JPWO2019188275A1 - 不織布 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明において高温収縮率とは、不織布の原料となる繊維を標準状態(20℃、相対湿度65%)中で12時間放置後、0.1cN/dtexの張力を与えて原長L0を測定し、その繊維に対して荷重を付加せずに290℃の乾熱雰囲気に30分間暴露し、標準状態(20℃、相対湿度65%)中で十分冷却したうえで、さらに繊維に対して0.1cN/dtexの張力を与えて長さL1を測定し、L0およびL1から以下の式で求められる数値である。
高温収縮率=〔(L0−L1)/L0〕×100(%)
炎が近づき、熱が加わると熱可塑性繊維が溶融し、溶融した熱可塑性繊維が非溶融繊維(骨材)の表面に沿って薄膜状に広がる。さらに温度が上がると、やがて、両繊維は炭化するが、非溶融繊維の高温収縮率が3%以下であるから、高温となった接炎部近辺は収縮しにくく、炎の接していない低温部と高温度部の間で生じた熱応力による不織布の破断が生じにくいので、長時間炎を遮断することができる。この点で、高温収縮率は低いことが好ましいが、縮まずとも熱によって大幅に膨張しても、熱応力による不織布の破断を生じる原因となるので、高温収縮率は−5%以上であることが好ましい。なかでも高温収縮率が0〜2%であることが好ましい。
熱伝導率とは、熱の伝導のしやすさを数値化したものであり、熱伝導率が小さいとは、一方の面から材料が加熱された際の、加熱されていない部分の温度上昇が小さくなることを意味する。目付200g/m2、JIS L1913(2010)に準拠する方法で測定した厚さが2mm(密度100kg/m3)のフェルトを試験体とし、ISO22007−3(2008年)に準拠する方法で測定した熱伝導率が0.060W/m・K以下である素材は、熱を伝えにくく、不織布にして一方の面から加熱した際に、加熱していない反対側の温度上昇を抑制することができ、反対側に可燃物が配されても可燃物が発火する可能性が低くなる。熱伝導率は低い方が好ましいが、入手可能な繊維材料では、0.020W/m・K程度が上限である。
LOI値は、窒素と酸素の混合気体において、物質の燃焼を持続させるのに必要な最小酸素量の容積百分率であり、LOI値が高いほど燃え難いと言える。そこで、JIS K7201−2(2007年)に準拠するLOI値が25以上である熱可塑性繊維は燃えにくく、たとえ、着火しても火源を離せばすぐに消火し、通常わずかに燃え広がった部分に炭化膜を形成し、この炭化部分が延焼を防ぐことができる。LOI値は高い方が好ましいが、現実に入手可能な物質のLOI値の上限は65程度である。
発火温度は、JIS K7193(2010年)に準拠した方法で測定した自然発火温度である。
融点は、JIS K7121(2012年)に準拠した方法で測定した値である。10℃/分で加熱した際の融解ピーク温度の値をいう。
本発明において、非溶融繊維Aとは炎にさらされた際に液化せずに繊維形状を保つ繊維をいい、800℃の温度で液化および発火しないものが好ましく、1000℃以上の温度で液化および発火しないものがさらに好ましい。上記高温収縮率が本発明で規定する範囲にある非溶融繊維として、例えば、耐炎化繊維、メタアラミド系繊維およびガラス繊維を挙げることができる。耐炎化繊維は、アクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、フェノール系繊維等から選択される繊維を原料として耐炎化処理を行った繊維である。これらは単独で使用しても2種類以上を同時に使用してもよい。なかでも、高温収縮率が低くかつ、後述する熱可塑性繊維Bが接炎時に形成する皮膜による酸素遮断効果によって、炭素化が進行し、高温下での耐熱性がさらに向上する耐炎化繊維が好ましく、各種の耐炎化繊維の中で比重が小さく柔軟で難燃性に優れる繊維としてアクリロニトリル系耐炎化繊維がより好ましく用いられ、かかる耐炎化繊維は前駆体としてのアクリル系繊維を高温の空気中で加熱、酸化することによって得られる。