JP6599496B2 - 多層構造紡績糸とこれを使用した耐熱性布帛及び耐熱性防護服 - Google Patents
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Description
本発明は、ポリベンズイミダゾール繊維とｐ−アラミド繊維を含む多層構造紡績糸とこれを使用した耐熱性布帛及び耐熱性防護服に関する。
防護服は、消防、救急隊員、救命隊員、海上救護員、軍隊、石油関連施設の作業員、化学工場の作業員などの作業服として使用されている。近年の米国、カナダ、豪州、及び一部の欧州における消防服は、耐熱性及び難燃性の優れたポリベンズイミダゾール繊維が使用されている。この繊維は強度が約２．４cN/decitex(decitexは以下dtexと略す)と弱いため、通常はｐ−アラミド繊維と交織した織物が使用されている。この織物は、経糸又は緯糸のうち、一方の糸がポリベンズイミダゾール繊維からなる紡績糸、他方の糸がｐ−アラミド繊維からなるフィラメント糸で構成されている。別の耐熱性及び難燃性の優れた織物として、本発明者らは芯にパラ系アラミド繊維の牽切紡績糸を使用し、鞘にメタ系アラミド繊維、難燃アクリル繊維又はポリエーテルイミド繊維等を使用した芯鞘紡績糸を提案している（特許文献１〜２）。また、本発明者らは芯にｐ−アラミド繊維の牽切紡績糸を使用し、鞘にｐ−アラミド繊維以外の難燃性繊維とポリベンズイミダゾール繊維との混紡繊維を使用した多層構造紡績糸を特許文献３で提案している。
しかし、特許文献１〜３の繊維組成は、強度、耐熱性及び難燃性が不足であるという問題があった。特許文献３は、鞘成分にｐ−アラミド繊維を加えないことにより、ｐ−アラミド繊維特有のフィブリル化の発生、及び紫外線で強度劣化と変色が起こりやすい問題を解決しているが、このような問題があってもさらに高い強度、耐熱性及び難燃性の防護服が求められている。
本発明は、前記従来の問題を解決するため、高い強度、耐熱性及び難燃性が高い多層構造紡績糸とこれを使用した耐熱性布帛及び耐熱性防護服を提供する。
本発明の多層構造紡績糸は、芯成分が牽切紡績されたｐ−アラミド繊維糸であり、鞘成分がポリベンズイミダゾール繊維を含む多層構造紡績糸であって、前記鞘成分はポリベンズイミダゾール繊維とｐ−アラミド繊維を含んで混紡されており、前記鞘成分を１００質量％としたとき、ポリベンズイミダゾール繊維：ｐ−アラミド繊維＝５０：５０〜６５：３５の混率であり、前記芯成分は共重合系ｐ−アラミド繊維糸であり、前記鞘成分のｐ−アラミド繊維は単独重合系ｐ−アラミド繊維であることを特徴とする。
本発明の耐熱性布帛は、前記の多層構造紡績糸を使用したことを特徴とする。また、本発明の耐熱性防護服は、前記の耐熱性布帛を含むことを特徴とする。
本発明の多層構造紡績糸は、芯成分が牽切紡績されたｐ−アラミド繊維糸であり、鞘成分がポリベンズイミダゾール繊維を含む多層構造紡績糸であって、前記鞘成分はポリベンズイミダゾール繊維とｐ−アラミド繊維を含んで混紡されており、前記鞘成分を１００質量％としたとき、ポリベンズイミダゾール繊維：ｐ−アラミド繊維＝５０：５０〜６５：３５の混率であり、前記芯成分は共重合系ｐ−アラミド繊維糸であり、前記鞘成分のｐ−アラミド繊維は単独重合系ｐ−アラミド繊維であることにより、強度、耐熱性及び難燃性が高い多層構造紡績糸とこれを使用した耐熱性布帛及び耐熱性防護服を提供できる。すなわち、鞘成分を１００質量％としたとき、ポリベンズイミダゾール繊維：ｐ−アラミド繊維＝５０：５０〜６５：３５の混率としたことにより、強度、耐熱性及び難燃性を高い状態に保持できる。また、強度は高いが相対的に耐熱性はそれほど高くない共重合系ｐ−アラミド繊維糸を芯成分とすることにより強度を高め、相対的に耐熱性の高い単独重合系ｐ−アラミド繊維を鞘成分に加えることにより耐熱性及び難燃性を高い状態に保持できる。
本発明の多層構造紡績糸は、芯成分が牽切紡績されたｐ−アラミド繊維糸であり、鞘成分がポリベンズイミダゾール繊維を含む多層構造紡績糸であって、前記鞘成分はポリベンズイミダゾール繊維とｐ−アラミド繊維を含んで混紡されており、前記鞘成分を１００質量％としたとき、ポリベンズイミダゾール繊維：ｐ−アラミド繊維＝５０：５０〜６５：３５の混率であり、前記芯成分は共重合系ｐ−アラミド繊維糸であり、前記鞘成分のｐ−アラミド繊維は単独重合系ｐ−アラミド繊維である。ポリベンズイミダゾール(以下「ＰＢＩ」ともいう)繊維は、例えば2,2'-(m-phenylen)-5,5'-bibenzimidazoleのポリマーから作られる繊維であり、６００℃を超える熱分解温度を持ち、荷重たわみ温度が４１０℃、ガラス転移点が４２７℃、酸素指数（ＯＩ）値が４１以上である。この繊維は２３０℃の空気中で２週間暴露しても強度保持率は９５％、窒素中では１０００℃まで繊維性能を維持でき、本質的に不燃性であるとともに高耐熱性である（以上「繊維の百科事典」848頁,丸善,平成１４年３月２５日）。ＰＢＩ繊維は米国PBI Performance Products, Inc.社製の製品が知られている。
