JP5425553B2 - エアーフィルター用不織布 - Google Patents
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Description
特許文献1、2には密度が異なる層をニードルパンチで多層化したフィルターが開示され、特許文献3には、密度が異なるスパンボンド不織布層を積層したフィルターが開示されている。また、特許文献4には、表層と裏層で繊維径が異なるフィルターが開示され、特許文献5には、エアーレイド法により、繊維径が異なる多層のウエッブを積層して接着する方法が開示されている。
上記のような不織布を使用したフィルターでは、孔径(ポアサイズ)が小さいため捕集効率は高くなるが、目詰まりを起こし易く、フィルターの寿命が短くなるという欠点を有する。また、通気抵抗が高く、圧力損失が高いという欠点も有する。
このような不織布を使用したフィルターでは、孔径が大きいため、フィルターの寿命は長くなるが、捕集効率が低下してしまうという欠点がある。
他方、特許文献4、5のフィルターは、ウエッブを積層した後に熱により接合するため、前記のような問題点が解消されているが、複数の繊維径の原料を準備し、順次積層する装置が必要であり、ウエッブ形成装置、原料供給装置が複雑で大型になるという新たな問題がある。
本発明は、積層界面に粒子が集中する問題を解消すると同時に、ウエッブ形成装置や原料供給装置が簡略化された不織布を提供することを課題とする。
の表層部が低密度部で他方の表層部が高密度部であり、両表層部間の中間層部を含んで一方の表層部から他方の表層部にかけて厚さ方向に連続的な密度勾配が形成されていることを特徴とするエアーフィルター用不織布。
(3)前記単層のシート状不織布は、その低密度部の最大孔径が30〜120μmであることを特徴とする(1)項又は(2)項に記載のエアーフィルター用不織布。
(4)前記単層のシート状不織布は、その高密度部の最小孔径が0.5〜15μmであることを特徴とする(1)項〜(3)項のいずれか1項に記載のエアーフィルター用不織布。
(5)前記単層のシート状不織布は、合成繊維から構成されている単層不織布であることを特徴とする(1)項〜(4)項のいずれかに記載のエアーフィルター用不織布。
(7)前記シート状不織布は、短繊維チョップを乾式抄紙して形成されている均一密度の単層ウェブに、その熱融着性合成繊維を熱融着せしめて層内密度を調節する熱処理を施すことによって、前記一方の表層部が低密度部で、他方の表層部が高密度部であり、両表層部間の中間層部を含んで一方の表層部から他方の表層部にかけて厚さ方向に密度が連続的に変化している密度勾配が形成されている単層不織布からなることを特徴とする、(6)項記載のエアーフィルター用不織布。
(8)前記(1)項〜(7)項のいずれか1項に記載のエアーフィルター用不織布からなる内燃機関の空気取り入れ口用エアーフィルター。
熱融着性合成繊維の含有割合が全繊維の50質量%以上である繊維長1〜8mmの短繊維チョップをエアーレイド方式により抄紙して単層のウェブを形成する工程、
該単層のウェブに熱処理を施すことにより前記熱融着性合成繊維を熱融着させて、前記一方の表層部が低密度部で、他方の表層部が高密度部であり、両表層部間の中間層部を含んで一方の表層部から他方の表層部に向けて密度が連続的に変化している密度勾配層を形成する熱処理工程、
を有することを特徴とする、エアーフィルター用不織布の製造方法。
(10)前記単層のウェブを形成する工程が、均一密度の単層のウェブを形成する工程であり、前記熱処理工程が、前記均一密度の単層ウェブを熱風ドライヤーで加熱し、異なる温度の2本の加熱ロール間に通して表裏面から異なる温度で加熱加圧して厚さ方向に密度勾配を有する層を形成する処理であることを特徴とする(9)項記載のエアーフィルター用不織布を製造する方法。
