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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-01-25
(45)【発行日】2023-02-02
(54)【発明の名称】航空機用部材、及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
   B64D 11/00 20060101AFI20230126BHJP
   B64C 1/00 20060101ALI20230126BHJP
   B64C 1/40 20060101ALI20230126BHJP
   D01D 5/08 20060101ALI20230126BHJP
   D04H 1/4326 20120101ALI20230126BHJP
   B01D 39/16 20060101ALI20230126BHJP
   G10K 11/162 20060101ALI20230126BHJP
【FI】
B64D11/00
B64C1/00 B
B64C1/40
D01D5/08 D
D04H1/4326
B01D39/16 A
G10K11/162
【請求項の数】 10
(21)【出願番号】P 2019010501
(22)【出願日】2019-01-24
(65)【公開番号】P2020117097
(43)【公開日】2020-08-06
【審査請求日】2021-11-16
(73)【特許権者】
【識別番号】000002901
【氏名又は名称】株式会社ダイセル
(74)【代理人】
【識別番号】110002239
【氏名又は名称】弁理士法人G-chemical
(72)【発明者】
【氏名】大和 洋
(72)【発明者】
【氏名】新井 隆
【審査官】長谷井 雅昭
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-104828(JP,A)
【文献】特開2005-019537(JP,A)
【文献】特開2006-022454(JP,A)
【文献】特開2018-106827(JP,A)
【文献】特開2012-112067(JP,A)
【文献】米国特許第06383623(US,B1)
【文献】特開2011-024290(JP,A)
【文献】特開2016-005410(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B64D 11/00
B64C 1/00
B64C 1/40
D01D 5/08
D04H 1/4326
B01D 39/16
G10K 11/162
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
結晶化度が30%以下であるPEEKファイバーが絡み合わさってなり、空孔率が30~70%である不織布を備える航空機用防音断熱材。
【請求項2】
PEEKファイバーの平均繊維径が100nm~20μmである、請求項1に記載の航空機用防音断熱材。
【請求項3】
不織布の平均孔径が1~20μmである、請求項1又は2に記載の航空機用防音断熱材。
【請求項4】
不織布の坪量が0.001~100g/m2である、請求項1~の何れか1項に記載の航空機用防音断熱材。
【請求項5】
結晶化度が25%以下のPEEKを主成分とする高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出されるPEEKファイバーを前記繊維捕集板方向に飛翔させ、繊維捕集板上にて捕集することによりPEEKファイバーが絡み合わさってなる不織布を得る工程を経て、請求項1~の何れか1項に記載の航空機用防音断熱材を得る、航空機用防音断熱材の製造方法。
【請求項6】
結晶化度が30%以下であるPEEKファイバーが絡み合わさってなり、空孔率が30~70%である不織布を備える航空機用エアフィルター。
【請求項7】
PEEKファイバーの平均繊維径が100nm~20μmである、請求項6に記載の航空機用エアフィルター
【請求項8】
不織布の平均孔径が1~20μmである、請求項6又は7に記載の航空機用エアフィルター。
【請求項9】
不織布の坪量が0.001~100g/m 2 である、請求項6~8の何れか1項に記載の航空機用エアフィルター。
【請求項10】