鞘成分に使用するＰＢＩ繊維は、生成り又は原着繊維が好ましい。ここで生成りとは、原着も染色もされていない状態をいう。ＰＢＩ繊維は生成りの状態で黄色である。したがって、この黄色を生かして混色する。原着は、ポリマーに着色剤を加えて着色し（例えば黒色）、その後に繊維化したものである。
芯成分に使用する共重合系ｐ−アラミド繊維は、帝人社製、商品名"テクノーラ"等がある。前記"テクノーラ"は、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレン−テレフタルアミドである。これらの繊維の引張強度は24.5〜24.7cN/dtex、熱分解開始温度は約５００℃、酸素指数（ＯＩ）値は２５である。
鞘成分に使用する単独重合系ｐ−アラミド繊維（ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維）は、米国Du pont社製、商品名"ケブラー"（日本の東レ・デュポン社製も同一商品名）、帝人社製、商品名"トワロン"、中国煙台泰和社製、商品名"タパラン"等があり、剛直性として知られている。単独重合系ｐ−アラミド繊維（ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維）の引張強度は20.3〜23.7cN/dtex、熱分解開始温度は約５２０℃、酸素指数（ＯＩ）値は２９である。
鞘成分に使用する単独重合系ｐ−アラミド繊維について、ｐ−アラミド繊維はフィブリル化の発生、及び紫外線で強度劣化と変色が起こり易いという特有の問題があるが、これらの問題は例えば消防服については、耐用期間は７〜８年であり、この期間に耐えられれば大きな問題とはならない。そして、フィブリル化については、洗濯回数を減らすとか、明るい色（例えばベージュ、オレンジ、黄、緑）に着色することにより目立たなくすることで解決でき、紫外線で強度劣化と変色が起こる問題については、保管時や洗濯後の乾燥は室内ですることで解決できる。
本発明においては、鞘成分を１００質量％としたとき、ＰＢＩ繊維は５０〜６５質量％、単独重合系ｐ−アラミド繊維は３５〜５０質量％が好ましく、さらに好ましくはＰＢＩ繊維５２〜６３質量％、単独重合系ｐ−アラミド繊維は３７〜４８質量％である。前記の範囲であれば、強度、耐熱性及び難燃性がバランスよく高く維持できる。
前記多層構造紡績糸を１００質量％としたとき、芯成分は２０〜４０質量％であり、鞘成分は６０〜８０質量％が好ましく、さらに好ましくは芯成分が２２〜３８質量％であり、鞘成分が６２〜７８質量％である。芯成分が２０質量％未満では、芯成分の牽切紡績糸を極細としなければならず、牽切紡績糸を製造することに困難が伴う。また、芯成分が４０質量％を超えると、鞘繊維の被覆性が低くなる。また、鞘成分が６０質量％未満では被覆性が良好とならず、８０質量％を超すと多層構造紡績糸全体の繊度が高くなり好ましくない。
前記ＰＢＩ繊維はトウブレークした牽切繊維、バイアスカット又はスクエアカットされている繊維であることが好ましい。トウブレークした牽切繊維であれば、芯成分の牽切紡績されたｐ−アラミド繊維糸に近似した繊維（ともに引きちぎり繊維）であるため、芯成分と鞘成分の親和性が良く一体性の良い多層構造紡績糸となる。鞘成分はバイアスカット又はスクエアカットされていても良い。バイアスカットとは、長繊維束（トウ）の進行方向に対し直角切りと斜め切りを交互に繰り返すことをいう。例えば７６／１０２mmバイアスカットとした場合、その繊維長は最短の７６mmから最長の１０２mmまで一様に分布している。これに対しスクエアカットとは、一定長の直角切りだけを繰り返すので、例えば５１mmスクエアカットとした場合、すべての繊維長は均一に５１mmとなる。
さらに近年では、繊維長の異なるスクエアカット同士を混合した、例えば７６mm（３３％）＋８９mm（３４％）＋１０２mm（３３％）のような、ミックスカットと称される階段状の分布を有する商品も市中に流通している。カットされた繊維の好ましい繊維長は３０〜１８０ｍｍの範囲、更に好ましくは４５〜１５０ｍｍ、特に好ましくは５０〜１２５ｍｍの範囲である。この範囲であればさらに強力を高く維持できる。また、単繊維繊度は１〜５dtexの範囲が好ましく、更に好ましくは１．５〜４dtexの範囲である。
