JP5972420B1 - 多層構造紡績糸とこれを使用した耐熱性布帛及び耐熱性防護服 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに近年では、繊維長の異なるスクエアカット同士を混合した、例えば76mm(33%)+89mm(34%)+102mm(33%)のような、ミックスカットと称される階段状の分布を有する商品も市中に流通している。カットされた繊維の好ましい繊維長は30〜180mmの範囲、更に好ましくは45〜150mm、特に好ましくは50〜125mmの範囲である。この範囲であればさらに強力を高く維持できる。また、単繊維繊度は1〜5dtexの範囲が好ましく、更に好ましくは1.5〜4dtexの範囲である。
(1)メタ系アラミド繊維
メタ系アラミド繊維は、例えば米国Du pont社製、商品名"ノーメッスク"(日本の東レ・デュポン社製も同一商品名)、帝人社製、商品名"コーネックス"などがある。酸素指数(OI)は29〜30である。
(2)難燃ウール
難燃ウールとしては一般的なメリノ種などのウールを使用し、ザプロ加工と言われるチタンとジルコニウム塩により処理した難燃ウールがある。ウールは非改質ウールを使用しても良いし、スケールを除去して防縮加工しても良い。このような非改質ウール又は改質ウールを使用するのは、吸湿性を向上し、輻射熱を遮断し、高温で過酷な環境下における作業で発汗して濡れても着心地を良好に保て、人体保護のための耐熱性を発揮できるからである。酸素指数(OI)は27〜33である。
(3)難燃レーヨン
難燃レーヨンとしては、例えばプロバン加工(オルブライト&ウイルソン社が開発したテトラキスヒドロキシメチルホスホニウム塩を用いたアンモニアキュアリング加工)、チバ・ガイギー社が開発したピロパテックスCP加工(N−メチロールジメチルホスノプロピオンアミド加工)、オーストリア国レンチング社の商品名“ビスコースFR”等がある。酸素指数(OI)は26である。
(4)難燃性コットン
プロバン加工(コットンにテトラキスヒドロキシメチルホスホニウム塩をアンモニアキュアリング法により付着させた加工)、ピロパテックスCP加工(N−メチロールジメチルホスノプロピオンアミド加工)等の難燃コットンを使用できる。酸素指数(OI)は26である。
(5)難燃性アクリル繊維
アクリロニトリルに難燃剤として塩化ビニル系モノマーを共重合したアクリル繊維を使用できる。カネカ社製、商品名“プロテックス”などがある。酸素指数(OI)は29〜37である。
(6)ポリエーテルイミド繊維
ポリエーテルイミド(PEI)繊維としては、例えばSABIC Innovative Plastics社製“ULTEM”(酸素指数(OI)32)がある。この繊維は約3cN/dtex程度の引張強度がある。ポリエーテルイミド単繊維の繊度は3.9dtex(3.5デニール)以下が好ましく、更に好ましくは2.8dtex(2.5デニール)以下である。3.9dtex(3.5デニール)以下であれば、柔軟で風合いもよく、作業服として好適である。ポリエーテルイミド繊維の好ましい平均繊維長は30〜180mmの範囲であり、更に好ましくは45〜150mmであり、特に好ましくは50〜125mmの範囲である。前記範囲であれば紡績し易い。
(7)ポリアリレート繊維
ポリアリレート繊維としては、クラレ社製、商品名“ベクトラン”がある。この繊維は強度が18〜22cN/dtex,弾性率600〜741cN/dtex,融点又は分解温度が300℃、酸素指数(OI)は27〜28である。
(8)ポリベンズオキサゾール繊維
ポリベンズオキサゾール(PBO)繊維としては、東洋紡社製、商品名“ザイロン”がある。この繊維は引張強度が37cN/dtex,弾性率270MPa, 融点又は分解温度が670℃、酸素指数(OI)は64である。
Ks0=T0・√S0
Kc0=T0/√C0
Tmax=Rs・T0・√S0
