JP5422347B2 - 四フッ化エチレン樹脂被覆ガラス繊維織布 - Google Patents

Description

本発明は、四フッ化エチレン樹脂（以下、ＰＴＦＥ樹脂と呼ぶ）被覆ガラス繊維織布に関する。本発明は、特に高温領域で使用されるマントルヒーター、ジャケットヒーター等の各種ヒーターの断熱材用耐熱性カバー基材として用いられる四フッ化エチレン樹脂被覆ガラス繊維織布に関する。

従来、高温の機器や配管を加熱又は保温するために使用されるマントルヒーター、ジャケットヒーター等において、被加熱・保温物の外部周囲に取付けて使用されるヒーターの断熱材用カバー基材としては、使用温度に耐えることが可能な耐熱性を有するガラス繊維織布にシリコーンゴム等を被覆した材料が使用されている。また、前記断熱材カバー基材としては、高温用途領域において使用されるヒーターの場合には、ガラス繊維織布そのもの、もしくは、ガラス繊維織布にフッ素樹脂をコーティングしたものなどが提案されている（特許文献１及び特許文献２）。

特開平１０−６４６６７号公報 特開２００５−１６６３５２号公報

ところで、従来のように、断熱材用カバー基材としてガラス繊維織布そのものが使用された場合は、ガラス繊維織布自体からの発塵、並びに、その材料がカバーするグラスウール、ロックウール等の各種断熱材がガラス繊維織布の織組織の隙間から出てくる可能性があり、例えば、クリーンルーム内等のヒーターの使用環境に悪影響を及ぼす場合がある。また、高温の機器や配管を加熱又は保温するために使用されるマントルヒーター、ジャケットヒーター等においては、上記発塵性が低いことに加えて、被加熱・保温物の外部周囲に取付けて使用する関係上、対象となる機器、配管の形状への追従性が要求される。従って、耐熱性カバー基材は、柔軟性を保有しなければならないが、従来のフッ素樹脂被覆ガラス繊維織布は、柔軟性が十分でないという問題がある。

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、対象となる機器、配管類の形状に追従・適応するのに十分な柔軟性を有し、且つ、発塵性が低く、断熱材用カバー基材として使用可能な四フッ化エチレン樹脂被覆ガラス繊維織布を提供することを目的とする。

本発明に係る四フッ化エチレン樹脂被覆ガラス繊維織布は、ガラス繊維織布に四フッ化エチレン樹脂を塗布し、その塗布された四フッ化エチレン樹脂を乾燥し、３０５℃以上３４０℃未満の温度範囲で加熱処理し、前記四フッ化エチレン樹脂が焼結されてフィルム状になる前に前記加熱処理を止めることで得られることを特徴とする。

本発明によれば、高温の機器や配管を加熱又は保温するために使用されるマントルヒーター、ジャケットヒーター等において断熱材用耐熱性カバー基材として使用可能な柔軟性を有し、且つ、発塵性の低い四フッ化エチレン樹脂被覆ガラス繊維織布が得られる。

本発明の一実施例に係るＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布の概略的な断面図。 ガラス繊維織布にＰＴＦＥ樹脂を塗布する塗布装置の説明図。 本発明に係るＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布の使用例の説明図。 本発明に係るＰＴＦＥ樹脂脂被覆ガラス繊維織布の他の使用例の説明図。

以下、本発明のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布について更に詳しく説明する。
本発明に係るＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布について図１を参照して説明する。
図中の符番１１は、ＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布である。このＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布１１は、縦糸１２ａ及び横糸１２ｂからなるガラス繊維織布１２と、このガラス繊維織布１２の表裏に夫々形成されたＰＴＦＥ層１３から構成されている。

上述したように、高温の機器や配管を加熱又は保温するために使用されるマントルヒーター、ジャケットヒーター等の断熱材用耐熱カバー基材として使用するためには、ＰＴＦＥ樹脂被覆繊維織布自体の強度、耐摩耗性を維持しつつ、十分な柔軟性が必要である。

ここで、図２に、ガラス繊維織布にＰＴＦＥ樹脂を塗布する場合の塗布装置を示す。
図中の符番１は、基材であるガラス繊維織布２を送り出す送出しロールを示す。送出しロール１の下流側には、ＰＴＦＥ樹脂粒子の水性分散液３を満たした含浸槽４が配置されている。送出しロール１に巻かれたガラス繊維織布２は、ロール５ａを経て含浸槽４の水性分散液３内に配置されたロール５ｂ側に送られ、ガラス繊維織布２に水性分散液３が塗布される。含浸槽４の上方側には一対のドクターロール６が配置され、余分の水性分散液３が掻きとられる。ドクターロール６の上方側には、熱処理温度が夫々異なるように区切られた加熱炉７が配置されている。この加熱炉７は、下側から順に乾燥部７ａ，加熱処理部７ｂ，焼成部７ｃの３つのブロックに区切られ、乾燥部７ａから焼成部７ｃに向かって温度が順次高い状態の温度分布をもつように制御されている。