鞘成分繊維はその繊度と繊維長に応じた紡績方法によって、最適な形状・形態の被覆短繊維束まで加工される。仏式梳毛紡績は太い繊度と長い繊維長を有する羊毛に適した方法である。ここにおいて色相や異種繊維の混合は、例えば混毛インターセクティング ギル ボックス(intersecting gill box)に各々が１００％組成である複数種の繊維束（スライバー）を通し、後のコーマーや前紡工程におけるダブリング及びドラフティング作用によって、平行かつ均整化する。以下この方法を「スライバー混紡」という。この方法は歩留りが良く、多品種少量生産に好適である。これに対し綿紡績は細い繊度と短い繊維長を有する綿花に適した方法である。ここにおいて色相や異種繊維の混合は、混打綿や梳綿工程中の主としてカード機でなされる。以下この方法を「カード混紡」といい、歩留りは悪いが小品種大量生産に好適である。
前記被覆繊維には、更に帯電防止繊維が混紡されているのが好ましい。帯電防止繊維が混紡されていると静電気による発火を防止できる。帯電防止繊維は０．１〜１質量％の範囲混紡するのが好ましい。
前記多層構造紡績糸は、メートル番手で２８〜５２番（繊度：３５７〜１９２dtex）の範囲であるのが好ましい。この範囲であれば、作業性の良い防護服が得られる。
本発明は前記の多層構造紡績糸を使用して耐熱性布帛とする。布帛は織物が好ましい。前記耐熱性布帛は、ＥＮ５３２の防炎性試験において、炎が端に達せず、穴も開かず、溶融物はなく、平均残炎時間が２秒以下が好ましい。また、前記耐熱性布帛は、ISO 11613-1999の耐熱性試験１８０℃、５分において、生地が溶融、落下、分離及び発火せず、収縮率は５％以下であるのが好ましい。この物性であれば耐熱性も難燃性も非常に優れたレベルである。
前記耐熱性布帛は、フィブリル化による外観不良を呈しないという意味で耐洗濯性を測定するための試験である国際性能基準ISO 11613-1999に規定されているISO 6330-1984, 2A-Eにしたがい、５回洗濯した後においても、白化や変色が見られないことが好ましい。これにより、製品価値を高く維持できる。また耐光性は、JIS L 0842.7.2(a)のカーボンアーク灯試験、及びJIS L 0843のキセノンアーク灯試験でいずれも２−３級以上が好ましい。これにより光による変色が低く、製品価値を高く維持できる。
本発明の耐熱性布帛を含む耐熱性防護服は、消防服のほか、救急隊員、救命隊員、海上救護員、軍隊、石油関連施設の作業員、化学工場の作業員などの作業服として好適である。消防服の場合は、外層に本発明の耐熱性布帛を使用するのが好ましい。耐熱性が高いからである。
次に芯鞘紡績糸について説明する。まず芯成分として牽切紡績糸を使用する。芯成分は牽切紡績された共重合系ｐ−アラミド繊維糸である。ここで牽切紡績糸とは、長繊維束（トウ）をドラフトしてカット（引きちぎり）し、加撚して紡績糸としたものをいう。ドラフト−加撚を１つの精紡機で行う直紡方式であっても良いし、一旦スラーバーとし撚り掛けして２工程以上で紡績糸（パーロック方式又はコンバータ法）としてもよい。好ましくは、直紡方式である。牽切糸を使用することにより、強力を高く維持でき、鞘繊維との一体性に優れた芯鞘構造紡績糸が得られる。
牽切紡績糸の好ましい繊度は、単糸で５．５６〜２０．０ tex（メートル番手で５０〜１８０番単糸）の範囲が好ましく、更に好ましくは６．６７〜１６．７ tex（メートル番手で６０〜１５０番単糸）の範囲である。繊度が前記の範囲であれば、強力も高く、風合いなどの面からも耐熱性防護服等に好適である。また、撚り数はメートル番手１２５番単糸で３５０〜５５０回／ｍが好ましく、更に好ましくは４００〜５００回／ｍである。撚り数が前記範囲であれば、被覆繊維との一体性がさらに高いものとなる。また、好ましい繊維長は３０〜１８０ｍｍの範囲に分布しており、平均繊維長は４５〜１５０ｍｍ、好ましくは５０〜１２５ｍｍの範囲である。この範囲であれば強力をさらに高く維持できる。
本発明において、牽切紡績糸単糸の繊度をＳ0 (tex)、その撚り数をＴ0 (回/m) とすると、同単糸の撚り係数Ｋs0は、次に示す数式によって計算する。
Ｋs0＝Ｔ0・√Ｓ0
Ｋs0＝Ｔ0・√Ｓ0
前記紡績糸を番手表示する場合は、単糸の番手をＣ0 (m/g)、その撚り数をＴ0 (回/m) とすると、同単糸の撚り係数Ｋc0 は、次に示す数式によって計算する。
