(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不織ウエッブ又は不織布に複合材料用繊維群を積層してニードルパンチ工程で不織ウエッブ又は不織布と複合材料用繊維とを連続的に絡合一体化させるに際し、複数本の複合材料用繊維を、クリールから引き出し、筬及び張力制御装置を介在させて一方向に配列させ、かつ走行する不織ウエッブ又は不織布に駆動式フィードニップロール装置より一定速度で供給して積層しながら、フェルティングニードルを用いてニードルパンチする事を特徴とする積層不織布の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不織ウエッブ又は不織布に複合材料用繊維群を積層する不織布の製造方法に関する。得られた複合材料用繊維積層不織布はそのままで又は予備形成体として使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、不織布の強度を補強するためにガラス繊維などの補強繊維を不織ウエッブ又は不織布と積層複合することが行われている。例えば、米国特許第５１１８５５０号公報では、不織布ウエッブ製造工程で補強繊維であるガラスヤーンをクリールより引き出し、不織布ウエッブの上に積層したり、不織布ウエッブの中間層にガラスヤーンを挿入するものであり、ガラスヤーン切断時の修正やボビン替えや品番切替等の作業性が非常に悪く、また、不織布ウエッブ製造工程でガラスヤーンを挿入するため、設備が過大となり、設備費及び設置場所が大きくコスト高になる問題があった。
また、従来の方法では、積層される複合材料用繊維群の加工張力に差が生じ、得られる積層体にソリ、曲がり等の外観不良が発生し易い欠点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の不織ウエッブ又は不織布に複合材料用繊維群を積層する方法における上記欠点を改善するものであり、即ち、補強繊維が切断した時の修正やボビン替え、品番切替等の作業性に優れ、かつ製造設備が過大にならず、不織ウエッブ又は不織布に複合材料用繊維群を簡易に積層することができるのみならず、積層体でのソリ、曲がり等の外観不良の発生を防止する積層不織布の製造方法を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、不織ウエッブ又は不織布に複合材料用繊維群を積層してニードルパンチ工程で不織ウエッブ又は不織布と複合材料用繊維とを連続的に絡合一体化させるに際し、複数本の複合材料用繊維を、クリールから引き出し、筬及び／又は張力制御装置を介在させて一方向に配列させ、かつ走行する不織ウエッブ又は不織布に駆動フィードニップロール装置より一定速度で供給して積層しながら、フェルティングニードルを用いてニードルパンチする事を特徴とする積層不織布の製造方法である。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明における不織ウエッブ又は不織布（以下、単に不織布と記す）としては、長繊維、短繊維のいずれでもよく、例えば、短繊維のカード不織布、サマーマルボンド不織布、ウォータジェット法によるスパンレース不織布、ステッチボンド不織布、スパンボンド不織布、スパンボンド方式により形成され、かつ熱圧着された不織布などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【０００６】
不織布の素材としては、木綿、羊毛、絹などの天然繊維、レーヨンなどの半合成繊維、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ＰＶＡ、ビニロンなどの合成繊維、高強力ポリエチレン繊維、アラミド系繊維などのハイモジュラス繊維などであり、特に限定されるものではない。
【０００７】
合成繊維の中で、製造のし易さ、性能とコストのバランス、リサイクル材料用の利用などの観点からポリエステル系繊維が好ましい。
ポリエステル系繊維としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどはもとより、イソフタル酸、アジピン酸、ジエチレングリコール、トリメチレングリコール、ポリテトラメチレングルコールなどの共重合成分の共重合ポリエステル、ポリエチレンナフタレート及びこれらの共重合物も使用することができる。またこれらの共重合物からなる繊維で芯鞘構造又はサイドバイサイド等の複合繊維であっても良い。
【０００８】
積層される不織布の目付は、求められる特性によって適宜選択されるが、通常４０〜５００ｇ／ｍ２であり、性能、製品重量、コストなどの関係から４０〜２００ｇ／ｍ２が好ましい。
不織布繊維の繊度は、特に限定されないが、通常１〜２２ｄｔｅｘであり、製造のし易さから２〜１７ｄｔｅｘが好ましい。
