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耐熱性複合紡績糸
説明

耐熱性複合紡績糸

【課題】 耐熱性があり、製造時には製品歩留が良く、使用時にも繊維の飛散が少ない耐熱性紡績糸及びその加工品を提供する。
【解決手段】 耐熱性複合紡績糸1は、綿繊維の紡績糸を芯糸2とし、この芯糸2の周囲に少なくともシリカ繊維を含むステープル繊維3を被覆し加撚してなるものである。ステープル繊維3は、少なくともシリカ繊維とガラス繊維とを含むものが好ましい。シリカ繊維の配合比率が50〜95質量%であり、ガラス繊維の配合比率が3〜48質量%であることが好ましい。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、耐熱性と耐飛散性および生体溶解性を備えた紡績糸に関するものである。用途としては、ロープやスリープ、テープや織布、ニット等に加工されて用いられる。
【背景技術】
【0002】
従来、主にセラミック繊維からなる紡績糸、その織布等が耐熱用途に使われている。例えば、高熱ダクト用のライニングやエクスパンションシート、高温用パッキン材、溶接火花よけクロス、高温断熱シート、耐熱吸音シート等に使われる。また、織布の他、ロープやスリープ、テープ、ニット等も、幅広く使われている。
【0003】
しかしながら、セラミック繊維は、発がん性等の健康被害の恐れがあることが知られてきた。
【0004】
そのため、生体溶解性セラミック繊維が注目され、代替の動きがある(特許文献1)。しかし、生体溶解性セラミック繊維は、繊維の強度が弱いため、破損しやすく、紡績糸の製造工程で落下し、歩留が著しく悪かったり、加工製品が使用時に繊維の脱落、飛散が多い等の問題がある。
【0005】
また、ガラス繊維の紡績糸を用いたものでは、耐熱性に劣り、高温にて使用時に破損するという問題がある。
【0006】
そこで、シリカフィラメント糸を芯とし、その周りにシリカステープル繊維を摩擦紡績方式で巻きつける耐熱性糸の製造方法が考えられている(特許文献2)。しかしながら、この方法では製造工程でシリカステープル繊維が破断し、繊維長が短くなるにつれて、脱落し歩留が著しく低下するという問題がある。シリカ繊維は、製造工程で繊維が破損し、繊維長が短くなりやすいのである。さらに、製品の使用時には、繊維の飛散が激しく、作業環境の悪化や製品の寿命低下の問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2004−183153号公報
【特許文献2】欧州特許公開公報EP0837165A3
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで、本発明は、耐熱性があり、製造時には製品歩留が良く、使用時にも繊維の飛散が少ない耐熱性紡績糸及びその加工品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の耐熱性複合紡績糸は、有機繊維よりなる紡績糸を芯糸とし、この芯糸の周囲に少なくともシリカ繊維を含むステープル繊維(短繊維)を被覆し加撚してなることを特徴とする。後述するとおり、ステープル繊維は、少なくともシリカ繊維とガラス繊維とを含むものが好ましい。
【0010】
有機繊維よりなる紡績糸を芯糸とすることで、芯糸の表面に毛羽立った有機繊維により、シリカ繊維(及びガラス繊維)との絡みが増し、前記のとおり破損して繊維長が短くなりやすいシリカ繊維を、円滑に絡み合わせ、被覆加撚できる。また、ガラス繊維を加えると、高温時にシリカ繊維より低い温度でガラス繊維が軟化し、シリカ繊維を結合させるので、使用時に繊維の飛散を低減できる。以下、本発明の各要素の態様例について説明する。なお、以下で例示する各要素の配合比率(質量%)は、耐熱性複合紡績糸全体を100質量%としたときの値である。
【0011】
1.芯糸
有機繊維よりなる紡績糸を用いる。
【0012】
1−1.有機繊維
有機繊維としては、特に限定されないが、綿、麻、亜麻等の天然植物繊維、レーヨン、ポリエステル等の合成繊維を例示できる。
【0013】
1−2.配合
芯糸の配合比率は、特に限定されないが、1〜9質量%であることが好ましい。芯糸が1質量%未満では、強度が弱く、切れやすくなり、9質量%を超えると、着火性の不安が高まることとなる。芯糸には、さらにガラス長繊維からなるフィラメント糸、金属製ワイヤーを混合して補強することができる。その効果として、さらに強度を高めることができる。
