JP5981188B2 - ポリテトラフルオロエチレン含浸糸の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィラメント表面に保持された未焼成ポリテトラフルオロエチレン（以下「ＰＴＦＥ」ともいう。）樹脂が脱落しにくく、加工性に優れたＰＴＦＥ含浸糸およびその製造方法に関するものである。

ＰＴＦＥ樹脂はその優れた潤滑性、耐久性、耐熱性、耐薬品性からさまざまな用途に幅広く使用されている。ＰＴＦＥ樹脂から製造されるＰＴＦＥ繊維も、その優れた耐熱性、耐薬品性、耐蒸熱性、電気絶縁性、また表面抵抗の低い材料として知られている。

それら特性を活かし、ＰＴＦＥ樹脂水性分散液をＰＴＦＥやカーボンファイバー、ケブラー、ノーメックス、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの繊維に含浸させた含浸糸を編組にした編組製品や、繊維を編組した後にＰＴＦＥ樹脂水性分散液を含浸させた編組製品は、ポンプ、攪拌機、バルブなど各種流体機器の軸封部などに用いられるグランドパッキンとして幅広く使用されている（特許文献１）。

ＰＴＦＥ含浸糸はフィラメント状の繊維にＰＴＦＥ樹脂水性分散液を含浸させた後に乾燥させ、ＰＴＦＥ樹脂のみを繊維表面に未焼成の状態で露出させた繊維である。このＰＴＦＥ含浸糸は未焼成ＰＴＦＥ樹脂を良好に保持し、このＰＴＦＥ含浸糸を編組した製品はパッキン表面に常に安定した潤滑性を付与することが出来るとともに、柔軟性も保持し、長期間にわたるシール性を一層良好に確保できることが知られている（特許文献２）。

しかしながら、ＰＴＦＥ含浸糸は、フィラメント状の繊維にＰＴＦＥ樹脂水性分散液を含浸した後に乾燥させ水分を除去することにより、未焼成ＰＴＦＥ樹脂の状態でフィラメント状の繊維表面にＰＴＦＥ樹脂を保持しているため、その過程においてガイド等への擦過によりＰＴＦＥ樹脂が脱落し易いという欠点がある。

特開平５−３４６１７５号公報 特開２００８−８８５８０号公報

本発明の目的は、フィラメント状の繊維表面に保持された未焼成ＰＴＦＥ樹脂が脱落しにくく、加工性に優れたＰＴＦＥ含浸糸およびその製造方法を提供することである。

上述した目的を達成するために、本発明に係るＰＴＦＥ含浸糸およびその製造方法は次の構成を有する。

（１）フィラメント状繊維に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を５５〜６５質量％含有し、熱重量測定（ＴＧＡ）によって測定した２２０℃における重量減少が２０質量％以下であるノニオン系界面活性剤をポリテトラフルオロエチレン樹脂に対し２．５質量％以上１０質量％以下含有するポリテトラフルオロエチレン樹脂水性分散液を含浸させた後、乾燥させることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン含浸糸の製造方法。

（２）前記フィラメント状繊維に、前記ポリテトラフルオロエチレン樹脂水性分散液を含浸させた後、１５０℃以上２２０℃以下の乾燥温度で２分以上１０分以下の乾燥時間にて乾燥させる、（１）のＰＴＦＥ含浸糸の製造方法。

（３）前記フィラメント状繊維に対して、６０質量％以上１２０質量％以下の割合で未焼成ＰＴＦＥ樹脂を塗着させる、（１）または（２）のＰＴＦＥ含浸糸の製造方法。

（４）前記フィラメントの繊維がポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる、（１）〜（３）のいずれかのポリテトラフルオロエチレン含浸糸の製造方法。

（５）ジメチルポリシロキサンを８質量％以上１５質量％以下の割合で付着させる、（１）〜（４）のいずれかのポリテトラフルオロエチレン含浸糸の製造方法。

（６）（１）〜（５）のいずれかの製造方法によって得られるポリテトラフルオロエチレン含浸糸。

本発明によれば、フィラメント状の繊維の表面に未焼成ＰＴＦＥ樹脂が脱落しにくく、加工性に優れたＰＴＦＥ樹脂水性分散液を含浸したＰＴＦＥ含浸糸を提供することができる。

