(57)【要約】  提供される物品及び方法は、６０〜１００重量％の酸化ポリアクリロニトリル繊維と、０〜４０重量％の、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維とを含有する不織布繊維ウェブを使用する。不織布繊維ウェブは、１５ｋｇ／ｍ３〜５０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を有し、複数の繊維は、不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直な方向に沿って実質的に交絡している。任意に、酸化ポリアクリロニトリル繊維は、捲縮構成を有し得る。有利には、これらの物品は、低い熱伝導率と高い引張強度と耐炎性との組み合わせを示すことができる。
2021502529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の繊維を含む不織布繊維ウェブを備える、断熱材であって、前記複数の繊維は、
６０〜１００重量％の酸化ポリアクリロニトリル繊維と、
０〜４０重量％の、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と、
を含み、
前記不織布繊維ウェブは、１５ｋｇ／ｍ３〜５０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を有し、前記複数の繊維は、前記不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直な方向に沿って実質的に交絡している、
断熱材。
【請求項２】
前記不織布繊維ウェブは、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する、３〜１９重量％の強化繊維を含有する、請求項１に記載の断熱材。
【請求項３】
前記酸化ポリアクリロニトリル繊維は、強化繊維を除いた前記複数の繊維の８５体積％超を占める、請求項１又は２に記載の断熱材。
【請求項４】
前記実質的に交絡している複数の繊維は、ニードルタック繊維を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の断熱材。
【請求項５】
前記酸化ポリアクリロニトリル繊維は、１マイクロメートル〜１００マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の断熱材。
【請求項６】
前記酸化ポリアクリロニトリル繊維は、５マイクロメートル〜２０マイクロメートルのメジアン繊維径及び２５ミリメートル〜７５ミリメートルのメジアン繊維長を有する、請求項５に記載の断熱材。
【請求項７】
前記不織布繊維ウェブは、周囲条件で元の厚さの３７％に圧縮された５分後に、元の厚さの少なくとも７０％まで回復する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の断熱材。
【請求項８】
熱源と、
前記熱源を少なくとも部分的に取り囲んでいる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の断熱材と、
を備える、断熱されたアセンブリ。
【請求項９】
断熱材の製造方法であって、
捲縮構成を有する酸化ポリアクリロニトリル繊維を、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することと、
前記繊維の混合物を、前記強化繊維の前記外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供することと、
前記酸化ポリアクリロニトリル繊維と前記強化繊維とを、前記不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って互いに交絡させ、前記不織布繊維ウェブにおいて１０ｋｇ／ｍ３〜３５ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を提供することと、を含む、製造方法。
【請求項１０】
断熱材の製造方法であって、
不織布繊維ウェブを得るために、酸化ポリアクリロニトリル繊維を、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することであって、前記酸化ポリアクリロニトリル繊維は、強化繊維を除いた繊維の８５体積％超を占める、混合することと、
前記繊維の混合物を、前記強化繊維の前記外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供することと、
前記酸化ポリアクリロニトリル繊維と前記強化繊維とを、前記不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って互いに交絡させ、前記不織布繊維ウェブにおいて１０ｋｇ／ｍ３〜５０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を提供することと、
を含む、製造方法。
【請求項１１】
前記不織布繊維ウェブをカレンダー加工すること、前記不織布繊維ウェブを加熱すること、及び／又は前記不織布繊維ウェブに張力を加えることによって、前記不織布繊維ウェブの主表面を平滑化することを更に含む、請求項９又は１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記不織布繊維ウェブは、前記平滑化された表面において密度勾配を更に含む、請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
シリコーン、アクリレート、及びフルオロポリマーからなる群から選択されるコーティング流体で前記不織布繊維ウェブをコーティングすることを更に含み、前記不織布繊維ウェブは、０．５未満の放射率を有する、請求項９〜１２のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１４】
請求項９〜１３のいずれか一項に記載の製造方法によって製造される断熱材。
【請求項１５】
電気自動車用バッテリーを絶縁する方法であって、
前記電気自動車用バッテリーに隣接するエンクロージャを提供することと、
請求項１〜７及び請求項１４のいずれか一項に記載の断熱材を、前記エンクロージャ内に圧縮状態で配置することと、
前記断熱材を膨張させて前記エンクロージャを実質的に満たさせることと、
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
熱絶縁に使用するための物品が提供される。提供される物品は、電気自動車のためのバッテリーコンパートメントなど、自動車用途及び航空宇宙用途において断熱材（thermal insulators）として使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
断熱材は、互いに熱接触している構造の間の、あるいは熱対流又は熱放射の範囲内にある構造の間の熱伝達を低減する。これらの材料は、伝導、対流、及び／又は放射の影響を軽減し、したがって、別の構造体に近接している構造体の温度を、著しくより高い又はより低い温度で安定化するのを助けることができる。構成要素の過熱を防止すること、又は高温が望まれる場合に熱損失を防止することによって、熱管理は、広範な商業用途及び工業用途において要求される機能及び性能を達成する際に重要であり得る。
【０００３】
断熱材は、自動車分野及び航空宇宙分野において特に有用であり得る。例えば、自動車の内燃機関は、それらの燃焼サイクル中に大量の熱を生成する。車両の他の分野では、熱に敏感な電子構成要素を保護するために熱絶縁が使用される。このような構成要素として、例えば、センサ、バッテリー、及び電気モータを挙げることができる。燃費を最大化するために、これらの構成要素を適切に保護しながら、可能な限り薄く軽量にするような熱絶縁に対する解決策が望ましい。これらの材料は、車両の寿命にわたって耐久性が十分に維持されることが理想的である。
【０００４】
好適な絶縁材料に対する需要は、電気自動車（「ＥＶ」）の出現と共に高まってきた。ＥＶは、既定された温度範囲内で、より具体的には周囲温度付近で最適に動作する多くのリチウムイオン電池を用いる。ＥＶは、一般に、バッテリー温度が最適温度よりも著しく低くなった場合には電気ヒータを起動し、バッテリー温度が最適温度よりも著しく高くなったときには冷却システムを起動する、バッテリー管理システムを有する。
【発明の概要】
【０００５】
ＥＶバッテリーを加熱及び冷却するために使用される動作は、加熱及び冷却しない場合に車両の駆動装置に向けられてきたバッテリーパワーを大幅に消耗し得る。冬季の間、温度が−３０℃程度まで低下する可能性がある一方で、夏季の路面温度は、６５℃を超えることがある。寒い気候において毛布が人体の熱を温存することによって快適性を提供するのと同様に、熱絶縁は、極端な温度においてＥＶバッテリーを保護するために必要とされるパワーを受動的に最小限に抑える。
