JPH09267009A

JPH09267009A - 炭素繊維不織布及びその製造法

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Publication number: JPH09267009A
Application number: JP8101907A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Maeda; 武士前田; Katsumi Okawa; 勝美大川; Kazutaka Masuda; 一隆増田; Takahiro Ikeda; 孝博池田; Tatsuya Ito; 龍哉伊藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1996-03-31
Filing date: 1996-03-31
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】フイルタ−用の濾過材または吸着材として使
用可能な、圧力損失の少ない炭素繊維不織布を得ること
を課題とする。【解決手段】炭素繊維（Ａ）と、５０−２００ ℃で
熱溶融可能な熱可塑性繊維（Ｂ）とを、Ｂ／Ａが２０−
７０％の範囲で混合し、従来法に従って不織布を製造す
る第一工程と、当該不織布をプリ−ツ状に蛇行して折り
畳み、または平板状の不織布を積層して、その両側面か
ら、適当な圧力で押圧、加熱し、成形体を得る第二工程
と、この成形体を、プリ−ツ面に垂直に所定の厚さにス
ライスして炭素繊維が厚さ方向に配向された不織布を得
る工程からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の流体中に懸
濁、または溶存する物質を、濾過または吸着作用により
除去するフィルタ−として好適に用いられる、圧力損失
の少ない炭素繊維製不織布、およびその製造方法、並び
にその用途に関する。

【０００２】

【従来の技術】フェルト状加工品を得る場合、従来は一
般に各種の合成繊維または天然繊維を、反毛式カ−ド機
およびニ−ドルパンチ機よって収束加工処理して、必要
な密度と引張り強度を備えた各種フェルトを作成してい
る。しかし繊維状炭素の場合は、他の合成繊維や天然繊
維等に比べて、脆く折れやすい上、かつ伸長性が小さ
く、一般に５％未満であるので、補強材として網状物を
入れる（実願昭６３−１６６５３４）か、ポリエステル
やアラミド繊維のように柔軟性があり、５−１５％の伸
長度を有する補強繊維を混合して、フェルト状炭素繊維
不織布を作成していた。

【０００３】ところが、炭素繊維フェルトの場合、溶融
ピッチ延伸−堆積−不融化−炭化法により得た物、ある
いは炭化後、短繊維に裁断した後、バインダ−で収束し
た物、あるいは合成繊維−不融化−炭化法により得た物
等、何れの製造法による場合も、繊維の方向は平面状に
一定の方向に並ぶか（図２ｂ）、二次元状に無方向に並
ぶか（図２ｃ）、何れにしても不織布表面に対して並行
に収束されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように原反フエ
ルトを、図１に示すような工程を経て、反毛式カ−ド機
およびニ−ドルパンチ機で不織布を製造した場合、フエ
ルト内の繊維方向は図２ａ，ｂ，ｃに示すように、不織
布の表面に対し並行な、一次元、または二次元状に繊維
が並ぶ傾向は避けられない。

【０００５】そのため、このような従来構造の不織布を
フィルタ−として、面に対して垂直方向（図３ａ・Ｇ）
に流体（ガス、液体）を流すとき、表面及び中央部には
細長い繊維が横たわり、表面開口率が小さいので、結果
として流体の通過抵抗が大きく、圧力損失が高くなると
言う欠点があった。

【０００６】本発明は、従来技術にかかる、上記の炭素
繊維不織布の欠点を補い、小さい低い通気流通抵抗、圧
力損失で、かつ高い吸着表面積を有する、新規なる構造
を有する高性能フィルタ−用不織布に関し、併せて、そ
の様な不織布の製造方法、並びにそれらの不織布の用途
についても提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、フィルタ
−を構成する不織布内の炭素繊維の方向が、不織布の厚
み方向に配向していることを特徴とした、新規なる構造
を有する不織布（図４ｅ）によって達せられる。不織布
がかかる構造の物であるとき、繊維は流体の流通方向
（図４ｅ・Ｇ）に対して並行であるため、流体の通過抵
抗が小さく、流体との接触もよく、かつ不織布の表面は
繊維の断面部分によってのみ塞がれ、以外は空隙である
ため表面開口率が大きく、更に抵抗が少なくなり、両者
相まって高い吸着表面積を有しつつ、かつ流体の流通抵
抗が著しく低いフイルタ用不織布を得ることができる。

