JP2010106388A

JP2010106388A - 耐熱性不織布

Info

Publication number: JP2010106388A
Application number: JP2008278673A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Yamada; 裕介山田; Toshiyuki Shimizu; 俊行清水
Original assignee: Asahi Kasei Fibers Corp
Current assignee: Asahi Kasei Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-05-13
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: JP5249713B2

Abstract

【課題】製造工程が容易で、芳香族ポリエーテルケトンの持つ優れた耐薬品性、難燃性、耐熱性を保持しつつ、寸法安定性、強度などの物理的特性に優れた芳香族ポリエーテルケトンの長繊維からなる耐熱性不織布を提供する。
【解決手段】芳香族ポリエーテルケトンの長繊維からなることを特徴とする耐熱性不織布であり、好ましくは、前記長繊維の繊維径が３〜５０μｍ、結晶化度が２０〜６０％であり、前記不織布が、圧着面積率３％以上の熱圧着で一体化されていることを特徴とする耐熱性不織布。
【選択図】なし

Description

本発明は、芳香族ポリエーテルケトンの長繊維からなる耐熱性不織布に関する。

芳香族ポリエーテルケトン樹脂は、熱可塑性の結晶性樹脂であり、高い衝撃特性、耐熱性、耐加水分解性、耐放射線性、耐薬品性などに優れた特性を有しており、電気部品や自動車部品などの用途に有望視されている。また、芳香族ポリエーテルケトンからなる不織布は、工業薬品用のフィルター、バグフィルター、電池セパレータなどへの用途が期待されている。

芳香族ポリエーテルケトン不織布の製造方法としては、これまで、ニードルパンチ法、抄紙法など、様々な方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、ニードルパンチングを行った後に、定法にしたがって乾燥することにより不織布を得る方法が記載されている。また、特許文献２には、スラリーから抄紙することにより不織布を得る方法が開示されている。

しかしながら、これらの方法は、製造時の工程が多くなりやすく、複雑な工程となり、経済的効率に問題があった。
また、特許文献１および２に示す不織布は、いずれも短繊維不織布であり、短繊維不織布は、製造時や使用時に、摩擦による毛羽立ち、あるいは、毛羽抜けが発生するという問題があった。

したがって、簡易な方法で、経済的効率が良好であり、生産安定性に優れ、耐熱性を有し、毛羽立ち、毛羽抜けの少ない芳香族ポリエーテルケトン繊維不織布が望まれている。

再公表特許：ＷＯ２００５／００１１８７号公報再公表特許：ＷＯ２００５／０５７６８９号公報

本発明の目的は、製造工程が容易で、芳香族ポリエーテルケトンの持つ優れた耐薬品性、難燃性、耐熱性を保持しつつ、寸法安定性、強度などの物理的特性に優れた芳香族ポリエーテルケトンの長繊維からなる耐熱性不織布を提供することである。

本発明者らは、上記のような従来技術の問題を解決すべく鋭意検討した結果、芳香族ポリエーテルケトンの長繊維からなる不織布において、繊維径を特定範囲とし、熱圧着で一体化することにより、毛羽立ち、毛羽抜けが抑えられ、耐熱性、力学的強度に優れた、芳香族ポリエーテルケトン長繊維不織布が得られることを見出し、本発明をなすに至った。

すなわち、本発明は下記のとおりである。
１．芳香族ポリエーテルケトンの長繊維からなることを特徴とする耐熱性不織布。
２．前記長繊維の繊維径が３〜５０μｍであることを特徴とする上記１に記載の耐熱性不織布。

３．前記不織布が、圧着面積率３％以上の熱圧着で一体化されていることを特徴とする上記１または２記載の耐熱性不織布。
４．前記長繊維の結晶化度が２０〜６０％であることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の耐熱性不織布。

５．前記不織布が、ニードルパンチもしくはウォータージェットパンチで一体化されていることを特徴とする上記１または２記載の耐熱性不織布。
６．前記不織布の毛羽等級が３級以上であり、単位目付けあたりの引張強力が１．５〜４．５（Ｎ／５ｃｍ）／（ｇ／ｍ^２）の範囲であることを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の耐熱性不織布。

７．前記不織布の熱収縮率が２０％以下であることを特徴とする上記１〜５のいずれかに記載の耐熱性不織布。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の耐熱性不織布は、芳香族ポリエーテルケトンの長繊維からなる。

本発明において、芳香族ポリエーテルケトンとしては、具体的には、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、ポリエーテルケトンなどが挙げられるが、現在、工業的に生産されている芳香族ポリエーテルケトンとしては、ポリエーテルエーテルケトンが好ましい。

