CN107488878A

CN107488878A - 纤维集合体及纸

Info

Publication number: CN107488878A
Application number: CN201710780861.XA
Authority: CN
Inventors: 小寺芳伸; 小野原透雄; 中西志茉
Original assignee: Mitsubishi Kasei Corp
Current assignee: Mitsubishi Kasei Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2013-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2017-12-19
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: EP3208368A2; CN105074062B; JP6119797B2; EP2963161B8; JP5811275B2; EP2963161A1; KR20150099845A; JP2015212451A; KR20170029034A; US20180051391A1; EP2963161B1; US20150376815A1; KR101821937B1; KR101716598B1; EP3208368B1; WO2014133006A1; EP3208368A3; US9834864B2; CN107488878B; US11142847B2

Abstract

一种纤维集合体，单纤维纤度为0.005dtex以上0.01dtex以下，总纤度为4×10³dtex以上8×10⁵dtex以下。通过以湿式纺丝方式进行直接纺丝，能够稳定地高效制造均匀且连续的纳米纤维集合体。

Description

纤维集合体及纸

本申请是原申请、申请日为2014年2月26日，申请号为201480010357.6，发明名称为“纺丝喷嘴、纤维集合体的制造方法、纤维集合体及纸”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及纺丝喷嘴、使用该纺丝喷嘴的单纤维直径为纳米(亚微米)级的均匀的超极细纤维的制造方法、以及由该制造方法获得的纤维集合体和纸，所述纺丝喷嘴是，在极细纤维的制造中，在高密度配置有小口径排出孔的超多孔喷嘴中，以凝固液均匀浸入全部排出孔的方式适当配置排出孔。

背景技术

化学纤维主要用于衣料用途，为了提高其性能、手感，对于聚合物改性、异形截面化、功能性赋予、极细化等，积极地进行了大量的研究。尤其对于单纤维的极细化，随着超极细纤维的开发带来的仿麂皮样(スエード調)人工皮革的推广，该基础技术也被用于抹布等生活物资、过滤器等产业物资用途，现在正在继续进一步的极细化。尤其是最近，对于混合动力汽车、电动汽车所搭载的2次电池隔板、进行高功能化的过滤器等，正在积极研究采用纳米纤维非织造布。

可以说，非织造布等纤维集合体的微细孔的大小受到构成纤维集合体的单纤维的直径的大幅影响。即，为了形成更小的微细孔，需要用纤维直径更小的纤维来形成非织造布。然而，在以熔融纺丝、湿式纺丝等为基础的以往的纺丝方法中，使纤维直径细时，存在2μm左右的极限，不是能够充分应对对于纳米纤维的需求的水平。

作为纳米纤维的生产技术之一，工业上已知相分离法。其为下述方法：将相互相分离的2种聚合物成分进行海岛复合或混合纺丝，利用溶剂将海成分除去，使剩下的岛成分纳米纤维化。该方式的纳米纤维能够与通常的纤维制造同样地实施拉伸，因此可获得分子的取向度、结晶度高、强度较高的纤维。

然而，必须在纺丝后、或非织造布制作后利用溶剂将大量海成分除去，需要进行除去的海成分的回收或废弃处理，因此成为成本增加的原因。同时，这些处理对于环境而言也不令人满意。此外，这里得到的纳米纤维的单丝纤度由海岛聚合物纤维中的岛聚合物的分散状态决定，因此，存在如果分散不充分则得到的纳米纤维的单丝纤度的不均匀变大等有关纤维直径的均匀性的担忧。

作为纳米纤维的生产技术的另一方法，有电纺法。该方法是，在将高分子溶液等从喷射喷嘴排出时，在喷射喷嘴和对置电极间施加高电压，通过使电荷在喷射喷嘴内的电介质中积蓄，利用静电斥力制造微细的纳米纤维。如果从喷射喷嘴排出纳米纤维，则聚合物由于静电斥力而微细化，形成纳米级别的微细纤维。此时，溶解有聚合物的溶剂被放出至纤维外，堆积的纳米纤维中几乎不含溶剂。刚纺出后就形成大体干燥状态的纳米纤维集合体，因此可以说是简便的制造法。

然而，电纺法在工业规模的生产率方面仍有大问题。即，纳米纤维的生产量与喷射喷嘴的数量成比例，因此如何增加每单位面积(或空间)的喷射喷嘴的数量的技术课题存在极限。此外，从各喷射喷嘴排出的聚合物的排出量并不恒定，因此存在纤维直径的变动、向非织造布的堆积量的变动的问题、因无法拉伸而强度弱的问题、以及无法制成短纤维来使用的问题等。

此外，作为由使用喷射喷嘴而衍生的制造上的问题，可以列举电晕放电的发生。如果发生电晕放电，则难以在喷射喷嘴前端施加高电压，无法在喷射喷嘴内的聚合物溶液中进行充分的电荷积蓄，难以形成纳米纤维。对于抑制该电晕放电的方法进行了各种考察，但仍然难以解决。

这样的电纺法面临的生产率的问题是由喷射喷嘴的使用衍生的，因此也进行了不使用喷射喷嘴的电纺法的研究。例如有使用磁性流体作为电极、从高分子溶液表面进行电纺的方法，由于不使用喷射喷嘴，因此能够实现容易维护的纺丝，且能够使纺丝速度飞跃性地提高。可是，该方法存在纺丝状态非常不稳定的问题。

作为不使用喷射喷嘴的其他的纺丝方法，提出了使用旋转辊的电纺法。该方法是下述方法：将旋转辊浸渍于盛满聚合物溶液的浴中，使聚合物溶液附着在辊表面上，对该表面施加高电压从而进行电纺。这与以往的电纺法相比，在生产率提高和维护的容易度等方面是划时代的方法。然而，存在下述问题：纺丝的旋转辊部分的面积有限，为了进一步提高生产率，需要增大旋转辊直径或增加旋转辊根数，导致生产设备的大型化。

