KR20200138185A

KR20200138185A - 부직포

Info

Publication number: KR20200138185A
Application number: KR1020207025329A
Authority: KR
Inventors: 마사루 하라다; 히로시 츠치쿠라
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2020-12-09
Also published as: JPWO2019188275A1; US20210010175A1; WO2019188275A1; EP3779013A1; BR112020017638A2; EP3779013A4; TW201942435A; SG11202008253XA; JP7172998B2; CN111918994A

Abstract

높은 차염성과 단열성을 구비한 부직포를 제공하기 위해서, 고온 수축률이 3% 이하이고, 또한 ISO22007-3(2008년)에 준거하는 열전도율이 0.060W/m·K 이하인 비용융 섬유(A)와, JIS K 7201-2(2007년)에 준거하는 LOI값이 25 이상인 열가소성 섬유(B)를 포함하고, 밀도가 50㎏/㎥보다 크고 200㎏/㎥보다 작은 것을 특징으로 하는 부직포로 한다.

Description

부직포

본 발명은 부직포에 관한 것이다.

종래부터, 난연성이 요구되는 용도에서는 폴리에스테르, 나일론, 셀룰로오스계 섬유에 난연 효과가 있는 약제를 원사 단계에서 니딩하는 방법이나 후가공에서 부여하는 방법이 채용되어 왔다.

난연제로서는 할로겐계나 인계가 일반적으로 사용되지만, 최근에서는 환경 제한에 의해 할로겐계 약제로부터 인계 약제로의 치환이 진행되고 있다. 그러나, 인계 약제에서는 종래의 할로겐계 약제의 난연 효과에 미치지 못하는 경우가 있다.

그래서, 보다 높은 난연성을 부여하는 방법으로서, 높은 난연성을 갖은 폴리머를 복합하는 방법이 있다. 예를 들면, 내염화사와 폴리페닐렌술피드 섬유의 복합체로 이루어지는 페이퍼(특허문헌 1)나, 내염화사와 폴리페닐렌술피드 섬유의 복합체로 이루어지는 펠트(특허문헌 2) 등이 알려져 있다.

국제 공개 제2017/6807호 일본 특허 공개 2013-169996호 공보

그러나, 종래의 난연 성능은 JIS에 규정된 버너에서 일방의 면으로부터 가열했을 때, 그 재료 자체가 얼마나 연소하기 어려운지, 또는 재료가 버너의 불꽃을 차단할 수 있는지를 시험한 것이며, 실제의 화재와 같이 불기운이 강한 불꽃에 장시간 노출되거나, 다른 가연물이 존재하는 경우의 연소 방지할 때에 충분하다고 말할 수 없었다. 특허문헌 1기재의 방법에서는, JIS에 규정된 버너로 불꽃을 차단할 수 있지만, 가열원의 온도가 보다 높은 경우나, 온도 상승에 의해 발화가 보이는 가연물이 페이퍼와 밀착하고 있는 경우에는 불꽃에 의해 탄화한 폴리페닐렌술피드가 열을 전해줌으로써 불꽃이 닿고 있지 않은 뒷쪽의 온도가 급격히 상승하고, 그 불꽃이 닿고 있지 않은 뒷쪽에 밀착한 가연물의 발화점을 초과하면 발화가 생기기 때문에 개선의 여지가 있었다. 또한, 특허문헌 2에서는 내염화사와 폴리페릴렌술피드 섬유의 복합체로 이루어지는 펠트가 개시되어 있지만, 펠트의 밀도가 작고 버너로 의해 가열된 공기가 펠트의 간격으로부터 빠져서, 불꽃이 닿고 있지 않은 반대측의 분위기 온도가 급격하게 상승하고, 불꽃이 닿고 있지 않은 반대측에 가연물을 배합했을 때에 가연물이 발화되어버릴 가능성이 있었다.

따라서, 본 발명은 높은 차염성과 단열성을 구비한 부직포를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해서, 다음과 같은 수단을 채용한다.

(1) 고온 수축률이 3% 이하이고, 또한 ISO22007-3(2008년)에 준거하는 열전도율이 0.060W/m·K 이하인 비용융 섬유(A)와, JIS K-7201-2(2007년)에 준거하는 LOI값이 25 이상인 열가소성 섬유(B)를 포함하고, 밀도가 50㎏/㎥보다 크고 200㎏/㎥보다 작은 것을 특징으로 하는 부직포.

(2) (1)에 있어서, 상기 비용융 섬유(A)의 함유율이 15∼70질량%인 부직포.

(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 비용융 섬유(A) 및 열가소성 섬유(B) 이외의 섬유(C)를 20질량% 이하 함유하는 부직포.

(4) (1)∼(3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 비용융 섬유(A)가 내염화 섬유 또는 메타아라미드계 섬유인 부직포.