本発明の耐熱性不織布において、芳香族ポリエーテルケトン繊維の繊維径は、３〜５０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは５〜３０μｍであり、特に好ましくは７〜１５μｍである。繊維径が上記の範囲内であると、不織布としての外観、均一性、実用上の強度が維持でき、更に、不織布の紡糸工程が安定して、均一な不織布を得ることができる。

従来、芳香族ポリエーテルケトンからなる繊維において、上記のような繊維径の範囲で、連続長繊維ウェブを安定して均一に形成することは非常に難しかった。具体的には、紡糸工程で、上記範囲の繊維径を有する長繊維を、安定して、均一に繊維化し、ウェブ化することが困難であるという問題があるため、特に、より細い繊維径の領域においては、この問題がさらに顕著であり、解決が求められていた難易度の高い課題であった。

本発明では、後述の製造方法を用いて、この困難な課題を解決したものである。特に、紡糸工程において、芳香族ポリエーテルケトンポリマーの均一な延伸がなされ、連続長繊維ウェブを安定して均一に形成できるようになった。
本発明において、芳香族ポリエーテルケトン繊維の強度は、２．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上が好ましく、より好ましくは３．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、特に好ましくは４．０〜８．０ｃＮ／ｄｔｅｘである。

本発明において、芳香族ポリエーテルケトン繊維の結晶化度は、２０〜６０％が好ましく、３０〜５０％がより好ましい。結晶化度が上記の範囲であると、繊維自体の熱収縮が少なく、さらに、繊維の熱圧着性が改善され、熱処理されていないウェブを、エンボスロール又はカレンダーロールなどにより連続的に熱圧着することによって、一体化接合することができる。

本発明の耐熱性不織布において、単位目付けあたりの不織布の引張強力は、１．５〜４．５（Ｎ／５ｃｍ）／（ｇ／ｍ^２）の範囲が好ましく、より好ましくは２．０〜４．０（Ｎ／５ｃｍ）／（ｇ／ｍ^２）の範囲である。
本発明の耐熱性不織布は、表面の耐毛羽性に優れており、学振型磨耗試験機での評価で、毛羽等級３級以上であることが好ましく、より好ましくは４級以上である。この範囲の毛羽等級であると、耐磨耗性が良好であり、実用上の磨耗問題を解消できる。

本発明の耐熱性不織布は、熱収縮率が２０％以下であることが好ましく、さらに好ましくは１８％以下であり、特に好ましくは１０％以下である。熱収縮率が上記の範囲であると、加熱条件下で使用した場合でも寸法安定性に優れたものとなる。

本発明の耐熱性不織布は、積層構造の不織布とすることができる。例えば、長繊維のスパンボンド不織布（Ｓ）と極細繊維のメルトブロー不織布（Ｍ）とを、ＳＭＳ、ＳＳＭＭＳＳなどの積層構造とした不織布も、好ましい態様のひとつである。

積層構造の不織布の場合、極細繊維の繊維径は、１〜５μｍが好ましく、より好ましくは２〜４μｍである。また、メルトブロー不織布の比率は３〜３０ｗｔ％が好ましく、より好ましくは、５〜２０ｗｔ％である。

本発明の耐熱性不織布は、熱圧着、ニードルパンチもしくはウォータージェットパンチで一体化されていることが好ましい。これらの手段で一体化することにより、毛羽立ち、毛羽抜けを抑え、力学的強度に優れた、芳香族ポリエーテルケトン長繊維不織布が得られる。

熱圧着の場合は、圧着面積率が３〜３０％であることが好ましく、より好ましくは１０〜２０％である。芳香族ポリエーテルケトンのポリマーは融点が高く、分子が剛直であり、熱圧着性が低いが、本発明におけるように、繊維径が３〜５０μｍの長繊維である場合、又は、極細繊維を含有する場合には、繊維自体の熱圧着性が改善され、熱圧着による一体化が容易となる。具体的な熱圧着条件は後述する。

ニードルパンチの場合は、針の打ち込み頻度としては、１００〜２００回／ｃｍ^２の条件が好ましい範囲である。
なお、芳香族ポリエーテルケトンからなる長繊維で構成される不織布と、他の熱可塑性合成繊維不織布との複合不織布も、本発明の態様のひとつである。

次に、芳香族ポリエーテルケトンからなる長繊維不織布を製造する方法を説明する。
紡糸工程では、芳香族ポリエーテルケトン樹脂を、通常の押出し機で溶融した後、溶融物を、計量ポンプを経て、多数の細孔を有する紡糸口金に送り込み、溶融押出しする。
紡糸温度は、３５０〜４２０℃が好ましく、さらに好ましくは３５０℃〜３９０℃である。紡糸温度が低すぎると、安定した溶融状態にはならず、繊維斑が大きくなる。

