KR20140032452A

KR20140032452A - 폴리페닐렌술피드 섬유 및 부직포

Info

Publication number: KR20140032452A
Application number: KR20137034150A
Authority: KR
Inventors: 요헤이 나카노; 요시카즈 야카케; 마사시 이토
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2014-03-14
Also published as: JP5867400B2; AU2012263373A1; KR101948637B1; WO2012165608A1; EP2716800A1; JPWO2012165608A1; CN103562446B; EP2716800A4; AU2012263373B2; CN103562446A; US20140187115A1

Abstract

우수한 내열성과 열접착성이 양립하는, PPS 수지를 주성분으로 하는 폴리페닐렌술피드 섬유 및 그 섬유로 구성되는 부직포를 제공한다. 이 폴리페닐렌술피드 섬유는 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하고, 결정화도와 강직 비결정의 합이 30% 이상 90% 이하인 것을 특징으로 한다. 결정화도는 바람직하게는 5% 이상 25% 미만이다. 이 폴리페닐렌술피드 섬유로 부직포를 구성한다. 부직포는 바람직하게는 열접착 또는 기계적 교락에 의해 일체화하고 있다.

Description

폴리페닐렌술피드 섬유 및 부직포{POLYPHENYLENE SULFIDE FIBERS AND NONWOVEN FABRIC}

본 발명은 폴리페닐렌술피드(이하, 「PPS」로 약기하는 경우가 있다)를 주성분으로 하는 수지로 이루어지는 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 살려 내열성 필터, 전기 절연재 및 전지 세퍼레이터 등의 산업 용도로의 이용이 기대되고 있다.

한편, PPS 수지를 섬유로 성형해 부직포화하는 경우 열에 대한 치수 안정성이 나빠 섬유 또는 부직포의 열수축이 큰 것이 문제였다.

PPS 부직포의 치수 안정성을 개선하는 수단으로서는, 예를 들면 PPS 수지를 스펀 본드법에 의해 방사 연신해서 얻어지는 포백의 제 1 결정화 온도 이하에서 가접착을 실시하고, 그 후 긴장 하에서 상기 제 1 결정화 온도 이상의 온도 조건에서 열처리해서 섬유의 결정화를 촉진한 후, 본접착을 실시하는 장섬유 부직포가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조). 또한, PPS 수지를 방사 속도 6,000m/분 이상의 고속으로 연신함으로써 섬유의 결정화를 촉진시켜 열수축을 억제하는 내열성 부직포가 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 그러나, 어느 제안도 열접착성이 떨어지는 문제가 발생하고 있었다.

이와 같이, 내열성과 열접착성을 양립시키는 PPS 섬유 또는 PPS 부직포에 대해서 전혀 제안되어 있지 않은 것이 현재의 상태이다.

일본 특허 공개 2008-223209호 공보 국제 공개 제 2008/035775호 팜플렛

본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 우수한 내열성과 열접착성을 양립시키는 PPS 수지를 주성분으로 하는 섬유 및 그 섬유로 구성되는 부직포를 제공하는 것에 있다.

상술한 바와 같은 공지 기술에 있어서 내열성과 열접착성이 양립하지 않는 이유로서는 결정화를 촉진하면 열에 대한 치수 안정성은 향상되지만, 그만큼 용융해서 열접착에 기여할 수 있는 비결정 부분이 적어지기 때문이라고 생각한다. 이와 같이 맞지 않는다고도 생각되는 특성을 양립시키기 위해 예의 검토한 결과, 다음의 달성 수단을 채용하는데 이르렀다.

즉, 본 발명 1은 폴리페닐렌술피드 섬유에 관한 것이고, 폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하고, 결정화도와 강직 비결정량의 합이 30% 이상 90% 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명 2는 부직포에 관한 것이고, 본 발명 1의 폴리페닐렌술피드 섬유로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명 1의 폴리페닐렌술피드 섬유(이하, PPS 섬유라고도 한다)는 결정화도와 강직 비결정량의 합이 30% 이상, 바람직하게는 35% 이상으로 함으로써 열에 대한 치수 안정성이 우수한 섬유로 이루어지고, 결정화도와 강직 비결정량의 합이 90% 이하, 보다 바람직하게는 70% 이하, 더욱 바람직하게는 50% 이하로 함으로써 열접착성의 점에서 바람직한 섬유로 되어 있다.

상기 결정화도는 특정 범위에 한정되지 않지만, 5% 이상, 보다 바람직하게는 10% 이상, 더욱 바람직하게는 15% 이상으로 함으로써 부직 웹을 열접착할 때에 시트가 롤에 취해져서 파단되어버리는 것을 방지할 수 있고, 한편 결정화도를 25% 미만, 보다 바람직하게는 23% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하로 함으로써 비결정 부분(강직 비결정 포함)을 많이 존재시켜 부직 웹을 열접착할 때의 열접착성이 우수한 섬유로 할 수 있으므로 바람직하다.

또한, 상기 부직포는 특정한 제법이나 구조인 것에 한정되지 않고, 예를 들면 스펀 본드법 등을 사용하여 제조할 수 있고, 열접착 또는 기계적 교락에 의해 PPS 섬유를 일체화시킬 수 있다.

(발명의 효과)

본 발명의 PPS 섬유는 PPS 수지의 내열성, 내약품성 및 난연성의 특성을 가지면서 열접착성이 우수하다. 또한 따라서 본 발명의 부직포는 PPS 수지의 내열성, 내약품성 및 난연성의 특성을 가지면서 기계적 강도가 우수하고, 다양한 산업 용도로의 이용이 가능해진다.