此外，提出了下述纳米纤维集合体的制造方法：在施加了高电压的聚合物溶液的浴中埋入产生气泡的装置，从而由聚合物溶液表面使聚合物纤维射流(jet)飞出、堆积。然而，该方法存在下述问题：在使聚合物溶液的表面产生泡并从泡的顶点使聚合物纤维射流飞出时，泡的破裂导致微细的飞沫飞出并附着于纳米纤维表面。

电纺方式中，生产率、品质的稳定性也存在极限，且进一步需要新增大量的投资，因此，本发明人等认为，需要确立下述技术：在有效地利用以往的湿式纺丝设备、抑制新增投资额的同时，以直接纺丝方式高效地制造纤维直径不均少的连续的纳米纤维。

作为利用湿式纺丝方法制造包含极细纤维的纤维集合体(连续长纤维束)的方法，下面列举的文献中公开了与之相关的各种技术。

专利文献1(日本特开2000-328347号公报)中记载了纺丝喷丝头和丙烯腈系纤维的制造方法，记载了将孔密度提高至3～35个/mm²并用于对单纤维纤度0.03～50旦的丙烯酸系纤维进行湿式纺丝。

专利文献2(日本特开昭62-21810号公报)中记载了湿式纺丝用方形喷嘴，记载了将纺丝孔块的宽度、长度、块间距离设为特定的距离、利用孔密度为16.6个/mm²的纺丝喷嘴能够无断线地稳定地纺出1.5旦的纤维。

专利文献3(日本特开昭51-119826号公报)中记载了极细纤维集合体和其制造方法及其制造装置，记载了使用由过滤精度为15μm以上的金属纤维制片烧结板形成的纺丝喷丝头，通过湿式纺丝，以0.01～0.5旦获得具有凹凸严重不均匀的纤维横截面的极细纤维集合体。

如上所述，如此得到的极细纤维集合体广泛用作以衣料为代表的生活用物资、产业用物资，尤其是近年来，例如如专利文献5(日本特开2012-72519号公报)中记载的提案那样，作为混合动力汽车、电动汽车中搭载的2次电池隔板、进行了高功能化的过滤器等，使用了极细纤维的纳米纤维非织造布(合成纸)正在被大量使用。以往也以合成纤维为原料的合成纸与以纤维素为原料的纸进行比较，因吸水导致的尺寸变化小，因而用于电池隔板、滤油器、电子配线基板等。

以往以合成纤维为原料的合成纸与以纤维素为原料的纸相比，因吸水导致的尺寸变化小，因而用于电池隔板、滤油器、电子配线基板等。

另一方面，例如如专利文献4(日本特开昭58-7760号公报)中记载的那样，对通过湿式纺丝制造的丙烯腈系纤维进行抄制而制造的丙烯腈系纤维纸是合成纸领域很久以来就广泛使用的素材之一。与聚酯纤维、聚烯烃纤维不同，丙烯腈系纤维表现出难热塑性，因此即使进行热压延加工也不会发生熔融粘接，此外，为亲水性且耐化学品性也优异，因而丙烯腈系纤维纸在碱性电池的隔板等领域被广泛使用。

上述专利文献5中记载了，如果包含使丙烯腈93质量％以上聚合而得的丙烯腈共聚物、单纤维纤度为1.0dtex以下，则在抄制时，纤维的卷缠适度，因此优选；还记载了，如果为0.01dtex以上0.2dtex以下的范围，则抄制工序的均质性优异，此外，还可以确保工业生产率，因此进一步优选。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2000-328347号公报

专利文献2:日本特开昭62-21810号公报

专利文献3:日本特开昭51-119826号公报

专利文献4:日本特开昭58-7760号公报

专利文献5:日本特开2012-72519号公报

发明内容

发明所要解决的课题

为了通过以往的湿式纺丝方式且不使生产率大幅降低地制造纳米纤维，需要使每1个纺丝喷嘴的排出孔数增至相当数量。作为增加纺丝喷嘴的孔数的方法，可以考虑增大具有排出孔的排出面的大小的方法，但如果使纺丝喷嘴的排出面的面积过大，则在配置于纺丝喷嘴的中央部的排出孔附近，难以使浓度已经变高的凝固液替换为规定浓度的凝固液，从配置于中央部的排出孔的纤维形成发生不良情况。此外，产生排出面因纺丝原液的排出压力而发生变形(膨胀)等问题。此外，无法收容于已经设定好的凝固槽，还需要重新制作凝固槽的费用、重新的凝固槽的设置空间。为了抑制由这样的情况导致的设备投资额，与增大纺丝喷嘴排出面相比，使孔以高密度进行配置是好办法。

为了使纺丝喷嘴的排出孔以高密度进行配置，需要使孔间间距P1窄，但如果孔间间距P1过窄，则在配置于纺丝喷嘴的排出面的中央部的排出孔附近，难以使浓度已经变高的凝固液替换为规定浓度的凝固液，有时从配置于中央部的排出孔的纤维形成也会发生不良情况，即，生成数根～数百根粘接了的纤维。

上述专利文献1所记载的技术中，湿式纺丝用多孔喷嘴的孔密度为35个/mm²，其实施例中，列举了孔密度为11个/mm²的例子，根据上述专利文献2，其实施例中列举了多孔喷嘴的孔密度为16.6个/mm²的例子，但具有这些实施例的孔密度的纺丝喷嘴如果是最近流行的微纤维那样的0.4～1.0dtex左右的纤维则能够充分应对工业化基础的制造，但如果制造纳米纤维水平的纤维，则总纤维的数量少，因此生产率显著降低，无法避免成本的增加。此外，如果增加总纤维数，则喷嘴会变大，因此设备会大型化，此外会产生原液的排出不均。