ここにおいて、比例定数Rs=0.495とすれば、芯繊維と鞘繊維はいわばボルトとナットのように最高度の一体性を示し、芯鞘型の多層構造紡績糸の単糸強力は極大値を取る。
Tmax=Rc・T0/√C0
ここにおいて、比例定数Rc=15.7とすれば、最高度の一体性を示し、多層構造紡績糸の単糸強力は極大値を取る。
Kc1=T1/√C1
Kc2=T2/√C1
ここにおいてT1は単糸の撚り数(回/m)、T2は双糸の撚り数(回/m)、C1は単糸番手(m/g)を表す。
<酸素指数(O.I)試験>
JIS K 7201-2に従って測定した。
<耐熱性試験>
ISO 11613-1999に従って、180℃、5分の条件で測定した。
<防炎性試験>
EN532に従って測定した。
<耐燃焼性>
JIS L 1091A-4法で規定される、垂直に配置した織物試料の下端にブンゼンバーナーで12秒間接炎したときの炭化長、炎を外したときの残炎時間、及び残塵時間を測定した。
<耐洗濯性>
国際性能基準ISO 11613-1999に規定されているISO 6330-1984, 2A-Eにしたがい、5回洗濯した。
<帯電圧試験>
JIS L1094. 5.4法で規定される摩擦帯電減衰測定法により、帯電直後の電圧を測定した。
<総熱損失>
ASTM F 1868 Part Cに従って測定した。
<その他の物性>
JIS又は業界規格にしたがって測定した。
1.使用繊維
(1)芯成分
芯成分として、パラ系アラミド繊維、帝人社製商品名“テクノーラ”の牽切紡績糸(撚り数Z方向45回/10cm)、糸繊度8.0tex(メートル番手:1/125)(単繊維繊度1.7dtex、平均繊維長100mm、黒原着品)を使用した。
(2)鞘成分
下記の3種類の繊維を混紡した。
(i)PBI繊維
米国PBI Performance Products, Inc.社製のPBI単繊維繊度1.8dtex、のトウ(790000dtex(711000デニール),繊維本数444000本)を入手し、繊維長51mmのスクエアカットとして、カード混紡により繊維束(スライバー)を作製した。PBI繊維は生成り品(黄色)とした。
(ii)メタアラミド繊維
帝人社製、商品名"コーネックス"、(繊維長76/102mmバイアスカット、繊度2.2dtex)を使用した。
(iii)帯電防止繊維
帯電防止繊維はKBセーレン社製商品名“ベルトロン”、単繊維繊度5.6dtex、繊維長:89mmスクエアカットを使用した。
(1)芯鞘紡績糸
図1に示す方法によりパラ系アラミド繊維(黒原着品)25.6質量%を芯とし、PBI繊維73.9質量%と、帯電防止繊維0.5質量%をカード混紡した繊維束(スライバー)を鞘とし、芯鞘紡績糸を作製した。芯鞘紡績糸の撚り方向はZ、撚り数は63回/10cm、繊度312.5dtexとした。得られた糸の色調は表1にまとめて示す。
(2)双糸
前記芯鞘紡績糸をアップツイスターで撚り合わせて双糸とした。双糸の撚り方向はS、撚り数は60回/10cm、繊度625dtexとした。
実施例1の紡績糸を経糸と緯糸に使用し、レピア織機を使用して図3に示す平+3/3マット織り組織の織物を作製した。得られた織物の条件及び結果はまとめて表2に示す。
鞘成分をメタアラミド繊維(帝人社製、商品名"コーネックス"、 繊維長76/102mmバイアスカット、繊度 2.2dtex、ベージュ色)73.9質量%とした以外は実施例1と同様に芯鞘紡績糸と織物を作成した。混紡糸の色調は表1に示し、織物の条件及び結果はまとめて表2に示す。
(1)燃焼性、とくに炭化長は短く、PBI繊維の大きな利点である。きわめて優れた表面保全性を示していると判断できる。
(2)PBI繊維を混用した織物の酸素指数は高く、難燃性がきわめて高い。
(3)PBI繊維を混用すると、摩擦帯電圧が150V以下の測定不能の状態となる。これはPBI繊維の水分率は14.6%であることに起因するものと推定される。摩擦帯電圧が低い布帛は静電気が発生しにくく安全性が高い。
(4)芯鞘紡績糸と同様に織物においても、PBI繊維は限られた色であるが、色調の異なるメタアラミド繊維を均一混紡することにより、様々な色調の織物が得られた。
