抑えた時に織密度が粗となり基布としての強度が乏しくなり好ましくない。また、マルチフィラメントの繊度が１０ｄｔｅｘ未満の場合は、目的とする高強度の積層シートが得られず、一方、５５ｄｔｅｘを越えてしまうと前述のモノフィラメントの場合と同様に織物とした時の軽量性を損ない、かつ、しなやかさも無くなりゴワゴワ感が発生し本発明の目的を達成できない。
【０００７】
本発明で使用する織物の組織は特に限定されず、例えば平織、斜文織又は朱子織等のいずれであってもよい。該繊維を用いて本発明の織物を作成する際には、軽量で、型くずれがなく、しなやかな風合いの織物が好ましく、例えば平織が好ましい。織物にした後に各糸の交点を膠着または融着等で固定することが望ましい。該織物の交点を膠着または融着させる方法は例えば該織物を構成する溶融異方性ポリマーの融点以上に加熱処理することで行うことが可能である。
【０００８】
上記のような物性を満たす糸としては、溶融異方性ポリマーからなるポリアリレート繊維等からなる糸であり、より好ましくは強度の大きい溶融異方性を示すポリアリレート繊維からなる糸である。溶融異方性ポリマーとは、溶融相において光学的異方性（液晶性）を示すポリマーのことであり、例えば、試料をホットステージに載せ窒素雰囲気下で加熱し、試料の透過光を観察することにより認定できる。
【０００９】
溶融異方性ポリマーは、芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸、芳香族ヒドロキシカルボン酸の反復構成単位を主成分とするものであるが、下記化１および化２に示す反復構造単位の群の組み合わせからなるものが好ましい。
【００１０】
【化１】

【００１１】
【化２】

【００１２】
特に好ましいポリマーは、化１および化２に示される反復構成単位の組み合わせのうち（５）、（６）、（７）または（９）からなるものであり、より好ましくは下記の化３（HNA）の成分を４〜４５モル％含む溶融異方性芳香族ポリエステルである。
【００１３】
【化３】

【００１４】
本発明において使用される溶融異方性ポリマーの融点は、２５０〜３５０℃が好ましく、より好ましくは２６０〜３２０℃である。ここでいう融点とは、示差走査熱量計（ＤＳＣ：メトラ社製ＴＡ３０００）で測定し、観察される主吸収ピーク温度である（ＪＩＳＫ７１２１）。具体的には、ＤＳＣ装置にサンプルを１０〜２０ｍｇを取り、アルミ製パンへ封入した後、キャリアガスとして窒素を流量１００ｃｃ／ｍｉｎで流し、２０℃／ｍｉｎで昇温したときの吸収ピークを測定する。ポリマーの種類により上記のファーストランで明確な吸収ピークが現れない場合は、５０℃／ｍｉｎの昇温速度で、予想される流れ温度より５０℃高い温度まで昇温し、その温度で３分間以上保持し、完全に溶融した後、８０℃／ｍｉｎの速度で５０℃まで冷却し、しかる後、２０℃／ｍｉｎの昇温速度で吸熱ピークを測定するとよい。
【００１５】
溶融異方性ポリマーには、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリエチレンテレフタレート、変性ポリエチレンテレフタレート、ポリオレフィン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、フッ素樹脂等を添加してもよい。また、酸化チタン、シリカ、硫酸バリウム等の無機物、カーボンブラック、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
【００１６】
溶融異方性を示すポリアリレート繊維を使用する場合、溶融紡糸したものをそのまま用いることもできるが、本発明の効果をより発揮させるには熱処理することが好ましい。熱処理することにより、溶融異方性ポリエステルは固相重合し、融点の上昇および強度、弾性率、耐熱性を向上させることができる。熱処理は、窒素等の不活性ガス雰囲気下や、空気中の酸素雰囲気下または減圧下で行うことも可能である。熱処理雰囲気は、水分を含まない低湿度気体であることが好ましい。好ましい熱処理温度としては、膠着のしない範囲においてできるだけ高温で行うことが好ましい。場合によっては、融点を超えてもよい。熱処理することにより、溶融異方性ポリエステルは融点が上昇し熱に対する寸法安定性が著しく向上する。
【００１７】
本発明に使用する繊維としては、例えば公知の溶融液晶紡糸法に従って、溶融紡糸後、熱処理することによって製造され、例えば、「ベクトラン」（登録商標）として（株）クラレより上市されている。
【００１８】
次に、本発明において使用されるフィルムは、エチレン−ビニルアルコール系共重合体を溶融製膜することでフィルム化することができる。本発明でエチレン−ビニルアルコール系共重合体フィルムを使用する理由は、他のフィルム、例えば、ポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン等のフィルムに比べ下記の表１（ＪＩＳＫ７１２６−Ａ法にて測定）のように非常に優れたガスバリア性を保有しているためである。
より好ましくはエチレン含有量が２０〜４０モル％のエチレン−ビニルアルコール系共重合体からなるフィルムである。該フィルムの厚さは１０〜４０μｍであることが必要であり、１０μｍ未満では例えば窒素またはヘリウム等のガスバリアー性が不十分となり、４０μｍを超えると軽量シートという本発明の目的を達成できない。本発明で述べる膜厚は、該フィルムからランダムに数点を選定しマイクロメーターにて測定した平均膜厚である。
【００１９】
【表１】