従来、加熱炉７での熱処理工程は、以下のようにして行われている。乾燥部７ａでは、水性分散液３の水分が塗布面で蒸発しないような１００℃以下の温度で乾燥される。加熱処理部７ｂでは、１００℃以上でＰＴＦＥ樹脂の融点未満の温度で、水性分散液３に含有される界面活性剤や添加物、並びにガラス繊維織布２の製織時に加えられる収束材・減摩材等が除去されるように加熱処理される。焼成部７ｃでは、ＰＴＦＥ樹脂の融点以上の温度で焼成され、ＰＴＦＥ樹脂粒子の焼結が行われてこの樹脂粒子がガラス繊維織布へ一体化される。焼成が行なわれたＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布８は、ロール５ｃ，５ｄ，５ｅを夫々経て巻取りロール９に巻き取られる。

本発明者は、研究を重ねた結果、図２に示した塗布装置の加熱炉の中で一般に行われている３段階の熱加工工程(乾燥、加熱処理、及び焼成)を行うことにより製造される従来のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布製品は柔軟性が十分でないことを究明した。そこで、焼成工程段階を行わずに乾燥および加熱処理の２段階に止め、ＰＴＦＥ樹脂粒子が焼結されてフィルム状になる前の段階で止めることにした。こうした２段階の熱処理工程を行うことにより、焼成工程を行った場合と同程度の強度、耐摩耗性を得ながら、対象となる機器、配管類の形状に追従・適応するのに十分な柔軟性を有し、且つ、発塵性が低く、断熱材用カバー基材として使用可能なＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布を得るに至った。

図１のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布は、以下のようにして製造される。即ち、送出しロール１に巻かれたガラス繊維織布を、含浸槽４のＰＴＦＥ樹脂粒子水性分散液３内に配置されたロール５ｂ側に送り、ガラス繊維織布に水性分散液３を塗布する。次に、一対のドクターロール６によりガラス繊維織布の表面に塗布された余分の水性分散液３を掻きとる。つづいて、ＰＴＦＥ樹脂が塗布されたガラス繊維織布を加熱炉７の乾燥部７ａに送り、塗布されたＰＴＦＥ樹脂を１００℃以下の温度で乾燥して水性分散液３中の水分を蒸発させる。次に、ガラス繊維布を加熱処理部７ｂに送り、例えば３０５℃でゆっくり加熱処理して水性分散液３中の界面活性剤、添加剤、バインダー等を除去する。次いで、焼成を行うことなく、ＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布を製造する。このようにして得られたＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布は、従来のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布と比べ、同程度の強度、耐摩耗性を維持しつつ十分な柔軟性を有する。

本発明において、「乾燥」とは、塗布されたＰＴＦＥ樹脂水性分散液中の水分を１００℃以下の温度で蒸発することを意味する。また、「加熱処理」とは、塗布されたＰＴＦＥ樹脂粒子水性分散液中の界面活性剤、添加剤、バインダー等のＰＴＦＥ樹脂以外の成分を所定の温度範囲で処理して除去することを意味する。

本発明において、ガラス繊維織布に塗布されるＰＴＦＥ樹脂の含有率は、１８ｗｔ％以上３０ｗｔ％未満であることが好ましい。ここで、ＰＴＦＥ樹脂の含有率は、下記式により求める。
含有率＝ＰＴＦＥ樹脂の重量（ｇ）÷（ガラス繊維織布の重量（ｇ）＋ＰＴＦＥ樹脂の重量（ｇ））×１００
また、加熱処理の温度範囲は３０５℃以上３４０℃未満であることが好ましい。本発明者は、ＰＴＦＥ樹脂成分のガラス繊維織布に対する含有率も柔軟性に影響を与える要因と考えられることを考慮し、更に、柔軟性の尺度として、ＪＩＳ Ｌ １０９６に規定されるガーレ法によって求められる剛軟度を採用して、下記表１〜表３に示す加熱処理温度並びにＰＴＦＥ樹脂含有率の柔軟性に及ぼす影響について検討した。ここで、表１は、ガラス繊維織布としてガラスクロスＥＰ１８（ＪＩＳ Ｒ３４１４）を用い、加熱処理温度とＰＴＦＥ樹脂含有率を変化させた場合のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布の剛軟度を示す。表２は、ガラス繊維織布としてガラスクロスＥＰ１５Ｂを用い、加熱処理温度とＰＴＦＥ樹脂含有率を変化させた場合のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布の剛軟度を示す。表３は、ガラス繊維織布としてガラスクロスＥＰ１０Ａを用い、加熱処理温度とＰＴＦＥ樹脂含有率を変化させた場合のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布の剛軟度を示す。