【０００６】
ＥＶバッテリー用途のための絶縁材料の開発者は、手強い技術的課題に直面している。例えば、ＥＶバッテリーの絶縁材料は、バッテリーからの発火を消火する又はその広がりを遅らせるために、厳格な難燃性要件を満たしながら、低い熱伝導率を示さなければならない。難燃性の一般的な試験は、ＵＬ−９４Ｖ０火炎試験である。また、好適な断熱材は、弾性的に曲がりかつ縮むことで不規則な形状のエンクロージャに容易に挿入されて膨張し、その周囲の空間を完全に占めることができることが望ましい。最後に、これらの材料は、製造プロセスにおける取り扱い及び設置を容易にするために、十分な機械的強度及び引き裂き抵抗を示さなければならない。
【０００７】
提供される物品及び方法は、酸化ポリアクリロニトリル繊維と任意に１種以上の強化繊維とを含む熱絶縁性繊維を含有する交絡不織布繊維ウェブを使用して、これらの問題に対処する。繊維は、材料に強度を付与し、かつ、火炎処理への曝露時に膨らまないようにするために、不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直な方向に交絡している。強化繊維を加熱時に少なくとも部分的に溶融させて、強度が向上した結合ウェブを形成することができる。任意に、繊維の１つ又は両方のセットは、ウェブ厚さをより大きくし、かつ、嵩密度を低減するために、捲縮構成を有する。
【０００８】
第１の態様において、断熱材が提供される。断熱材は、複数の繊維を含む不織布繊維ウェブを備え、複数の繊維は、６０〜１００重量％の酸化ポリアクリロニトリル繊維と、０〜４０重量％の、１００℃〜３００℃であるポリマーで構成される外面を有する強化繊維と、を備え、不織布繊維ウェブは、１５ｋｇ／ｍ３〜５０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を有し、複数の繊維は、不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直な方向に沿って実質的に交絡している。
【０００９】
第２の態様において、熱源と、熱源を少なくとも部分的に取り囲んでいる、前述の断熱材と、を備える、断熱されたアセンブリが提供される。
【００１０】
第３の態様において、断熱材の製造方法であって、捲縮構成を有する酸化ポリアクリロニトリル繊維を、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することと、繊維の混合物を、強化繊維の外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供することと、酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維とを、不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って互いに交絡させ、不織布繊維ウェブにおいて１０ｋｇ／ｍ３〜３５ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を提供することと、を含む、製造方法が提供される。
【００１１】
第４の態様において、断熱材の製造方法であって、不織布繊維ウェブを得るために、酸化ポリアクリロニトリル繊維を、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することであって、酸化ポリアクリロニトリル繊維は、強化繊維を除いた繊維の８５体積％超を占める、混合することと、繊維の混合物を、強化繊維の外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供することと、酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維とを、不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って互いに交絡させ、不織布繊維ウェブにおいて１０ｋｇ／ｍ３〜３５ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を提供することと、を含む、製造方法が提供される。
【００１２】
第５の態様では、電気自動車用バッテリーを絶縁する方法であって、電気自動車用バッテリーに隣接するエンクロージャを提供することと、前述の断熱材を、エンクロージャ内に圧縮状態で配置することと、熱絶縁を膨張させてエンクロージャを実質的に満たさせることと、を含む、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本明細書で提供されるように、
【図１】様々な例示的実施形態による、断熱材の側面断面図である。
【図２】様々な例示的実施形態による、断熱材の側面断面図である。
【図３】様々な例示的実施形態による、断熱材の側面断面図である。
【図４】様々な例示的実施形態による、断熱材の側面断面図である。
【図５】断熱されたＥＶバッテリーアセンブリの側面断面図である。
【００１４】
明細書及び図面中での参照文字の繰り返しの使用は、本開示の同じ又は類似の特徴部又は要素を表すことが意図されている。多くの他の修正形態及び実施形態を当業者は考案することができ、それらは本開示の原理の範囲及び趣旨に含まれることが理解されるべきである。図面は、縮尺どおりに描かれていない場合がある。
【００１５】
定義
本明細書で用いる場合、
「周囲条件」は、２５℃かつ１０１．３ｋＰａの圧力を意味する。
「平均」は、特に指定しない限り、数平均を意味する。
「コポリマー」は、２つ以上の異なるポリマーの繰り返し単位から作製されるポリマーを指し、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、及び星型（例えば樹状）コポリマーを含む。
不織布繊維ウェブにおける繊維の「メジアン繊維径」は、走査型電子顕微鏡を使用することなどによって、繊維構造体の１つ以上の画像を生成し、１つ以上の画像においてはっきりと見えている繊維の横断方向寸法を測定して、繊維径の合計数を求め、その繊維系の合計数に基づいてメジアン繊維径を計算することによって決定される。
「不織布繊維ウェブ」は、個々の繊維又はフィラメントが相互に重なり合っているが、編布として識別可能な状態ではない構造を呈するシート又はマットを形成する、繊維の交絡又は点接着を特徴とする複数の繊維を意味する。
「ポリマー」は、少なくとも１０，０００ｇ／ｍｏｌの分子量を有する、比較的高い分子量の材料を意味する。
「サイズ」は、所与の物体又は表面の最長寸法を指す。
「実質的に」は、少なくとも、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％、９９．５％、９９．９％、９９．９９％、又は９９．９９９％、又は１００％の量のように有意な程度を意味する。
「厚さ」は、単層物品又は多層物品の対向する面の間の距離を意味する。
【発明の詳細な説明】
【００１６】
本明細書で使用するとき、「好ましい」及び「好ましくは」という語は、特定の状況下で特定の利点をもたらすことができる本明細書に記載される実施形態を指す。ただし、他の実施形態もまた、同じ又は他の状況において好ましい場合がある。更にまた、１つ以上の好ましい実施形態の記載は、他の実施形態が有用でないことを含意するものではなく、他の実施形態を本発明の範囲から排除することを意図するものでもない。
【００１７】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において使用される場合、文脈上特に明記されない限り、単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は複数の指示物を含むものとする。したがって、例えば、「ａ」又は「ｔｈｅ」が付いた構成要素への言及には、１つ以上の構成要素及び当業者に公知のその等価物を含んでもよい。更に、「及び／又は」という用語は、列挙された要素のうちの１つ若しくは全て、又は列挙された要素のうちの任意の２つ以上の組み合わせを意味する。
【００１８】
用語「含む」及びその変形は、これらの用語が添付の説明に現れた場合、限定的意味はないことに注意されたい。また更に、「ある１つの（a）」、「ある１つの（an）」、「その（the）」、「少なくとも１つの」、及び「１つ以上の」は、本明細書では互換的に使用される。左、右、前方、後方、上部、底部、側、上方、下方、水平、垂直などの相対語が、本明細書において使用される場合があり、その場合、特定の図面において見られる視点からのものである。これらの用語は、説明を簡単にするためだけに使用される。しかしながら、本発明の範囲を決して制限しない。
【００１９】