本発明のフィルター用不織布は、低密度部である一方の面側の表層部から中間層部を経て他方の面側の高密度部にかけて、厚さ方向に層内密度が連続的に変化している単層の不織布であることによって、ダストの捕集効率と圧力損失とフィルター寿命のバランスの取れたフィルターを構成することを可能ならしめた不織布であり、厚さ方向に複数層が界面を形成して接している積層構造の不織布とは異なるものである。
低密度部の密度は、0.01〜0.13g/cm3、好ましくは0.06〜0.13g/cm3であり、高密度部の密度は0.15〜0.35g/cm3、好ましくは0.17〜0.35g/cm3の範囲であり、高密度部の密度が低密度部の密度の1.5〜15倍であることが好ましい。低密度部の密度が0.01g/cm3未満であると構造体としての強度が弱く、また、殆どの粒子が低密度部を通過してしまうので好ましくない。低密度部の密度が0.13g/cm3を越えると、圧力損失や目詰まりの可能性が大きくなる。
また、高密度部の密度が0.15g/cm3未満では、小さな粒子が充分に捕捉されず、0.35g/cm3を超えると、圧力損失や目詰まりの可能性が大きくなる。
不織布全体としては、平均密度が0.1〜0.25g/cm3であることが好ましい。
ところで、実際に空気供給側に圧力がかかった状態で空気が流れる際には、通気抵抗があることは不可避であるので、本発明の不織布については、JIS−D−1612−8.に規定する通気抵抗の値で、2.5〜3.0(KPa)であることが好ましい。2.5未満の場合には孔径の大きな貫通部分が存在する可能性があり、そのような貫通部分があると大きな粒子が捕捉されないので好ましくない。また、3.0を超えると、圧力損失によるエネルギーロスが大きくなるので好ましくない。
最小孔径は0.5〜15μmであることが好ましい。0.5μm未満では圧力損失が大きく、目詰まりを起こし易いし、15μmを超えると微細粒子の捕捉性能が低下するので好ましくない。
また、本発明で使用する合成繊維の繊度は、0.1〜72dtの範囲であることが望ましい。
形成された繊維ウェブを不織布シートに加工する方法としては、原料自体を熱融着性繊維とする方法、バインダーを表面から散布する方法、あるいは、原料にバインダー粒子又はバインダー繊維となる熱融着性繊維を混合しておく方法等があるが、そのいずれでもよい。
熱融着性を有していない繊維と熱融着性繊維を混合する場合には、全繊維の50質量%以上を占める、量的に「主成分」となる割合で熱融着性繊維を含有することが好ましい。熱融着性繊維が50質量%未満の場合には、接着されていない繊維が存在する不織布が形成される可能性が高くなるので好ましくない。熱融着性繊維は、好ましくは80質量%以上、更に好ましくは90質量%以上含有させる。
この方法においては、熱風加熱する際にウェブの表面部側からの熱風と裏面部側からの熱風に温度差を付けたり、表面層側と裏面層側に接するプレスロールに温度差を付けることにより、一方の表層部を低密度部で他方の表層部が高密度部であり、両表層間で密度が連続的に変化している不織布層を形成することができる。また、必要に応じて、低密度部と高密度部を形成したウェブの表面層側(低密度部側)に温度が低めのエアーを吹き付けたり、蒸気を吹き付けたりすることにより、空気又は水蒸気の力で繊維間隙を広げて低密度部側をさらに低密度化することも可能である。
「熱融着性繊維1」:PET/PET芯/鞘型複合繊維、繊維長5mm、繊維径2.2dt(商品名「テトロン」、帝人ファイバー株式会社社製)
