(57)【要約】【課題】対流圏界面を含む対流圏上部や成層圏等の高高度での厳しい環境下においても形状が安定しており、長期間使用可能で耐久性に優れた、特に飛行船または気球等の外皮膜に適した膜材を提供する。【解決手段】少なくとも基布を含有する膜材において、該基布の５０重量％以上を、強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上のポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維で構成した膜材とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基布を含有する膜材であって、該基布の５０重量％以上が、強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上のポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維で構成されていることを特徴とする膜材。
【請求項２】
ポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維の繊度が１０〜２００ｄｔｅｘである請求項１記載の膜材。
【請求項３】
基布にガスバリア層が積層されている請求項１記載の膜材。
【請求項４】
−７０℃から７０℃まで昇温速度１０℃／分で上昇させたときの基布の寸法変化率が５％未満である請求項１記載の膜材。
【請求項５】
請求項１に記載の膜材を用いてなる飛行船。
【請求項６】
請求項１に記載の膜材を用いてなる気球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は膜材に関するものであり、さらに詳細には、対流圏界面を含む対流圏上部や成層圏等の高高度での厳しい環境下においても形状が安定しており長期間使用することができる膜材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、飛行船や気球を有効に活用する研究開発が盛んに行われている。例えば、従来、飛行船や気球は宣伝用や観光用としての利用が中心であったが、今では、電子機器を搭載した飛行船を地上から２０ｋｍ程度の高度にある成層圏に滞空させ、ネットワークの基地や気象観測などに利用する研究が行われている。また、かかる研究は世界中で行われており、将来宇宙衛星に代わって低コストで高品質のサービスを提供できるシステムとして期待が持たれている。
【０００３】
上記の飛行船や気球として、さまざまなものが提案されている（例えば特許文献１〜３など）。そして、こうした飛行船や気球の外皮膜として使用される膜材においては、対流圏界面を含む対流圏上部や成層圏等の高高度といった厳しい環境下での寸法安定性や、耐久性が求められている。
【０００４】
かかる厳しい環境下でも優れた寸法安定性を有するものとしては、例えば、高強力アラミド繊維からなる織物が挙げられる。しかしながら、かかる高強力アラミド繊維は高い強力とモジュラスを有するものの、剛直であるがためにポリエチレンテレフタレート繊維やナイロン繊維に比べフィブリル化しやすく屈曲疲労性が劣り、耐久性の点でさらに改良が必要である。一方、ポリエチレンテレフタレート繊維やナイロン繊維は、屈曲疲労性は高強力アラミド繊維より良好であるものの、寸法安定性の点で十分とは言えずさらに性能の高いものが望まれている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３４７６９７号公報
【特許文献２】特開２００１−１３０４９３号公報
【特許文献３】特開平６−４０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、対流圏界面を含む対流圏上部や成層圏等の高高度での厳しい環境下においても形状が安定しており、長期間使用可能で耐久性に優れた、特に飛行船または気球等の外皮膜に適した膜材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、少なくとも基布を含有する膜材であって、該基布の５０％以上が、強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上のポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維で構成されていることを特徴とする膜材により用いると寸法安定性かつ耐久性に優れることを究明し、本発明に到達した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の膜材は、高温から低温までの幅広い環境下での寸法安定に優れ、しかも屈曲疲労性が良好であり耐久性にも優れている。したがって、上記膜材は対流圏界面を含む対流圏上部や成層圏等の高高度といった厳しい環境下においても形状が安定しており長期間使用することができるといった効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を説明する。本発明の膜材は、少なくとも基布を含有している膜材である。