도 1은 PPS 섬유의 결정화도와 비수(沸水) 수축률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 PPS 섬유의 결정화도와 강직 비결정의 합과 비수 수축률의 관계를 나타내는 그래프이다.

본 발명에서 사용하는 수지는 PPS를 주성분으로 한다. 이하, 본 발명에서 사용되는 PPS를 주성분으로 하는 수지를 「PPS 수지」라고도 한다.

PPS는 반복단위로서 p-페닐렌술피드 단위나 m-페닐렌술피드 단위 등의 페닐렌술피드 단위를 갖는 폴리머이다. 그 중에서도, p-페닐렌술피드 단위를 90몰% 이상 포함하는 실질적으로 선상의 폴리머가 그 내열성이나 예사성의 점에서 바람직하다. 또한, PPS를 주성분으로 해서 저융점화를 도모하는 경우는 p-페닐렌술피드 단위에 m-페닐렌술피드 단위가 공중합된 폴리머로 하는 것이 PPS의 난연성이나 내약품성을 손상시키는 경우가 없기 때문에 바람직하다. 이 공중합 PPS는 복합 섬유의 한 성분으로서 적합하게 사용할 수 있다.

PPS에는 트리클로로벤젠이 실질적으로 공중합되어 있지 않은 것이 바람직하다. 트리클로로벤젠은 1벤젠환당 3개 이상의 할로겐 치환기를 갖고, 이것을 공중합시키는 것은 PPS에 분기 구조를 부여하게 되어 PPS 수지의 예사성이 떨어져 방사 연신 시의 실 끊어짐이 다발하는 경향이 되기 때문이다. 트리클로로벤젠이 실질적으로 공중합되어 있지 않은 정도로서는 0.05몰% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01몰% 이하이다.

PPS 수지에 대한 PPS의 함유량으로서는 내열성, 내약품성 등의 점에서 85질량% 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 90질량% 이상, 더욱 바람직하게는 95질량% 이상이다. 또한, PPS 수지에는 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서 결정핵제, 소광제, 안료, 방미제, 항균제, 난연제 또는 친수제 등을 첨가해도 좋다.

본 발명에서 사용하는 PPS 수지는 ASTM D1238-70(측정 온도 315.5℃, 측정 하중 5kg 하중)에 준해서 측정하는 멜트 플로우 레이트(이하, MFR로 약기하는 경우가 있다)가 100~300g/10분인 것이 바람직하다. MFR을 100g/10분 이상, 보다 바람직하게는 140g/10분 이상으로 함으로써 적당한 유동성을 취하고, 용융 방사에 있어서 구금의 배면압 상승을 억제하고, 견인 연신할 때의 실 끊어짐도 억제할 수 있다. 한편, MFR을 300g/10분 이하, 보다 바람직하게는 225g/10분 이하로 함으로써 중합도 또는 분자량을 적당히 높게 취해 실용에 제공할 수 있는 강도나 내열성을 얻을 수 있다.

본 발명의 PPS 섬유는 결정화도와 강직 비결정의 합이 30% 이상 90% 이하인 것이 중요하다.

본 발명에서 말하는 결정화도란 실시예에서 후술하는 바와 같이 시차주사열량계(DSC)에 의한 측정으로부터 구해지는 것이다.

본 발명에서 말하는 강직 비결정이란 다음 식으로 나타내는 바와 같이, 섬유를 형성하는 결정·비결정의 전체(100%)로부터 결정화도[%], 가동 비결정량[%]을 뺀 나머지 양을 말한다.

강직 비결정량[%]=100[%]-결정화도[%]-가동 비결정량[%]

여기에서, 본 발명에서 말하는 가동 비결정량이란 실시예에서 후술하는 바와 같이 온도 변조 DSC에 의한 측정으로부터 구해지는 것이다.

본 발명자들은 열에 대한 치수 안정성에 결정 이외에도 강직 비결정이 크게 영향을 주고 있는 것을 발견하였다.

즉, 도 1의 결정화도와 비수 수축률의 관계로 나타내는 바와 같이, 결정화도 20% 미만의 영역에서는 결정화도가 동일한 정도라도 비수 수축률에 큰 차이가 보이지만, 도 2의 결정화도와 강직 비결정량의 합과 비수 수축률의 관계로 나타내는 바와 같이, 결정화도에 강직 비결정량을 더함으로써 비수 수축률과의 사이에 강한 상관이 보이게 되어, 강직 비결정이 열에 대한 치수 안정성에 크게 영향을 주고 있는 것을 알 수 있다. 그 메커니즘은 명확하지 않지만, 강직 비결정은 비결정이면서 열에 대한 치수 안정성에 대해서는 결정과 유사한 역할을 하고 있는 것으로 생각된다.

또한, 도 1과 도 2에 있어서 데이터는 후술의 실시예와 비교예에 근거하는 것이고, 각각 그래프 중의 () 내에 나타낸 숫자는 후술의 표 1 중에 나타내는 대응 번호에 대응한다.

또한, 도 2로부터 결정화도와 강직 비결정량의 합이 30% 이상에서 비수 수축률은 20% 미만이 되고, 또한 결정화도와 강직 비결정량의 합이 35% 이상에서 비수 수축률은 10% 미만이 된다.

비수 수축률은 열수축에 의한 폭수축, 주름 및 표면의 요철 발생을 억제하는데 있어서 20% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 15% 이하, 더욱 바람직하게는 10% 이하이다. 따라서, 결정화도와 강직 비결정량의 합을 30% 이상, 바람직하게는 35% 이상으로 함으로써 열에 대한 치수 안정성이 우수한 섬유로 할 수 있다.