【０００８】このような特殊な構造を有する不織布は、
炭素繊維と熱溶融性繊維が混合されてなる帯状の不織布
原反（図３ａ）を、図３ｂ，ｃの様にプリ−ツ様に折り
畳み、重ね合わせて、熱融着した後、図３ｄの様に重ね
合わせ面と垂直方向にスライス状に裁断することによ
り、簡単に製造することができる。

【０００９】かかる製造方法による時、表面に平行に繊
維が並んだ抵抗の大きい、従来方法によって得られた不
織布の欠点を、逆に利用して、これを一旦プリ−ツ状に
折り畳んだ状態で、これを加熱し、熱溶融性繊維を溶融
させプリ−ツ状成形体（図３ｃ）を得る工程と、これを
所望する厚さ（図４ｄ・ｔ）に裁断する工程とで、簡
単、かつ容易に、不織布の厚み方向に炭素繊維が並ん
だ、流体流通抵抗の小さい、本願発明に係る不織布を製
造することができる。

【００１０】炭素繊維が、不織布の厚み方向に、表面に
垂直方向に並んだ不織布は、前記のプリ−ツ状折り畳み
方法に類似した別なる方法でも製造することができる。
例えば、図５に示すように炭素繊維と熱溶融繊維とが混
合されてなる、従来法によって得られた平板状の不織布
（図５ａ）を、複数枚重ね合わせて押圧下、熱溶着し
て、不織布積層体（図５ｂ）を形成させる工程と、これ
を積層面と垂直方向に、スライス状に裁断（図５ｄ）
し、シ−トを形成させる工程とによっても、本願の不織
布（図５ｅ）を製造することができる。

【００１１】本発明にかかる不織布は、構成する繊維の
方向が不織布表面に対して、平均的に垂直方向、即ち不
織布の厚さ方向に配向しているので、この不織布を除塵
用等の液相、気相濾過フイルタ−、脱臭用等の気相吸着
フイルタ−、脱色用等の液相吸着フイルタ−として使用
する時は、被処理流体は大きい表面開口部より不織布内
部へ入り、フイルタ−装着面に対して略垂直な繊維の方
向に沿って通過するので、圧力損失を低くすることがで
きる。かつ脱色、脱臭等の場合には活性炭繊維の吸着面
が有効に作用する。

【００１２】

【実施の態様】炭素繊維または繊維状活性炭（Ａ）の種
類としては、ピッチ系、ＰＡＮ系、セルロ−ズ系等の原
料繊維を、必要に応じ不融化、炭化、必要に応じ活性化
した、各種のものを広く使用することができる。

【００１３】炭素繊維等と共に混用し、これを一定の形
に保つための、接着材としての作用をなす熱溶融繊維
（Ｂ）は、ポリエステル，ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ポリアクリロニトリル、ポバ−ル等の単独、或いは
これらの混合、共重合樹脂繊維、積層構造繊維等が好適
に用いられる。上記例示の繊維のように５−１５％の伸
長度を有する熱可塑性繊維が望ましい。ここに伸長度と
は、ＪＩＳＲ７６０１に記載される測定法による数
値を言う。

【００１４】また、使用する熱溶融性繊維とは、２００
℃以下、好ましくは１５０℃以下、５０℃以上で可塑性
を発現する合成高分子製繊維が好適に使用できる。この
温度が高すぎると熱融着加工時に多量に熱エネルギ−が
必要になり、また高分子分解生成物物が活性吸着面を汚
染、機能を低下させる悪影響が生じる。また低すぎる
と、常温保存時あるいはフィルタ−として使用中に軟化
し、炭素繊維相互間の繋止力が低下する結果、形が崩れ
る恐れがある。