(5) (1)∼(4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 열가소성 섬유(B)가 이방성 용융 폴리에스테르, 난연성 폴리(알킬렌테레프탈레이트), 난연성 폴리(아크릴로니트릴부타디엔스티렌), 난연성 폴리술폰, 폴리(에테르-에테르-케톤), 폴리(에테르-케톤-케톤), 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리아릴렌술피드, 폴리페닐술폰, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되는 수지로 이루어지는 섬유인 부직포.

(6) (5)에 있어서, 상기 열가소성 섬유(B)는 황원자를 15질량% 이상 포함하는 섬유인 부직포.

(7) (1)∼(6) 중 어느 하나에 있어서, 밀도가 70∼160㎏/㎥인 부직포.

(발명의 효과)

본 발명의 부직포는 상기의 구성을 구비함으로써, 높은 차염성과 단열성을 구비하고 있다.

도 1은 차염성 및 단열성을 평가하기 위한 연소 시험을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 고온 수축률이 3% 이하이고, 또한 ISO22007-3(2008년)에 준거하는 열전도율이 0.060W/m·K 이하인 비용융 섬유(A)와, JIS K 7201-2(2007년)에 준거하는 LOI값이 25 이상인 열가소성 섬유(B)를 포함하고, 밀도가 50㎏/㎥보다 크고 200㎏/㎥보다 작은 것을 특징으로 하는 부직포이다.

《고온 수축률》

본 발명에 있어서, 고온 수축률이란 부직포의 원료가 되는 섬유를 표준 상태(20℃, 상대습도 65%) 중에서 12시간 방치 후, 0.1cN/dtex의 장력을 주어서 원래 길이(L0)를 측정하고, 그 섬유에 대하여 하중을 부가하지 않고 290℃의 건열 분위기에 30분간 노출시키고, 표준 상태(20℃, 상대습도 65%) 중에서 충분히 냉각한 다음, 섬유에 대하여 0.1cN/dtex의 장력을 더 주어서 길이(L1)를 측정하고, L0 및 L1로부터 이하의 식으로 구해지는 수치이다.

고온 수축률 = 〔(L0-L1)/L0〕×100 (%)

불꽃이 가까워지고 열이 가해지면 열가소성 섬유가 용융하고, 용융한 열가소성 섬유가 비용융 섬유(골재)의 표면을 따라 박막 형상으로 넓어진다. 또한, 온도가 올라가면 이윽고 양 섬유는 탄화하지만, 비용융 섬유의 고온 수축률이 3% 이하이기 때문에, 고온이 된 접염(接炎)부 부근은 수축하기 어렵고 불꽃이 접하고 있지 않은 저온부와 고온도 사이에서 생긴 열응력에 의한 부직포의 파단이 생기기 어려우므로, 장시간 불꽃을 차단할 수 있다. 이 점에서, 고온 수축률은 낮은 것이 바람직하지만, 줄어들지 않아도 열에 의해 대폭 팽창되어도 열응력에 의한 부직포의 파단을 일으키는 원인이 되므로, 고온 수축률은 -5% 이상인 것이 바람직하다. 특히, 고온 수축률이 0∼2%인 것이 바람직하다.

《열전도율》

열전도율이란 열전도의 용이성을 수치화한 것이며, 열전도율이 작으면 일방의 면으로부터 재료가 가열되었을 때, 가열되지 않은 부분의 온도 상승이 작아지는 것을 의미한다. 단위면적당 중량 200g/㎡, JIS L1913(2010)에 준거하는 방법으로 측정한 두께가 2㎜(밀도 100㎏/㎥)인 펠트를 시험체로 해서 ISO22007-3(2008년)에 준거하는 방법으로 측정한 열전도율이 0.060W/m·K 이하인 소재는 열을 전달하기 어렵고, 부직포로 해서 일방의 면으로부터 가열했을 때에 가열되지 않은 반대측의 온도 상승을 억제할 수 있고, 반대측에 가연물이 배합되어도 가연물이 발화될 가능성이 낮아진다. 열전도율은 낮은 쪽이 바람직하지만, 입수 가능한 섬유 재료에서는 0.020W/m·K 정도가 상한이다.

《LOI값》

LOI값은 질소와 산소의 혼합 기체에 있어서, 물질의 연소를 지속시키는데 필요한 최소 산소량의 용적 백분률이며, LOI값이 높을수록 연소되기 어렵다고 할 수 있다. 그래서, JIS K7201-2(2007년)에 준거하는 LOI값이 25 이상인 열가소성 섬유는 연소되기 어렵고, 가령 착화되더라도 화원을 떼면 즉시 소화되어, 통상 약간 불이 번진 부분에 탄화막을 형성하여 이 탄화 부분이 연소를 방지할 수 있다. LOI값은 높은 쪽이 바람직하지만, 현실적으로 입수 가능한 물질의 LOI값의 상한은 65 정도이다.

《발화 온도》

발화 온도는 JIS K7193(2010년)에 준거한 방법으로 측정한 자연 발화 온도이다.

《융점》

융점은 JIS K7121(2012년)에 준거한 방법으로 측정한 값이다. 10℃/분으로 가열했을 때의 융해 피크 온도의 값을 말한다.