한편, 강직 비결정뿐만 아니라 가동 비결정도 10% 이상, 보다 바람직하게는 30% 이상, 더욱 바람직하게는 50% 이상 포함하는 편이 열접착성의 점에서 바람직하다. 그 메커니즘은 명확하지 않지만, 섬유끼리가 열접착할 때 가동 비결정도 어느 정도 포함하는 편이 압접에 따른 조성 변형을 일으키기 쉽기 때문이라고 생각하고 있다. 즉, PPS 섬유에 있어서의 결정화도와 강직 비결정량의 합으로서는 90% 이하, 보다 바람직하게는 70% 이하, 더욱 바람직하게는 50% 이하가 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서의 PPS 섬유의 결정화도는 5% 이상 25% 미만인 것이 바람직하다.

결정화도에 대해서는 종래는 상술의 특허문헌 2에도 기재되어 있는 바와 같이, PPS 섬유에 열치수 안정성을 안정적으로 부여하기 위해서는 결정화도는 25% 이상이 필요하다고 생각되고 있었다. 그러나, 본 발명에 의하면 결정화도가 25% 미만이어도 강직 비결정을 증가시킴으로써 PPS 섬유의 열수축을 작게 할 수 있다. 종래, PPS 섬유의 결정화도가 작으면 비결정 부분이 많아 열치수 안정성이 떨어지고, 결정화도가 크면 비결정 부분이 적어 열접착성이 떨어진다는 관계에 있었지만, 본 발명에 의하면 비결정 부분 중에서도 강직 비결정을 크게 하여 열치수 안정성을 부여함으로써 양호한 열치수 안정성과 열접착성의 양립이 가능해진다.

본 발명의 PPS 섬유의 결정화도를 5% 이상, 보다 바람직하게는 10% 이상, 더욱 바람직하게는 15% 이상으로 함으로써 부직 웹을 열접착할 때에 시트가 롤에 취해져서 파단되어버리는 것을 방지할 수 있다. 한편, 결정화도를 25% 미만, 보다 바람직하게는 23% 이하, 더욱 바람직하게는 20% 이하로 함으로써 비결정 부분(강직 비결정 포함)을 많이 존재시켜 부직 웹을 열접착할 때의 열접착성이 우수한 섬유로 할 수 있다.

본 발명의 PPS 섬유의 단면 형상으로서는 원형, 중공환형(中空丸形), 타원형, 편평형, 다각형 및 (X형, Y형 등의) 다엽형 등 어느 형상이어도 좋다.

또한, 본 발명의 PPS 섬유는 복합 형태이어도 상관없다. 이러한 복합 형태로서는 예를 들면 심초형, 심초 편심형, 해도형, 병렬형, 방사형, 다엽형 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 섬유의 예사성이 우수한 심초형이 바람직하다.

본 발명의 PPS 섬유의 평균 단섬유(單纖維) 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 끊어짐이 다발하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 평균 단섬유 섬도를 10dtex 이하, 보다 바람직하게는 5dtex 이하, 더욱 바람직하게는 4dtex 이하로 함으로써 방사 구금 단공(單孔)당 용융 수지의 토출량을 억제하여 섬유에 대하여 충분한 냉각을 실시할 수 있고, 섬유 간의 융착에 의한 방사성의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 부직포로 했을 때의 단위중량당 편차를 억제하여 표면의 품위를 우수한 것으로 할 수 있다. 또한, 부직포를 필터 등에 적용할 경우의 더스트 포집 성능의 관점에서도 평균 단섬유 섬도는 10dtex 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 5dtex 이하, 더욱 바람직하게는 4dtex 이하이다.

본 발명의 PPS 섬유는 직물이나 부직포 등의 온갖 포백을 구성하는 섬유로서 사용할 수 있지만, 열접착성이 우수하기 때문에 그 중에서도 열압착에 의해 구조를 고정하는 부직포의 구성 섬유로서 적합하게 사용할 수 있다.

본 발명의 PPS 부직포는 장섬유, 단섬유(短纖維)의 어느 형태나 채용할 수 있지만, 생산성이 우수한 점에서 스펀 본드법에 의한 장섬유 부직포가 바람직하다.

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

또한 본 발명의 PPS 부직포는 200℃에 있어서의 열수축률이 종방향, 횡방향의 어디에 있어서나 5% 이하인 것이 바람직하다. PPS 부직포는 그 특성 때문에 고온 하에서 사용되는 경우가 많고, 200℃에 있어서의 열수축을 5% 이하, 보다 바람직하게는 3% 이하로 함으로써 치수 변화에 의한 기능성 저하를 억제하여 실용에 제공할 수 있다.

본 발명의 PPS 부직포는 공기 중, 210℃의 온도에서 1500시간의 내열 폭로 시험에 있어서의 종방향 인장 강력 유지율이 80% 이상인 것이 바람직하다. 종방향 인장 강력 유지율이 80% 이상, 보다 바람직하게는 85% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상이면 고온하에서 장기간 사용되는 내열성 필터 등의 사용에도 견딜 수 있다. 종방향 인장 강력 유지율의 상한값은 특별히 정하는 것은 아니지만, 150% 이하인 것이 바람직하다.

이어서, 본 발명의 PPS 섬유 및 PPS 부직포의 바람직한 형태로서 스펀 본드법에 의한 PPS 부직포의 제조 방법을 이하에 설명한다.

스펀 본드법은 수지를 용융하고, 방사 구금으로부터 방사한 후, 냉각 고화한 사조에 대하여 이젝터로 견인, 연신하고, 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웹화한 후, 열접착 또는 기계적 교락에 의해 일체화하는 공정을 필요로 하는 제조 방법이다.