Ｋc0＝Ｔ0／√Ｃ0
Ｋc0＝Ｔ0／√Ｃ0
次に本発明の芯鞘構造糸を製造するための装置と方法について説明する。図１は本発明の一実施例におけるリング精紡機の要部を示す斜視図である。積極回転駆動するフロントボトムローラ１に、直径の異なる２つの大小の円柱体２，３を錘ごとに設ける。２つの円柱体２，３は軸方向に同軸に直結する。２つの円柱体２，３の上に、２つの直径の異なる円筒形のフロントトップローラ４，５をのせる。２つのフロントトップローラ４，５の直径差は下側の２つの円柱体２，３の直径差と略同じであるが、大小は下側の２つの円柱体２，３とは逆である。２つのフロントトップローラ４，５はゴムコットで被覆され、荷重を掛けた共通のアーバー６にそれぞれ独立に転動可能に外嵌する。粗糸ボビンから引き出した短繊維束１６は、ガイドバーからトランペットフィーダー７を介してバックローラ８に供給する。
短繊維束１５は芯繊維の共重合系ｐ−アラミド牽切繊維束とし、短繊維束１６は被覆繊維束とする。図示していないが、トランペットフィーダー７はフロントボトムローラ１の軸方向に揺動させることが可能であり、その揺動幅は調節することができる。バックローラ８から送出されてドラフトエプロン９を経た短繊維束Ｂは、大径側円柱体３と小径側の円筒形フロントトップローラ５に把持されて紡出される。短繊維束Ａは、ヤーンガイド１４を介して、小径の円柱体２と大径の円筒形フロントトップローラ４に供給して紡出される。
小径側円柱体２から紡出される短繊維束１５の紡出速度よりも、大径側円柱体３から紡出される短繊維束１６の送出速度の方が速いから、スネルワイヤ１０を介して２本の紡出された短繊維束１５、１６を撚り合わせると、短繊維束１５の周りに短繊維束１６が絡み、短繊維束１５を芯とし短繊維束１６が鞘となる芯鞘型の多層構造紡績糸１７が形成される。
短繊維束１５に対する短繊維束１６のオーバーフィード率は５〜９％が好ましく、更に好ましくは６〜８％である。オーバーフィード率が前記の範囲であると、短繊維束１６は短繊維束１５を「こより状」に包み込み、ほぼ１００％の被覆率で芯繊維を被覆できる。
形成された多層構造紡績糸１７は、アンチノードリング１１とトラベラ１２を介して錘上の糸管１３に巻き取られる。短繊維束１５，１６の円柱体２，３上の把時位置が錘ごとに多少のばらつきがあっても、両者の送出速度比は常に一定であるから、製造した芯鞘型の多層構造紡績糸１７の性状が錘ごとにばらつくおそれはない。又、トランペットフィーダー７をフロントボトムローラ１の軸方向に可能な範囲で揺動させると、フロントトップローラ５のゴムコット被覆の短繊維束１６との摩擦領域が分散し、ゴムコット被覆の早期摩耗を防止することができる。図示していないが、ヤーンガイド１４は、フロントボトムローラ１の軸方向に揺動させて円筒形フロントトップローラ４のゴムコット被覆の摩耗を軽減することが望ましい。
芯鞘型の多層構造紡績糸単糸の好ましい撚り方向は牽切糸単糸と同方向であり、かつ最も好ましい撚り数Ｔmax (回/m) は、鞘繊維を被覆した後の単糸繊度に関わらず、牽切紡績糸繊度Ｓ0 (tex) とその撚り数Ｔ0 (回/m) によって決定され、次式が成立する。
Ｔmax＝Ｒs・Ｔ0・√Ｓ0
ここにおいて、比例定数Ｒs＝０．４９５とすれば、芯繊維と鞘繊維はいわばボルトとナットのように最高度の一体性を示し、芯鞘型の多層構造紡績糸の単糸強力は極大値を取る。
Ｔmax＝Ｒs・Ｔ0・√Ｓ0
ここにおいて、比例定数Ｒs＝０．４９５とすれば、芯繊維と鞘繊維はいわばボルトとナットのように最高度の一体性を示し、芯鞘型の多層構造紡績糸の単糸強力は極大値を取る。
前記単糸を番手表示する場合、最も好ましい撚り数Ｔmax (回/m) は、牽切紡績糸単糸番手Ｃ0 (m/g) とその撚り数Ｔ0 (回/m) によって決定され、次式が成立する。
Ｔmax＝Ｒc・Ｔ0／√Ｃ0
ここにおいて、比例定数Ｒc＝１５．７とすれば、最高度の一体性を示し、多層構造紡績糸の単糸強力は極大値を取る。
Ｔmax＝Ｒc・Ｔ0／√Ｃ0
ここにおいて、比例定数Ｒc＝１５．７とすれば、最高度の一体性を示し、多層構造紡績糸の単糸強力は極大値を取る。
以上のようにして得られた多層構造紡績糸２０を図２に示す。図２において芯成分繊維２１は牽切紡績された共重合系ｐ−アラミド繊維糸であり、鞘成分繊維２２はＰＢＩ繊維と単独重合系ｐ−アラミド繊維を含み、芯成分２１の周囲を被覆しており、一体性も良いため、洗濯してもｐ−アラミド繊維糸の摩耗などによる傷みは減少されるか、又は芯成分繊維が紡績糸の表面に現れる割合が少なくなり、着用や洗濯によって摩耗などの傷みが生じても外観を悪くすることはない。同様に変色や強度低下の恐れもない。いずれにしても品位の低下を防止できる。