本明細書全体において、「一実施形態」、「特定の実施形態」、「１つ以上の実施形態」又は「ある実施形態」に対する言及は、その実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、材料又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な箇所にある「１つ以上の実施形態では」、「特定の実施形態では」、「一実施形態では」、又は「ある実施形態では」などの句の出現は、必ずしも本発明の同一の実施形態に言及しているわけではない。該当する場合、商品名は、全て大文字で記載する。
【００２０】
図１に、本発明の一実施形態による断熱材を示し、以降では参照数字１００で示す。断熱材１００は、対向している第１の主表面１０４及び第２の主表面１０６を有する不織布繊維ウェブ１０２を含む。
【００２１】
不織布繊維ウェブ１０２は、酸化ポリアクリロニトリル繊維１０８を含む複数の繊維で構成される。酸化ポリアクリロニトリル繊維１０８として、商品名ＰＹＲＯＮ（Ｚｏｌｔｅｋ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｂｒｉｄｇｅｔｏｎ，ＭＯ））及びＰＡＮＯＸ（ＳＧＬ  Ｇｒｏｕｐ（Ｍｅｉｔｉｎｇｅｎ，ＧＥＲＭＡＮＹ））で入手可能なものが挙げられる。
【００２２】
酸化ポリアクリロニトリル繊維１００は、アクリロニトリル及び１種以上のコモノマーを含有するポリマー前駆体から誘導される。有用なコモノマーとして、例えば、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、ビニルアセテート、及び塩化ビニルが挙げられる。コモノマー（単数又は複数）は、ポリマー前駆体の総重量に対して、最大で、１５重量％、１４重量％、１３重量％、１２重量％、１１重量％、１０重量％、９重量％、又は８重量％の量で存在し得る。
【００２３】
前駆体繊維の酸化は、最初に、前駆体繊維を高温で安定化させて繊維の溶融又は溶解を防止し、安定化された繊維を炭化して非炭素元素を除去し、最後に、更に高温で黒鉛化処理を行って不織布繊維の機械的特性を向上させることによって達成することができる。酸化ポリアクリロニトリル繊維１００は、部分的に又は完全に酸化されていてもよい。
【００２４】
安定化は、空気中又は何らかの他の酸化性雰囲気中で、前駆体繊維を制御して加熱することによって実行することができる。酸化は、典型的には１８０℃〜３００℃の範囲の温度で、１分当たり１〜２℃の加熱速度で起こる。
【００２５】
所望であれば、低温安定化処理中に繊維をそれらの軸に沿って伸張させることによって、前駆体繊維の収縮を最小限に抑えることができる。伸張は、繊維の軸に沿って高度な好ましい配向を有する酸化ポリアクリロニトリル繊維を生成することができる。安定化プロセスにより、アクリル前駆体の化学構造の変化が生じ、それにより、後続の高温処理に対して材料が熱的に安定する。このプロセスの間、繊維の色が黒色に変化する。黒色の繊維を、繊維の分子秩序に対する損傷を回避するために、不活性雰囲気中で典型的には１０００℃〜１５００℃の高温で、かつ、ゆっくりとした加熱速度で炭化させる。繊維のテクスチャを改善し、かつ、不織布繊維ウェブ１０２の引張弾性率を高めるために、繊維に対して、高温で、例えば２０００℃超〜３０００℃で黒鉛化処理を行うことができる。所望であれば、繊維の強度及び引張弾性率は、高い温度で伸張することによって更に改善され得る。
【００２６】
酸化ポリアクリロニトリル繊維１０８は、不織布繊維ウェブ内における繊維の交絡を可能にする繊維径及び繊維長を有することが好ましい。しかしながら、繊維は、ウェブ強度が過度に損なわれるほど細くないことが好ましい。繊維１０８は、１マイクロメートル〜１００マイクロメートル、２マイクロメートル〜５０マイクロメートル、５マイクロメートル〜２０マイクロメートルのメジアン繊維径を有してもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、１マイクロメートル、２マイクロメートル、３マイクロメートル、５マイクロメートル、７マイクロメートル、１０マイクロメートル、１５マイクロメートル、２０マイクロメートル、２５マイクロメートル、３０マイクロメートル、４０マイクロメートル、５０マイクロメートル、６０マイクロメートル、７０マイクロメートル、８０マイクロメートル、９０マイクロメートル、又は１００マイクロメートルよりも小さい、それに等しい、又はそれよりも大きいメジアン繊維径を有してもよい。
【００２７】
長い繊維を含めることにより、繊維の脱落を低減し、横断方向に沿った不織布繊維ウェブの強度を更に向上させることができる。酸化ポリアクリロニトリル繊維１０８は、１０ミリメートル〜１００ミリメートル、１５ミリメートル〜１００ミリメートル、２５ミリメートル〜７５ミリメートルのメジアン繊維長を有してもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、１０ミリメートル、１２ミリメートル、１５ミリメートル、１７ミリメートル、２０ミリメートル、２５ミリメートル、３０ミリメートル、３５ミリメートル、４０ミリメートル、４５ミリメートル、５０ミリメートル、５５ミリメートル、６０ミリメートル、６５ミリメートル、７０ミリメートル、又は７５ミリメートルよりも小さい、それに等しい、又はそれよりも大きいメジアン繊維長を有してもよい。
【００２８】
不織布繊維ウェブ１０２を形成するために使用される酸化ポリアクリロニトリル繊維１０８は、バルク繊維から調製することができる。バルク繊維を、開放／混合機械の入口コンベヤーベルト上に置いて、開放／混合機械の中で、バルク繊維を引き裂いて離し、コームを回転させることによって混合することができる。次いで、繊維をウェブ形成機器にブローイングして、ドライレイド不織布繊維ウェブを形成する。
【００２９】
代替として、ＳＰＩＫＥエアレイ式形成装置（ＦｏｒｍＦｉｂｅｒ  ＮＶ（Ｄｅｎｍａｒｋ）から市販されている）を使用して、これらのバルク繊維を含有する不織布繊維ウェブを調製することができる。ＳＰＩＫＥ装置及びエアレイドウェブを形成する際のＳＰＩＫＥ装置の使用方法の詳細は、米国特許第７，４９１，３５４号（Ａｎｄｅｒｓｅｎ）及び同第６，８０８，６６４号（Ｆａｌｋら）に記載されている。
【００３０】
コンベヤーベルトを用いて、バルク繊維を、２つの回転するスパイクローラーを有する分割型プレオープン及びブレンドチャンバに供給することができる。その後、ブロワーを用いて、バルク繊維を形成チャンバの上部に供給する。チャンバの上部で繊維材料を開放して毛羽立たせ、次いで、スパイクローラーの上側列を通して形成チャンバの底部に落とすことによって、スパイクローラーの下側列を通過させることができる。次いで、多孔質の形成ベルト／ワイヤの下端から形成チャンバに加えられる重力と真空との組み合わせによって、多孔質の無端ベルト／ワイヤ上に材料を引き下げることができる。
【００３１】
あるいは、エアレイド機械で不織布繊維ウェブ１０２を形成することができる。ウェブ形成機器は、例えば、Ｒａｎｄｏ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｃｏ．，（Ｍａｃｅｄｏｎ，ＮＹ）から市販されているＲＡＮＤＯ−ＷＥＢＢＥＲデバイスであってもよい。あるいは、ウェブ形成機器は、エアレイ加工ではなく、梳綿及びクロスラッピングによってドライレイドウェブを生成するものであってもよい。クロスラッピングは、（例えば、ＡＳＳＥＬＩＮ−ＴＨＩＢＥＡＵ（Ｅｌｂｅｕｆ  ｓｕｒ  Ｓｅｉｎｅ，７６５０４  Ｆｒａｎｃｅ）から市販されているＰＲＯＦＩＬＥ  ＳＥＲＩＥＳのクロスラッパーを使用して）水平としても、あるいは、（例えば、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｌｉｂｅｒｅｃ（Ｃｚｅｃｈ  Ｒｅｐｕｂｌｉｃ）のＳＴＲＵＴＯシステム、又はＳａｎｔｅｘ  ＡＧ（Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ）のＷＡＶＥ−ＭＡＫＥＲシステムを使用して）垂直としてもよい。
【００３２】
不織布繊維ウェブ１０２は、第１の主表面１０４と第２の主表面１０６との間に完全に又は部分的に延在する交絡領域１１０を含む。交絡領域１１０は、２種以上の別個の繊維１０８が撚り合わされている場所を表す。これらの交絡領域１１０内の繊維は、物理的に付着されていないが、反対方向に引っ張られたときに抵抗して離れないように相互に撚られている。交絡領域１１０が存在する場合、不織布繊維ウェブ１０２中の複数の繊維は、第１の主表面１０４及び第２の主表面１０６に対して垂直な方向に沿って実質的に交絡している。
【００３３】
いくつかの実施形態では、交絡は、ニードルタックプロセス又は水流交絡プロセスによって誘導される。これらのプロセスのそれぞれについて、下記により詳細に記述する。
【００３４】
