JP5502673B2

JP5502673B2 - 難燃積層繊維構造体

Info

Publication number: JP5502673B2
Application number: JP2010209289A
Authority: JP
Inventors: 智史今川
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: JP2012062608A

Description

本発明は、難燃性が要求されるクッション材、断熱材として利用することができる難燃積層繊維構造体に関する。

近年、安全性の向上ならびに確保のため、難燃性および耐熱性に優れた不織布がクッション材あるいは断熱材として、各種輸送移動機に使用されている。該不織布には軽量化の観点より、難燃性および耐熱性に優れた有機繊維が使用されており、代表的な繊維としてメタ型芳香族ポリアミド（メタフェニレンイソフタルアミド）、パラ型芳香族ポリアミド（パラフェニレンテレフタラミド）、耐炎化繊維などが使用されている。例えば、耐炎化短繊維不織布と長繊維不織布とをニードルパンチにて一体化させたニードルパンチ不織布が提案されている（特許文献１）。

しかしながら、メタ型芳香族ポリアミド繊維単独からなる不織布は、難燃性および耐熱性に優れ、前記特性を有する不織布の中では比較的安価であるものの、引張強力が低い問題があった。一方で、パラ型芳香族ポリアミド繊維単独からなる不織布は、引張強度に優れるもののせん断強度が低く、不織布表面と水平方向からの応力に弱く、残じんが発生し易いなど、難燃性に劣る問題があった。また酸化アクリル繊維は耐熱性および難燃性に優れるものの、引張強度およびせん断強度が非常に低い問題があった。そのため、使用時の不織布形態の安定性に優れ、且つ耐熱性および難燃性に優れた不織布はこれまでなく、実用性に優れた耐熱性および難燃性を有する不織布が望まれていた。

特開２００８−５９０１号公報

本発明の目的は、難燃性および耐熱性に優れ、引張強度ならびにせん断強度が高く、使用時の形態安定性に優れ、クッション材や断熱材に好適に用いることができる難燃積層繊維構造体を提供することにある。

本発明者は上記目的を達成するために鋭意検討した結果、かかる目的は、
織布の少なくとも片面に繊維ウェブが積層されてなる積層繊維構造体であって、下記要件ａ）〜ｄ）を満足することを特徴とする難燃積層繊維構造体、
ａ）繊維ウェブが、耐炎化繊維のステープルファイバー、メタ型芳香族ポリアミドステープルファイバー、及び、パラ型芳香族ポリアミドステープルファイバーを含む
ｂ）積層繊維構造体の目付が１００〜７００ｇ／ｍ^２である
ｃ）織布の目付が４０〜１５０ｇ／ｍ^２である
ｄ）織布と繊維ウェブを構成する繊維同士が少なくとも一部で交絡している
により達成できることを見出した。

また好ましくは、耐炎化繊維が、ポリアクリルニトリル繊維をプレオキシダイズドした酸化アクリル繊維である難燃積層繊維構造体であり、パラ型芳香族ポリアミドが、ポリパラフェニレンテレフタルアミドポリアミドまたはコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドである難燃積層繊維構造体であり、織布が、有機繊維、天然繊維、金属繊維のいずれか１つあるいはこれらの２以上の組合せからなる難燃積層繊維構造体であり、ニードルパンチ処理及び／又はスパンレース処理により、織布と繊維ウェブを構成する繊維同士が交絡している難燃積層繊維構造体であり、織布に対する繊維ウェブの重量比が２〜１０である難燃積層繊維構造体であり、繊維ウェブの全重量に対する耐炎化繊維のステープルファイバーの重量が１０〜３０重量％である難燃積層繊維構造体である。

本発明の難燃積層繊維構造体は、耐炎化繊維のステープルファイバーおよびメタ型芳香族ポリアミドステープルファイバーおよびパラ型芳香族ポリアミドステープルファイバーを含むことで、高い難燃性および耐熱性を有し、使用時の形態安定性に優れる。