「熱融着性繊維2」:PET/PET芯/鞘型複合繊維、繊維長5mm、繊維径4.4dt(商品名「メルティー」、ユニチカファイバー株式会社社製)
「熱融着性繊維3」:PET/PET芯/鞘型複合繊維、繊維長5mm、繊維径22dt(商品名「メルティー」、ユニチカファイバー株式会社社製)
走行する無端のメッシュ状コンベア上に坪量14g/m2のティシュを繰り出し、その上に、繊維径の異なる熱融着性繊維1と熱融着性繊維2とを1:1の質量比で配合し、空気中で均一に混合して調製した原料繊維を、エアーレイド方式のウェブフォーミング機により空気流とともに落下堆積させてウェブを形成した。
次いで、形成されたウェブを温度150℃のスルーエアードライヤーを通過させ、表面側のロール温度が30℃で、裏面側のロール温度が50℃の一対のプレスロール間に線圧70kgf/cmで通してプレスすることによって、坪量300g/m2、厚さ2.0mm、密度0.15g/cm3の乾式不織布シートを作成した。
得られた乾式不織布シートを、プリーツ加工したものをフィルター1とした。
実施例1の方法で、熱融着性繊維1と熱融着性繊維2とを7:3の質量比で配合したものを原料繊維とし、実施例1と同様にして、坪量300g/m2、厚さ2.0mm、密度0.15g/cm3の乾式不織布シートを作成した。
得られた乾式不織布シートを、プリーツ加工したものをフィルター2とした。
実施例1の方法で、熱融着性繊維1と熱融着性繊維2とを1:1の質量比で配合したものを原料繊維とし、実施例1と同様にして坪量330g/m2、厚さ2.0mm、密度0.165g/cm3の乾式不織布シートを作成した。
得られた乾式不織布シートを、プリーツ加工したものをフィルター3とした。
実施例2の方法で、熱融着性繊維2を熱融着性繊維3とした以外は、実施例2と同様にして、坪量300g/m2、厚さ2.0mm、密度0.15g/cm3の乾式不織布シートを作成した。
得られた乾式不織布シートを、プリーツ加工したものをフィルター4とした。
実施例1の方法で、熱融着性繊維2を単独で原料繊維とした以外は、実施例1と同様にして、坪量350g/m2、厚さ2.0mm、密度0.17g/cm3の乾式不織布シートを作成した。
得られた乾式不織布シートを、プリーツ加工したものをフィルター5とした。
実施例1の方法で、熱融着性繊維1を単独で原料繊維とした以外は、実施例1と同様にして、坪量280g/m2、厚さ2.0mm、密度0.14g/cm3の乾式不織布シートを作成した。
得られた乾式不織布シートを、プリーツ加工したものをフィルター6とした。
従来品のエアークリーナー用エアーフィルター(3層ウエッブをニードルパンチ及びアクリルバインダーで貼合したタイプ)を参考例1とし、改良品のエアークリーナー用エアーフィルター(4層ウエッブをニードルパンチ及びアクリルバインダーで貼合したタイプ)を参考例2とした。
なお、実施例1〜6及び参考例1,2の不織布の諸物性の測定法及びエアーフィルターとしての性能評価方法は以下の通りである。
JIS L−1906に基づき荷重2kPaで測定した。
不織布を薄片化処理したものを試料として断面の軟X線写真を撮影し、得られた画像をスキャナーで読み込み、色調濃淡を256階調で数値化し、片側表面から厚さ方向の1/3までの表層部、中間の1/3厚さ分の中間部、もう片側の表面から厚さ方向の1/3までの表層部、の各層平均密度を算出した。具体的には以下の手順による。
1)薄片化処理
垂直スライサーにより、不織布を幅20mm×厚さ2.0mmの薄片状にして試料とした。
2)軟X線撮影
軟X線発生装置〔EMS−2特型,ソフテック(株)製〕を用い、上記試料の断面を下記条件にて撮影した。
撮影条件:大焦点(BR)モード、電圧11kVp、電流4mA、照射時間5min.