《비용융 섬유(A)》

본 발명에 있어서, 비용융 섬유(A)란 불꽃에 노출되었을 때에 액화되지 않고 섬유 형상을 유지하는 섬유를 말하고, 800℃의 온도에서 액화 및 발화되지 않는 것이 바람직하고, 1000℃ 이상의 온도에서 액화 및 발화되지 않는 것이 더욱 바람직하다. 상기 고온 수축률이 본 발명에서 규정하는 범위에 있는 비용융 섬유로서, 예를 들면 내염화 섬유, 메타아라미드계 섬유 및 유리 섬유를 들 수 있다. 내염화 섬유는 아크릴로니트릴계, 피치계, 셀룰로오스계, 페놀계 섬유 등으로부터 선택되는 섬유를 원료로 해서 내염화 처리를 행한 섬유이다. 이들은 단독으로 사용해도 2종류이상을 동시에 사용해도 좋다. 특히, 고온 수축률이 낮고 또한 후술하는 열가소성 섬유(B)가 접염시에 형성하는 피막에 의한 산소 차단 효과에 의해, 탄소화가 진행되어 고온 하에서의 내열성이 더욱 향상되는 내염화 섬유가 바람직하고, 각종 내염화 섬유 중에서 비중이 작고 유연하고 난연성이 우수한 섬유로서 아크릴로니트릴계 내염화 섬유가 보다 바람직하게 사용되고, 이러한 내염화 섬유는 전구체로서의 아크릴계 섬유를 고온의 공기 중에서 가열, 산화함으로써 얻어진다. 시판품으로서는, 후술하는 실시예 및 비교예에서 사용한 Zoltek제 내염화 섬유 PYRON(등록상표) 이외에, Toho Tenax Co., Ltd.의 PYROMEX(등록상표) 등을 들 수 있다. 또한, 일반적으로 메타아라미드계 섬유는 고온 수축률이 높고, 본 발명에서 규정하는 고온 수축률을 만족시키지 않지만 고온 수축률을 억제 처리함으로써 본 발명의 고온 수축률의 범위 내로 한 메타아라미드계 섬유이면 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 본 발명에서 바람직하게 사용되는 비용융 섬유는 비용융 섬유 단독 또는 이소재와 복합하는 방법으로 사용되고, 섬유 길이는 30∼120㎜의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 38∼70㎜의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하다. 섬유 길이가 38∼70㎜의 범위 내이면, 일반적인 니들 펀치법이나 수류 교락법으로 부직포로 하는 것이 가능하며, 이소재와 복합되는 것이 용이하다. 또한, 비용융 섬유의 단섬유의 굵기에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니지만, 카드 공정의 통과성의 점에서 단섬유 섬도는 0.1∼10dtex의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

부직포에 있어서의 비용융 섬유의 함유율이 너무 낮으면 골재로서의 기능이 불충분하게 되기 때문에, 부직포에 있어서의 비용융 섬유(A)의 혼율은 15질량% 이상인 것이 바람직하고, 20질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 상한으로서는 부직포의 생산성 및 부직포의 강도의 점에서 70질량% 이하인 것이 바람직하고, 60질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.

《열가소성 섬유(B)》

본 발명에서 사용하는 열가소성 섬유(B)으로서는 상기 LOI값이 본 발명에서 규정하는 범위에 있고, 또한 융점이 비용융 섬유(A)의 발화 온도보다 낮은 융점을 갖는 것이지만, 구체예로서는 예를 들면 이방성 용융 폴리에스테르, 난연성 폴리(알킬렌테레프탈레이트), 난연성 폴리(아크릴로니트릴부타디엔스티렌), 난연성 폴리술폰, 폴리(에테르-에테르-케톤), 폴리(에테르-케톤-케톤), 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리아릴렌술피드, 폴리페닐술폰, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되는 열가소성 수지로 구성되는 섬유를 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용해도, 2종류 이상을 동시에 사용해도 좋다. LOI값이 본 발명에서 규정하는 범위에 있음으로써, 공기 중에서의 연소를 억제하여 폴리머가 탄화하기 쉬워진다. 또한, 융점이 비용융 섬유(A)의 발화 온도보다 낮음으로써 용융한 폴리머가 비용융 섬유(A)의 표면 및 섬유 사이에서 피막을 형성하고, 또한 그것이 탄화됨으로써 산소를 차단하는 효과가 높아지게 되어 비용융 섬유(A)의 산화열화를 억제할 수 있고, 또한 그 탄화막이 우수한 차염성을 발현한다. 열가소성 섬유(B)의 융점은 비용융 섬유(A)의 발화 온도보다 200℃ 이상 낮은 것이 바람직하고, 300℃ 이상 낮은 것이 더욱 바람직하다. 이들 중에서, LOI값의 높이 및 융점의 범위 및 입수의 용이함의 점에서, 가장 바람직한 것은 폴리페닐렌술피드 섬유(이하, PPS 섬유라고 함)이다. 또한, LOI값이 본 발명에서 규정하는 범위에 없는 폴리머이어도 난연제로 처리함으로써, 처리 후의 LOI값이 본 발명에서 규정하는 범위 내이면 바람직하게 사용할 수 있다. 폴리머 구조 중 또는 난연제 중에 황원자를 포함함으로써, 폴리머 또는 난연제의 열분해시에 황산을 생성하여 폴리머 기재를 탈수 탄화시키는 기구를 발현하기 때문에 PPS는 가장 바람직하고, 난연제를 사용하는 경우에는 황계의 난연제가 더욱 바람직하다. 열가소성 섬유(B)로서, 황원자를 15질량% 이상 포함하는 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 PPS나 황계 난연제를 부여한 폴리에스테르를 들 수 있다. 상한으로서는 섬유 강도의 점에서 50질량% 이하인 것이 바람직하다.