ここで、基布の形態としては、織物、編物、あるいは、後述するＵＤシートなど、従来公知のものが任意に使用できる。中でも、基布を構成する繊維の強度を有効に利用できる点から、織物やＵＤシートが好ましい。
さらに基布が織物の場合、その形態は繊維の強度を十分に利用できる平織物が好ましい。また、強度のみならず、引裂強度を向上させる目的でリップストップ構造を採用してもよい。
【００１０】
また、ＵＤシートとは、繊維糸条が一方向に配列された状態で、接着剤や樹脂シートあるいはフィルム等により固定されたシート状物を言う。本発明においては、上記ＵＤシートが糸条の配列方向を互いに異にするように、複数層積層されていることが好ましい。なお、各ＵＤシートを積層させる角度は特に限定しないが、積層枚数が２枚の場合は、基布の任意の方向にバランス良く強力を発現させるという観点から、糸条の配列方向を９０°異にするように積層することが好ましい。
【００１１】
本発明においては、基布の５０％重量以上が、強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上、弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であるポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維で構成されていることが肝要である。
すなわち、強度が５ｃＮ／ｄｔｅｘ未満では膜材の強度、耐久性が劣る。好ましい繊維強度は７．５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、より好ましくは８〜１０ｃＮ／ｄｔｅｘである。
【００１２】
弾性率が２００ｃＮ／ｄｔｅｘ未満では急激に気圧が変わった時の寸法安定性に劣り、高高度で使用する飛行船や気球用の膜材として適用できない。好ましい弾性率は２１０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であり、より好ましくは２２０〜２５０ｃＮ／ｄｔｅｘである。
なお、上記のポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維は、モノフィラメントであっても、マルチフィラメントであってもよいが、マルチフィラメントが好ましい。
【００１３】
本発明においては、ポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維の繊度が１０〜２００ｄｔｅｘであることが好ましい。ここでいう繊度は、モノフィラメントの場合は単糸繊度をいい、マルチフィラメントの場合は総繊度をいう。モノフィラメントとして使用する場合は、上記単糸繊度が１０ｄｔｅｘ未満の繊度の繊維からなる膜材では目的に適した強度を得るのが難しくなり耐久性が低くなる傾向にある。一方、上記単糸繊度が２００ｄｔｅｘ以上では、製織性が劣る傾向にある。また、マルチフィラメントとして使用する場合には、総繊度が１０ｄｔｅｘ未満では製織工程中の単糸切れ等につながる毛羽立ちが発生し易く良好な製織性は得られにくい。一方、総繊度が２００ｄｔｅｘ以上では、製織性が悪くなる傾向にある。より好ましい繊度は１５〜１００ｄｔｅｘである。
【００１４】
上記ポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維は他の繊維と共に用いて混撚糸、混繊糸、複合糸などとして用いてもよい。また、基布が織物の場合、該ポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維を、他の繊維と交織しても、たて糸またはよこ糸のみに用いてもよい。また、ＵＤシートの場合もポリエチレンテレフタレート系ポリエステル繊維と共に配列させても良い。
【００１５】
ポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維以外の布帛を構成する他の繊維としては、天然繊維、合成繊維の何れも使用できるが、より軽量でかつ高強度の膜材を得るためには、合成繊維を用いることが好ましい。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等を使用することができる。強度の点ではパラ系アラミド繊維を代表とする、いわゆるスーパー繊維を使用することが好ましいが、コストパフォーマンスと言う点からはポリエステルやナイロンが好ましいと言える。