방사 구금이나 이젝터의 형상으로서는 환형이나 직사각형 등 다양한 것을 채용할 수 있다. 그 중에서도, 압축 에어의 사용량이 비교적 적고, 사조끼리의 융착이나 찰과가 일어나기 어려운 점에서 직사각형 구금과 직사각형 이젝터의 조합이 바람직하다.

PPS를 용융해 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 해 우수한 방사 안정성을 얻을 수 있다.

방출된 섬유의 사조를 냉각하는 방법으로서는, 예를 들면 냉풍을 강제적으로 사조에 분사하는 방법, 사조 주위의 분위기 온도에 의해 자연 냉각하는 방법, 방사 구금와 이젝터 사이의 거리를 조정하는 방법, 또는 이것들의 조합을 채용할 수 있다. 또한, 냉각 조건은 방사 구금의 단공당 토출량, 방사하는 온도, 분위기 온도 등을 고려해 적당하게 조정해 채용할 수 있다.

이어서, 냉각 고화한 사조는 이젝터로부터 분사하는 압축 에어에 의해 견인, 연신된다. 이젝터에 의한 견인, 연신의 방법이나 조건은 특별히 한정되는 것은 아니지만, PPS 섬유의 결정화를 억제하면서 강직 비결정을 증가시키는 수단으로서 이젝터로부터 분사하는 압축 에어를 100℃ 이상, 바람직하게는 140℃ 이상, 보다 바람직하게는 180℃ 이상으로 가열하고, 견인, 연신하는 방법이 바람직하게 채용된다. 가열한 압축 에어를 사용함으로써 사조를 견인, 연신함과 동시에 사조는 열처리되지만, 사조가 열처리되는 시간은 매우 짧은 시간이기 때문에 결정과 비결정의 중간 상태인 강직 비결정을 특이적으로 증가시킬 수 있다. 또한, 가열한 압축 에어의 온도 상한은 융점 이하이다.

한편, 견인, 연신 중에 열처리하는 방법으로서 이젝터 전이나 후에 히터를 설치하는 수단이 있지만, 직접 섬유에 고온 열풍을 분사하는 상기 방법에 비하여 열전도성이 떨어지고, 강직 비결정의 증가에 기여하지 않아 바람직하지 않다.

방사 속도는 3,000m/분 이상 6,000m/분 미만인 것이 바람직하다. 방사 속도를 3,000m/분 이상, 보다 바람직하게는 3,500m/분 이상, 더욱 바람직하게는 4,000m/분 이상으로 함으로써 PPS 섬유의 결정성을 높이고, 부직 웹을 열접착할 때에 시트가 롤에 취해져서 파단되어버리는 것을 방지할 수 있다. 한편, 방사 속도를 6,000m/분 미만으로 함으로써 과도하게 결정성이 향상되는 것을 억제할 수 있고, 또한 방사 안정성이 우수하기 때문에 바람직하다.

이어서, 연신에 의해 얻어진 PPS 섬유를 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웹화하고, 얻어진 부직 웹을 열접착, 또는 기계적 교락에 의해 일체화함으로써 부직포를 얻을 수 있다.

부직포를 일체화하는 방식으로서는 상하 한 쌍의 롤 표면에 각각 조각이 실시된 열 엠보싱 롤, 한쪽의 롤 표면이 플랫(평활)한 롤과 다른쪽의 롤 표면에 조각이 실시된 롤의 조합으로 이루어지는 열 엠보싱 롤, 상하 한 쌍의 플랫(평활) 롤의 조합으로 이루어지는 열 캘린더 롤 등 각종 롤에 의해 열압착하는 열접착법, 니들펀치이나 워터제트펀치에 의한 기계적 교락법을 적합하게 채용할 수 있다.

열 엠보싱 롤을 사용하여 열압착할 경우, 열 엠보싱 롤에 실시되는 조각의 형상으로서는 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 평행사변형, 마름모형, 정육각형 및 정팔각형 등을 사용할 수 있다.

열 엠보싱 롤의 표면 온도로서는 PPS의 융점에 대하여 -30~-5℃로 하는 것이 바람직하다. 열 엠보싱 롤의 표면 온도를 PPS의 융점에 대하여 -30℃ 이상, 보다 바람직하게는 -25℃ 이상, 더욱 바람직하게는 -20℃ 이상으로 함으로써 충분히 열접착시켜 부직포의 박리나 보풀의 발생을 억제할 수 있다. 또한, PPS의 융점에 대하여 -5℃ 이하로 함으로써 섬유의 융해에 의해 압착부에 천공이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

열접착 시의 열 엠보싱 롤의 선압으로서는 200~1500N/㎝가 바람직하다. 롤의 선압을 200N/㎝ 이상, 보다 바람직하게는 300N/㎝ 이상으로 함으로써 충분히 열접착시켜 시트의 박리나 보풀의 발생을 억제할 수 있다. 한편, 롤의 선압을 1500N/㎝ 이하, 보다 바람직하게는 1000N/㎝ 이하로 함으로써 조각의 볼록부가 부직포에 파고들어서 롤로부터 부직포가 박리되기 어려워지거나 부직포가 파단하는 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 필름처럼 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 겹쳐져 부직 웹에 접촉하는 부분이 부직포 전체에서 차지하는 비율을 말한다. 또한, 요철을 갖는 롤과 플랫 롤에 의해 열접착할 경우에는 요철을 갖는 롤의 볼록부가 부직 웹에 접촉하는 부분이 부직포 전체에서 차지하는 비율을 말한다.