せん断強度測定サンプルの概略図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の難燃積層繊維構造体は、織布の少なくとも片面に繊維ウェブが積層されてなる積層繊維構造体であって、前記繊維ウェブが、耐炎化繊維のステープルファイバー、メタ型芳香族ポリアミドステープルファイバー、パラ型芳香族ポリアミドステープルファイバーを含み、積層繊維構造体の目付が１００〜７００ｇ／ｍ^２、織布の目付が４０〜１５０ｇ／ｍ^２であり、織布と繊維ウェブを構成する繊維同士が少なくとも一部で交絡していることを特徴とする。

本発明に使用される耐炎化繊維とは、芳香族ポリアミド繊維以外の難燃耐炎性繊維を指し、耐炎化ステープルファイバーとしては、ポリアクリルニトリル繊維をプレオキシダイズドした酸化アクリルステープルファイバー（東邦テナックス（株）製「パイロメックス」、旭化成（株）製「ラスタン」）が好ましく例示される。

また、本発明においてパラ型芳香族ポリアミドステープルファイバーとは、ポリアミドを構成する繰り返し単位の８０ｍｏｌ％以上（好ましくは９０ｍｏｌル％以上）が、下記式（１）で表される芳香族ホモポリアミド、または、芳香族コポリアミドからなるステープルファイバーである。ここでＡｒ１、Ａｒ２は芳香族基を表し、なかでも下記式（２）から選ばれた同一の、または、相異なる芳香族基からなるものが好ましい。但し、芳香族基の水素原子は、ハロゲン原子、低級アルキル基、フェニル基などで置換されていてもよい。

このようなパラ型芳香族ポリアミドの製造方法や繊維特性については、例えば、英国特許第１５０１９４８号公報、米国特許第３７３３９６４号公報、第３７６７７５６号公報、第３８６９４２９号公報、日本国特許の特開昭４９−１００３２２号公報、特開昭４７−１０８６３号公報、特開昭５８−１４４１５２号公報、特開平４−６５５１３号公報などに記載されている。

このようなパラ型芳香族ポリアミドステープルファイバーの具体例としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミドポリアミドステープルファイバー（帝人アラミドＢ．Ｖ．社製「トワロン」、デュポン（株）製「ケブラー」）、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドステープルファイバー（帝人テクノプロダクツ（株）製「テクノーラ」）などが例示される。

メタ型芳香族ポリアミドステープルファイバーは延鎖結合の５０モル％以上が非共軸で非平行の芳香族ポリアミドであり、例えば、ジカルボン酸としてテレフタル酸、イソフタル酸等の１種又は２種以上と、ジアミンとしてメタフェニレンジアミン、４，４−ジアミノフェニルエーテル、４，４−ジアミノジフェニルメタン、キシリレンジアミン等の１種又は２種以上を使用したホモポリマー又は共重合ポリマーからなる短繊維を挙げることができ、その代表的な例としては、ポリメタフェニレンイソフタルアミド、ポリメタキシレンテレフタルアミド、或いは、イソフタル酸クロライド、テレフタル酸クロライド及びメタフェニレンジアミン等を共重合せしめたコポリアミドからなる短繊維がある。これらの中で、くり返し単位の８０モル％以上、好ましくは、９０モル％以上がメタフェニレンイソフタルアミドである芳香族ポリアミド短繊維の延鎖結合の５０モル％以上が非共軸で非平行の芳香族ポリアミドであって、例えば、ジカルボン酸として、テレフタル酸、イソフタル酸等の一種又は二種以上と、ジアミンとしてメタフェニレンジアミン、４，４−ジアミノフェニルエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、キシリレンジアミン等の一種又は二種以上を使用したホモポリマー又は共重合ポリマーステープルファイバーを挙げることができ、その代表的な例としてはポリメタフェニレンイソフタルアミド、ポリメタキシレンテレフタルアミド、あるいはイソフタル酸クロライド、テレフタル酸クロライド、メタフェニレンジアミン等を共重合せしめた共重合ポリマーからなるステープルファイバー等であり、これらの中で特に繰り返し単位の８０モル％以上、さらに好ましくは、９０モル％以上がメタフェニレンイソフタルアミドである芳香族ポリアミドであり、具体的には、ポリメタフェニレンイソフタルアミドステープルファイバー（例えば、デュポン（株）製「ノーメックス」、帝人テクノプロダクツ（株）製「テイジンコーネックス」）等が例示される。