結晶化度が25%以下のPEEKを主成分とする高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出されるPEEKファイバーを前記繊維捕集板方向に飛翔させ、繊維捕集板上にて捕集することによりPEEKファイバーが絡み合わさってなる不織布を得る工程を経て、請求項6~9の何れか1項に記載の航空機用エアフィルターを得る、航空機用エアフィルターの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、航空機用部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
航空機では、外気を遮断して、機内の温度や湿度などを、エネルギー消費を削減しつつ快適に保つ目的や、機内で発生した音の反響を小さくするように吸音し、外部からの音を遮断する目的で、断熱性及び吸音性に優れ、且つ不燃性のガラスウール(若しくは、グラスウール)が使用されている(例えば、特許文献1)。
【0003】
しかし、ガラスウールは重いことが問題であった。そこで、航空機の燃費向上の観点から、航空機用部材には、断熱性、吸音性、不燃性と共に軽量性を兼ね備えることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2016-160553号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従って、本発明の目的は、軽量であり、且つ断熱性、難燃性、吸音性、及び遮音性に優れる航空機用部材を提供することである。
本発明の他の目的は、軽量であり、且つ断熱性、難燃性、吸音性、遮音性、及び耐薬品性に優れる航空機用部材を提供することである。
本発明の他の目的は、軽量であり、且つ断熱性、難燃性、吸音性、遮音性、耐薬品性、及び加工性に優れる航空機用部材を提供することである。
本発明の他の目的は、前記航空機用部材の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者等は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、スーパーエンジニアリングプラスチックと呼ばれ、融点が334℃であり、250℃の高温環境下でも長時間に亘って連続使用できるという超耐熱性、難燃性を持つポリエーテルエーテルケトン(PEEK)からなる繊維を絡み合わせることで得られる不織布は、軽量であり、連続或いは不連続の細孔を備えるため、吸音性及び遮音性を有し、その上、PEEKに由来する耐熱性及び難燃性を有することを見いだした。本発明はこれらの知見に基づいて完成させたものである。
【0007】
すなわち、本発明は、PEEKファイバーが絡み合わさってなる不織布を備える航空機用部材を提供する。
【0008】
本発明は、また、PEEKファイバーの平均繊維径が100nm~20μmである前記航空機用部材を提供する。
【0009】
本発明は、また、PEEKファイバーの結晶化度が30%以下である前記航空機用部材を提供する。
【0010】
本発明は、また、不織布の空孔率が30~70%である前記航空機用部材を提供する。
【0011】
本発明は、また、不織布の平均孔径が1~20μmである前記航空機用部材を提供する。
【0012】
本発明は、また、不織布の坪量が0.001~100g/m2である前記航空機用部材を提供する。
【0013】
本発明は、また、防火断熱材である前記航空機用部材を提供する。
【0014】
本発明は、また、防音断熱材である前記航空機用部材を提供する。
【0015】
本発明は、また、結露防止材である前記航空機用部材を提供する。
【0016】
本発明は、また、航空機用内装材である前記航空機用部材を提供する。
【0017】
本発明は、また、航空機用エアフィルターである前記航空機用部材を提供する。
【0018】
本発明は、また、非結晶性のPEEKを主成分とする高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出されるPEEKファイバーを前記繊維捕集板方向に飛翔させ、繊維捕集板上にて捕集することによりPEEKファイバーが絡み合わさってなる不織布を得る工程を経て、前記航空機用部材を得る、航空機用部材の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【0019】