【００２０】
織物とフィルムの積層は、例えば織物とフィルムの層間に接着剤を介在させ貼り合わせる方法、あるいは熱的に圧着し密着させる方法が採用される。該接着や熱圧着とは、積層面の全面にわたって完全に密着していても点状に部分密着していてもよく、特に限定されるものではないが、接着剤で全面に均一に密着している方が気体等を入れた際にシート面に均一な圧力が係り好ましい。
【００２１】
本発明の目的は、軽量高強力気密性材料として上記の織物と上記のフィルムを積層することにより初めて達成され、軽量でありながら高強力でしなやかな高気密性を有する積層シートとなる。該シートを各目的に応じて、例えば袋状、箱状等に裁断し、縫製加工し、縫合部をシーリング処理して使用することができる。シーリング処理とは、例えば、縫合部のエチレン−ビニルアルコール系共重合体フィルム側に適当に裁断した該エチレン−ビニルアルコール系共重合体よりも低融点であるエチレン−ビニルアルコール系共重合体フィルムを熱融着することで達成される。
【００２２】
さらに気密性を向上させるには、該シートの織物の最表面側にさらにフィルムを積層させることが好ましい。この場合に使用されるフィルムは上記のエチレン−ビニルアルコール系共重合体フィルムである必要はない。強度が大きく、形態保持性に優れ、かつ薄い厚みであることが好ましく、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン等のフィルムが用いられる。
【００２３】
屋外用途で使用される目的の場合は、該フィルムにアルミ蒸着したものを上記のように接着剤で織物面に貼り合わせたり、あるいは熱的に圧着し密着させることによりアルミ蒸着層で紫外線を遮断することで耐候性を保持した軽量気密性シートとなりさらに好ましい。
【００２４】
本発明の積層シートは、従来到達できなかった軽量高強力気密性材料であり、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素、酸素、炭酸ガス等の圧縮気体の他、各種化学工業用ガスの容器として使用可能である。また、気体以外にも液体用容器としても使用可能であり、例えば油類、有機溶剤、農薬等に用いることができる。ただし、使用する気体および液体は、容器の内面を構成するエチレン−ビニルアルコール系共重合体を分解、溶解または膨潤しないものに限定される。例えば、メタノール、四塩化炭素、テトラヒドロフラン等はエチレン−ビニルアルコール系共重合体を膨潤するため好ましくない。
【００２５】
本発明の積層シートの具体的な用途としては、例えば、圧縮ガス用容器（ガスボンベ類）、浮き屋根、飛行船、気球（気象観測用、広告用、その他計測用等）、液体用容器等に使用される。
【００２６】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
糸の強度の測定方法
ＪＩＳＬ１０１３に規定された方法に準じて自記記録装置付き定速緊張形試験機を用い測定した。
糸の弾性率の測定方法
ＪＩＳＬ１０１３に規定された方法に準じて自記記録装置付き定速伸長形試験機を用いて測定した。
実施例１
前記化１の（５）の前記成分を７３モル％、後記成分（化３の成分）を２７モル％含む溶融異方性芳香族ポリエステル（融点２８０℃、溶融粘度４２０ポイズ）を用いプランジャー式溶融紡糸機により、５５ｄｔｅｘ／１０ｆ．のマルチフィラメントを得た。得られたマルチフィラメントを窒素雰囲気中で温度を１８０℃から２７５℃まで２２時間をかけ熱処理を行った。得られたマルチフィラメントの強度は、２７ｃＮ／ｄｔｅｘ、弾性率は５８３ｃＮ／ｄｔｅｘであった。該マルチフィラメントに１６０ｔ／ｍの撚りをかけてタテ・ヨコが１８本／ｃｍの平織物（基布）を作った。製織性は良好でトラブルの発生は無かった。得られた基布を２９０℃、８時間加熱処理し、織物の交点を微膠着させる。得られた基布の性能を以下に示す。