表１に示されるように、３８０℃での焼成工程を経た比較例は、明らかに剛軟度が大きく、柔軟性に欠けることが確認できた。また、ガラスクロスＥＰ１８の場合、高温の機器や配管を加熱又は保温するために使用されるマントルヒーター、ジャケットヒーター等において断熱材用耐熱性カバー基材として採用可能な剛軟度の範囲は、５４０ｍｇ以下であることを見出した。更に、この時の加熱処理温度条件としては３４０℃未満、又、ＰＴＦＥ樹脂含有率条件としては３０ｗｔ％未満の範囲が好ましいことを見出した。

また、ガラス繊維織布に使用しているガラス繊維の糸の太さにより、柔軟性に差が生じる。ＥＰ１８の柔軟性（表１）に比べ、ＥＰ１５Ｂ（表２）及びＥＰ１０Ａ（表３）の柔軟性は、３４０℃以上で加熱し、ＰＴＦＥ樹脂とガラス繊維織布が一体化しても、糸の太さが細くなるほど剛軟度が低くなる傾向にあり、５４０ｍｇ以下を示している。

なお、ＥＰ１８に使用している糸の太さ６７．５ｔｅｘに比べ、ＥＰ１０Ａに使用している糸の太さ２２．５ｔｅｘは、半分以下の糸の太さであり、ＥＰ１５Ｂに使用している糸の太さ４５．０ｔｅｘは、ＥＰ１８とＥＰ１０Ａの概ね中間に位置する糸の太さである。

但し、表２及び表３のように、剛軟度の範囲が５４０ｍｇ以下であっても、焼成工程を含む場合は、ＰＴＦＥ樹脂粒子が焼結してガラス繊維織布と一体化することになり、これによりガラス繊維織布の動きが抑制され剛直となり追従性が無くなるため、使用出来ない。なお、焼成工程（加熱処理温度３８０℃）を省略しても、加熱処理温度が３４０℃以上になるとＰＴＦＥ樹脂粒子が完全に焼結される。そのため、ガラス繊維織布の動きが著しく抑制されることによって剛直となるので、追従性が低下し、使用出来ない。

次に、断熱材用耐熱性カバー基材として重要な特性である発塵性に関しては、耐摩耗性に対する加熱処理温度及びＰＴＦＥ樹脂含有率の影響について検討を行った。下記表４、表５及び表６は、その結果を示す。ここで、表４は、ガラス繊維織布としてガラスクロスＥＰ１８を用い、加熱処理温度とＰＴＦＥ樹脂含有率を変化させた場合のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維布の耐摩耗性を示す。表５は、ガラス繊維織布としてガラスクロスＥＰ１５Ｂを用い、加熱処理温度とＰＴＦＥ樹脂含有率を変化させた場合のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維布の耐摩耗性を示す。表６は、ガラス繊維織布としてガラスクロスＥＰ１０Ａを用い、加熱処理温度とＰＴＦＥ樹脂含有率を変化させた場合のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維布の耐摩耗性を示す。

上記結果により、好ましいＰＴＦＥ樹脂含有率範囲の上限値である３０ｗｔ％未満においては、好ましい加熱処理温度範囲である３０５℃以上３４０℃未満の温度で加熱処理すれば、焼成工程を行った場合の加熱処理温度３８０℃と同じ強度、耐摩耗性が得られることが確認できた。但し、表４、表５、表６において、ＰＴＦＥ樹脂含有率の下限値である１８ｗｔ％を下回る樹脂含有率の場合でも、ＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布自体の耐摩耗性は要求値を満足するものとなる。しかし、樹脂成分含有量の不足からガラス繊維織布の織組織による隙間（空間）が生じる恐れがあり、断熱材用耐熱性カバー基材として用いた場合、その隙間より断熱材が出てくる可能性がある。また、樹脂含有率が極端に低い場合（例えば、１２ｗｔ％以下の場合）は、ガラス繊維自体が破損することによって摩耗粉が発生する可能性がある。

例えば、ヒーター断熱材用耐熱カバー基材を構成するガラス繊維織布としてガラスクロスＥＰ１８を使用し、ＰＴＦＥ樹脂含有率が１２％の場合は、樹脂成分が不足することからガラス繊維織布の縦糸と横糸によって形成される空間（隙間）が発生し内部の断熱材が出てきた。また、当該ガラス繊維織布の繊維表面へのＰＴＦＥ樹脂粒子間の被覆が疎となり焼結が不十分となるため、ＰＴＦＥ樹脂の摩耗粉末と共に、ガラス繊維が破損したことによるガラス粉末の発生を確認した。