PEEKファイバーの不織布をその構成部材として備える本発明の航空機用部材は、PEEKに由来する耐熱性及び難燃性を有する。また、前記不織布が連続或いは不連続の細孔を有することにより吸音性及び遮音性を有する。更に、前記不織布は軽量であり加工性に優れる。また、耐薬品性にも優れる。
従って、本発明の航空用部材は、軽量性、断熱性、難燃性、吸音性、遮音性、耐薬品性、及び加工性を兼ね備える。そのため、本発明の航空機用部材は、例えば、防火断熱材、防音断熱材、結露防止材、内装材、エアフィルター等として好適に使用することができる。
そして、前記の通り優れた特性を有する航空機用部材を備える航空機は、安全性、快適性を備えつつ、低燃費且つ低環境負荷を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
図1】本発明の航空機部材の製造方法の一例を示す模式的概略図である。
図2】帯状溶融部に形成されるテーラーコーンの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
[航空機用部材]
本発明の航空機用部材は、PEEKファイバーが絡み合わさってなる不織布を少なくとも備える。
【0022】
前記不織布を構成するPEEKファイバーの平均繊維径は、例えば100nm~20μmであり、繊維を絡み合わせることにより、連続或いは不連続の細孔を形成することができ、これによって不織布に優れた吸音性及び遮音性を付与することができる点で、好ましくは1~20μm、特に好ましくは5~20μmである。尚、前記平均繊維径は、例えば、走査型電子顕微鏡を用いて繊維の形態を複数回(例えば、10回)撮影し、撮影した複数の画像から任意に1画像当たり、例えば10本程度の繊維径を画像処理ソフトなどで測定し、それらを平均することにより求めることができる。
【0023】
前記不織布層を構成するPEEKファイバーは、結晶化度が30%以下であることが好ましく、より好ましくは29%以下であり、さらに好ましくは28%以下である。結晶化度の下限は、例えば15%、なかでも20%である。結晶化度が前記範囲であるPEEKファイバーを使用すれば、連続或いは不連続の細孔を形成することができ、これによって優れた吸音性及び遮音性を不織布層に付与することができる。尚、前記結晶化度は、実施例に記載の方法で求められる。すなわち、DSC(示差走査熱量計)測定により求められる熱量から算出することができる。
【0024】
前記不織布は、本発明の効果を損なわない範囲において、PEEKファイバー以外の不揮発分(例えば、繊維状物質等)を含有していても良いが、不織布を構成する不揮発分全量におけるPEEKの占める割合は、例えば50重量%以上であり、好ましくは70重量%以上、特に好ましくは80重量%以上、最も好ましくは90重量%以上である。尚、上限は100重量%である。すなわち、前記不織布はPEEKファイバーのみからなるものであってもよい。
【0025】
前記不織布の厚さは、用途に応じて適宜選択することができ、例えば0.0001~100mm、好ましくは0.001~50mm、より好ましくは0.01~15mm、特に好ましくは0.05~1mmである。
【0026】
前記不織布の坪量(若しくは、目付)は、用途に応じて適宜選択することができ、例えば0.001~100g/m2、好ましくは0.05~50g/m2、より好ましくは0.1~10g/m2である。
【0027】
前記不織布の空孔率は、例えば30~70%であり、なかでも、難燃性、耐熱性、吸音性、及び遮音性を高度に兼ね備える点で40~70%が好ましく、特に好ましくは45~70%、とりわけ好ましくは45~60%である。空孔率が前記範囲を下回ると、吸音性及び遮音性が低下する傾向がある。一方、空孔率が前記範囲を上回ると、難燃性及び耐熱性が低下する傾向がある。尚、不織布の空孔率は、樹脂シートの重量と嵩密度より全体体積を求め、この値と実際の体積との差から空孔体積を求めることができる。
【0028】
前記不織布の平均孔径は、例えば1~20μmであり、なかでも、難燃性、耐熱性、吸音性、及び遮音性を高度に兼ね備える点で2~15μmが好ましく、特に好ましくは2~10μm、最も好ましくは3~10μmである。平均孔径が前記範囲を下回ると、吸音性及び遮音性が低下する傾向がある。一方、平均孔径が前記範囲を上回ると、難燃性及び耐熱性が低下する傾向がある。尚、不織布の平均孔径は、電子顕微鏡による観察によって測定することができる。
