JPH09511802A - 燃焼しにくい可撓性二領域繊維、該二領域繊維から作られる製品および製造法 - Google Patents

燃焼しにくい可撓性二領域繊維、該二領域繊維から作られる製品および製造法

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JPH09511802A JP8532810A JP53281096A JPH09511802A JP H09511802 A JPH09511802 A JP H09511802A JP 8532810 A JP8532810 A JP 8532810A JP 53281096 A JP53281096 A JP 53281096A JP H09511802 A JPH09511802 A JP H09511802A
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Abstract

(57)【要約】 燃焼しにくい可撓性二領域繊維であって、繊維が、好ましくは単一の均一なポリマー前駆体組成物から誘導され、該二領域繊維が、熱可塑性ポリマー組成物から成る内部コア領域およびそれを取り囲む熱硬化性炭素質材料から成る外部被覆領域を含む繊維を開示する。二領域繊維は、特に、繊維全体の半径(R)に対する内部コア領域の半径(r)の比(r:R)が約 1:4〜1:1.05であり、LOI値が 40 より大きく、破断ねじれ角度が 4〜13度であり、曲げひずみ値が 0.01 %より大きく、50 %未満であることを特徴とする。本発明のさらに別の態様では、二領域前駆体繊維を開示する。該二領域前駆体繊維は、好ましくは、単一の均一なポリマー前駆体組成物から誘導され、該前駆体繊維は、熱可塑性ポリマー組成物から成る内部コア領域およびそれを取り囲む酸化安定化された熱可塑性ポリマー組成物から成る外部被覆領域を含む。前駆体繊維は、特に、破断ねじれ角度が17 〜 23 度であることを特徴とする。本発明はさらに、燃焼しにくい二領域繊維の製造法にある。燃焼しにくい二領域繊維の好ましい最終用途として、断熱材;防炎性および火災防塞材料;二領域繊維と他の天然またはポリマー繊維との混合物;被覆繊維、本発明の二領域繊維で強化されたポリマーマトリックスの複合体、バッテリー電極用の電導性繊維などを開示する。

Description

【発明の詳細な説明】 燃焼しにくい可撓性二領域繊維、該二領域繊維から 作られる製品および製造法 発明の背景 本発明は、好ましくは、前駆体繊維の横断面にわたって均一なポリマー組成を 有する前駆体繊維から誘導される燃焼しにくい可撓性二領域繊維に関し、該燃焼 しにくい可撓性二領域繊維は、熱可塑性ポリマー組成物の内部コア領域および外 部を取り囲む熱硬化された炭素質物質の被覆領域を有する。本発明はまた、熱可 塑性ポリマー組成物の内部コア領域および外部を取り囲む酸化安定化された被覆 領域を有する二領域前駆体繊維、該二領域繊維の製造法および多数の該二領域繊 維から作られる製品に関する。 二領域前駆体繊維および二領域繊維の両方において、二領域繊維全体の半径( R)に対するコア領域の半径(r)の比(r:R)は、1:4 〜 1:1.05、好まし くは 1:3〜1:1.12である。好ましくは、本発明の二領域前駆体繊維の密度が 1.2 0 g/cm3〜 1.32 g/cm3であり、破断ねじれ角度が約 17 〜約 23 度であり、同時 に、本発明の二領域繊維は燃焼しにくく、LOI値が 40 より大きい。二領域繊 維は可撓性であり、従来の炭素およびグラファイト繊維に通常関連する脆性が小 さい。二領域繊維の破断ねじれ角度は約 4〜13度であり、密度範囲は 1.45 〜 1 .85 g/cm3およ び 1.87 g/cm3と高く、曲げひずみ値は 0.01 % より大きく 50 % 未満、好まし くは 0.1〜30 %であり、ヤング率は 1 MM psi(<6.9 GPa)未満から 50 MM psi(34 5 GPa)、好ましくは 1 MM psi 〜 30 MM psi(207 GPa)である。 発明の背景 現在、弾力性があって可撓性の、直線状のおよび非直線炭素質繊維は周知であ る。非直線状炭素質繊維の代表例は、米国特許 No.4,837,076(1989年6月6日 発行、McCulloughら)である。その繊維は、熱可塑性ポリマー組成物から繊維を 溶融または湿式紡糸し、次いで酸素含有雰囲気中、高められた温度で予め決めら れた時間、処理して繊維を安定化することにより製造される。繊維の酸化安定化 処理は、横断面で見たとき、繊維のポリマー組成物全体が酸化されるまで行う。 安定化工程は、ある程度、繊維の直径、ポリマー前駆体組成物の組成物、雰囲気 中の酸素量および処理温度に依存するが、繊維の横断面全体にわたって完全な安 定化を施すためには、時間およびコストが極めてかかる。 伝統的には、酸素下でのポリマー繊維の安定化処理は、安定化した繊維を続い て炭化して最終の商業用途の炭素質繊維を作るのに備えて、繊維に酸素を完全に 浸透させ、繊維の十分な安定化を達成するために、少なくとも数時間から 24 時 間以上に及ぶ。The Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,Vol. 2,A Wiley-Interscience Publication,1985,pp.641-659 は、繊維の「十分な安定化に対して、現在の標 準的な処理技術では 1〜2 時間を要す。」(p.658)と報告している。大きい、ま たは「重い」320kのトウに適した他の処理法は何も開示されていない。また、Hi gh Performance Fibers II,Battelle刊、特に「処理技術−酸化/安定化」と題 する章(p.149 以降)には、酸化および環化が 150℃〜300 ℃で起こるが、「そ の反応は繊維全体にわたって起こらなければならず、繊維表面に制限されてはい けない」ことが報告されている。従って、現在の標準的方法で使用される時間の かかる安定化処理は、安定化繊維の生産量を低下させ、かなりの資本投資を必要 とし、従って、極めて費用がかかり、その方法をより大きい市場開拓(すなわち 、繊維の商業用途のより低価格での拡大)に望ましいものにする際の大きな障害 である。また、電気によって加熱する酸化室を使用する場合、その酸化室は、続 く炭化工程で使用するオーブンよりもかなり大きくなければならず、従って、資 本コストは実質的により高くなることも報告されている。 さらに、米国特許 No.4,837,076には、従来の安定化繊維(安定化前駆体繊維 )が、続いて、繊維のトウを編んだり織ったりすることによって織物やクロスに することによりコイル状および/またはシヌソイド形状に成形されることが開示 されている。そのように形成されたニット織物は、その後、緩和された、穏やか で応力のない条件下、非酸化雰囲気中、525 〜 750℃の温度で、熱誘発性熱硬化 反 応を生じるのに十分な時間、熱処理される。その際、追加の架橋および/または 交差した鎖の環化が元のポリマー鎖間に生じる。繊維の炭化処理は、横断面で見 たとき、前駆体繊維の酸化安定化材料全体が炭化される程度に行う。特に、酸化 安定化繊維材料の残留部分はいずれも熱可塑性状態にない。米国特許 No.4.837 ,076の実施例1では、安定化されたニットクロスを 550〜950 ℃の範囲の温度で 6時間にわたり熱固定させたことが報告されている。最も可撓性の繊維および繊 維加工にかけたときに脆性による繊維破壊が最少である繊維は、525 〜750 ℃の 温度で熱処理したそれらの繊維において得られた。クロスの編み目を解いて得ら れる繊維のトウは熱固定を有し、すなわち非直線構造の立体配置を有し、これは 、次いで、従来公知の他の処理法にかけると孔を生じ得る。その処理法において は、ヤーンまたはクロスの繊維トウが、もつれたウール様綿毛材料へとバラバラ にされるが、個々の繊維は、そのコイル状またはシヌソイド形状の立体配置を保 持し、かなり起伏のある綿毛または原毛様体を生じる。 米国特許 No.4.837,076はまた、1000℃以上の処理温度では、安定化前駆体繊 維がグラファイト化し、金属導体の電導性に近づき始めるところまで電導性が大 きくなることを開示している。これらのグラファイト化した繊維は、特に、エネ ルギー保存装置用の電極の製造に用途が見いだされる。安定化繊維のグラファイ ト化は、横断面で見たとき、繊維の安定化ポリマー材料全体がグラファイト化さ れ る温度および時間で行われるので、特により高い温度での処理は、時間およびエ ネルギーを極めて要し、装置も拡大され、従って非常にコスト高である。 酸化安定化繊維のグラファイト化は、一般に、繊維の引張弾性特性を高めるた めに望ましい。しかし、High Performance Fibers II,Battelle刊、Copyright 1987の特に「処理技術−グラファイト化」と題する章(pages 158 および 159) には、「繊維の破壊がまだ解決されていない問題であり」、また「引張強度の高 いこれらの繊維の最も重大な欠点は、その歪対破壊比が低いことである。これは 、これらの繊維が非常に脆性であることを意味する。」と記載されている。さら に、その処理はまた、「装置および横断面全体にわたる繊維のグラファイト化の ために必要な温度(2000〜3000℃)を達成するために必要な莫大な量の電気エネ ルギーの高資本コスト」のために費用がかかると述べてある。 一般に「二成分もしくは複合繊維」、「二構成繊維」「二側面繊維」または「 被覆(鞘)−コア繊維」と呼ばれる繊維は、一般的に公知である。これらの用語 の定義は、"Man-Made Fiber and Textile Dictionary",Hoechst Celanese Corp oration,1990,pp.14,15,32および139に見ることができる。二成分または複 合繊維は、被覆−コアまたは両側(二側面)の関係にある2種類以上のポリマー で構成される繊維として定義される。二構成繊維は、2種類のポリマーの均一混 合物から押出される繊維として定 義され、該繊維は、一つの繊維に二つのポリマーの特性を兼ね備えている。二側 面繊維は、一般の二つの繊維または同じ一般の繊維の変形体が両側の関係で押出 されたものである。被覆−コア繊維は、2種類のポリマーまたは同じポリマーの 2種類の変形体から成る二成分繊維である。一方のポリマーがコアを形成し、組 成が異なる他方のポリマーが被覆物としてそれを取り囲む。 また、二成分繊維は、米国特許 No.4,643,931(1987年2月17日発行、F.P.Mc Culloughら)にも開示されている。これらの繊維は、静電気消失要素として作用 するように、ヤーンに少量の電導性繊維を混合したものである。また、繊維製造 業者は、中空繊維に炭素もしくはグラファイト含有熱可塑性複合材料のコアを挿 入するすることにより、または炭素もしくはグラファイトを含む熱可塑性複合材 料から成る被覆物で繊維を被覆することにより、日常的に電導性繊維を製造する 。 米国特許 No.5,260,124(1993年11月9日発行、J.R.Gaier)は、強度の大き い炭素またはグラファイト繊維の織物、その繊維上に置かれたグラファイト化さ れた炭素の層、およびその層における挿入物を含むハイブリッド材料を開示して いる。その製造法において、強度の大きい炭素またはグラファイト繊維であるGa ier の繊維は、多孔性グラファイト層が蒸着されて二次元繊維様構造を形成して いる。Gaier と対照的に、本発明の繊維は、「二領域」であり、強度の大きい繊 維を形成するために全体的な炭化もグ ラファイト化も成されていないし、本発明の燃焼しにくい二領域繊維は、グラフ ァイト化炭素の層で被覆することにより複合構造を形成するものでもない。本発 明の繊維のコア領域は、常に熱可塑性のままであり、一方、繊維の被覆領域は、 酸化安定化され、熱可塑性であるか、炭素質でありかつ熱硬化されている。さら に、本発明の燃焼しにくい二領域繊維は、外側のグラファイト層での挿入処理を 必要としない。 炭素またはグラファイト繊維電極を使用し、非水性電解質中、室温で作動する 電気エネルギー保存装置、特にバッテリーは、米国特許 No.4,865,931(1989年 9月12日発行、F.P.McCullough ら)から公知である。その特許には、ハウジン グを含み、そのハウジングに少なくとも1個の電池があり、各電池は、多数の電 導性炭素繊維から成る一組の電極、電極が互いに接触しないよう絶縁するための 微孔性電極隔離板、および各電池内の非水性流体にイオン化可能な塩を含む電解 質を含む蓄電池が一般的に開示されている。 同様の電気保存装置は、米国特許 No.4,830,938(1989年5月16日発行、F.P .McCullough ら)に開示されている。この特許は、集電器フレームを結合する ことなく一つの電池から隣接する電池へ電流を運ぶことができる、共有される二 極炭素質繊維電極を開示している。前記したCulloughらの特許はいずれも、熱可 塑性ポリマー組成物の内部コアおよび外部を取り囲む熱硬化性炭素質材料の被覆 領域 を有する燃焼しにくい二領域繊維の使用に関しては何ら開示していない。本発明 の二領域繊維は、主に、可撓性がかなり大きく、コストが低いという点で、特に 、二次エネルギー保存装置での電極としての用途に適する。 一般に、本発明の二領域繊維は、その二領域繊維が、好ましくは均一なポリマ ー組成物、すなわち単一のポリマー組成物、好ましくはアクリルポリマーから製 造されるという点で、公知の種々の繊維とは区別され、その二領域繊維では、繊 維の外側の領域が酸化安定化された後、炭化されて、横断面を見ると、目で見て わかる二つの異なる領域、すなわち、典型的には、半透明または淡色の内部コア 領域および外側の黒い被覆領域が形成される。二領域前駆体繊維の場合は、繊維 が、熱可塑性内部コアおよび安定化された熱可塑性外部被覆を含み、燃焼しにく い二領域繊維の場合は、内部コアが熱可塑性であり、外部被覆は熱硬化され、炭 化されている。 本発明の燃焼しにくい二領域繊維を均一なポリマー組成物、好ましくはアクリ ルポリマーから製造する場合、内部コアと外部の酸素安定化または炭化された被 覆との間に境界または不連続はない。本明細書で使用する「均一なポリマー組成 物」は、ホモポリマー、コポリマーおよび三元ポリマーを含み、組成および結晶 化係数が異なる2種類以上のポリマーを含む繊維を含まない。これに対して、不 連続性は、組成の異なる2種類のポリマーを両側または被覆−コアの関係で使用 する二層または二成分繊維で生じる。そ のような不連続性または境界は、ポリマー組成の異なる層の間で結晶化係数の相 違により生じる。このことは、互いに混合される異なるポリマー組成物にも当て はまる。 コア/被覆繊維の場合、外側の被覆層は、皮膚の層とかなり似て形成され、内 部コアとは分かれていて異なるので、内部コアと外側の皮膚層との間に物理的な 境界または不連続性が形成される。特に、二層または被覆−コア繊維(一般には 、共押出しされる)の横断面に関して、その表面を外側周辺から中心方向に調べ ると、外側の被覆層を形成するある種類のポリマー組成物から、境界層または不 連続層を通って、結晶化係数の異なる別のポリマー組成を有するコア層へ移って いく。例えば、ポリアクリロニトリルは、320 ℃〜 330℃の温度範囲で融点の変 化を受ける。これは、ポリマーの比較的高い融点の例であり、堅い鎖の特徴であ る。ナイロン 6,6およびPET繊維は共に、265 ℃で溶融し、ポリエチレンおよ びポリプロピレンなどのポリオレフィンは、各々、約135 ℃および165 ℃で溶融 する。従って、本発明の二領域繊維の内部コアおよび外部被覆は、横断面を見る と、二つの視覚的に異なる領域を形成するが、コアと被覆との間に物理的境界ま たは不連続は形成されない。すなわち、それらの領域は連続である。 好ましくは本発明の燃焼しにくい二領域繊維の製造に使用される一つの均一な ポリマー組成物は、標準的なアクリルポリマー、すなわち、アクリロニトリルの ホモポリマー、コポリマーおよび三元ポリマーである。コポリマーお よび三元ポリマーは、少なくとも 85 モル%のアクリル単位およびそれと共重合 可能な 15 モル%までの1種類以上のビニルモノマー、または所望により、下記 に記載するサブアクリルポリマーを含む。 