本発明の積層繊維構造体の目付は、クッション性ならびに重量を両立する観点より、１００ｇ／ｍ^２以上、７００ｇ／ｍ^２以下が好ましく、２００ｇ／ｍ^２以上、６００ｇ／ｍ^２以下がより好ましい。

本発明においては、繊維ウェブを構成する耐炎化繊維のステープルファイバーおよびメタ型芳香族ポリアミドステープルファイバーおよびパラ型芳香族ポリアミドステープルファイバーの単繊維繊度は特に限定されないが、積層繊維構造体の引張強度およびせん断強度の観点より、０．６ｄｔｅｘ以上、５．６ｄｔｅｘ以下が好ましく、より好ましくは１．７以上、３ｄｔｅｘ以下が好ましい。また繊維長は特に限定されないが、カード工程通過性の観点より、２５ｍｍ以上、８０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは３８ｍｍ以上、７６ｍｍ以下が好ましい。

さらに、本発明において、耐炎化繊維のステープルファイバーは、積層繊維構造体の難燃性の観点より、繊維ウェブ全重量の１０〜３０重量％が好ましく、より好ましくは１５〜２５重量％である。１０重量％未満の場合、難燃性が低くなり、３０重量％を超える場合は、積層繊維構造体の引張強度およびせん断強度が低下する。

メタ型芳香族ポリアミドステープルファイバーは、積層繊維構造体のせん断強度の観点より、繊維ウェブ全重量の１０重量％以上が好ましく、２０重量％以上がより好ましい。１０重量％未満の場合、積層繊維構造体のせん断強度が低く、長期的な形態安定性が悪くなる。

パラ型芳香族ポリアミドステープルファイバーは、積層繊維構造体の引張強度の観点より、繊維ウェブ全重量の２０重量％以上が好ましく、３０重量％以上がより好ましい。２０重量％未満の場合、積層繊維構造体の引張強度が低く、取扱性に劣る。

繊維ウェブの製造方法は特に限定されないが、ステープルファイバーをフラットカードまたはローラカード等のカード機により開繊し、シート状にする方法、ステープルファイバーを高速流体で開繊しながらベルト上にランダムに積層する方法が例示できる。

本発明において、繊維ウェブは少なくとも織布の片面に積層していることが好ましく、より好ましくは両面に積層することにより、積層繊維構造体の寸法安定性がより向上する。

また、積層繊維構造体の寸法安定性が良くするために、ニードルパンチ処理及び／又はスパンレース処理により繊維ウェッブの繊維同士、織布と繊維ウェッブの繊維同士を交絡させることが好ましい。ニードルパンチ処理は公知のニードルパンチ機を用いて打ち込み密度、ニードルのバーブ、深度は交絡の程度を見ながら決める。スパンレース処理は公知の高圧水流絡合機により繊維同士を交絡させる。圧や密度は交絡の程度で決めることができる。

本発明で使用する織布は、有機繊維、天然繊維、金属繊維のいずれか１つあるいはその組合せからなる紡績糸およびまたはマルチフィラメントでもよい。好ましくは融点が２００℃以上あるいは融点を有せず熱分解開始温度が２００℃以上の繊維からなる紡績糸およびまたはマルチフィラメントが良い。融点あるいは熱分解開始温度が２００℃未満の場合、織布の溶融およびまたは分解により、溶融物およびまたは分解物が不織布表面へ移動し、例えばプレス材として使用した場合、プレスされる相手材に付着する可能性がある。織布を構成する繊維は特に限定されないが、例えばポリエチレンテレフタレート繊維、レーヨン繊維、アセテート繊維、ビニロン繊維、ナイロン６繊維、ナイロン６６繊維、芳香族ポリアミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維等が例示される。これらの繊維素材は単独、もしくは２種以上の繊維を混合して使用することも可能である。