【０００９】
不織布が合成繊維の場合、通常、溶融紡糸されてウェッブが形成されるが、必要に応じて、溶融紡糸の段階で開繊性改良剤を、また紡糸或はウェッブ形成の段階で酸化防止剤、安定剤、紫外線吸収剤などを付与することができる。
不織布が合成繊維でない場合や熱可塑性でない場合は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエチレンなどの公知のホットメルト型のバインダー繊維を混用することができる。
【００１０】
本発明における複合材料用繊維とは、補強効果を得る事が出来る複合材料用繊維であり、例えば、炭素繊維、鉱物繊維、ガラス繊維、金属繊維などの無機繊維やポリアラミド系、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリベンゾオキサゾールなどの高弾性有機繊維を挙げることができ、これらは、用途に応じて適宜選択できる。これらの繊維は、引張り強さが４．０ｇ／ｄｔｅｘ以上、伸度が４０％以下、１８０℃乾熱収縮率が３．０％以下であることが好ましい。引張り強さが４．０ｇ／ｄｔｅｘ未満であると、補強効果が低く、又１８０℃乾熱収縮率が３．０％を超えると、アスファルト加工などの高温での加工の際、熱履歴により収縮し加工製品としてソリが発生することがある。
【００１１】
本発明における複合材料用繊維は、例えば、図１に示すように、ケーキ、ボビン、リールなど捲かれてパッケージ状態１でクリールスタンドにセットされ、複数本の複合材料用繊維は、クリールからテンションガイド（張力制御装置）２を介して引き出されて筬３〜５を通して互いに平行で所望の間隔（ピッチ）に配列され、長手方向に走行可能なようにセットされる。
この配列されてなる複数本の複合材料用繊維は、駆動式フィードニップロール装置８を介在させて一定速度で、更に筬６〜７を通してニードルパンチ機へ供給される。
【００１２】
一方、積層させる不織布は、配列された複数本の複合材料用繊維の上方と下方からニードルパンチ機へ供給できるようにセットされ、ニードルパンチ機へ供給される。
不織布及び複数本の複合材料用繊維は、ニードルパンチ機のフィードニップロール９の所で不織布／複数本の複合材料用繊維／不織布の３層に重ね合わされた後、ニードルパンチ処理が施される。ニードルパンチ処理された積層不織布は、デリベリーロール１０を経て次の工程に供給される。
【００１３】
本発明において、クリールから供給される複合材料用繊維群は、駆動式フィードニップロール装置に供給されることにより、次工程のニードルパンチのフィードニップロールとデリベリーロール間の速度を調整することができ、複合材料用繊維群の張力をコントロールする事ができ、積層体のソリ、曲がり等の外観不良の発生を防止することができる。
通常、不織布積層体をニードルパンチすると、フェルティングニードルのバーブに繊維が引っ掛かり垂直方向に繊維移動が起こるため、不織布積層体の端部が変形する、所謂、巾入り現象が発生する。
このため駆動式フィードニップロール装置を設けない場合、複合材料用繊維群の張力はニードルパンチ工程で発生する巾入り現象に引きずられて巾方向で制御出来なくなり易い。即ち、積層される複合材料用繊維群の加工張力に差が生じ、操業性が悪化するとともに得られる積層体にソリ、曲がり等の外観不良が発生し易くなる。
【００１４】
本発明における複数本の複合材料用繊維は、不織布の長手方向に平行に所定の間隔で挿入積層されるが、挿入ピッチは、３〜３０ｍｍが好ましく、３〜１０ｍｍがより好ましい。挿入ピッチを大きくするとアスファルトなどの含浸後に不織布の収縮により表面に凸凹が発生しやすくなり、又挿入ピッチを小さくすると物性上の問題はないが、繊維使用量が増えるだけ不経済である。
【００１５】
ニードルパンチ処理は、挿入糸と不織布とを交絡させて積層不織布としての強度を向上させるために行なわれるが、ニードルパンチ処理における針密度は、２０〜１２０本／ｃｍ２にすることが好ましい。針密度が２０本／ｃｍ２未満では、交絡性が悪く積層効果が発現され難く、針密度が１２０本／ｃｍ２を超えると、積層不織布の表面の凹凸が大きくなったり、ガラス繊維の破断が起こり易くなる。
【００１６】
ニードルパンチ処理された積層不織布は、必要により、次いで加熱圧着処理及び／又は樹脂含浸処理が施される。
ニードルパンチ工程で一体化された積層不織布をさらに加熱処理する目的は、表裏の繊維を固定するとともに繊維間距離を最密充填させる事で基布としての剛性を付与するためである。加熱処理の方法としては、エンボスロールとフラットカレンダー間で熱圧着することが好ましい。この方法により、初期強力低下を抑制して、剛性を付与することができる。加工時の線圧は５０〜５００Ｎ／ｃｍが好ましく、より好ましくは１００〜３００Ｎ／ｃｍである。低線圧の場合は二層の繊維不織布の熱固定が不十分で基布としての剛性が得られにくい。又、高線圧の領域で加工すると中間層に挿入したガラス繊維がエンボスロールにより切断されて、得られる基布の初期応力が大巾に低下する傾向がある。さらに、加熱圧着処理において、フラット／フラットのカレンダーロールを使用すると二層の不織布が熱圧着され繊維間距離を最密充填する事は可能であるがドレープ性が増してしまう。
