JP7056882B2 - 断熱材及びその方法 - Google Patents
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Description
本明細書で用いる場合、
「周囲条件」は、25℃かつ101.3kPaの圧力を意味する。
「平均」は、特に指定しない限り、数平均を意味する。
「コポリマー」は、2つ以上の異なるポリマーの繰り返し単位から作製されるポリマーを指し、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、及び星型(例えば樹状)コポリマーを含む。
不織布繊維ウェブにおける繊維の「メジアン繊維径」は、走査型電子顕微鏡を使用することなどによって、繊維構造体の1つ以上の画像を生成し、1つ以上の画像においてはっきりと見えている繊維の横断方向寸法を測定して、繊維径の合計数を求め、その繊維系の合計数に基づいてメジアン繊維径を計算することによって決定される。
「不織布繊維ウェブ」は、個々の繊維又はフィラメントが相互に重なり合っているが、編布として識別可能な状態ではない構造を呈するシート又はマットを形成する、繊維の交絡又は点接着を特徴とする複数の繊維を意味する。
「ポリマー」は、少なくとも10,000g/molの分子量を有する、比較的高い分子量の材料を意味する。
「サイズ」は、所与の物体又は表面の最長寸法を指す。
「実質的に」は、少なくとも、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、95%、96%、97%、98%、99%、99.5%、99.9%、99.99%、又は99.999%、又は100%の量のように有意な程度を意味する。
「厚さ」は、単層物品又は多層物品の対向する面の間の距離を意味する。
1.複数の繊維を含む不織布繊維ウェブを備える、断熱材であって、複数の繊維は、60~100重量%の酸化ポリアクリロニトリル繊維と、0~40重量%の、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と、を含み、不織布繊維ウェブは、15kg/m3~50kg/m3の平均嵩密度を有し、複数の繊維は、不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直な方向に沿って実質的に交絡している、断熱材。
2.不織布繊維ウェブは、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する、3~30重量%の強化繊維を含有する、実施形態1に記載の断熱材。
3.不織布繊維ウェブは、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する、3~19重量%の強化繊維を含有する、実施形態2に記載の断熱材。
4.不織布繊維ウェブは、15kg/m3~40kg/m3の平均嵩密度を有する、実施形態1~3のいずれか一つに記載の断熱材。
5.不織布繊維ウェブは、20kg/m3~30kg/m3の平均嵩密度を有する、実施形態4に記載の断熱材。
6.酸化ポリアクリロニトリル繊維は、強化繊維を除いた複数の繊維の85体積%超を占める、実施形態1~5のいずれか一つに記載の断熱材。
7.酸化ポリアクリロニトリル繊維の少なくとも一部は、捲縮構成を有する、実施形態1~5のいずれか一つに記載の断熱材。
8.実質的に交絡している複数の繊維は、ニードルタック繊維を含む、実施形態1~7のいずれか一つに記載の断熱材。
9.不織布繊維ウェブは、1ミリメートル~50ミリメートルの厚さを有する、実施形態1~8のいずれか一つに記載の断熱材。
10.不織布繊維ウェブは、2ミリメートル~25ミリメートルの厚さを有する、実施形態9に記載の断熱材。
11.不織布繊維ウェブは、3ミリメートル~20ミリメートルの厚さを有する、実施形態10に記載の断熱材。
12.酸化ポリアクリロニトリル繊維は、1マイクロメートル~100マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、実施形態1~11のいずれか一つに記載の断熱材。
13.酸化ポリアクリロニトリル繊維は、2マイクロメートル~50マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、実施形態12に記載の断熱材。
14.酸化ポリアクリロニトリル繊維は、5マイクロメートル~20マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、実施形態13に記載の断熱材。
15.酸化ポリアクリロニトリル繊維は、10ミリメートル~100ミリメートルのメジアン繊維長を有する、実施形態1~14のいずれか一つに記載の断熱材。
16.酸化ポリアクリロニトリル繊維は、15ミリメートル~100ミリメートルのメジアン繊維長を有する、実施形態15に記載の断熱材。
17.酸化ポリアクリロニトリル繊維は、25ミリメートル~75ミリメートルのメジアン繊維長を有する、実施形態16に記載の断熱材。
18.酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維との重量比は、少なくとも4:1である、実施形態1~17のいずれか一つに記載の断熱材。
19.酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維との重量比は、少なくとも5:1である、実施形態18に記載の断熱材。