本発明の防護服用布帛は、前記芯鞘紡績糸（単糸）を２本撚り合わせて双糸にし、これを織物にするのが好ましい。双糸を使う理由は、単糸の２倍以上の強度をもってして製織時の糸切れを防止する抱合力を付与するとともに、単糸の持つ太さムラを相殺させ、織物の目風をきれいにするためである。双糸は一例としてダブルツイスター等の撚り機を使用して製造する。ダブルツイスターはその名前の通り、スピンドル１回転で２回の撚りが得られるので生産性は高い。しかし、長い撚りかけ糸道に６か所もの擦過点があるため、被覆部分が剥ぎ取られ、乱されて芯部が露出しやすい傾向にある。好ましくは擦過点が２か所のリングツイスター、最も好ましくは擦過点が２か所で極めて短い撚りかけ糸道のアップツイスターである。
織機におけるタテ糸切れは、糸を構成する単繊維強力(cN/dtex)よりは、表面毛羽の擦れ具合・絡み合い・剥ぎ取りに関する抱合力の方にはるかに大きく依存している。従って、タテ糸は双糸とするのが好ましい。
前記紡績糸を番手表示する場合は、１／２８〜１／５２の範囲が好ましく、単糸の撚り係数Ｋc1は８１〜８７の範囲であり、前記双糸の撚り方向は前記単糸の撚り方向と逆であり、かつ双糸の撚り係数Ｋc2は７８〜８４の範囲とするのが好ましい。但し、単糸の撚り係数Ｋc1、双糸の撚り係数Ｋc2は、次に示す数式によって計算する。
Ｋc1＝Ｔ1／√Ｃ1
Ｋc2＝Ｔ2／√Ｃ2
ここにおいてＴ1は単糸の撚り数(回/m)、Ｔ2は双糸の撚り数(回/m)、Ｃ1は単糸番手(m/g) 、Ｃ2は双糸番手(m/g)を表す。
前記範囲であると撚構造が安定し、糸包合性も高く、さらに目風がきれいでソフトな風合いの織物とすることができる。
Ｋc1＝Ｔ1／√Ｃ1
Ｋc2＝Ｔ2／√Ｃ2
ここにおいてＴ1は単糸の撚り数(回/m)、Ｔ2は双糸の撚り数(回/m)、Ｃ1は単糸番手(m/g) 、Ｃ2は双糸番手(m/g)を表す。
前記範囲であると撚構造が安定し、糸包合性も高く、さらに目風がきれいでソフトな風合いの織物とすることができる。
得られた双糸は、撚り止めし、経糸と緯糸に使用して織物とする。織物組織は、平織(plain weave)、斜文織(twill weave、綾織ともいう)、又は朱子織(satin weave)組織、その他の変化織組織等を使用できる。編物にする場合は、横編、丸編、経編のいずれでも適用できる。編組織はどのようなものであっても良い。編物内に空気を含ませる場合は、二重接結パイル布帛に編成する。織物組織の中でも好ましいのは図３に示すマット織であり、このマット織組織は、平＋3/3マット織である。平織の部分は８本の経糸と緯糸で構成されプレーンな組織であり、3/3マット織の部分は経糸も緯糸も３本引き揃えられており、この部分は表面に突出している。マット織の別の例を図４に示す。このマット織組織は、平＋2/2マット織である。平織の部分は２本の経糸と緯糸で構成されプレーンな組織であり、2/2マット織の部分は経糸も緯糸も２本引き揃えられており、この部分は表面に突出している。このような織物は滑り止め効果があるとともに、平組織が破れてもマット織の部分で止まり、破れにくい組織である。これは引き裂き止めという意味合いからRip Stop 構造と呼ばれている。
本発明の防護服用布帛の単位あたりの質量（目付）は１００〜３４０ｇ／ｍ2の範囲が好ましい。前記範囲であれば、さらに軽くて着心地の良い作業服とすることができる。さらに好ましくは１４０〜３００ｇ／ｍ2の範囲、とくに好ましくは１５０〜２６０ｇ／ｍ2の範囲である。
本発明の多層構造紡績糸とこれを使用した耐熱性布帛及び耐熱性防護服は、帯電防止繊維又は制電繊維を混用することは必須ではない。これはＰＢＩ繊維が吸湿しやすく、静電気を帯びにくいためである。顧客の希望により帯電防止繊維を混用する場合は、金属繊維、炭素繊維、金属粒子や炭素粒子を練りこんだ繊維等を使用する。帯電防止繊維は、紡績糸に対して０．１〜１質量％の範囲加えることが好ましく、更に好ましくは０．３〜０．７質量％の範囲である。帯電防止繊維糸は製織時に加えることもできる。例えばＫＢセーレン社製“ベルトロン”、クラレ社製“クラカーボ”、炭素繊維、金属繊維等を０．１〜１質量％の範囲加えるのが好ましい。