市販品としては、後記する実施例および比較例で使用した、Zoltek社製耐炎化繊維PYRON(登録商標)の他、東邦テナックス(株)パイロメックス(Pyromex)(登録商標)等が挙げられる。また、一般にメタアラミド系繊維は高温収縮率が高く、本発明で規定する高温収縮率を満たさないが、高温収縮率を抑制処理することにより本発明の高温収縮率の範囲内としたメタアラミド系繊維であれば、好ましく使用することができる。また本発明で好ましく用いられる非溶融繊維は、非溶融繊維単独あるいは異素材と複合する方法で用いられ、繊維長は30〜120mmの範囲内にあることが好ましく、38〜70mmの範囲内にあることがより好ましい。繊維長が38〜70mmの範囲内であれば、一般的なニードルパンチ法や水流交絡法で不織布とすることが可能であり、異素材と複合することが容易である。また、非溶融繊維の単繊維の太さについても、特に限定されるものではないが、カード工程の通過性の点から、単繊維繊度は0.1〜10dtexの範囲内にあるものが好ましい。
本発明で用いる熱可塑性繊維Bとしては、前記LOI値が本発明で規定する範囲にあり、かつ融点が非溶融繊維Aの発火温度よりも低い融点を有するものであるが、具体例としては例えば、異方性溶融ポリエステル、難燃性ポリ(アルキレンテレフタレート)、難燃性ポリ(アクリロニトリルブタジエンスチレン)、難燃性ポリスルホン、ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)、ポリ(エーテル−ケトン−ケトン)、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリアリーレンスルフィド、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミドおよびこれらの混合物の群から選択される熱可塑性樹脂で構成される繊維を挙げることができる。これらは単独で使用しても、2種類以上を同時に使用してもよい。LOI値が本発明で規定する範囲にあることで、空気中での燃焼を抑制し、ポリマーが炭化しやすくなる。また、融点が非溶融繊維Aの発火温度よりも低いことで、溶融したポリマーが非溶融繊維Aの表面および繊維間で皮膜を形成し、さらにそれが炭化されることで酸素を遮断する効果が高くなり、非溶融繊維Aの酸化劣化を抑制でき、また、その炭化膜が優れた遮炎性を発現する。熱可塑性繊維Bの融点は、非溶融繊維Aの発火温度よりも200℃以上低いことが好ましく、300℃以上低いことがさらに好ましい。これらの中で、LOI値の高さおよび融点の範囲および入手の容易さの点から、最も好ましいのはポリフェニレンスルフィド繊維(以下、PPS繊維ともいう)である。また、LOI値が本発明で規定する範囲にないポリマーであっても、難燃剤で処理することによって、処理後のLOI値が本発明で規定する範囲内であれば好ましく用いることができる。ポリマー構造中あるいは、難燃剤中に硫黄原子を含むことにより、ポリマーあるいは難燃剤の熱分解時に硫酸を生成し、ポリマー基材を脱水炭化させる機構を発現するため、PPSは最も好ましく、また、難燃剤を用いる場合には、硫黄系の難燃剤が好ましい。熱可塑性繊維Bとして、硫黄原子を15質量%以上含む繊維を用いることが好ましい。具体的にはPPSや硫黄系難燃剤を付与したポリエステルが挙げられる。上限としては繊維強度の点から50質量%以下であることが好ましい。
非溶融繊維Aおよび熱可塑性繊維B以外の繊維Cを、不織布に特定の性能をさらに付加するために含有させてもよい。例えば、不織布の吸湿性や吸水性を向上させるために、ビニロン繊維、熱可塑性繊維B以外のポリエステル繊維、ナイロン繊維等を用いてもよい。また、繊維Cの混率は本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、前記非溶融繊維Aおよび熱可塑性繊維B以外の繊維Cの混率が20質量%以下であるのが好ましく、15質量%以下であるのがより好ましい。繊維Cを用いる場合の下限としては、その所望の性能が付加されれば特に制限はないが、通常10質量%程度であることが好ましい。