【0029】
前記不織布は耐熱性に優れ、融点(不織布を構成するPEEKファイバーの融点)は、約340℃である。
【0030】
前記不織布は難燃性に優れ、UL94試験(垂直燃焼性試験)による難燃性は、V-0グレードである。
尚、前記試験は、垂直に保持した試料の下端に10秒間ガスバーナーの炎を接炎させる。燃焼が30秒以内に止まったならば、さらに10秒間接炎させる方法により行われる。そして、V-0グレードは、以下の基準を満たすものである。
<V-0グレード基準>
1.いずれの接炎の後も、10秒以上燃焼を続ける試料がない
2.5個の試料に対する10回の接炎に対する総燃焼時間が50秒を超えない
3.固定用クランプの位置まで燃焼する試料がない
4.試料の下方に置かれた脱脂綿を発火させる燃焼する粒子を落下させる試料がない
5.2回目の接炎の後、30秒以上赤熱を続ける試料がない
【0031】
更に、前記不織布は、室温~100℃程度の高温環境下において優れた耐薬品性を有し、特に、酢酸、硝酸、硫酸等の酸;水酸化ナトリウム、アンモニア等のアルカリ;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール系溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N-メチル-2ピロリドン等のアミド系溶媒等に対して優れた耐薬品性を示す。
【0032】
更にまた、前記不織布は、耐放射線性、耐ラジカル性をも有する。そのため、電磁波(例えば、電波、赤外線、可視光線、紫外線、X線、ガンマ線等)が照射されても、又はラジカル種が発生しても、不織布を構成するPEEKファイバーの構造に変化が生じるのを抑制できる。そのため、電磁波が照射されたり、ラジカル種が発生し易い環境化でも、不織布の強度、剛性、硬度、脆性等の機械特性が低下するのを防止することができる。
【0033】
更に、前記不織布はPEEKによって形成されているため、燃焼試験での、毒性ガス排出量、煙排出量、及び熱放射量が極めて小さい。そのため、航空機火災の際の被害を最小とすることができる。
【0034】
更にまた、前記不織布は、ナイフ等で容易に切断し加工することができ、加工性に優れる。
【0035】
前記不織布は、目的に応じて、例えば、エレクトレット加工による帯電処理、プラズマ放電処理、コロナ放電処理、スルホン化処理、グラフト重合などによる親水化処理等の後加工処理が施されたものであってもよい。また、前記不織布は、さらに二次加工してもよく、他の不織布(例えば、スパンボンド不織布等)や織編物、フィルム、プレート、基板等と積層一体化されたものであってもよい。
【0036】
本発明の航空機用部材は、上記特性を兼ね備える不織布を備え、これ以外に他の部材(例えば、防湿性能や防風性能等の機能性部材)を備えていても良い。
【0037】
本発明の航空機用部材には、例えば、防火断熱材、防音断熱材、結露防止材、内装材(例えば、カーペット、毛布、マット、シート、シートカバー、モニターカバー、スクリーン、シートベルト、エアバッグ等)、エアフィルター等が含まれる。
【0038】
本発明の航空機用部材は、軽量性、加工性、断熱性、難燃性、吸音性、遮音性、及び耐薬品性を全て備える。従って、本発明の航空機用部材を備える航空機は、安全性、快適性を備えつつ、低燃費及び低環境負荷を実現できる。
【0039】
[航空機用部材の製造方法]
本発明の航空機用部材は、非結晶性のPEEKを主成分とする高分子シートに帯状レーザー光を照射して前記高分子シートの端部を線状に加熱溶融させるとともに、溶融した帯状溶融部と繊維捕集板との間に電位差を設けることにより、前記帯状溶融部に針状突出部を形成し、前記針状突出部から吐出されるPEEKファイバーを前記繊維捕集板方向に飛翔させ、繊維捕集板上にて捕集することによりPEEKファイバーが絡み合わさってなる不織布を得る工程をへて製造することができる。
【0040】
(高分子シート)
前記高分子シートは、非結晶性のPEEK樹脂を主成分とする高分子化合物によって形成されたシートである。前記高分子シートの結晶化度は、例えば25%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましく、15%以下であることがさらに好ましい。上記結晶化度が25%以下であると、結晶化度の低いPEEKファイバーを得ることができる。尚、高分子シートの結晶化度は、上述のPEEKファイバーの結晶化度と同じ方法により求めることができる。