織布の構造は特に限定されないが、例えば平織、綾織、朱子織を好ましく例示できる。また、織布の目付は４０〜１５０ｇ／ｍ^２が好ましい。４０ｇ／ｍ^２未満では積層繊維構造体の寸法安定性が劣り、１５０ｇ／ｍ^２を超えると例えばニードルパンチ処理を行う場合にニードル針が破損しやすくなる。

前記織布に対する前記繊維ウェブ全重量に対して重量比（繊維ウェブ重量／織布重量）が２〜１０であることが好ましい。前記重量比が２未満あるいは１０を超える場合、理由は明らかになっていないが、繊維同士の交絡が悪いためか、積層繊維構造体のせん断強度が低くなり、積層繊維構造体の寸法安定性に劣る。

本発明によれば、耐炎化繊維のステープルファイバーおよびメタ型芳香族ポリアミドステープルファイバーおよびパラ型芳香族ポリアミドステープルファイバーが積層繊維構造体に含まれ、ニードルパンチ処理およびまたはスパンレース処理により繊維同士が交絡せしめられることで、積層繊維構造体の難燃性に優れ、引張強度およびせん断強度が高くなり、形態安定性に優れた難燃積層繊維構造体を得ることができる。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。しかし、以下の例によって、本発明が限定されることはない。なお、実施例中の各特性値は下記の方法で測定した。
（１）繊維ウェブならびに積層繊維構造体目付：ＪＩＳＬ１９１３に準じて測定した。
（２）織布目付：ＪＩＳＬ１０９６に準じて測定した。
（３）積層繊維構造体のＬＯＩ：ＪＩＳＬ１９１３に準じて測定した。
（４）積層繊維構造体の引張強度：ＪＩＳＬ１９１３に準じて測定した。
（５）積層繊維構造体のせん断強度：
２ｃｍ角の正方形に打抜かれた積層繊維構造体の両面に、熱硬化性接着剤（住友スリーエム（株）製Ｙ−５８２Ａ）を貼り付け、図１に示すように、幅２ｃｍ、長さ５ｃｍ、厚み１ｍｍのステンレス板２枚と貼り合せ、０．３ｋｇ／ｃｍ^２の圧力を付与した上で１８０℃、１５分間の熱処理を行うことで固定した。その後、インストロン社製定速引張装置にて２０ｍｍ／ｍｉｎの速度でステンレス板を引張り、積層繊維構造体のタテおよびヨコ方向の最大せん断強度をそれぞれ３点算出し、その平均値を求めた。

［実施例１］
（有）竹内製作所製のカーディング、クロスラッピング装置を使用し、単繊維繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍの酸化アクリルステープルファイバー（東邦テナックス株式会社製パイロメックス）２０重量％、単繊維繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍのメタ型芳香族ポリアミドステープルファイバー（帝人テクノプロダクツ株式会社製コーネックス）４０重量％、単繊維繊度が１．７ｄｔｅｘ、繊維長が５０ｍｍのパラ型芳香族ポリアミドステープルファイバー（帝人アラミドＢ．Ｖ．社製トワロン）４０重量％の混綿された繊維ウェブを２枚作成し、目付６６ｇ／ｍ^２のコーネックス織布（帝人テクノプロダクツ株式会社製、品番ＣＯ２０１６）中間に配した積層体を得た。
次いで、（有）竹内製作所製のニードルパンチ装置を使用し、オルガン製ニードルパンチ用針（ＦＴＤ−６８３６ＣＳＭ）を用い、積層体の両面を、それぞれ針深度１０ｍｍ、１００本／ｃｍ^２の打込密度でニードリングした後、同様の装置、ニードル針を使用し、針深度８ｍｍ、４００本／ｃｍ^２の打込密度でニードリングし、積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

［実施例２］
混綿比率を変えてウェブを製造する変更する以外は、請求項１と同様にして積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

［実施例３］
目付１１０ｇ／ｍ^２のコーネックス織布（帝人テクノプロダクツ株式会社製、品番ＣＯ１７００）に変更する以外は、請求項１と同様にして積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