한편, 니들펀치로 기계적으로 교락하는 경우에는 침 형상이나 단위면적당 침 개수 등을 적당하게 선택, 조정해서 실시된다. 특히 단위면적당 침 개수로서는 강도나 형태 유지의 점에서 적어도 100개/㎠ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 니들펀치 전의 부직 웹에 실리콘계의 유제를 분무하여 침에 의해 섬유가 절단되는 것을 방지하고, 섬유끼리의 교락성을 향상시키는 것이 바람직하다.

또한 기계적 교락을 워터제트펀치로 실시할 경우, 물은 기둥 형상 흐름 상태에서 행하는 것이 바람직하다. 기둥 형상 흐름을 얻기 위해서는 통상 직경 0.05~3.0㎜의 노즐로부터 압력 1~60MPa로 분출시키는 방법이 적합하게 사용된다. 부직 웹을 효율적으로 교락하고, 일체화시키기 위한 압력으로서는 적어도 1회는 10MPa 이상의 압력으로 처리하는 것이 바람직하고, 15MPa 이상이 보다 바람직하다.

또한 열접착이나 기계적 교락 전의 부직 웹에 대하여 반송성 향상이나 부직포의 두께 컨트롤을 목적으로 해 온도 70~170℃, 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 조합인 것을 사용할 수 있다.

또한 열접착 전, 또는 기계적 교락 전후의 부직 웹, 또는 부직포에 대하여 열에 대한 안정성 향상을 목적으로 해 핀 텐터나 클립 텐터 등을 사용한 긴장 하에서의 열처리나, 열풍 건조기 등을 사용한 무긴장(프리)에서의 열처리를 실시할 수도 있다. 열처리의 온도로서는 부직 웹, 또는 부직포를 구성하는 PPS 섬유의 결정화 온도 이상, 융점 이하인 것이 바람직하다.

실시예

[측정 방법]

(1) 멜트 플로우 레이트(MFR)(g/10분)

PPS의 MFR은 ASTM D1238-70에 준해서 측정 온도 315.5℃, 측정 하중 5kg의 조건으로 측정했다.

(2) 평균 단섬유 섬도(dtex)

네트 상에 포집한 부직 웹으로부터 랜덤으로 소편 샘플 10개를 채취하고, 현미경으로 500~1000배의 표면 사진을 촬영하고, 각 샘플로부터 10개씩 합계 100개의 섬유의 폭을 측정해 평균값을 산출했다. 단섬유의 폭 평균값을 환형 단면 형상을 갖는 섬유의 평균 직경으로 간주하고, 사용하는 수지의 고형 밀도로부터 길이 10,000m당 중량을 평균 단섬유 섬도로서 소수점 이하 제 2 자리를 반올림해서 산출했다.

(3) 방사 속도(m/분)

섬유의 평균 단섬유 섬도(dtex)와 각 조건으로 설정한 방사 구금 단공으로부터 토출되는 수지의 토출량(이하, 단공 토출량으로 약기한다)(g/분)으로부터 다음 식에 의거하여 방사 속도를 산출했다.

방사 속도=(10000×단공 토출량)/평균 단섬유 섬도

(4) 결정화도(%)

연신 후의 섬유로부터 랜덤으로 시료 3점을 채취하고, 시차 주사 열량계(TA Instruments사제, Q1000)를 사용하여 다음의 조건과 식으로 측정과 결정화도를 산출하고, 평균값을 산출했다. 하기의 「냉결정화에 의한 발열량」이란 냉결정화로부터 유래되는 발열 피크 면적이고, 「융해에 의한 흡열량」이란 융해로부터 유래되는 흡열 피크 면적이다. 열량(피크 면적) 산출 시의 베이스라인은 비결정의 유리 전이 후의 액체 상태와 결정의 융해 후의 액체 상태의 열류를 직선으로 연결한 것으로 하고, 이 베이스라인과 DSC 곡선의 교점을 경계로 해서 발열측과 흡열측을 분리했다. 또한, 완전 결정 시의 융해 열량을 146.2J/g으로 했다.

·측정 분위기: 질소류(50㎖/분)

·온도 범위: 0~350℃

·승온 속도: 10℃/분

·시료량: 5㎎

결정화도={〔(융해에 의한 흡열량[J/g])-(냉결정화에 의한 발열량[J/g])〕/146.2[J/g]}×100

(5) 가동 비결정량(%)

연신 후의 섬유로부터 랜덤으로 시료 3점을 채취하고, 온도 변조 DSC(TA Instruments사제, Q1000)를 사용하여 다음의 조건과 식으로 측정과 가동 비결정량을 산출하고, 평균값을 산출했다. 또한, 완전 비결정 시의 비열량을 0.2699J/g℃로 했다.

·측정 분위기: 질소류(50㎖/분)

·온도 범위: 60~200℃

·승온 속도: 2℃/분

·시료량: 5㎎

가동 비결정량[%]=(유리 전이 온도 전후의 비열 변화량[J/g℃])/0.2699[J/g℃]×100

(6) 강직 비결정량(%)

상기 (5)에서 구한 결정화도와 상기 (6)에서 구한 가동 비결정량으로부터 다음 식에 의해 강직 비결정량을 산출했다.

강직 비결정량[%]=100[%]-결정화도[%]-가동 비결정량[%].

(7) 비수 수축률(%)

연신 후의 섬유를 랜덤으로 채취하고, 섬유 5개를 가지런히 합쳐 하나의 시료(약 10㎝의 길이)로 했다. 이 시료에 하기 기재된 하중을 가해서 길이(L0)를 측정한 후, 시료를 무장력 상태로 비등수 중에 20분간 침지시킨 후, 비수 중으로부터 꺼내고, 자연건조시켜 재차 동일한 하중을 가해서 측정한 길이(L1)로부터 비수 수축률을 산출하고, 시료 4점의 평균값을 구했다. 하중과 비수 수축률의 산출식을 이하에 나타낸다. 하중은 소수점 이하 제 3 자리를 반올림했다.