또한, 여기에서 말하는 황원자의 비율은 열중량 분석 장치를 이용하여, 공기 기류 조건 하에서 실온으로부터 800℃까지 10℃/분의 조건으로 샘플 약 10㎎을 승온하여 열가소성 섬유를 산화 분해시키고, 분해 가스 중의 황 산화물을 가스크로마토그래피로 정량 분석함으로써 구해진다.

또한, 본 발명에서 사용되는 열가소성 섬유(B)는 상기 열가소성 수지 단독 또는 이소재와 복합하는 방법으로 사용되고, 섬유 길이는 30∼120㎜의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 38∼70㎜의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하다. 섬유 길이가 38∼70㎜의 범위 내이면, 일반적인 니들 펀치법이나 수류 교락법으로 부직포로 하는 것이 가능하여 이소재와 복합되는 것이 용이하다. 또한, 열가소성 섬유(B)의 단섬유의 굵기에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 카드 공정의 통과성의 점에서 단섬유 섬도는 0.1∼10dtex의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서 바람직하게 사용되는 PPS 섬유는 폴리머 구성 단위가 -(C₆H₄-S)-를 주요 구조 단위로 하는 중합체로 이루어지는 합성 섬유이다. 이들 PPS 중합체의 대표예로서는 폴리페닐렌술피드, 폴리페닐렌술피드술폰, 폴리페닐렌술피드케톤, 이들의 랜덤 공중합체, 블록 공중합체 및 그들의 혼합물 등을 들 수 있다. 특히 바람직한 PPS 중합체로서는 폴리머의 주요 구조 단위로서, -(C₆H₄-S)-로 나타내는 p-페닐렌술피드 단위를 바람직하게는 90mol% 이상 함유하는 폴리페닐렌술피드가 바람직하다. 질량의 관점에서는 p-페닐렌술피드 단위를 80질량%, 또한 90질량% 이상 함유하는 폴리페닐렌술피드가 바람직하다.

또한, 본 발명에서 바람직하게 사용되는 PPS 섬유는 PPS 섬유 단독 또는 이소재와 복합하는 방법으로 사용되고, 필라멘트, 스테이플 중 어느 형태이어도 좋다. 스테이플의 형태로 사용하는 경우에는, 섬유 길이는 30∼120㎜의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 38∼70㎜의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하다. 섬유 길이가 38∼70㎜의 범위 내이면, 일반적인 니들 펀치법이나 수류 교락법으로 부직포로 하는 것이 가능하며, 이소재와 복합하는 것이 용이하다. 또한, PPS의 단섬유의 굵기에 대해서도, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 카드 공정의 통과성의 점에서, 단섬유 섬도는 0.1∼10dtex의 범위 내에 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서 사용되는 PPS 섬유의 제조 방법은 상술의 페닐렌술피드 구조 단위를 갖는 폴리머를 그 융점 이상으로 용융하고, 방사 구금로부터 방출함으로써 섬유 형상으로 하는 방법이 바람직하다. 방출된 섬유는 그대로는 미연신의 PPS 섬유이다. 미연신의 PPS 섬유는 그 대부분이 비결정 구조이며, 파단 신도는 높다. 한편, 이러한 섬유는 열에 의한 치수 안정성이 열악하므로, 방출에 이어서 열 신장해서 배향시켜, 섬유의 강력과 열치수 안정성을 향상시킨 연신사가 시판되고 있다. PPS 섬유로서는 "TORCON"(등록상표)(Toray Industries, Inc.제), "PROCON"(등록상표)(Toyobo Co., Ltd.제) 등 복수의 것이 유통되고 있다.

본 발명에 있어서는 본 발명의 범위를 만족시키는 범위에서 상기 미연신의 PPS 섬유와 연신사를 병용할 수 있다. 또한, PPS 섬유 대신에 본 발명의 범위를 만족시키는 섬유의 연신사와 미연신사를 병용하는 것이어도 물론 상관없다.