この実施例では、実際の防火服を想定し、外層と中層と内層の3層からなる織物を積層して試験をした。
(1)外層
前記実施例1及び比較例1で得られた織物を使用した。
(2)中層(透湿防水層、モイスチャーバリアー)
メタアラミド繊維(繊度2.2dtex,繊維長76/102mmバイアスカット)85質量%、ウール15質量%の混紡紡績糸を用いた平織物(質量77g/m2)からなる基布に、透湿防水膜としてポリテトラフルオロエチレンフィルムをラミネートした質量105g/m2の中層を使用した。
(3)内層(防熱層、インナーライナー)
メタアラミド繊維(繊度2.2dtex,繊維長76/102mmバイアスカット)85質量%、ウール15質量%の混紡紡績糸を用いた16枚綜絖の蜂巣織物(質量213g/m2)を使用した。
以上の積層品の測定結果を表3にまとめて示す。なお、表3はISO11613欧州法によって測定した。
鞘成分のPBI繊維と制電繊維の混紡品に換えて、PBI繊維と制電繊維とメタアラミド繊維(帝人社製、商品名"コーネックス"、繊維長76/102mmバイアスカット繊度2.2dtex,ベージュ色)の混紡品とした以外は実施例1と同様に実施した。得られた糸の酸素指数は表5に示し、織物の条件及び結果はまとめて表6に示す。
(1)燃焼性、とくに炭化長はPBI繊維の混用率の増加に伴って顕著に減少するのは、PBI繊維の大きな利点である。きわめて優れた表面保全性を示していると判断できる。
(2)PBI繊維を混用した織物の酸素指数は高く、難燃性がきわめて高い。
(3)PBI繊維を混用すると、摩擦帯電圧が150V以下の測定不能の状態となる。これはPBI繊維の水分率は14.6%であることに起因するものと推定される。摩擦帯電圧が低い布帛は静電気が発生しにくく安全性が高い。
(4)洗濯寸法変化がPBI繊維混用率の増加に伴って高くなるのは、水分率が2〜3%のm−アラミド繊維に対して、PBI繊維の水分率は14.6%であることに起因するものと推定される。水分率が高いと、洗濯時に繊維が膨潤と収縮の差が大きくなり、寸法変化しやすい。
(5)耐光性を測定するためのカーボンアーク及びキセノンアーク灯照射下における変色の度合いがPBI繊維混用率の増加に伴って悪化する傾向にある。
多層構造紡績糸の鞘成分の混紡率を表7に示すとおりとした以外は実施例1と同様に実施した。表7において洗濯試験は生地傷みを測定するための洗濯試験のことである。なお、前記PBI繊維はトウブレークした牽切繊維であり、生成り品(黄色)又は黒原着を用いた。鞘成分の混紡はスライバー混紡とし、各繊維の内容は次の通りである。
(1)難燃性ウール繊維はオーストラリア産、メリノ種の非改質ウール(平均繊維長:75mm)を使用し、酸性染料を用いて常法によりオリーブグリーン色に染色した。難燃性を付与するためザプロ加工されている。
(2)難燃性レーヨンは、オーストリア国レンチング社の商品名“ビスコースFR”(平均繊度3.3dtex ,繊維長89mmミックスカット)を使用し、反応染料を用いて常法によりスカイブルー色に染色した。
(3)難燃性コットンはプロパン加工(コットンにテトラキスヒドロキシメチルホスホニウム塩をアンモニアキュアリング法により付着させた加工)したコットンを使用した。この場合染色はせずに生成りのままの白残しとした。
(4)難燃性アクリル繊維はカネカ社製、商品名"プロテックスM" (平均繊度3.3dtex , 繊維長82/120mmバイアスカット)を用いた。カチオン染料を用いて常法によりオリエンタルブルー色に染色した。
(5)ポリエーテルイミド(PEI)繊維はSABIC Innovative Plastics社製“ULTEM”(酸素指数(O.I)32)、単繊維繊度3.3dtex(3デニール)、繊維長76/102mmバイアスカットを使用した。分散染料を用いて常法により赤色に染色した。
(6)ポリアリレート繊維