一方、樹脂含有率が３０ｗｔ％以上では、断熱材用耐熱性カバー基材として採用可能な十分な剛軟度を得ることができない。従って、ＰＴＦＥ樹脂含有率としては、１８ｗｔ％以上が望ましく、１８ｗｔ％以上３０ｗｔ％未満の範囲が更に好ましい。ＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布のＰＴＦＥ樹脂含有率が１８ｗｔ％以上３０ｗｔ％未満であれば、ガラス繊維織布１１の縦糸１２ａと横糸１２ｂ間に隙間が発生することなく、内部のガラス繊維や破損したガラス繊維自体が摩耗粉として外部へ飛び出すのを防止できる。

本発明において、ガラス繊維織布として下記表７に示すガラスクロスを使用することができる。例として、ガラスクロスＥＰ０６、ＥＰ２５を使用した場合のクリーン度と剛難度について述べる。ＥＰ０６仕様はＥＰ２５仕様より糸直径が小さくなるので糸の密度が疎になり、内部の断熱材が外部へ出て来る可能性が高くなるため、クリーン度が低下することが懸念される。一方、ＥＰ２５仕様はＥＰ０６仕様より、糸直径が大きくなることによって剛直となり剛軟度が大きくなり、被着体への追従性が低下することとなる。

以上の結果により、焼成工程段階を行わずに乾燥および加熱処理段階の２段階に止め、ＰＴＦＥ粒子が焼結することによって得られる緻密な層，即ちフィルム状になる前の段階で止めること、並びにガラス繊維織布に塗布されるＰＴＦＥの塗布量の数値範囲を１８ｗｔ％以上３０ｗｔ％未満とし、加熱処理温度範囲を３０５℃以上３４０℃未満の温度としてＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維布を製造することにより、柔軟性及び発塵性の点で優れたＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維布が得られることが確認できた。

図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明に係るＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布の一使用例を示す。図３（Ａ）は同ガラス繊維織布が使用されたジャケット２０の断面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う部分断面図を示す。図３中の符番２１は筒状の断熱材であり、この断熱材２１に複数のヒーター２２が埋め込まれている。断熱材２１の内側及び外側には、本発明のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布２３が被覆されている。

本発明のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布は、図４に示すように使用することもできる。図４中の符番２５は配管であり、この配管２５の外周の一部にジャケットヒーター２６を筒状に巻いて配置したものである。ジャケットヒーター２６は、ヒーターを内蔵した断熱材（図示せず）を、本発明のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布２３で被覆した構成となっている。なお、図中の符号ＬはＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布２３の合わせラインを示す。

以上のように、本発明のＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布によれば、対象となる高温の機器、配管類の形状に追従して、適応するのに十分な柔軟性を有し、且つ、発塵性が低く、例えばクリーンルーム内等のヒーターの使用環境に悪影響を及ぼすことのないマントルヒーター、ジャケットヒーターなどの断熱材用カバー基材として使用することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

具体的には、上記実施例では、ガラス繊維織布を構成する使用糸として、ガラスクロスＥＰ０６、ＥＰ２５の場合について述べたが、これに限らず、既に述べた表５の使用糸を用いることができる。表５において、使用糸の糸番手は１１．２〜１３５ｔｅｘである。糸密度は、平織の場合１１．２ｔｅｘ，６０本／２５ｍｍ以上（薄手クロス）、１３５ｔｅｘ，２１本／２５ｍｍ以上（厚手クロス）であり、朱子織の場合６７．５ｔｅｘ，５２本／２５ｍｍ以上、あや織の場合６７．５ｔｅｘ，５４本／２５ｍｍ以上である。

１…送出しロール、４…含浸槽、７…加熱炉、９…巻取りロール、１１，２３…ＰＴＦＥ樹脂被覆ガラス繊維織布、１２…ガラス繊維織布、１２ａ…縦糸、１２ｂ…横糸、１３…ＰＴＦＥ層、２０…ジャケット、２１…断熱材、２３…ヒーター。

Claims (2)

1. ガラス繊維織布に四フッ化エチレン樹脂を塗布し、その塗布された四フッ化エチレン樹脂を乾燥し、３０５℃以上３４０℃未満の温度範囲で加熱処理し、前記四フッ化エチレン樹脂が焼結されてフィルム状になる前に前記加熱処理を止めることで得られることを特徴とする四フッ化エチレン樹脂被覆ガラス繊維織布。
2. 四フッ化エチレン樹脂の含有率が１８ｗｔ％以上３０ｗｔ％未満であることを特徴とする請求項１記載の四フッ化エチレン樹脂被覆ガラス繊維織布。

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