以下に本発明の一実施態様に係るＰＴＦＥ含浸糸の詳細について説明する。本実施態様によれば、フィラメント状の繊維表面に未焼成ＰＴＦＥ樹脂が脱落しにくく、加工性に優れたＰＴＦＥ樹脂水性分散液を含浸したＰＴＦＥ含浸糸を提供することができる。ここでＰＴＦＥ含浸糸とは、フィラメント状の繊維に未焼成ＰＴＦＥ樹脂を含浸させ、または未焼成ＰＴＦＥ樹脂と液体潤滑剤としてのジメチルポリシロキサンとを含浸させた製品である。このＰＴＦＥ含浸糸を編組した製品は、たとえばポンプ、攪拌機、バルブなど各種流体機器の軸封部などのグランドパッキンとして広く用いられる。

ＰＴＦＥ含浸糸は編組した際にも未焼成のＰＴＦＥ樹脂や液体潤滑剤であるジメチルポリシロキサンを良好に保持して、パッキンの表面部及び内部からＰＴＦＥ樹脂、またはＰＴＦＥ樹脂と液体潤滑剤であるジメチルポリシロキサンをにじみ出させて、パッキン表面に常に安定した潤滑剤を付与することが出来るとともに、柔軟性も保持し、長期間にわたるシール性を一層良好に確保できるものである。

含浸させるフィラメント状の繊維としてはカーボンファイバーやケブラー、ノーメックスなどのアラミド繊維、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＴＦＥ繊維などの高強力繊維や耐熱・耐薬品繊維を用いることが出来るが、特に限定はされない。

その中でも、特に耐熱や耐薬品性の観点からＰＴＦＥ繊維であることが好ましい。その際のＰＴＦＥ繊維は従来公知のマトリックス法（エマルジョン法ともいう）、スプリット剥離法、あるいはペースト押出法などの生産方式が知られているが、繊維断面が均一で繊度バラツキが小さいという観点から、マトリックス紡糸法によって得られるＰＴＦＥ繊維であることが好ましい。スプリット剥離法あるいはペースト押出法によって得られるＰＴＦＥ繊維では、細かく切り裂いて繊維を製造するために最終繊維状物の断面は扁平形状となり、しかも、繊度がランダムであって均一性に劣り、安定した繊維物性を得ることが難しい。

ＰＴＦＥ繊維は、繊度５０００ｄｔｅｘ以上１５００００ｄｔｅｘ以下、単糸繊度２ｄｔｅｘ以上１４ｄｔｅｘ以下とする構成のマルチフィラメントであることが好ましい。さらには繊度８０００ｄｔｅｘ以上１２００００ｄｔｅｘ以下、単糸繊度３ｄｔｅｘ以上１０ｄｔｅｘ以下がより好ましい。繊度５０００ｄｔｅｘ未満、単糸繊度２ｄｔｅｘ未満の繊維は単糸繊度が細いため、安定した糸の生産が困難となる。繊度１５００００ｄｔｅｘおよび単糸繊度１４ｄｔｅｘを超えると繊維間の隙間をＰＴＦＥ樹脂微粒子や液体潤滑剤で抑えられず、編組製品として安定したシール性を付与することが出来なくなる恐れがある。

ＰＴＦＥ繊維の単糸強度は０．３ｃＮ／ｄｔｅｘ以上２ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。さらには０．４ｃＮ／ｄｔｅｘ以上１．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以下であることが好ましい。単糸強度が０．３ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であれば強度が弱いため、繊維切れが頻発し高次加工性が劣り、さらには編組製品としての強力も低くなることで、その寿命が短くなる恐れがある。２ｃＮ／ｄｔｅｘを超える繊維は、ＰＴＦＥ繊維製造過程において、その条件が高度化し、安定した品質の繊維を得ることが難しくなる。