定義 「二領域繊維」、「燃焼しにくい二領域繊維」および「BRF」は、本明細書 では交換可能なものとして使用され、一般には、好ましくは一つの均一なポリマ ー組成物、例えば、アクリルポリマー(ホモポリマー、コポリマー、三元ポリマ ーなど)から製造され、熱可塑性ポリマー組成物の内部コア領域および外部を取 り囲む熱硬化されたである炭素質材料の被覆(鞘)領域を含む繊維を意味する。 しかし、特に別の特性を所望する場合、組成および結晶化係数が異なる2種類以 上のポリマーからその二領域繊維を製造することも全く可能であり、当業者には 可能である。特に、二領域繊維は、被覆−コアの立体配置で作ることができ、こ の場合、被覆はアクリルまたは他の適する炭化可能な前駆体組成物であり、コア は、モダクリルもしくはサブアクリルポリマー、PVC(ポリ塩化ビニル)、変 性PVCなどの相溶性のあるポリマーで構成される。当業者であれば容易に理解 されるように、被覆−コア繊維の安定化および炭化の結果、炭化された熱硬化さ れた材料の最も外側の領域、安定化された熱可塑性ポリマーの中間遷移領域(ど ちらの領域も、第一のポリマー組成物から誘導され る)、および第一のポリマー組成物とは異なる第二のポリマー組成物から成る熱 可塑性内部コアが得られる。従って、この被覆−コア繊維は、外側の燃焼しにく い炭素質被覆、中間領域および繊維に柔軟性および靭性を付与する熱可塑性組成 物の内部コアから成ると考えられる。 「均一な」を均一なポリマー組成物に使用すると、一様に同じである、すなわ ち、一つの結晶化係数および融点を有する単一のポリマー組成から成る組成物を 意味する。 「二領域前駆体繊維」または「BRPF」は、本明細書では交換可能なものと して使用され、好ましくは1種類の均一なポリマー組成物から誘導される繊維に 使用されるが、不活性なサブミクロンの粒子などが組成物全体に分布した均一な ポリマー組成物を含む混合物も本発明の範囲内であるとする。本発明のBRPF は、熱可塑性ポリマー組成物の内部コア領域および外側を取り囲む酸化安定化さ れた被覆領域を有する点で、従来のものとは区別される。繊維の外側の安定化被 覆領域は、軟化点が高いか、軟化点がなく、繊維に不利な影響を及ぼすことなく 、炭化のより高い温度条件に耐えることができる。すなわち、内部コアは外側を 取り囲む安定化された被覆領域によって遮蔽されているので、繊維の炭化は、内 部コアの熱可塑性組成物の完全性に影響を及ぼさない。さらに、本発明のBRP Fは、せん断を示すことなく破断ねじれ角が 17 〜 25 度に増加することにより 、公知の完全に酸化安定化された繊維(OPF)と区別される。これに対して、 標準的なOPF繊維 は、15〜17度の破断ねじれ角でせん断される。 本発明のBRPFは、BRF、すなわち炭化された外部被覆領域を有する燃焼 しにくい二領域繊維の製造に対して、定義したように、事実上、「二領域前駆体 繊維」となる。ポリマー繊維の酸化および環化は一般に、150 〜 350℃の温度で 、所望の厚さの酸化安定化熱可塑性ポリマー材料の外側被覆を生じるのに十分な 時間(5分より長いが、典型的には 180分より短い)、起こる。理解されるよう に、ポリマー組成物の安定化は、「酸化」以外の手段、例えば低温度で使用され る化学酸化剤によって行うことができる。 本明細書で使用する「燃焼しにくい」または「不燃性」は、1000℃以上の温度 の発火源(火炎源)と接触させたとき、空気中での燃焼を維持しない試料の性質 を意味する。燃焼耐性は、「酸素指数」または「限界酸素指数」(LOI)テス トとしても知られるLOIテストによって測定される。この方法では、垂直に取 り付けた試験片の上端で点火して、やっと燃焼を続けるときのO2/N2混合物中 の酸素の濃度を測定する。試験片の大きさは、幅が 0.65 〜 0.3 cm であり、長 さが 7〜15 cm である。LOI値は、次の式に従って計算される。 LOI=[O2]×100/[O2+N2] 本明細書で使用する「炭素質被覆領域」は、BROFの外部安定化領域の少な くとも一部の炭化によって得られたBRFの外部被覆領域に使用される。炭化は 、不活性雰囲 気中、高められた温度で行われ、その際、既存の炭素−炭素結合は維持され、新 しい炭素−炭素架橋が生じる一方で、酸素、水素および窒素が外部領域の分子構 造から除去され、繊維の横断面全体にわたる完全な炭化は生じない。所望する特 定の最終用途に応じて、繊維の外側の炭素質被覆領域は、68 %より大きい炭素含 量になるまで、および炭素含量が 98 重量%を越えるグラファイト化まで炭化す ることができる。 「炭素繊維」は公知であり、一般に、繊維の横断面にわたって92%より大きい 均一な炭素含量を有する繊維に使用され、一方、「グラファイト繊維」または「 グラファイト化繊維」は、一般に、繊維の横断面にわたって98%を越える均一な 炭素含量を有する繊維に使用される。本明細書において「炭素質」は、炭化され て炭素含量が 68 重量%より大きくなった、本発明の燃焼しにくい二領域繊維B RFの外側の被覆領域に使用される。 本明細書で使用する「熱硬化された」は、熱によって誘発される分子構成要素 の架橋反応を受けて、ポリマーを不可逆的に「硬化」したポリマー組成物に使用 される。熱硬化されたポリマーは、本質的に、炭化条件下で溶融したり軟化する 傾向がなく、繊維の外側の炭化された領域は、例えば、繊維を5度より大きいね じれ角度(後で定義する)に付しても破断することはない。破断ねじれ角度は、 もちろん、様々であり、炭化度、すなわち外側の炭化された被覆の炭素含量およ び繊維における炭化の深さに依存する。 本発明の種々の二領域繊維における破断ねじれ角度は、下記の表 II に示す。 本明細書で使用する「曲げひずみ」は、Physical Properties of Textile Fib ers,W.E.Mortonおよび J.W.S.Hearle著,The Textile Institute,Mancheste r,England(1975),pages 407-409に定義されている。繊維における%曲げひず みは、式:S=(r/R)x 100(Sは%曲げひずみであり、rは繊維の横断面 の有効半径であり、Rは曲げの曲率半径である。)により求めることができる。 すなわち、中立面が繊維の真ん中に残っている場合、引張ひずみの最大%(曲げ の外側では正であり、内側では負である。)は、繊維の円形横断面における(r /R)x 100に等しい。 本明細書で使用する「可撓性」は、特に、曲げひずみ値が 0.01 より大きく 5 0 % 未満、好ましくは 0.1〜30 %であるBRFに特に使用される。 本明細書で使用する「破断ねじれ角度」は、Physical Properties of Textile Fibers,W.E.Mortonおよび J.W.S.Hearle著,The Textile Institute,Manch ester,England(1975),pages 421-425に定義されている。繊維を十分ねじると 、ついには破断する。これが生じる破断点を「破断ねじれ」と言う。破断までの 回転数は、繊維の直径に反比例する。繊維材料の特性を得るために、破断ねじれ 角度αを使用することができる。これは、せん断が生じるまで外層をねじること ができる角度であり、下記式によっ て得られる。 tan α=πdτb (dは繊維の直径であり、τb は単位長さ当たりの破断ねじれ回数である。) 本明細書で使用する「せん断感度」は、一般に、ねじれによって生じる力など 力の結果として、繊維の横断面のある平面に沿って破壊を生じる繊維の傾向に使 用される。実際には、繊維を、ヤーンのブレンド工程での延伸作業などの繊維作 業にかけるとき、延伸される繊維は、延伸ローラーによりかなりのせん断力を受 ける。せん断に敏感な繊維は、完全な破壊ではなくても、広範囲の損傷を示す。 ところが、せん断耐性を有する繊維は、この処理工程において何ら重大な破壊を 示さない。 逆に、「せん断耐性」は、処理を受ける繊維にかなりのせん断応力を及ぼす延 伸またはねじれなどの繊維処理作業を施したとき、重大な破壊を生じる傾向がな い繊維に使用される。 本明細書で使用する「バルク抵抗」は、一般に、各領域の組成物の比抵抗、お よび予め選択した特性を有する繊維に適用する場合には、各領域によって表され る面積の割合、すなわち、特定の比(r:R)を考慮して、燃焼しにくい二領域 繊維の有効抵抗を意味する。 本明細書で使用する「ポリマー組成物」としては、Hawley's Condensed Chemi cl Dictionary,Eleventh Edition,page 938 に定義されているポリマー材料が 挙げられる。 本明細書で使用する「ちじれ(クリンプ)」は、"Man Made Fiber and Textil e Dictionary"by Celanese Corporation に定義されているように、繊維または 繊維トウのウェーブまたは非直線性に使用される。 本明細書で使用する「繊維集合体」は、ヤーン、ウール様綿毛、バット、マッ ト、ウェブもしくはフエルトの形状の多数のBRPFまたはBRF;BRPFま たはBRFと他の天然またはポリマー繊維との混合物;一般に 10 % 未満の小さ い割合のバインダー、特にバインダー繊維を有する繊維の圧縮成形シート、スク リーンまたはパネル、ニットもしくは織ったクロスもしくはファブリックなどを 意味する。 本明細書で使用する「粘着」または「粘着性」は、特にヤーンの製造の際に、 繊維を互に保持する力に使用される。それは、使用する潤滑剤の種類および量な らびに繊維のちじれの作用である。 「アスペクト比」は、本明細書では、繊維の長さと直径との比(l/d)として定 義する。 本明細書で使用する「%」は全て、特に断らない限り、「重量%」である。 発明の要旨 本発明は、ポリマー繊維を、その横断面全体にわたってもはや完全に酸化安定 化する必要がないこと、および、繊維の外部領域の安定化度を制限することによ り、二領域酸 化安定化前駆体繊維(BRPF)を作ることができ、その結果、繊維を有効に安 定化するのに要する時間がかなり縮小され、BRPFの製造コストの実質的な削 減になる点で、その技術に関する現状からの大きな発展を含む。「有効に安定化 した」は、繊維が完全に安定化された繊維の特徴を有し、炭化工程で使用される より高い温度にさらされることができることを意味する。 従って、本発明の方法では、もはやBRPFを完全に炭化する必要がなく、酸 化安定化された各繊維の少なくとも一部を炭化することにより炭化時間を縮小す ることができ、それによって、繊維の重要な性能、特に柔軟性、伸びおよびせん 断感度を改善しながら、BRFの製造に必要な時間およびエネルギーが削減され る。炭化は、安定化の範囲と正確に一致する範囲で行う必要はない。言い換える と、BRPFの炭化は、酸化された外部領域より幾分小さくてもよく、あるいは 、酸化された外部領域より幾分大きくてもよい。後者の場合、安定化されていな い熱可塑性内部コア領域の炭化は暴走的発熱反応を生じないし、最終的な繊維の 完全性に何ら影響を及ぼさないことが分かった。 従って、本発明の特定の目的は、好ましくは単一の均一ポリマー組成物から作 られる前駆体繊維から誘導される燃焼しにくい可撓性BRFを提供することであ り、該BRFは、熱可塑性ポリマーコアの内部領域および熱硬化された炭素質被 覆の外部領域を有する。 本発明の別の目的は、均一なポリマー組成物から誘導さ れる可撓性BRPFを提供することであり、該繊維は、横断面が熱可塑性コアの 内部領域および酸化安定化された熱可塑性被覆の外部領域を有する。 本発明の別の目的は、好ましくは均一ポリマー組成物から作られる繊維を、酸 化雰囲気中、繊維の外部領域を酸化して酸化安定化外部被覆を形成するのに十分 な時間および温度下で処理することにより酸化安定化二領域前駆体繊維を製造す る方法を提供することであり、該繊維は、酸化されていない熱可塑性材料から成 る内部コア領域を含む。 本発明の別の目的は、好ましくは単一の均一ポリマー組成物から作られる繊維 を、酸化雰囲気中、繊維の外部領域を酸化して酸化安定化外部被覆を形成するの に十分な時間および温度下で処理し、次いで、酸化安定化前駆体繊維を非酸化雰 囲気中、繊維の酸化安定化外部領域を炭化するのに十分な温度および時間(10秒 より大きく 300秒未満)、加熱することにより、本発明のBRFを製造する方法 を提供することであり、該繊維は、非酸化熱可塑性コアの内部領域および熱硬化 された炭素質被覆から成る外部領域を有する。 さらに本発明の目的は、本発明の多数の新規な繊維、すなわちBRPFもしく はBRFまたはそれらの混合物からの種々の集合体を提供することであり、該集 合体は、トウ;不織集合体(例えば、ウール様綿毛、バット、ウェブ、フエルト など);二領域繊維と天然もしくはポリマー繊維との混合物;一般に 10 % 未満 の小さい割合のポリマ ーバインダー、特にバインダー繊維を含む二領域繊維の圧縮成形または高密度化 したシートまたはパネル、ニットまたは織物などを含む。これらの集合体または 構造のいずれにおいても、BROFまたはBRFは、直線状もしくはちじれてい る、またはそれらの混合物であってもよい。 また、本発明の目的は、本発明のちじれた多数の二領域繊維を、住居、オフィ スまたは公共用の建物など、建物の防炎断熱材として使用するための、かなり起 伏のあるウール様綿毛またはバットの形状で提供することである。これらの断熱 材繊維は、好ましくは二領域繊維であるが、BRPFまたはBRFとBRPFと の混合物であってもよい。また、繊維は、BRFの被覆の炭化度、すなわち、非 電導性、半電導性または電導性に依存して、静電防止または電磁気遮蔽材料、飛 行機における防炎断熱材および音吸収材、または自動車、飛行機、船などの乗り 物における火災防塞パネルとして使用することができる。グラファイト化され、 かなり電導性を有する二領域繊維(BRF−B)は、二次エネルギー保存装置に おける電極として特にうまく適合する。 本発明の別の目的は、本発明の繊維を他の天然繊維またはポリマー繊維と混合 することである。これらの繊維は、特に、繊維製造のためのヤーンの製造に有用 である。直線または非直線またはちじれのあるBRPFまたはBRFは、他の天 然繊維または合成繊維と混合する場合、ウール様綿毛の形状が有用であり、それ らは例えばジャケット、 毛布または寝袋などの布製品に使用することができる。 本発明の別の目的では、BRFまたはBRPFをポリマーマトリックスの強化 材として使用して、繊維強化複合体を形成することができる。繊維は、直線、非 直線または直線と比直線繊維の混合物であり、ポリマーマトリックスの少なくと も一つの面に施与したり、ポリマーマトリックス全体に分配することができる。 BRFを、例えばポリスチレンポリマーから形成されるパネルなどのポリマーパ ネルの表面に使用する場合、パネルの全重量に対して約 10 重量%という少量の 繊維により、パネルに耐火性が付与される。BRFをポリマーパネル全体にわた って 95 重量%までの量で分散させると、その繊維により、耐火性の他に耐振動 および衝撃耐性ならびに接着性が改善された複合体が得られる。 本発明の特定の目的は、本発明の新規な二領域繊維を使用して、リチウムイオ ン電池を含むバッテリーなどの二次エネルギー保存装置に対する端子および/ま たは二極電極を提供することである。本発明はさらに、該電極の少なくとも一つ を使用したいくつかの種類のバッテリー、および一部が金属酸化物のリチウム塩 で被覆された本発明の新規な二領域繊維を使用する擬二極電極を利用したリチウ ムイオンバッテリーに関する。 本発明のさらに別の発明は、繊維の耐火性を高めるために、適合したシリコー ン被覆を施した本発明の二領域繊維を提供することである。 また、本発明の別の発明は、本発明の多数の二領域繊維からの集合体を提供す ること、およびその集合体に疎水性材料の被覆を施して浮揚性にすることである 。 本発明のさらに別の目的は、バット、ウェブなどの形状の本発明の多数の二領 域繊維を電磁気遮蔽材料として使用することである。所望により、遮蔽材料をポ リマーマトリックスに混入してパネルを形成することができる。 上記で特定して記載しなかった本発明のさらに別の目的は本発明の詳細な説明 を読むことにより明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 図1は、横断面が全体的に円形である、本発明の燃焼しにくい二領域繊維であ る。 