20.酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維との重量比は、少なくとも10:1である、実施形態19に記載の断熱材。
21.不織布繊維ウェブは、7kPa~1400kPaの引張弾性率を有する、実施形態1~20のいずれか一つに記載の断熱材。
22.不織布繊維ウェブは、70kPa~550kPaの引張弾性率を有する、実施形態21に記載の断熱材。
23.不織布繊維ウェブは、140kPa~350kPaの引張弾性率を有する、実施形態22に記載の断熱材。
24.不織布繊維ウェブは、28kPa超の引張強度を有する、実施形態1~23のいずれか一つに記載の断熱材。
25.不織布繊維ウェブは、周囲条件で元の厚さの37%に圧縮された5分後に、元の厚さの少なくとも70%まで回復する、実施形態1~24のいずれか一つに記載の断熱材。
26.不織布繊維ウェブは、その弛緩構成において、0.035W/K-m未満の熱伝導係数を有する、実施形態1~25のいずれか一つに記載の断熱材。
27.不織布繊維ウェブは、元の厚さの20%に圧縮されたときに、0.035W/K-m未満の熱伝導係数を有する、実施形態26に記載の断熱材。
28.熱源と、熱源を少なくとも部分的に取り囲んでいる、実施形態1~27のいずれか一つに記載の断熱材と、を備える、断熱されたアセンブリ。
29.熱源は、電気自動車用バッテリーを含む、実施形態28に記載のアセンブリ。
30.断熱材の製造方法であって、捲縮構成を有する酸化ポリアクリロニトリル繊維を、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することと、繊維の混合物を、強化繊維の外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供することと、酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維とを、不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って互いに交絡させ、不織布繊維ウェブにおいて10kg/m3~35kg/m3の平均嵩密度を提供することと、を含む、製造方法。
31.断熱材の製造方法であって、不織布繊維ウェブを得るために、酸化ポリアクリロニトリル繊維を、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することであって、酸化ポリアクリロニトリル繊維は、強化繊維を除いた繊維の85体積%超を占める、混合することと、繊維の混合物を、強化繊維の外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供すると、酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維とを、不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って交絡させ、不織布繊維ウェブにおいて10kg/m3~35kg/m3の平均嵩密度を提供することと、を含む、製造方法。
32.不織布繊維ウェブは、15kg/m3~30kg/m3の平均嵩密度を有する、実施形態30又は31に記載の製造方法。
33.不織布繊維ウェブは、20kg/m3~30kg/m3の平均嵩密度を有する、実施形態32に記載の製造方法。
34.不織布繊維ウェブをカレンダー加工すること、不織布繊維ウェブを加熱すること、及び/又は不織布繊維ウェブに張力を加えることによって、不織布繊維ウェブの主表面を平滑化することを更に含む、実施形態30~33のいずれか一つに記載の製造方法。
35.平滑化された表面において密度勾配を更に含む、実施形態34に記載の製造方法。
36.シリコーン、アクリレート、及びフルオロポリマーからなる群から選択されるコーティング流体で不織布繊維ウェブをコーティングすることを更に含み、不織布繊維ウェブは、0.5未満の放射率を有する、実施形態30~35のいずれか一つに記載の製造方法。
37.得られた不織布繊維ウェブは、UL-94V0火炎試験に合格する、実施形態30~36のいずれか一つに記載の製造方法。
38.実施形態30~37のいずれか一つに記載の製造方法によって製造される断熱材。
39.電気自動車用バッテリーを絶縁する方法であって、電気自動車用バッテリーに隣接するエンクロージャを提供することと、実施形態1~27及び実施形態38のいずれか一つに記載の断熱材を、エンクロージャ内に圧縮状態で配置することと、断熱材を膨張させてエンクロージャを実質的に満たさせることと、を含む、方法。
40.エンクロージャは、エンクロージャの最大厚さ寸法に対して10%~100%の厚さ変動率を有する、実施形態39に記載の方法。
表面坪量測定:不織布ウェブの一部を12インチ×12インチ(30.5cm×30.5cm)の正方形に切断して、重量を測定した。重量を表面積(0.0929m2)で除して表面坪量を求め、g/m2(「gsm」)単位で報告した。
HT500T2の試料の両方の主表面からスクリム材料を手で除去して、CE-1として試験されるポリエステル繊維のウェブを得た。
100重量%のOPAN、ニードルタック。SGL Group(Charlotte,NC)による13oz/yd2(又は440gsm)