不織布繊維ウェブは、有刺ニードル（例えば、Ｆｏｓｔｅｒ  Ｎｅｅｄｌｅ  Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｉｎｃ．（Ｍａｎｉｔｏｗｏｃ，ＷＩ）から市販されている）と共に、従来のニードルタック装置（例えば、ドイツのＤｉｌｏからＤＩＬＯの商品名で市販されているニードルタッカーを使用してニードルタックすることができ、それによって、上述の実質的に交絡している繊維が、ニードルタック繊維となる。ニードルパンチとも呼ばれるニードルタックは、不織布繊維ウェブを通して有刺ニードルのアレイを繰り返し通過させ、不織布繊維ウェブの繊維に沿って引っ張りながら有刺ニードルを引っ込めることによって、不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直な繊維を交絡させる。
【００３５】
使用される針の種類、貫通深さ、及びストローク速度を含むニードルタックプロセスのパラメータは、特に制限されない。更に、マットの面積当たりのニードルタックの最適数は、適用例に応じて変動する。典型的には、不織布繊維ウェブは、少なくとも５ニードルタック／ｃｍ２の平均を提供するようにニードルタックされる。好ましくは、マットは、平均約５〜６０ニードルタック／ｃｍ２、より好ましくは平均約１０〜約２０ニードルタック／ｃｍ２を提供するようにニードルタックされる。
【００３６】
ニードルタックに関連する更なる選択肢及び利点は、例えば、米国特許公開第２００６／０１４１９１８号（Ｒｉｅｎｋｅ）及び同第２０１１／０１１１１６３号（Ｂｏｚｏｕｋｌｉａｎら）に記載されている。
【００３７】
不織布繊維ウェブは、従来の水交絡ユニット（Ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．（Ｂｉｄｄｅｒｆｏｒｄ，Ｍｅ．）から市販されており、その繊維交絡の教示に関して参照によりその開示が本明細書に組み込まれる、米国特許第４，８８０，１６８号（Ｒａｎｄａｌｌ，Ｊｒ．）を参照されたい）を使用して水流交絡することができる。水流交絡装置と共に使用するのに好ましい液体は水であるが、水と共に又は水の代わりに、他の好適な液体を使用してもよい。
【００３８】
水交絡プロセスでは、水などの加圧された液体が、カーテン状のアレイで、液体流の下を通る不織布繊維ウェブ上に送達される。マット又はウェブは、コンベヤーベルトとして機能するワイヤスクリーンによって支持されている。マットは、ジェットオリフィスの下で、ワイヤスクリーンコンベヤー上の交絡ユニットに供給される。ワイヤスクリーンは、交絡されたマットの最終的な所望の外観に応じて選択される。粗いスクリーンは、スクリーンの穴に対応する穿孔を有するマットを生成することができ、一方、非常に細かいスクリーン（例えば、１００メッシュ）は、目立った穿孔がないマットを生成することができる。
【００３９】
図２は、対向している第１の主表面２０４及び第２の主表面２０６を有する不織布繊維ウェブ２０２を有する、絶縁体（insulator）１００と同様の断熱材２００を示している。ウェブ２０２は、複数の酸化ポリアクリロニトリル繊維２０８と複数の強化繊維２１６の両方を含むという点で、前述の例とは異なっている。
【００４０】
強化繊維２１６は、不織布繊維ウェブ２０２の後続の溶融処理を可能にするのに十分に低い溶融温度を有するバインダー繊維を含んでもよい。バインダー繊維は一般に、ポリマーであり、均一な組成を有してもよく、又は２種以上の成分を含有してもよい。いくつかの実施形態では、バインダー繊維は、繊維の軸に沿って延在し、かつ、円筒状シェルポリマーによって取り囲まれている、コアポリマーで構成される２成分繊維である。シェルポリマーは、コアポリマーの溶融温度よりも低い溶融温度を有することができる。
【００４１】
しかしながら、本明細書で使用するとき、「溶融（melting）」は、ポリエステルが接触することになる他の繊維と接合するのに十分に柔らかく、かつ粘着性になる高い温度における、繊維の、又は２成分シェル／コア繊維の場合には繊維の外面の漸進的な変換を指し、これらの繊維は、酸化ポリアクリロニトリル繊維及び同じ特性を有する任意の他のバインダー繊維を含み、上記のように、より高い又はより低い溶融温度を有し得る。
【００４２】
ポリエステルなどの特定の熱可塑性材料は、溶融されると粘着性になることができ、バインダー繊維の外面にとって好適な材料になる。有用なバインダー繊維は、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面、あるいは、いくつかの実施形態では、１００℃、１０５℃、１１０℃、１１５℃、１２０℃、１２５℃、１３０℃、１３５℃、１４０℃、１４５℃、１５０℃、１６０℃、１７０℃、１８０℃、１９０℃、２００℃、２１０℃、２２０℃、２３０℃、２４０℃、２５０℃、２６０℃、２７０℃、２８０℃、２９０℃、又は３００℃よりも低い、それと等しい、又はそれよりも高い溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する。
【００４３】
例示的なバインダー繊維としては、例えば、ポリエステルコア及びコポリエステルシースを有する２成分繊維である、ＫｏＳａのＴｙｐｅ  ２５４  ＣＥＬＢＯＮＤが挙げられる。シース成分の溶融温度は、約２３０°Ｆ（１１０℃）である。バインダー繊維はまた、２成分繊維ではなく、ポリエステルのホモポリマー又はコポリマーとすることができる。
【００４４】
バインダー繊維は、構成繊維が互いに物理的に付着されているノードの３次元アレイを生成することによって、絶縁体２００内の構造的一体性を増大させる。これらのノードは、巨視的な繊維ネットワークを提供し、それによって引き裂き強度、引張弾性率が増大し、最終製品の寸法安定性が維持され、繊維の脱落が最小限に抑えられる。有利には、バインダー繊維を組み込むことにより、不織布繊維ウェブの構造的一体性を維持しながら、嵩密度を低減することが可能になり、その結果、重量と熱伝導率の両方が減少する。
【００４５】
不織布繊維ウェブ１０２、２０２の熱伝導係数Ｋは、その平均嵩密度に強く依存し得ることが分かった。不織布繊維ウェブの平均嵩密度が５０ｋｇ／ｍ３よりも著しく高い場合、例えば、繊維自体を通じた熱伝導によって、絶縁体を通じて有意な量の熱を伝達することがある。平均嵩密度が１５ｋｇ／ｍ３よりも著しく低い場合、繊維を通じた熱伝導は小さくなるが、対流熱伝達は有意になり得る。平均嵩密度の更なる低下はまた、不織布繊維ウェブの強度を著しく低下させることがあり、これは望ましくない。
【００４６】
例示的な実施形態では、不織布繊維ウェブ１０２、２０２は、１５ｋｇ／ｍ３〜５０ｋｇ／ｍ３、１５ｋｇ／ｍ３〜４０ｋｇ／ｍ３、２０ｋｇ／ｍ３〜３０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を有し、あるいは、いくつかの実施形態では、１５ｋｇ／ｍ３、１６ｋｇ／ｍ３、１７ｋｇ／ｍ３、１８ｋｇ／ｍ３、１９ｋｇ／ｍ３、２０ｋｇ／ｍ３、２２ｋｇ／ｍ３、２４ｋｇ／ｍ３、２５ｋｇ／ｍ３、２６ｋｇ／ｍ３、２８ｋｇ／ｍ３、３０ｋｇ／ｍ３、３２ｋｇ／ｍ３、３５ｋｇ／ｍ３、３７ｋｇ／ｍ３、４０ｋｇ／ｍ３、４２ｋｇ／ｍ３、４５ｋｇ／ｍ３、４７ｋｇ／ｍ３、又は５０ｋｇ／ｍ３よりも低い、それと等しい、又はそれよりも高い平均嵩密度を有する。
【００４７】
したがって、熱伝導及び対流の全体的な影響を低減することにより、驚くほど低い熱伝導係数を達成することが可能である。提供される断熱材の不織布繊維ウェブは、ＡＳＴＭ  Ｄ１５１８−８５（再承認２００３）に従った周囲条件において、０．０３５Ｗ／Ｋ−ｍ未満、０．０３３Ｗ／Ｋ−ｍ未満、０．０３２Ｗ／Ｋ−ｍ未満の熱伝導係数を示してもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、０．０３１Ｗ／Ｋ−ｍ、０．０３２Ｗ／Ｋ−ｍ、０．０３３Ｗ／Ｋ−ｍ、０．０３４Ｗ／Ｋ−ｍ、又は０．０３５Ｗ／Ｋ−ｍよりも低い、それと等しい、又はそれよりも高い熱伝導係数を示してもよい。これらの範囲の熱伝導係数は、不織布繊維ウェブがその弛緩構成（すなわち、圧縮されていない）で得ることができ、あるいは、ＡＳＴＭ  Ｄ５７３６−９５（再承認２００１）に基づいて元の厚さの２０％まで圧縮することができる。
【００４８】
不織布繊維ウェブ２０２中の酸化ポリアクリロニトリル繊維２０８は可燃性ではない。驚くべきことに、ＦＡＲ  ２５−８５６ａ火炎試験において、強化繊維の燃焼は、断熱材において有意な寸法変化を起こさない（収縮せず、かつ膨張しない）ことが分かった。この利点は、不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直な繊維交絡の効果であると思われる。
【００４９】