【0041】
前記高分子シートは、極細のPEEKファイバーを形成しやすい点から、400℃で溶融した溶融物の粘度が低粘度であることが好ましく、例えば、400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の粘度(以後、「400℃溶融粘度」と称する場合がある)が、800Pa・s以下(50~800Pa・s)であることが好ましく、より好ましくは600Pa・s以下、更に好ましくは400Pa・s以下、更に好ましくは300Pa・s以下、特に好ましくは250Pa・s以下、最も好ましくは220Pa・s以下である。尚、前記粘度の下限は、例えば160Pa・s程度、好ましくは162Pa・s、特に好ましくは164Pa・s、最も好ましくは166Pa・sである。前記粘度が低すぎる場合、捕集部へ飛翔する前に高分子シートを構成するPEEK樹脂が落下しやすくなる傾向がある。また、繊維径が均一なPEEKファイバーを得ることが困難となる傾向がある。一方、前記粘度が高すぎると、高分子シートを帯状レーザーによって加熱しても、PEEK樹脂が捕集部へ飛翔しにくく、PEEKファイバーを効率よく得ることが困難となる傾向がある。
【0042】
尚、400℃溶融粘度は、キャピラリーレオメーター(商品名「キャピログラフ 1D」、(株)東洋精機製作所製)を用い、実施例に記載の方法で求めることができる。また、シェアレート(せん断速度)もキャピラリーレオメーターを用いて測定することができる。
【0043】
前記高分子シートは、例えば、非結晶性のチップ状PEEK樹脂をTダイ押出成形機などで加熱溶融し、シート状にすることにより製造することができる。
【0044】
前記PEEK樹脂としては1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用しても良い。
【0045】
本発明においては、前記PEEK樹脂として、400℃溶融粘度が100~158Pa・sであるPEEK樹脂(A)と、400℃溶融粘度が300~1500Pa・sであるPEEK樹脂(B)を配合することが好ましい。
【0046】
前記PEEK樹脂(A)の400℃溶融粘度は100~158Pa・sであり、なかでも、極細のPEEKファイバーを効率よく得ることができる点で、好ましくは110~157Pa・s、より好ましくは120~156Pa・sであり、さらに好ましくは130~155Pa・sである。
【0047】
PEEK樹脂(A)としては、例えば、商品名「VESTAKEEP 1000G」(ダイセル・エボニック(株)製)などの市販品を好適に用いることができる。
【0048】
PEEK樹脂(B)の400℃溶融粘度は300~1500Pa・sであり、なかでも、極細のPEEKファイバーを効率よく得ることができる点で、好ましくは400~1300Pa・s、さらに好ましくは500~1200Pa・sであり、特に好ましくは600~1100Pa・sである。
【0049】
PEEK樹脂(B)としては、例えば、商品名「VESTAKEEP 4000G」(ダイセル・エボニック(株)製)などの市販品を好適に用いることができる。
【0050】
PEEK樹脂(B)の配合量は、PEEK樹脂(A)100重量部に対して、例えば0.1~10重量部、好ましくは0.4~7重量部であり、さらに好ましくは0.8~4重量部であり、特に好ましくは1.0~3重量部である。
【0051】
PEEK樹脂(A)の含有割合は、前記高分子シート全体(100重量%)の、例えば60~99.9重量%、好ましくは70~99.5重量%であり、さらに好ましくは80~99重量%である。
【0052】
また、PEEK樹脂(B)の割合は、前記高分子シート全体(100重量%)の、例えば0.1~15重量%、好ましくは0.5~10重量%であり、さらに好ましくは1.0~5重量%である。
【0053】
前記高分子シートの厚さは、例えば0.01~10mmであり、不織布の製造が容易となる点で、好ましくは0.05~5.0mmである。
【0054】