図５は燃焼落下試験装置３０の斜視図、図６の同装置３０の側面図である。 前記耐熱性布帛は、横２５ｍｍ、縦２００ｍｍの大きさとし、上端部を固定し、下端部に２２８ｇの重りを付けて吊り下げ、ガストーチから温度１７００℃、発熱量３１７４ｋｃａｌ／ｈ（ガストーチの規格値）の火炎を、１００ｍｍ離した位置から前記布帛の中央部に当て、重りが落下するまでの時間を測定する。具体的説明は実施例の欄に記載する。燃焼落下試験の評価は、３０秒以上耐えられると合格、３０秒未満は不合格である。
以下、実施例を用いてさらに具体的に説明する。本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
本発明の実施例、比較例における測定方法は次のとおりとした。
＜耐熱性試験＞
ISO 11613-1999に従って、１８０℃、５分の条件で測定した。
＜燃焼落下試験＞
図５の燃焼落下試験装置３０の斜視図、図６の同装置３０の側面図に示すとおり、スタンド３３のほぼ中央部の試料チャック３２に、横２５ｍｍ、縦２００ｍｍの大きさの試料サンプル３１の一端を取り付け、他端に２２８ｇの重り３４を付けて吊り下げる。重り３４の下方には受け皿３５の中にクッション材を敷いておく。ガストーチ（ガスバーナー）３６から火炎を試料サンプル３１に当て、重り３４が落下するまでの時間を測定する。この測定装置はケース３７内に収められている。ケース３７の大きさは縦Ｌ１が３００ｍｍ、横Ｌ２が５００ｍｍ、高さＬ３が２００ｍｍである。炎の長さＬ４は１００ｍｍである。スタンドの高さＬ５は５０２ｍｍである。ガストーチ（ガスバーナー）３６からの火炎は、温度１７００℃、発熱量３１７４ｋｃａｌ／ｈ（ガストーチの規格値）である。燃焼落下試験の評価は、３０秒以上耐えられると合格、３０秒未満は不合格である。
＜耐洗濯性＞
国際性能基準ISO 11613-1999に規定されているISO 6330-1984, 2A-Eにしたがい、５回洗濯した。
＜その他の物性＞
ＪＩＳ又は業界規格にしたがって測定した。
本発明の実施例、比較例における測定方法は次のとおりとした。
＜耐熱性試験＞
ISO 11613-1999に従って、１８０℃、５分の条件で測定した。
＜燃焼落下試験＞
図５の燃焼落下試験装置３０の斜視図、図６の同装置３０の側面図に示すとおり、スタンド３３のほぼ中央部の試料チャック３２に、横２５ｍｍ、縦２００ｍｍの大きさの試料サンプル３１の一端を取り付け、他端に２２８ｇの重り３４を付けて吊り下げる。重り３４の下方には受け皿３５の中にクッション材を敷いておく。ガストーチ（ガスバーナー）３６から火炎を試料サンプル３１に当て、重り３４が落下するまでの時間を測定する。この測定装置はケース３７内に収められている。ケース３７の大きさは縦Ｌ１が３００ｍｍ、横Ｌ２が５００ｍｍ、高さＬ３が２００ｍｍである。炎の長さＬ４は１００ｍｍである。スタンドの高さＬ５は５０２ｍｍである。ガストーチ（ガスバーナー）３６からの火炎は、温度１７００℃、発熱量３１７４ｋｃａｌ／ｈ（ガストーチの規格値）である。燃焼落下試験の評価は、３０秒以上耐えられると合格、３０秒未満は不合格である。
＜耐洗濯性＞
国際性能基準ISO 11613-1999に規定されているISO 6330-1984, 2A-Eにしたがい、５回洗濯した。
＜その他の物性＞
ＪＩＳ又は業界規格にしたがって測定した。
（実施例１〜４、比較例１〜２）
１．使用繊維
（１）芯成分
芯成分として、共重合体ｐ−アラミド繊維、帝人社製商品名“テクノーラ”の牽切紡績糸（撚り数Ｚ方向４５回／１０ｃｍ）、糸繊度８．０tex(メートル番手：１／１２５)（単繊維繊度１．７dtex、平均繊維長１００ｍｍ、生成り品（黄色））を使用した。
（２）鞘成分
下記の３種類の繊維を混紡した。
(i)ＰＢＩ繊維
米国PBI Performance Products, Inc.社製のＰＢＩ単繊維繊度1.8dtex、のトウ(790000dtex(711000デニール),繊維本数444000本)を入手し、繊維長１０２ｍｍ（４インチ）のスクエアカットとして、カード混紡により繊維束(スライバー)を作製した。ＰＢＩ繊維は生成り品（黄色）とした。
(ii) 単独重合体ｐ−アラミド繊維
中国煙台泰和社製、商品名"タパラン"、（繊維長７６mm（３インチ）スクエアカット、繊度２．２dtex、赤色品）を使用し、カード混紡により繊維束(スライバー)を作製した。
(iii)帯電防止繊維
帯電防止繊維はＫＢセーレン社製商品名“ベルトロン”、白色、単繊維繊度５．６dtex、繊維長：８９ｍｍスクエアカットを使用した。
(iv)スライバー混紡
以上のＰＢＩ繊維、単独重合体ｐ−アラミド繊維、帯電防止繊維をスライバー混紡により均一混合した。
２．紡績糸の作製
（１）芯鞘紡績糸
