KR102030381B1

KR102030381B1 - 폴리페닐렌술피드 복합 섬유 및 부직포

Info

Publication number: KR102030381B1
Application number: KR1020157002349A
Authority: KR
Inventors: 요헤이 나카노; 요시카즈 야카케; 료이치 하네
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2013-09-18
Publication date: 2019-10-10
Also published as: US20150240390A1; JPWO2014046120A1; EP2899303A1; CN104641027A; EP2899303B1; KR20150056524A; JP6102932B2; EP2899303A4; WO2014046120A1; CN104641027B

Abstract

폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하는 수지로 이루어지고, 열치수 안정성을 가지면서 열접착성이 우수한 복합 섬유 및 부직포를 제공한다. 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하는 수지를 성분 A로 하고, 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 해서 성분 A보다 멜트 플로우 레이트가 큰 수지를 성분 B로 하고, 성분 A 및 성분 B를 주로 해서 이루어지는 복합 섬유로서, 성분 B가 섬유의 표면의 적어도 일부를 형성해서 이루어진다.

Description

폴리페닐렌술피드 복합 섬유 및 부직포{POLYPHENYLENE SULFIDE COMPOSITE FIBER AND NON-WOVEN FABRIC}

본 발명은 폴리페닐렌술피드(이하, 「PPS」라고 약기하는 경우가 있다)를 주성분으로 하는 수지로 이루어지고, 내열성이나 내약품성이 우수한 PPS 복합 섬유 및 그 섬유로 구성되는 부직포에 관한 것이다.

PPS 수지는 내열성, 난연성 및 내약품성이 우수한 특성을 갖고, 엔지니어 플라스틱, 필름, 섬유 및 부직포 등으로서 적합하게 사용되고 있다. 특히 부직포에 대해서는 이들 특성을 살려서 내열성 필터, 전기 절연재 및 전지 세퍼레이터 등의 산업 용도로의 이용이 기대되어 있다.

지금까지 PPS 수지를 사용한 부직포로서 PPS 수지를 스판 본드법에 의해 방사 연신하여 얻어지는 포백에 그 제 1 결정화 온도 이하에서 가접착을 실시하고, 그 후, 긴장 하에서 제 1 결정화 온도 이상에서 열처리한 후, 열접착을 실시하는 장섬유 부직포가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 그러나, 열처리를 실시하는 방법에서는 섬유의 결정성이 과도하게 진행됨으로써 열접착성이 부족하고, 기계적 강도가 높은 부직포가 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.

또한, 방사 속도 6000m/min 이상에서 방사하고, 결정화도가 25~50%인 PPS 섬유를 30wt% 이상 포함하고, 열접착에 의해 일체화하는 내열성 부직포가 제안되어 있다(특허문헌 2 참조). 그러나, 방사 속도 6000m/min 이상의 고속 방사로 얻어지는 섬유는 결정성이 높아 열접착성이 부족하고, 기계적 강도가 높은 부직포가 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.

합성 섬유에 있어서는 일반적으로 결정성을 높게 하면 열치수 안정성은 향상되지만 열접착성은 저하되어 양 특성은 말하자면 트레이드 오프의 관계에 있다. 특히, PPS 섬유는 상기한 바와 같이 양 특성을 양립시키는 것이 곤란했다.

이 문제에 대해서 열치수 안정성을 가지면서 열접착성도 우수한 PPS 장섬유 부직포의 제안으로서 가열한 압축 공기로 견인, 연신하여 얻어지는 웹을 열접착하는 장섬유 부직포를 출원인은 제안했다(특허문헌 3 참조).

이러한 기술에서는 확실히 열치수 안정성을 가지면서 열접착성을 향상시키는 일정 효과를 확인할 수 있었지만, 높은 단위 중량이 되면 충분한 열접착성을 얻을 수 없었다.

이와 같이 열치수 안정성을 가지면서 열접착성이 우수한 PPS 섬유나 기계적강도가 높은 PPS 부직포는 얻어지지 않았다.

일본 특허 공개 2008-223209호 공보 국제 공개 제2008/035775호 국제 공개 제2011/070999호

본 발명의 목적은 열치수 안정성을 가지면서 또한 열접착성이 우수한 폴리페닐렌술피드 복합 섬유 및 그 섬유로 구성되는 기계적 강도가 높은 부직포를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하는 수지를 성분 A로 하고, 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하여 성분 A보다 멜트 플로우 레이트(이하, 멜트 플로우 레이트를 MFR이라고도 한다)가 큰 수지를 성분 B로 하고, 성분 A 및 성분 B를 주로 해서 이루어지는 복합 섬유로서, 성분 B가 상기 섬유의 표면 중 적어도 일부를 형성해서 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유이다.