酸化ポリアクリロニトリル繊維２０８は、絶縁体２００に適切な難燃性及び絶縁性を提供するのに十分な任意の量で存在し得る。酸化ポリアクリロニトリル繊維２０８は、６０重量％〜１００重量％、７０重量％〜１００重量％、８１重量％〜１００重量％の量で存在してもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、５０重量％、５５重量％、６０重量％、６５重量％、７０重量％、７５重量％、８０重量％、８５重量％、９０重量％、又は９５重量％よりも低くても、それと等しくても、又はそれよりも高くても、あるいは、１００重量％以下であってもよい。強化繊維２１６は、０重量％〜４０重量％、３重量％〜３０重量％、３重量％〜１９重量％の量で存在してもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、０重量％以上、あるいは、１重量％、２重量％、３重量％、４重量％、５重量％、７重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％、２５重量％、３０重量％、３５重量％、４０重量％、４５重量％、又は５０重量％よりも低くても、それと等しくても、又はそれよりも高くてもよい。
【００５０】
酸化ポリアクリロニトリル繊維２０８と強化繊維２１６との好ましい重量比は、絶縁体２００に高い引張強度と引き裂き抵抗の両方、並びに、許容可能な難燃性、例えば、ＵＬ−９４Ｖ０火炎試験に合格する能力を与える。酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維との重量比は、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも１０：１であってもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、４：１、５：１、６：１、７：１、８：１、９：１、又は１０：１よりも小さくても、それと等しくても、又はそれよりも大きくてもよい。
【００５１】
更なる選択肢として、不織布繊維ウェブ１０２、２０２は、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する酸化ポリアクリロニトリル繊維でも強化繊維でもない複数の繊維を含むことが可能である。このような繊維は、例えば、溶融温度が３００℃を超えるポリエステル繊維を含んでもよい。しかしながら、絶縁体１００、２００の難燃性を最大化するために、酸化ポリアクリロニトリル繊維は、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有さない複数の繊維の８５体積％超、９０体積％超、又は９５体積％超を占めることが好ましい。
【００５２】
任意に、図に示されるように、酸化ポリアクリロニトリル繊維１０８、２０８及び強化繊維１１６、２１６をそれぞれ捲縮して、捲縮構成（例えば、ジグザグ形状、正弦波形状、又は螺旋形状）を提供する。あるいは、酸化ポリアクリロニトリル繊維１０８、２０８及び強化繊維１１６、２１６の一部又は全ては、直線的な構成を有する。捲縮される酸化ポリアクリロニトリル繊維１０８、２０８及び／又は強化繊維１１６、２１６の画分は、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、又は１００％よりも低くても、それと等しくても、又はそれよりも高くてもよい。捲縮は、欧州特許第０７１４２４８号により詳細に記載されており、不織布繊維ウェブの単位重量当たりの嵩又は体積を著しく増大させることができる。
【００５３】
図３は、絶縁体１００、２００の同じ特徴部を有するが、絶縁体３００の第１及び第２の主表面上に露出した平滑化された表面３２０、３２２を更に含む、断熱材３００を対象とする。平滑化された表面３２０、３２２は、任意の既知の方法によって得ることができる。例えば、不織布繊維ウェブをカレンダー加工すること、不織布繊維ウェブを加熱すること、及び／又は不織布繊維ウェブに張力を加えることによって、平滑化を達成してもよい。いくつかの実施形態では、平滑化された表面３２０、３２２は、不織布繊維ウェブの露出面において繊維を部分的に溶融することによって生成されるスキン層である。
【００５４】
いくつかの実施形態では、平滑化された表面３２０、３２２に密度勾配が存在してもよい。例えば、平滑化された表面の、露出した主表面に近接している部分は、露出した主表面から離れている部分よりも高い密度を有してもよい。平滑化された表面３２０、３２２の一方又は両方における嵩密度が増大すると、不織布繊維ウェブの引張強度及び引き裂き抵抗を更に向上させることができる。表面の平滑化はまた、平滑化されていない場合に絶縁体３００の取り扱い又は輸送において起こる繊維の脱落の程度を低減することができる。更に別の利点は、空気の通過を妨げることによって熱対流が、したがって、不織布繊維ウェブを通る熱対流が低減されることである。いくつかの実施形態では、一方又は両方の平滑化された表面３２０、３２２は、不織布繊維ウェブを通って空気が流れることを防止するように、非多孔質であってもよい。
【００５５】
図４は、酸化ポリアクリロニトリル繊維４０８及び強化繊維４１６を含む、複数の繊維で構成される不織布繊維ウェブ４０２を有する更に別の断熱材４００を示している。図４の色のコントラストによって示されるように、酸化ポリアクリロニトリル繊維４０８及び強化繊維４１６はコーティングされている。繊維上のコーティングは、例えば、シリコーン、アクリレート、及びフルオロポリマーから選択することができ、それにより、不織布繊維ウェブは０．５未満の放射率を有する。ここで、「放射率」は、同じ温度及び波長で、かつ、同じ観察条件下において、材料の表面から放射されるエネルギーと黒体（完全放射体）から放射されるエネルギーの比率として定義される。放射率の低減は、熱放射による材料が熱を損失する程度を低下させるのに役立つ。
【００５６】
不織布繊維ウェブ４０２の構成繊維をコーティングすることにより、様々な機能的及び／又は審美的な利点を付与することができる。例えば、繊維のコーティングは、繊維を強化する効果を有し、したがって、ウェブの全体的な強度を増大させる。フルオロポリマー及びシリコーンなどの特定のコーティング材料は、繊維の表面に浮遊物質が付着していることに起因する着色又は汚染に対する耐性を向上させることができる。いくつかの用途では、繊維を不透明なコーティングにシースすることが望ましいことがあり、また、酸化ポリアクリロニトリル繊維に起因して典型的には黒色又は灰色である、不織布繊維ウェブ４０２の色を変化させるために使用することができる。
【００５７】
絶縁体２００、３００、４００の更なる態様は、絶縁体１００に関して既に説明されたものと類似しており、ここでは繰り返さない。
【００５８】
図１〜図４に関して記載される断熱材の不織布繊維ウェブは、手で適用するために割り当てられた空間に基づいて、任意の好適な厚さを有することができる。一般的な用途では、不織布繊維ウェブは、１ミリメートル〜５０ミリメートル、２ミリメートル〜２５ミリメートル、３ミリメートル〜２０ミリメートルの厚さを有してもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、１ミリメートル、２ミリメートル、３ミリメートル、４ミリメートル、５ミリメートル、６ミリメートル、７ミリメートル、８ミリメートル、９ミリメートル、１０ミリメートル、１２ミリメートル、１５ミリメートル、１７ミリメートル、２０ミリメートル、２２ミリメートル、２５ミリメートル、２７ミリメートル、３０ミリメートル、３５ミリメートル、４０ミリメートル、４５ミリメートル、又は５０ミリメートルよりも小さい、それに等しい、又はそれよりも大きい厚さを有してもよい。
【００５９】
前述したように、繊維寸法、強化繊維上における結合部位の存在、繊維の交絡、及び全体の嵩密度を含む多くの因子が、不織布繊維ウェブによって示される機械的特性に影響を及ぼす。引張強度及び引張弾性率は、不織布繊維ウェブの特性を特徴付けることができる指標である。
【００６０】
引張弾性率は、一般に、材料の剛性を示しており、７ｋＰａ〜１４００ｋＰａ、７０ｋＰａ〜５５０ｋＰａ、１４０ｋＰａ〜３５０ｋＰａであってもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、５ｋＰａ、７ｋＰａ、１０ｋＰａ、１５ｋＰａ、２０ｋＰａ、２５ｋＰａ、３０ｋＰａ、４０ｋＰａ、５０ｋＰａ、６０ｋＰａ、７０ｋＰａ、８０ｋＰａ、９０ｋＰａ、１００ｋＰａ、１２０ｋＰａ、１４０ｋＰａ、１５０ｋＰａ、２００ｋＰａ、２５０ｋＰａ、３００ｋＰａ、３５０ｋＰａ、４００ｋＰａ、４５０ｋＰａ、５００ｋＰａ、５５０ｋＰａ、６００ｋＰａ、７００ｋＰａ、８００ｋＰａ、９００ｋＰａ、１０００ｋＰａ、１１００ｋＰａ、１２００ｋＰａ、１３００ｋＰａ、又は１４００ｋＰａよりも低くても、それと等しくても、又はそれよりも高くてもよい。引張強度は、引き裂き又は恒久的歪みに対する不織布繊維ウェブの抵抗を表し、少なくとも２８ｋＰａ、少なくとも３２ｋＰａ、少なくとも３５ｋＰａであってもよく、あるいは、いくつかの実施形態では、２８ｋＰａ、２９ｋＰａ、３０ｋＰａ、３１ｋＰａ、３２ｋＰａ、３３ｋＰａ、３４ｋＰａ、３５ｋＰａ、３６ｋＰａ、３７ｋＰａ、３８ｋＰａ、３９ｋＰａ、４０ｋＰａ、４２ｋＰａ、４４ｋＰａ、４５ｋＰａ、４７ｋＰａ、又は５０ｋＰａよりも低くても、それと等しくても、又はそれよりも高くてもよい。