此外还认为，即使孔密度提高也会经常发生纤维间的粘接。

根据上述专利文献3，提出了在使用具有以上的过滤精度的金属纤维制片烧结板进行湿式纺丝时，用树脂等将片烧结板的排出面侧封闭以使凝固液均匀浸入，制造0.01～0.5旦的纤维，但对象并非纳米纤维，如前所述，其纤度为10～500倍的粗细，此外，所形成的纤维截面凸凹且截面形状、纤维直径都不均匀，因此不适于作为精度高的过滤器等的原料。

由此，为了通过湿式的直接纺丝方式高效制造均匀连续的纳米纤维，需要以以前所未有的高密度精确地配置纺丝喷嘴的孔。然而，以往的纺丝喷嘴的穿孔加工方式中，如果从每1个孔的加工成本计算，那么，为了制作超高密度多孔喷嘴，需要巨大的投资额，除了成本问题以外，以往的穿孔加工技术中，孔密度为35个/mm²是制作上的极限。此外，为了高密度精确地对纺丝喷嘴的排出孔进行穿孔，必须使喷嘴的板厚相当薄，不仅有纺丝喷嘴面因纺丝原液的排出压力而膨胀的可能，还有发生破裂等问题的可能。

本发明是鉴于上述情况作出的，其课题在于，提供超多孔纺丝喷嘴和使用该纺丝喷嘴制造纳米纤维的技术，所述超多孔纺丝喷嘴是，能够使用以湿式纺丝方式稳定地进行直接纺丝的方法，高效制造均匀且连续的纳米纤维的束。

此外，当使用0.1旦的纤维时，仅能够制作基重(目付)10g/m²以上的抄纸，但以纳米纤维制造的纸还能够制作3～5g/m²的抄纸，能够制作薄而且强度高的抄纸。

用于解决课题的方法

本发明的纺丝喷嘴是具有每1平方mm的排出孔数为600个/mm²以上1,200个/mm²以下的有孔部的纺丝喷嘴。

本发明的纺丝喷嘴中，上述排出孔的开口面积优选为100μm²以上350μm²以下。

本发明的纺丝喷嘴中，上述排出孔的总数优选为8×10⁵个以上25×10⁵个以下。

本发明的纺丝喷嘴中，每1个排出孔与距离该排出孔最近的排出孔的外缘间距离优选为10μm以上20μm以下。

本发明的纺丝喷嘴中，优选针对所有的排出孔存在如下方向，即从该排出孔的外缘至配置上述排出孔的有孔部的有孔部外周线的距离成为2mm以下的方向。

本发明的纤维集合体的制造方法是下述方法：经从上述任一纺丝喷嘴的排出孔排出纺丝原液，获得单纤维纤度为0.005dtex以上0.01dtex以下、总纤度为4×10³dtex以上8×10⁵dtex以下的纤维集合体。

本发明的纤维集合体的制造方法中，优选将从上述任一纺丝喷嘴的排出孔排出的上述纺丝原液在50℃时的粘度设为30泊以上200泊以下。

本发明的纤维集合体的制造方法中，优选将溶解于上述纺丝原液的聚合物的比粘度设为0.18以上0.27以下。

本发明的纤维集合体的制造方法中，优选上述纤维集合体的构成纤维为丙烯腈纤维。

本发明的纤维集合体的制造方法中，优选的是，对从上述纺丝喷嘴的排出孔排出纺丝原液而成的纤维施予油剂的浓度为3～10％的油剂处理液，并在附着有油剂处理液的状态下使该纤维干燥。

本发明的纤维集合体是单纤维纤度为0.005dtex以上0.01dtex以下、总纤度为4×10³dtex以上8×10⁵dtex以下的纤维集合体。

优选本发明的纤维集合体的构成纤维为丙烯腈纤维，上述纤维集合体的长度为1mm以上200mm以下。

本发明的纤维集合体的单位纤度换算强度优选为3.0cN/dtex以上7.0cN/dtex以下。

本发明的纸是基重(目付)为3g/m²以上30g/m²以下的纸，并含有单纤维纤度为0.005dtex以上0.01dtex以下的纤维，该纤维之含量为80质量％以上95质量％以下。

本发明的纸的纤维集合体的长度优选为1mm以上10mm以下。

本发明的纸优选在纸宽为15mm时的长度方向的抗拉强度为3.0N/mm²以上13.5N/mm²以下，透气抵抗度为0.1秒以上1.0秒以下。

发明的效果

根据本发明，提供一种极细纤维，所述极细纤维在使用超多孔纺丝喷嘴以湿式纺丝方式进行直接纺丝的方法中，能够进行稳定的纺丝，能够高效制造均匀且连续的纳米纤维的纤维集合体，单纤维间的粘接非常少。

此外，如果使用本发明的纤维，则能够提供即使基重(目付)小强度也优异的纸。

附图说明

图1是表示整个喷嘴的排出孔的配置的例子的概略图。

图2是显示将图1所示有孔部的X部放大了的排出孔的配置例的概略图。

图3是显示将图2所示有孔部的Y部进一步放大了的排出孔的配置例的概略图。

图4中，图4A～图4D是表示多个排出孔的外缘间距离的例示图。

图5是表示有孔部的外接线的一个例子的图。

图6是表示有孔部的外接线的另一例子的图。

具体实施方式

＜纺丝喷嘴＞

本发明的纺丝喷嘴1是具有每1平方mm的排出孔数为600个/mm²以上1,200个/mm²以下的有孔部的纺丝喷嘴。

如果每1平方mm的排出孔数为600个/mm²以上，则纺丝喷嘴1不会过大，能够更有效地制造极细纤维。此外，如果每1平方mm的排出孔数为1200个/mm²以下，则容易减少单纤维彼此的粘接。