前記高分子シートは、PEEK樹脂以外にも、例えば、赤外線吸収剤、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤等)、難燃剤、帯電防止剤、着色剤、充填剤、滑剤、抗菌剤、防虫・防ダニ剤、防カビ剤、つや消し剤、蓄熱剤、香料、蛍光増白剤、湿潤剤、可塑剤、増粘剤、分散剤、発泡剤、界面活性剤等から選択される1種又は2種以上の添加剤を含有してもよい。
【0055】
前記添加剤の中では、なかでも、界面活性剤を含有することが好ましい。高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、PEEK樹脂からなる高分子シートは電気絶縁性が高く、電気抵抗の低くなる熱溶融部までに電荷を注入しにくい。しかし、界面活性剤を用いると、電気絶縁性の大きい高分子シートの表面の電気抵抗が低下し、熱溶融部まで十分に電荷を注入できる。また、界面活性剤などの付与は、高分子シートに高電圧を印加して電荷を注入する際、シートが複数成分で構成されている場合の相分離に有効である。
【0056】
前記各添加剤の添加量は、PEEK樹脂100重量部に対して、例えば50重量部以下であり、好ましくは0.01~30重量部、より好ましくは0.1~5重量部である。
【0057】
図1は、本発明の航空機用部材を構成する不織布を製造する方法の一例を示す模式的概略図である。
【0058】
レーザー発生源から出射したレーザー光は断面がスポット状であり、これを光路調節手段(例えば、ビームエキスパンダー、ホモジナイザー、コリーメンションレンズ、及びシリンドリカルレンズ群等)により、断面が線状の帯状レーザー光に変換した後、保持部材に保持された高分子シートの端部に形成される帯状溶融部に照射する。
【0059】
前記レーザー発生源としては、例えば、YAGレーザー、炭酸ガス(CO2)レーザー、アルゴンレーザー、エキシマレーザー、ヘリウム-カドミウムレーザー等が挙げられる。これらのなかでは、電源効率が高く、PEEKの溶融性が高い点から、炭酸ガスレーザーが好ましい。また、レーザー光の波長は、好ましくは200nm~20μm、より好ましくは500nm~18μm、さらに好ましくは5~15μmである。
【0060】
また、帯状レーザー光の厚さは、通常0.5~10mm程度である。レーザー光の厚さが0.5mm未満では、テーラーコーンの形成が困難となる場合があり、10mmを超えると、溶融滞留時間が長くなり、材料の劣化を起こす場合がある。
【0061】
前記帯状レーザー光の出力は、帯状溶融部の温度がPEEK樹脂の融点である334℃以上であり、かつ、高分子シートの発火点以下の温度となる範囲に制御すればよいが、PEEKファイバーの繊維径を小さくする観点からはできるだけ高い方が好ましい。具体的なレーザー光の出力は、用いる高分子シートの物性値(LOI値(限界酸素指数))や形状、高分子シートの送り速度等に応じて適宜選択できるが、通常5~200W/13cm程度であり、好ましくは10~60W/13cm、より好ましくは20~50W/13cmである。なお、前記レーザー光の出力は、レーザー発生源から出射したスポットビームの出力である。
【0062】
また、帯状溶融部の温度は、PEEKの融点以上で、発火点以下の温度であれば特に限定されないが、通常340~600℃程度であり、好ましくは350~500℃である。
【0063】
レーザー光の出射と同時に、高電圧発生装置により電圧を印加し、帯状溶融部と、高分子シートの下側に配設された繊維捕集板との間に電位差を生じさせる。この時、サーモグラフィーにより帯状溶融部の温度を観測し、電圧や照射するレーザー光などの条件を最適化してもよい。
【0064】
前記電位差は放電しない範囲で高電圧であるのが好ましく、要求されるPEEKファイバーの繊維径、電極と捕集部材との距離、レーザー光の照射量等に応じて適宜選択できるが、通常0.1~30kV/cm程度であり、好ましくは0.5~20kV/cm、より好ましくは1~10kV/cmである。
【0065】
また、前記高分子シートの端部(テーラーコーンの先端部)と前記捕集部材との距離は特に限定されず、通常5mm以上であればよいが、効率良くPEEKファイバーを製造するためには、好ましくは10~300mm、より好ましくは15~200mm、さらに好ましくは50~150mm、特に好ましくは80~120mmである。
【0066】
図1に示した例では、高分子シートを保持する保持部材が電極としての機能を兼ねており、高電圧発生装置により、保持部材に電圧が印加されると、高分子シートの帯状溶融部に電荷が付与されることとなる。繊維捕集板は、金属と同等の表面電気抵抗値を有する。