通常、芳香族ポリエーテルケトンポリマーは融点が高く、分子が剛直であるため、紡糸での延伸が効き難いので、低速度での紡糸が行われるが、本発明では、繊維が細い（繊維径が好ましくは３〜５０μｍ）ため、高速、高率で延伸できる。紡糸速度の範囲は、３０００〜９０００ｍ／分が好ましく、より好ましくは、３５００〜７０００ｍ／分である。

紡糸速度は、フィラメント単糸の細化の指標であり、高速にするほど単糸の細化が進み低繊度の繊維となる。この紡糸速度は、主として吐出量、エジェクター等の高速牽引装置の位置、送入される空気の圧力などの条件に支配されるが、本発明では３０００〜９０００ｍ／分が好ましい。
紡出されたフィラメント群は、エジェクター等の高速牽引装置で延伸される。

エジェクター等の高速牽引装置の出口から空気流とともに噴出されるフィラメント群は、さらにその下方に設置された移動式の多孔性の受器の上、具体的には、金属製あるいは樹脂製の定速走行している網状物の上に、ウェブとして捕集される。ウェブの捕集に際しては、フィラメント群に随伴して受器に当たる空気流のために、いったん堆積したウェブが吹き流されて乱れたものになる場合があり、この現象を防ぐためには、受器の下方から空気を吸引する手段を採用することが望ましい。

上記のようにして得られたウェブを、連続的に、熱圧着処理等によってシート化することにより、不織布を得ることができる。
熱圧着処理の温度及び圧力は、得られる不織布の目付け、速度などの条件により適宜選択されるべきものであり、一概には定められない点もあるが、熱接着は、３００〜３２０℃の加熱下で、圧着面積率が３％以上であることが好ましく、より好ましくは１０〜２０％であり、熱接着処理により良好な繊維相互間の接着を行うことができる。

熱接着加工の方法としては、加熱された平板を用いることもできるが、一対のエンボスロール又はカレンダーロール間にウェブを通して接着させる方法が、生産性に優れている。
上記のカレンダーロールとしては、その表面が平滑なもの、模様の彫刻されたものを用いることができ、あるいは、これらの同種または異種のローラーの組み合わせから成る複数の回転ローラーの使用も可能である。

熱接着部の全面積は、不織布の全表面に対して３％以上とすることが、不織布の強度を良好に発揮させる上で好ましい。また、熱接着を行う前に、ニードルパンチ法にて繊維の絡合処理を行っても良い。

本発明の耐熱性不織布は、芳香族ポリエーテルケトンが本来有している耐薬品性や耐熱性に加えて、さらに、毛羽立ち、毛羽抜けが低減し、優れた強力を有する芳香族ポリエーテルケトン長繊維からなる耐熱性不織布であり、簡易な方法で、生産安定性に優れた工程で製造できる。
本発明の耐熱性不織布は、一般産業資材、難燃被覆材、特に耐薬品性や耐熱性を要求される、フィルター関連用途、電池セパレータなどに好適に用いることができる。

以下、実施例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらの実施例などにより何ら制限されるものではない。
なお、測定方法等は下記の通りである。

（１）繊維径
試料の任意の１０箇所を、マイクロスコープの倍率１０００倍にて撮影し、５０点の繊維の直径を測定し、平均値を算出した。

（２）単糸強度
通常の引張試験機を用い、試料長１００ｍｍ、引張速度２００ｍｍ／分の条件で、応力、伸度曲線を求めて、最大応力を試料の繊度で割った値を単糸の強度とした。

（３）結晶化度
示差熱分析計（ＴＡインスツルメント社：ＤＳＣ２９２０)を用いて、５．０ｍｇの試料を、以下の条件で測定し、融解ピークを求めた。
測定雰囲気：窒素ガス流量：１５０ｍｌ／分、昇温速度：２０℃／分
測定範囲：３０〜３５０℃

（４）不織布の目付
ＪＩＳ−Ｌ−１９０６に準じて測定した。
（５）不織布の引張強力
ＪＩＳ−Ｌ−１９０６に準じて測定し、ＭＤ方向とＣＤ方向の平均値を、不織布の引張強力とした。

（６）不織布の毛羽試験
不織布の両端１０ｃｍを除き、幅２０ｃｍ当たり、ＣＤ、ＭＤ方向に、２５ｍｍ×３００ｍｍの試験片を６点採取した。日本学術振興会型堅牢度試験機を用いて、摩擦子の荷重が２００ｇ、摩擦子側には摩擦係数が適当と考えられるリンレイクロス一重梱包用Ｎｏ.３１４布粘着テープを使用し、５０回動作させた。耐毛羽性は、各試験片について、以下の基準で等級づけ、平均値により、毛羽等級を決定した（小数点以下を四捨五入した）。