从上述观点出发，每1平方mm的排出孔数的下限值优选为700个/mm²以上，更优选为800个/mm²以上。从上述观点出发，每1平方mm的排出孔数的上限值优选为1100个/mm²以下，更优选为1000个/mm²以下。

如图2、3所示，将多个排出孔3集合而成的、每1平方mm的排出孔数为600个/mm²以上1,200个/mm²以下的部分设为有孔部2，引出与配置于有孔部2的外周的排出孔3的边缘相接的线并将该线设为有孔部外周线，将上述有孔部外周线所包围的面积设为有孔部面积。

无孔部是指不是上述有孔部的部分。

本发明的纺丝喷嘴1可以如下获得纺丝喷嘴1的排出孔3：利用光致抗蚀法制作排出孔的模具，并通过电铸方式使金属在上述模具上析出，然后，将排出孔的模具除去。

本发明的纺丝喷嘴可由株式会社Semtech Engineering制成。

本发明的纺丝喷嘴1优选包括有孔部2和无孔部4，有孔部2是2个以上排出孔3集合排列而成的，无孔部4没有排出孔3。

通过具有无孔部4，容易使凝固液以规定的浓度的凝固液灌到从有孔部2的中心部排出的原液。

本发明的纺丝喷嘴1中，1个排出孔3的面积优选为100μm²以上350μm²以下。如果1个排出孔3的面积为100μm²以上，则难以堵塞异物，容易降低过滤的负荷，因此优选。此外，如果1个排出孔3的面积为350μm²以下，则容易获得纳米级尺寸的单纤维。

根据上述观点，1个排出孔3的上述面积的下限值更优选为150μm²以上，进一步优选为200μm²以上。此外，根据上述观点，上述面积的上限值更优选为300μm²以下，进一步优选为250μm²以下。

本发明的纺丝喷嘴1中，排出孔3的数量优选为8×10⁵以上25×10⁵以下。如果排出孔3的数量为8×10⁵以上，则生产率提高，容易降低成本。此外，如果排出孔3的数量为25×10⁵以下，则容易减少粘接。

上述排出孔3的数量的下限值更优选为9×10⁵以上，进一步优选为10×10⁵以上。上述排出孔3的数量的上限值更优选为23×10⁵以下，进一步优选为20×10⁵以下。

如图3和图4所示，本发明的纺丝喷嘴1中，上述排出孔3与距离该排出孔3最近的排出孔3的这两排出孔3、3的外缘间距离L1优选为10μm以上20μm以下。例如如图4所示，排出孔3的形状为单独的正方形、圆形，或者为这些形状的组合。不过，不限于图4所示的形状、组合。

如果上述排出孔3、3的外缘间距离L1为10μm以上，则凝固液容易浸入从排出孔3、3排出的纤维之间。此外，如果为20μm以下，则可容易地提高孔密度，喷嘴不会过大，能够更有效地制造纳米纤维。

从上述观点出发，两排出孔3、3的上述外缘间距离的下限值更优选为12μm以上，上限值更优选为17μm以下。

本发明的纺丝喷嘴1中，由于排出孔3非常高密度地配置，因此，为了实现容易交换从接近排出孔3的集合部的中心的排出孔3排出的纤维周围的凝固液，从而使纤维均匀形成，防止纤度不均、粘接，优选将排出孔的集合部分分开为若干有孔部，从而使规定的浓度的凝固液容易灌到排出孔3的集合部的中心。

将其一例示于图1。

如该图所示，需要实现纺丝喷嘴1的原液排出部分的排出孔3集中的有孔部2的短边的宽度(以下称为有孔部宽w1。)、和上述有孔部2与相邻的有孔部2的间隔(以下称为线宽w2。)、以及有孔部群的长边的长度(a)的最佳化，以使凝固液充分浸入至纺丝喷嘴1的有孔部2的中心部。

如果有孔部2为该适当的尺寸，虽然也与孔密度、原液(粘度)/湿式凝固条件(凝固浓度/温度)相关，但优选上述有孔部宽w1不超过4mm，。此外，上述线宽w2优选设为1.5mm以上。此外，有孔部群的短边的长度(b)在上述有孔部宽w1和上述线宽w2的情况下优选设为50mm以下。

因此，本发明的纺丝喷嘴1中，优选针对所有的排出孔3存在如下方向，即从该排出孔3的外缘至配置有上述排出孔3的有孔部2的有孔部外周线的距离成为2mm以下的方向，更优选成为1.5mm以下，进一步优选成为1mm以下。

如果存在直至上述有孔部外周线的距离成为2mm以下的方向，则凝固液容易进入有孔部2的内侧，因此从有孔部2的内侧部排出的原液也容易凝固，能够减少纤维间的粘接，品质容易均匀化。

本发明的纺丝喷嘴1优选配置有多个上述有孔部2，1个有孔部2与相邻有孔部2的最短距离为1.0mm以上。

如果上述最短距离为1.0mm以上，则容易使凝固液在上述有孔部间流动，进而，凝固液容易向有孔部的中心流动。

从上述观点出发，上述最短距离更优选为2.0mm以上，进一步优选为3.0mm以上。从不使喷嘴过大的观点出发，上述最短距离的上限值优选为10mm以下，更优选为7mm以下，进一步优选为5mm以下。

本发明的纺丝喷嘴1中，关于上述有孔部2，只要是能够有效地配置有孔部2、凝固液的流动良好，就没有特别限定，上述有孔部2的形状为长方形，在该情况下，优选长方形的长边彼此平行地配置。

图1是从喷嘴面对本发明的超多孔纺丝喷嘴1的主体观察得到的平面图。该图中显示的是将纺丝喷嘴面的有孔部2分割成16块的情况，但不限于分割成16块。

纺丝喷嘴1是容纳于方形组件(pack)的设计，如果是圆形喷嘴，只要有孔部2的分割进行了适当的设计，也能够充分实现本发明的目的。然而，如果凝固槽的空间相同，则方形喷嘴组件的总孔数比圆形喷嘴组件方式多，因此是有利的。