図2は、横断面が好ましい三裂状である本発明の燃焼しにくい二領域繊維の断 面図である。 図3は、本発明の燃焼しにくい二領域繊維を製造するための処理工程の流れ図 および新規な燃焼しにくい二領域繊維の種々の最終用途の図式図である。 発明の詳細な説明 炭素質繊維の製造において、ポリマー繊維の安定化は、一般に、酸化雰囲気中 、引っ張った状態で、PAN(ポリアクリロニトリル)繊維に対しては典型的に は 150℃〜350 ℃である中位に高められた温度で、繊維全体にわたって 酸素の完全な透過を達成するのに十分な時間、行われ、次いで、酸化されたPA N繊維(OPF)を非酸化雰囲気中、通常は張力をかけて、750 ℃以上の温度で 熱処理することにより、繊維の横断面全体にわたって、すなわち繊維材料全体に わたって炭素化された繊維を製造する。1500℃以上の温度で処理された繊維の炭 素含量は、典型的には 92 % より大きく、引張強度の高い炭素またはグラファイ ト繊維としての特徴を有する。繊維の安定化は、(1)隣接する分子鎖の酸化架 橋反応、および(2)ぶら下がっているニトリル基の縮合ヘテロ環構造への環化 反応を含む。反応機構は複雑であり、容易には説明できない。しかし、これらの 反応は同時に起こり、競合している可能性があると考えられる。環化反応は発熱 性であり、安定化を受けるアクリルポリマーの繊維の性質を保持しようとする場 合は、制御しなければならない。 反応はかなり発熱性であるため、放出される熱の総量は、温度コントロールが 困難なほど大きい。ごく接近した繊維を多く処理しすぎないよう注意しなければ ならない。そうしないと、熱の蓄積が局在化し、繊維集合体(例えば、繊維トウ または織布もしくはニットのクロス)の繊維の周りの雰囲気への熱の移動が妨げ られる。実際、アクリル繊維の酸化安定化は、無拘束に反応する可能性がかなり ある。さらに、微量のシアン化水素がこの工程中に発生する。オーブン雰囲気中 のこの成分の含量は、必要な窒素の注入により爆発性の量の範囲になるのを防が なくてはなら ない。従って、公知技術では、中位の温度および制御された酸素含量で繊維を加 熱することにより、この問題を克服している。酸素含有雰囲気(例えば空気)の 制御は、空気を窒素で希釈することにより達成することができる。 熱安定化は、過度に時間を消費し、資本を増大させる傾向にあるので、所望の 反応を促進するための他の種々の方法、例えば、安定化促進剤の使用および/ま たは熱分解されうる前のアクリル繊維の化学的改変も提案されている。しかし、 これらの方法も、製造コストを増加させ、さらに繊維処理時間を長くする。 ポリマー繊維、例えばアクリル繊維などの酸化安定化の程度は、繊維の内部領 域の熱可塑性および非安定化状態を維持したまま、繊維の外側部分または領域の みを酸化することによりかなり縮小することができることが発見された。従って 、繊維の外部領域のみの安定化を達成することは、安定化される外部の繊維被覆 の所望の厚さに応じて、かなり短い時間で行うことができる。典型的には、コア の半径と繊維全体の半径との比は、1.4 〜 1:1.05、好ましくは 1:3〜1:1.12で ある。1:4 の比では、コアが占める体積(%)は、約 6重量%であり、約 94 % が外部被覆として残される。1:1.05の比では、コアが占める体積(%)が約 91 % であり、残りの約 9 %は外部被覆である。一般には、繊維の意図される商業的 性能に不利な影響を及ぼすことなく、酸化または炭化処理時間を最少に保持する ために、外部被覆の体積が比較的小さく、好ましくは 25 % 未 満である比(1:1.12から1:1.15未満の比を表す)を保持するのが好ましい。 理解されるように、その比は、本発明の二領域繊維の望ましい最終用途または 物理的特徴に応じて、どんな値に調節することもできる。例えば、多数の二領域 繊維の建築構造用断熱材としての用途に対しては 1:1.12 〜 1:1.16 の比で完全 に十分であり、燃焼しにくい二領域繊維の場合、または二次電気保存装置用電極 として使用する場合は、1.2 〜 1.3と高い比が十分な値である。 BRPFは、不活性雰囲気で、好ましくは繊維の安定化された外部被覆と実質 的に同じ厚さである熱硬化された炭素質被覆の外部領域を形成するのに十分な時 間、熱処理する。しかし、理解されるように、処理条件を、繊維の酸化安定化領 域のみと正確に一致して炭化されるように絶対的に正確な程度に制御し、保持す ることは困難である。しかし、これは決定的ではなく、領域が正確に一致するこ とが絶対的に必須ではないことが発見された。言い換えると、酸化安定化領域は 、繊維の内部コアまたは繊維自体を害することなく、炭化が熱可塑性コア領域に 及ぶ範囲まで炭化することができる。 また、驚くべきことに、ポリマー繊維の酸化安定化は、視覚的および物理的に 互いに区別される二つの領域を生じるように制御することができる、すなわちど こでも停止でき、これらのBRPFが、続く炭化処理に耐え得ることが発見され た。現在の公知技術では、酸化安定化は、繊維材 料全体が十分酸化され、繊維の続く炭化に対して繊維が安定化されるまで行わな ければならないことが開示されている。なぜならば、部分的に酸化された繊維の 熱可塑性ポリマー材料部分は、200 ℃以上の温度での反応性が高いと考えられる からである(High Performance Fibers II,page 151)。当業者の予想するとこ ろは、炭素質繊維は、非酸化雰囲気中、より高い温度で処理して炭化を達成する 前に完全な安定化を行わないと得られないということである。従って、繊維の安 定化、および対応する炭化が繊維材料全体を含む必要は全然なく、処理自体の遂 行または得られる繊維の意図する目的に対する性能全体に害を及ぼすことなくそ のような部分的処理を行うことができるということは驚くべきことである。 下記表は、本発明の繊維(BRFおよびBRPF)を含む種々の繊維の典型的 な物理的特徴を示す。 表から、例えば、本発明の二領域繊維は、その特定の用途およびその置かれる 環境に応じて、大きく3つのグループに分類することができる。 第一のグループ(BRF−1)の二領域前駆体繊維(BRPF)は、繊維の炭 素質外部被覆が部分的に炭化され、炭素含量が 68 重量%より大きく 85 重量% 未満となる範囲まで炭化することができ、非電導性であり、静電気消失特性が全 くない。そのような多数の繊維から作られる繊維集合体は、軽く、不燃性であり 、優れた洗濯性を有し、例えばジャケット、毛布、寝袋などの個人用布製品に使 用することができる。二領域繊維は、バットまたはウェブにすることもでき、そ れらは、例えば、綿、毛、ポリエステル、ポリオレフィン、ナイロン、レーヨン などの他の合成または天然繊維と混合することができる。混合された繊維または ヤーンは、不燃性であり、織物、カーペットなどでの使用に優れている。なお、 BRPFは、市販製品として有用であり、上記した最終用途のいずれに対しても 使用することができる。例えばBRPFを断熱材として使用する場合、BRPF は耐火媒体の機能も果たす。というのは、火事の発生により繊維の酸化安定化外 部領域が炭素質領域に変わり、一方、酸素は、安定化外部領域による熱遮断によ り、繊維の熱可塑性ポリマー内部コア領域との接触が防止されるからである。 本発明で使用する非電導性は、バルク抵抗が 102〜108Ω−cmである繊維に関 する。BRF−1をアクリル繊維か ら得る場合、炭素質外部被覆の窒素含量が 22 重量%以上であると非電導性繊維 が得られることが分かった。このグループのBRF−1は、典型的には、1.45〜 1.60 g/cm3の密度、1 MM psi未満のヤング率、4 % 〜 12 % の破断時の伸び、 および 9〜13度の破断ねじれ角度を有する。その繊維は測定できるほどのせん断 感度がなく、延伸作業などのせん断力の強い処理作業を含む標準的な繊維用装置 で容易に処理することができる。これらの繊維のねじれ角度を約9度にすると、 外部被覆はせん断を生じるが、内部コアは完全なままであり、従って、繊維の損 傷はない。ねじれ角度が 9〜13度の場合、繊維は事実上、破壊する。これは、ね じれ角度を3度より大きくすると破壊する現状の技術の完全に炭化された、また はグラファイト的繊維とはかなり対照的である。 第二のグループ(BRF−2)の繊維は、繊維の炭素質外部被覆がいくらか電 導性を有する範囲まで炭化することができる。すなわち、その繊維は、部分的に 電導性であり、静電気消失特性を有する。炭素質外部被覆の炭素含量は 68 重量 %より大きく 85 重量%未満である。電導性が低いことは、繊維のバルク抵抗が 103〜100Ω−cmであることを意味する。このグループの繊維は、典型的には、1 .50〜1.65 g/cm3の密度、1 〜 2 MM psi(6.9 〜 13.8 GPa)のヤング率、3 % 〜 9 %の破断時の伸び、および 8〜10度の破断ねじれ角度を有する。この燃焼し にくい二領域繊維は、せん断に対してわずかに敏感であるが、完全に炭 化またはグラファイト化されていて、典型的にはせん断に対して非常に敏感であ り、ねじれ角度を2度より大きくすると破壊する繊維と比較すると有利である。 多数のBRF−2から作られる繊維集合体は不燃性であり、例えば、航空機用 断熱材または公共の安全に関する場所での断熱材としての用途に優れている。多 数のBRF−2から作られる集合体は軽量で、水の吸収率が低く、磨耗耐性が良 好であるとともに、外観および風合いが良好である。 第三のグループ(BRF−3)の繊維は、繊維の炭素質外部被覆が電導性を有 し、炭素含量が少なくとも 85 重量%で 92 重量%未満であり、窒素含量が5重 量%より多くなる範囲まで処理される。BRF−3は、高い電導性を有すること を特徴とする。すなわち、その繊維のバルク抵抗が100Ω−cm未満である。この グループの繊維は、典型的には、1.65〜1.85 g/cm3の密度、2 〜 18 MM psi(13 .8〜124.2 GPa)のヤング率、3 % 〜 7 %の破断時の伸びを有する。その繊維は 、せん断に対してわずかに敏感であり、破壊されることなく 7〜9 度の破断ねじ れ角度に耐えることができる。これは、典型的にはせん断に対してかなり敏感で ありかつ、1〜2 度の破断ねじれ角度αを有する完全に炭化された繊維と比較し てかなりの改善である。多数のそのような繊維から作られるバットは、炭素含量 がより高い結果、断熱性および音吸収特性に優れている。そのようなバットは、 改善された断熱効果を保持しながら、良好な 圧縮性および弾性をも有する。該バットは、炉ならびに熱および音の多い場所の 絶縁体として特に有用である。 下記表 II は、本発明の繊維を含む種々の繊維の典型的な破断ねじれ角度を示 す。 第四のグループ(BRF−B)の繊維は、繊維の炭素質外部被覆の電導性がか なり高く、炭素含量が 92 重量%より大きく、99重量%と高くなる範囲まで炭化 することができる。このグループに入る従来の繊維の広い範疇は、Encyclopedia (前出)p.641に開示されており、一般的には、処理温度が 1000 〜 2500 ℃の 範囲である「高強度」および「高弾性」の繊維として定義される。外部被覆の炭 素含量が 92 % より多いBRF−Bは、バルク抵抗が10-2Ω−cm未満であること を特徴とする。このグループの繊維は、典型的には、密度が約 1.70 〜1.87 g/c m3であり、ヤング率は 1 MM psi 未満(<6.9 GPa)〜30 MM psi(207 GPa)で あるが、炭化程度、すなわち炭素含量およびグラファイト的外部被覆領域の厚さ に応じて 50 MM psi(345 GPa)と高くてもよい。これらの繊維の破断時の伸び は 2 %〜 5 %であり、せん断に対してはいくらか敏感であるが、典型的にはせん 断に対して極めて敏感である従来の炭素またはグラファイト繊維と比較すると、 まだ非常に有利である。その繊維は、特に、二次保存装置、特にバッテリーの電 極での使用に適する。その繊維は、破壊を生じることなく、4 〜 8度の破断ねじ れ角度に耐えることができ、これは、せん断に対して極めて敏感でありかつ、典 型的には 1〜2 度の破断ねじれ角度αを有する完全に炭化およびグラファイト化 された現状技術における繊維と比較してかなりの改善である。 理解されるように、上記の燃焼しにくい二領域繊維はい ずれも、ヤング率が示した値より若干高い可能性がある。というのは、ヤング率 は、かなりの部分、外部被覆の炭化度および繊維自体の炭化の深さ、すなわち、 繊維の炭化された外部領域の半径方向の厚さに依存するからである。 本発明の繊維を作るために使用できるポリマー材料としては、安定化および炭 化して繊維を形成することができる周知のポリマーが挙げられる。そのようなポ リマー材料の例としては、ポリアセチレン、ポリフェニレンおよびポリ塩化ビニ リデンのコポリマーおよび三元ポリマーがある。他の周知のポリマー材料として は、芳香族ポリアミド(Kevlar(商標))、ポリベンズイミド樹脂、Saran(商 標)などが挙げられる。粒子状の不純物または添加物を含むメソフェーズピッチ (石油またはコールタール)も、適切に使用することができる。好ましくは、本 発明の繊維を製造するためのポリマー組成物は、アクリルまたはサブ−アクリル ポリマー(下記で定義する)である。 「アクリル」が、少なくとも 85 モル%のアクリロニトリル単位および 15 モ ル%未満の別のポリマーから成る任意の長鎖合成ポリマーに使用されることは、 当該技術において公知であり、the Federal Trade Commissionによって課される 認可基準である。これらのアクリル組成物から作られる繊維は、通常、湿式紡糸 され、円形の横断面を有する繊維に限定される。本発明の繊維の製造において選 択されるアクリルポリマーは、アクリロニトリルをベースとするホモポリマー、 アクリロニトリルをベースとするコポリ マーおよびアクリロニトリルをベースとする三元ポリマーの1種以上から選択さ れる。コポリマーは、典型的には、少なくとも約 85 モル%のアクリロニトリル 単位およびアクリロニトリルと共重合可能な 15 モル%までの1種以上のモノビ ニル単位を含み、該モノビニル単位としては、例えば、メチルメタクリレート、 エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、メチ ルアクリレートおよびエチルアクリレートなどのメタクリル酸エステルおよびア クリル酸エステル;酢酸ビニルおよびプロピオン酸ビニルなどのビニルエステル ;アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸およびそれらの塩;ビニ ルスルホン酸およびその塩が挙げられる。 本発明のさらに別の態様によれば、本発明の繊維を、審査中の欧州特許出願 N o.95202056.8(1995年7月27日出願、F.P.McCullough)に記載された、85 モ ル%未満のアクリル単位およびそれと共重合可能な 15 モル%より多い上記モノ ビニル単位を含むコポリマーおよび三元ポリマーから成る群から選択される長鎖 ポリマーから成るサブ−アクリルポリマーから作るのが好ましい。サブ−アクリ ルポリマーに存在させることができるモノビニル単位の量は、好ましくは、15重 量%超〜25重量%である。しかし、35モル%もの多いモノビニル単位をアクリル 単位と混合して、その混合物を、加熱軟化状態にある間、押出ノズルからより溶 融押出しやすくすることもできる。そのように押出された、加熱軟化フィラメン トは、張力をかけて延伸 し、細くして、標準的なアクリル樹脂から作られる延伸された繊維と比較して小 さい直径を有する、より細いデニールのフィラメント(すなわち、繊維の単位長 さが重量に関して増加する)を形成することができる。本発明のサブ−アクリル ポリマーは、好ましくは、円形でない横断面を有するフィラメントの押出しに使 用することができる。 ポリマー分子の内部的改変(溶媒和)により処理を容易にし、最終物質の可撓 性および靱性を高めるために、可塑剤を高ポリマーに添加たまは混合することが できる。適する可塑剤としては、有機化合物、例えば塩化ビニル、メチルアクリ レート、メチルメタクリレート、ポリ塩化ビニルおよびセルロースエステル、フ タル酸エステル、アジピン酸エステル、セバシン酸塩エステル、エチレングリコ ールおよびその誘導体などのポリオール、リン酸トリクレシル、ひまし油などが 挙げられる。 