【００１７】
ニードルパンチ処理で絡合一体化させ、さらに不織布を加熱圧着処理した積層不織布は、不織布の繊維間どうしの交点を強固に固定するために、バインダー樹脂含浸処理することが好ましい。但し、前記のバインダー繊維が不織布に混用されている場合は、バインダー樹脂含浸処理は、省略することができる。
【００１８】
使用されるバインダー樹脂としては、尿素系、メラミン系、アクリル系、エポキシ系等の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など公知のものを使用することができ、これらは適宜併用して使用される。
バインダー樹脂の付着量は、積層不織布の３〜５０質量％が好ましく、５〜３０質量％が特に好ましい。バインダーの付着量が多すぎると、あとで含浸させるアスファルトなどの含浸性が低下する。逆に少なすぎるとアスファルト含浸工程などでの工程張力に絶えきれずに破断や捲き付きトラブルを発生することがある。
【００１９】
【実施例】
（実施例１）
融点２６０℃、極限粘度０．６３のポリエチレンテレフタレートを、口径０．３０ｍｍ、３００ホールの紡糸ノズルを用いて単孔吐出量  １．５ｇ／分・孔  、溶融温度２８５℃で吐出させ、紡糸速度４５００ｍ／分でエジェクターで牽引し細化・冷却して引き取り後、得られた繊維を金属ネット上に捕集しウェッブとした。このウェッブを熱圧着ロールで弱圧着し不織布とした。得られた不織布の目付は７０ｇ／ｍ２であった。
【００２０】
次に、上記製造法で得られた不織布を表裏に配置し、クリールスタンドにセットしたガラス繊維（ＥＣ９３４Ｚ２８Ｔ３０、ＶＥＴＲＯＴＥＸ社製）をクリールから引き出し、テンションガイド（張力制御装置）及び筬を介在させ、長手方向に互いに平行に３ｍｍピッチで配列させ、駆動式フィードニップロールで一定速度でニートルパンチ機に供給するとともに、該ガラス繊維群の上方と下方から上記製造法で得られた不織布を重ね合わせて、オルガン社製のニードル針（ＦＰＤ  １−４０）を具備するニートルパンチ機で、針密度６０本／ｃｍ２でニードルパンチ処理し、中間層にガラス繊維を挿入した積層不織布を得た。該積層不織布の安定生産が可能で、かつ積層不織布の端部にソリ（波打ち）は認められなかった。次いで、該積層不織布を１８５℃のエンボスロールとフラットカレンダー間で加熱熱圧着処理後に、尿素メラミン樹脂とアクリル系樹脂との混合樹脂の含浸処理を定法により施し、ガラス繊維積層補強不織布を得た。得られたガラス繊維積層補強不織布について表１に示す。得られたガラス繊維積層補強不織布はガラス繊維の弛みもなく、積層不織布の端部のソリ（波打ち）も認められなかった。
【００２１】
（比較例１）
実施例１記載の製造法においてガラス繊維を一定速度で供給する駆動式フィードニップロールを使用しない以外は実施例１と同様にして積層不織布の製造を試みたが、駆動式フィードニップロールを使用しないと、巾入り現象で端部と中央部のガラス繊維張力が制御出来ずに端部のガラス繊維が弛み、筬等にガラス繊維が詰まり、糸切れが発生し、安定製造できる状態ではなかった。また、得られた積層不織布も端部にソリ（波打ち）が発生していた。
【００２２】
【表１】
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（注）速度比率−１：ガラス繊維を供給する駆動フィードニップロール速度とニードルパンチ機のフィードニップロール速度との比率を示す。速度比率−２：ニードルパンチ機のデリベリロール速度とフィードニップロール速度との比率を示す。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、補強繊維が切断した時の修正やボビン替え、品番切替等の作業性に優れ、かつ製造設備が過大にならず、不織ウエッブ又は不織布に複合材料用繊維群を簡易に積層することができるのみならず、積層体でのソリ、曲がり等の外観不良の発生を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層不織布の製造方法の工程の概略を示す模式図である。
【符号の説明】
１：複合繊維材料のパッケージ
２：張力制御装置（テンションガイド）
３〜７：筬
８：駆動式フィードニップロール
９：フィードニップロール
１０：デリベリーロール
【図１】
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