OPANの供給元名は、Zhenjiang Yishengyu Co.Ltd.(鎮江市益盛裕有限公司)であり、この種類のOPANは、2.5デニールかつ長さ64mmである。バインダーの供給元名は、SINOPEC Yizheng Chemical Fiber Co.Ltd.(中石化儀征化繊有限公司)であり、この種類のバインダーは4080(標準PET2成分繊維、メルティファイバー(Melty fiber))である。30重量%のバインダー繊維及び70重量%のOPAN繊維を使用して、梳綿プロセスによってウェブを作製した。
CE-3の層の約1/3を手で剥がして、試験に使用した。
90(重量)%のPANOX(登録商標)A140(1.7dtex(12マイクロメートル)、切断長さ50mm、短繊維)と、10(重量)%のTREVIRA T270(3.3dtex(17マイクロメートル)、切断長さ60mmの単成分FR変性PET)との混合物を開放してブレンドし、18インチ幅のRando Lab Series Model SB-Feeder/SBD-Webberを使用して、5.7フィート/分でエアレイドし、Webber Lickerinを3000rpmで動作させて、150gsmの非結合ウェブを形成した。この非結合ウェブを、75ニードル/列の23列のニードルボードアレイを有するDilo Needle Loom,Model DI-Loom OD-1 6に搬送した。これらの列は、パターンをランダム化するためにわずかにオフセットされている。ニードルは、Foster 20 3-22-1.5Bのニードルである。アレイは、機械方向において深さ約7インチ、かつ、公称幅24インチ(61cm)であり、ニードルの間隔は、約0.30インチ(7.6mm)である。ニードルボードを91ストローク/分で動作させて交絡させ、ウェブを約0.20インチ(5.1mm)の厚さまで圧縮した。ニードルタックによって、ウェブの主表面に対して垂直な方向に物理的交絡を導入した。
初期厚さが5.1mmであるEX-1のウェブを、厚さ1.9mmまで60時間にわたって圧搾し、次いで、約5分間にわたって、3.6mmまで回復させた。2日後、試料は、4.2mmまで回復した。
ニードルタック工程を省略したことを除いて、実施例1において行った手順に従って、不織布繊維ウェブを生成した。
OPAN-1とPET-FRの重量比が80:20であったことを除いて、実施例1において行った手順に従って、不織布繊維ウェブを生成した。
初期厚さが4.4mmであるEX-2のウェブを、厚さ1.9mmまで20時間にわたって圧搾し、次いで、約1分間にわたって、3.6mmまで弛緩させた。
ニードルタック工程を省略したことを除いて、実施例2において行った手順に従って、不織布繊維ウェブを生成した。
実施例2(ニードルタックを含む)に従って不織布繊維ウェブを調製し、表2に従ってシリコーンコーティング混合物でコーティングした。表2の全ての材料をパンに置き、シリコーンコーティング混合物によって不織布繊維ウェブが完全に飽和されたように見えるまで不織布繊維ウェブを浸漬することによって、シリコーンコーティング混合物を適用した。シリコーンコーティング混合物を、4分間にわたって、105℃の対流オーブン内で不織布繊維ウェブ上で硬化させた。
OPAN-1とPET-FRの重量比が75:25であったことを除いて、実施例1において行った手順に従って、不織布繊維ウェブを生成した。
OPAN-1とPET-FRの重量比が75:25であったことを除いて、シリコーンコーティングを有する不織布繊維ウェブを実施例3に従って生成した。次いで、平滑かつ高密度の表面を有するコーティングされたウェブを得るために、シリコーンコーティングされた不織布繊維ウェブに対してカレンダー加工手順を行った。上部ロールが219℃に設定され、下部ロールが222℃に設定された2つの平滑なスチールロールの間でウェブをカレンダー加工した。2つのロールの間の間隙を0.030インチ(7.6mm)に設定し、圧力を500ポンド/リニアルインチ(89kg/リニアルセンチメートル)に設定した。速度は3フィート/分(0.91メートル/分)とした。
70(重量)%のPANOX(登録商標)A140(1.7dtex(12マイクロメートル)、切断長さ50mmの短繊維)と、30(重量)%のTREVIRA T270(6.7dtex(25マイクロメートル)、切断長さ60mmの単成分FR変性PET)との混合物を、幅0.6mのコンベヤーベルトを用いて、速度0.8m/分で、2つの回転スパイクローラーを有する分割型プレオープン及びブレンドチャンバに供給した。チャンバの上部で繊維材料を開放して毛羽立たせ、次いで、スパイクローラーの上側列を通って形成チャンバの底部に落とすことによって、スパイクローラーの下側列を通過させた。多孔質の形成ベルト/ワイヤの下端から形成チャンバに加えられる重力と真空との組み合わせによって、多孔質無端ベルト/ワイヤ上に材料を引き下げた。JM 688-80タイプの支持層(支持層1)を、1.1m/分の速度で、移動する形成チャンバの下端部で稼働する無端形成ベルト/ワイヤの上面において形成チャンバ内に供給した。
Claims (14)
- 複数の繊維を含む不織布繊維ウェブを備える、EVバッテリー用断熱材であって、前記複数の繊維は、
100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有しない、60~100重量%の酸化ポリアクリロニトリル繊維と、