【0014】
2.ステープル繊維
少なくともシリカ繊維を含むステープル繊維を用いる。シリカ繊維は、非晶質であり、1000℃の温度環境下でも繊維の形状を維持する。但し、シリカ繊維は、高温状態にさらされることで、繊維の柔軟性が損なわれ、機械的強度が低下し、繊維の脱落や飛散が生じやすくなる。そこで、シリカ繊維にガラス繊維を配合することで、ガラス繊維の表面が軟化温度以上となる使用環境で、ガラス繊維の表面が溶解し、シリカ繊維と融着することで、繊維の飛散が生じにくくなる。特に、本発明は、ガラス繊維の軟化点の−100℃から+100℃までの使用範囲で複合紡績糸の耐飛散効果が期待できる。
【0015】
2−1.配合
シリカ繊維の配合比率は、特に限定されないが、50〜95質量%であることが好ましい。シリカ繊維が50質量%未満では、耐熱性が著しく低下し、95質量%を超えると、高温でシリカ繊維の飛散がしやすくなるためである。ガラス繊維の配合比率は、特に限定されないが、3〜48質量%であることが好ましい。ガラス繊維が3%未満では、高温軟化時のシリカ繊維間の結合力が十分でなく、48%を超えると耐熱性が低下するためである。
【0016】
ステープル繊維には、さらに綿や耐炎化繊維等のクリンプのある繊維を1〜20質量%混合することが好ましい。その効果として、歩留が高くなり、作業性も良くなり、使用時も繊維の飛散が少なくなる。ステープル繊維には、さらにガラス長繊維からなるフィラメント糸、金属製ワイヤー等を、ステープル繊維に混合して補強することが好ましい。その効果として、さらに強度を高めることができる。
【0017】
また、ガラス繊維及びシリカ繊維は、集束性が劣り、耐摩耗性が低いため、紡績糸に有機からなるバインダー処理加工をしてもよい。バインダー処理加工のバインダー材としては、アクリル系、ポリピ二―ル系、ゼラチン系、でん粉系等を例示できる。また、界面活性剤、植物油等の潤滑剤を加えてもよい。これらは紡績糸工程で処理加工してもよいし、織布等の加工後に処理加工してもよい。
【0018】
2−2.シリカ繊維
シリカ繊維としては、ガラス繊維を酸処理してなる高ケイ酸ガラス繊維を例示することができる。例えば、Eガラス繊維を、濃度9〜12質量%の塩酸等の酸を用いて、40〜70℃の温度で約30分〜数時間、浸漬処理することにより、Eガラス繊維等の表層部をSiO2含有率80重量%以上のシリカ質ガラスにし、耐熱性を付与したシリカ繊維を得ることができる。
【0019】
シリカ繊維の表層部のSiO2含有率は、80〜96質量%が好ましい。ここで、繊維の表層部とは、繊維表面から大凡1μm未満の深さまでの部分とする。SiO2含有率が80%未満では、耐熱性が著しく低下し、96%を超えると、生体溶解性が低下するためである。前記酸処理時の酸の濃度を低下させたり、温度設定を低くすることで、繊維表面からの溶出元素の種類や量、表面層の厚さ等を調整することができる。
【0020】
シリカ繊維は、多孔質繊維であることが好ましく、(シリカ繊維の110℃×1時間での乾燥前の重量を100%とする)吸水率が2〜10質量%の多孔質繊維であることがより好ましい。大気からの水分を吸着しやすく、繊維間の付着力アップと高温昇温時の自己冷却保護である吸熱作用に寄与するからである。吸水率が2%未満では、上記の効果が十分期待できず、10%を超えると、繊維強度が低下する。
【0021】
2−3.ガラス繊維
ガラス繊維は、特に限定されない。耐熱性のあるTガラス、Sガラスが適しているが、これらはコストが高いため、汎用性のあるEガラスでよい。吸水率は一般に1質量%以下である。収束剤として、有機分が(例えば1質量%程度)付着していてもよい。
【0022】
2−4.繊維長
シリカ繊維の平均繊維長も、ガラス繊維の平均繊維長も、特に限定されないが、10mm以上が好ましく、さらに好ましくは15〜50mmである。平均繊維長が10mm未満の場合、糸表面の毛羽が極めて多くなり、紡績糸工程や織物工程、あるいは使用時にて、耐シゴキ性に乏しいため、繊維の脱落、飛散が多発しやすく、歩留低下と作業および使用環境の悪化となる。平均繊維長が50mmを超える場合、糸表面の毛羽が極めて少なくなり、紡績糸の特徴である嵩高性が低下するとともに、織物とした後、樹脂や無機バインダー等で表面被覆する場合に、繊維とのなじみ性が低下し、接合力が低下しやすい。
【0023】