作为获得本发明的纺丝喷嘴1的排出孔3的方法，优选为电铸方式。如果使用电铸方式，则孔径可以小至数程度，此外，相邻的排出孔3的外缘间距离也可以窄至接近10μm。

此外，可以通过如指定那样的设计，制作纺丝喷嘴1的排出孔3的有孔部2和无孔部4，因此，也能够对凝固液的浸入路径(无孔部4)进行最佳化。此外，还存在与以往的排出孔加工技术相比以低成本制造的优势。

本发明的纺丝喷嘴1中，纺丝原液导入至排出孔3的面(浸入路径面)优选具有增强框。

通过具有增强框，容易防止因排出压导致的纺丝喷嘴的变形。

＜纤维集合体的制造方法＞

本发明的纤维集合体的制造方法是使用上述纺丝喷嘴1，从其排出孔3排出纺丝原液来获得纤维状物的纤维状物的制造方法。

作为纺丝原液，如果能够从本发明的微细的孔排出，则没有特别限定，优选为粘度可以降低的纺丝原液。从能够降低粘度方面而言，如果使用聚合物溶解于溶剂的原液，则容易对粘度进行调整，因此更优选。

从上述观点出发，进一步优选使用将聚丙烯腈系聚合物溶解于溶剂的原液。

本发明的纤维状物的制造方法中，优选从上述排出孔3排出的上述纺丝原液的粘度为30泊以上200泊以下。

如果上述粘度为30泊以上，则容易减少纤维形成多孔质结构，容易抑制强度的降低。如果上述粘度为200泊以下，则容易从本发明的超微细的排出孔3排出纺丝原液，容易防止压力导致的喷嘴的变形。

从上述观点出发，上述粘度的下限值更优选为50泊以上，进一步优选为100泊以上。上述粘度的上限值更优选为180泊以下，进一步优选为150泊以下。

本发明的纤维状物的制造方法中，溶解于上述纺丝原液的聚合物的比粘度优选设为0.18以上0.27以下。

如果上述比粘度的下限值为0.18以上，则容易形成纤维，因此优选，更优选为0.20以上，进一步优选为0.22以上。此外，如果上述比粘度的上限值为0.27以下，则原液的粘度不会变得过高，容易从孔排出，因此优选，更优选为0.25以下，进一步优选为0.23以下。

本发明的纤维状物的制造方法中，优选为进行将纺丝原液排出至凝固液中的湿式纺丝方法。

本发明的纤维集合体的制造方法中，优选具有在将纺丝原液排出至凝固液中后，使纤维集合体在98℃以上的热水中拉伸，拉伸倍率为2.5倍以上6倍以下的拉伸工序。

如果上述拉伸工序的热水的温度为98℃以上，则纤维变得容易拉伸，容易减少纤维的断裂。

如果拉伸倍率的下限值为2.5倍以上，则纺丝通过性优异，容易获得加工纤维时所需的强度。从上述观点出发，拉伸倍率的下限值更优选为3.0倍以上，进一步优选为3.5倍以上。此外，如果拉伸倍率的上限值为6.0倍以下，则容易减少纤维的断裂，容易提高纺丝工序的稳定性。从上述观点出发，拉伸倍率的上限值更优选为5.5倍以下，进一步优选为5.0倍以下。

本发明的纤维集合体的制造方法中，优选具有将纤维集合体进一步以干热方式加热至175℃以上200℃以下以进行1.3倍以上3倍以下的拉伸的干热拉伸工序。

如果干热温度为175℃以上，则容易拉伸直至期望的拉伸倍率，如果为200℃以下，则容易减少因热导致的纤维变性。

从上述观点出发，干热温度的下限值更优选为180℃以上。从上述观点出发，干热温度的上限值更优选为195℃以下，进一步优选为190℃以下。

以下，对使用本发明的纺丝喷嘴1将纳米纤维进行湿式纺丝的方法进行详细地说明。

制造本发明的纳米纤维时，从防止网眼堵塞的观点出发，纺丝喷嘴1的排出孔3的孔径优选为以上，更优选为以上。本发明中，从纺丝原液的过滤阻力的观点出发，纺丝原液的粘度优选为30～200泊。

作为将纺丝原液的粘度控制在30～200泊的范围内的方法，有降低聚合物本身的聚合度的方法、以及降低纺丝原液的聚合物浓度的方法，从纤维的物性的观点出发，优选为降低纺丝原液的聚合物浓度的方法。

当为降低聚合物浓度的方法时，能够维持纤维的物性的同时，在纺丝喷嘴的排出面处的拉伸比变小的方向上纺丝稳定性提高，因而是适于纳米纤维的制造的方法。

本发明的纺丝原液中能够使用的聚合物只要是能够容易地进行湿式纺丝的聚合物就都能够使用，可以列举例如纤维素、乙酸纤维素、其他纤维素衍生物、聚丙烯腈系聚合物、聚乙烯醇系聚合物、聚氯乙烯系聚合物、聚偏二氯乙烯系聚合物、聚酰胺系聚合物、聚酰亚胺系聚合物等。

此外，纺丝喷嘴的排出孔的孔径小，因而优选强化纺丝原液的过滤。一般而言，如果孔径为以下，则纺丝喷嘴的排出孔堵塞的发生、排出孔的洗涤的难度急剧上升，容易成为纺丝问题的原因。