ＰＴＦＥ繊維の２３０℃×３０分の乾燥処理時における乾熱収縮率は３％以下であることが好ましい。３％を超えると編組製品としての寸法安定性が満足できなくなる。

ＰＴＦＥ繊維はＰＴＦＥ樹脂水性分散液を含浸させることで、フィラメント状の繊維表面に未焼成のＰＴＦＥ樹脂を保持することができる。

ＰＴＦＥ樹脂水性分散液のＰＴＦＥ濃度は５５質量％以上６５質量％以下であることが好ましい。５５質量％未満であると、フィラメントに塗着するＰＴＦＥ量が少なくなるため、目的の半焼成ＰＴＦＥ量を含浸させるために含浸回数を増やし、ライン速度を下げるなどの対策が必要となり、経済的に不利である。また、６５質量％を超えるとＰＴＦＥ塗着量の微妙なコントロールが難しくなる。

ＰＴＦＥ樹脂水性分散液中の特定のノニオン系界面活性剤は、ＪＩＳ Ｋ０１２９の熱重量測定（ＴＧＡ）によって測定した２２０℃における重量減少が２０質量％以下である。

上記２２０℃における重量減少が２０質量％以下であるノニオン系界面活性剤は、疎水基として芳香族環を含まない直鎖あるいは／および分岐あるいは／および環状構造を有する炭化水素基を持ち、親水基としてポリオキシエチレン基を有するものであれば、特に構造は限定されないが、下記化学式で示されるものが好ましく使用される。

Ｒ^１（ＯＣＨ_２ＣＨ_２）_ｎＯＨ 式（１）
（Ｒ^１は炭素数が１０〜１５である直鎖および／または分岐構造有する脂肪族炭化水素、ｎは平均５〜２０の整数）

本発明において好ましい熱重量減少範囲である２２０℃において２０質量％以下であるためには、Ｒ^１が分岐デシル、イソデシルの場合には、ｎの平均が１１以上であることが好ましい。

また、Ｒ^１が分岐トリデシルの場合にはｎの平均が７〜１２であることが好ましい。

また、Ｒ^１が炭素数が１１〜１４の分岐アルキル基混合物の場合には、ｎの平均が１０〜１３であることが好ましい。

さらに、上記ノニオン系界面活性剤を混合して使用することもできる。上記ノニオン系界面活性剤あるいはその混合物の曇点は３０℃〜８０℃であることが好ましく、さらに４５℃から７０℃であることが好ましい。

本発明のノニオン系界面活性剤は、分岐、直鎖あるいは環状の一級アルコールに公知の方法によってエチレンオキサイドおよび／あるいはポリプロピレンオキサイドを付加することによって得ることができる。また、２級、３級のアルコールにエチレンオキサイドおよび／あるいはポリプロピレンオキサイドを付加することによっても得ることができる。

エチレンオキサイドおよび／あるいはポリプロピレンオキサイドの付加は、単分散、あるいは、単分散を混合したバイモーダルであることができる。

さらに、本発明の目的を損なわない範囲で、目的に応じてさらにノニオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤などを併用することができる。

ＰＴＦＥ繊維表面から半焼成ＰＴＦＥが脱落しにくい理由については、発明者は、半焼成ＰＴＦＥ中に残存しているノニオン系界面活性剤が、ＰＴＦＥ粒子のバインダーとして適度な保持力を発現していると考えている。このため、半焼成温度付近におけるノニオン系界面活性剤の分解が多すぎると、このバインダー成分としてのノニオン界面活性剤量の残存量が少なくなり、保持力が不足するものと考えられる。熱重量測定（ＴＧＡ）によって測定される、２２０℃における重量減少割合が２０質量％超であると、半焼成工程において分解揮発するノニオン系界面活性剤量が過剰となりバインダー成分が不足する恐れがある。その結果、ＰＴＦＥ樹脂水性分散液を含浸後、乾燥工程のガイドへの擦過によりＰＴＦＥ樹脂が脱落し易くなり、フィラメント状の繊維表面に目標とする未焼成ＰＴＦＥ樹脂を保持することが難しくなると考えられる。

