JP5631282B2

JP5631282B2 - 耐熱性複合紡績糸

Info

Publication number: JP5631282B2
Application number: JP2011190852A
Authority: JP
Inventors: 伸夫服部; 浩之芥川; 和男小寺
Original assignee: NIHON GLASS FIBER INDUSTRIAL CO., LTD.
Current assignee: NIHON GLASS FIBER INDUSTRIAL CO., LTD.
Priority date: 2011-09-01
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2031-09-01
Also published as: JP2013053381A

Description

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。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００４−１８３１５３号公報欧州特許公開公報ＥＰ０８３７１６５Ａ３

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。

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ことを特徴とする。

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。

１．芯糸
有機繊維よりなる紡績糸を用いる。

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。

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。

２．ステープル繊維
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。但し、ステープル繊維にガラス繊維を含まない実施例４，７は参考例である。
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（実施例４はシリカ繊維のみ）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。

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。

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。

１耐熱性複合紡績糸
２芯糸
３ステープル繊維

Claims

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。
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１記載の耐熱性複合紡績糸。
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又は２記載の耐熱性複合紡績糸。
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又は３記載の耐熱性複合紡績糸。