2−5.繊維径
シリカ繊維の繊維径も、ガラス繊維の繊維径も、特に限定されないが、直径4〜15μmが好ましく、さらに好ましくは5〜10μmである。繊維径が3μm以下の場合、耐熱性が低下するとともに、肺への健康阻害リスク(WHOが定める人に対する吸入性繊維)が予想される。繊維径が15μmを超える場合、繊維の機械的破損が生じやすくなり、脱落、飛散が生じやすくなる。
【0024】
3.耐熱性複合紡績糸
3−1.被覆加撚
耐熱性複合紡績糸のTex番手は、特に限定されないが、100〜1000Texが製造上好ましい。
耐熱性複合紡績糸の撚数は、特に限定されないが、単糸で1インチ(25.4mm)当たり1程度、双糸で上撚、下撚とも4程度が、ねじり剛性による適正値である。
適度なバルキー処理が施された耐熱性複合紡績糸は、樹脂とのなじみも良く、耐熱性、遮熱性、防音性、耐振性、防水性、防汚性等の各種の機能を持った表面のコーティング加工処理品に適している。
【0025】
3−2.用途
耐熱用途としては、特に限定されないが、高熱ダクト用のライニングやエクスパンションシート、高温用パッキン材、溶接火花よけクロス、高温断熱シート、耐熱吸音シート等を例示できる。
耐熱性複合紡績糸は、糸のみならず、織布、ロープ、スリープ、テープ、ニット等の加工品にしても用いることができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明によれば、耐熱性があり、製造時には製品歩留が良く、使用時にも繊維の飛散が少ない耐熱性紡績糸及びその加工品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0027】
【図1】図1は本発明に係る耐熱性複合紡績糸を一部破断して示す拡大正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0028】
耐熱性複合紡績糸は、有機繊維よりなる紡績糸を芯糸とし、この芯糸の周囲に少なくともシリカ繊維とガラス繊維とを含むステープル繊維(短繊維)を被覆し加撚してなるものである。
【実施例】
【0029】
図1に実施例1〜7の耐熱性複合紡績糸1を示す。また、表1に実施例1〜4の配合比率等を示し、表2に実施例5〜7と比較例1,2の配合比率等を示す。
実施例1〜4は、綿繊維の紡績糸を芯糸2とし、この芯糸2の周囲にシリカ繊維とEガラス繊維とからなるステープル繊維3を被覆し加撚して、双糸のTEX番手760TEXを作成したものであり、繊維の配合比率が実施例相互に異なるものである。シリカ繊維としては、Eガラス繊維を、濃度10質量%の塩酸を用いて、80℃の温度で約120分浸漬処理することにより、Eガラス繊維等の表層部をSiO2含有率78〜97重量%のシリカ質ガラスにし、耐熱性を付与したシリカ繊維を用いた。
実施例5は、芯糸2及びステープル繊維3にさらにステンレス鋼(SUS316L)よりなる細線1本を加えて加撚した点と、繊維の配合比率と、TEX番手880TEXを作成した点においてのみ、実施例1〜4と相違するものである。
実施例6は、シリカ繊維とEガラス繊維と綿繊維とからなるステープル繊維3を用いた点においてのみ、実施例1〜4と相違するものである。
実施例7は、シリカ繊維と耐炎化繊維とからなるステープル繊維3を用いた点においてのみ、実施例1〜4と相違するものである。
比較例1は、芯糸を用いず、Eガラス繊維100%からなる紡績糸で、双糸のTEX番手760TEXを作成したものである。
比較例2は、芯糸を用いず、シリカ繊維100%からなる紡績糸で、双糸のTEX番手760TEXを作成したものである。
【0030】
各実施例及び比較例について、次の3特性を調べ、総合評価した。表1及び表2にはその結果も示す。
1.紡績糸工程の原料歩留(質量%)
2.高温耐熱性:作成した複合紡績糸を、800℃の恒温炉に48時間入れた後、繊維の状態を調べた。
3.高熱ダクト内側用エクスパンションシートに実装使用し、6ヶ月後の重量変化率を求めた。
総合評価の評価基準は、○が適切、△がやや適切(使用できる)、×が使用不適とした。
実施例2,3,5,7は、いずれも各特性が優れており、適切と評価した。
実施例1,4,6は、いずれも一部の特性が上記実施例2等よりもやや劣っているが、使用可能な範囲であり、やや適切と評価した。
比較例1,2は、高温ダクト用クロス使用時の破損や飛散が多く、不適と判断した。
【0031】
【表1】

