(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直径０．２５μｍ〜０．３μｍの純粋なＰＴＦＥ微粒子からなる水性懸濁液を５ｋｇｆ／ｃｍ2 〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で加圧し、内径２００μｍ〜４００μｍのキャピラリダイスから噴出させて乾燥した後、融点以上で焼結させて得られる繊維であって、
前記繊維は１００％純粋なフッ素樹脂からなり、
前記繊維の直径が２０μｍ以下であることを特徴とする極細径ＰＴＦＥモノフィラメント。
【請求項２】
直径０．２５μｍ〜０．３μｍの純粋なＰＴＦＥ微粒子からなる水性懸濁液を作成する準備工程と、
前記水性懸濁液を５ｋｇｆ／ｃｍ2 〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で加圧する加圧工程と、
加圧された前記水性懸濁液を内径２００μｍ〜４００μｍのキャピラリダイスから噴出させる噴出工程と
により前記ＰＴＦＥ微粒子を繊維化させる固体化工程と、
前記固体化工程で繊維化された生のＰＴＦＥを乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程で乾燥されたＰＴＦＥを融点以上で焼結させる焼結工程と
を備えることを特徴とする極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造方法。
【請求項３】
純粋なＰＴＦＥ微粒子からなる水性懸濁液を作成する準備工程と、
前記水性懸濁液を前記純粋なＰＴＦＥ微粒子の剪断速度以上になるよう加圧する加圧工程と、
加圧された前記水性懸濁液をキャピラリダイスから噴出させる噴出工程と
により前記ＰＴＦＥ微粒子を繊維化させる固体化工程と、
前記固体化工程で固体化された生のＰＴＦＥを乾燥させる乾燥工程と、
前記乾燥工程で乾燥されたＰＴＦＥを融点以上で焼結させる焼結工程と
を備えることを特徴とする極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極細繊維、例えば直径２０μｍ以下の極細径モノフィラメントＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、フッ素樹脂は精密な繊維にすることが困難であった。しかし、フッ素樹脂を直径２０μｍ程度以下の極細の繊維にすることによって、織物とすることが可能となるため、フッ素樹脂の細径化が試みられてきた。
【０００３】
ＰＴＦＥはフッ素樹脂の一つであり、このフッ素樹脂には、ＰＴＦＥ以外に、ＦＥＰ（４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体）、ＰＦＡ（４フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合体）、ＥＴＦＥ（４フッ化エチレン−エチレン共重合体）などがある。
【０００４】
フッ素樹脂は、耐熱性、耐化学薬品性、電気絶縁性、高周波特性、難燃性等の優れた特性や、低摩擦性、耐磨耗性、非粘着性、撥水性、低屈折率光学特性等の特異な物性を有するので、直径２０μｍ以下のフッ素樹脂ができれば、それによって繊細かつ柔軟、そして堅牢な織物製品を製造することができるので、広範囲な分野への応用が期待される。
【０００５】
すでに、ＰＴＦＥを除く、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＦＴＦＥの３種類の溶融押出成形が可能なフッ素樹脂については、東洋ポリマー社が商品名「ハステック」としてフッ素樹脂１００％で純粋な最小直径約１０μｍまでの繊維及びその製造技術を開発し、製品を市販している。
【０００６】
【発明が解決しょうとする課題】
しかしながら、ＰＴＦＥは高分子の中で成形性に劣るフッ素樹脂の中でもとりわけ繊維成形性が悪く、ＰＴＦＥの溶融粘度は融点以上で１０13ｐｏｉｓｅであるため溶融成形は不可能である。
また、塑性変形性に優れるＰＴＦＥファインパウダーを用い、ペースト押し出しによって細径化を達成しようとすると、リダクション比の制約を受けるため、直径１００μｍ程度以上までにしか細径化できない。
【０００７】