하중(g)=0.9×단공 토출량(g/분)

비수 수축률(%)={(L0-L1)/L0}×100

(8) 부직포의 단위중량(g/㎡)

JIS L 1913: 2010 「일반 부직포 시험 방법」의 6.2 「단위 면적당 질량(ISO법)」에 의거하여 20㎝×25㎝의 시험편을 시료의 폭 1m당 3매 채취하고, 표준 상태에 있어서의 각각의 질량(g)을 측정하고, 그 평균값을 1㎡당 질량(g/㎡)으로 나타냈다.

(9) 부직포의 인장 강도

JIS L 1913: 2010 「일반 부직포 시험 방법」의 6.3 「인장 강도 및 신장률(ISO법)」의 6.3.1 「표준시」에 준하여 샘플 사이즈 5㎝×30㎝, 홀딩 간격 20㎝, 인장 속도 10㎝/분의 조건으로 종방향 3점의 인장 시험을 행하고, 샘플이 파단되었을 때의 강력을 종방향 인장 강력(N/5㎝) 평균값에 대해서 소수점 이하 제 1 자리를 반올림해서 산출했다.

(10) 부직포의 열수축률(%)

JIS L 1913: 2010 「일반 부직포 시험 방법」의 6.10 「치수 변화율(JIS법)」의 6.10.3 「건열 치수 변화율」에 준해서 측정했다. 항온 건조기 내의 온도를 200℃로 해 10분간 열처리했다.

(11) 내열 폭로 시험과 종방향 인장 강력 유지율

열풍 오븐(에스펙가부시키가이샤제, TABAI SAFETY OVEN SHPS-222)을 사용하고, 길이 30㎝, 폭 5㎝의 종방향 샘플을 필요 개수 투입하고, 열풍 공기 분위기 하, 210℃×1500시간, 공기 순환량 300L/분으로 폭로시켰다. 내열 폭로 시험 전후의 샘플에 대해서 상기 (9)에 기재된 방법으로 인장 강력을 측정하고, 하기 식을 사용하여 종방향 인장 강력 유지율을 산출했다.

종방향 인장 강력 유지율(%)={내열 폭로 시험 후 종방향 인장 강력(N/5㎝)/내열 폭로 시험 전 종방향 인장 강력(N/5㎝)}×100

[실시예 1]

(PPS 수지)

트리클로로벤젠이 의도적으로 공중합되어 있지 않은 100몰%의 선상 폴리페닐렌술파이드 수지(도레이카부시키가이샤제, 품번: E2280, MFR: 160g/10분)를 질소 분위기 중에서 160℃의 온도에서 10시간 건조해서 사용했다.

(방사·부직 웹화)

상기 PPS 수지를 압출기로 용융하고, 방사 온도 320℃에서 구멍지름 φ 0.50㎜의 직사각형 방사 구금으로부터 단공 토출량 1.38g/분으로 방출했다. 방출한 사조를 직사각형 방사 구금으로부터 직사각형 이젝터까지의 거리를 55㎝로 해서 실온 20℃의 분위기 하에서 냉각 고화했다. 냉각 고화된 사조를 직사각형 이젝터에 통과시키고, 이젝터로부터 공기 가열기로 230℃의 온도로 가열하고 이젝터 압력 0.15MPa로 한 압축 에어를 분사시켜 사조를 견인, 연신하고, 이동하는 네트 상에 포집해서 부직 웹화했다.

얻어진 장섬유의 평균 단섬유 섬도는 2.8dtex, 결정화도는 18.4%, 강직 비결정량과 결정화도의 합은 38.2%, 비수 수축률은 2.3%였다. 또한, 방사 속도는 4,998m/분이고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

이어서, 얻어진 부직 웹을 인라인 상에 설치된 금속제의 상하 한 쌍의 캘린더 롤로 선압 200N/㎝ 및 가접착 온도 100℃에서 가접착했다. 이어서, 금속제이고 물방울 무늬의 조각이 된 상측 롤과 금속제이고 플랫한 하측 롤로 구성되는 상하 한 쌍의, 접착 면적 12%의 엠보싱 롤에 의해 선압 1000N/㎝, 열접착 온도 270℃에서 열접착하여 실시예 1의 장섬유 부직포를 얻었다.

얻어진 부직포는 엠보싱 롤에 의한 열접착 시에 열수축에 의한 큰 폭수축도 없고, 주름이 없는 품위가 양호한 것이었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포의 단위중량은 248g/㎡, 종방향 인장 강도는 434N/5㎝이고, 열수축률은 종방향으로 0.0%, 횡방향으로 0.1%, 종방향 인장 강력 유지율은 99%였다.

[실시예 2]

(PPS 수지·방사·부직 웹화)

실시예 1에서 사용한 것과 같은 PPS 수지를 사용하고, 압축 에어의 온도를 200℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사하고, 부직 웹화를 행했다.

얻어진 장섬유는 평균 단섬유 섬도는 2.8dtex, 결정화도는 17.3%, 강직 비결정과 결정화도의 합은 37.3%, 비수 수축률은 7.0%였다. 또한, 방사 속도는 4,991m/분이고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

이어서, 상기 부직 웹에 실시예 1과 마찬가지로 해서 가접착 및 열접착을 실시하여 실시예 2의 장섬유 부직포를 얻었다.

얻어진 부직포는 엠보싱 롤에 의한 열접착 시에도 열수축에 의한 큰 폭수축도 없고, 주름이 없는 품위가 양호한 것이었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포의 단위중량은 253g/㎡, 종방향 인장 강도는 454N/5㎝, 열수축률은 종방향으로 0.1%, 횡방향으로 0.2%, 종방향 인장 강력 유지율은 99%였다.