또한, 본 발명은 상기 폴리페닐렌술피드 복합 섬유로 구성되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직포이다.

(발명의 효과)

본 발명의 PPS 복합 섬유는 열치수 안정성을 가지면서 열접착성이 우수하다. 또한, 따라서 본 발명의 부직포는 열치수 안정성을 가지면서 기계적 강도가 우수하여 여러 가지 산업 용도로의 이용이 가능해진다.

본 발명의 복합 섬유는 성분 A 및 성분 B를 주로 해서 이루어지고, 그 모두가 PPS를 주성분으로서 포함하는 것이 중요하다. 그렇게 함으로써 우수한 내열성, 난연성 및 내약품성을 얻을 수 있다. 주로 해서 이루어진다는 것은 전체의 90질량% 이상을 차지하는 것을 말한다. 또한, 주성분으로서 포함한다는 것은 전체의 85질량% 이상을 차지하는 것을 말한다.

또한, 본 발명의 PPS 복합 섬유는 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하는 수지를 성분 A로 하고, 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 해서 성분 A보다 멜트 플로우 레이트가 큰 수지를 성분 B로 하고, 성분 A 및 성분 B를 주로 해서 이루어지는 복합 섬유로서, 성분 B가 섬유의 표면 중 적어도 일부를 형성해서 이루어지는 것이 중요하다.

일반적인 방사로 얻어지는 섬유는 섬유 단면의 중앙으로부터 표면에 가까워질수록 배향이나 결정성이 높아지는 섬유 구조를 취한다. 이 이유로서는 방사 구금으로부터 방출된 섬유는 섬유 표면으로부터 내부를 향해서 냉각이 진행되어 가기 때문에 냉각에 의해 유동성이 저하되는 섬유 표면에 방사 응력이 집중되고, 배향 결정화가 진행되어 가기 때문이다.

이 때문에 섬유 전체에서는 결정성이 낮은 섬유이어도 열접착성에 기여하는 중요한 섬유 표면은 결정성이 높아 충분한 열접착성을 얻을 수 없었다.

본 발명에서는 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하는 수지를 성분 A로 하고, 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 해서 성분 A보다 멜트 플로우 레이트가 큰 수지를 성분 B로 하고, 성분 A 및 성분 B로 구성되는 복합 섬유로 함으로써 방사 응력을 성분 A에 집중시켜 성분 B의 배향이나 결정성을 억제할 수 있다. 또한, 배향이나 결정성을 억제한 성분 B가 섬유 표면 중 적어도 일부를 형성함으로써 열치수 안정성을 가지면서 극히 열접착성이 우수한 섬유를 얻을 수 있다.

이와 같이 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하는 섬유에 있어서 섬유 표면으로부터 섬유 직경 방향을 향해서 1㎛ 이하의 영역의 섬유 표면부의 결정성과, 섬유 단면 중앙부의 결정성을 비교하여 섬유 표면부 중 적어도 일부의 결정성을 섬유 단면 중앙부보다 낮게 하고, 일반적인 방사로 얻어지는 섬유 구조와는 반대의 섬유 구조를 형성함으로써 열치수 안정성을 가지면서 극히 열접착성이 우수한 섬유를 얻을 수 있다.

성분 A, 성분 B의 PPS에 있어서의 p-페닐렌술피드 단위의 함유량으로서는 93몰% 이상이 바람직하다. p-페닐렌술피드 단위를 93몰% 이상, 보다 바람직하게는 95몰% 이상 함유함으로써 예사성이나 기계적 강도가 우수한 섬유로 할 수 있다.

성분 A, 성분 B에 있어서의 PPS 수지의 함유량으로서는 내열성, 내약품성 등의 점으로부터 85질량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90질량% 이상, 더욱 바람직하게는 95질량% 이상이다.

또한, 성분 A, 성분 B에는 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서 PPS 수지 이외의 열가소성 수지를 블렌딩해도 좋다. PPS 수지 이외의 열가소성 수지로서는, 예를 들면 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페닐렌에테르, 폴리에스테르, 폴리아릴레이트, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에테르에테르케톤 등을 들 수 있다.

또한, 성분 A, 성분 B에는 본 발명의 효과를 손상하지 않는 범위에서 결정 핵제, 염소제, 안료, 방미제, 항균제, 난연제 또는 친수제 등을 첨가해도 좋다.