１級：試験片が破損するほど繊維が剥ぎ取られる。
２級：繊維が１０本以上剥ぎ取られる、もしくは毛玉が大きくはっきり見られる、または複数箇所で繊維が浮き上がりはじめる。
３級：繊維が３〜１０本程度剥ぎ取られる、もしくははっきりとした毛玉ができはじめ、または小さな毛玉が複数見られる。
４級：繊維が１〜２本程度剥ぎ取られる、もしくは一ヶ所に小さな毛玉ができはじめる程度に毛羽立っている。
５級：毛羽立ちがない。

（７）不織布の熱収縮率
熱風オーブン（タバイエスペック社製：HIGH-TEMP OVEN PHH-300）を用い、１０ｃｍ角の試料３点を、熱風空気雰囲気下で、１８０℃３０分間暴露し、不織布の面積収縮率を測定して、３点の平均値を求めた。

〔実施例１〕
ポリエーテルエーテルケトン樹脂（Victrex社製、PEEK-90G）を３９０℃で溶融し、ノズル径０．２５ｍｍの紡口口金から押出し、エジェクターで吸引しながら紡糸速度６０００ｍ／分で延伸し、移動する多孔質帯状体に捕集、堆積させて長繊維ウェブを作製した。このウェブを、３２０℃に加熱したフラットロールを用い線圧３００Ｎ／ｃｍで熱圧着して、目付７０ｇ／ｍ^２の長繊維不織布を作製した。
得られた長繊維不織布について、構成繊維の繊維径、強度、結晶化度、不織布の目付、熱収縮率、引張強力、毛羽等級などを表１に示す。

〔実施例２〕
紡糸速度を３５００ｍ／分に変えたこと以外は、実施例１と同様にして長繊維不織布を作製した。得られた長繊維不織布について、構成繊維の繊維径、強度、結晶化度、不織布の目付、熱収縮率、引張強力、毛羽等級などを表１に示す。

〔実施例３〕
紡糸速度を３５００ｍ／分に変え、捕集、堆積させて得られた長繊維ウェブにニードルパンチ加工（１５０回／ｃｍ^２）を行ったこと以外は、実施例１と同様にして長繊維不織布を作製した。得られた長繊維不織布について、構成繊維の繊維径、強度、結晶化度、不織布の目付、熱収縮率、引張強力、毛羽等級などを表１に示す。

〔実施例４〕
捕集、堆積させて得られた長繊維ウェブにニードルパンチ加工（１５０回／ｃｍ^２）を行ったこと以外は、実施例１と同様にして長繊維不織布を作製した。得られた長繊維不織布について、構成繊維の繊維径、強度、結晶化度、不織布の目付、熱収縮率、引張強力、毛羽等級などを表１に示す。

〔比較例１〕
実施例１で用いたのと同じポリエーテルエーテルケトン樹脂を３９０℃で溶融し、ノズル径０．４５ｍｍの紡糸口金から押出し、速度１５０ｍ／分で巻き取り、次いで、１００℃、２００ｍ／分で、延伸倍率２．０倍で延伸し、１４ｄｔｅｘの繊維を得た。
得られた繊維を長さ５１ｍｍのステープルに切断した。この繊維を捲縮後、定法により混綿して目付７０ｇ／ｍ^２のウェブを作製し、さらにニードルパンチ加工（１５０回／ｃｍ^２）を行うことにより短繊維不織布を得た。得られた短繊維不織布の物性を測定、評価した結果を表１に示す。

本発明の耐熱性不織布は、一般産業用資材、難燃性被覆材、フィルター関連用途、電池セパレータなどを始めとして広範囲な用途に使用することができ、産業用資材としての実用性が高く、利用分野が極めて広い。

Claims

芳香族ポリエーテルケトンの長繊維からなることを特徴とする耐熱性不織布。
前記長繊維の繊維径が３〜５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の耐熱性不織布。
前記不織布が、圧着面積率３％以上の熱圧着で一体化されていることを特徴とする請求項１または２記載の耐熱性不織布。
前記長繊維の結晶化度が２０〜６０％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐熱性不織布。
前記不織布が、ニードルパンチもしくはウォータージェットパンチで一体化されていることを特徴とする請求項１または２記載の耐熱性不織布。
前記不織布の毛羽等級が３級以上であり、単位目付けあたりの引張強力が１．５〜４．５（Ｎ／５ｃｍ）／（ｇ／ｍ^２）の範囲であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の耐熱性不織布。
前記不織布の熱収縮率が２０％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の耐熱性不織布。