JP7036006B2 - 遮炎性織物 - Google Patents
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Description
高温収縮率が3%以下の非溶融繊維Aと、JIS K 7201-2(2007年)に準拠するLOI値が25以上でありかつ融点が非溶融繊維Aの発火温度よりも低い融点を有する熱可塑性繊維Bとを、経糸および緯糸に含む織物であって、前記非溶融繊維Aが、耐炎化繊維、メタアラミド系繊維、ガラス繊維およびこれらの混合物の群から選択され、前記熱可塑性繊維Bが、ポリフェニレンサルファイド樹脂からなる繊維であり、該経糸および緯糸の破断伸度が5%よりも大きく、かつ、織物の完全組織における投影面積において、前記非溶融繊維Aの面積率が10%以上かつ前記熱可塑性繊維Bの面積率が5%以上かつJIS L 1096-A法(2010年)に準拠する厚さが0.08mm以上である遮炎性織物、である。
本発明において高温収縮率とは、不織布の原料となる繊維を標準状態(20℃、相対湿度65%)中で12時間放置後、0.1cN/dtexの張力を与えて原長L0を測定し、その繊維に対して荷重を付加せずに290℃の乾熱雰囲気に30分間暴露し、標準状態(20℃、相対湿度65%)中で十分冷却したうえで、さらに繊維に対して0.1cN/dtexの張力を与えて長さL1を測定し、L0およびL1から以下の式で求められる数値である。
本発明の遮炎性織物において、非溶融繊維Aの高温収縮率は3%以下である。炎が近づき熱が加わると熱可塑性繊維が溶融し、溶融した熱可塑性繊維が非溶融繊維(骨材)の表面に沿って薄膜状に広がる。さらに温度が上がると、やがて、両繊維は炭化するが、非溶融繊維の高温収縮率が3%を超えると、高温となった接炎部近辺は収縮しやすく、また、炎の接していない低温部と高温度部の間で生じた熱応力による織物の破断が生じやすいので、長時間炎を遮断することができない。この点で、高温収縮率は低く、織物を構成する糸の破断伸度は高い方が好ましいが、縮まずとも熱によって大幅に膨張しても織物構造が崩れ、その部分から炎が貫通する原因となるので、高温収縮率は-5%以上であることが好ましい。なかでも高温収縮率が0~2%であることが好ましい。
LOI値は、窒素と酸素の混合気体において、物質の燃焼を持続させるのに必要な最小酸素量の容積百分率であり、LOI値が高いほど燃え難いと言える。そこで、本発明の遮炎性織物の熱可塑性繊維BのJIS K 7201-2(2007年)に準拠するLOI値は25以上である。熱可塑性繊維BのLOI値が25に満たないと、熱可塑性繊維は燃えやすく、火源を離しても消火しにくく、延焼を防ぐことができない。LOI値は高い方が好ましいが、現実に入手可能な物質のLOI値の上限は65程度である。
発火温度は、JIS K 7193(2010年)に準拠した方法で測定した自然発火温度である。
融点は、JIS K 7121(2012年)に準拠した方法で測定した値である。10℃/分で加熱した際の融解ピーク温度の値をいう。
糸の破断伸度は、JIS L 1095(2010年)に準拠した方法で測定したものをいう。具体的には、0.2cN/dtexの初荷重を加えて、つかみ間隔200mm、引張速度100%歪/分の条件で引張試験を行ない、糸が破断した時点の伸度とする。50回試験をおこない、掴み部分で破断したものを除いたものの平均値を採用する。
本発明において、非溶融繊維Aとは炎にさらされた際に液化せず、繊維形状を保つ繊維をいい、700℃の温度で液化および発火しないものが好ましく、800℃以上の温度で液化および発火しないものがさらに好ましい。上記高温収縮率が本発明で規定する範囲にある非溶融繊維として、例えば、耐炎化繊維、メタアラミド系繊維およびガラス繊維を挙げることができる。耐炎化繊維は、アクリロニトリル系、ピッチ系、セルロース系、フェノール系繊維等から選択される繊維を原料として耐炎化処理を行った繊維である。これらは単独で使用しても2種類以上を同時に使用してもよい。なかでも、高温収縮率が低くかつ、後述する熱可塑性繊維Bが接炎時に形成する皮膜による酸素遮断効果によって、炭素化が進行し、高温下での耐熱性がさらに向上する耐炎化繊維が好ましく、各種の耐炎化繊維の中で比重が小さく柔軟で難燃性に優れる繊維としてアクリロニトリル系耐炎化繊維がより好ましく用いられ、かかる耐炎化繊維は前駆体としてのアクリル系繊維を高温の空気中で加熱、酸化することによって得られる。