図１に示す方法により共重合体ｐ−アラミド繊維を芯成分とし、ＰＢＩ繊維と単独重合体ｐ−アラミド繊維と帯電防止繊維を含む前記スライバー混紡した繊維束(スライバー)を鞘成分とし、芯鞘紡績糸を作製した。芯鞘紡績糸の撚り方向はＺ、撚り数は７００回／ｍ、繊度３１２．５dtexとした。得られた芯鞘紡績糸の条件と結果は表１にまとめて示す。
１．使用繊維
（１）芯成分
芯成分として、共重合体ｐ−アラミド繊維、帝人社製商品名“テクノーラ”の牽切紡績糸（撚り数Ｚ方向４５回／１０ｃｍ）、糸繊度８．０tex(メートル番手：１／１２５)（単繊維繊度１．７dtex、平均繊維長１００ｍｍ、生成り品（黄色））を使用した。
（２）鞘成分
下記の３種類の繊維を混紡した。
(i)ＰＢＩ繊維
米国PBI Performance Products, Inc.社製のＰＢＩ単繊維繊度1.8dtex、のトウ(790000dtex(711000デニール),繊維本数444000本)を入手し、繊維長１０２ｍｍ（４インチ）のスクエアカットとして、カード混紡により繊維束(スライバー)を作製した。ＰＢＩ繊維は生成り品（黄色）とした。
(ii) 単独重合体ｐ−アラミド繊維
中国煙台泰和社製、商品名"タパラン"、（繊維長７６mm（３インチ）スクエアカット、繊度２．２dtex、赤色品）を使用し、カード混紡により繊維束(スライバー)を作製した。
(iii)帯電防止繊維
帯電防止繊維はＫＢセーレン社製商品名“ベルトロン”、白色、単繊維繊度５．６dtex、繊維長：８９ｍｍスクエアカットを使用した。
(iv)スライバー混紡
以上のＰＢＩ繊維、単独重合体ｐ−アラミド繊維、帯電防止繊維をスライバー混紡により均一混合した。
２．紡績糸の作製
（１）芯鞘紡績糸
図１に示す方法により共重合体ｐ−アラミド繊維を芯成分とし、ＰＢＩ繊維と単独重合体ｐ−アラミド繊維と帯電防止繊維を含む前記スライバー混紡した繊維束(スライバー)を鞘成分とし、芯鞘紡績糸を作製した。芯鞘紡績糸の撚り方向はＺ、撚り数は７００回／ｍ、繊度３１２．５dtexとした。得られた芯鞘紡績糸の条件と結果は表１にまとめて示す。
前記芯鞘紡績糸をアップツイスターで撚り合わせて双糸とした。双糸の撚り方向はＳ、撚り数は６００回／ｍ、繊度６２５dtexとした。
３．織物の作製
前記双糸を経糸と緯糸に使用し、レピア織機を使用して図４に示す平＋２／２マット織り組織の織物を作製した。得られた織物の条件及び結果はまとめて表２に示す。
前記双糸を経糸と緯糸に使用し、レピア織機を使用して図４に示す平＋２／２マット織り組織の織物を作製した。得られた織物の条件及び結果はまとめて表２に示す。
表２から、鞘成分のＰＢＩ繊維の混率が、５０〜６５％の範囲で優位性があることは、引張強度、引裂強度、燃焼落下試験（キセノン照射を含む）から確かめられた。
（比較例３）
実施例２の混率で、芯成分、鞘成分ともに共重合系ｐ−アラミド繊維を使用した。得られた織物は燃焼落下試験が７秒であり、不合格であった。
実施例２の混率で、芯成分、鞘成分ともに共重合系ｐ−アラミド繊維を使用した。得られた織物は燃焼落下試験が７秒であり、不合格であった。
（比較例４）
実施例２の混率で、芯成分、鞘成分ともに単独重合系ｐ−アラミド繊維を使用した。得られた織物は表３に示すように引っ張り強度が低く（１５１０Ｎ）、燃焼落下試験が８秒であり、不合格であった。
実施例２の混率で、芯成分、鞘成分ともに単独重合系ｐ−アラミド繊維を使用した。得られた織物は表３に示すように引っ張り強度が低く（１５１０Ｎ）、燃焼落下試験が８秒であり、不合格であった。
（比較例５）
実施例２又は３の混率で、鞘成分の単独重合系ｐ−アラミド繊維に代えてメタアラミド繊維を使用した。得られた織物は表３に示すように燃焼落下試験が２秒であり、不合格であった。
実施例２又は３の混率で、鞘成分の単独重合系ｐ−アラミド繊維に代えてメタアラミド繊維を使用した。得られた織物は表３に示すように燃焼落下試験が２秒であり、不合格であった。
（実施例５）
この実施例では、実際の防火服を想定し、外層と中層と内層の３層からなる織物を積層して試験をした。
（１）外層
前記実施例２で得られた織物を使用した。
（２）中層（透湿防水層、モイスチャーバリアー）
メタアラミド繊維（繊度２．２dtex,繊維長７６／１０２mmバイアスカット）８５質量％、ウール１５質量％の混紡紡績糸を用いた平織物（質量７７ｇ／ｍ2）からなる基布に、透湿防水膜としてポリテトラフルオロエチレンフィルムをラミネートした質量１０５ｇ／ｍ2の中層を使用した。
（３）内層（防熱層、インナーライナー）