本発明の酸化安定化合物され、炭化された、燃焼しにくい二領域繊維の製造に 適切に使用できるポリマー繊維の物理的形状は、一般には、アスペクト比が 100 :1より大きい、横断面が全体的に円形の繊維である。 好ましくは、本発明の繊維は、Modern Textiles,第2版、1982,D.S.Lyle 著、John Wiley Sons に記載された横断面が円形でない形状を有する。「繊維の 特性」と題する章(pp.41〜63)には、表面の輪郭が種々である、すなわち、粘 着性、靭性、起伏および厚さに影響を及ぼすと言 われている、滑らか、粗い、鋸歯状などの種々の天然およびポリマー繊維が記載 されている。横断面が円形でない種々の形状を有するポリマー繊維は、52 およ び 53 ページの表2〜9に記載されており、円筒状、三角形、不規則、縞状、卵 形などがある。横断面が円形でない繊維および電極における用途は、審査中の米 国特許出願 No.08/372,446(1995年1月13日出願、Francis P.McCullough)で も言及されている。本発明の横断面が円形でない繊維は、好ましくは、横断面が 多裂状、例えば三裂状または五裂状である。 本発明の繊維は、例えば個々の粒子の直径が 0.1μ未満、好ましくは 0.001μ 未満である 0.0001 〜 5重量%の粒状物質を含み得るアクリルまたはサブ−アク リルポリマーなどの濾過していないポリマー組成物から、より容易に、また実質 的により低い製造コストで作ることができる。サブ−ミクロン粒子は、どのポリ マー組成物にも天然に存在し、従って、押出して、例えば繊維製品の製造に使用 するための繊維を形成するポリマー組成物にも存在する。これらの粒子は、一般 に、ポリマー溶融物またはドープに不溶である有機または無機物質である。本明 細書で使用する「濾過していない」は、溶融相にある場合および製造中、ポリマ ー以外の介在物などの不純物をポリマー組成物から除去するための通常のミクロ 濾過操作にかけていないポリマー組成物に使用する。 また、例えばフュームドシリカ、酸化カルシウムおよび 他の種々の無機物質(ケイ酸塩など)などのサブ−ミクロン粒状物質をポリマー 組成物に追加して導入することも本発明の範囲内であるとする。これらのサブ− ミクロン粒子をポリマー組成物に 0.01 〜 2 %、好ましくは 0.1〜1 % 添加する と、紡糸繊維のポリマー組成物における高度の秩序または結晶化度の生成が減少 することが分かった。BRPFを非酸化雰囲気中で続いて加熱し、炭化すると、 伝統的な炭素またはグラファイト繊維に通常伴う剛性、脆性および高弾性率に欠 け、一方、低電気抵抗および均一で連続した良好な表面構造を依然示し、吸着炭 素材料に通常伴うボイド、孔および孔食はない。これらの特性により、本発明の BRFは、表面積の大きい吸着炭素材料と区別される。 本発明の繊維は本質的に連続している、すなわち、所望の長さにすることがで き;本質的に直線または非直線であり(すなわち、非直線は、空気ジェット、ス タッファーボックスまたはギアクリンプ機構における常法でちじみが付与させる );せん断にかなり耐えることができ、脆性ではなく、0.01〜50 %、好ましくは 0.1〜30 %の曲げひずみ値を有する繊維に表れる高度の柔軟性を有する。本発明 の繊維は、これらの特性により、多くの種々の応用に使用するための種々の集合 体または形状(バット、ウェブなど)に成形することができる。これと対照的に 、例えば高い弾性率を有する従来の炭素またはグラファイト繊維の曲げひずみ値 は、実質的に 0.01 % 未満であり、しばしば 0.001 % 未満である。さらに、本発明の多数の非直線繊維の横断面が円形以外の形状であ ることは、例えば特にバットにおいて、特に有利である。なぜならば、横断面が 実質的に丸い形状である繊維を含むバットと比較して、任意の密度でより高い熱 R値を有する高度に絡み合った繊維構造を形成することができるからである。こ れは、主に、繊維といくつかの高められたクヌーセン効果との間の表面相互作用 による。混合したヤーンでは、横断面が円形以外である本発明の繊維は、横断面 が丸い従来の繊維と比較して、破壊されることなく、より大きい柔軟性および歪 み回復も示す。これは、主に、円形以外の形状の繊維の見かけ直径がより小さい ことによる。本発明の繊維は、30μと大きい直径を有することができるが、繊維 の直径は一般的にその表面積に比例するので、直径が 2〜15μ、好ましくは 4〜 8 μと比較的小さい繊維を形成するのが好ましい。特に、横断面が丸い、すなわ ち円形であり、直径が 5μである二つの繊維は、直径が 10 μである一つの繊維 の表面積の約4倍となる。 BRFを二次エネルギー保存装置用電極として使用する場合、繊維の炭化され た外部被覆の表面積は、表面積を増加するために使用する方法が繊維の表面構造 の完全性を保持する限り、1 〜 150 m2/g、好ましくは 5 m2/g以上、より好まし くは 10 〜 50 m2/gである。非円形繊維の表面積は、活性化吸着炭素(表面積が 50 〜 2000 m2/gである)と関するよりも小さい表面積を一般に好む公知文献に 開示された円形繊維と比較してかなり大きい。活性化吸着炭素は、非常に多孔性 で、孔食のある表面および本質的に連続性(すなわち、へこみや孔がない)では ない表面を有することが知られている。連続表面を有するが比較的大きい表面積 を有する本発明のBRFを使用する理由は、横断面の形状が、公知の一般的に円 形の横断面から、表面構造の完全性は保持しながら所定の直径に対して繊維の表 面積を増加させる上記した非円形の横断面に変えられるという事実にある。 特に図1を参照すると、全体的に円形の横断面形状を有する本発明の燃焼しに くい二領域繊維が例示されている。その繊維は、一般的に、参照番号 10 で示さ れ、熱可塑性ポリマーの内部コア領域 12 および熱可塑性の安定化した被覆また は熱硬化された炭素質被覆外部領域を含む。その繊維の横断面の公称直径は、二 等分する場合の、繊維の外部表面に沿った一つの点から繊維の中心を通ってその 外部表面の反対側の点までの直線距離である。従って、円形繊維の公称直径は、 その「有効」直径でもある。本発明のBRPFは、繊維の外部領域が酸化安定化 されることを除いて、本質的に同じ形状を有する。 図2を参照すると、横断面が全体的に三裂状である、参照番号 20 によって示 される繊維が例示されており、図1の円形繊維と比較すると、外部繊維の一定の 公称直径に対して拡大された表面積を表す。その繊維は、熱可塑性ポリマーの内 部コア領域 22 および影をつけた領域 24 で表される外部の酸化安定化被覆また は熱硬化された炭素質被覆を有する。横断面が三裂状の繊維では、外部繊維の公 称半径が、繊維を取り囲み、一般に被覆の突出部の外側の接線方向に伸びた、最 も外側の点線 26 に向かう矢印 Rn によって示される。繊維の有効半径は、三裂 状繊維の谷を横切る点線 28 に向かう矢印 Re によって示される。コアの公称半 径は、一般にコア 22 の突出部の外側の接線方向に伸びた点線 30 に向かう矢印 Cn によって示される。すなわち、三裂状繊維の場合、公称直径は、一般的な円 形横断面 の繊維の公称直径に等しいが、その有効直径 Re は、点線 28 で表されるように 、実質的により小さい。三裂状繊維の有効直径がより小さいことにより、繊維に より大きい柔軟性が付与されるだけでなく、該柔軟性が、コアの有効半径がコア の公称半径より小さいこと、および、コアが、横断面全体にわたって炭化されて いる安定化繊維と比較して本質的により大きい柔軟性を有する熱可塑性ポリマー 材料から成るということによって高められる。燃焼しにくい二領域繊維の高めら れた柔軟性は、繊維のせん断に対する感度がかなり減少することによって表され るが、先に示したように、繊維のせん断に対する感度は、比(r:R)およびそ のバルク密度の影響をかなり受ける。すなわち、せん断感度は、外部の炭素質被 覆の厚さおよびその炭化度またはグラファイト化度の増加とともに増加する。そ の繊維の曲げひずみ値は、一般に 50 % 未満である。これは、繊維を破壊するこ となく繊維に比較的鋭い曲げを形成する際にかなり有利である。この場合も、曲 げひずみ値は、繊維が非円形で、二領域構成であることによってさらに高められ る。 所望により、本発明の繊維は、中空または一般的な円筒状の繊維にすることも でき、あるいは、繊維コアの長さ方向に沿って延びる1種以上の中心通路を備え ることもできる。これらの種類の繊維は、性能を犠牲にすることなくポリマー組 成物の使用量を節約するものである。さらに、内部の通路は、繊維をさらに柔軟 にする。理解されるよう に、横断面が円筒状の繊維は、熱硬化されたまたは炭素質領域および熱可塑性内 部環状コアが同心の領域を呈する。 本明細書に例示する横断面が三裂状である繊維の立体配置は、横断面の立体配 置のただ一つの種類の代表例であり、当業者であれば明らかであるように、繊維 は、その製造中に所望の横断面形状にすることができ、そのような形状は、ダイ を通してポリマー組成物を押出す場合の押出ダイ製造の制約、ポリマーの組成物 、温度などによってのみ制限される。繊維の突出部の数は、ダイから押し出され る熱軟化されたポリマーが流動し、それによって横断面が抹消されてより円形に 近い形状に戻る傾向にあるという事実によってのみ制限される。ポリマー繊維の 他の横断面の形状に対しては、Modern Textiles,D.S.Lyle著、特に第 52 およ び 53 ページを参照されたい。 好ましくは、本発明の二領域繊維は、下記の物理的特徴を有するべきである。 (1)繊維全体の半径(R)に対するコア領域の半径(r)の比(r:R)は 1 :4〜1:1.05、好ましくは 1:3〜1:1.12である。この比は、もちろん、BRPFお よびBRFに適用できる。BRFの全体積に対するコア体積の比は、性能にかな り影響を及ぼす。従って、燃焼耐性を所望する場合、1:1.05〜1:1.2 の比(r: R)により許容可能な性能が得られるが、火災防塞性能に対しては、1.12〜1:1. 4 が望ましい。 (2)BRPFに対する密度は 1.20 〜 1.32 g/cm3、好 ましくは 1.24 〜 1.28 g/cm3である。しかし、理解されるように、繊維の密度 は、繊維の直径(R)に対するコアの半径(r)の比(r:R)に依存する。例 えば、比が1.1.05 で、酸化された被覆が繊維体積の非常に小さい部分を占める 場合、繊維の密度は、ポリマー繊維の密度に近づく。ポリマー繊維がアクリルポ リマーから誘導される場合、密度は、典型的には 1.15 〜 1.19 g/cm3であるの で、1:1.05の比を有するBRFの密度はわずかに高い。 (3)BRFに対する密度は 1.45 〜 1.85 g/cm3である。炭素質外部被覆が非 電導性である繊維、すなわちBRF−1に対する典型的密度は、1.45〜1.60 g/c m3の範囲であり、炭素質被覆が静電気消散特性を有するBRF−2に対しては 1 .50 〜 1.70 g/cm3であり、炭素質被覆が電導性であるBRF−3に対しては 1. 65 〜 1.85 g/cm3であり、燃焼しにくい二領域繊維の外部被覆がグラファイト的 であり、かなり電導性であるBRF−Bに対しては約 1.87 g/cm3までである。 典型的には、BRFの密度は、例えば繊維製造に使用されるポリマー組成物が 濾過されていないか、および/または無機粒状物質の添加割合が高い場合、上記 より若干高くすることができる。 (4)ヤング率は、1 MM psi(6.9 GPa)未満であるが 0.3 MM psi(2.07 GPa)より 大きく、50 MM psi(345 GPa)まで、典型的には 30 MM psi(207 GPa)までであ る。外部の炭素質繊維被覆が支配的である、すなわち比が約 1:4であ る場合は、50 MM psi(345 GPa)までの弾性率を得ることができる(1 MM psiは 、1,000,000 psi に等しい。) (5)アスペクト比は 100:1より大きく(アスペクト比は、ここでは、繊維の直 径に対する長さの比 l/dとして定義する。)、繊維の直径は 1〜30μ、好ましく は 1〜15μ、より好ましくは 4〜12μである。 (6)BRFに関する表面積は 1 m2/g 〜 150 m2/g、好ましくは 5 m2/g より 大きく、より好ましくは 10 〜 50 m2/gである。理解されるように、繊維の炭素 質表面積は0.1 m2/gと低くすることができるが、そのように低い表面積は、繊維 を二次保存装置用電極として使用する場合、保存容量またはクーロン効率に関し ては最適とはならない。 (7)BRFの炭化された外部被覆の炭素含量は、典型的には 68 重量%より大 きく、約 99 重量%までであるべきである。外部繊維被覆の炭素含量は、使用さ れるポリマー前駆体組成物の種類にいくらか依存する。すなわち、例えばポリマ ー前駆体組成物が 2 %もの不活性物質を含む場合、最大炭素含量は、98 %未満で ある。 (8)繊維の比抵抗は、一般に、非電導性であるBRFの場合は 108Ω−cmより 大きく、電導性であるBRF−3の場合は 100Ω−cm未満であって、かなり電導 性である(すなわち、グラファイト的)BRF−Bの場合は10-2Ω−cm未満の 範囲である。 (9)曲げひずみ値は 0.01 % より大きく 50 % 未満、好 ましくは 0.1〜30 %である。 (10)破断ねじれ角度はBRPFの場合は 17 〜 23 度であり、BRFの場合 は、BRF−Bの4度からBRF−1の 13 度までである。 (11)二次エネルギー保存装置における電極として特に有用なグラファイト繊 維の場合は、BRF−Bの炭素質被覆の表面が連続していて、実質的に孔食およ び孔がなく、ミクロ孔が繊維の全表面積の5%未満であるのが好ましい。 図3を参照すると、アクリロニトリルポリマーをBRPFおよびBRFに変換 する方法ならびにそれらの種々の最終用途を一般的に描いた流れ図が例示されて いる。本出願に開示した組成物の紡糸または共押出ポリマー繊維の製造条件は、 一般に公知である。ポリマーは、本明細書に開示した標準的なアクリルポリマー またはサブ−アクリルポリマーから選択し、繊維の横断面は円形でないのが好ま しい。ポリマーは、次いで、酸化雰囲気中、150 〜 300℃の温度の安定化室で酸 化安定化される。しかし、本発明の繊維の酸化時間は、1時間未満、好ましくは 30 分未満にかなり短縮される。そのようにして製造した二領域酸化安定化繊維 (BRPF)は、熱可塑性ポリマーの半透明または淡色の内部コアおよび熱可塑 性酸化被覆の黒色外部領域の視覚的にはっきり認識できる領域を示す。繊維(横 断面)の一端を顕微鏡下で調べると、内部コアと外部被覆領域との間に境界また は不連続は見られなかった。実際、繊維の 表面を横断面で見ると、外部表面からコアの中心に向かって連続していた。 BRPFは、次いで、文献に一般的に開示されているように、より高い温度お よび非酸化雰囲気中で炭化処理にかける。High Performance Fibers,Battelle 著が参照される。しかし、BRPFの場合の炭化時間は、米国特許 No.4,837,0 76に開示されているように30分間もの長時間から、繊維の直径などの種々の要素 および所望する炭化度に応じて3分間未満、好ましくは 45 秒〜3分間にかなり 短縮される。炭化の前に、BRPFは、ちじれを付け、次いで、緩和された応力 のない条件においたまま、炭化炉を通って導くことができるので、繊維は、その ちじれの付いた立体配置を保持している。この場合も、BRF繊維の一端を顕微 鏡下で調べたが、内部コアと外部炭素質被覆領域との間に境界または不連続を見 ることはできなかった。実際、繊維の表面を分断して横断面で見ると、外部表面 からコアの中心に向かって連続していた。 表1に示すように、BRF−1またはBRF−2の物理的性質を有する燃焼し にくい二領域繊維は、例えば高い断熱R値を有するウール様綿毛またはバットに 変換することができる。これらの繊維は、建築構造用断熱材として、ジャケット または寝袋用の詰め物としてなどに使用できる。BRF−2は、例えばカーペッ トまたは敏感な電子装置のEMIシールド用の静電気消散繊維として使用するこ ともできる。