市販品としては、後記する実施例および比較例で使用した、Zoltek社製耐炎化繊維“PYRON”(登録商標)の他、東邦テナックス(株)“パイロメックス”(Pyromex)(登録商標)等が挙げられる。また、一般にメタアラミド系繊維は高温収縮率が高く、本発明で規定する高温収縮率を満たさないが、高温収縮率を抑制処理することにより本発明の高温収縮率の範囲内としたメタアラミド系繊維であれば、好ましく使用することができる。さらに、一般にガラス繊維は破断伸度が小さく、本発明で規定する破断伸度の範囲を満たさないが、紡績糸として用いたり、異素材と複合することで織物を構成する糸として本発明の破断伸度内としたガラス繊維であれば、好ましく用いることができる。
本発明で用いる熱可塑性繊維Bは、前記LOI値が25以上であり、かつ融点が非溶融繊維Aの発火温度よりも低い融点を有する。熱可塑性繊維BのLOI値が25に満たないと、空気中での燃焼を抑制できず、ポリマーが炭化しにくい。熱可塑性繊維Bの融点が非溶融繊維Aの発火温度以上であると、溶融したポリマーが非溶融繊維Aの表面および繊維間で皮膜を形成する前に発してしまうので、遮炎効果は期待できない。熱可塑性繊維Bの融点は、非溶融繊維Aの発火温度よりも200℃以上低いことが好ましく、300℃以上低いことがさらに好ましい。具体的には、熱可塑性繊維Bは、ポリフェニレンサルファイド樹脂で構成される繊維である。LOI値の高さおよび融点の範囲および入手の容易さの点から、ポリフェニレンサルファイド繊維(以下、PPS繊維ともいう)とするものである。
非溶融繊維Aおよび熱可塑性繊維B以外の繊維Cを、編物に特定の性能をさらに付加するために含有させてもよい。例えば、編物の吸湿性や吸水性を向上させるために、ビニロン繊維、熱可塑性繊維B以外のポリエステル繊維、ナイロン繊維等を用いてもよい。また、ストレッチ性を付与するために、スパンデックス繊維を用いてもよい。スパンデックス繊維の例としては、東レオペロンテックス(株)の“ライクラ”(登録商標)、旭化成株式会社の“ロイカ“(登録商標)、ヒョスンコーポレーションの“クレオラ“(登録商標)等が挙げられる。繊維Cの含有量は本発明の効果を損なわない限り特に制限はないが、遮炎性織物の完全組織における投影面積において、前記非溶融繊維Aおよび熱可塑性繊維B以外の繊維Cの面積率が20%以下であるのが好ましく、10%以下であるのがより好ましい。
織物を構成する糸および織り構造は、織物の完全組織における投影面積において、前記非溶融繊維Aの面積率が10%以上かつ前記熱可塑性繊維Bの面積率が5%である。非溶融繊維Aの面積率が10%に満たないと、骨材としての機能が不十分となる。非溶融繊維Aの面積率は15%以上であるのが好ましい。熱可塑性繊維Bの面積率が5%に満たないと、骨材の非溶融繊維の間に熱可塑性繊維が膜状に十分広がらなくなる。熱可塑性繊維Bの面積率は10%以上であるのが好ましい。
ここで、織物を構成する糸が2種類の繊維αと繊維βの複合体である場合には、糸の密度ρ´は、それぞれの繊維の密度をραおよびρβ、重量混率をWtαおよびWtβとしたとき、次式で算出される。
ただし、Wtα+Wtβ=1である。
織物を構成する糸の断面を円形と仮定し、製織による糸の変形はないと仮定すると、織物を構成する糸の投影直径はDとなる。経糸の直径と緯糸の直径をそれぞれD1およびD2とすると、経糸および緯糸が織物の完全組織中に占める面積S1およびS2は、それぞれ、次式、次次式で算出される。
S2=2×[{(2.54×2×D2)/n1}-(D1×D2)]
織物を構成する糸は2種類の繊維αと繊維βから成っており、それぞれの重量混率がWtα、Wtβであるので、織物を構成する糸中に含まれる繊維αと繊維βが占める体積VαとVβには次の関係が成り立つ。
つまり、
(Vα/Vβ)=(ρβ×Wtα)/(ρα×Wtβ)
ここで、2種類の繊維が複合されている形態に関わらず、本発明の遮炎性織物に接炎した際に熱可塑性繊維Bは溶融して織物表面を被覆するため、本発明においては織物を構成する糸表面をそれぞれの繊維が占める面積比(Sα/Sβ)はそれぞれの繊維が占める体積の比(Vα/Vβ)と等しいとみなし、織物を構成する糸の投影面積に、それぞれの繊維が占める面積比を乗じることで、各繊維の投影面積を算出するものとする。
Sβ=S1×{Sβ1/(Sα1+Sβ1)}+S2×{Sβ2/(Sα2+Sβ2)}