부직포에 있어서의 열가소성 섬유(B)의 혼율이 너무 낮으면, 골재의 비용융 섬유의 사이에 열가소성 섬유가 충분히 막 형상으로 넓어지지 않기 때문에, 부직포에 있어서의 열가소성 섬유(B)의 혼율은 10질량% 이상인 것이 바람직하고, 20질량% 이상인 것이 보다 바람직하다. 열가소성 섬유(B)의 혼율이 너무 높아지게 되면, 접염시에 탄화 부분이 약해지기 쉽고 차염성이 저하해버리기 때문에, 상한으로서는 80질량% 이하인 것이 바람직하고, 70질량% 이하인 것이 보다 바람직하다.

《비용융 섬유(A) 및 열가소성 섬유(B) 이외의 섬유(C)》

비용융 섬유(A) 및 열가소성 섬유(B) 이외의 섬유(C)를 부직포에 특정 성능을 더욱 부가하기 위해 함유시켜도 좋다. 예를 들면, 부직포의 흡습성이나 흡수성을 향상시키기 위해서, 비닐론 섬유, 열가소성 섬유(B) 이외의 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유 등을 사용해도 좋다. 또한, 섬유(C)의 혼율은 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 한 특별히 제한은 없지만, 상기 비용융 섬유(A) 및 열가소성 섬유(B) 이외의 섬유(C)의 혼율이 20질량% 이하인 것이 바람직하고, 15질량% 이하인 것이 보다 바람직하다. 섬유(C)를 사용하는 경우의 하한으로서는 그 소망의 성능이 부가되면 특별히 제한은 없지만, 통상 10질량% 정도인 것이 바람직하다.

본 발명의 부직포의 두께는 JIS L-1913(2010년)에 준거하는 방법으로 측정한 것으로, 0.08㎜ 이상인 것이 바람직하다. 부직포의 두께가 너무 얇으면 충분한 차염 성능 및 단열 성능을 얻을 수 없다.

본 발명의 부직포에 사용하는 섬유의 형태로서, 섬유끼리의 얽힘성을 충분히 얻기 위해서, 섬유의 권축수는 7개/2.54㎝ 이상인 것이 바람직하고, 또한 12개/2.54㎝ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 권축수란 JIS L 1015(2000)에 준거하여 측정한 것이다.

비용융 섬유(A) 및 열가소성 섬유(B)의 단섬유의 길이는 보다 균일한 부직포를 얻기 위해서, 같은 길이로 하는 것이 바람직하다. 또한, 같은 길이는 엄밀하게 같지 않아도 좋고, 비용융 섬유(A)의 길이에 대하여 ±5% 정도의 차이가 있어도 좋다. 이러한 관점에서, 비용융 섬유의 섬유 길이도, 열가소성 섬유(B), 또는 섬유(C)의 섬유 길이도, 섬유 길이는 30∼120㎜의 범위 내에 있는 것이 바람직하고, 38∼70㎜의 범위 내에 있는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 부직포는 상기 단섬유를 사용하여 니들 펀치법이나 수류 교락법 등으로 제조된다. 부직포의 구조는 본 발명에서 규정하는 범위 내이면 제한되는 것은 아니지만, 부직포의 밀도가 50㎏/㎥보다 크고 200㎏/㎥보다 작은 것이 필요하며, 55∼180㎏/㎥이 바람직하고, 70∼160㎏/㎥인 것이 더욱 바람직하고, 특히 바람직하게는 75∼160㎏/㎥인 것이 바람직하다. 밀도는 30㎝×30㎝의 샘플 중량을 JIS L1913(2010)에 준거하는 방법으로 측정한 두께로 나누는 것으로 산출된다.

본 발명의 부직포가 우수한 차염 기능과 단열성을 양립하기 위해서는 부직포의 밀도가 중요하다. 전열은 고체 물질을 통해서 생기는 것, 기체를 통해서 생기는 것 및 복사에 의한 것이 있다. 밀도가 증가하면, 부직포를 구성하는 섬유의 단위체적 중의 점유 체적이 증가하고, 또한 섬유끼리의 접촉점도 증가하기 때문에, 열전도성이 높아지게 된다. 구체적으로는, 밀도가 200㎏/㎥보다 크면, 불꽃에 의해 탄화한 폴리페닐렌술피드에 의해 열을 전하기 쉽고, 불꽃이 닿고 있지 않은 뒷쪽의 온도가 급격히 상승하기 쉽다. 한편으로, 밀도가 50㎏/㎥보다 작으면, 부직포의 일방의 면이 가열되었을 때 가열된 고온의 공기가 부직포의 반대측으로 빠지기 쉬워지고 공기의 흐름에 의한 열전도가 촉진되어, 불꽃이 닿고 있지 않은 뒷쪽의 온도가 급격히 상승하기 쉽다. 즉, 부직포의 밀도를 50㎏/㎥보다 크고 200㎏/㎥보다 작은 범위로 함으로써, 불꽃이 닿은 부분에서는 PPS 섬유가 적당히 탄화막화해서 차염 기능을 발현하면서, 부직포의 두께 방향으로 적당히 미세한 공기층을 유지함으로써 고체 물질 및 기체를 통한 열전도를 억제하여 단열성도 우수하다. 즉, 밀도의 값이 일정 범위 내인 것이 중요하다. 한편, 복사에 의한 전열은 밀도가 큰 쪽이 억제된다. 즉, 밀도의 역수가 작은 쪽이 복사에 의한 전열은 억제된다. 이상을 감안하면, 우수한 단열성은 밀도와 밀도의 역수의 합, 즉 {밀도+(1/밀도)}을 적절한 범위로 함으로써 달성된다. 고체 물질을 통해서 생기는 것, 기체를 통해서 생기는 것 및 복사에 의한 전열 효과는 각각 영향의 정도가 상이하기 때문에, 엄밀하게 말하면 밀도의 항과 (1/밀도)의 항의 각각의 가중치를 실험적으로 구할 필요가 있지만, 본 발명의 범위에 있어서는 우수한 차염성과 단열성을 얻기 위해서는 밀도(㎏/㎥)+1/밀도(㎏/㎥)의 값이 20∼400인 것이 바람직하고, 25∼350인 것이 보다 바람직하고, 30∼300인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 이러한 구조를 유지하는 부직포의 두께가 증가할수록 단열성은 비례해서 향상된다.