【００１５】炭素繊維又は繊維状活性炭（Ａ）に対する
熱溶融性繊維（Ｂ）の含有率としては、Ｂ／Ａが２０−
７０％の範囲が好ましい。Ｂが大きすぎると繊維状活性
炭のが含有率が小さくなり、吸着性能の発揮が不充分と
なる。逆に小さすぎると、接着強度が低く、製品が弱く
なる。

【００１６】原料となる、繊維の方向が不織布表面に対
して平行な不織布は、従来の方法で作ったフエルトが使
用できるが、特に反毛式カ−ド機、および／またはニ−
ドルパンチ機法で、ある程度の厚みのフエルト状に束縛
されたものが好ましい。この様な従来法で製造した不織
布は、図１の様な工程を経るため、構成する繊維は不織
布面に対して平行、即ち一次元的に一方向（図２ｂ）に
並ぶか、二次元的に面状（図２ｃ）に繊維が並ぶ。何れ
にしても繊維の大部分が横倒し状態であるので、不織布
の表面の開口率が小さい。従って表面に対し垂直方向
（図３ａ・Ｇ）から処理流体が流れるとき、圧力損失が
大きい欠点が生じたのである。

【００１７】これに対して、本願方法では、図１の様に
一旦、上記の従来方法で不織布（図２ａ；図３ａ）を製
造する工程、次にこれをプリ−ツ状に蛇行（図３ｂ）さ
せながら、折り畳み、両側面から適当な圧力で押圧され
た状態（図３ｃ）で、適当な温度下で加熱され、冷却、
固化する工程が加えられる。ここに、適当な圧力とは、
プリ−ツ状成形体（立方体状、図４ｄ）中の炭素繊維
が、所望の密度になるように押圧される。密度は流通す
る流体の物性等を考慮して決定するのがよい。また、適
当な温度とは、炭素繊維と混合された熱可塑性繊維が溶
融する温度範囲を言い、使用した熱可塑性高分子の物性
を考慮して決定するのがよい。

【００１８】次いで、上記のプリ−ツ状成形体を図４ｄ
の様に、折畳み、重ね合わせ面に垂直方向に沿ってスラ
イスする工程が施される。スライス片の厚さ（ｔ）は、
濾過材として使用する際の流通流体の物性や吸着に必要
な滞留時間等を考慮して決定、裁断される。通常５−１
００ｍｍ位が適当である。また必要に応じて、数枚重ね
て使用することができる。このような方法で製造され
たスライス片（図４ｅ）は、本発明に言う、炭素繊維が
表面に垂直方向に配向された、換言すれば炭素繊維が不
織布の厚み方向に配向している不織布を構成している。

【００１９】前述のように、プリ−ツ状成形体の製造に
供する原反中の炭素繊維が、略一次元的に平行に並んだ
帯状の不織布である場合（図２ｂ）は、これを繊維の方
向に折り畳んでプリ−ツ状にした時は、これを横方向に
裁断して得られるスライス片は、繊維が完全に表面に垂
直に揃って配向した不織布が得られる。（図４ｅ）また、原反中の炭素繊維が、不織布の表面に並行で、二
次元的に交錯した状態の不織布（図２ｃ；従来法で製作
された不織布の殆どがこれに相当する）である場合は、
プリ−ツ化後、横方向に裁断して得られるスライス片
は、繊維が概ね表面に垂直であるが、その垂直二次元面
内にて多少斜めに交錯している状態の物も得られる。
（図４ｇ）本願にては、前者の場合、及び後者の場合、両方を含む
ものである。少々、斜めの繊維がランダムに混在して
も、全体として繊維が表面に垂直に配向していれば、流
体が通過したときの圧力損失の点では、両者共、略同様
の好成績が得られる。