【００６１】
驚くべきことに、不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直に不織布繊維ウェブの繊維を交絡させ、１５ｋｇ／ｍ３〜５０ｋｇ／ｍ３の範囲の嵩密度を有する材料を生成することにより、ＵＬ−９４Ｖ０火炎試験又はＦＡＲ  ２５−８５６ａ火炎試験における体積膨張に関連する技術的問題を解決したことが分かった。具体的には、従来の酸化ポリアクリロニトリル材料は火炎試験後に大幅に膨らむことが観察されたが、提供される断熱材は膨らまないことが分かった。いくつかの実施形態では、火炎試験後における、提供される不織布繊維ウェブの厚さの元の寸法に対する偏差は、１０％未満、７％未満、５％未満、４％未満、若しくは３％未満であり、あるいは、いくつかの実施形態では、１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、又は３％よりも低い、それと等しい、又はそれよりも大きい。
【００６２】
断熱材１００、２００、３００、４００は、任意に、図１〜図４には明示されていない追加の層を含んでもよい。設置を支援するために、例えば、これらの例示的な断熱材のいずれかは、感圧接着剤層などの接着剤層、又は不織布繊維ウェブ全体に延在し、不織布繊維ウェブと接触する他の付着層を更に含んでもよい。別の可能性として、これらの絶縁体のいずれかは、不織布繊維ウェブに隣接するアルミニウムシート又は箔層などの中実の熱バリアを含んでもよい。いくつかの用途では、不織布繊維ウェブに、１つ以上の音響絶縁層が結合されていてもよい。
【００６３】
図５は、自動車用途のＥＶバッテリーパックを収容する受動断熱されたアセンブリ５００の概略図である。アセンブリ５００は、車のシャーシの下方に取り付けられ、典型的にはガラス繊維で作製される底部プレート５３０によって保持され得る。本明細書に記載されるような断熱材５３２によって境界を定められた底面を有するバッテリーパック５４０が中央に位置している。ここには示されていないが、バッテリーパック５４０の上部に知って又は側面のいずれかに沿って、追加の断熱材を配置してもよい。
【００６４】
図５に更に示すように、バッテリーパック５４０及び絶縁体５３２は、アルミニウム又は複合材料で作製され得るケース５４２の中にまとめて封入されている。追加の断熱材５３４、５３６、５３８、５３９は、図示のようにケース５４２の周囲に配置され、外部環境からの更なる絶縁を提供するためにその周囲を部分的に取り囲んでいる。任意に、図示されるように、ケース５４２は、冷媒を循環させるためのチャネルを収容するために、その底面に沿って複数の突出部５４３を有する。この受動熱システムでは、バッテリーパック５４０は、ケース５４２内のエンクロージャを所定の温度範囲内に維持するのを助ける熱源として機能する。
【００６５】
熱絶縁は、任意の好適な方法を使用して設置することができる。提供される断熱材は、適合可能であるだけでなく、圧縮すること、及び空洞又はエンクロージャを満たすために膨張することが可能であり、その中に、断熱材が収容される。ケース５４２の外周に沿ったエンクロージャは、不規則な形状であってもよく、及び／又は、図示のように、厚さを有意に変動させてもよい。ＥＶ用途で使用されるエンクロージャは、場合によっては、エンクロージャの最大厚さ寸法に対して１０％〜１００％の範囲の厚さ変動率を有し得る。例示的な設置において、提供される断熱材を、このようなエンクロージャ内に圧縮状態で置き、次いで膨張させてエンクロージャを実質的に満たさせることができる。
【００６６】
これらの材料の弾力性は、圧縮直後の寸法回復に基づいて特徴付けることができる。好ましい実施形態では、例えば、厚さは、周囲条件において、元の厚さの３７％に圧縮された５分後に、元の厚さの少なくとも７０％、７２％、７５％、７７％、８０％、８２％、８５％、８７％、９０％、９２％、又は９５％まで回復する。
【００６７】
包括的であることを意図するものではないが、例示的実施形態のリストは次のとおりにである。
１．複数の繊維を含む不織布繊維ウェブを備える、断熱材であって、複数の繊維は、６０〜１００重量％の酸化ポリアクリロニトリル繊維と、０〜４０重量％の、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と、を含み、不織布繊維ウェブは、１５ｋｇ／ｍ３〜５０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を有し、複数の繊維は、不織布繊維ウェブの主表面に対して垂直な方向に沿って実質的に交絡している、断熱材。
２．不織布繊維ウェブは、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する、３〜３０重量％の強化繊維を含有する、実施形態１に記載の断熱材。
３．不織布繊維ウェブは、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する、３〜１９重量％の強化繊維を含有する、実施形態２に記載の断熱材。
４．不織布繊維ウェブは、１５ｋｇ／ｍ３〜４０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を有する、実施形態１〜３のいずれか一つに記載の断熱材。
５．不織布繊維ウェブは、２０ｋｇ／ｍ３〜３０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を有する、実施形態４に記載の断熱材。
６．酸化ポリアクリロニトリル繊維は、強化繊維を除いた複数の繊維の８５体積％超を占める、実施形態１〜５のいずれか一つに記載の断熱材。
７．酸化ポリアクリロニトリル繊維の少なくとも一部は、捲縮構成を有する、実施形態１〜５のいずれか一つに記載の断熱材。
８．実質的に交絡している複数の繊維は、ニードルタック繊維を含む、実施形態１〜７のいずれか一つに記載の断熱材。
９．不織布繊維ウェブは、１ミリメートル〜５０ミリメートルの厚さを有する、実施形態１〜８のいずれか一つに記載の断熱材。
１０．不織布繊維ウェブは、２ミリメートル〜２５ミリメートルの厚さを有する、実施形態９に記載の断熱材。
１１．不織布繊維ウェブは、３ミリメートル〜２０ミリメートルの厚さを有する、実施形態１０に記載の断熱材。
１２．酸化ポリアクリロニトリル繊維は、１マイクロメートル〜１００マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、実施形態１〜１１のいずれか一つに記載の断熱材。
１３．酸化ポリアクリロニトリル繊維は、２マイクロメートル〜５０マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、実施形態１２に記載の断熱材。
１４．酸化ポリアクリロニトリル繊維は、５マイクロメートル〜２０マイクロメートルのメジアン繊維径を有する、実施形態１３に記載の断熱材。
１５．酸化ポリアクリロニトリル繊維は、１０ミリメートル〜１００ミリメートルのメジアン繊維長を有する、実施形態１〜１４のいずれか一つに記載の断熱材。
１６．酸化ポリアクリロニトリル繊維は、１５ミリメートル〜１００ミリメートルのメジアン繊維長を有する、実施形態１５に記載の断熱材。
１７．酸化ポリアクリロニトリル繊維は、２５ミリメートル〜７５ミリメートルのメジアン繊維長を有する、実施形態１６に記載の断熱材。
１８．酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維との重量比は、少なくとも４：１である、実施形態１〜１７のいずれか一つに記載の断熱材。
１９．酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維との重量比は、少なくとも５：１である、実施形態１８に記載の断熱材。
２０．酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維との重量比は、少なくとも１０：１である、実施形態１９に記載の断熱材。
２１．不織布繊維ウェブは、７ｋＰａ〜１４００ｋＰａの引張弾性率を有する、実施形態１〜２０のいずれか一つに記載の断熱材。
２２．不織布繊維ウェブは、７０ｋＰａ〜５５０ｋＰａの引張弾性率を有する、実施形態２１に記載の断熱材。
２３．不織布繊維ウェブは、１４０ｋＰａ〜３５０ｋＰａの引張弾性率を有する、実施形態２２に記載の断熱材。
２４．不織布繊維ウェブは、２８ｋＰａ超の引張強度を有する、実施形態１〜２３のいずれか一つに記載の断熱材。
２５．不織布繊維ウェブは、周囲条件で元の厚さの３７％に圧縮された５分後に、元の厚さの少なくとも７０％まで回復する、実施形態１〜２４のいずれか一つに記載の断熱材。