現像条件:現像液5min.→停止液30sec.→定着液10min.浸漬
3)画像スキャン
透過ドラムスキャナー(スキャンデントシメーター2605)を使用して上記で撮影した画像をスキャンした。
測定条件:サンプリングピッチ25×25μm、ドラムスピード2回転/sec.、濃
度階調 256
4)画像濃淡測定
スキャンした画像を解析ソフト〔10 Mate,(株)アイ・スペック製〕を用いて解
析し、試料の各層について、各々19×0.75mm範囲の平均濃度値を得た。
5)密度の算出
密度が既知の不織布(0.05〜0.43g/m3)を用意して、上記と同様にして軟X線写真を撮影し、それぞれの密度と濃度値の関係から検量線を得た。
該検量線を用い、試料の平均濃度値から各層の密度を求めた。
JIS L−1906の8.27.1のA法(フラジール形法)により測定した。
3cm×3cmの試験片をサンプリングし、住友スリーエム社製フッ素系不活性液体フレオンFC−40を含浸させ、Porous Materials社製 Automated Perm Porometerで測定した。この装置はASTM・F−316−80に基づいた装置である。測定は、低密度側から高密度側に空気が流れる方向で行い、繰り返し回数はn=5とした。測定ごとにバブルポイント並びに累積流量曲線を得た。なお、最大孔径はバブルポイント法により計算し、最小孔径は、液体を含浸しない場合の99%の流量となった時点を便宜上最小孔径とした。
JIS D−1612の8.通気抵抗試験の規定により測定し、以下の基準で通気抵抗性を評価した。評価基準としては、数値が2.5未満のときは◎、数値が2.5以上3.0未満のときは○、数値が3.0以上3.5未満のときは△、数値が3.5以上のときは×とした。
試験用ダストはJIS Z−8901に規定される8種(微粒)とし、JIS D−1612の9.4.(1)初期清浄効率試験の規定により測定した。
評価基準としては、数値が98.5以上のときは評価を◎、98.5未満98.0以上のときは評価を○、98.0未満97.5以上のときは評価を△、97.5未満のときは評価を×とした。
試験用ダストはJIS Z−8901に規定される8種(微粒)とし、JIS D−1612の9.4.(3)フルライフ清浄効率試験の規定により測定した。
評価基準としては、数値が99.0以上のときは評価を◎、99.0未満98.5以上のときは評価を○、98.5未満98.0以上のときは評価を△、98.0未満のときは評価を×とした。
試験用ダストはJIS Z−8901に規定される8種(微粒)とし、JIS D−1612の10.ダスト保持量試験の規定により測定した。
社内評価基準により、「優れる」を◎、「良好」を○、「若干劣る」を△、「劣る」を×とした。
Claims (5)
- エアーレイド方式で短繊維チョップを抄紙して形成されており、坪量が150〜400g/m2で、JIS−L−1906(A法)に規定する通気量が20〜80cc/cm2/sec.である単層のシート状不織布であって、その一方の表層部が、密度が0.01〜0.13g/cm 3 で最大孔径が30〜120μmの低密度部で、他方の表層部が密度が0.15〜0.35g/cm 3 でかつ前記低密度部の密度の1.5〜15倍の密度である高密度部であり、両表層部間の中間層部を含んで一方の表層部から他方の表層部にかけて厚さ方向に密度が連続的に変化している密度勾配を有することを特徴とする、エアーフィルター用不織布。
- 前記単層のシート状不織布は、その高密度部の最小孔径が0.5〜15μmであることを特徴とする請求項1記載のエアーフィルター用不織布。
- 前記単層のシート状不織布は、合成繊維から構成されている単層不織布であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のエアーフィルター用不織布。
- 前記合成繊維は、熱融着性合成繊維を主成分とすることを特徴とする、請求項3記載のエアーフィルター用不織布。
- 前記単層のシート状不織布は、短繊維チョップを乾式抄紙して形成されている均一密度の単層ウェブに、その熱融着性合成繊維を熱融着せしめて層内密度を調節する熱処理を施すことによって、前記一方の表層部が低密度部で、他方の表層部が高密度部であり、両表層部間の中間層部を含んで一方の表層部から他方の表層部にかけて厚さ方向に密度が連続的に変化している密度勾配が形成されている単層不織布からなることを特徴とする、請求項4記載のエアーフィルター用不織布。
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