織物の完全組織の投影面積はSであるので、繊維αが占める面積比率Pαおよび繊維βが占める面積比率Pβは、それぞれ、次式、次次式で算出される。
Pβ(%)=(Sβ/S)×100
織物を構成する糸に含まれる繊維が3種類以上の場合も、それぞれの繊維の重量混率から以上と同様の手順で計算することができる。また平織以外の織組織の場合も上記の考え方に準じて計算することができる。なお二重織りなどの多重織り組織の場合には、炎があたる面の投影面積で算出する。
JIS L 1096(2010年)に準拠して測定し、1m2当たりの質量(g/m2)で表した。
JIS L 1096(2010年)に準拠して、測定した。
LOI値は、JIS K 7201-2(2007年)に準拠して、測定した。
JIS L 1091(繊維製品の燃焼性試験方法、1999年)のA-1法(45゜ミクロバーナ法)に準じた方法で着火し、以下のとおり遮炎性を評価した。図1に示すように、火炎長さLが45mmであるミクロバーナ1を垂直方向に立て、水平面に対して45度の角度で試験体2を配置し、試験体2に対して厚さthが2mmのスペーサー3を介して燃焼体4を配置して燃焼する試験で遮炎性を評価した。燃焼体4には含有水分率を均一とするために標準状態で24時間放置した、GEヘルスケア・ジャパン株式会社が販売する定性ろ紙グレード2(1002)を用い、ミクロバーナ1に着火してから燃焼体4が引火するまでの時間を秒単位で測定した。なお、接炎3分以内で燃焼体4に引火した場合は、「遮炎性無し」とし、不可とする。3分以上炎にさらされても燃焼体4に引火しない場合を「遮炎性能有り」とするが、遮炎時間は長ければ長いほどよく、3分以上20分未満を良、20分以上を優とした。
延伸されたPPS繊維として、単繊維繊度2.2dtex(直径14μm)、カット長51mmの東レ(株)製“トルコン”(登録商標)、品番S371を用いた。このPPS繊維のLOI値は34、融点は284℃である。
延伸されたポリエステル繊維として、単繊維繊度2.2dtex(直径14μm)のポリエチレンテレフタレート繊維である東レ(株)製“テトロン”(登録商標)、品番T9615を51mmにカットして用いた。このポリエステル繊維のLOI値は22、融点は256℃である。
1.7dtexのZoltek社製耐炎化繊維“PYRON”(登録商標)を51mmにカットしたものを用いた。“PYRON”(登録商標)の高温収縮率は1.6%であった。JIS K 7193(2010年)に準拠した方法で加熱したところ、800℃でも発火は認められず、発火温度は800℃以上である。
(紡績)
PPS繊維の延伸糸および耐炎化糸を開繊機によって混合し、次いで混打綿機によって更に混合し、次いで梳綿機に通じてスライバーとした。得られたスライバーの重量は、310ゲレン/6ヤード(1ゲレン=1/7000ポンド)(20.09g/5.46m)であった。次いで練条機でトータルドラフトを8 倍に設定して延伸し、290ゲレン/6ヤード(18.79g/5.46m)のスライバーとした。次いで粗紡機で0.55T/2.54cmに加撚して7.4 倍に延伸し、250ゲレン/6ヤード(16.20g/5.46m)の粗糸を得た。次いで精紡機で16.4T/2.54cmに加撚してトータルドラフト30倍に延伸して加撚し、綿番手で30番の紡績糸を得た。得られた紡績糸をダブルツイスターで64.7T/2.54cmで上撚をかけ、30番双糸とした。紡績糸のPPS繊維の延伸糸と耐炎化糸の重量混率は、60対40であった。紡績糸の引張強度は2.2cN/dtex、引張伸度は18%であった。
得られた紡績糸を、レピア織機で経50本/インチ(2.54cm)、緯50本/インチ(2.54cm)の平織りで製織した。
界面活性剤を含む80℃の温水中で、20分間精練をおこなったのち、130℃のテンターで乾燥させ、さらに230℃のテンターで熱セットをおこなった。熱セット後の織物の糸密度は、経52本/インチ(2.54cm)、緯51本/インチ(2.54cm)であった。また織物の厚さは0.570mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.7cN/dtex、引張伸度は16%であった。
本織物の遮炎評価では30分間、燃焼体に引火することが無く、十分な遮炎性を有していた。