【００２０】帯状不織布を折り畳んで得たプリ−ツ状成
形体、または平板状不織布を重ね合わせて得た不織布積
層体を、重ね合わせ面に垂直方向にスライスする場合、
多少斜めに裁断してもフイルタ−としての実用上の性能
には大差ない。例えば、図６ｈに示すように、重ね合わ
せ面の軸（Ｍ−Ｎ）に対して完全に垂直方向（Ｘ−Ｙ；
θ＝０°）にスライスすることが最も望ましいが、裁断
方向が多少傾いた状態（Ｐ−Ｑ；θ＝４５°以下）で
も、得られる本願発明に係る不織布内の繊維の傾きは、
表面に対して巨視的には平均４５°の傾きの範囲内であ
れば不織布の表面開口率や、不織布内の繊維に沿い流れ
る流体の流通抵抗には大差なく、フイルタ−性能上、θ
＝０°の場合と実質的に同様に使用できる。本願にて
は、裁断上の都合にて不織布内の炭素繊維が巨視的に多
少傾いた状態の物も含むものである。

【００２１】上記の構造を有する本願発明の不織布は、
構成する繊維が表面に垂直、乃至は略垂直方向に配向さ
れているので、表面に平行方向に並ぶ繊維が無い。従っ
て縦方向に流れる流体に対し圧力損失が非常に少ない利
点があるが、反面不織布の横方向に対する引張り強度に
劣る欠点も認められた。この欠点を補う為に、本願発明
の不織布の片面、または上、下両面に、補強用の比較的
目の粗い不織布、不織紙、網、または格子状の支持薄板
等を添えて使用することもできる。（図４ｆ）

【００２２】以下に実施例を用いて説明する。

【実施例１】活性炭素繊維〔（株）アド−ル製・商品名
Ａ−１０（ピッチ系）（物性）表１．表２〕３０Ｋｇ
と、熱溶融性繊維〔チッソ（株）製・商品名ＥＳ繊維
（ポリエステル、ポリプロピレン二層構造）；融点１３
０ ℃〕２０Ｋｇを混合し、反毛式カ−ド機を介して、
長尺、帯状、坪量３００ｇ／ｍ² の不織布を製作した
（第１工程）。製作に際し、図１のように熱溶融繊維か
らなる不織紙（１、２）を上、下に添えた。

【００２３】上記の方法で得た不織布の比表面積を、Ｇ
Ｃ−ＢＥＴ法により測定したところ、５８０ｍ²／ｇで
あった。この方法で得た不織布は、目視及び顕微鏡下で
の観察により、繊維が表面に並行な横倒し繊維が略二次
元面に並んで構成されていることが観察された。この不
織布に、表面に対して垂直な方向（図３ａ・Ｇ）に、常
温で、空気を線速度（ＬＶ）を変えながら透過させ、不
織布層の前後に於ける圧力損失（ΔＰ）を測定した。線
速度（ＬＶ）と圧力損失（ΔＰ）の関係を、図７中に線
ａとして示す。

【００２４】

【表１】基礎物性（商品名Ａ−１０） ──────────────── 比表面積（ｍ²／ｇ）１０００細孔半径（Ａ）８酸化開始温度（℃）４６０

【００２５】

【表２】繊維特性（商品名Ａ−１０） ─────────────────── 糸半径（μｍ）１０−２０伸度（％）１．５−２．０真密度（ｇ／ｍｌ）１．５−１．８見掛密度（ｇ／ｍｌ）０．０１−０．２

【００２６】

【実施例２】実施例１で製作した不織布を高さ５０ｃ
ｍのプリ−ツ状（図３Ｃ）に加工し、両端からプリ−ツ
山側面が互いに接触するように押圧し、この状態を保っ
たまま１４０ ℃の温度で３０分間保持し、ＥＳ繊維を
熔解、冷却させプリ−ツ成形体（図４ｄ）を得た。（工
程２）工程１で、不織布の上、下両面に沿わせた熱溶融紙（図
１；１、２）は、折り返されたプリ−ツの襞の間に共に
挟まれ、原型を止めず溶融、冷却されて、プリ−ツ成形
体を強固なものにする効果があった。

【００２７】このプリ−ツ成形体を、図４ｄの様にプリ
−ツ山を横断する方向の面に、厚み（ｔ）７ｍｍにスラ
イスする方法により、坪量３００ｇ／ｍ²の不織布を得
た（工程３）。