因此，本发明中，优选使用具有比纺丝喷嘴的排出孔的孔径小的过滤精度的滤材进行过滤，作为滤材，优选为烧结金属非织造片、烧结金属织物片、金属粉末的烧结体等，进而，作为过滤精度，优选为5μm以下。在这种情况下，纺丝原液粘度低具有非常有利的作用。即，由于需要使用孔径小、过滤精度高的滤材进行过滤，因此如果粘度高，则会导致过滤压变得过高而不能纺丝的情况。此外，如果出于降低原液粘度的目的而降低聚合物浓度，则过滤效率进一步提高且过滤压的上升变小，因此，与上述的纺丝稳定性提高相关地成为非常有利的条件。

如果以这种方式使用孔径小的纺丝喷嘴和低粘度的纺丝原液进行湿式纺丝，则即使凝固变得较快、排出孔密度大幅增加，对于防止纤维彼此的粘接也是有利的。

如上所述纺丝而成的凝固纤维接着被洗涤、拉伸、施予油剂。拉伸可直接采用空气拉伸、热水拉伸、蒸汽拉伸以及它们的组合等公知的拉伸方法。

接着，可以通过公知的方法对未干燥的湿润纤维进行干燥、拉伸。例如可以在通过压延辊干燥方式、热风干燥方式将空隙加热除去后直接使用。或者也可以在将空隙加热除去后，接着在干热下使纤维束的温度上升至175～185℃，然后在空气中拉伸。此外，作为其他拉伸方法，可以在1.5～3.5kg/cm²G的饱和蒸汽中拉伸。一般而言，蒸汽拉伸在维持纺丝稳定性的同时可有效地提高拉伸倍率，因而对于使纤维更细而言是有利的方法。

从1个喷嘴排出的纤维集合体的总纤度小，因此为了提高纺丝性、纤维束的操作，还可以将从多个喷嘴排出的纤维束合并形成1个纤维集合体。

作为将从1个喷嘴排出的纤维集合体合并的方法，可以是在1个喷嘴组件中配置多个喷嘴同时在凝固浴中收集的方法、将从1个喷嘴排出的处于溶胀状态的纤维集合体在纺丝工序中合并的方法、将经干燥的纤维集合体在纺丝工序中或纺丝工序后合并的方法等。

采用何种方法可以根据纺丝工序的工序通过性、生产率、品质、操作性、使用用途等来决定。

＜纤维集合体＞

本发明的纤维集合体的单纤维纤度为0.001dtex以上0.01dtex以下。

如果单纤维纤度为0.001dtex以上，则容易抑制纤维的强度的降低，因此优选，更优选为0.003dtex以上，进一步优选为0.005dtex以上。其中，如果单纤维纤度为0.01dtex以下，则能够提供物资用途所需的极细纤维。

本发明的纤维集合体的总纤度优选为4×10³dtex以上8×10⁵dtex以下。如果上述总纤度在上述范围内，则容易操作。

本发明的纤维集合体优选为丙烯腈纤维。

本发明的纤维集合体除了长纤维集合体以外还含有短纤维集合体。

本发明的短纤维集合体是将长纤维集合体切成长度为1mm以上200mm而成的纤维集合体。如果上述短纤维集合体的长度在上述范围内，则容易操作。

从抄纸时在液体中的分散性方面出发，上述短纤维集合体的长度更优选为100mm以下，进一步优选为50mm以下。

本发明的短纤维集合体的单位纤度换算强度优选为3.0cN/dtex以上7.0cN/dtex以下。

如果上述强度为3.0cN/dtex以上，则可以容易进行纤维束的操作，在制成纸时，即使减小纸的基重(目付)，也可容易提高纸的强度。此外，如果为7.0cN/dtex以下，则操作性良好。

从上述观点出发，上述强度更优选为4.0cN/dtex以上，进一步优选为5.0cN/dtex以上。

进而，也可以直接使用处于纺丝工序中的未干燥的湿润纤维。因为纤维直径极小且根数多，因此交织性极高，可以直接制成纸，也可以切成适当的长度并分散在水中后进行抄纸从而制成纸。制成的纸由于其多孔质结构和单纤维直径极小，可获得吸附性优异的纸。本发明中，“纸”是指纸和非织造布。

本发明的纸是包含分散有本纤维集合体的纤维的纸。

此外，本发明的纸中，由上述纤维集合体得到的纤维的长度优选为1mm以上10mm以下。

如果纤维的长度为1mm以上，则在制成纸时容易保持耐用的强度，如果为10mm以下，则单纤维的交织变少。

从上述观点出发，本纤维的长度更优选为3mm以上7mm以下。

本发明的纸优选含有70～95质量％的本发明的上述纤维集合体。

如果本发明的纤维集合体的含量为70质量％以上，则容易获得基重(目付)轻的纸。如果纤维集合体的含量为95质量％以下，则可以含有必要量的粘合剂。

就减轻纸的基重(目付)方面而言，本发明的纤维集合体的含量优选为80质量％以上，进一步优选为85质量％以上。

本发明的纸优选含有5～20质量％以上的粘合剂。

关于本发明的纸，该纸的基重(目付)优选为3～30g/m²。

如果上述基重(目付)为3g/m²以上，则容易保持用来作为纸使用的强度。没有特别的上限，为了使用本发明的纤维集合体获得基重(目付)轻的纸，优选为30g/m²以下。

为了制成更轻的纸，纸的基重(目付)更优选为15g/m²以下，进一步优选为8g/m²以下。

本发明的纸在纸宽为15mm的长度方向的抗拉强度优选为3.0N/mm以上13.5N/mm以下。

如果上述抗拉强度为3.0N/mm以上，则操作性优异，能够在过滤器等中使用。从上述观点出发，上述抗拉强度更优选为6.5N/mm以上，进一步优选为8.5N/mm以上。

本发明的纸的透气抵抗度优选为0.1秒以上1.0秒以下。如果为0.1秒以上，则作为过滤器的作用容易去除异物，如果为1.0秒以下，则过滤器难以堵塞。从上述观点出发，上述透气抵抗度更优选为0.2秒以上，更优选为0.7秒以下。