実施例1に記載の紡績糸を用い、経20本/インチ(2.54cm)、緯20本/インチ(2.54cm)で製織し、実施例1と同様の条件で精錬・熱セットをおこなうことで、経22本/インチ(2.54cm)、緯21本/インチ(2.54cm)の織物を得た。また、織物の厚さは0.432mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.8cN/dtex、引張伸度は18%であった。本織物の遮炎評価では10分間、燃焼体に引火することが無く、十分な遮炎性を有していた。
実施例1で、紡績糸のPPSと耐炎化糸の混率を20対80にした以外は同様の条件でおこなった。得られた紡績糸の引張強度は1.9cN/dtex、引張伸度は15%であった。精錬・熱セット後の織物の糸密度は、経51本/インチ(2.54cm)、緯51本/インチ(2.54cm)であった。また織物の厚さは0.640mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.5cN/dtex、引張伸度は12%であった。本織物の遮炎評価では30分間、燃焼体に引火することが無く、十分な遮炎性を有していた。
実施例1で、紡績糸のPPSと耐炎化糸の混率を80対20にした以外は同様の条件でおこなった。得られた紡績糸の引張強度は2.3cN/dtex、引張伸度は20%であった。精錬・熱セット後の織物の糸密度は、経52本/インチ(2.54cm)、緯51本/インチ(2.54cm)であった。また織物の厚さは0.560mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は2.0cN/dtex、引張伸度は16%であった。本織物の遮炎評価では20分間、燃焼体に引火することが無く、十分な遮炎性を有していた。
実施例1で、紡績糸にPPSと耐炎化糸以外にさらにポリエステル繊維の延伸糸を混紡し、混率を60対20対20にした以外は同様の条件でおこなった。得られた紡績糸の引張強度は2.2cN/dtex、引張伸度は21%であった。精錬・熱セット後の織物の糸密度は、経51本/インチ(2.54cm)、緯52本/インチ(2.54cm)であった。また織物の厚さは0.580mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.8cN/dtex、引張伸度は18%であった。本織物の遮炎評価では20分間、燃焼体に引火することが無く、十分な遮炎性を有していた。
実施例1と同様の方法で、ポリエステル繊維の延伸糸の30番手紡績糸を作製し、それを2本撚り合わせて双糸とした。実施例1のPPS繊維の延伸糸と耐炎化糸の重量混率が60対40の混紡糸を経糸に、緯糸は、ポリエステル繊維の延伸糸の紡績糸と、PPS繊維の延伸糸と耐炎化糸の混紡糸を1本ずつ交互に打ち込んだ織物を作製し、実施例1と同じ手順で精錬・熱セットした。熱セット後の織物の糸密度は、経50本/インチ(2.54cm)、緯49本/インチ(2.54cm)であった。また織物の厚さは0.510mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.8cN/dtex、引張伸度は17%であった。本織物の遮炎評価では15分間、燃焼体に引火することが無く、十分な遮炎性を有していた。
実施例1で、紡績糸にPPSと耐炎化糸以外にさらにポリエステル繊維の延伸糸およびダイワボウレーヨン(株)レーヨンDFGを混紡し、混率をPPS20対耐炎化糸20対ポリエステル30対難燃レーヨン30にした以外は同様の条件でおこなった。得られた紡績糸の引張強度は2.2cN/dtex、引張伸度は20%であった。精錬・熱セット後の織物の糸密度は、経50本/インチ(2.54cm)、緯50本/インチ(2.54cm)であった。また織物の厚さは0.570mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.6cN/dtex、引張伸度は15%であった。本織物の遮炎評価では15分間、燃焼体に引火することが無く、十分な遮炎性を有していた。
実施例1に記載の紡績糸を用い、経50本/インチ(2.54cm)、緯50本/インチ(2.54cm)で2/1綾織で製織し、実施例1と同様の条件で精錬・熱セットをおこなうことで、経50本/インチ(2.54cm)、緯50本/インチ(2.54cm)の織物を得た。また、織物の厚さは0.610mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.9cN/dtex、引張伸度は18%であった。本織物の遮炎評価では30分間、燃焼体に引火することが無く、十分な遮炎性を有していた。