본 발명의 성분 A는 ASTM D1238-70(측정 온도 315.5℃, 측정 하중 5㎏ 하중)에 준해서 측정하는 MFR이 50~300g/10분인 것이 바람직하다. MFR을 50g/10분 이상, 보다 바람직하게는 100g/10분 이상으로 함으로써 적당한 유동성을 얻고, 용융 방사에 있어서 구금의 배면압의 상승을 억제하고, 견인 연신할 때의 실 끊김도 억제할 수 있다. 한편, MFR을 300g/10분 이하, 보다 바람직하게는 225g/10분 이하로 함으로써 중합도 또는 분자량을 적당히 높게 얻고, 실용에 제공할 수 있는 기계적 강도나 내열성을 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 성분 B의 MFR(상기 ASTM D1238-70에 준해서 측정하는 것)은 성분 A보다 높은(점도가 낮은) 것이 중요하다. 성분 B의 MFR로부터 성분 A의 MFR을 뺀 차가 바람직하게는 10g/10분 이상, 보다 바람직하게는 50g/10분 이상, 더욱 바람직하게는 100g/10분 이상으로 함으로써 성분 B의 방사 응력 부담을 경감시켜 배향 결정성을 억제할 수 있다.

한편, 성분 B의 MFR로부터 성분 A의 MFR을 뺀 차를 바람직하게는 1000g/10분 이하, 보다 바람직하게는 500g/10분 이하, 더욱 바람직하게는 200g/10분 이하로 함으로써 적당한 유동성을 가져 안정된 방사가 가능해진다.

본 발명의 PPS 복합 섬유에 있어서의 성분 B가 차지하는 비율로서는 5~70질량%가 바람직하다. 성분 B가 차지하는 비율을 5질량% 이상, 보다 바람직하게는 10질량%, 더욱 바람직하게는 15질량% 이상으로 함으로써 효율 좋게 강고한 열접착을 얻을 수 있다. 한편, 성분 B가 차지하는 비율을 70질량% 이하, 보다 바람직하게는 50질량% 이하, 더욱 바람직하게는 30질량% 이하로 함으로써 기계적 강도의 저하를 억제할 수 있다.

본 발명의 PPS 복합 섬유에 있어서의 복합 형태로서는 성분 B가 섬유 표면 중 적어도 일부를 형성하고 있는 것이 중요하다. 성분 B가 섬유 표면에 노출됨으로써 열접착성에 기여하기 때문이다. 또한, 본 발명의 PPS 복합 섬유에 있어서 성분 A는 섬유의 길이 방향으로 연속적으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 성분 A를 섬유의 길이 방향으로 연속적으로 배치함으로써 방사 응력을 보다 효과적으로 성분 A에 집중시켜 성분 B의 배향이나 결정성을 억제할 수 있다.

본 발명의 PPS 복합 섬유의 복합 형태로서는, 예를 들면 섬유 단면에 있어서 원형상의 성분 A가 중심을 같이 하는 도넛 형상의 성분 B로 둘러싸이는 심초형, 성분 A의 중심과 성분 B의 중심이 어긋나 있는 심초 편심형, 성분 A를 도성분, 성분 B를 해성분으로 하는 해도형, 양쪽 성분이 병렬한 병렬형, 양쪽 성분이 방사상으로 교대로 배열된 방사형, 성분 B가 성분 A의 주위에 수개 배치되는 다엽형 등을 들 수 있다. 그 중에서도 성분 B가 섬유 표면 전체를 차지하며 또한 섬유의 예사성이 우수한 심초형이 바람직하다.

본 발명의 PPS 복합 섬유의 평균 단섬유 섬도로서는 0.5~10dtex가 바람직하다. 평균 단섬유 섬도를 0.5dtex 이상, 보다 바람직하게는 1dtex 이상, 더욱 바람직하게는 2dtex 이상으로 함으로써 섬유의 예사성을 유지하고, 방사 중에 실 끊김이 다발하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 평균 단섬유 섬도를 10dtex 이하, 보다 바람직하게는 5dtex이하, 더욱 바람직하게는 4dtex 이하로 함으로써 방사 구금단공당 용융 수지의 토출량을 억제하여 섬유에 대해서 충분한 냉각을 실시할 수 있고, 섬유 간의 융착에 의한 방사성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 부직포로 했을 때의 단위 중량 편차를 억제하여 표면의 품위를 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 부직포를 필터 등에 적용할 경우의 더스트 포집 성능의 관점으로부터도 평균 단섬유 섬도는 10dtex 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5dtex 이하, 더욱 바람직하게는 4dtex 이하이다.