【００２８】上記の方法で得た不織布の比表面積を、Ｇ
Ｃ−ＢＥＴ法により測定したところ、５６０ｍ²／ｇで
あった。この方法で得た不織布は、目視及び顕微鏡下で
の観察により、繊維が表面に略垂直な方向、即ち炭素繊
維が主として不織布の厚み方向に配向されて構成されて
いることが観察された。更にこの不織布に対して、表面
に対して垂直な方向（図４ｅ・Ｇ）に、常温で、空気を
線速度（ＬＶ）を変えながら透過させ、不織布層の前後
に於ける圧力損失（ΔＰ）を測定した。線速度（ＬＶ）
と圧力損失（ΔＰ）の関係を、図７中にｂ線として示
す。図７中のａ，ｂ線の比較から、本発明にかかる不織
布は、従来の不織布の繊維が表面に並行に横倒し状態で
あるに対し、繊維が厚さ方向に配向しているので、空気
の透過に対して抵抗が少ないことを示している。

【００２９】

【実施例３】実施例２の方法で得た不織布の両面に、
合成樹脂製の繊維を抄紙接着して得た不織紙を添え、必
要に応じニ−ドルパンチング、加熱、または接着剤を介
し、補強した濾過材（図４ｆ）を得た。この不織紙は薄
く、目が粗いので、本体の不織布の圧力損失には殆ど影
響を与えないが、これにより取扱性、引き裂き強度が向
上し、当該不織布を装着する際の操作が容易になった。

【００３０】

【実施例４】実施例１と同様の方法でで得た不織布を裁
断し、平板状裁断片を平置、積層し、実施例２と同様に
１４０ ℃、３０分間加熱し、積層体を形成させた。但
し、本例の場合は、工程１で原反シ−トを作る際、添え
る不織紙は図１；１のみとした。プリ−ツの場合と異な
り、平置、積層の場合は上、下層の接合境界は共通とな
るからである。尚、工程１において炭素繊維不織布に添
えて使用する不織紙（図１；１、２）は、本願発明には
必ずしも必須ではないが、図１の装置で原料の搬送が容
易になること、およびプリ−ツ成形体や積層成形体が補
強される効果もあり、片面または両面に必要に応じ使用
される。

【００３１】

【実施例５】実施例２で製造された、本願発明に係る不
織布を室内空気清浄器に装着したところ、圧力損失が少
なくかつ防塵性に優れていた。

【００３２】

【発明の効果】本発明に係る、表面に垂直に配向され
た炭素繊維または活性炭繊維から構成された不織布は、
家庭用、業務用の空気清浄器のフイルタ−、オゾン除去
用フイルタ−、自動車の空気清浄器用フイルタ−、温風
暖房機等の脱臭、除塵、脱湿、金属を担持させた触媒担
体等の用途に広範に使用できる。また、気相用の他、液
相用にも排水中の色素、不純物等の吸着除去、液中浮遊
物の分離に供することができる。単なる濾過である場
合、吸着活性を要する場合と、用途に応じて、原料とな
る炭素繊維か、活性炭繊維か、が選択される。これらの
用途に供したとき、濾材を構成する炭素繊維体が流体の
通過方向と並行にあり、且つ不織布の厚み方向に繊維が
配向されているので表面開口率が大きく、結果として圧
力損失が著しく小さいので、設備経済、節エネルギ的に
好適である。

【００３３】そして本発明に係る不織布の製造法による
と、炭素繊維等に、熱溶融繊維を混合し、従来の製造法
と同様にして得られる長尺、帯状の不織布を、単にプリ
−ツ状に蛇行、折畳み、または平板状に裁断したものを
平置、積層し、これらを熱押圧して成形体を得、重ね合
わせた積層面に垂直方向にスライス状に裁断するのみ
で、容易に本発明に係る高効率フイルタを容易、かつ経
済的に製造することが出来、結果として低い圧力損失の
濾過、吸着を可能ならしめたメリットは大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】不織布製造装置の側面図を示す。

【図２】ａ；上記、図１の装置で製造された不織布の斜
視図を、ｂ；不織布を構成する炭素繊維が略平行に並んだ不織布
の、ｃ；炭素繊維が、二次元的に交錯しつつ表面に並行にあ
る不織布の斜視図を、それぞれ示す。