フィラメント状繊維に対して、６０質量％以上１２０質量％以下の割合で未焼成ＰＴＦＥ樹脂が塗着していることが好ましい。未焼成ＰＴＦＥ樹脂の塗着割合は、より好ましくは７０質量％以上１１０質量％以下である。６０質量％未満であると、編組製品として安定したシール性を付与することが出来ない恐れがある。１２０質量％を超えても、それ以上のシール性の効果はなく、コスト悪化に繋がる。

ＰＴＦＥ樹脂水性分散液を含浸後、乾燥温度を１５０℃以上２２０℃以下、乾燥時間を２分以上１０分以下とすることが好ましい。乾燥温度１６０℃未満であるとＰＴＦＥ樹脂水性分散液中の水分揮発が十分ではなく、ＰＴＦＥ樹脂の塗着性が悪化する恐れがある。乾燥温度２２０℃を超えると界面活性剤の分解が進み、ＰＴＦＥ樹脂の塗着性が悪化する。乾燥時間２分未満であるとＰＴＦＥ樹脂水性分散液の水分揮発が十分ではなく、ＰＴＦＥ樹脂の塗着性が悪化する恐れがある。乾燥時間１０分を超えてもＰＴＦＥ含浸糸は十分に水分除去が完了しており、それ以上の乾燥はエネルギーの悪化に繋がる。

ＰＴＦＥ含浸糸に対して、液体潤滑剤であるジメチルポリシロキサンが８質量％以上１５質量％以下の割合で付着していることが好ましい。ジメチルポリシロキサンの付着割合は、より好ましくは１０質量％以上１３質量％以下である。８質量％未満であると編組の流体機器における初期潤滑性が悪化する恐れがある。１５質量％を超えてもそれ以上の初期潤滑性が得られず、コスト悪化に繋がる。

これら得られたＰＴＦＥ含浸糸を編組した製品は、たとえばポンプ、攪拌機、バルブなど各種流体機器の軸封部などのグランドパッキンとして広く用いられる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、繊維の各物性の測定方法は以下の通りである。

（１）ＰＴＦＥフィラメントの繊度
ＪＩＳ Ｌ １０１３：１９９９に準じて測定した。

（２）ＰＴＦＥフィラメントへの未焼成ＰＴＦＥ樹脂塗着率
ＪＩＳ Ｌ １０１３：１９９９に準じてＰＴＦＥ含浸糸の繊度を測定し、ＰＴＦＥ樹脂含浸前のＰＴＦＥフィラメントの繊度より算出した。

未焼成ＰＴＦＥ樹脂塗着率＝（ＰＴＦＥ含浸糸繊度−ＰＴＦＥフィラメント繊度）／ＰＴＦＥフィラメント繊度×１００

（３）２２０℃における熱重量減少割合
セイコー電子社製示差熱・熱重量測定装置（ＴＧ−ＤＴＡ６２００）を使用し、下記条件下で得られた熱重量減少カーブより、２２０℃における熱重量減少割合を１００分率で求めた。

試料：１０ｍｇ、アルミニウムセル使用
温度範囲：２０℃〜６００℃、昇温レート：１０℃／ｍｉｎ
雰囲気：空気２００ｍｌ／ｍｉｎ

（４）ＰＴＦＥ樹脂塗着性確認
ＰＴＦＥフィラメントにＰＴＦＥ樹脂水性分散液を含浸させ乾燥後、巻取り前のテンショナーユニットガイド下部に脱落したＰＴＦＥ樹脂重量を測定した。

［実施例１］
カセ巻き工程の後に、ＰＴＦＥフィラメント（繊度１００００ｄｔｅｘ、単糸繊度９．５ｄｔｅｘ）を連続的に、ＰＴＦＥ水性分散液１（ＰＴＦＥ濃度６１質量％、疎水基が、分岐トリデシルであり、エチレンオキサイドの平均付加数が８．６モルであるノニオン系界面活性剤（２２０℃における熱重量減少が１０質量％）をＰＴＦＥに対して５．５質量％含む水性分散液）中を通して含浸させた後、１８０℃の熱風炉中で４分間乾燥させ、ＰＴＦＥフィラメントへの未焼成ＰＴＦＥ樹脂塗着率を１００％とする含浸糸を得た。巻き取り前のテンショナーユニットガイド下部に発生したＰＴＦＥ樹脂脱落物量は、ＰＴＦＥ含浸糸１０００ｍあたり８ｇと非常に少なかった。