본 발명의 PPS 복합 섬유는 멀티 필라멘트, 모노 필라멘트 또는 단섬유 중 어느 것으로나 사용할 수 있고, 직물이나 부직포 등의 모든 포백을 구성하는 섬유로서 사용할 수 있다. 그 중에서도 본 발명의 PPS 복합 섬유는 부직포의 구성 섬유로서 사용하는 것이 바람직하다. 부직포에 있어서는 구성 섬유끼리가 열접착함으로써 부직포의 강도에 이바지하기 때문이다.

부직포로서는, 예를 들면 니들 펀치 부직포, 습식 부직포, 스판 레이스 부직포, 스판 본드 부직포, 멜트 블로우 부직포, 레진 본드 부직포, 케미컬 본드 부직포, 서멀 본드 부직포, 토우 개섬식 부직포, 에어레이드 부직포 등을 들 수 있다. 그 중에서도 생산성이나 기계적 강도가 우수한 스판 본드 부직포가 바람직하다.

또한, 본 발명의 PPS 복합 섬유로 구성되는 부직포는 열접착함으로써 높은 기계적 강도가 얻어지는 점에서 열접착에 의해 일체화해서 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 부직포의 단위 중량으로서는 10~1000g/㎡가 바람직하다. 본 발명의 부직포의 단위 중량을 10g/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 100g/㎡ 이상, 더욱 바람직하게는 200g/㎡ 이상으로 함으로써 실용에 제공할 수 있는 기계적 강도의 부직포를 얻을 수 있다. 한편, 본 발명의 부직포의 단위 중량을 1000g/㎡ 이하, 보다 바람직하게는 700g/㎡ 이하, 더욱 바람직하게는 500g/㎡ 이하로 함으로써 적당한 통기성을 갖고, 필터 등으로 사용할 경우에 고압 손실이 되는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 열접착성 복합 섬유로 구성되는 부직포에 있어서는 부직포의 세로 인장 강력, 세로 인장 신도 및 단위 중량으로부터 다음 식으로 산출되는 단위 중량당 강신도 곱이 25 이상인 것이 바람직하다.

단위 중량당 강신도 곱=세로 인장 강력(N/5㎝)×세로 인장 신도(%)/단위 중량(g/㎡)

단위 중량당 강신도 곱을 25 이상, 보다 바람직하게는 35 이상, 더욱 바람직하게는 40 이상으로 함으로써 가혹한 환경 하에서도 사용할 수 있는 기계적 강도를 갖는 부직포가 된다. 또한, 상한은 특별히 정해진 것은 아니지만, 부직포가 단단해져 취급성이 악화되는 것을 방지하는 점으로부터 단위 중량당 강신도 곱은 100 이하가 바람직하다.

이어서, 본 발명의 PPS 복합 섬유 및 부직포를 제조하는 방법에 대해서 바람직한 실시형태를 설명한다.

본 발명의 PPS 복합 섬유를 제조하는 방법에는 공지의 용융 방사 방법을 채용할 수 있다. 예를 들면, 심초형 복합 섬유의 경우, 심성분용의 PPS 수지와 초성분용의 PPS 수지를 각각 다른 압출기로 용융, 계량하고, 심초형 복합 구금으로 공급, 용융 방사하고, 사조를 종래 공지의 가로 블로잉이나 환형상 블로잉 등의 냉각 장치를 사용해서 냉각한 후, 유제를 부여하고, 인취 롤러를 통해 미연신사로서 권취기에 권취한다. 섬유의 형태로서 단섬유를 얻고 싶은 경우에는 권취한 미연신사를 공지의 연신기로 둘레 속도가 다른 롤러군 사이에서 연신하고, 압입형의 권축기 등으로 권축을 부여한 후에 EC 커터 등의 커터로 소망의 길이로 절단하면 좋다. 섬유의 형태로서 장섬유를 얻고 싶은 경우에는 연신기로 연신 후, 권취하고, 필요에 따라서 연사 가공, 가연사 가공 등의 가공을 행하면 좋다.

이어서, 본 발명의 부직포의 바람직한 실시형태로서 스판 본드법에 의한 복합 섬유 부직포를 제조하는 방법을 이하에 설명한다.

스판 본드법은 수지를 용융하고, 방사 구금으로부터 방사한 후, 냉각 고화한 사조에 대해서 이젝터로 견인, 연신하고, 이동하는 네트 상에 포집해서 부직웹화한 후, 열접착하는 공정을 필요로 하는 제조 방법이다.

방사 구금이나 이젝터의 형상으로서는 원형이나 직사각형 등 여러 가지의 것을 채용할 수 있다. 그 중에서도 압축 에어의 사용량이 비교적 적고, 사조끼리의 융착이나 찰과가 일어나기 어려운 점으로부터 직사각형 구금와 직사각형 이젝터의 조합이 바람직하다.