0~40重量%の、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と、
を含み、
前記不織布繊維ウェブは、15kg/m3~50kg/m3の平均嵩密度を有し、前記複数の繊維は、前記不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直な方向に沿って実質的に交絡しており、
前記不織布繊維ウェブは、初期厚さの37%に60時間にわたって圧縮された5分間後に、初期厚さの少なくとも70%まで回復する、
EVバッテリー用断熱材。 - 前記不織布繊維ウェブは、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する、3~19重量%の強化繊維を含有する、請求項1に記載のEVバッテリー用断熱材。
- 前記酸化ポリアクリロニトリル繊維は、強化繊維を除いた前記複数の繊維の85体積%超を占める、請求項1又は2に記載のEVバッテリー用断熱材。
- 前記実質的に交絡している複数の繊維は、ニードルタック繊維を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載のEVバッテリー用断熱材。
- 前記酸化ポリアクリロニトリル繊維は、1マイクロメートル~100マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、請求項1~4のいずれか一項に記載のEVバッテリー用断熱材。
- 前記酸化ポリアクリロニトリル繊維は、5マイクロメートル~20マイクロメートルのメジアン繊維径及び25ミリメートル~75ミリメートルのメジアン繊維長を有する、請求項5に記載のEVバッテリー用断熱材。
- 熱源と、
前記熱源を少なくとも部分的に取り囲んでいる、請求項1~6のいずれか一項に記載のEVバッテリー用断熱材と、
を備える、断熱されたアセンブリ。 - EVバッテリー用断熱材の製造方法であって、
100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有さずかつ捲縮構成を有する酸化ポリアクリロニトリル繊維を、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することと、
前記繊維の混合物を、前記強化繊維の前記外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供することと、
前記酸化ポリアクリロニトリル繊維と前記強化繊維とを、前記不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って互いに交絡させ、前記不織布繊維ウェブにおいて10kg/m3~35kg/m3の平均嵩密度を提供することと、を含み、
前記不織布繊維ウェブは、初期厚さの37%に60時間にわたって圧縮された5分間後に、初期厚さの少なくとも70%まで回復する、
EVバッテリー用断熱材の製造方法。 - EVバッテリー用断熱材の製造方法であって、
不織布繊維ウェブを得るために、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有しない酸化ポリアクリロニトリル繊維を、100℃~300℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することであって、前記酸化ポリアクリロニトリル繊維は、強化繊維を除いた繊維の85体積%超を占める、混合することと、
前記繊維の混合物を、前記強化繊維の前記外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供することと、
前記酸化ポリアクリロニトリル繊維と前記強化繊維とを、前記不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って互いに交絡させ、前記不織布繊維ウェブにおいて10kg/m3~50kg/m3の平均嵩密度を提供することと、
を含み、
前記不織布繊維ウェブは、初期厚さの37%に60時間にわたって圧縮された5分間後に、初期厚さの少なくとも70%まで回復する、
EVバッテリー用断熱材の製造方法。 - 前記不織布繊維ウェブをカレンダー加工すること、前記不織布繊維ウェブを加熱すること、及び/又は前記不織布繊維ウェブに張力を加えることによって、前記不織布繊維ウェブの主表面を平滑化することを更に含む、請求項8又は9に記載の製造方法。
- 前記不織布繊維ウェブは、前記平滑化された表面において密度勾配を更に含む、請求項10に記載の製造方法。
- シリコーン、アクリレート、及びフルオロポリマーからなる群から選択されるコーティング流体で前記不織布繊維ウェブをコーティングすることを更に含み、前記不織布繊維ウェブは、0.5未満の放射率を有する、請求項8~11のいずれか一項に記載の製造方法。
- 請求項8~12のいずれか一項に記載の製造方法によって製造されるEVバッテリー用断熱材。
- EVバッテリーを絶縁する方法であって、
前記EVバッテリーに隣接するエンクロージャを提供することと、
請求項1~6及び請求項13のいずれか一項に記載のEVバッテリー用断熱材を、前記エンクロージャ内に圧縮状態で配置することと、
前記断熱材を膨張させて前記エンクロージャを実質的に満たさせることと、
を含む、方法。
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