30cm角のサンプルの重量を測定し、1m2当たりの重量(g/m2)で表した。
JIS L−1913(2010年)に準拠して、測定した。
富士ゴム産業株式会社から市販されている軟質ウレタンフォームをタテ20cm、ヨコ20cm、厚さ20cmにカットし、ウレタンフォーム1とする。本発明の不織布2をウレタンフォーム1の表面に被覆し、図1の3で示した箇所を綿糸で縫製し、縫製部3を形成する。サンプルから5cm離れた位置から、バーナー4で2分間加熱する。バーナー4として、新富士バーナー株式会社製パワートーチRZ−730を用いた。炎の温度は、熱電対を用いて1000度となるように調整する。2分間加熱後にバーナーの炎を消し、不織布と、内部のウレタンの状態を観察した。2分間加熱後も不織布に孔が開いていない場合は「遮炎性あり」とし、Aとする。2分間加熱中に不織布に孔が開き、内部のウレタンフォームに炎が達した場合は「遮炎性無し」とし、Fとする。2分間加熱後にバーナーの炎を消し、室温で10分間冷却後、内部のウレタンフォームに引火して延焼している、あるいは、ウレタンフォームが全焼した場合は、ウレタンフォームへの「断熱性なし」とし、Fとする。バーナーの炎を消した後に自己消火してウレタンフォームが残った場合をB、自己消火し、かつ、ウレタンフォームの重量減少率が5質量%以下の場合をAとした。
延伸されたPPS繊維として、単繊維繊度2.2dtex(直径14μm)、カット長
51mmの東レ製“トルコン”(登録商標)、品番S371を用いた。このPPS繊維のLOI値は34、融点は284℃であり、けん縮数は11個/2.54cmである。繊維中の硫黄原子の比率は26.2質量%であった。
1.7dtexのZoltek社製耐炎化繊維PYRONを51mmにカットしたものを用いた。PYRONの高温収縮率は1.6%であった。JIS K7193(2010年)に準拠した方法で加熱したところ、1000℃でも発火は認められず、発火温度は1000℃以上である。また、熱伝導率は、0.042W/m・Kであった。けん縮数は10個/2.54cmである。
《ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維》
延伸されたPET繊維として、単繊維繊度2.2dtex(直径14μm)、カット長51mmの東レ製“テトロン”(登録商標)を用いた。このPET繊維のLOI値は22、融点は267℃である。けん縮数は17個/2.54cmである。繊維中から硫黄原子は検出されなかった。
直径30ミクロンの東レ製“トレカ”(登録商標)を51mmにカットしたものを用いた。熱伝導率は、8.4W/m・Kであった。
(不織布作製)
PPS繊維の延伸糸および耐炎化糸を開繊機によって混合し、次いで混打綿機によって更に混合し、次いでカード機に通じてウェブを作成した。得られたウェブをクロスラップ機にて積層したのち、水流交絡マシンでフェルト化し、PPS繊維の延伸糸および耐炎化糸からなる不織布を得た。不織布のPPS繊維の延伸糸と耐炎化糸の重量混率は、60対40、目付は100g/m2、厚さは1.21mmであった。
2分間、炎は不織布を貫通することもなく、内部のウレタンフォームへの着火もなく、ウレタンフォームの重量減少率は0.7質量%であり、十分な遮炎性と断熱性を有していた。
実施例1で、不織布のPPS繊維の延伸糸と耐炎化糸の重量混率を、90対10に変更して、目付100g/m2、厚さは1.53mmの不織布を得た。
実施例1で、不織布のPPS繊維の延伸糸と耐炎化糸の重量混率を、30対70に変更して、目付100g/m2、厚さは1.64mmの不織布を得た。