実施例1と同様の方法で、PPSと耐炎化糸の混率が90対10の30番手紡績糸を作製した。得られた紡績糸の引張強度は2.3cN/dtex、引張伸度は21%であった。それを2本撚り合わせて双糸とした。経50本/インチ(2.54cm)、緯50本/インチ(2.54cm)で製織し、実施例1と同様の条件で精錬・熱セットをおこなうことで、経51本/インチ(2.54cm)、緯51本/インチ(2.54cm)の織物を得た。また、織物の厚さは0.560mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は2.0cN/dtex、引張伸度は17%であった。本織物で遮炎評価をおこなったところ、耐炎化糸の面積比率が小さすぎ、接炎時にPPSが耐炎化糸間で被膜を形成することができずに炎が2分後に貫通し、燃焼体に引火した。
実施例1と同様の方法で、PPSと耐炎化糸の混率が5対95の30番手紡績糸を作製した。得られた紡績糸の引張強度は1.7cN/dtex、引張伸度は12%であった。それを2本撚り合わせて双糸とした。経50本/インチ(2.54cm)、緯50本/インチ(2.54cm)で製織し、実施例1と同様の条件で精錬・熱セットをおこなうことで、経51本/インチ(2.54cm)、緯50本/インチ(2.54cm)の織物を得た。また、織物の厚さは0.590mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.3cN/dtex、引張伸度は12%であった。本織物で遮炎評価をおこなったところ、PPSの面積比率が小さすぎるため、耐炎化糸間に十分に被膜を形成することができず、接炎によって徐々に耐炎化糸が細くなり、接炎2分30秒後に燃焼体に引火した。
実施例1に記載の紡績糸を用い、経15本/インチ(2.54cm)、緯15本/インチ(2.54cm)で製織し、実施例1と同様の条件で精錬・熱セットをおこなうことで、経15本/インチ(2.54cm)、緯16本/インチ(2.54cm)の織物を得た。また、織物の厚さは0.405mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.8cN/dtex、引張伸度は18%であった。本織物で遮炎評価をおこなったところ、耐炎化糸の面積比率が小さすぎ、接炎時にPPSが耐炎化糸間で被膜を形成することができずに炎が1分30秒後に貫通し、燃焼体に引火した。
実施例1で、紡績糸にPPSと耐炎化糸以外にさらにポリエステル繊維の延伸糸を混紡し、混率を45対15体40にした以外は同様の条件でおこなった。得られた紡績糸の引張強度は2.1cN/dtex、引張伸度は18%であった。精錬・熱セット後の織物の糸密度は、経51本/インチ(2.54cm)、緯50本/インチ(2.54cm)であった。また織物の厚さは0.530mmであった。分解糸の強伸度を測定したところ、引張強度は1.9cN/dtex、引張伸度は16%であった。本織物で遮炎評価をおこなったところ、耐炎化糸の面積比率が小さすぎるため、接炎時に織物が大幅に収縮し、また、溶融したポリエステル繊維の延伸糸が十分に皮膜化することができずに炎が1分30秒で貫通し、燃焼体に引火した。
2 試験体
3 スペーサー
4 燃焼体
21 織物の完全組織のタテ方向の長さ
22 織物の完全組織のヨコ方向の長さ
D1 経糸の直径
D2 緯糸の直径
Claims (2)
- 高温収縮率が3%以下の非溶融繊維Aと、JIS K 7201-2(2007年)に準拠するLOI値が25以上でありかつ融点が非溶融繊維Aの発火温度よりも低い融点を有する熱可塑性繊維Bとを、経糸および緯糸に含む織物であって、前記非溶融繊維Aが、耐炎化繊維、メタアラミド系繊維、ガラス繊維およびこれらの混合物の群から選択され、前記熱可塑性繊維Bが、ポリフェニレンサルファイド樹脂からなる繊維であり、該経糸および緯糸の破断伸度が5%よりも大きく、かつ、織物の完全組織における投影面積において、前記非溶融繊維Aの面積率が10%以上かつ前記熱可塑性繊維Bの面積率が5%以上かつJIS L 1096-A法(2010年)に準拠する厚さが0.08mm以上である遮炎性織物。
- 前記非溶融繊維Aおよび前記熱可塑性繊維B以外の繊維Cを織物の完全組織における投影面積の面積率で20%以下含有する請求項1に記載の遮炎性織物。
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