【0067】
帯状レーザー光を照射することにより、高分子シートの端部に形成される帯状溶融部が加熱溶融されるとともに、この帯状溶融部に電荷が付与される。そして、電荷が付与された帯状溶融部には、その表面に電荷が集まり反発することによって、次第に複数の針状突出部(テーラーコーン)が形成され(図2参照)、電荷の反発力が表面張力を超えると、溶融した高分子シートは、テーラーコーン先端から静電引力により繊維捕集板に向かって繊維として吐出され、繊維捕集板方向に飛翔する。その結果、伸長した繊維は繊維捕集板で捕集され、ここで不織布を形成する。
【0068】
図2に示されるテーラーコーンの数(テーラーコーンの間隔)は、高分子シートの厚さを変更することにより適宜調整することができる。
【0069】
前記テーラーコーンの数は、特に制限されないが、前記高分子シートの加熱溶融した部分の幅方向2cm当たり、好ましくは1~100個であることが、テーラーコーン同士の電気的な反発などによりPEEKファイバーの均整度が低下してしまうことがなく、適切な生産量を確保することができる点で好ましく、より好ましくは1~50個、さらに好ましくは2~10個である。
【0070】
前記高分子シートを連続的に送り出す場合、その送り速度は特に限定されないが、例えば2~20mm/min、好ましくは3~15mm/min、より好ましくは4~10mm/minである。送り速度を速くすれば生産性が高まるが、速すぎると、レーザー光照射部近傍での高分子シートの樹脂が充分溶融しないので極細のPEEKファイバーを製造することが困難となる傾向がある。一方、送り速度が遅すぎると、高分子シートが分解する等により、生産性が低下する傾向がある。
【0071】
続いて、繊維捕集板方向に飛翔させたPEEKファイバーを、繊維捕集板上にて捕集する。この時に、PEEKファイバーの捕集位置を経時的に移動させると、PEEKファイバーを布状に集積させて不織布を得ることができる。例えば、繊維捕集板上に設けられた平板状或いはフィルム状捕集部材を、高分子シートの幅方法に垂直な方向(図中の矢印13で示す方向)に移動させつつ、PEEKファイバーの製造を連続的に行うと、捕集部材上に集積させて不織布を得ることができる。尚、補充部材の移動手段としては、例えば、プーリー等を使用する方法が挙げられる。
【0072】
尚、捕集部材の移動速度は特に限定されず、製造する不織布の目付等を考慮して適宜決定すればよいが、通常10~2000mm/min程度である。例えば、目付1000g/m2の高分子シートの送り速度が0.5mm/minである場合、捕集部材の移動速度を1000mm/min程度に設定することにより、目付0.5g/m2程度の不織布を連続的に製造することができる。
【0073】
また、前記製造方法において、前記高分子シートの端部と前記捕集部材との間の空間は、不活性ガス雰囲気が好ましい。この空間を不活性ガス雰囲気とすることにより、高分子シートの発火を抑制できるため、レーザー光の出力を高めることができる。また、帯状溶融部における酸化反応を抑制することもできる。不活性ガスとしては、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、炭酸ガス等が挙げられる。これらのうち、通常窒素ガスを使用する。
【0074】
また、前記空間は加熱してもよい。それにより、高分子シートの伸長又は延伸を促進し、形成されつつあるPEEKファイバーの急激な温度低下を抑制することができ、極めて極細のPEEKファイバーが得られる。前記加熱方法としては、例えば、ヒーター(ハロゲンヒーター等)を用いた方法や、レーザー光を照射する方法等が挙げられる。加熱温度は、通常50℃以上の温度から樹脂の発火点未満までの温度範囲から選択できるが、紡糸性の点から、PEEK樹脂の融点未満の温度が好ましい。
【実施例
【0075】
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【0076】
尚、400℃溶融粘度は、以下の方法で測定した。
400℃で測定したシェアレート(せん断速度)121.6(1/s)の時の溶融粘度は、キャピラリーレオメーター(商品名「キャピログラフ 1D」、(株)東洋精機製作所製)にて、キャピラリー径1mm、長さ10mmの冶具を用いて測定した。