부직포 제조 후, 본 발명에서 규정하는 범위 내이면, 텐터를 사용하여 열 세팅해도 좋고, 캘린더 가공을 행해도 좋다. 당연, 생기 그대로 사용해도 좋다. 세트 온도는 고온 수축률을 억제하는 효과가 얻어지는 온도가 좋고, 바람직하게는 160∼240℃, 보다 바람직하게는 190∼230℃이다. 캘린더 가공은 부직포의 두께, 결국은 밀도를 조정하는 것이며, 본 발명에서 규정하는 범위 내의 물성을 갖는 부직포가 얻어지면, 캘린더의 속도, 압력, 온도는 제한되는 것은 아니다.

이리하여 얻어지는 본 발명의 부직포는 차염성 및 단열성이 우수하고, 특히 가연물과 복합됨으로써 화재 연소 방지 효과를 발휘하므로, 난연성이 요구되는 의료재, 벽재, 바닥재, 천장재, 피복재 등에 사용하는데 바람직하며, 특히 내화 방호복이나, 자동차나 항공기 등의 우레탄 시트재의 연소 방지 피복재 및 침대 매트리스의 연소 방지에 사용하는데 적합하게 사용할 수 있다.

실시예

다음에, 실시예에 근거해서 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이들의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 범위를 벗어나지 않는 범위에 있어서, 다양한 변형이나 수정이 가능하다. 또한, 본 실시예에서 사용하는 각종 특성의 측정 방법은 이하와 같다.

[단위면적당 중량]

30㎝×30㎝의 샘플의 중량을 측정하여 1㎡당 중량(g/㎡)으로 나타냈다.

[두께]

JIS L-1913(2010년)에 준거하여 측정했다.

[차염성 및 단열성 평가]

Fuji Gomu Co., Ltd.로부터 시판되고 있는 연질 우레탄폼을 세로 20㎝, 가로 20㎝, 두께 20㎝로 자르고, 우레탄폼(1)이라고 한다. 본 발명의 부직포(2)를 우레탄폼(1)의 표면에 피복하고, 도 1의 3으로 나타낸 개소를 면사로 봉제하여 봉제부(3)를 형성한다. 샘플로부터 5㎝ 떨어진 위치에서, 버너(4)로 2분간 가열한다. 버너(4)로서, Shinfuji Burner Co., Ltd.제 POWER TORCH RZ-730을 사용했다. 불꽃의 온도는 열전대를 사용하여 1000℃가 되도록 조정한다. 2분간 가열 후에 버너의 불꽃을 끄고, 부직포와 내부의 우레탄의 상태를 관찰했다. 2분간 가열 후에도 부직포에 구멍이 뚫려 있지 않은 경우에는 「차염성 있음」으로 하고, A로 한다. 2분간 가열 중에 부직포에 구멍이 뚫리고, 내부의 우레탄폼에 불꽃이 닿은 경우에는 「차염성 없음」으로 하고, F로 한다. 2분간 가열 후에 버너의 불꽃을 끄고, 실온에서 10분간 냉각 후, 내부의 우레탄폼에 인화해서 연소하고 있는, 또는 우레탄폼이 전소한 경우에는 우레탄폼에의 「단열성 없음」으로 하고, F로 한다. 버너의 불꽃을 끈 후에 자기 소화해서 우레탄폼이 남은 경우를 B, 자기 소화하고 또한 우레탄폼의 중량 감소율이 5질량% 이하인 경우를 A로 했다.

다음에, 이하의 실시예 및 비교예에 있어서의 용어에 대해서 설명한다.