【００１６】
上記スーパー繊維の具体例としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維などのパラ系アラミド繊維の他、パラ系アラミドとメタ系アラミドとの共重合体繊維、または芳香族エーテル、例えば３，４−ジアミノジフェニルエーテルを共重合したパラ系アラミド繊維、さらにポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ポリイミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリアリレート繊維、ポリエーテルイミド繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、又はこれらの混合繊維などが例示される。
【００１７】
本発明において、基布を構成するポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維は基布重量全体の５０重量％以上である必要がある。ポリエステルテレフタレートやナイロンをポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維以外の布帛を構成する繊維として用いた場合、ポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維が５０重量％未満であると膜材の寸法安定性が悪くなる。また炭素繊維やアラミド繊維をポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維以外の布帛を構成する繊維として用いた場合、ポリエチレンナフタレート系ポリエステル繊維の重量割合が５０％未満であるとフィブリル化が起こりやすくなると共に屈曲疲労性に劣り、高高度に耐えうる飛行船として用いる基布としての十分な耐久性が得られない。
なお、本発明において、膜材は−７０℃〜７０℃まで昇温速度１０℃／分で上昇させたときの寸法変化率が５％未満であることが好ましい。
【００１８】
次に、本発明においては、上記基布にガスバリア層が積層されていることが特に好ましい。つまり、飛行船のバロネットやダイヤフラムは、その中にヘリウムや空気といった気体を封じ込めたり、あるいはそれらの気体を仕切ったりするための部材であり、そこで使用される素材はガスバリア性を有していることが望ましいからである。
【００１９】
ガスバリア層としては特に限定されるものではなく、飛行船の用途や飛行継続時間に応じて適宜選択される。具体的には、ポリエステルフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、エチレン・ビニルアルコール共重合体フィルム等が使用されるが、中でもエチレン・ビニルアルコール共重合体フィルム（クラレ株式会社製、「エバール」など）は特にガスバリア性が優れており好ましい。また、上記ガスバリア層には、さらにガスバリア性、耐候性を向上させる目的で、アルミ蒸着を施しても良い。
【００２０】
上記ガスバリア層の形成方法としては従来公知の方法が任意に採用でき、上記樹脂を溶融コーティング或いは湿式コーティングする方法、上記樹脂からなるフィルムをラミネートする方法などが例示される。
【００２１】
一方、膜材をより強固なものとするために、本発明においては、上記基布層およびガスバリア層をさらに他の樹脂層で保護することが好ましい。つまり、本発明の膜材は、飛行船のバロネットやダイヤフラムとして使用されるため、使用中に傷ついたり破損したりしてはならない。よって、強度を維持する基布層と、ガスバリア層を、さらに他の樹脂でコーティングすることは、膜材の機能を維持する上で極めて有用である。また、本発明の膜材と、飛行船本体に使用されるエンベロープと言われる膜材と接合するためにもこのような層が設けられることが望ましい。
【００２２】
使用される樹脂は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂等が使用される。これらの樹脂は従来公知の方法、即ち、フィルム状の樹脂を接着剤を用いてラミネートしたり、加熱した樹脂を直接薄くコーティングしたりする方法により、加工される。
【００２３】