【図３】ａ；炭素繊維が、表面に並行してある従来法の
不織布、ｂ；上記ａの帯状不織布をプリ−ツ状に蛇行させた状
態、ｃ；上記ｂのプリ−ツを両側面から押圧した状態の、そ
れぞれ横断面図（一部斜視図）を示す。

【図４】ｄ；図３ｃのプリ−ツ成形体を横方向裁断する
状態、ｅ；上記ｄで得られた、炭素繊維が厚さ方向に配向した
本発明の不織布、ｆ；上記ｅの不織布に、補強用の薄不織布を添えた本発
明の不織布、ｇ；繊維が表面に略垂直であるが、多少斜めに交錯して
いる本発明の不織布、の、それぞれ横断面図（一部斜視
図）を示す。

【図５】ａ；炭素繊維が、表面に並行してある従来法の
不織布、ｂ；上記ａの平板状不織布を、平置、積層、加熱、押圧
した状態、ｄ；上記ｂを積層面に垂直に裁断する状態、ｅ；上記ｄで得られた、本発明の不織布、ｆ；上記ｅの不織布に、補強用の薄不織布を添えた本発
明の不織布、の、それぞれ横断面図を示す。

【図６】ｈ；プリ−ツ状成形体の、裁断方法の一なる態
様を示す断面図、ｉ；上記ｈの方法で得られた、本発明の不織布である。

【図７】不織布に空気を流通させた場合の、空気流速と
圧力損失の関係図である。ａ；従来法にて製作された不織布の場合の、ｂ；本発明に係る不織布の場合の、実験例をそれぞれ示
す。

【符号の説明】

１、２；不織紙６；炭素繊維供給、裁断用羽根車９；ニ−ドルパンチ１１；従来法不織布ロ−ルＧ；流体の通過方向 △Ｐ；圧力損失（ｍｍＡｑ）ＬＶ；通過流体の流速（ｍ／ｓ）ｔ；不織布の厚さＭ−Ｎ；プリ−ツの重ね合わせ面の方向を示す線Ｐ−Ｑ；スライス裁断面の方向を示す線Ｘ−Ｙ；Ｍ−Ｎ面に垂直な方向を示す線 θ；Ｘ−Ｙ線とＰ−Ｑ線との傾き角度 → ←；不織布を押圧する方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田孝博大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者伊藤龍哉大阪府大阪市中央区平野町４丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炭素繊維を基本構成とする不織布であっ
て、炭素繊維が不織布の厚み方向に配向していることを
特徴とする炭素繊維不織布。
【請求項２】前記炭素繊維が、繊維状活性炭素である
ことを特徴とする請求項１の炭素繊維不織布。
【請求項３】請求項１または請求項２記載の炭素繊維
不織布を用いたフイルタ。
【請求項４】炭素繊維と熱溶融性繊維とが混合されて
なる平板状の不織布を複数枚重ね合わせて熱接着する不
織布積層体形成工程と、前記不織布積層体を積層面と垂
直方向にスライスして、炭素繊維が厚み方向に配向した
積層体スライスシ−トを形成するスライスシ−ト形成工
程と、を備える炭素繊維不織布の製造方法。
【請求項５】炭素繊維と熱溶融性繊維とが混合されて
なる帯状の不織布を長手方向にそってプリ−ツ状に折り
畳み重ね合わせた後、熱接着するプリ−ツ状成形体形成
工程と、前記成形体を重ね合わせ面と垂直方向にスライスし、炭
素繊維が厚み方向に配向したスライスシ−トを作製する
スライスシ−ト作製工程とを備える炭素繊維不織布の製
造方法。
【請求項６】前記炭素繊維が、繊維状活性炭素である
ことを特徴とする請求項４または請求項５の製造方法。
【請求項７】炭素繊維と熱溶融性繊維とが混合されて
なる平板状または帯状の不織布が、その片面または両面
に熱溶融性不織布または不織紙または格子状の開孔を有
する薄板を予め沿わせたものあることを特徴とする、請
求項４、請求項５または請求項６の炭素繊維不織布の製
造方法。