용융하여 방사할 때의 방사 온도는 290~380℃가 바람직하고, 보다 바람직하게는 295~360℃, 더욱 바람직하게는 300~340℃이다. 방사 온도를 상기 범위 내로 함으로써 안정된 용융 상태로 해서 우수한 방사 안정성을 얻을 수 있다.

성분 A 및 성분 B를 각각 다른 압출기로 용융, 계량하고, 복합 방사 구금으로 공급하고, 복합 섬유로서 방출한다.

방출된 복합 섬유의 사조를 냉각하는 방법으로서는, 예를 들면 냉풍을 강제적으로 사조에 블로잉하는 방법, 사조 주위의 분위기 온도에서 자연 냉각하는 방법, 방사 구금과 이젝터 사이의 거리를 조정하는 방법 또는 이들의 조합을 채용할 수 있다. 또한, 냉각 조건은 방사 구금의 단공당 토출량, 방사하는 온도, 분위기 온도 등을 고려하여 적당하게 조정해서 채용할 수 있다.

이어서, 냉각 고화한 사조는 이젝터로부터 분사되는 압축 에어에 의해 견인, 연신된다. 이젝터에서의 견인, 연신의 방법이나 조건은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 이젝터로부터 분사되는 압축 에어를 적어도 100℃ 이상으로 가열하고, 이 가열한 압축 에어에 의해 방사 속도 3,000m/분 이상으로 견인, 연신하는 방법 또는 방사 구금 하면으로부터 이젝터의 압축 에어 분출구까지의 거리를 450~650㎜가 되도록 배치하고, 이젝터의 압축 에어(상온)로 5,000m/분 이상, 6,000m/분 미만의 방사 속도로 견인, 연신하는 방법이 PPS 섬유의 결정화를 효율적으로 촉진할 수 있는 점에서 바람직하다.

계속해서, 연신에 의해 얻어진 PPS 복합 섬유를 이동하는 네트 상에 포집해서 부직웹화하고, 얻어진 부직웹을 열접착에 의해 일체화함으로써 부직포를 얻을 수 있다.

열접착의 방법으로서는, 예를 들면 상하 한 쌍의 롤 표면에 각각 조각이 실시된 열 엠보싱 롤, 한쪽의 롤 표면이 플랫(평활)한 롤과 다른 쪽의 롤 표면에 조각이 실시된 롤의 조합으로 이루어지는 열 엠보싱 롤, 상하 한 쌍의 플랫(평활) 롤의 조합으로 이루어지는 열 캘린더 롤 등 각종 롤에 의한 열 압착이나 부직웹의 두께 방향으로 열풍을 통과시키는 에어 스루 방식을 적용할 수 있다. 그 중에서도 기계적 강도를 향상시키면서 적당한 통기성도 유지할 수 있는 열 엠보싱 롤을 사용한 열접착을 바람직하게 채용할 수 있다.

열 엠보싱 롤에 실시되는 조각의 형상으로서는 원형, 타원형, 정방형, 장방형, 평행사변형, 마름모꼴, 정육각형 및 정팔각형 등을 사용할 수 있다.

열 엠보싱 롤의 표면 온도에 대해서는 본 발명의 PPS 복합 섬유는 열접착성이 극히 우수한 점에서 종래보다 낮은 온도에서 열접착할 수 있고, 열 엠보싱 롤의 표면 온도로서는 PPS의 융점에 대해서 -150~-5℃로 하는 것이 바람직하다. 열 엠보싱 롤의 표면 온도를 PPS의 융점에 대해서 -150℃ 이상, 보다 바람직하게는 -100℃ 이상, 더욱 바람직하게는 -50℃ 이상으로 함으로써 충분히 열접착시켜서 부직포의 박리나 보풀의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 열 엠보싱 롤의 표면 온도를 PPS의 융점에 대해서 -5℃ 이하로 함으로써 섬유의 융해에 의해 압착부에 구멍이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

열접착시의 열 엠보싱 롤의 선압으로서는 200~1500N/㎝가 바람직하다. 열 엠보싱 롤의 선압을 200N/㎝ 이상, 보다 바람직하게는 300N/㎝ 이상으로 함으로써 충분히 열접착시켜서 시트의 박리나 보풀의 발생을 억제할 수 있다. 한편, 열 엠보싱 롤의 선압을 1500N/㎝ 이하, 보다 바람직하게는 1000N/㎝ 이하로 함으로써 조각의 볼록부가 부직포에 파고들어서 롤로부터 부직포가 박리되기 어려워지거나 부직포가 파단되는 것을 방지할 수 있다.