かくして得られる膜材はその目ずれが１０ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、「目ずれ」とは、織物の精錬工程等において、基布を構成する繊維がずれてしまう現象を言い、このずれの大きさが１０ｍｍを越えると、製品の品位が低下するばかりか、膜材の強度も低下し、バロネットやダイヤフラムの用途には適さない。
なお、織物の精練工程等における目ずれを防止するため、精錬をジッカー染色機を用いて行うことが、極めて有用である。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例にてさらに詳細に説明する。なお、実施例中の物性は下記の方法により測定した。
（１）糸繊度、糸強度、糸弾性率
ＪＩＳ Ｌ １０１３に準拠して測定した。
（２）織密度、織強度
ＪＩＳ Ｌ １０９６に準拠して測定した。
（３）寸法変化率
タテ２５ｃｍ、ヨコ２５ｃｍの布帛にタテ２０ｃｍ、ヨコ２０ｃｍの印をつける。外から中が見える恒温槽の中に該布帛とタテとヨコ測定可能なメジャーをつるし、−７０℃からで７０℃までスピード１０℃／分で温度上昇させたときの寸法変化を％で示した。寸法変化率が５．０％以下のものを合格とした。
（４）屈曲疲労性
タテ１１ｃｍ、ヨコ１．５ｃｍの布帛をＭＩＴ型屈曲試験機に荷重９．８Ｎでセットし、速度１７５回/分、角度１３５°で屈曲させた時の破断回数を示した。破断回数が６０回以上のものを合格とした。
【００２５】
［実施例１］
極限粘度０．６３のポリエチレン―２，６―ナフタレートチップを、孔数４８ホール、孔径０．４０ｍｍの円形紡糸孔を有する紡糸口金から紡糸温度３００℃にて吐出し、紡糸速度１５０ｍ／分、口金直下に設置した加熱紡糸筒の温度を３９０℃として溶融紡糸して未延伸糸を得た。
【００２６】
得られた未延伸糸を表面温度１４５℃の加熱ローラに８回捲回して加熱した後、１７５℃の第１延伸ローラに捲回し、これらのローラ間で６．０３倍に延伸した。次いで、第１延伸ローラと２００℃の第２延伸ローラの間で１．１４倍に延伸し、３３ｄｔｅｘ／４８ｆｉｌのポリエチレンナフタレート（以下、ＰＥＮと略称する）繊維Ａ１を得た。
【００２７】
上記ＰＥＮ繊維を用いて表１に示す織密度を有する平織物を作製した。該織物に、厚さ１５μｍのエチレン・ビニルアルコール共重合体フィルム（クラレ製、エバールフィルムＥＦ−ＸＬ）を、ウレタン系接着剤（付着量は１５ｇ／ｍ２）にてラミネートし、膜材を得た。得られた膜材の物性を表１に示す。
【００２８】
［実施例２］
延伸後得られるＰＥＮ繊維の糸繊度が１００ｄｔｅｘとなるように紡糸における吐出量を調整した以外は実施例１と同様にしてＰＥＮ繊維Ａ３を得た。得られた膜材の物性を表１に示す。
【００２９】
［実施例３］
加熱ローラと第１延伸ローラとの間における延伸倍率を４．００倍とし、延伸後得られるＰＥＮ繊維の糸繊度が３３ｄｔｅｘとなるように紡糸における吐出量を調整した以外は実施例１と同様にしてＰＥＮ繊維Ａ３を得た。得られた膜材の物性を表１に示す。
【００３０】
［比較例１］
３３ｄ／１０ｆｉｌのポリエチレンテレフタレート（帝人テクノプロダクツ製テトロン、以下、ＰＥＴと略称する）繊維Ｂを用いた以外は実施例１と同様にして膜材を得た。得られた膜材の物性を表１に示す。
【００３１】
［比較例２］
３３ｄ／２０ｆｉｌｄのパラ系芳香族ポリアミド（帝人テクノプロダクツ製テクノーラ、以下、アラミドと略称する）繊維Ｃを用いた以外は実施例１と同様にして膜材を得た。得られた膜材の物性を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2007044903.tif 000002
【００３３】
［実施例４、５、比較例３、４］
実施例１で得られたＰＥＮ繊維Ａ、および、比較例１、２で使用したおよびＰＥＴ繊維Ｂ、アラミド繊維Ｃを適宜組み合わせて、それぞれ表２に示す混合比率で混繊した、たて糸とよこ糸を用いて、表２に示す織密度を有する平織物を作製した。なお、たて糸とよこ糸は同じ混繊糸を用いた。得られた織物に、厚さ１５μｍのエチレン・ビニルアルコール共重合体フィルム（クラレ製、エバールフィルムＥＦ−ＸＬ）を、ウレタン系接着剤（付着量は１５ｇ／ｍ２）にてラミネートし、膜材を得た。得られた膜材の物性を表２に示す。
【００３４】
【表２】
2007044903.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の膜材は、高温から低温までの幅広い環境下での寸法安定に優れ、しかも屈曲疲労性が良好であり耐久性にも優れている。したがって、上記膜材は対流圏界面を含む対流圏上部や成層圏等の高高度での厳しい環境下においても形状が安定しており長期間の使用にも耐えることが可能であり、飛行船または気球等の外皮膜をはじめ各種用途に用いることができる。