产业物资用途中，在将获得的连续纤维集合体切成任意的长度并进行湿式抄纸后，可以以纸的形式作为高功能过滤器、高性能吸附剂使用。进而，根据原料聚合物的不同，可以考虑将获得的纸烧成而用于锂离子电池的电池隔板。

当用于衣料用途时，可以通过公知的方法进行热弛豫处理，获得染色性得到改良且获得了强度、伸长率平衡的纤维。如此获得的连续纤维集合体如果进行短切并进行湿式抄纸，通过水喷射方式冲入织物基布，干燥后进行起毛加工，则可获得非常柔软且外观漂亮的仿麂皮制品。

此外，利用公知的牵切机(丝束成条机)牵切连续纤维集合体制作成纱条后，通过公知的梳毛纺织方式获得纺织丝，由该纺织丝制作的编织物，可获得桃皮绒(peach skin)状的具有优异的柔软感和光泽感的制品。

如上所述，通过本发明获得的纳米纤维的连续纤维集合体可作为纳米纤维的长丝或牵切而成的短纤维用于新手感素材用途，也可以将该连续纤维集合体切断、打浆而用作片素材的一种材料。另外，还可以利用纤维表面积大而用作各种吸附剂。以这种方式，可期待通过本发明获得的纳米纤维的连续纤维集合体在多个方面的应用。尤其作为吸附剂使用时，优选利用未干燥的多孔质结构。

以下，列举实施例对本发明具体地进行说明。不过，本发明不限于这些实施例。

[实施例]

＜纺丝性评价＞

纺丝性如下进行评价。

○：能够无断线、缠绕地纺丝。略有粘接纤维。

△：能够无断线、缠绕地纺丝。有少量粘接纤维。

▲：发生断线。

＜单纤维纤度＞

单纤维纤度的测定方法是将在100℃干燥20分钟的纤维集合体切成1m长度，测定其质量。

由其结果算出纤维集合体的总纤度，用总纤度除以纺丝喷嘴的排出孔的数目得到的值作为单纤维纤度。

＜单位纤度换算强度＞

当纤维束的总纤度低于2000dtex时捻合35次/m，当总纤度为2000dtex以上且低于3000dtex时捻合20次/m，当为3000dtex以上且低于6000dtex时捻合15次/m，当为6000dtex以上时捻合10次/m，利用TENSILON(ORIENTEC公司制RTC-1325A)，测定长度为250mm，以50mm/min的拉伸速度伸长，测定断裂时的强度。然后，用断裂时的强度除以纤维束的总纤度，算出单位纤度换算强度。

＜纸的强度的测定方法＞

纸的抗拉强度是通过基于JIS P8113的方法，使用岛津制拉伸试验机AG-IS、称重传感器为1kN，从而实施测定。样品为15×100mm，以10mm/min的拉伸速度伸长，测定断裂时的强度。

＜透气抵抗度的测定方法＞

透气抵抗度利用基于JIS P8117的葛尔莱试验机法实施评价。

[实施例1]

＜纺丝喷嘴＞

关于孔密度1111个/mm²、排出孔面积176.6μm²、排出孔外缘间距离0.015mm、有孔部宽1mm、有孔部间距离2mm、有孔部数30个、总孔数1.17×10⁶个的纺丝喷嘴，材质使用镍，由株式会社Semtech Engineering通过电铸方式制成。排出孔配置如图1～3所示。

＜通过湿式纺丝制作纳米纤维＞

将包含丙烯腈单元91质量％、乙酸乙烯酯单元9质量％的比粘度为0.200(将0.5g聚合物溶解于100ml二甲基甲酰胺，在30℃测定。以下同样。)的聚合物溶解于二甲基乙酰胺(以下简称为DMAc。)，接着，用过滤精度5μm的烧结金属过滤器过滤，调制聚合物浓度16质量％的纺丝原液。其粘度在50℃为70泊。

接着，从如上所述制成的纺丝喷嘴的排出孔，通过上述喷嘴使纺丝原液排出至DMAc 30质量％的50℃的凝固液中。

原液排出量是纺丝喷嘴的每1个排出孔6.5×10^-5cc/min。关于纺丝原液在凝固液中凝固而成的凝固纤维，从凝固液中出来的最初的辊中凝固纤维的牵引速度为2.1m/min。接着，将凝固纤维导入到98℃的热水中，将DMAc洗涤除去并实施4.4倍的拉伸，对凝固纤维施予油剂，然后，以干燥辊方式进行干燥。接着，通过干热加热至170℃并实施2.2倍的拉伸，获得纤维集合体。

纺丝工序中没有断线、缠绕等问题，获得的纤维集合体的总纤度为5850dtex、单纤维纤度为0.005dtex。

将其结果示于表1。

用扫描型电子显微镜对获得的纤维束进行观察，结果观察到800～1200nm的纳米级水平的纤维。此外，未确认到因纺丝喷嘴导致的粘接纤维。

[实施例2～7]

使用表1记载的喷嘴，除此以外，与实施例1同样地进行纺丝，获得纤维集合体。

将其纺丝结果示于表1。

实施例2～5和7能够没有断线、缠绕地纺丝。略有粘接纤维的产生，但不是会造成问题的程度。

实施例6中，粘接纤维比实施例1多，但品质上在能够使用的范围。作为粘接增多的原因，认为是有孔部宽增大至3mm，凝固液向有孔部的中心部的流动变差。

[参考例1]

将其纺丝结果示于表1。

参考例1中，发生了凝固浴中的单纤维的断线，但纤维束的品质在足以能够使用的范围。认为该断线的原因在于，增大纺丝喷嘴的排出孔面积从而容易排出，但使纤度与其他实施例一致，因此提高了凝固浴中的拉伸比。

利用扫描型电子显微镜对获得的纤维束进行观察，结果观察到800～1200nm的纳米级水平的纤维。

[实施例8]