２６．不織布繊維ウェブは、その弛緩構成において、０．０３５Ｗ／Ｋ−ｍ未満の熱伝導係数を有する、実施形態１〜２５のいずれか一つに記載の断熱材。
２７．不織布繊維ウェブは、元の厚さの２０％に圧縮されたときに、０．０３５Ｗ／Ｋ−ｍ未満の熱伝導係数を有する、実施形態２６に記載の断熱材。
２８．熱源と、熱源を少なくとも部分的に取り囲んでいる、実施形態１〜２７のいずれか一つに記載の断熱材と、を備える、断熱されたアセンブリ。
２９．熱源は、電気自動車用バッテリーを含む、実施形態２８に記載のアセンブリ。
３０．断熱材の製造方法であって、捲縮構成を有する酸化ポリアクリロニトリル繊維を、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することと、繊維の混合物を、強化繊維の外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供することと、酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維とを、不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って互いに交絡させ、不織布繊維ウェブにおいて１０ｋｇ／ｍ３〜３５ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を提供することと、を含む、製造方法。
３１．断熱材の製造方法であって、不織布繊維ウェブを得るために、酸化ポリアクリロニトリル繊維を、１００℃〜３００℃の溶融温度を有するポリマーで構成される外面を有する強化繊維と混合することであって、酸化ポリアクリロニトリル繊維は、強化繊維を除いた繊維の８５体積％超を占める、混合することと、繊維の混合物を、強化繊維の外面を溶融させるのに十分な温度まで加熱して、不織布繊維ウェブを提供すると、酸化ポリアクリロニトリル繊維と強化繊維とを、不織布繊維ウェブに対して垂直な方向に沿って交絡させ、不織布繊維ウェブにおいて１０ｋｇ／ｍ３〜３５ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を提供することと、を含む、製造方法。
３２．不織布繊維ウェブは、１５ｋｇ／ｍ３〜３０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を有する、実施形態３０又は３１に記載の製造方法。
３３．不織布繊維ウェブは、２０ｋｇ／ｍ３〜３０ｋｇ／ｍ３の平均嵩密度を有する、実施形態３２に記載の製造方法。
３４．不織布繊維ウェブをカレンダー加工すること、不織布繊維ウェブを加熱すること、及び／又は不織布繊維ウェブに張力を加えることによって、不織布繊維ウェブの主表面を平滑化することを更に含む、実施形態３０〜３３のいずれか一つに記載の製造方法。
３５．平滑化された表面において密度勾配を更に含む、実施形態３４に記載の製造方法。
３６．シリコーン、アクリレート、及びフルオロポリマーからなる群から選択されるコーティング流体で不織布繊維ウェブをコーティングすることを更に含み、不織布繊維ウェブは、０．５未満の放射率を有する、実施形態３０〜３５のいずれか一つに記載の製造方法。
３７．得られた不織布繊維ウェブは、ＵＬ−９４Ｖ０火炎試験に合格する、実施形態３０〜３６のいずれか一つに記載の製造方法。
３８．実施形態３０〜３７のいずれか一つに記載の製造方法によって製造される断熱材。
３９．電気自動車用バッテリーを絶縁する方法であって、電気自動車用バッテリーに隣接するエンクロージャを提供することと、実施形態１〜２７及び実施形態３８のいずれか一つに記載の断熱材を、エンクロージャ内に圧縮状態で配置することと、断熱材を膨張させてエンクロージャを実質的に満たさせることと、を含む、方法。
４０．エンクロージャは、エンクロージャの最大厚さ寸法に対して１０％〜１００％の厚さ変動率を有する、実施形態３９に記載の方法。
【実施例】
【００６８】
本開示の目的及び利点は以下の非限定的な実施例によって更に例証されるが、これらの実施例に引用される材料及びそれらの量、並びに他の条件及び詳細は、本開示を過度に制限しないものと解釈されるべきである。
【００６９】
【表１】
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【００７０】
試験方法
表面坪量測定：不織布ウェブの一部を１２インチ×１２インチ（３０．５ｃｍ×３０．５ｃｍ）の正方形に切断して、重量を測定した。重量を表面積（０．０９２９ｍ２）で除して表面坪量を求め、ｇ／ｍ２（「ｇｓｍ」）単位で報告した。
【００７１】
不織布ウェブの厚さ測定：高ロフト不織布の厚さの試験方法に従って、ＡＳＴＭ  Ｄ５７３６−９５の方法を行った。プレート圧力を０．００２ｐｓｉ（１３．７９０パスカル）に較正した。
【００７２】
平均嵩密度測定：表面坪量を試料の厚さで除して平均嵩密度を求め、ｋｇ／ｍ３単位で報告した。
【００７３】
絶対熱伝導係数測定（熱伝導係数＋対流及び放射）：ＮＥＴＺＳＣＨ  ＨＦＭ４３６機械を使用して、織物材料の熱透過率に関するＡＳＴＭ  Ｄ１５１８−８６標準試験方法を行った。上部プレート温度及び底部プレート温度を、２０℃デルタ（すなわち、平均温度に対して＋１０℃及び−１０℃）に設定した。
【００７４】
火炎試験１：ＦＡＲ  ２５−８５３ａ及びＦＡＲ  ２５−８５３ｂの縦型バーナー。ＵＬ９４−Ｖ０標準を参照し、火炎高さ２０ｍｍで、それぞれ１０秒で２回燃焼させた。
【００７５】
火炎試験２：ＦＡＲ  ２５−８５６ａ放射パネル試験。
【００７６】
引張強度測定：Ｉｎｓｔｒｏｎを使用して、ＡＳＴＭ  Ｄ８８２−１２標準を行う。幅１インチ（２５．４ｍｍ）かつ把持距離２インチ（５０．８ｍｍ）の試料を切断した。
【００７７】
比較例１（ＣＥ−１）
ＨＴ５００Ｔ２の試料の両方の主表面からスクリム材料を手で除去して、ＣＥ−１として試験されるポリエステル繊維のウェブを得た。
【００７８】
比較例２（ＣＥ−２）
１００重量％のＯＰＡＮ、ニードルタック。ＳＧＬ  Ｇｒｏｕｐ（Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ，ＮＣ）による１３ｏｚ／ｙｄ２（又は４４０ｇｓｍ）
【００７９】
比較例３（ＣＥ−３）
ＯＰＡＮの供給元名は、Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ  Ｙｉｓｈｅｎｇｙｕ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．（鎮江市益盛裕有限公司）であり、この種類のＯＰＡＮは、２．５デニールかつ長さ６４ｍｍである。バインダーの供給元名は、ＳＩＮＯＰＥＣ  Ｙｉｚｈｅｎｇ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏ．Ｌｔｄ．（中石化儀征化繊有限公司）であり、この種類のバインダーは４０８０（標準ＰＥＴ２成分繊維、メルティファイバー（Melty fiber））である。３０重量％のバインダー繊維及び７０重量％のＯＰＡＮ繊維を使用して、梳綿プロセスによってウェブを作製した。
【００８０】
比較例４（ＣＥ−４）
ＣＥ−３の層の約１／３を手で剥がして、試験に使用した。
【００８１】
実施例１（ＥＸ−１）：９０重量％のＯＰＡＮ−１＋１０重量％のＰＥＴ−ＦＲ、ニードルタック
９０（重量）％のＰＡＮＯＸ（登録商標）Ａ１４０（１．７ｄｔｅｘ（１２マイクロメートル）、切断長さ５０ｍｍ、短繊維）と、１０（重量）％のＴＲＥＶＩＲＡ  Ｔ２７０（３．３ｄｔｅｘ（１７マイクロメートル）、切断長さ６０ｍｍの単成分ＦＲ変性ＰＥＴ）との混合物を開放してブレンドし、１８インチ幅のＲａｎｄｏ  Ｌａｂ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ｍｏｄｅｌ  ＳＢ−Ｆｅｅｄｅｒ／ＳＢＤ−Ｗｅｂｂｅｒを使用して、５．７フィート／分でエアレイドし、Ｗｅｂｂｅｒ  Ｌｉｃｋｅｒｉｎを３０００ｒｐｍで動作させて、１５０ｇｓｍの非結合ウェブを形成した。この非結合ウェブを、７５ニードル／列の２３列のニードルボードアレイを有するＤｉｌｏ  Ｎｅｅｄｌｅ  Ｌｏｏｍ，Ｍｏｄｅｌ  ＤＩ−Ｌｏｏｍ  ＯＤ−１  ６に搬送した。これらの列は、パターンをランダム化するためにわずかにオフセットされている。ニードルは、Ｆｏｓｔｅｒ  ２０  ３−２２−１．５Ｂのニードルである。アレイは、機械方向において深さ約７インチ、かつ、公称幅２４インチ（６１ｃｍ）であり、ニードルの間隔は、約０．３０インチ（７．６ｍｍ）である。ニードルボードを９１ストローク／分で動作させて交絡させ、ウェブを約０．２０インチ（５．１ｍｍ）の厚さまで圧縮した。ニードルタックによって、ウェブの主表面に対して垂直な方向に物理的交絡を導入した。
【００８２】