[실시예 3]

(PPS 수지·방사·부직 웹화)

실시예 1에서 사용한 것과 같은 PPS 수지를 사용하고, 압축 에어의 온도를 140℃로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사하고, 부직 웹화를 행했다.

얻어진 장섬유는 평균 단섬유 섬도는 2.9dtex, 결정화도는 15.1%, 강직 비결정과 결정화도의 합은 31.3%, 비수 수축률은 17.5%였다. 또한, 방사 속도는 4,824m/분이고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

이어서, 상기 부직 웹에 실시예 1과 마찬가지로 해서 가접착 및 열접착을 실시하여 실시예 3의 장섬유 부직포를 얻었다.

얻어진 부직포는 엠보싱 롤에 의한 열압착 시에도 열수축에 의한 큰 폭수축도 없고, 주름이 없는 품위가 양호한 것이었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포의 단위중량은 245g/㎡, 종방향 인장 강도는 472N/5㎝, 열수축률은 종방향으로 0.0%, 횡방향으로 0.1%, 종방향 인장 강력 유지율은 99%였다.

[실시예 4]

(PPS 수지·방사·부직 웹화)

실시예 1에서 사용한 것과 같은 PPS 수지를 사용하고, 압축 에어의 온도를 200℃, 이젝터 압력을 0.21MPa로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사하고, 부직 웹화를 행했다.

얻어진 장섬유는 평균 단섬유 섬도는 2.4dtex, 결정화도는 24.1%, 강직 비결정과 결정화도의 합은 49.2%, 비수 수축률은 2.2%였다. 또한, 방사 속도는 5,663m/분이고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

이어서, 상기 부직 웹에 실시예 1과 마찬가지로 해서 가접착 및 열접착을 실시하여 실시예 4의 장섬유 부직포를 얻었다.

얻어진 부직포는 엠보싱 롤에 의한 열압착 시에도 열수축에 의한 큰 폭수축도 없고, 주름이 없는 품위가 양호한 것이었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포의 단위중량은 256g/㎡, 종방향 인장 강도는 421N/5㎝, 열수축률은 종방향으로 0.0%, 횡방향으로 0.1%, 종방향 인장 강력 유지율은 98%였다.

[실시예 5]

(PPS 수지·방사·부직 웹화)

실시예 1에서 사용한 것과 같은 PPS 수지를 사용하고, 압축 에어의 온도를 200℃, 이젝터 압력을 0.25MPa로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사하고, 부직 웹화를 행했다.

얻어진 장섬유는 평균 단섬유 섬도는 2.2dtex, 결정화도는 33.0%, 강직 비결정과 결정화도의 합은 67.4%, 비수 수축률은 2.0%였다. 또한, 방사 속도는 6,198m/분이고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐이 2회 발생했다.

(가접착·열접착)

이어서, 상기 부직 웹에 실시예 1과 마찬가지로 해서 가접착 및 열접착을 실시하여 실시예 5의 장섬유 부직포를 얻었다.

얻어진 부직포는 엠보싱 롤에 의한 열압착할 때도 열수축에 의한 큰 폭수축도 없고, 주름이 없는 품위가 양호한 것이었다. 또한, 얻어진 장섬유 부직포의 단위중량은 254g/㎡, 종방향 인장 강도는 245N/5㎝, 열수축률은 종방향으로 0.0%, 횡방향으로 0.1%, 종방향 인장 강력 유지율은 99%였다.

[실시예 6]

(PPS 수지·방사·부직 웹화)

실시예 1에서 사용한 것과 같은 PPS 수지를 사용하고, 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사하고, 부직 웹화를 행했다.

(가접착·니들펀치)

이어서, 상기 부직 웹에 실시예 1과 마찬가지로 해서 가접착을 실시한 후, 유제(SM7060: 도레이 다우코닝 실리콘가부시키가이샤제)를 섬유 중량에 대하여 2중량% 부여하고, 바브 수 1, 바브 깊이 0.06㎜의 니들을 사용하여 니들펀치를 300개/㎠의 교락 처리를 실시하여 실시예 6의 장섬유 부직포를 얻었다.

얻어진 장섬유 부직포의 단위중량은 301g/㎡, 종방향 인장 강도는 490N/5㎝, 열수축률은 종방향으로 1.6%, 횡방향으로 1.8%, 종방향 인장 강력 유지율은 99%였다.

[실시예 7]

(PPS 수지·방사·부직 웹화)

(가접착·워터제트펀치)

이어서, 상기 부직 웹에 실시예 1과 마찬가지로 해서 가접착을 실시한 후, 노즐이 구멍지름 0.10㎜, 피치 0.1㎜인 워터제트펀치(WJP)를 사용하여 표리를 교대로 15MPa의 압력으로 교락 처리를 실시하고, 설정 온도를 100℃로 한 열풍 건조기로 건조시킴으로써 실시예 7의 장섬유 부직포를 얻었다.

얻어진 장섬유 부직포의 단위중량은 285g/㎡, 종방향 인장 강도는 462N/5㎝, 열수축률은 종방향으로 1.4%, 횡방향으로 1.7%, 종방향 인장 강력 유지율은 99%였다.

[비교예 1]

(PPS 수지·방사·부직 웹화)

실시예 1에서 사용한 것과 같은 PPS 수지를 사용하고, 압축 에어를 상온(30℃)으로 하고, 이젝터 압력을 0.15MPa로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사하고, 부직 웹화를 행했다.