BRF−3の性質を有し、電導性外部領域を有す る繊維は、飛行機、自動車または船などの種々の乗り物に使用するための難燃性 (FR)および消音集合体において、好適に使用することができる。 BRF−1、−2および−3はいずれも、繊維を燃焼しにくい集合体および難 燃性集合体を形成するための他の天然またはポリマー繊維と混合した混合物;難 燃性にし、強度を増加させるために繊維をポリマーマトリツクスに混入した複合 体:などの種々の集合体にすることができる。BRF−3を結合材とともに圧縮 成形すると、火災防塞シートまたはパネルなどの使用に特に適する。これらの繊 維または集合体はいずれも、繊維もしくは集合体を相乗的により難燃性にする有 機シリコーン、または集合体を浮揚性にし、もしくは水の吸収を低下させる疎水 性コーティングなどの種々のコーティングを施すことができる。 BRF−Bは、特に、室温非水性電解質バッテリーなどの二次エネルギー保存 装置における電極またはリチウムイオンバッテリーで使用するための二極電極な どの電極での使用に適する。種々の最終用途は、図3の流れ図でさらに明らかに 例示する。 本発明の多数の繊維から成る好ましい繊維集合体は、ウール様綿毛;一般的な 平面状の不織シート、ウェブまたはバット;圧縮成形したパネル;織物またはニ ット繊維などの形状においてランダムに絡み合った繊維形状であってもよい。好 ましい繊維集合体の例としては、本発明の多数の個々の非直線(すなわち、ちじ れのある)繊維から作った バットなどの全体的に平面状のシート様製品がある。バットの好ましい製造法で は、320,000(320k)本から成るポリマー繊維の重いトウを使用する。少量の繊維 、例えば 40,000 本までの繊維を含むトウの場合、小さいトウを製造してニット 製品またはクロス様織物製品にすることができる。好ましくは、炭化の前に、好 ましくは安定化条件でポリマー繊維を成形して所望の形状(ニット、織物、シー トまたはフエルト)にする。 連続した、または短繊維のBRPFから作られた、不織布、フエルトまたはバ ット形状の非直線BRFは、断熱材としての使用に特に適している。これらの繊 維は、好ましくは、非電導性であり、密度が 1.45 〜 1.60 g/cm3であり、比抵 抗が 108〜102Ω−cmであり、ヤング率が 1 MM psi(6.9 GPa)未満であり、破 断時の伸びが 4〜12 %である。これらの繊維は、完全に炭化された、匹敵しうる 密度の非電導性繊維と比較して、せん断感受性ではない。好ましくは、非直線B RFが円形以外の横断面を有し、より大きい柔軟性および弾性ならびにより高い R値を有するより大きい断熱性を備えたバットを提供するものである。特にバッ トにおける繊維の円形以外の横断面は、丸い横断面の繊維を含むバットと比較し て、所定の密度でより高い熱R値を与える。これは主に、表面の相互作用および 円形でない繊維の裂け目における幾分高められたクヌーセン効果による。 円形でないBRFから断熱材の集合体を製造するための 典型的方法は、米国特許 No.4,8686,037および No.4,898,783(F.P.McCullou gh ら)に記載されている。そのBRFを使用する絶縁集合体は、弾力があり、 変形することができ、軽量で不燃性であり、熱伝導性が低く、断熱性が高く、洗 濯可能であり、水分保持が少なく、弾性および体積保持が高く、粘着性が高い。 本発明はさらに、米国特許 No.4,879,168(1989年11月7日発行、F.P.McCul lough ら)に記載の方法と同様の方法での難燃性および火災防塞集合体の製造を 含むものである。本明細書で使用する「耐火性」などの種々の用語は、防炎、難 燃、防火および火災防塞の特徴のいずれかに関係する。 着火した火炎が織物製品の燃えてない部分に接触するのを止めると、火炎がそ の燃えていない部分に沿ってさらに広がるのに抵抗する本質的能力を有し、それ によって内部の燃焼プロセスを停止する程度に、製品は難燃性であると考えられ る。織物製品が難燃性であるかどうかを測定するための認可された試験は、とり わけ、the American Association of Textile Chemists and Colorists Test Me thod 34-1966および DOC FF 3-71に記載されたthe National Bureau of Standar ds Testである。 公知であるアルミニウム被覆保護服と同様に火炎およびそれから放射される熱 を逸らせることができる製品は、「防火性」であると考えられる。 火災防塞は、不燃性であり、難燃性であり、断熱性を提 供する能力を有する。 米国特許 No.4,879,168の一般的開示によれば、少なくとも 7.5重量%の非直 線で弾力があり、変形することができる多数のBRFを、天然または合成繊維と 混合して、難燃性混合物を作ることができる。BRFの弾力があり、変形するこ とができる特性は、炭化度および比(r:R)に幾分依存する。例えば、炭素質 被覆が繊維の大部分を占めることを示す比であり、外部被覆がグラファイト的で あり、密度が 1.85 g/cm3より大きく、バルク抵抗が10-2Ω−cm未満であること を示す炭化度である場合、繊維の靭性は、相対的に言うと、炭素質外部被覆が繊 維の小さい部分または比(r:R)を示し、炭化度が低い、すなわち外部被覆が 非電導性である繊維よりも小さい。 天然繊維は、例えば、綿、毛、麻、絹またはそれらの1種以上と本発明のBR Fとの混合物から選択することができる。ポリマー繊維は、例えば、セルロース 、ポリエステル、ポリオレフィン、アラミド、アクリル、フッ素樹脂、ポリビニ ルアルコールおよびガラス、またはそれらの1種以上と本発明の燃焼しにくい二 領域繊維との混合物から選択することができる。好ましくは、BRFは、10 %〜 40% の量で混合物に存在し、非電導性、帯電防止または電導性であり、比抵抗が 108〜100未満Ω−cmであり、密度が1.45 〜 1.85 g/cm3であり伸びが 3〜12 % である。これらのBRFは、比抵抗が同じでありかつ、せん断に対して敏感であ る完全炭化された繊維と比較して、せん断に対す る感受性がなく、あるいはあっても精々わずかである。混合物中のBRFの量が より多いと、混合物の防火性が改善される。しかし、好ましい美的外観および感 触を有するように、従来の混合物に近い繊維特性を維持するのが好ましい。 本発明はさらに、米国特許 No.4,980,233(1990年12月5日発行)および米国 特許 No.4,997,716(1991年3月5日発行)(共に、F.P.McCullough ら)に記 載の一般的方法と同様の方法での難燃性および防火性集合体の製造を含むもので ある。そのような方法によれば、例えば、ポリスチレンポリマーから形成される パネルもしくはシート、または熱可塑性もしくは熱硬化性ポリマーの圧縮成形さ れた複合体を含み、非直線で強靭な、変形できる多数のBRFが複合体の総重量 に対して 10 〜 95 重量%混入されたパネルを得ることができる。繊維は、パネ ル表面上に 10 % 以上の量で集中させることができ、あるいは、ポリマーマトリ ックス全体にわたって好ましくは 20 〜 75 % の量で分布させることができる。 所望により、繊維は、表面およびポリマーマトリックス全体にわたって施与する ことができる。その構造体の可燃性テストは、オハイオ州燃焼試験に従って行い 、FAR 25.853に記載された規準を満たさなければならない。 難燃性および防火性集合体で使用するためのBRFの電導性は、比抵抗が 10 8 〜100未満Ω−cmである非電導性〜電導性であり、密度が 1.45 〜 1.85 g/cm3 であり、伸 びが 3〜12 %であるのが有利である。これらの繊維は、非電導性の場合はせん断 に対して感受性がないが、炭化度が非電導性から電導性に増加するにつれて、せ ん断に対する感受性は次第に大きくなる。しかし、BRFが常に熱可塑性ポリマ ーのコアを含むという事実を鑑みると、その繊維のせん断感受性は、完全に炭化 された公知の繊維と比較して、かなり小さい。従って、BRFは、わずかに電導 性であるか、電導性になると、せん断に対してわずかに感受性であるが、繊維が グラファイト的になるにつれて、より感受性が大きくなる。一般に、せん断に対 する感受性が小さいと、繊維の破壊は小さくなり、その結果、バット、ウェブな どの不織集合体の製造を含む全繊維作業において、より長い繊維のより大きい集 合が得られる。せん断に対する感受性が小さいことは、繊維混合物からのヤーン の紡糸、カーペット、織物などの製造などにおいて特に重要になる。ヤーンの紡 糸作業には、せん断の大きい作業であるいくつかの延伸作業がある。従来の炭素 質繊維は、その製造中、製造装置の操作速度をかなり低下させない限り、繊維の かなりの破壊を示す。 本発明はさらに、米国特許 No.5,024,877(1991年6月18日発行、F.P.McCul lloughら)に記載された一般的方法に従って、BRFの酸化および熱安定性に対 する耐性を相乗的に改善する手段にある。該方法によれば、BRFをRxSi( OR’)4-xおよびRxSi(OOR’)4-x (Rは有機残基であり、R’は低級アルキルまたはフェニル残基であり、xは少 なくとも1で4未満である。)から成る群から選択される化合物の加水分解され た部分縮合物質から誘導される 0.5〜90重量%の有機シリコーンポリマーと混合 させる。BRFを0.5 % ほどの有機シリコーンポリマーで被覆すると、かなり改 善された難燃性を示す。有機シリコーンポリマーが複合体の 90 重量%もの量で 存在する複合体は、例えばガスケットなどの用途に有用である。 一つの態様によれば、本発明は、BRFのバットとともに圧縮される熱可塑性 または熱硬化性樹脂などの合成樹脂を含む複合体に関する。圧縮する前に、バッ トは、高められた燃焼耐性を付与する量の有機シリコーンポリマーで処理する。 一般には、約 20 重量%まで、好ましくは約 10 重量%までの重合可能なシリコ ーン樹脂を利用する。該複合体は、乗り物および装置、特に飛行機で使用するた めの、耐火性または防火性構造パネルの形成に特に有用である。 別の態様では、10〜90重量%、好ましくは 20 〜 75 重量%のBRFを複合体 の製造における合成樹脂との結合に使用することができる。複合体に使用される 合成樹脂は、熱可塑性または熱硬化性ポリマーなどの通常のポリマー材料から選 択することができる。BRFの充填量の多い複合体は、乗り物および装置、特に 船および飛行機で使用するための、火災防塞用構造パネルの形成に特に有用であ る。 多くの複合体および構造物が可能であり、特定の用途用に製造する場合は、最 終使用者が所望する機械的特性に依存する。一般に、可撓性パネルの製造には、 バインダー樹脂および/または有機シリコーンポリマーもしくは樹脂と共に、10 〜75重量%のBRF充填が好ましい。 本発明はさらに、米国特許 No.4,897,303(1990年1月30日発行、F.P.McCul lloughら)に開示された、BRFを使用する浮揚性の繊維集合体に関する。特に 好ましいのは、比較的大きい表面積および大きい柔軟性を付与する円形以外のB RFである。これらの多数の繊維は、粘着性が高められたバットまたは充填物を 形成することができ、その場合、繊維は、より小さい隙間を形成して、浮揚性の 改善されたバットを提供する。さらに、浮揚性の集合体は軽量であり、良好な断 熱性を付与し、水分の吸収が少なく、難燃性である。米国特許 No.4,897,303に 記載の方法によれば、BRFは、軽量で硬化可能な組成物から成る、水に不溶の 疎水性組成物で被覆する。該疎水性組成物は、繊維に付着するように、噴霧、浸 漬などによって付着させる。適する組成物としては、高分子量ワックス、ハロ脂 肪族樹脂、熱硬化性および熱可塑性樹脂、アイオノマー、シリコーン物質、ポリ シロキサンなどが挙げられる。好ましい被覆としては、ポリテトラフルオロエチ レン、フッ化ポリビニリデン、ポリ塩化ビニルなどが挙げられる。BRFを使用 する浮揚性集合体は、個人用衣類(例えば、ジャケット、寝袋、浮揚器具など) のための充填物などの製品に特 に有用である。 本発明の電導性BRFは、特に、二次エネルギー保存装置、特にバッテリーに おける電極での使用に適応する。BRF−Bの密度は 1.70 〜 1.87 g/cm3であ り、比抵抗は 10-2Ω−cm未満であり、ヤング率は 3〜30ミリオンpsi(20.7 〜 2 07 GPa)であり、伸びは 2 %〜5 % であり、曲げひずみ値は 0.1〜30 %である。 これらの電導性BRFは、内部の熱可塑性コアが存在する点で、横断面全体にわ たって炭化された市販の電導性炭素またはグラファイト繊維と比較して柔軟性が 大きい。本発明はまた、直線または非直線BRF−Bを使用した、二極電極およ び擬二極電極などの種々の電極にも関する。BRF−Bの用途が見いだされる種 々のタイプのバッテリーは、米国特許 No.4,830,938および No.4,865,931(Mc Culllough ら)に開示されている。 本発明の可撓性二領域グラファイト繊維電極は、審査中の米国特許出願 No.0 8/372,446(1995年1月13日出願)に開示されている他のバッテリー系、特にリチ ウムイオン電池に容易に適応させることができる。該出願では、擬二極電極の一 部が金属酸化物のリチウム塩で被覆されている。リチウムイオン電池では、金属 リチウム電極が、リチウムイオンとインターカレーション化合物を形成する炭素 質物質をベースとする陽極で置き換えられている。リチウムイオンの最初の源は 、例えばLiCoO2、LiNiO2およびLiMn24などの酸化金属リチウム (リチウム化 金属酸化物)でありうる陰極材料である。正常に作動している間、リチウムイオ ン電池には金属リチウムは決して存在しない。従って、リチウムイオン電池は、 金属リチウムを含む電池よりも本質的に安全である。充電および放電中、電気エ ネルギーが外部電流回路によって導入され、または取り出されるとき、リチウム イオンは有機非水性電解質を通って電極の間で行き来する。によって揺れている 。特に、充電サイクル中は、金属酸化物が電子を炭素質材料の電極に渡し、一方 、リチウムイオンは、陰極から炭素質材料電極に移動してC-Li+を形成する。 現在、バインダーとともに入れられる高弾性率のチョップドピッチ繊維が、電極 の柔軟性を達成するために使用されている。この結果、電極形状はいくらか自由 な製造が可能であるが、チョップド炭素繊維の各々の間の各接触における接触抵 抗が高いことにより、電極の内部抵抗は高くなる。本発明の連続した可撓性BR F−Bを使用すると、電極は自由に種々の形状の立体配置にすることができると ともに、電極の内部抵抗は、数桁分低下させることができる。 さらに別の態様では、実質的に平面状の電導性集電器スクリーンプレートまた はシートから成るリチウムイオン電池の端子電極に金属酸化物の被覆が施される 。電導性スクリーンは、電導性金属、好ましくはニッケルから作ることができる が、電導性金属で被覆した炭素またはグラファイトで作ることもできる。スクリ ーンには、経験式:Li(MO2)n(MはVIIbおよびVIIIb群から選択される 金属である。)の金属酸化物のリチウム塩のコーティングが施される。金属は、 典型的には、Co、NiおよびMn(CoおよびNiの場合はn=1であり、M nの場合はn=2である。)から成る群から選択される。 常法では、多数のBRF−Bを含む端子電極は、端子電池に位置する。ハウジ ングの内部室は、内部電池分離壁によって一対の端子電池に分けられる。擬二極 電極の中央部を、分離壁自体に埋め込むか、分離壁にあるポッティング樹脂に埋 め込んで、擬二極電極を分離壁内でシールし、電極が一方の電池から隣接する電 池へウィック(芯でつながる)されるのを防ぐ。擬二極電極はそれらの部分が端 子電池の各々内に位置して、端子電極と対向電極を形成するように、たたまれる 。 擬二極電極は、多数のBRF−Bで形成される。電極繊維の一部は、経験式: Li(MO2)n(MはVIIbおよびVIIIb群から選択される金属である。)の金 属酸化物のリチウム塩で被覆する。好ましくは、金属はCo、NiおよびMn( CoおよびNiの場合はn=1であり、Mnの場合はn=2である。)から成る 群から選択される。