《PPS 섬유의 연신사》

연신된 PPS 섬유로서, 단섬유 섬도 2.2dtex(지름 14㎛), 컷 길이 51㎜의 Toray Industries, Inc.제 "TORCON"(등록상표), 품번 S371을 사용했다. 이 PPS 섬유의 LOI값은 34, 융점은 284℃이며, 권축수는 11개/2.54㎝이다. 섬유 중의 황원자의 비율은 26.2질량%이었다.

《내염화사》

1.7dtex의 Zoltek제 내염화 섬유 PYRON을 51㎜로 커팅한 것을 사용했다. PYRON의 고온 수축률은 1.6%이었다. JIS K7193(2010년)에 준거한 방법으로 가열한 바, 1000℃에서도 발화는 확인되지 않고, 발화 온도는 1000℃ 이상이다. 또한, 열전도율은 0.042W/m·K이었다. 권축수는 10개/2.54㎝이다.

《폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)섬유》

연신된 PET 섬유로서, 단섬유 섬도 2.2dtex(지름 14㎛), 컷 길이 51㎜의 Toray Industries, Inc.제 "TETORON"(등록상표)을 사용했다. 이 PET 섬유의 LOI값은 22, 융점은 267도℃이다. 권축수는 17개/2.54㎝이다. 섬유 중에서 황원자는 검출되지 않았다.

《탄소 섬유》

지름 30미크론의 Toray Industries, Inc.제 "TORAYCA"(등록상표)를 51㎜로 커팅한 것을 사용했다. 열전도율은 8.4W/m·K이었다.

[실시예 1]

(부직포 제작)

PPS 섬유의 연신사 및 내염화사를 개섬기에 의해 혼합하고, 이어서 혼타면기에 의해 더욱 혼합하고, 이어서 카드기를 통과해서 웹을 작성했다. 얻어진 웹을 크로스랩기에 의해 적층한 후, 수류 교락 머신으로 펠트화하여 PPS 섬유의 연신사 및 내염화사로 이루어지는 부직포를 얻었다. 부직포의 PPS 섬유의 연신사와 내염화사의 중량 혼율은 60대40, 단위면적당 중량은 100g/㎡, 두께는 1.21㎜이었다.

(차염성 및 단열성 평가)

2분간, 불꽃은 부직포를 관통하지 않고, 내부의 우레탄폼에의 착화도 없고, 우레탄폼의 중량 감소율은 0.7질량%이며, 충분한 차염성과 단열성을 가지고 있었다.

[실시예 2]

실시예 1에서, 부직포의 PPS 섬유의 연신사와 내염화사의 중량 혼율을 90대10로 변경하고, 단위면적당 중량 100g/㎡, 두께는 1.53㎜인 부직포를 얻었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하지 않고, 내부의 우레탄폼에의 착화도 없고, 우레탄폼의 중량 감소율은 15.2질량%이며, 충분한 차염성과 단열성을 가지고 있었다.

[실시예 3]

실시예 1에서, 부직포의 PPS 섬유의 연신사와 내염화사의 중량 혼율을 30대70로 변경하고, 단위면적당 중량 100g/㎡, 두께는 1.64㎜인 부직포를 얻었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하지 않고, 내부의 우레탄폼에의 착화도 없고, 우레탄폼의 중량 감소율은 1.2질량%이며, 충분한 차염성과 단열성을 가지고 있었다.

[실시예 4]

실시예 1에서, 부직포의 PPS 섬유의 연신사와 내염화사의 중량 혼율을 10대90로 변경하고, 단위면적당 중량 100g/㎡, 두께는 1.63㎜인 부직포를 얻었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하지 않고, 내부의 우레탄폼에의 착화도 없고, 우레탄폼의 중량 감소율은 5.6질량%이며, 충분한 차염성과 단열성을 가지고 있었다.

[실시예 5]

실시예 1에서, 부직포의 단위면적당 중량을 50g/㎡로 변경하고, 두께는 0.89㎜인 부직포를 얻었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하지 않고, 내부의 우레탄폼에의 착화도 없고, 우레탄폼의 중량 감소율은 3.2질량%이며, 충분한 차염성과 단열성을 가지고 있었다.

[실시예 6]

실시예 1에서, 부직포의 단위면적당 중량을 120g/㎡로 변경하고, 두께는 1.91㎜인 부직포를 얻었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하지 않고, 내부의 우레탄폼에의 착화도 없고, 우레탄폼의 중량 감소율은 0.3질량%이며, 충분한 차염성과 단열성을 가지고 있었다.

[실시예 7]

실시예 1에서, 펠트화의 방법을 니들 펀치로 변경하여 PPS 섬유의 연신사 및 내염화사로 이루어지는 부직포를 얻었다. 부직포의 PPS 섬유의 연신사와 내염화사의 중량 혼율은 60대40, 단위면적당 중량은 300g/㎡, 두께는 3.12㎜이었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하지 않고, 내부의 우레탄폼에의 착화도 없고, 우레탄폼의 중량 감소율은 0.1질량%이며, 충분한 차염성과 단열성을 가지고 있었다.