【0077】
また、高分子シート及びPEEKファイバーの結晶化度は、DSC測定で求めた熱量から算出した。
そして、DSC測定で求めた熱量から、以下の式を用いて結晶化度を求めた。
結晶化度(%)={(試料の融解熱[J/g])-(試料の再結晶化熱[J/g])}/完全結晶の融解熱(130[J/g])×100
尚、DSC測定は、示差走査熱量計(DSC-Q2000/TA社製)を用い、基準材料はアルミナを用い、窒素雰囲気下、温度範囲は0~420℃、昇温速度20℃/minの条件で行った。
【0078】
調製例1(高分子シートの調製)
PEEK樹脂(A)(ダイセル・エボニック(株)製、商品名「VESTAKEEP 1000G」、400℃溶融粘度:151Pa・s)に、PEEK樹脂(B)(ダイセル・エボニック(株)製、商品名「VESTAKEEP 4000G」、400℃溶融粘度:1012Pa・s)をPEEK樹脂(A)100重量部に対して、1.5重量部配合し、約400℃に加熱溶融後、混練した。これをラボプラストミルTダイ押出成形装置((株)東洋精機製作所製)にて、ダイス幅150mm、リップ幅0.4mmのTダイを用いて、押出温度345~360℃でシート状に押出し、引き取りロール温度140℃、巻き取り速度1.0~2.0m/minで巻き取って、厚さ0.1mmの高分子シート(1)を作製した。得られた高分子シート(1)の結晶化度は13.0%であり、400℃溶融粘度は166Pa・sであった。
【0079】
実施例1
調製例1で得られた高分子シート(1)を使用し、以下の方法によりPEEKファイバーを製造し、不織布を得た。
図1に示した装置のレーザー発生源として、CO2レーザー(ユニバーサルレーザーシステムズ社製、波長10.6μm、出力45W、空冷型、ビーム径φ4mm)を使用した。ビームエキスパンダー及びホモジナイザーとして、倍率2.5倍のビームエキスパンダーと、ホモジナイザー(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、コリーメンションレンズとして、コリーメンションレンズ(入射ビーム径φ12mm(設計値)、出射ビーム径φ12mm(設計値))と、シリンドリカルレンズ群としてシリンドリカルレンズ(平凹レンズ、f-30mm)及びシリンドリカルレンズ(平凸レンズ、f-300mm)とをこの順で所定の位置に配置したものを使用した。これらの光路調節部材を介することにより、スポット状のレーザー光を幅約150mm、厚さ約1.4mmの帯状レーザー光に変換して高分子シートの帯状溶融部(端部)に照射した。このときのレーザー光の出力は60W/13cmであり、高分子シートの送り速度は4mm/minであり、保持部材と繊維捕集板の間の電位差は6kV/cmであった。
これにより、高分子シートを構成する樹脂が溶融により落下することや樹脂が飛翔していかないことがなく、安定して均一な繊維径を有するPEEKファイバー(1)が得られた。
得られたPEEKファイバー(1)の平均繊維径(繊維径)は10.0μm、結晶化度は24.0%であった。
【0080】
また、PEEKファイバー(1)の製造を連続的に行いつつ、高分子シートの幅方法に垂直な方向に捕集部材を移動させ、当該捕集部材上にPEEKファイバー(1)を集積させて不織布(1)を得た。
得られた不織布(1)の平均繊維径は10.0μm、平均孔径は3μm、空孔率50%であった。また、得られた不織布(1)の耐熱性は340℃、UL94試験(垂直燃焼性試験)による難燃性は、V-0グレードであった。
【0081】
更に、得られた不織布(1)を、下記表に記載の薬品(温度は表に記載の通り)に1000時間浸漬し、浸漬前後の重量変化から耐薬品性を下記基準で評価した。評価結果を下記表にまとめて示す。
<評価基準>
○:重量変化が5重量%以下であり、耐薬品性極めて良好
△:重量変化が5重量%を超え、10%未満であり、耐薬品性が良好
×:重量変化が10重量%超であり、耐薬品性不良
【0082】
【表1】
【符号の説明】
【0083】
1 レーザー発生源
2 ビームエキスパンダー及びホモジナイザー
3 コリーメンションレンズ
4 シリンドリカルレンズ群
5 帯状レーザー光
6 高分子シート
6a 帯状溶融部
6b 針状突出部
7 保持部材
8 繊維捕集板
9 サーモグラフィー
10 高電圧発生装置
11 捕集部材
12 プーリー
13 捕集部材の移動方向
図1
図2