次いで、ウェブを、１．１ｍ／分のライン速度で電気オーブン（２２５〜２３０℃）に搬送し、これによりＴＲＥＶＩＲＡ  Ｔ２７０（３．３ｄｔｅｘ（１７マイクロメートル）、切断長さ６０ｍｍの単成分ＦＲ変性ＰＥＴ繊維）を溶融させた。この例では、オーブンの直後にウェブを除去した。オーブンは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ，ＬＬＣ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）による電気オーブンである。これは、長さ５．５メートルの１つの加熱チャンバを有し、原理は、上部からチャンバ内へのエアブローである。エアブローされた空気の一部（２０〜１００％に設定）を排気することができ、一部（２０〜１００％に設定）を再循環させることができるように、循環を設定することができる。この例では、空気は６０％設定で排気され、４０％が再循環され、チャンバ内の温度は、２２７℃であった。試料はチャンバ内で２回通った。
【００８３】
実施例１、圧縮（ＥＸ−１、圧縮）
初期厚さが５．１ｍｍであるＥＸ−１のウェブを、厚さ１．９ｍｍまで６０時間にわたって圧搾し、次いで、約５分間にわたって、３．６ｍｍまで回復させた。２日後、試料は、４．２ｍｍまで回復した。
【００８４】
比較例５（ＣＥ−５）：９０重量％のＯＰＡＮ＋１０重量％ＦＲバインダー、ニードルタックなし
ニードルタック工程を省略したことを除いて、実施例１において行った手順に従って、不織布繊維ウェブを生成した。
【００８５】
実施例２（ＥＸ−２）：８０重量％のＯＰＡＮ＋２０重量％のＦＲバインダー、ニードルタック
ＯＰＡＮ−１とＰＥＴ−ＦＲの重量比が８０：２０であったことを除いて、実施例１において行った手順に従って、不織布繊維ウェブを生成した。
【００８６】
実施例２、圧縮（ＥＸ−２、圧縮）
初期厚さが４．４ｍｍであるＥＸ−２のウェブを、厚さ１．９ｍｍまで２０時間にわたって圧搾し、次いで、約１分間にわたって、３．６ｍｍまで弛緩させた。
【００８７】
比較例６（ＣＥ−６）：８０重量％のＯＰＡＮ＋２０重量％のＦＲバインダー、ニードルタックなし
ニードルタック工程を省略したことを除いて、実施例２において行った手順に従って、不織布繊維ウェブを生成した。
【００８８】
実施例３（ＥＸ−３）：８０重量％のＯＰＡＮ＋２０重量％のＦＲバインダー、ニードルタック＋シリコーンコーティング
実施例２（ニードルタックを含む）に従って不織布繊維ウェブを調製し、表２に従ってシリコーンコーティング混合物でコーティングした。表２の全ての材料をパンに置き、シリコーンコーティング混合物によって不織布繊維ウェブが完全に飽和されたように見えるまで不織布繊維ウェブを浸漬することによって、シリコーンコーティング混合物を適用した。シリコーンコーティング混合物を、４分間にわたって、１０５℃の対流オーブン内で不織布繊維ウェブ上で硬化させた。
【００８９】
【表２】
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【００９０】
表２では、Ｚｎ−ＤＢＵ−ＡＡ＝亜鉛＋１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデカ−７−エン＋無水酢酸（その明細書が参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第９，００６，３５７号に見られる触媒と類似）。
【００９１】
実施例４：７５重量％のＯＰＡＮ＋２５重量％のバインダー、ニードルタック
ＯＰＡＮ−１とＰＥＴ−ＦＲの重量比が７５：２５であったことを除いて、実施例１において行った手順に従って、不織布繊維ウェブを生成した。
【００９２】
実施例５：７５重量％のＯＰＡＮ＋２５重量％のバインダー、平滑かつ高密度の表面を有するためのニードルタック＋シリコーンコーティング＋カレンダー加工工程
ＯＰＡＮ−１とＰＥＴ−ＦＲの重量比が７５：２５であったことを除いて、シリコーンコーティングを有する不織布繊維ウェブを実施例３に従って生成した。次いで、平滑かつ高密度の表面を有するコーティングされたウェブを得るために、シリコーンコーティングされた不織布繊維ウェブに対してカレンダー加工手順を行った。上部ロールが２１９℃に設定され、下部ロールが２２２℃に設定された２つの平滑なスチールロールの間でウェブをカレンダー加工した。２つのロールの間の間隙を０．０３０インチ（７．６ｍｍ）に設定し、圧力を５００ポンド／リニアルインチ（８９ｋｇ／リニアルセンチメートル）に設定した。速度は３フィート／分（０．９１メートル／分）とした。
【００９３】
実施例６：７０重量％のＯＰＡＮ＋３０重量％のバインダー、ニードルタック
７０（重量）％のＰＡＮＯＸ（登録商標）Ａ１４０（１．７ｄｔｅｘ（１２マイクロメートル）、切断長さ５０ｍｍの短繊維）と、３０（重量）％のＴＲＥＶＩＲＡ  Ｔ２７０（６．７ｄｔｅｘ（２５マイクロメートル）、切断長さ６０ｍｍの単成分ＦＲ変性ＰＥＴ）との混合物を、幅０．６ｍのコンベヤーベルトを用いて、速度０．８ｍ／分で、２つの回転スパイクローラーを有する分割型プレオープン及びブレンドチャンバに供給した。チャンバの上部で繊維材料を開放して毛羽立たせ、次いで、スパイクローラーの上側列を通って形成チャンバの底部に落とすことによって、スパイクローラーの下側列を通過させた。多孔質の形成ベルト／ワイヤの下端から形成チャンバに加えられる重力と真空との組み合わせによって、多孔質無端ベルト／ワイヤ上に材料を引き下げた。ＪＭ  ６８８−８０タイプの支持層（支持層１）を、１．１ｍ／分の速度で、移動する形成チャンバの下端部で稼働する無端形成ベルト／ワイヤの上面において形成チャンバ内に供給した。
【００９４】
この非結合ウェブを、７５ニードル／列の２３列のニードルボードアレイを有するＤｉｌｏ  Ｎｅｅｄｌｅ  Ｌｏｏｍ，Ｍｏｄｅｌ  ＤＩ−Ｌｏｏｍ  ＯＤ−１  ６に搬送した。これらの列は、パターンをランダム化するためにわずかにオフセットされていた。ニードルは、Ｆｅｌｔｌｏｏｍによる３６ゲージの３．５インチ（８．９ｃｍ）の円錐形フェルティングニードルであった。アレイは、機械方向において深さ約７インチ（１８ｃｍ）、かつ、公称幅２４インチ（６１ｃｍ）であり、ニードルの間隔は、約０．３０インチ（７．６ｍｍ）であった。ニードルボードを２２５ストローク／分で動作させてウェブを交絡させ、約０．２０インチ（５．１ｍｍ）の厚さまで圧縮した。
【００９５】
次いで、ウェブを、１．１ｍ／分のライン速度で電気オーブン（２２５℃〜２３０℃）に搬送し、これによりＴＲＥＶＩＲＡ  Ｔ２７０（３．３ｄｔｅｘ（１７マイクロメートル）、切断長さ６０ｍｍの単成分ＦＲ変性ＰＥＴ繊維）を溶融させた。この例では、オーブンの直後にウェブを除去した。オーブンは、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ，ＬＬＣ（Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ）による電気オーブンであった。これは、長さ５．５メートルの１つの加熱チャンバを有していた。原理は、上部からチャンバ内へのエアブローである。エアブローされた空気の一部を排気（２０〜１００％設定）することができ、一部を再循環（２０〜１００％設定）させることができるように、循環を設定することができる。この実施例では、空気は６０％設定で排気され、４０％が再循環され、チャンバ内の温度は、２２７℃であった。試料はチャンバ内で２回通った。
【００９６】
試料を、記載した試験方法に従って、耐炎性、引張強度、及び熱伝導率について試験し、結果を表３〜表６にまとめた。
【００９７】
【表３】
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【００９８】
【表４】
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【００９９】
【表５】
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【０１００】
【表６】
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【０１０１】
上記特許出願において引用された全ての文献、特許文献又は特許出願は、一貫した形でそれらの全容が参照により本明細書に組み込まれる。組み込まれた参照文献の一部と本出願との間に不一致又は矛盾がある場合、前述の記載における情報が優先するものとする。上の記載は、当業者が請求の範囲の開示を実施することを可能にするために与えられており、本発明の範囲を限定するものと解釈すべきではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲及びその全ての等価物によって定義される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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