実施例1で、不織布のPPS繊維の延伸糸と耐炎化糸の重量混率を、10対90に変更して、目付100g/m2、厚さは1.63mmの不織布を得た。
実施例1で、不織布の目付を50g/m2に変更し、厚さは0.89mmの不織布を得た。
実施例1で、不織布の目付を120g/m2に変更し、厚さは1.91mmの不織布を得た。
実施例1で、フェルト化の方法をニードルパンチに変更し、PPS繊維の延伸糸および耐炎化糸からなる不織布を得た。不織布のPPS繊維の延伸糸と耐炎化糸の重量混率は、60対40、目付は300g/m2、厚さは3.12mmであった。
実施例7で得た不織布を、樹脂ロール−樹脂ロールのカレンダーを用いて、常温、線圧50N/cm、ロール回転速度5m/分で1回通し、目付300g/m2、厚さは1.87mmの不織布とした。
実施例1で、PPS繊維の延伸糸と耐炎化糸以外に、PET繊維を混合し、PPS繊維の延伸糸、耐炎化糸およびPET繊維重量混率を、40対40対20とし、目付100g/m2、厚さは1.30mmの不織布を得た。
1.7dtexのZoltek社製耐炎化繊維PYRON、1.0dtexの東レ社製PPS延伸糸“トルコン”(登録商標)、および3.0dtexの東レ社製PPS未延伸糸“トルコン”(登録商標)、をそれぞれ6mmに切断し、この耐炎化繊維とPPS繊維の未延伸糸とPPS繊維の延伸糸とを40対30対30(すなわち、耐炎化糸40対PPS繊維60)の重量比率になるように準備した。それらを水に分散し分散液を作成した。分散液から手抄きの抄紙機で湿紙を作成した。湿紙を、回転型乾燥機を用いて110℃で70秒間加熱、乾燥し、続いて鉄ロール表面温度を200℃とし、線圧490N/cm、ロール回転速度5m/分で片面1回ずつ、計2回、加熱・加圧して、不織布を得た。得られた不織布は目付け100g/m2、厚み0.15mmであった。
実施例7で、不織布の目付を50g/m2、厚さ10mmに変更し、不織布を得た。
実施例7で、耐炎化糸の代わりに炭素繊維を用い、延伸されたPPS繊維と炭素繊維の比率を60対40とし、目付100g/m2、厚さ1.89mmの不織布を得た。
2 不織布
3 縫製部
4 バーナー
Claims (7)
- 高温収縮率が3%以下で、且つISO22007−3(2008年)に準拠する熱伝導率が0.060W/m・K以下である非溶融繊維Aと、JIS K 7201−2(2007年)に準拠するLOI値が25以上である熱可塑性繊維Bとを含み、密度が50kg/m3よりも大きく、200kg/m3よりも小さいことを特徴とする不織布。
- 前記非溶融繊維Aの含有率が15〜70質量%である請求項1に記載の不織布。
- 前記非溶融繊維Aおよび熱可塑性繊維B以外の繊維Cを20質量%以下含有する請求項1または2に記載の不織布。
- 前記非溶融繊維Aが、耐炎化繊維またはメタアラミド系繊維である請求項1〜3の何れかに記載の不織布。
- 前記熱可塑性繊維Bが、異方性溶融ポリエステル、難燃性ポリ(アルキレンテレフタレート)、難燃性ポリ(アクリロニトリルブタジエンスチレン)、難燃性ポリスルホン、ポリ(エーテル−エーテル−ケトン)、ポリ(エーテル−ケトン−ケトン)、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリアリーレンスルフィド、ポリフェニルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミドおよびこれらの混合物の群から選択される樹脂からなる繊維である請求項1〜4の何れかに記載の不織布。
- 前記熱可塑性繊維Bは、硫黄原子を15質量%以上含む繊維である請求項5に記載の不織布。
- 密度が70〜160kg/m3である請求項1〜6の何れかに記載の不織布。
Applications Claiming Priority (3)
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