この場合も、金属酸化物の被覆は、好ましくは、CoO2、 NiO2およびMn24から成る群から選択される。端子電極の各々は、電極分 離板などの非電導性のイオン透過性平面状シートによってその対向電極と分離さ れる。各端子電極は集電器および端子を備え、電池には非水性有機電解質を入れ る。 本発明の範囲内であるとする他のエネルギー保存装置は、一般に円柱状で少な くとも一対の可撓性炭素電極を含むものであり、該電極は、螺旋状またはゼリー ロール型に巻き取られ、あるいは、審査中の欧州特許出願 No.95202056.8(1995 年7月27日出願、F.P.McCullough)の図4、5および7に例示されているよう に、円柱状ハウジング内に同軸的に位置する。 実施例1 約 94 % のアクリロニトリル、4 % のメタクリレートおよび約 2 %のイタコン 酸を含むアクリル繊維の 40 k(1k=1000本の繊維)のトウを、伝統的な湿式紡糸 法で作る。アクリル繊維の平均直径は 11 μである。次いで、その繊維トウを、 224 ℃の温度で 20 分間引っ張りながら酸化安定化する。酸化安定化繊維の密度 は 1.25 g/cm3 である。繊維を切断し、偏光顕微鏡により分析すると、黒色の酸 化安定化熱可塑性外部被覆と半透明〜淡色の内部非酸化熱可塑性コアとの間に明 らかな相違が示される。その繊維の酸化された外部被覆は、横断面で見ると、非 酸化コアからの境界または不連続性による物理的分離はない。繊維の半径に対す るコアの半径の比を測定すると、1:1.29と求められる。破断ねじれ角度は 18.5 度と測定された。 次いで、安定化された前駆体繊維を動的空気流中でテキスチュア化し、緩和さ れた応力のない条件においたまま、550 ℃の温度で、パージした、O2のないN2 雰囲気下、円筒炉で 1.5分間熱処理した。得られた二領域繊維のアス ペクト比は 10,000:1 より大きく、公称繊維直径は 9.5μである。繊維は、燃焼 しにくく、不燃性で可撓性であり、曲げひずみ値は 0.1 %であり、密度は 1.54 g/cm3であり、ヤング率は 1 MM psi であり、表面積は 3 m2/g であり、バルク 密度は 106Ω−cmであり、破断ねじれ角度は8.5度であり、LOIは 4.7より大 きい。一本の繊維の横断面を偏光顕微鏡により分析すると、黒色の熱硬化された 炭素質外部被覆と半透明〜淡色の内部非酸化熱可塑性コアとの間の区別が視覚的 に明らかである。繊維の炭化された外部被覆は、横断面で見ると、境界または不 連続による熱可塑性コアとの物理的分離はない。 種々の材料のLOI値を測定し、本発明の二領域前駆体繊維および燃焼しにく い可撓性二領域繊維と比較した。結果を以下に示す。 材料 LOI値 ポリプロピレン 17.4 ポリエチレン 17.4 ポリスチレン 18.1 レーヨン 18.6 綿 20.1 ナイロン 20.0 ポリカーボネート 22 硬質塩化ポリビニル 40 BRPF 40〜44 BRF 40〜55 グラファイト 55 上記実施例を、伝統的な湿式紡糸法により作った、約 94 % のアクリロニトリ ル、4 % のメタクリレートおよびミクロ濾過により除去されない少なくとも 0.1 %のサブ−ミクロン不純物、すなわち粒子を含むアクリル繊維を使用して繰り返 した。繊維の剛性が 0.01 % 未満のサブミクロン不純物を含んで作った繊維より もわずかに小さいことを除いて、同様の結果が得られた。繊維は燃焼しにくく、 不燃性で可撓性であり、破断ねじれ角度は 8.0度であり、LOIは 48 である。 実施例2 直径が 12 〜 13 μであり、実施例1と同様の組成物を有する繊維の 6 kのト ウサンプルをいくつか酸化安定化し、次いで、密度および繊維に対するコアの比 (r:R) を分析した。テストの分析結果を下記表 IIIに示す。 上記の表から、繊維の密度および酸化度は、滞留時間とともに増加することが 分かる。サンプルAは、コアの体積%が繊維を完全に酸化した繊維と有効に区別 するのに十分でないので、本発明の実施例ではない。1:6.25の比の場合、コアは 、繊維の全体積のほんの約 2.6体積%となり、これは、所望の二領域特性を繊維 に付与するには不十分である。1:4 の比の場合、コアの体積%は約 51%に増加す し、それに対応して、繊維の密度は減少する。表のデータから、滞留時間および 温度の増加の結果、密度は増加すると推論することができる。サンプルB、Cお よびDを顕微鏡で調べると、コア領域と黒色の酸化された外部被覆領域との間の 組織および色の相違がはっきり分かる。 実施例3 83 %のアクリロニトリル、14 %の塩化ビニルおよび 3 % のイタコン酸単位を含む三裂状サブ−アクリル繊維のトウを伝統的な湿式紡糸法 により作る。それは、図2に示す三裂状横断面を有する。繊維は、押出し中に伸 ばして細くし、次いで、実施例1に記載の方法に従って酸化安定化する。安定化 した繊維は、次いで 950℃の温度で、パージした、O2のないN2雰囲気下、円筒 状の炉で 1.5分間炭化する。得られた繊維は不燃性であり、公称繊維直径が 8.0 μであり、有効繊維直径が 4μであり、アスペクト比が 10,000:1 より大きく、 LOIが 47 である。繊維の半径に対するコアの半径の比を測定すると、1.1.5 が得られる。繊維は可撓性であり、曲げひずみ値は 0.2 %であり、破断ねじれ角 度は 7であり、表面積は 11 m2/gであり、密度は 1.7 g/cm3であり、ヤング率は 4 MM psi であり、バルク抵抗は 0.085Ω−cmである。繊維の表面を偏光顕微鏡 により横断面で見ると、領域間の境界または不連続はない。 実施例4 実施例1の前駆体に従って作った、酸化安定化二領域前駆体繊維BRPFの 4 0 k のトウを標準的なちじれ付け機構により織って作り、ちじれを付けたトウに 応力もひずみもかけないで、コンベアベルトに載せる。ちじれを付けたトウは次 いで、950 ℃温度に維持した加熱炉に通す。その炉での滞留時間は 1.25 分であ る。これらのちじれを付けた燃焼しにくい二領域繊維のトウは、熱硬化された外 部被覆および熱可塑性内部コアを有して製造される。繊維の半径に対するコアの 半径の比を測定すると、1:1.4 が得られ る。繊維の密度は 1.58 g/cm3と測定され、繊維のLOIは 47 より大きい。繊 維は不燃性であり、燃焼しにくく、106Ω−cmのバルク抵抗、8 % の伸び、15 % の擬伸び、9.5 度の破断ねじれ角度および 8 g/dの粘着性を有する。ちじれを付 けた繊維トウを、約 6〜7.5 cmの種々の長さに切断し、ローラートップテキスタ イルカードに送る。繊維を梳毛処理してウール様綿毛をより分ける。より分けら れた繊維は、繊維のちじれひだのある立体配置の結果として、からみ合う度合い が高く、バルク密度は 0.2 lb/ft3を示す。ウール様綿毛は、ジャケットなどの 個人用衣類製品の断熱材量として適し、ガチョウまたはアヒルのダウン(フェザ ー)と同様の断熱効果を断熱用充填材としてのダウンの約3分の1の重量で有す る。 綿毛は、周知の方法によるニードルパンチ処理により高密度化することができ る。また、綿毛は、ポリエステルなどの熱可塑性バインダーで処理して、粘着性 および/または剛性が高められ、磨耗強度が良好なマットまたはフエルトを形成 することができる。 実施例5 本発明の二領域繊維の不燃性を、14 CFR 25.853(b)に記載の方法に従って測定 する。試験は以下のように行う。 実施例3の二領域繊維のバットから得られる最低3個の 1”x 6”x 6”(2.54 cm x 15.24 cm x 15.24 cm)の試験片を作る。試験片を、70±3 ℃の温度およ び 5 %の湿度に維持した調整室で試験前の 24 時間保持することによ り、調整する。 各試験片を垂直に支持し、高さ 1.5インチ(3.8 cm)の公称 I.D.管を有する ブンゼンまたはツリル(Turill)バーナーにさらす。火炎の最低温度を、火炎の 中心に置いた検定済熱電対高温計によって測定すると、1550°F(815.6 ℃)であ る。試験片の最下端を、バーナーの上端の 0.75 インチ(1.91 cm)上にする。火 炎を、試験片の最下端の房の列に 12 秒間あてた後、取り外す。 試験によると、その材料は、自己消火する。平均燃焼長さは 8インチ(20.3 cm )以下であり、平均の後燃焼は 15秒以下であり、燃焼滴下物は燃焼試験箱の床に 燃え落ちた後は 5秒より長くは燃え続けなかった。 実施例6 A.サンプルサイズ 12"(30.5 cm)Rando Webber Model B(Rando Machine Cor p.of Macedon,NY 製)の混合機/供給部で、各々、開繊した二領域非電導性ま たは帯電防止繊維を適切な重量%で混合することにより、バットを作る。得られ るバットは、典型的には、厚さが 1インチ(2.54 cm)であり、バルク密度が 0.4 〜0.6 lb/ft3(6.4 〜9.6 kg/m3)である。バットは、約 120〜150 ℃の温度の 熱結合オーブンを通って、コンベアベルト上の Randoバッティングを通過するこ とにより、熱結合する。 B.Aで得たバットを直ちに使用し、開繊した繊維を10,000 lb/ft2(700 kg/cm2 )の圧力の標準的平板プレス上で圧縮することによりパネルに成形して、1/4"(0 .635 cm)の パネルを作る。燃焼試験は、FAR 25.853に記載されているオハイオ州燃焼試験の 方法に従って行う。Aの方法により作った原毛に関して、結果を下記表 IV に示 す。 PEB=8デニールの KODEL(商標)410 ポリエステルバインダー繊維 BRF=実施例1の二領域繊維 PE=6デニールの2”短繊維 DuPont DACRON(商標)164 ポリエステル 綿=未処理の 1.5”の綿の短繊維 OPF=密度が>1.40 g/cm3である酸化されたポリアク リロニトリル繊維 NOMEX(商標)= DuPont m−アラミド繊維 実施例7 実施例6の方法に従い、下記表Vに示する結果に従って作った、厚さ 1/8”〜 3/16"(0.32 cm 〜 0.48 cm)のパネルに対して同様の試験を行った。 実施例8 米国特許 No.5.024,877(1991 年6月18日発行、F.P.McCullough ら)に記載 の方法に従って、下記実験を行う。 A.可撓性パネルを製造するために、表 IIIのサンプル3に記載の種類のバット に、Dow Corning 1-2577コンフォーマル被覆(トリメトキシメチルシランの加水 分解された部分縮合物)を噴霧して、被覆されたバットの 10 重量%が被覆から 成るようにする。被覆されたバットを、2枚のビ ニルシートの間の圧盤上で、25 lb/インチ2(1.75 kg/cm2)、260°F(127 ℃)の 温度で圧縮する。 コンフォーマル被覆の変わりに、熱縮合または遊離ラジカル縮合のいずれかに よって重合可能なシリコーン樹脂を使用することができる。 実施例8A.耐燃性試験 本発明の二領域繊維を使用したパネルの耐燃性を、14 CFR 25.853(b)に記載 の方法に従って測定する。試験は、以下のように行う。 2.5 cm x 15 cm x 30 cmの大きさを有し、80 %の二領域繊維および 20 % のポ リエステルを含む最低3個のバットを作る。それらのバットに、Dow Corning 1- 2577コンフォーマル被覆(トリメトキシメチルシランの加水分解された部分縮合 物)溶液を噴霧し、空気中の水分との接触により硬化させる。噴霧されたバット は、25 lb/インチ2(1.75kg/cm2)、260°F(127 ℃)の温度で圧縮して、可撓性 パネルを作る。被覆は、パネルの 10 重量%を成す。 FAR 25.853b による標準的な垂直燃焼試験を行う。パネルは、21±5 ℃の温度 および 50 ±5 % の湿度に維持した調整室で試験片を試験前の 24 時間保持する ことにより、調整する。各試験片は垂直に支持し、高さ 3.8 cm の火炎を生じる ように調整した公称 I.D.管を有するブンゼンまたはツリルバーナーにさらす。 火炎の最低温度を、火炎の中心に置いた検定済熱電対高温計によって測定すると 、843 ℃である。試験片の最下端を、バーナーの上端の 1.9 c m 上にする。火炎を、試験片の最下端の中心線に 12 秒間あてた後、取り外す。 材料が自己消火し、平均燃焼長さが 20 cm以下であり、平均の後燃焼は 15 秒 以下であり、炎滴下物がない場合、その材料は試験に合格であるとする。その材 料は試験に合格した。 実施例9 米国特許 No.5.024,877(1991年6月18日発行、F.P.McCullough ら)に記載 の方法に従って、下記実験を行う。 実施例3に記載したウール様綿毛状の本発明の多数の二領域繊維を広げ、Hous ehold Products Division of 3M によって SCOTCHGARD の商標で市販されている 1,1,1−トリクロルエタンを含む溶媒にフルオロアルカン樹脂を含むエーロ ゾル噴霧剤を噴霧する。綿毛の外部表面の約 90 % を被覆する。次いで、綿毛を 風乾して被覆を硬化させ、秤量する。綿毛を2時間水に入れると、浮いた。2時 間後、綿毛を振り、絞って秤量する。ほんの約 0.1 %の水の吸収が検出される。 被覆した綿毛は、ジャケット、ジャンプスーツなどの浮揚補助材および断熱材と しての使用に適する。 実施例10 A)審査中の米国出願 08/372,446 の実施例1に記載の一般的方法により、約 8 6 % のアクリロニトリル、13 %のメタクリレートおよびミクロ濾過により除去さ れない少なくとも 0.1 %のサブ−ミクロン不純物を含む三裂状アクリル 繊維のトウを、三裂状の押出オリフィスを有する成形ダイを使用して、伝統的な 溶融紡糸法により押出す。アクリル繊維のトウを、繊維の押出し中に伸ばして繊 維を細くし、次いで、温度が 250℃から300 ℃に徐々に上がるオーブン中で 25 分間、空気酸化する。得られる前駆体繊維は二領域であり、熱可塑性ポリマーの 内部コアおよび酸化された熱可塑性ポリマーの外部被覆を有する。繊維の酸化さ れた外部被覆は、横断面で見ると、境界または不連続による熱可塑性コアからの 物理的分離はない。二領域の安定化された繊維のコアおよび被覆材料は、横断面 で見ると、連続である。BRPFの破断ねじれ角度を試験すると 20.5 度である 。繊維のLOIは 40 である。これらの繊維は、ジャケット、寝袋などに対する 他の天然または合成繊維との混合物において有用である。 B)安定化した前駆体繊維A)を円筒状の炉に入れ、パージした、O2のないN2 雰囲気下、1000℃の温度で 2.0分間処理した。得られた繊維の公称繊維直径は 6 .8μであり、有効繊維直径は 4.2μであり、アスペクト比は 10,000:1 より大き い。得られた繊維は、熱可塑性ポリマーの内部コアおよび外部の炭化された被覆 を有する。繊維の炭化された外部被覆を横断面で見ると、境界または不連続によ る熱可塑性コアからの物理的分離はない。繊維は可撓性であり、曲げひずみ値は 0.1 %であり、破断ねじれ角度は 7.5度であり、ヤング率は 5 MM psi であり、 表面積は 14 m2/gであり、バルク抵抗は 0.035Ω−cmである。繊維の 半径に対するコアの半径の比を測定すると、1:1.9 と求められる。繊維の燃焼耐 性を試験すると、LOI値は 46 である。これらの繊維は、蓄電池の電極材料と して、および携帯用EKGモニター用の非常に軽量で薄く可撓性の測定電極の電 導性成分として有用である。 C)二領域炭化繊維B)を、高温円筒炉に入れ、パージした、O2のないN2雰囲 気下、1750℃の温度で 1.2分間処理した。得られた二領域グラファイト化繊維の 公称繊維直径は 6.4μであり、有効繊維直径は 4.0μであり、アスペクト比は 1 0,000:1 より大きい。繊維は可撓性であり、曲げひずみ値は 0.1 %であり、破断 ねじれ角度は 5.5度であり、ヤング率は 18 MM psiであり、表面積は 12 m2/gで あり、バルク抵抗は 0.0035 Ω−cmである。繊維の半径に対するコアの半径の比 を測定すると、1:2 と求められる。これらの繊維は、蓄電池の電極材料として、 および携帯用EKGモニター用の非常に軽量で薄く可撓性の測定電極の電導性成 分として有用である。 