열 엠보싱 롤에 의한 접착 면적으로서는 8~40%가 바람직하다. 접착 면적을 8% 이상, 보다 바람직하게는 10% 이상, 더욱 바람직하게는 12% 이상으로 함으로써 부직포로서 실용에 제공할 수 있는 강도를 얻을 수 있다. 한편, 접착 면적을 40% 이하, 보다 바람직하게는 30% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하로 함으로써 필름 라이크가 되어 통기성 등의 부직포로서의 특징이 얻어지기 어려워지는 것을 방지할 수 있다. 여기에서 말하는 접착 면적이란 한 쌍의 요철을 갖는 롤에 의해 열접착할 경우에는 상측 롤의 볼록부와 하측 롤의 볼록부가 겹쳐서 부직웹에 접촉하는 부분의 부직포 전체에 차지하는 비율을 말한다. 또한, 요철을 갖는 롤과 플랫 롤에 의해 열접착하는 경우에는 요철을 갖는 롤의 볼록부가 부직웹에 접촉하는 부분의 부직포 전체에 차지하는 비율을 말한다.

또한, 열접착 전의 부직웹에 대해서 반송성 향상이나 부직포의 두께 컨트롤을 목적으로 해서 온도 70~120℃, 선압 50~700N/㎝로 캘린더 롤에 의한 가접착을 행하는 공정을 실시할 수도 있다. 캘린더 롤로서는 상하 금속 롤의 조합이나 금속 롤과 수지 또는 페이퍼 롤의 조합의 것을 사용할 수 있다.

[실시예]

이어서, 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 범위를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 변형이나 수정이 가능하다.

[측정 방법]

(1)멜트 플로우 레이트(MFR) (g/10분)

사용한 수지의 MFR은 ASTM D1238-70에 준해서 측정 온도 315.5℃에서, 측정 하중 5kg의 조건에서 측정했다.

(2)평균 단섬유 섬도(dtex)

네트 상에 포집한 부직웹으로부터 랜덤하게 소편 샘플 10개를 채취하고, 마이크로 스코프로 500~1000배의 표면 사진을 촬영하고, 각 샘플로부터 10개씩, 계 100개의 섬유의 폭을 측정해서 평균값을 산출했다. 단섬유의 폭 평균값을 원형 단면 형상을 갖는 섬유의 평균 직경으로 간주하고, 사용하는 수지의 고형 밀도로부터 길이 10,000m당 중량을 평균 단섬유 섬도로서 소수점 이하 제 2 자리를 사사오입해서 산출했다.

(3)방사 속도(m/분)

섬유의 평균 단섬유 섬도 F(dtex)와 각 조건으로 설정한 방사 구금 단공으로부터 토출되는 수지의 토출량 D(이하, 단공 토출량으로 약기한다: g/분)로부터 다음의 식에 의거하여 방사 속도 V(m/분)를 산출했다.

V=(10000×D)/F

(4)결정성

네트 상에 포집한 부직웹으로부터 채취한 섬유를 수지(비스페놀계 에폭시 수지, 24시간 경화)에 포매하고, 마이크로톰에 의해 섬유 단면을 두께 2.0㎛로 절편화한 시료를 제작하고, 이 시료를 레이저 라만 분광법으로 이하의 조건에서 얻어지는 라만 스펙트럼으로부터 페닐환-S신축 밴드(1080㎝^-1부근)의 반값 폭을 구했다. PPS의 페닐환-S신축 밴드(1080㎝^-1부근)는 결정화에 의한 질서성의 증대에 따라 진동 둘레의 환경이 균일화됨으로써 라만 밴드의 반값 폭은 작아지기 때문에 구한 반값 폭의 값(작은 쪽이 고결정)으로 결정성을 평가했다.

·장치: 근적외 라만 분광 장치(Photon Design)

·조건: 측정 모드: 현미 라만

대물 렌즈: ×100

빔 지름: 1㎛

크로스 슬릿: 200㎛

광원: YAG 레이저/1064㎚

레이저 파워: 1W

회절 격자: Single 300(반값 폭: 900)gr/㎜

슬릿: 100㎛

검출기: InGaAs/일본 로퍼 라만 분광

측정 위치: (1)섬유 표면(섬유 직경에서 섬유 표면을 기준(0)으로 했을 때에 0~1.0㎛의 영역)

(2)섬유 단면 중앙(직경/2)

(5)부직포의 단위 중량(g/㎡)

JIS L1913(2010년) 6.2 「단위 면적당 질량」에 의거하여 20㎝×25㎝의 시험편을 시료의 폭 1m당 3매 채취하고, 표준 상태에 있어서의 각각의 질량(g)을 재고, 그 평균값을 1㎡당 질량(g/㎡)으로 나타냈다.