そこで、ＰＴＦＥに関しては、すでにビスコース法の応用によってＰＴＦＥ繊維の細径化を達成した製品があるが、この方法では、ＰＴＦＥに不純物の樹脂成分が混入するので、焼結時に熱分解により不純物を除去している。しかし、完全に不純物を除去することができないので、このビスコース法の応用によって製造されたＰＴＦＥ繊維は、不純物として炭化成分を含有してしまうために、黒ずんでしまい、ＰＴＦＥに関しては、ＰＴＦＥ以外の上記３種類のフッ素樹脂繊維のようにフッ素樹脂１００％で純粋なものは、開発されていない。
【０００８】
また、「ハステック」は、すでに直径２０μｍ以下（一部は直径１０μｍ以下）の極細径を達成しており、この繊維を用いて織物を製造できる。しかし、この場合でも、フッ素樹脂固有の欠点である強度が０．５ＧＰａ程度以下と低いため他の繊維との混紡または、交撚が難しく、「ハステック」を用いた織物製品の多様化に制約を与えていると予想される。
【０００９】
この繊維の強度に関して、すでに本出願人は、ＰＴＦＥの特別に調整された焼結モノフィラメントの超延伸によって解決する製造方法を発明し、特許３０７７５３４号に開示した。これは、ＰＴＦＥファインパウダーペーストの押し出しによる焼結モノフィラメントから出発する技術であり、ビスコース法と異なり繊維を１００％純粋なフッ素樹脂から形成できるが、ＰＴＦＥファインパウダーのペーストの粘性が高いため、ダイスの直径約４００μｍ、リダクション比８００が細径化の限界となり、超延伸ＰＴＦＥ繊維の最小径は５０μｍ程度と太く、繊維化できない。
【００１０】
以上の考察から、１００％純粋なＰＴＦＥから成り、織物化が可能な直径２０μｍ以下の繊維を作るためには、特許３０７７５３４号を用いて高強度化を行うための超延伸の前段階で、直径５０μｍ程度以下の細径ＰＴＦＥモノフィラメントの焼結物を作ることが必要である。
【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、１００％純粋なフッ素樹脂からなり繊維の直径が少なくとも５０μｍ程度以下の焼結された極細径ＰＴＦＥモノフィラメント及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、第1の発明は、直径０．２５μｍ〜０．３μｍの純粋なＰＴＦＥ微粒子からなる水性懸濁液を５ｋｇｆ／ｃｍ2 〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で加圧し、内径２００μｍ〜４００μｍのキャピラリダイスから噴出させて乾燥した後、融点以上で焼結させて得られる繊維であって、前記繊維は１００％純粋なフッ素樹脂からなり、前記繊維の直径が２０μｍ以下であることを特徴とする極細径ＰＴＦＥモノフィラメントである。
第1の発明では、直径２０μｍ以下の１００％純粋なフッ素樹脂からなる焼結極細径ＰＴＦＥモノフィラメントを提供できる。
【００１３】
第２の発明は、直径０．２５μｍ〜０．３μｍの純粋なＰＴＦＥ微粒子からなる水性懸濁液を作成する準備工程と、前記水性懸濁液を５ｋｇｆ／ｃｍ2 〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で加圧する加圧工程と、加圧された前記水性懸濁液を内径２００μｍ〜４００μｍのキャピラリダイスから噴出させる噴出工程とにより前記ＰＴＦＥ微粒子を繊維化させる固体化工程と、前記固体化工程で繊維化された生のＰＴＦＥを乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥されたＰＴＦＥを融点以上で焼結させる焼結工程とを備えることを特徴とする極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造方法である。
【００１４】
第２の発明では、直径０．２５μｍ〜０．３μｍの純粋なＰＴＦＥ微粒子の水性懸濁液を用いて、直径２０μｍ以下の１００％純粋なフッ素樹脂からなる焼結極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造方法を提供することができる。
【００１５】