［比較例１］
繊維ウェブを単繊維繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍの酸化アクリルステープルファイバー（東邦テナックス株式会社製パイロメックス）１００重量％に変更する以外は、請求項１と同様にして積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

［比較例２］
繊維ウェブを単繊維繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍのメタ型芳香族ポリアミドステープルファイバー（帝人テクノプロダクツ株式会社製コーネックス）１００重量％に変更する以外は、請求項１と同様にして積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

［比較例３］
繊維ウェブを単繊維繊度が１．７ｄｔｅｘ、繊維長が５０ｍｍのパラ型芳香族ポリアミドステープルファイバー（帝人アラミドＢ．Ｖ．社製トワロン）１００重量％に変更する以外は、請求項１と同様にして積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

［比較例４］
繊維ウェブを単繊維繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍの酸化アクリルステープルファイバー（東邦テナックス株式会社製パイロメックス）５０重量％、単繊維繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍのメタ型芳香族ポリアミドステープルファイバー（帝人テクノプロダクツ株式会社製コーネックス）５０重量％の混綿ウェブに変更する以外は、請求項１と同様にして積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

［比較例５］
繊維ウェブを単繊維繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍの酸化アクリルステープルファイバー（東邦テナックス株式会社製パイロメックス）５０重量％、単繊維繊度が１．７ｄｔｅｘ、繊維長が５０ｍｍのパラ型芳香族ポリアミドステープルファイバー（帝人アラミドＢ．Ｖ．社製トワロン）５０重量％の混綿ウェブに変更する以外は、請求項１と同様にして積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

［比較例６］
繊維ウェブを単繊維繊度が２．２ｄｔｅｘ、繊維長が５１ｍｍのメタ型芳香族ポリアミドステープルファイバー（帝人テクノプロダクツ株式会社製コーネックス）５０重量％、単繊維繊度が１．７ｄｔｅｘ、繊維長が５０ｍｍのパラ型芳香族ポリアミドステープルファイバー（帝人アラミドＢ．Ｖ．社製トワロン）５０重量％の混綿ウェブに変更する以外は、請求項１と同様にして積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

［比較例７］
繊維ウェブ目付を高くする以外は、請求項１と同様にして積層繊維構造体を製造した。結果を表１に示す。

本発明の積層繊維構造体は、難燃性が要求されるクッション材、断熱材として利用することができる。

ａステンレス板
ｂ不織布

Claims

織布の少なくとも片面に繊維ウェブが積層されてなる積層繊維構造体であって、下記要件ａ）〜ｄ）を満足することを特徴とする難燃積層繊維構造体。
ａ）繊維ウェブが、耐炎化繊維のステープルファイバー、メタ型芳香族ポリアミドステープルファイバー、及び、パラ型芳香族ポリアミドステープルファイバーを含む
ｂ）積層繊維構造体の目付が１００〜７００ｇ／ｍ^２である
ｃ）織布の目付が４０〜１５０ｇ／ｍ^２である
ｄ）織布と繊維ウェブを構成する繊維同士が少なくとも一部で交絡している
耐炎化繊維が、ポリアクリルニトリル繊維をプレオキシダイズドした酸化アクリル繊維である請求項１記載の難燃積層繊維構造体。
パラ型芳香族ポリアミドが、ポリパラフェニレンテレフタルアミドポリアミドまたはコポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレン・テレフタルアミドである請求項１〜２いずれかに記載の難燃積層繊維構造体。
織布が、有機繊維、天然繊維、金属繊維のいずれか１つあるいはこれらの２以上の組合せからなることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の難燃積層繊維構造体。
ニードルパンチ処理及び／又はスパンレース処理により、織布と繊維ウッブを構成する繊維同士が交絡している請求項１〜４いずれかに記載の難燃積層繊維構造体。
織布に対する繊維ウェブの重量比が２〜１０である請求項１〜５いずれかに記載の難燃積層繊維構造体。
繊維ウェブの全重量に対する耐炎化繊維のステープルファイバーの重量が１０〜３０重量％である請求項１〜６いずれかに記載の難燃積層繊維構造体。