【0032】
【表2】

【0033】
次に、表3に示すように、シリカ繊維の表面部のSiO2含有率の変化による、生理食塩水溶解率と高温耐熱性の変化を調べた。
シリカ繊維には、実施例1〜7と同じくEガラス繊維を酸処理してなるものを用い、但し酸処理条件を変更することで、シリカ繊維の表面部のSiO2含有率を変えて、各試料(シリカ繊維1〜4)に調整した。具体的には、Eガラス繊維を、濃度10質量%の塩酸を用いて、60〜80℃の温度で約3〜180分浸漬処理することにより、Eガラス繊維の表層部をSiO2含有率78〜97重量%のシリカ質ガラスにした。シリカ繊維の表面部のSiO2含有率は、蛍光X線元素分析装置を用い、繊維表面から大凡1μm未満の深さまでの部分の組成となる装置条件にて測定した。また、比較例として、汎用リフラクトリーセラミック繊維の試料を用いた。
生理食塩水溶解率の測定は、繊維試料3.0gに対し、表4に示す配合の生理食塩水を450cc加え、ポリプロピレン樹脂製500cc入り容器に密封し、40℃の乾燥炉内に50時間放置し、乾燥重量の変化率を測定した。その評価は、1%以上を良とし、○印で表す。0.1%未満を×とし、不適とした。
高温耐熱性は、前記実施例と同じく800℃の恒温炉に48時間入れた後、繊維の状態を調べた。
シリカ繊維の表層部のSiO2含有率が80〜96質量%の場合、生理食塩水溶解率が高く(よって人体内にとどまりにくい)、高温耐熱性もあるため、総合評価は適切とした。
【0034】
【表3】

【0035】
【表4】

【符号の説明】
【0036】
1 耐熱性複合紡績糸
2 芯糸
3 ステープル繊維

【特許請求の範囲】
【請求項1】
有機繊維よりなる紡績糸を芯糸とし、この芯糸の周囲に少なくともシリカ繊維を含むステープル繊維を被覆し加撚してなる耐熱性複合紡績糸。
【請求項2】
有機繊維よりなる紡績糸を芯糸とし、この芯糸の周囲に少なくともシリカ繊維とガラス繊維とを含むステープル繊維を被覆し加撚してなる耐熱性複合紡績糸。
【請求項3】
前記シリカ繊維の配合比率が50〜95質量%であり、前記ガラス繊維の配合比率が3〜48質量%である請求項2記載の耐熱性複合紡績糸。
【請求項4】
前記シリカ繊維がガラス繊維を酸処理してなる高ケイ酸ガラス繊維であり、該繊維の表面部のSiO2含有率が80〜96質量%であり、該繊維は多孔質繊維である請求項1、2又は3記載の耐熱性複合紡績糸。
【請求項5】
前記芯糸又は前記ステープル繊維に、ガラス長繊維からなるフィラメント糸又は金属製ワイヤーを混合して補強した請求項1、2、3又は4記載の耐熱性複合紡績糸。

【図1】
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【公開番号】特開2013−53381(P2013−53381A)
【公開日】平成25年3月21日(2013.3.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−190852(P2011−190852)
【出願日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【出願人】(390029735)日本グラスファイバー工業株式会社 (20)
【Fターム(参考)】