第３の発明は、純粋なＰＴＦＥ微粒子からなる水性懸濁液を作成する準備工程と、前記水性懸濁液を前記純粋なＰＴＦＥ微粒子の剪断速度以上になるよう加圧する加圧工程と、加圧された前記水性懸濁液をキャピラリダイスから噴出させる噴出工程とにより前記ＰＴＦＥ微粒子を繊維化させる固体化工程と、前記固体化工程で固体化された生のＰＴＦＥを乾燥させる乾燥工程と、前記乾燥工程で乾燥されたＰＴＦＥを融点以上で焼結させる焼結工程とを備えることを特徴とする極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造方法である。
第３の発明では、特に微粒子の直径を特定しない純粋なＰＴＦＥ微粒子の水性懸濁液を用いて、直径５０μｍ程度以下の１００％純粋なフッ素樹脂からなる焼結極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造方法を提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原理を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造装置１の断面図である。図１に示すように、極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造装置１は、ピストン３、貯液層５、キャピラリダイス７からなり、水性懸濁液９が、貯液層５内に充填され、キャピラリダイス７は、出口１１を有し、内径は２００μｍ〜４００μｍである。
【００１７】
図２は、本発明に係る極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造方法のフローチャートである。始めに、直径０．２５μｍ〜０．３μｍの純粋なＰＴＦＥ微粒子からなる水性懸濁液９を作る（ステップ２０１）。水性懸濁液９は、ファインパウダーと同じ乳化重合物であり、２５℃における粘度ｎ、ＰＴＦＥ含有量６０ｗｔ％のＰＴＦＥディスパージョンを用いる。
【００１８】
次に、ピストン３で貯液層５内の水性懸濁液９を加圧し（ステップ２０２）、キャピラリダイス７から押し出す（ステップ２０３）。
水性懸濁液９をニュートン流体と仮定し、ピストン３で水性懸濁液９を印加する圧力をＰ、キャピラリダイス７の半径をａ＝１５０μｍ、長さをｌ＝０．５ｃｍとすると、出口１１の流速Ｑは次式で表される。
Ｑ＝πＰａ4／８ｌｎ                            ・・・・・・・・・（１）
【００１９】
ここで、ＰＴＦＥディスパージョンの噴出が突然止まるまで（ステップ２０４）、ステップ２０２に戻って水性懸濁液９に印加する圧力Ｐを１ｋｇｆ／ｃｍ2程度から順次増加させていくと、５ｋｇｆ／ｃｍ2 前後においてＰＴＦＥディスパージョンの噴出が突然止まり（ステップ２０４）、キャピラリダイス７の内部で凝結した生のモノフィラメントが１ｃｍ／s以上の速度で押し出されてくる。
【００２０】
これは、ステップ２０２で加圧を繰り返すと、ピストン３に印加する圧力Ｐが５ｋｇｆ／ｃｍ2以下では、キャピラリダイス７内でＰＴＦＥディスパージョンの破壊は生じないため、凝結した固体状のモノフィラメントを得ることはできないが、圧力ＰがＰＴＦＥ微粒子の剪断速度を超えると、キャピラリダイス７内でＰＴＦＥディスパージョンが破壊され、凝結して固体状のＰＴＦＥモノフィラメントになるからである。
【００２１】
この生モノフィラメントを高速度で乾燥して巻き取り（ステップ２０４）、融点より５０℃程度高い高温で連続焼結すると（ステップ２０５）、直径２０μｍ以下の焼結モノフィラメントを得る。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を詳述する。
【００２３】
（実施例１）１００ｌのポリフロンＴＦＥディスパージョンＤ−２（ダイキン工業製品；粒径約０．２５μｍ）を室温で厚さ１．２ｍｍの２００ｌドラム缶（ＮＤ２００ＬドラムＭＴ）に投入し、この投入口に高粘度流体用のアルミ製エアープレッシャーポンプＡＰＤ−２０ＡＳ（アクアシステム社製品）を設置し、ポンプの吐き出し側バルブに自社製ダイスを取り付けた。
【００２４】
ダイス構造は、キャピラリ形状の断面が円形で内径が３００μｍ、ランドの長さは０．５ｃｍである。さらに、ポンプの上部の圧力印加用パイプにコンプレッサーを取り付けた。このコンプレッサーの圧力は最大１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で圧力を１０ｋｇｆ／ｃｍ2 以下の範囲で制御できる。このシステムは、細径キャピラリ状の自社製ダイスをはずした自由端の場合で、清水の最大揚程は５ｍであった。