ポリアリレート繊維としては、クラレ社製、商品名“ベクトラン”、単繊維繊度3.3dtex(3デニール)、繊維長76/102mmバイアスカットを使用した。酸素指数(O.I)は27〜28である。この場合ポリアリレート繊維は原着茶色を使用した。
(7)ポリベンズオキサゾール繊維
ポリベンズオキサゾール(PBO)繊維としては、東洋紡社製、商品名“ザイロン”、単繊維繊度3.3dtex(3デニール)、繊維長76/102mmバイアスカットを使用した。酸素指数(O.I)は64である。PBO繊維は生成り(薄黄色)をそのまま使用した。
2 大径円柱体
3 小系円柱体
4,5 フロントトップローラ
6 アーバー
7 トランペットフィーダー
8 バックローラ
9 ドラフトエプロン
10 スネルワイヤ
11 アンチノードリング
12 トラベラー
13 糸管
14 ヤーンガイド
15 短繊維束(芯繊維のパラ系アラミド牽切繊維束)
16 短繊維束(被覆繊維束)
17,20 多層構造紡績糸
21 芯成分繊維
22 鞘成分繊維
Claims (14)
- 芯成分が牽切紡績されたパラ系アラミド繊維糸であり、鞘成分がポリベンズイミダゾール繊維を含む多層構造紡績糸であって、
前記鞘成分はポリベンズイミダゾール繊維と、難燃性繊維(但し、前記パラ系アラミド繊維糸及び前記ポリベンズイミダゾール繊維を除く)を含んで混紡されており、
前記ポリベンズイミダゾール繊維と前記難燃性繊維は少なくとも2色の異なった色であり、
前記多層構造紡績糸は見掛け上前記ポリベンズイミダゾール繊維と前記難燃性繊維とは異なった色調であることを特徴とする多層構造紡績糸。 - 前記ポリベンズイミダゾール繊維は生成り又は原着繊維である請求項1に記載の多層構造紡績糸。
- 前記難燃性繊維は原着繊維、綿染め繊維及び糸染めから選ばれる少なくとも一つである請求項1又は2に記載の多層構造紡績糸。
- 前記鞘成分を100質量%としたとき、前記ポリベンズイミダゾール繊維は10質量%以上90質量%以下であり、前記難燃性繊維は10質量%以上90質量%以下である請求項1〜3のいずれかに記載の多層構造紡績糸。
- 前記難燃性繊維は、JIS K 7201−2で測定される酸素指数(O.I)が26以上である請求項1〜4のいずれかに記載の多層構造紡績糸。
- 前記難燃性繊維は、メタ系アラミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリベンズオキサゾール繊維、ポリエーテルイミド繊維、難燃ウール、難燃性レーヨン、難燃性コットン及び難燃性アクリル繊維から選ばれる少なくとも一つの繊維である請求項1〜5のいずれかに記載の多層構造紡績糸。
- 前記被覆繊維には、さらに帯電防止繊維が混紡されている請求項1〜6のいずれかに記載の多層構造紡績糸。
- 前記多層構造紡績糸は、メートル番手で28〜52番(繊度:357〜192decitex)の範囲である請求項1〜7のいずれかに記載の多層構造紡績糸。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の多層構造紡績糸を使用した耐熱性布帛。
- 前記耐熱性布帛は、EN532の防炎性試験において、炎が端に達せず、穴も開かず、溶融物はなく、平均残炎時間が2秒以下、平均残塵時間が2秒以下である請求項9に記載の耐熱性布帛。
- 前記耐熱性布帛は、ISO11613:1999の耐熱性試験180℃、5分において、生地が溶融、落下、分離及び発火せず、収縮率は5%以下である請求項9又は10に記載の耐熱性布帛。
- 前記耐熱性布帛は、JIS K 7201−2で測定される酸素指数(O.I)が26以上である請求項9〜11のいずれかに記載の耐熱性布帛。
- 前記耐熱性布帛の難燃性繊維は、後染めされている請求項9〜12のいずれかに記載の耐熱性布帛。
- 請求項9〜13のいずれかに記載の耐熱性布帛を使用した耐熱性防護服。
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