メタアラミド繊維（繊度２．２dtex,繊維長７６／１０２mmバイアスカット）８５質量％、ウール１５質量％の混紡紡績糸を用いた16枚綜絖の蜂巣織物（質量２１３ｇ／ｍ2）を使用した。
以上の積層品の測定結果を表３にまとめて示す。なお、表３はＩＳＯ１１６１３欧州法によって測定した。
この実施例では、実際の防火服を想定し、外層と中層と内層の３層からなる織物を積層して試験をした。
（１）外層
前記実施例２で得られた織物を使用した。
（２）中層（透湿防水層、モイスチャーバリアー）
メタアラミド繊維（繊度２．２dtex,繊維長７６／１０２mmバイアスカット）８５質量％、ウール１５質量％の混紡紡績糸を用いた平織物（質量７７ｇ／ｍ2）からなる基布に、透湿防水膜としてポリテトラフルオロエチレンフィルムをラミネートした質量１０５ｇ／ｍ2の中層を使用した。
（３）内層（防熱層、インナーライナー）
メタアラミド繊維（繊度２．２dtex,繊維長７６／１０２mmバイアスカット）８５質量％、ウール１５質量％の混紡紡績糸を用いた16枚綜絖の蜂巣織物（質量２１３ｇ／ｍ2）を使用した。
以上の積層品の測定結果を表３にまとめて示す。なお、表３はＩＳＯ１１６１３欧州法によって測定した。
表３から、すべての試験項目において合格であったことが分かる。
本発明の耐熱性布帛を使用した耐熱性防護服は、消防服のほか、救急隊員、救命隊員、海上救護員、軍隊、石油関連施設の作業員、化学工場の作業員などの作業服として好適である。とくに芯成分が牽切紡績されたｐ−アラミド繊維糸であり、鞘成分がＰＢＩ繊維とｐ−アラミド繊維を含む混紡繊維であるため、強度、耐熱性及び難燃性が高い多層構造紡績糸とこれを使用した耐熱性布帛及び耐熱性防護服を提供できる。
１ フロントボトムローラ
２ 大径円柱体
３ 小系円柱体
４，５ フロントトップローラ
６ アーバー
７ トランペットフィーダー
８ バックローラ
９ ドラフトエプロン
１０ スネルワイヤ
１１ アンチノードリング
１２ トラベラー
１３ 糸管
１４ ヤーンガイド
１５ 短繊維束（芯成分繊維束）
１６ 短繊維束（被覆繊維束）
１７，２０ 多層構造紡績糸
２１ 芯成分繊維
２２ 鞘成分繊維
３０ 燃焼落下試験装置
３１ 試料サンプル
３２ 試料チャック
３３ スタンド
３４ 重り
３５ 受け皿
３６ ガストーチ
３７ ケース
２ 大径円柱体
３ 小系円柱体
４，５ フロントトップローラ
６ アーバー
７ トランペットフィーダー
８ バックローラ
９ ドラフトエプロン
１０ スネルワイヤ
１１ アンチノードリング
１２ トラベラー
１３ 糸管
１４ ヤーンガイド
１５ 短繊維束（芯成分繊維束）
１６ 短繊維束（被覆繊維束）
１７，２０ 多層構造紡績糸
２１ 芯成分繊維
２２ 鞘成分繊維
３０ 燃焼落下試験装置
３１ 試料サンプル
３２ 試料チャック
３３ スタンド
３４ 重り
３５ 受け皿
３６ ガストーチ
３７ ケース
Claims (7)
- 芯成分が牽切紡績されたｐ−アラミド繊維糸であり、鞘成分がポリベンズイミダゾール繊維を含む多層構造紡績糸であって、
前記鞘成分はポリベンズイミダゾール繊維とｐ−アラミド繊維を含んで混紡されており、
前記鞘成分を１００質量％としたとき、ポリベンズイミダゾール繊維：ｐ−アラミド繊維＝５０：５０〜６５：３５の混率であり、
前記芯成分は共重合系ｐ−アラミド繊維糸であり、前記鞘成分のｐ−アラミド繊維は単独重合系ｐ−アラミド繊維であることを特徴とする多層構造紡績糸。 - 前記多層構造紡績糸を１００質量％としたとき、芯成分は２０〜４０質量％であり、鞘成分は６０〜８０質量％である請求項１に記載の多層構造紡績糸。
- 前記多層構造紡績糸は、メートル番手で２８〜５２番（繊度：３５７〜１９２decitex）の範囲である請求項１又は２に記載の多層構造紡績糸。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層構造紡績糸を使用した耐熱性布帛。
- 前記耐熱性布帛は、平織組織と２／２又は３／３マット織組織を組み合わせた織物である請求項４に記載の耐熱性布帛。
- 前記耐熱性布帛は、横２５ｍｍ、縦２００ｍｍの大きさとし、上端部を固定し、下端部に２２８ｇの重りを付けて吊り下げ、ガストーチから温度１７００℃、発熱量３１７４ｋｃａｌ／ｈの火炎を、１００ｍｍ離した位置から前記布帛の中央部に当て、重りが落下するまでの時間を測定する燃焼落下試験において、３０秒以上耐えられる請求項４又は５に記載の耐熱性布帛。
- 請求項４〜６のいずれかに記載の耐熱性布帛を含む耐熱性防護服。
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