【００２５】
このシステムを用いて圧力を０ｋｇｆ／ｃｍ2 から徐々に上げて５ｋｇｆ／ｃｍ2 で保持すると、液状のオバーフローの噴出がとまり、水を含んだ白色固体のＰＴＦＥモノフィラメントが約１ｃｍ／ｓの速度で水といっしょに吐き出し始める。
【００２６】
このＰＴＦＥモノフィラメントは、吐き出し直後は直径約２０μｍであり、２５０℃で３０分間乾燥後は直径約１８μｍ、３５０℃で１時間３０分間焼結後は直径約２０μｍであった。
【００２７】
(実施例２)実施例１と全く同じシステムを用いて、ポリフロンＴＦＥディスパージョンＤ−１（ダイキン工業製品；粒径約０．３μｍ）を、コンプレッサーの圧力１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で吐き出させた。実施例1と同様な固体状のＰＴＦＥモノフィラメントが約１．５ｃｍ／ｓの速度で得られた。このＰＴＦＥモノフィラメントは、吐き出し直後で直径約１２μｍであり、乾燥後で直径約９μｍ、焼結後で直径約１０μｍであった。
【００２８】
前述したように特許３０７７５３４号に開示したＰＴＦＥファインパウダーのペーストの押し出しによる焼結モノフィラメントから出発する技術は、ＰＴＦＥファインパウダーのペーストの粘性が高いため、ダイスの内径約４００μｍ、リダクション比８００が細径化の限界であるため、ファインパウダーの使用は断念し、粘性の極低いＰＴＦＥディスパージョンを用いた。
【００２９】
ＰＴＦＥディスパージョンの粒子径は、直径０．２５μｍ〜０．３μｍで、ピストン３に圧力をかけてのキャピラリダイス７から吐き出させる。５ｋｇｆ／ｃｍ2 以下では、圧力の増加とともに激しく吐き出すが、キャピラリダイス７内でのディスパージョンの破壊は生じないため凝結した固体状のＰＴＦＥモノフィラメントを得ることはできない。
【００３０】
ディスパージョンを破壊させるようピストン３の圧力を上げ、剪断速度を増加さると、ディスパージョンはキャピラリダイス７内で破壊され、逆に粘性が増加し、吐出量は減り、終には凝結した固体状のＰＴＦＥモノフィラメントを得ることができる。つまり、ディスパージョンが破壊される１０ｋｇｆ／ｃｍ2 において極細径２０μｍ以下のＰＴＦＥモノフィラメントを得ることができる。
【００３１】
本発明により直径２０μｍの焼結ＰＴＦＥモノフィラメントが得られれば、これを用いて、直径２０μｍ以下のＰＴＦＥ繊維を得ることは容易である。ＰＴＦＥ繊維の製造方法は、例えば特許３０７７５３４号に開示してある。
【００３２】
直径２０μｍ以下のＰＴＦＥ繊維は、他の溶融可能なフッ素樹脂の繊維より耐熱性、及び弾性率や強度に優れる。本発明によれば、直径２０μｍ以下ＰＴＦＥ繊維が得られ、「ハステックス」により切り開かれた細径フッ素樹脂繊維織物による多面的な応用範囲がより拡大されることが期待できる。
【００３３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の極細径ＰＴＦＥモノフィラメント及びその製造方法によれば、直径０．２５μｍ〜０．３μｍの純粋なＰＴＦＥ微粒子からなる水性懸濁液を５ｋｇｆ／ｃｍ2 〜１０ｋｇｆ／ｃｍ2 で加圧し、内径２００μｍ〜４００μｍのキャピラリダイスから噴出させて固体化し、乾燥させて、融点以上で焼結させたので、１００％純粋なフッ素樹脂からなり繊維の直径が２０μｍ以下の焼結された極細径ＰＴＦＥモノフィラメントを得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造装置１の断面図
【図２】本発明に係る極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造方法のフローチャート
【符号の説明】
１………極細径ＰＴＦＥモノフィラメントの製造装置
３………ピストン
５………貯液層
７………キャピラリダイス
９………水性懸濁液
１１………出口
【図１】
0003707401.tif 000002
【図２】
0003707401.tif 000003