［実施例２］
実施例１において、２１０℃の熱風炉中で３分間乾燥させた以外は、実施例１と同様にして含浸糸を得た。巻き取り前のテンショナーユニットガイド下部に発生したＰＴＦＥ樹脂脱落物量は、ＰＴＦＥ含浸糸１０００ｍあたり１０ｇと非常に少なかった。

［比較例１］
実施例１において、ＰＴＦＥ水性分散液１を、ＰＴＦＥ水性分散液２（ＰＴＦＥ濃度６１質量％、疎水基が、炭素数１１〜１４の分岐アルキル基（平均炭素数１２．８）であり、エチレンオキサイドの平均付加数が９．２モルであるノニオン系界面活性剤（２２０℃における熱重量減少が２６質量％）をＰＴＦＥに対して５．５質量％含む水性分散液）に変更した以外は、実施例１と同様にして含浸糸を得た。巻き取り前のテンショナーユニットガイド下部に発生したＰＴＦＥ樹脂脱落物量は、ＰＴＦＥ含浸糸１０００ｍあたり４０ｇと非常に多く、生産性面で不利であった。

［比較例２］
実施例１において、１３０℃の熱風炉中で９分間乾燥させた以外は、実施例１と同様にして含浸糸を得た。巻き取り前のテンショナーユニットガイド下部に発生したＰＴＦＥ樹脂脱落物量は、ＰＴＦＥ含浸糸１０００ｍあたり４５ｇと非常に多く、生産性面で不利であった。

［比較例３］
実施例１において、熱風炉中で１分間乾燥させた以外は、実施例１と同様にして含浸糸を得た。巻き取り前のテンショナーユニットガイド下部に発生したＰＴＦＥ樹脂脱落物量は、ＰＴＦＥ含浸糸１０００ｍあたり３３ｇと非常に多く、生産性面で不利であった。

［比較例４］
実施例１において、２４０℃の熱風炉中で４分間乾燥させた以外は、実施例１と同様にして含浸糸を得た。巻き取り前のテンショナーユニットガイド下部に発生したＰＴＦＥ樹脂脱落物量は、ＰＴＦＥ含浸糸１０００ｍあたり５６ｇと非常に多く、生産性面で不利であった。

上述の実施例および比較例で得られた結果を表１に示す。

本発明のＰＴＦＥ含浸糸を編組した製品は、たとえばポンプ、攪拌機、バルブなど各種流体機器の軸封部などのグランドパッキンとして広く用いられる。

Claims (4)

1. フィラメント状繊維に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を５５〜６５質量％含有し、熱重量測定（ＴＧＡ）によって測定した２２０℃における重量減少が２０質量％以下であるノニオン系界面活性剤をポリテトラフルオロエチレン樹脂に対し２．５質量％以上１０質量％以下含有するポリテトラフルオロエチレン樹脂水性分散液を含浸させた後、１５０℃以上２２０℃以下の乾燥温度で２分以上１０分以下の乾燥時間にて乾燥させることを特徴とするポリテトラフルオロエチレン含浸糸の製造方法。
2. 前記フィラメント状繊維に対して、６０質量％以上１２０質量％以下の割合で未焼成ＰＴＦＥ樹脂を塗着させる、請求項１に記載のポリテトラフルオロエチレン含浸糸の製造方法。
3. 前記フィラメント状繊維がポリテトラフルオロエチレン樹脂からなる、請求項１または２に記載のポリテトラフルオロエチレン含浸糸の製造方法。
4. ジメチルポリシロキサンを８質量％以上１５質量％以下の割合で付着させる、請求項１〜３のいずれかに記載のポリテトラフルオロエチレン含浸糸の製造方法。