[실시예 8]

실시예 7에서 얻은 부직포를 수지 롤-수지 롤의 캘린더를 사용하여, 상온, 선압 50N/㎝, 롤 회전 속도 5m/분으로 1회 통과시켜 단위면적당 중량 300g/㎡, 두께는 1.87㎜의 부직포로 했다.

[실시예 9]

실시예 1에서, PPS 섬유의 연신사와 내염화사 이외에, PET섬유를 혼합하고, PPS 섬유의 연신사, 내염화사 및 PET 섬유 중량 혼율을 40대40대20으로 하여 단위면적당 중량 100g/㎡, 두께는 1.30㎜인 부직포를 얻었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하지 않고, 내부의 우레탄폼에의 착화도 없고, 우레탄폼의 중량 감소율은 4.7질량%이며, 충분한 차염성과 단열성을 가지고 있었다.

[비교예 1]

1.7dtex의 Zoltek제 내염화 섬유 PYRON, 1.0dtex의 Toray Industries, Inc.제 PPS 연신사 "TORCON"(등록상표), 및 3.0dtex의 Toray Industries, Inc.제 PPS 미연신사 "TORCON"(등록상표)을 각각 6㎜로 절단하고, 이 내염화 섬유와 PPS 섬유의 미연신사와 PPS 섬유의 연신사를 40대30대30(즉, 내염화사 40대PPS 섬유 60)의 중량 비율이 되도록 준비했다. 그들을 물에 분산시켜 분산액을 작성했다. 분산액으로부터 핸드메이드의 초지기로 습지를 작성했다. 습지를 회전형 건조기를 사용하여 110℃에서 70초간 가열, 건조하고, 계속해서 철 롤 표면 온도를 200℃로 하고 선압 490N/㎝, 롤 회전 속도 5m/분으로 한 면 1회씩, 계 2회, 가열·가압하여 부직포를 얻었다. 얻어진 부직포는 무게 100g/㎡, 두께 0.15㎜이었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하는 것은 없었지만, 가열 1분 30초 후에 내부의 우레탄폼으로부터 발화되고, 버너의 불꽃을 끄고 나서 10분 후에는 우레탄폼이 전소했다.

[비교예 2]

실시예 7에서, 부직포의 단위면적당 중량을 50g/㎡, 두께 10㎜로 변경하여 부직포를 얻었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하는 것은 없었지만, 가열 1분 후에 내부의 우레탄폼으로부터 발화되고, 버너의 불꽃을 끄고 나서 10분 후에는 우레탄폼이 전소했다.

[비교예 3]

실시예 7에서, 내염화사 대신에 탄소 섬유를 사용하고, 연신된 PPS 섬유와 탄소 섬유의 비율을 60대40으로 하여 단위면적당 중량 100g/㎡, 두께 1.89㎜의 부직포를 얻었다.

본 부직포는 2분간, 불꽃은 부직포를 관통하는 것은 없었지만, 가열 1분 50초 후에 내부의 우레탄폼으로부터 발화되고, 버너의 불꽃을 끄고 나서 10분 후에는 우레탄폼이 전소했다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명은 화재의 연소 방지에 유효하고, 난연성이 요구되는 의료재, 벽재, 마루재, 천장재, 피복재 등에 사용하는데 바람직하며, 특히 내화방호복이나 자동차나 항공기 등의 우레탄 시트재의 연소 방지 피복재 및 침대 매트리스의 연소 방지에서 사용하는데 바람직하다.

1 우레탄폼 2 부직포
3 봉제부 4 버너

Claims

고온 수축률이 3% 이하이고, 또한 ISO22007-3(2008년)에 준거하는 열전도율이 0.060W/m·K 이하인 비용융 섬유(A)와, JIS K 7201-2(2007년)에 준거하는 LOI값이 25 이상인 열가소성 섬유(B)를 포함하고, 밀도가 50㎏/㎥보다 크고 200㎏/㎥보다 작은 것을 특징으로 하는 부직포.
제 1 항에 있어서,
상기 비용융 섬유(A)의 함유율이 15∼70질량%인 부직포.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 비용융 섬유(A) 및 열가소성 섬유(B) 이외의 섬유(C)를 20질량% 이하 함유하는 부직포.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 비용융 섬유(A)가 내염화 섬유 또는 메타아라미드계 섬유인 부직포.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 열가소성 섬유(B)가 이방성 용융 폴리에스테르, 난연성 폴리(알킬렌테레프탈레이트), 난연성 폴리(아크릴로니트릴부타디엔스티렌), 난연성 폴리술폰, 폴리(에테르-에테르-케톤), 폴리(에테르-케톤-케톤), 폴리에테르술폰, 폴리아릴레이트, 폴리아릴렌술피드, 폴리페닐술폰, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되는 수지로 이루어지는 섬유인 부직포.
제 5 항에 있어서,
상기 열가소성 섬유(B)는 황원자를 15질량% 이상 포함하는 섬유인 부직포.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
밀도가 70∼160㎏/㎥인 부직포.