얻어진 장섬유는 평균 단섬유 섬도는 3.1dtex, 결정화도는 8.9%, 강직 비결정과 결정화도의 합은 10.7%, 비수 수축률은 61.2%였다. 또한, 방사 속도는 4,435m/분이고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

이어서, 상기 부직 웹에 실시예 1과 마찬가지로 해서 가접착 및 열접착을 실시하는 것을 시험해 보았다. 그러나, 엠보싱 롤에 의한 열접착 시에 부직 웹의 열수축에 의한 폭수축이 크고, 수축 고화해 엠보싱 가공을 할 수 없는 상태였다.

[비교예 2]

(PPS 수지·방사·부직 웹화)

실시예 1에서 사용한 것과 같은 PPS 수지를 사용하고, 압축 에어를 상온(30℃)으로 하고, 이젝터 압력을 0.20MPa로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사하고, 부직 웹화를 행했다.

얻어진 장섬유는 평균 단섬유 섬도는 2.6dtex, 결정화도는 18.2%, 강직 비결정과 결정화도의 합은 25.3%, 비수 수축률은 28.5%였다. 또한, 방사 속도는 5,331m/분이고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·열접착)

[비교예 3]

(PPS 수지·방사·부직 웹화)

실시예 1에서 사용한 것과 같은 PPS 수지를 사용하고, 압축 에어의 온도를 230℃로 하고, 이젝터 압력을 0.10MPa로 한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 해서 방사하고, 부직 웹화를 행했다.

얻어진 장섬유는 평균 단섬유 섬도는 4.9dtex, 결정화도는 9.4%, 강직 비결정과 결정화도의 합은 26.8%, 비수 수축률은 25.0%였다. 또한, 방사 속도는 2,794m/분이고, 방사성은 1시간의 방사에 있어서 실 끊어짐 0회로 양호했다.

(가접착·니들펀치)

이어서, 상기 부직 웹에 실시예 1과 마찬가지로 해서 가접착을 실시한 후, 실시예 6과 마찬가지로 니들펀치를 실시하여 비교예 3의 장섬유 부직포를 얻었다.

그러나, 얻어진 장섬유 부직포의 열수축률은 종방향으로 21.2%, 횡방향으로 23.4%로 크고, 열처리 후의 표면은 주름이나 요철이 발생하고 있었다. 또한, 그 장섬유 부직포의 단위중량은 295g/㎡, 종방향 인장 강도는 472N/5cm이고, 내열 폭로 시험은 열수축이 크기 때문에 실시 불가였다.

상기 각 실시예와 비교예의 제조·가공 조건과 물성 등의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1에 기재한 바와 같이, 결정화도와 강직 비결정의 합을 31.3~67.4%로 하는 실시예 1~5는 엠보싱 롤에 의한 PPS 섬유끼리의 열접착이 가능하고, 또한 200℃의 온도에 있어서의 열수축도 거의 없고, 열치수 안정성이 우수했다. 그 중에서도 결정화도가 15.1~24.1%인 실시예 1~4는 열접착성이 양호하고 기계적 강력이 우수했다.

또한, 결정화도와 강직 비결정의 합이 38.2%인 부직 웹을 사용하여 니들펀치나 워터제트펀치에 의한 기계적 교락을 실시해서 얻은 실시예 6과 실시예 7의 장섬유 부직포에 대해서도 200℃의 온도에 있어서의 열수축도 거의 없고, 열치수 안정성이 우수했다.

이에 대하여, 결정화도와 강직 비결정의 합이 각각 10.7%, 25.3%인 비교예 1과 비교예 2는 비수 수축률이 크기 때문에 열접착 시에 부직 웹의 열수축에 의한 폭수축이 크고, 수축 고화해 엠보싱 가공을 할 수 없는 상태였다. 또한, 결정화도와 강직 비결정의 합이 26.8%인 비교예 3에서는 니들펀치에 의한 기계적 교락을 실시해서 얻은 장섬유 부직포의 200℃의 온도에 있어서의 열수축이 크고, 실용에 제공할 수 있는 것은 아니었다.

상기 실시형태나 실시예에서 설명한 폴리페닐렌술피드 섬유와 이 섬유로 구성되는 부직포는 본 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위해서 예시한 것이고, 수지의 조성이나 방사·연신 조건, 부직 웹화 조건, 단섬유 섬도, 결정화도나 강직 비결정량 등을 이것들의 실시형태나 실시예의 것에 한정하는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위 내에 있어서 다양한 변경을 가할 수 있는 것이다.

예를 들면 상기 실시예에서는 스펀 본드법에 의해 부직 웹화할 경우에 대해서 설명했다. 그러나, 본 발명에서는 다른 방법에 의해 부직 웹화한 것이어도 된다. 사용하는 PPS 수지의 종류는 상기 실시예의 것에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다.

<산업상의 이용 가능성>

본 발명의 폴리페닐렌술피드 섬유로 구성되는 부직포는 PPS 수지의 내열성, 내약품성 및 난연성의 특성을 가지면서 기계적 강도가 우수하므로 내열성 필터, 전기 절연재, 전지 세퍼레이터를 비롯해 다양한 산업 용도로의 이용에 유용하다.

Claims

폴리페닐렌술피드를 주성분으로 하고, 결정화도와 강직 비결정량의 합이 30% 이상 90% 이하인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 섬유.
제 1 항에 있어서,
결정화도는 5% 이상 25% 미만인 것을 특징으로 하는 폴리페닐렌술피드 섬유.
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 폴리페닐렌술피드 섬유로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 부직포.
제 3 항에 있어서,
상기 부직포는 열접착 또는 기계적 교락에 의해 일체화된 부직포인 것을 특징으로 하는 부직포.