実施例11 約 86 % のアクリロニトリル、13 %のメタクリレートおよびミクロ濾過により 除去されない少なくとも 0.1 %のサブ−ミクロン不純物を含む三裂状アクリル繊 維のトウを、三裂状の押出孔を有する成形ダイを使用して、伝統的な溶融紡糸法 により作る。アクリル繊維のトウを、繊維の押出し中に伸ばして繊維を細くし、 次いで、温度が 250℃から300 ℃に徐々に上がるオーブン中で 1.5時間、空気酸 化し た後、円筒状の炉に入れ、パージした、O2のないN2雰囲気下、1200℃の温度で 10 分間炭化する。三裂状の繊維を偏光顕微鏡下で調べると、各繊維には二つの 領域があり、それらは、黒色の熱硬化された炭素質外部被覆領域および半透明〜 無色の酸化されていない内部熱可塑性コア領域により、目で見て互いにはっきり 区別できることが分かる。繊維の炭化された外部被覆は、横断面で見ると、境界 または不連続による熱可塑性コアからの物理的分離はなく、連続である。 得られる燃焼しにくい二領域繊維は、耐燃性であり、LOIは 45 である。そ の二領域繊維は可撓性であり、曲げひずみ値は 0.1 %であり、破断ねじれ角度は 7度であり、ヤング率は 11 MM psiであり、公称繊維直径は 6.8μであり、有効 繊維直径は 4.2μであり、表面積は 18 m2/gであり、比抵抗は 0.035Ω−cmであ り、アスペクト比は 10,000:1 より大きい。これらの繊維は、蓄電池の電極材料 として、および携帯用EKGモニター用の非常に軽量で薄く可撓性の測定電極の 電導性成分として有用である。 実施例12 80 % のアクリロニトリル、17 %の塩化ビニルおよび 3 %のイタコン酸単位を 含む五裂状のサブ−アクリル繊維のトウを、伝統的な溶融紡糸法により作る。そ れは、図2Aに示すような五裂状の横断面を有する。アクリル繊維のトウを、繊 維の押出し中に伸ばして繊維を細くし、次いで、 250℃〜300 ℃の温度で 1.5時 間、空気酸化した後、円筒 状の炉に入れ、パージした、O2のないN2雰囲気下、1100℃の温度で 5分間炭化 する。繊維を偏光顕微鏡下で調べると、各繊維には二つの領域があり、それらは 、黒色の熱硬化された炭素質外部被覆領域および半透明〜無色の酸化されていな い内部熱可塑性コア領域により、目で見て互いにはっきり区別できることが分か る。繊維の炭化された外部被覆は、横断面で見ると、境界または不連続による熱 可塑性コアからの物理的分離はなくい。二領域繊維のコアおよび被覆物質を横断 面で見ると、連続である。 繊維をさらに分析すると、それらは可撓性であり、曲げひずみ値は 0.2 %であ り、破断ねじれ角度は 5度であり、ヤング率は 4 MM psi であり、公称繊維直径 は 8.0μであり、有効繊維直径は 4μであり、表面積は 22 m2/gであり、比抵抗 は 0.045Ω−cmであり、アスペクト比は 1000:1 より大きい。これらの可撓性二 領域繊維は、蓄電池の電極材料として、および携帯用EKGモニター用の非常に 軽量で薄く可撓性の測定電極の電導性成分として有用である。 実施例13 各々二つの端子電池を含む二つの蓄電池を、各々、実施例11および12で製 造した燃焼しにくい二領域繊維から作った電極を使用して構成する。その蓄電池 は、審査中の欧州特許出願 No.95202056.8(1995年6月27日出願)(公開 No.069 8935)の図1に示される矩形蓄電池と構成が同じである。各電池の電極は、燃焼 しにくい二領域繊維のト ウから作った平面状シートから成り、大きさは4インチ2(25 cm2)である。繊維 の端を硫酸銅溶液に浸漬することにより、固体集電器片が平面電極シートの端に 沿って成長するまで、硫酸銅からの銅を繊維の端にゆっくり電気めっきして、集 電器片を形成する薄い銅の母線を電極の一端に沿って繊維の端に付ける。端子コ ネクターを、ハンダ付けにより集電器片の一端に結合させる。集電器片に、非電 導性の Derakane(商標)樹脂コーティングを被覆する。厚さが 180〜200 μの 不織ポリプロピレンスクリムを、分離シートとして使用するために電極シートの 間に置く。炭酸プロピレン中に 20 % のLiPF6を含む電解質を、高活性化ゼ オライト分子ふるいを使用して 5 ppm未満のH2Oになるまで脱水する。電極お よび分離シートを、1 ppm 未満の水を含む乾燥箱内で脱水して組み立てる。この 組立て品を、壁厚 2 mm のPVCのハウジングに入れる。PVCハウジングの外 部表面に、厚さ 50 μのアルミニウムホイルを施与する。ハウジングに脱水電解 質および 1.5 gの高活性化ゼオライト分子ふるいを入れる。次いで、集電器片お よび各電極の端子を Derakane(商標)ビニルエステル樹脂シールにはめ込み、 ハウジングの蓋の上部から突き出るようにして、ハウジングを密閉する。次いで 、完全な組立て品を乾燥箱から取り出し、蓄電池としての試験を行う。電池の充 電を 5.25 〜 5.5ボルトの電位で行い、その充電容量の 90 % まで放電させる。 各電池は、典型的には、99 %より大きいクーロン効率を有する。電池は、容量ま たは 効率の損失なく、800 サイクル以上可能である。 実施例14 二極二電池の蓄電池を、実施例11および12で作った2種類の二領域繊維を 使用して、米国特許 No.4,830,938に開示され、例示されているように構成する 。電極および二つの部屋を有するハウジング材料は、実施例13で使用したもの と同じである。各二極蓄電池の全体の厚さは約 1 cm である。大きさが各 々の端子電極の二倍である二極電極を、二つの電池を連結する電池壁に通し、De rakane(商標)樹脂にはめ込む。この電池の充電・放電を繰り返して行う。充電 は、15 ボルトの電位で行った。最大充電後の開回路電圧は 9ボルト以上である 。クーロン効率は、典型的には 99 % 以上である。 実施例15 一つの擬二極連結電極を有する二つの端子電池を含む二次リチウムイオン蓄電 池を、実施例12で製造したBRFを使用して構成する。蓄電池の構成は、米国 出願 No.08/372,446(1995年1月13日出願、F.P.McCullough)の図5に示す蓄 電池と同じである。各電池の電極は、繊維のトウから作られ、4インチ2(25 cm2 )の大きさを有する薄い平面シートから成る。繊維の端をニッケル塩含有溶液 に浸漬することにより固体集電器片が平面電極シートの端に沿って成長するまで 、その溶液からニッケルを繊維の端にゆっくり電気めっきして集電器片を形成す る薄いニッケル母 線を端子電極の一端に沿って繊維の端に付ける。。端子コネクターを、ハンダ付 けにより集電器片の一端に結合させる。集電器片は、非電導性の Derakane(商 標)樹脂でコーティングされた電池壁の上部にはめ込む。ニッケルの非常に薄い コーティングは、LiCoO2活性物質のコーティングが施与されている擬二極 電極の半分にもめっきする。厚さが 180〜200 μの不織ポリプロピレンスクリム を、分離シートとして使用するために電極シートの間に置く。炭酸プロピレン中 に 10 % のLiPF6を含む電解質を、高活性化ゼオライト分子ふるいを使用し て 5 ppm未満のH2Oになるまで脱水する。電極および分離シートを、1 ppm 未 満の水を含む乾燥箱で脱水して組み立てる。この組立て品を、壁厚 2 mm のPV Cのハウジングに入れる。PVCハウジングの外部表面に、厚さ 50 μのアルミ ニウムホイルを施与する。ハウジングに脱水電解質および 1.5 gの高活性化ゼオ ライト分子ふるいを入れる。次いで、集電器片および各電極の端子を Derakane (商標)ビニルエステル樹脂シールにはめ込み、ハウジングの蓋の上部から突き 出るようにして、ハウジングを密閉する。次いで、完全な組立て品を乾燥箱から 取り出し、蓄電池としての試験を行う。電池の充電を行い、その充電容量の 80 %まで放電させる。電池の作動電圧は 3.8 Vである。各電池は、98 %より大きい クーロン効率を有する。 実施例16 被覆−コア前駆体繊維を、2種類のポリマー組成物から 共押出し紡糸によって作り、アクリルの被覆およびモダクリルのコアを有する繊 維を作る。この繊維を次いで、実施例1の方法に従って、12分間安定化し、1 分 間炭化してBRF(被覆−コア)を作る。繊維全体の半径に対するコアの半径の 比は 1:1.2である。得られた二領域繊維は燃焼しにくく、LOIは 48 であり、 破断ねじれ角度は 10 度である。
【手続補正書】 【提出日】1997年2月6日 【補正内容】 (1)特許請求の範囲を別紙の通り訂正する。 (2)明細書第12頁下から第3行の「BROF」を「BRPF」と訂正する。 (3)明細書第18頁第15行の「10秒」を「5秒」と訂正する。 (4)明細書第19頁第4行の「BROF」を「BRPF」と訂正する。 (5)明細書第26頁の凡例の左欄末行の「BRF − 二領域バッテリー電極繊 維」を「BRF‐B − 二領域バッテリー電極繊維」」と訂正する。 (6)明細書第63頁第2〜4行の「各試験片を・・・バーナーにさらす。」を下 記の通り訂正する。 「各試験片を垂直に支持し、1.5インチ(3.8cm)の炎高さを与えるように調節 された管を有するブンゼン又はツリル(Turill)バーナーにさらす。」 (7)明細書第72頁第14行の「水を含む乾燥箱」を「水を含む空気を含む乾燥箱 」と訂正する。 (8)明細書第74頁第12行の「水を含む乾燥箱」を「水を含む空気を含む乾燥箱 」と訂正する。 (9)図3を別紙の通り訂正する。 請求の範囲 1.熱可塑性ポリマー組成物の内部コア領域およびそれ取り囲む熱硬化された炭 素質材料の外部被覆領域を含む二領域繊維であって、該繊維が燃焼しにくく、L OI値が 40 より大きい繊維。 2.繊維全体の半径(R)に対する内部コア領域の半径(r)の比(r:R)が 1:4〜1:1.05である、請求項1に記載の繊維。 3.炭化された外部被覆領域の炭素含量が 68 重量%より多く、密度が 1.45 〜 1.87 g/cm3であり、バルク抵抗が 108ないし10-2未満Ωcmである、請求項1に 記載の繊維。 4.該繊維が可撓性であり、曲げひずみ値が 0.01 % より大きく 50 % 未満であ り、ヤング率が 0.3 MM psi(2.0 GPa)より大きく、50 MM psi(345 GPa)まで である、請求項1に記載の繊維。 5.破断ねじれ角度が 4〜13度である、請求項1に記載の繊維。 6.繊維がちじれており、破断時の伸びが 2〜12 %であり、可逆的変形比が 1:1 より大きい、請求項1に記載の繊 維。 7.表面積が 1〜150 m2/gであり、実質的に孔食および孔のない連続した繊維表 面を有し、該表面の微小孔が繊維全体の表面積の 5 %未満である、請求項3に記 載の繊維。 8.全体的に円形、非円形、または筒状の横断面を有し、その直径が 1〜30μで ある、請求項1に記載の繊維。 9.ポリマー前駆体組成物が均一なアクリル組成物を含み、該繊維の内部コア領 域および外部被覆領域が連続であり、領域の間に中間的境界または不連続が介在 していない、請求項1に記載の繊維。 10.該繊維の内部コア領域が第一のポリマー組成物より成り、外部被覆領域が 第二のポリマー組成物に由来する、請求項1に記載の繊維。 11.RxSi(OR’)4-xおよびRxSi(OOR’)4-x(Rは有機残基であ り、R’は低級アルキルまたはフェニル残基であり、xは少なくとも1で4未満 である。)から成る群から選択される化合物の加水分解された部分縮合生成物か ら誘導される有機シリコーンポリマーのコーティングを有する、請求項1に記載 の繊維。 12.高分子量ワックス、ハロ脂肪族樹脂、熱硬化性および熱可塑性樹脂、アイ オノマー、シリコーン物質およびポリシロキサンから選択される硬化性組成物を 含む水不溶性疎水性組成物のコーティングを有する、請求項1に記載の繊維。 13.少なくとも1種類の熱により軟化される熱可塑性均一ポリマー組成物を押 出ダイにより押出しながら押出されたポリマー物質を延伸して繊維にする工程、 延伸した繊維を酸化雰囲気中、繊維の外部領域を酸化安定化するのに十分な時間 安定化して、熱可塑性ポリマーコアの内部領域およびそれを取り囲む酸化安定化 された熱可塑性被覆の外部領域を有する安定化二領域前駆体繊維を形成する工程 、ならびに二領域前駆体繊維を非酸化雰囲気中、高められ温度で、繊維の安定化 した外部被覆領域を炭化するのに十分な時間加熱して、熱可塑性ポリマーコアの 内部領域および炭化された熱硬化された被覆の外部領域を形成する工程を含む、 燃焼しにくい可撓性二領域繊維の製造法。 14.アクリルポリマー組成物を含む単一の均一なポリマー組成物を該押出ダイ によって押出す工程を含み、繊維の外部領域を酸化安定化するのに十分な時間が 5分間より大きくかつ180 分間より小さく、外部被覆を炭化するのに十分な時間 が5秒間より大きくかつ300 秒間より小さい。請求項13に記載の製造法。 15.熱可塑性ポリマーコアの内部領域およびそれを取り囲む酸化安定化された 熱可塑性ポリマー被覆の外部領域を含む二領域前駆体繊維であって、該前駆体繊 維の破断ねじれ角度が 17 度以上である、二領域前駆体繊維。 16.該前駆体繊維がアクリロニトリルのホモポリマー、コポリマーおよび三元 ポリマーから成る群から選択される均一なアクリルポリマーから誘導され、該コ ポリマーおよび三元ポリマーが、少なくとも 85 モル%のアクリル単位およびそ れと共重合可能な 15 モル%までの1種以上のビニルモノマーを含む、請求項1 5に記載の繊維。 17.アクリロニトリルと共重合可能なビニルモノマーが、メチルメタクリレー ト、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、 メチルアクリレートおよびエチルアクリレートなどのメタクリル酸エステルおよ びアクリル酸エステル;酢酸ビニルおよびプロピオン酸ビニルなどのビニルエス テル;アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸およびそれらの塩; ビニルスルホン酸およびその塩を含む、請求項15に記載の繊維。 18.該繊維の内部コア領域が第一ポリマー組成物を含み、外部被覆領域が第二 ポリマー組成物から誘導される、請求項15に記載の繊維。 19.密度が 1.20 〜 1.32 g/ccである、請求項15に記載の繊維。 20.該前駆体繊維がアクリロニトリルのホモポリマー、コポリマーおよび三元 ポリマーから成る群から選択されるアクリルポリマーから誘導され、該コポリマ ーおよび三元ポリマーが、85 モル%未満のアクリル単位およびそれと共重合可 能な 15 モル%より多い1種以上の可塑剤ポリマーを含む、請求項15に記載の 繊維。 21.該コポリマーおよび三元ポリマーが、35モル%までの1種以上の可塑剤ポ リマーを含む、請求項20に記載の繊維。 22.可塑剤ポリマーが、塩化ビニル、メチルアクリレート、メチルメタクリレ ート、ポリ塩化ビニル、セルロースエステル、フタル酸エステル、アジピン酸エ ステルおよびセバシン酸塩エステル、エチレングリコールなどのポリオールおよ びその誘導体、リン酸トリクレシル、ひまし油、ならびにそれらの混合物から成 る群から選択される、請求項20に記載の繊維。 23.該ポリマー繊維が、直径が 0.1μ未満である粒状物質を 0.0001 〜 5重量 %の量で含む、濾過していないアクリルポリマーから誘導される、請求項15に 記載の繊維。 24.繊維全体の半径(R)に対する内部コア領域の半径(r)の比(r:R) が 1:4〜1:1.05である、請求項15に記載の繊維。 25.多数の二領域繊維を含み、各々の燃焼しにくい二領域繊維が、熱可塑性ポ リマー組成物の内部コア領域およびそれを取り囲む熱硬化された炭素質材料の導 電性外部被覆領域を含み、外部の炭素質領域の炭素含量が 85 重量%より多く、 破断ねじれ角度が3度より大きい、二次エネルギー保存装置用電極。 26.該二領域繊維が均一なアクリル組成物から誘導され、該繊維の内部コア領 域および外部被覆領域が連続しており、領域間に境界または不連続が介在してい ない、請求項25に記載の電極。 27.該二領域繊維の外部炭素質領域の炭素含量が 92 重量%より多く、バルク 抵抗が約100Ω−cm未満であり、破断ねじれ角度が 4〜10度である、請求項25 に記載の電極。 28.