得られた基布に、エチレン３２モル％のエチレン−ビニルアルコール系共重合体フィルム（厚さ１５μｍ）をウレタン系接着剤（大日本インキ工業（株）製：ＥＰＳ７９５Ｈ／ＫＺ７５）を３．０ｇ／ｍ²・ｄｒｙ用いて貼り合わせた。得られた積層シートは４２．２ｇ／ｍ²と軽量であり、また気密性については、窒素およびヘリウムの気体透過度（２５℃、６５％ＲＨ、単位ｃｍ³／ｍ²・日・ａｔｍ）をＪＩＳＫ７１２６のＡ法にて測定したところ、それぞれ０．０１７、１６０と良好な値を示した。
【００２７】
比較例１
［η］が０．６２ｄｌ／ｇのポリエチレンテレフタレートから通常の紡糸・延伸を行い５５ｄｔｅｘ／２４ｆ．のマルチフィラメントを得た。得られたマルチフィラメントの強度は、５．３ｃＮ／ｄｔｅｘ、弾性率は８８ｃＮ／ｄｔｅｘであった。
得られたマルチフィラメントをタテ・ヨコが１８本／ｃｍの平織物（基布）に作製した。製織性は良好でトラブルは発生しなかったが、精練工程以下で、目ずれが生じ均質性に欠けるものであった。得られた基布の性能を以下に示す。

得られた基布に、ポリエステルフィルム（厚さ２０μｍ）を実施例１と同じウレタン系接着剤を用いて貼り合わせた。得られたシートは５３．０ｇ／ｍ²と軽量であるが、気密性については、窒素およびヘリウムの気体透過度（２５℃、６５％ＲＨ、単位ｃｍ³／ｍ²・日・ａｔｍ）を実施例１と同様に測定したところ、それぞれ８．０、３１００と大きな値を示した。

Claims

溶融異方性ポリマーを主成分とするポリアリレート繊維で構成され、かつタテ糸および／またはヨコ糸が５０〜２００ｔ／ｍの撚り構造を持つ糸で構成される織物とフィルムとが積層されてなるシートにおいて、該織物を構成する糸の繊度が１０〜５５ｄｔｅｘ、強度が１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が３５０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上で、織物の目付が１０〜２００ｇ／ｍ^２であり、該フィルムが１０〜４０μｍの厚みを有するエチレンービニルアルコール系共重合体からなるフィルムであることを特徴とする積層シート。
積層シートの織物側の最表面にさらにフィルムが積層されてなる請求項１に記載の積層シート。
織物の最表面に積層されたフィルムにアルミ蒸着が施されてなる請求項１又は２に記載の積層シート。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の積層シートからなる軽量高強力気密性材料。
請求項４に記載の材料を用いてなる圧縮ガス用容器。
請求項４に記載の材料を用いてなる浮き屋根。
請求項４に記載の材料を用いてなる飛行船。
請求項４に記載の材料を用いてなる気球。
請求項４に記載の材料を用いてなる液体用容器。