(6)부직포의 단위 중량당 강신도 곱

JIS L1913(2010년)의 6.3.1에 준하여 샘플 사이즈 5㎝×30㎝, 그립 간격 20㎝, 인장 속도 10㎝/min의 조건으로 세로 방향 3점의 인장 시험을 행하고, 샘플이 파단되었을 때의 강력을 세로 인장 강력(N/5㎝), 또한 최대 하중시의 샘플의 신장을 1㎜ 단위까지 측정하고, 이 신장률(이전의 길이에 대한 신장된 길이)을 세로 인장 신도(%)로 해서 세로 인장 강력(N/5㎝)과 세로 인장 신도(%)의 각각의 평균값에 대해서 소수점 이하 제 1 자리를 사사오입해서 산출했다. 계속해서, 산출한 세로 인장 강력(N/5㎝)과 세로 인장 신도(%), 또한 (5)에서 구한 단위 중량(g/㎡)으로부터 이하의 식으로부터 소수점 이하 제 1 자리를 사사오입해서 단위 중량당 강신도 곱을 산출했다.

(7)부직포의 열수축률(%)

JIS L1913(2010년) 6.10.3 「건열 치수 변화율」에 준하여 측정했다. 항온 건조기 내의 온도를 200℃로 하고, 10분간 열처리했다.

[실시예 1]

(성분 A)

100몰%의 선상 폴리페닐렌술피드 수지(TORAY INDUSTRIES, INC.제, 품번: E2280, MFR: 160g/10분)를 질소 분위기 중에서 160℃의 온도에서 10시간 건조하여 성분 A로서 사용했다.

(성분 B)

100몰%의 선상 폴리페닐렌술피드 수지(TORAY INDUSTRIES, INC.제, 품번: M2588, MFR: 300g/10분)를 질소 분위기 중에서 160℃의 온도에서 10시간 건조하여 성분 B으로서 사용했다.

(방사·부직웹화)

상기 성분 A를 심성분용의 압출기로, 상기 성분 B를 초성분용의 압출기로 각각 용융하고, 성분 A와 성분 B의 질량비가 80:20이 되도록 계량하고, 방사 온도 315℃에서 구멍 지름 φ0.55㎜의 직사각형 심초형 방사 구금으로부터 단공 토출량 1.37g/분으로 심초형 복합 섬유를 방출했다. 방출한 섬유를 실온 20℃의 분위기 하에서 냉각 고화하고, 상기 구금으로부터의 거리 550㎜의 위치에 설치한 직사각형 이젝터에 통과시키고, 공기 가열기로 200℃의 온도로 가열한 공기를 이젝터 압력 0.17㎫로 이젝터로부터 분사시켜 사조를 견인, 연신하고, 이동하는 네트 상에 포집해서 부직웹화했다. 얻어진 심초형 복합 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.9dtex, 방사 속도는 4,797m/분, 결정성은 섬유 단면 중앙보다 섬유 표면이 낮고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊김 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

계속해서, 인라인 상에 설치된 금속제의 상하 한 쌍의 캘린더 롤을 사용해서 선압 200N/㎝ 및 가접착 온도 90℃에서 상기 부직웹을 가접착했다. 이어서, 금속제이며 물방울 무늬의 조각이 이루어진 상부 롤 및 금속제이며 플랫한 하부 롤로 구성되는 상하 한 쌍의 접착 면적 12%의 엠보싱 롤로 선압 1000N/㎝, 열접착 온도 200℃에서 열접착하여 심초형 복합 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 심초형 복합 장섬유 부직포의 단위 중량은 260g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 54, 열수축률은 세로 방향에서 0.1%, 가로 방향에서 0.0%이었다.

[실시예 2]

(성분 A)

실시예 1에서 사용한 것과 마찬가지의 PPS 수지를 성분 A로서 사용했다.

(성분 B)

실시예 1에서 사용한 것과 마찬가지의 PPS 수지를 성분 B로서 사용했다.

(방사·부직웹화)

이젝터 압력을 0.15㎫로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 심초형 복합 방사, 부직웹화를 행했다. 얻어진 심초형 복합 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 3.2dtex, 방사 속도는 4,317m/분, 결정성은 섬유 단면 중앙보다 섬유 표면이 낮고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊김 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

계속해서, 실시예 1과 마찬가지로 해서 상기 부직웹에 가접착 및 열접착을 실시해서 심초형 복합 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 심초형 복합 장섬유 부직포의 단위 중량은 260g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 51, 열수축률은 세로 방향에서 0.1%, 가로 방향에서 0.1%이었다.