電池を形成する内部室;そこに置かれた一対の電極であって、電気的に互 いに絶縁され、ハウジングの外部と電気的に連結した集電器を各々有し、少なく とも陽極は請求項25に記載の電極を含む、一対の電極;該電池にあっ て、非電導性で、化学的に安定な非水性溶媒およびその中に溶解したイオン化可 能な塩を含む電解質(溶媒は、炭素原子に結合した酸素、硫黄および/または窒 素原子を電気化学的に反応しない状態で含む化合物から選択され、塩はアルカリ 金属塩である。)を有する水不浸透ハウジングを含む二次エネルギー保存装置。 29.電解質の溶媒が炭酸プロピレンであり、アルカリ金属塩がリチウム塩であ る、請求項28に記載の保存装置。 30.一つの部屋を形成し、その部屋の内部表面が非電導性である水不浸透ハウ ジング;その部屋を少なくとも一対の端子電池に分離するための電気的に絶縁さ れた少なくとも一つの分離壁(ここで各端子電池は集電器を備えた端子電極を含 み、各端子電極は、保存電気エネルギーの保存装置からの流出および電気エネル ギーの保存装置への充填を容易にするためにハウジングの外部にある端子と電気 的に連結している);一方の端子電池から、電気的に絶縁された分離壁を通って 隣接する端子電池に伸びて、該各端子電極と対向電極部分を形成する二極電極; 端子電極と対向電極部分とを電気的に互いに絶縁するために、各端子電極と二極 対向電極部分との間に位置するイオン伝導性分離シート(二極電極、および端子 電極の少なくとも一方は請求項25に記載の電極を含む);ならびに非水性液体 またはペーストにイオン化可能な塩を含む、各電池内の電解質を含 む、二次エネルギー保存装置。 31.二領域繊維の一部が経験式:Li(MO2n(Mは周期表のVIIbおよび VIIIb群から選択される金属である。)の金属酸化物のイオン活性リチウム塩で 被覆された、請求項25に記載の電極を含む複合擬二極電極。 32.金属酸化物被覆が、CoO2、NiO2およびMn24から成る群から選択 される、請求項31に記載の電極。 【図3】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI H01M 4/02 9351−4K H01M 4/02 B 4/50 8520−4K 4/50 10/40 7738−4K 10/40 Z (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF,CG ,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,SN, TD,TG),AP(KE,LS,MW,SD,SZ,U G),UA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU ,TJ,TM),AL,AM,AT,AU,AZ,BB ,BG,BR,BY,CA,CH,CN,CZ,DE, DK,EE,ES,FI,GB,GE,HU,IS,J P,KE,KG,KR,KZ,LK,LR,LS,LT ,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX, NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,S G,SI,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG ,US,UZ 【要約の続き】 び火災防塞材料;二領域繊維と他の天然またはポリマー 繊維との混合物;被覆繊維、本発明の二領域繊維で強化 されたポリマーマトリックスの複合体、バッテリー電極 用の電導性繊維などを開示する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.熱可塑性ポリマー組成物の内部コア領域およびそれ取り囲む熱硬化された炭 素質材料の外部被覆領域を含む二領域繊維であって、該繊維が燃焼しにくく、L OI値が40より大きい繊維。 2.繊維全体の半径(R)に対する内部コア領域の半径(r)の比(r:R)が 1:4〜1:1.105である、請求項1に記載の繊維。 3.炭化された外部被覆領域の炭素含量が 68 重量%より多く、密度が 1.45 〜 1.87 g/cm3であり、バルク抵抗が 108ないし10-2未満Ωcmである、請求項1に 記載の繊維。 4.該繊維が可撓性であり、曲げひずみ値が 0.01 % より大きく 50 % 未満であ り、ヤング率が 0.3 MM psi(2.0 GPa)より大きく、50 MM psi(345 GPa)まで である、請求項1に記載の繊維。 5.破断ねじれ角度が 4〜13度である、請求項1に記載の繊維。 6.繊維がちじれており、破断時の伸びが 2〜12 %であり、可逆的変形比が 1:1 より大きい、請求項1に記載の繊 維。 7.表面積が 1〜150 m2/gであり、実質的に孔食および孔のない連続した繊維表 面を有し、該表面の微小孔が繊維全体の表面積の 5 %未満である、請求項3に記 載の繊維。 8.全体的に円形、非円形、または筒状の横断面を有し、その直径が 1〜30μで ある、請求項1に記載の繊維。 9.ポリマー前駆体組成物が均一なアクリル組成物を含み、該繊維の内部コア領 域および外部被覆領域が連続であり、繊維の間に境界または不連続が介在してい ない、請求項1に記載の繊維。 10.該繊維の内部コア領域が第一のポリマー組成物より成り、外部被覆領域が 第二のポリマー組成物に由来する、請求項1に記載の繊維。 11.RxSi(OR’)4-xおよびRxSi(OOR’)4-x(Rは有機残基であ り、R’は低級アルキルまたはフェニル残基であり、xは少なくとも1で4未満 である。)から成る群から選択される化合物の加水分解された部分縮合生成物か ら誘導される有機シリコーンポリマーのコーティングを有する、請求項1に記載 の繊維。 12.高分子量ワックス、ハロ脂肪族樹脂、熱硬化性および熱可塑性樹脂、アイ オノマー、シリコーン物質およびポリシロキサンから選択される硬化性組成物を 含む水不溶性疎水性組成物のコーティングを有する、請求項1に記載の繊維。 13.少なくとも1種類の熱により軟化される熱可塑性均一ポリマー組成物を押 出ダイにより押出しながら押出されたポリマー物質を延伸して繊維にする工程、 延伸した繊維を酸化雰囲気中、繊維の外部領域を酸化安定化するのに十分な時間 安定化して、熱可塑性ポリマーコアの内部領域およびそれを取り囲む酸化安定化 された熱可塑性被覆の外部領域を有する安定化二領域前駆体繊維を形成する工程 、ならびに二領域前駆体繊維を非酸化雰囲気中、高められ温度で、繊維の安定化 した外部被覆領域を炭化するのに十分な時間加熱して、熱可塑性ポリマーコアの 内部領域および炭化された熱硬化された被覆の外部領域を形成する工程を含む、 燃焼しにくい可撓性二領域繊維の製造法。 14.アクリルポリマー組成物を含む単一の均一なポリマー組成物を該押出ダイ によって押出す工程を含み、繊維の外部領域を酸化安定化するのに十分な時間が 5分間より大きくかつ180 分間より小さく、外部被覆を炭化するのに十分な時間 が5秒間より大きくかつ300 秒間より小さい。請求項13に記載の製造法。 15.請求項1に記載の多数の二領域繊維を、繊維トウ、不織ウェブ、バット、 シートまたは板、紡糸ヤーン、織物またはニットの形状で含む繊維集合体。 16.請求項1に記載の多数の二領域繊維を他の天然またはポリマー繊維と混合 して含み、該二領域繊維が該混合物に 10 〜 90 % の量で存在する、繊維集合体 。 17.請求項1に記載の多数の二領域繊維を、熱可塑性または熱硬化性ポリマー と混合して含む燃焼しにくい、または火災防塞複合体であって、該二領域繊維が 該複合体に、複合体の全質量に対して 10 〜 90 重量%の量で存在する、複合体 。 18.熱可塑性ポリマーコアの内部領域およびそれを取り囲む酸化安定化された 熱可塑性ポリマー被覆の外部領域を含む二領域前駆体繊維であって、該前駆体繊 維の破断ねじれ角度が 17 度以上である、二領域前駆体繊維。 19.該前駆体繊維がアクリロニトリルのホモポリマー、コポリマーおよび三元 ポリマーから成る群から選択される均一なアクリルポリマーから誘導され、該コ ポリマーおよび三元ポリマーが、少なくとも 85 モル%のアクリル単位およびそ れと共重合可能な 15 モル%までの1種以上のビニルモノマーを含む、請求項1 8に記載の繊維。 20.アクリロニトリルと共重合可能なビニルモノマーが、メチルメタクリレー ト、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、ブチルメタクリレート、 メチルアクリレートおよびエチルアクリレートなどのメタクリル酸エステルおよ びアクリル酸エステル;酢酸ビニルおよびプロピオン酸ビニルなどのビニルエス テル;アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸およびそれらの塩; ビニルスルホン酸およびその塩を含む、請求項18に記載の繊維。 21.該繊維の内部コア領域が第一ポリマー組成物を含み、外部被覆領域が第二 ポリマー組成物から誘導される、請求項18に記載の繊維。 22.密度が 1.20 〜 1.32 g/ccである、請求項18に記載の繊維。 23.該前駆体繊維がアクリロニトリルのホモポリマー、コポリマーおよび三元 ポリマーから成る群から選択されるアクリルポリマーから誘導され、該コポリマ ーおよび三元ポリマーが、85 モル%未満のアクリル単位およびそれと共重合可 能な 15 モル%より多い1種以上の可塑剤ポリマーを含む、請求項18に記載の 繊維。 24.該コポリマーおよび三元ポリマーが、35モル%まで の1種以上の可塑剤ポリマーを含む、請求項23に記載の繊維。 25.可塑剤ポリマーが、塩化ビニル、メチルアクリレート、メチルメタクリレ ート、ポリ塩化ビニル、セルロースエステル、フタル酸エステル、アジピン酸エ ステルおよびセバシン酸塩エステル、エチレングリコールなどのポリオールおよ びその誘導体、リン酸トリクレシル、ひまし油、ならびにそれらの混合物から成 る群から選択される、請求項23に記載の繊維。 26.該ポリマー繊維が、直径が 0.1μ未満である粒状物質を 0.0001 〜 5重量 %の量で含む、濾過していないアクリルポリマーから誘導される、請求項18に 記載の繊維。 27.繊維全体の半径(R)に対する内部コア領域の半径(r)の比(r:R) が 1:4〜1:1.105である、請求項18に記載の繊維。 28.請求項1に記載の多数の二領域繊維を 10 〜 95 重量%含む熱可塑性また は熱硬化性樹脂マトリックスを含む圧縮成形された複合体の少なくとも一つの構 造パネルを含む防火および耐火性集合体であって、該構造パネルが、RxSi( OR’)4-xおよびRxSi(OOR’)4-x(Rは有機残基であり、R’は低級 アルキルまたはフェニ ル残基であり、xは少なくとも1で4未満である。)から成る群から選択される 化合物の加水分解された部分縮合生成物から誘導される有機シリコーンポリマー と密接に結合しており、該有機シリコーンポリマーが、該集合体に燃焼耐性を付 与するのに十分な量で存在する、集合体。 29.該二領域繊維のLOI値が 40 より大きく、破断ねじれ角度が 4〜13度で ある、請求項28に記載の集合体。 30.請求項1に記載の多数の二領域繊維を含む浮揚性の開放小室化された繊維 集合体であって、燃焼しにくい該二領域繊維が非直線状で、ウール様綿毛、バッ ト、フエルトまたはウェブの形状であり、該繊維集合体が、水不溶性の疎水性硬 化ポリマー物質のコーティングを有する、集合体。 31.該コーティングが、アイオノマー、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、ハロ脂 肪族樹脂、シリコーンエラストマー、シリコーンゴム、ポリシロキサンおよび高 分子量ワックスから成る群から選択されるポリマーを含む、請求項30に記載の 集合体。 32.気候に対して隔離するためおよび浮揚性付与のための衣類製品を含む、請 求項30に記載の集合体。 33.多数の二領域繊維を含み、各々の燃焼しにくい二領域繊維が、熱可塑性ポ リマー組成物の内部コア領域およびそれを取り囲む熱硬化された炭素質材料の導 電性外部被覆領域を含み、外部の炭素質領域の炭素含量が 85 重量%より多く、 破断ねじれ角度が3度より大きい、二次エネルギー保存装置用電極。 34.該二領域繊維が均一なアクリル組成物から誘導され、該繊維の内部コア領 域および外部被覆領域が連続しており、領域間に境界または不連続が介在してい ない、請求項33に記載の電極。 35.該二領域繊維の外部炭素質領域の炭素含量が 92 重量%より多く、バルク 抵抗が約 100Ω−cm未満であり、破断ねじれ角度が 4〜10度である、請求項33 に記載の電極。 36.電池を形成する内部室;そこに置かれた一対の電極であって、電気的に互 いに絶縁され、ハウジングの外部と電気的に連結した集電器を各々有し、少なく とも陽極は請求項33に記載の電極を含む、一対の電極;該電池にあって、非電 導性で、化学的に安定な非水性溶媒およびその中に溶解したイオン化可能な塩を 含む電解質(溶媒は、炭素原子に結合した酸素、硫黄および/または窒素原子を 電気化学的に反応しない状態で含む化合物から選択され、塩は アルカリ金属塩である。)を有する水不浸透ハウジングを含む二次エネルギー保 存装置。 37.電解質の溶媒が炭酸プロピレンであり、アルカリ金属塩がリチウム塩であ る、請求項36に記載の保存装置。 38.一つの部屋を形成し、その部屋の内部表面が非電導性である水不浸透ハウ ジング;その部屋を少なくとも一対の端子電池に分離するための電気的に絶縁さ れた少なくとも一つの分離壁(ここで各端子電池は集電器を備えた端子電極を含 み、各端子電極は、保存電気エネルギーの保存装置からの流出および電気エネル ギーの保存装置への充填を容易にするためにハウジングの外部にある端子と電気 的に連結している);一方の端子電池から、電気的に絶縁された分離壁を通って 隣接する端子電池に伸びて、該各端子電極と対向電極部分を形成する二極電極; 端子電極と対向電極部分とを電気的に互いに絶縁するために、各端子電極と二極 対向電極部分との間に位置するイオン伝導性分離シート(二極電極、および端子 電極の少なくとも一方は請求項33に記載の電極を含む);ならびに非水性液体 またはペーストにイオン化可能な塩を含む、各電池内の電解質を含む、二次エネ ルギー保存装置。 39.一つの部屋を形成し、その部屋の内部表面が非電導性である、気体および 水蒸気を通さないハウジング;その 部屋を少なくとも一対の端子電池に分離するための電気的に絶縁された少なくと も一つの分離壁(ここで各端子電池は集電器を備えた端子電極を含み、各端子電 極は、保存エネルギーの保存装置からの流出および電気エネルギーの保存装置へ の充填を容易にするためにハウジングの外部に電気的に連結している);一方の 端子電池から隣接する端子電池に伸びて、該各端子電極と対向電極部分を形成す る、請求項33に記載の電極を含む擬二極電極(ここで各電池における端子電極 および対向電極は互いに電気的に絶縁されており、一方の端子電極は、電導性材 料で形成される集電器フレームを有し、該集電器フレームは、経験式:Li(M O2n(Mは周期表のVIIb およびVIIIb群から選択される金属である。)の金 属酸化物のリチウム塩で被覆され、擬二極電極の一方の部分は可撓性二領域炭素 繊維を含む被覆された端子電極とともに対向電極を形成し、他方の部分は、金属 酸化物(MO2n(Mは周期表のVIIb およびVIIIb群から選択される金属であ る。)で被覆された二領域炭素繊維を含む炭素繊維端子電極とともに対向電極を 形成する);ならびに非水性有機液体中にイオン化可能な塩を含む各電池内の電 解質を含む、高性能二次エネルギー保存装置。 40.金属酸化物被覆が、CoO2、NiO2およびMn24から成る群から選択 される、請求項39に記載のエネルギー保存装置。 41.二領域繊維の一部が経験式:Li(MO2n(Mは周期表のVIIb および VIIIb群から選択される金属である。)の金属酸化物のイオン活性リチウム塩で 被覆された、請求項33に記載の電極を含む複合擬二極電極。 42.金属酸化物被覆が、CoO2、NiO2およびMn24から成る群から選択 される、請求項41に記載の電極。
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