[실시예 3]

(성분 A)

(성분 B)

(방사·부직웹화)

실시예 1과 마찬가지로 해서 심초형 복합 방사, 부직웹화를 행했다. 얻어진 심초형 복합 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.9dtex, 방사 속도는 4,797m/분, 결정성은 섬유 단면 중앙보다 섬유 표면이 낮고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊김 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

계속해서, 열접착 온도를 140℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 상기 부직웹에 가접착 및 열접착을 실시해서 심초형 복합 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 심초형 복합 장섬유 부직포의 단위 중량은 260g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 62, 열수축률은 세로 방향에서 0.1%, 가로 방향에서 0.0%이었다.

[실시예 4]

(성분 A)

(성분 B)

(방사·부직웹화)

(가접착·열접착)

계속해서, 열접착 온도를 240℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 상기 부직웹에 가접착 및 열접착을 실시해서 심초형 복합 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 심초형 복합 장섬유 부직포의 단위 중량은 260g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 50, 열수축률은 세로 방향에서 0.1%, 가로 방향에서 0.1%이었다.

[비교예 1]

(성분 A)

(성분 B)

성분 B는 사용하지 않았다.

(방사·부직웹화)

상기 성분 A를 압출기로 용융, 계량하여 방사 온도 315℃에서 구멍 지름 φ0.50㎜의 직사각형 단일 성분 방사 구금으로부터 단공 토출량 1.37g/분으로 방출했다. 이후에는 실시예 2와 마찬가지로 해서 방사, 부직웹화를 행했다. 얻어진 단일 성분형 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.4dtex, 방사 속도는 4,920m/분, 결정성은 섬유 단면 중앙보다 섬유 표면이 높고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊김 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

계속해서, 엠보싱 롤의 열접착 온도를 260℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 상기 부직웹에 가접착 및 열접착을 실시해서 단일 성분형 장섬유 부직포를 얻었다. 얻어진 단일 성분형 장섬유 부직포의 단위 중량은 260g/㎡, 단위 중량당 강신도 곱은 4, 열수축률은 세로 방향에서 0.0%, 가로 방향에서 0.1%이었다.

표 1에 나타내는 바와 같이 초성분에 심성분보다 저점도의 PPS를 적용한 실시예 1~4는 섬유 표면의 결정성이 억제되어 있고, 얻어지는 심초형 복합 장섬유 부직포는 비교예 1의 단일 성분형 장섬유 부직포와 비교해서 단위 중량당 강신도 곱이 대폭으로 향상되고, 기계적 강도가 우수한 것이었다.

본 발명의 열접착성 복합 섬유로 구성되는 부직포는 열치수 안정성을 가지면서 기계적 강도가 우수하기 때문에 각종 공업용 필터, 전기 절연재, 전지 세퍼레이터, 수처리용 막 기재, 단열 기재 및 방호복 등에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하는 수지를 성분 A로 하고, 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하여 성분 A보다 멜트 플로우 레이트가 큰 수지를 성분 B로 하고, 성분 A 및 성분 B를 주로 해서 이루어지는 복합 섬유로서,
성분 B가 섬유의 표면의 적어도 일부를 형성해서 이루어지는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유에 있어서,
상기 성분 A의 멜트 플로우 레이트(MFR(A))와 상기 성분 B의 멜트 플로우 레이트(MFR(B))가 하기 식을 만족하는 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유:
10(g/10분)≤MFR(B)-MFR(A)≤1000(g/10분).
제 1 항에 있어서,
섬유 표면으로부터 섬유 직경 방향을 향해서 1㎛ 이하의 영역의 섬유 표면부의 결정성과, 섬유 단면 중앙부의 결정성을 비교하면 섬유 표면부의 적어도 일부가 섬유 단면 중앙부보다 결정성이 낮은 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 성분 A를 심성분, 상기 성분 B를 초성분으로 하는 심초형 복합 섬유인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 복합 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 폴리페닐렌술피드 복합 섬유로 구성되어서 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직포.
제 4 항에 있어서,
상기 부직포는 스판 본드 부직포인 것을 특징으로 하는 부직포.
제 4 항에 있어서,
상기 폴리페닐렌술피드 복합 섬유는 열 엠보싱 롤 및/또는 열 캘린더 롤에 의한 적절한 온도와 선압에 의해 열접착되어 일체화되어있는 것을 특징으로 하는 부직포.
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