将包含丙烯腈96质量％、丙烯酰胺3质量％和甲基丙烯酸1质量％的比粘度为0.240的聚合物溶解于二甲基乙酰胺(以下的DMAc)，接着，用过滤精度5μm的烧结金属过滤器过滤，调制聚合物浓度14.5质量％的纺丝原液。其粘度在50℃为75泊。接着，使用与实施例7同样的喷嘴，将原液排出量设为每1个排出孔7.2×10^-5cc/min，除此以外，在与实施例1同样的条件下进行纺出，获得单纤维纤度0.005dtex、总纤度5850dtex的纤维集合体。与实施例1同样地对纤维的截面进行观察，结果获得了没有相互粘接的纤维的良好的纤维。

将其结果示于表1。

[表1]

进行由实施例4制造的纳米纤维的强度的评价。因为无法以单纤维的方式测定，因此如前所述测定纤维集合体的强度的测定，算出单位纤度换算强度，与3.3dtex的纤维进行比较。

将其结果示于表2。

[实施例9]

使用实施例4中记载的喷嘴，与实施例1同样地将凝固纤维导入到98℃的热水中，将DMAc除去并进行4.4倍的拉伸，未施予油剂，用干燥辊的辊面收集纤维集合体。

收集的纤维集合体为湿润状态，因而将切成约2m的纤维集合体放入保持于100℃的恒温干燥机中2小时使其干燥，得到纤维集合体。

获得的干燥的纤维集合体的总纤度为10006dtex，单纤维纤度为0.01dtex。

测定单位纤度换算强度。将其结果示于表2。

[表2]

如表2所示，实施例4中制造的纳米纤维的单位纤度换算强度为5.11cN/dtex，同样测定的单纤维纤度3.3dtex的单位纤度换算强度为2.16cN/dtex，是比单纤维纤度3.3dtex的强度高的单位纤度换算强度，对于操作而言具有充分的强度。

与作为参考的、由3.3dtex的纤维集合体的强度算出的单位纤度换算强度的参考例1的强度、以及由以单纤维方式测定的强度算出的单位纤度换算强度的参考例2的强度相比，结果为大体相同的强度。

[实施例10]

通过实施例1所示的制造方法，使用干热拉伸前的油浴槽的油剂浓度为5重量％的纤维集合体，作为纸，使用的是配合为单纤维纤度0.005dtex的短纤维集合体90重量％、聚乙烯醇10重量％的基重(目付)10g/m²的纸。这里，使用纤维长度为1mm的纸。通过SEM观察，判断制作的纸的纤维间是否有粘接的状态。在SEM观察中，观察到纤维的粘接的情况设为×，未观察到纤维的粘接的情况设为○。

将其结果示于表3。

[实施例11]

使用与实施例9中使用的油剂不同的油剂，除此以外，与实施例10同样地进行抄纸，从而制作纸。通过SEM观察，判断纤维间的粘接的有无的状态。将其结果示于表3。

[比较例1]

实施例10中使用的油剂的浓度为2重量％，除此以外，与实施例10同样地进行抄纸，从而制作纸。通过SEM观察，判断纤维间的粘接的有无的状态。将其结果示于表3。

[比较例2]

实施例2中使用的油剂的浓度为2重量％，除此以外，使用由与实施例2同样的制造方法获得的纤维集合体进行抄纸，从而制作纸。通过SEM观察，判断纤维间的粘接的有无的状态。

[表3]

[实施例12]

使用通过实施例1的制造方法制作的纤维集合体来制作纸。作为纸，使用的是配合为单纤维纤度0.005dtex的短纤维集合体90重量％、聚乙烯醇10重量％的基重(目付)20g/m²的纸。这里，使用纤维长度为1mm的纸。将该纸的物性评价结果示于表4。

进而，制成基重(目付)低的纸，结果是能够制成10g/m²、5g/m²的纸，但不能制成基重(目付)为3g/m²的纸。

[实施例13]

通过实施例1的制造方法，使用油剂附着、干热拉伸前的纤维集合体来制作纸。使用单纤维纤度为0.010dtex且油剂附着前、干热拉伸前的短纤维集合体，除此以外，与实施例12同样地制作纸。将该纸的物性评价结果示于表4。

进而，制成基重(目付)低的纸，结果是能够制成10g/m²、5g/m²、3g/m²的纸。

[比较例3]

使用通过实施例1的制造方法制作的纤维集合体来制作纸。使用单纤维纤度为0.100dtex的短纤维集合体，除此以外，与实施例12同样地制作纸。将该纸的物性评价结果示于表4。

[表4]

如果使用本发明涉及的纤维集合体，则纸的基重(目付)可至3g/m²，能够制作薄且高强度的纸。进而，网眼细、透气性低，因此认为可在过滤器用途中展开应用。

产业可利用性

本发明的超多孔喷嘴通过电铸方式来制作，因此喷嘴制作的费用低。在现有的限制下，最大孔密度可达到1,100个/mm²以上，此外，制成组装入以往的纺丝喷嘴部件的结构，因此，能够没有大的设备投资，利用以往的纺丝机设备，成本没有大幅提高地通过直接纺丝制造纳米级水平的纤维的连续集合体。

这样能够大量生产通过湿式直接纺丝得到的低成本的纳米级水平的纤维的连续集合体，因此，也可用于仿麂皮样人工皮革的进一步升级、高性能非织造布等IT相关产业构件、高功能过滤器等产业物资用途。此外，如果将本发明中获得的非织造布烧成而进行碳纤维化，则还有推广至混合动力汽车、电动汽车所搭载的2次电池隔板等的可能性。

尤其在直接使用本发明的纳米纤维的制造过程中得到的未干燥的湿润纤维时，纤维直径极小且根数多，因此，交织性极高，可以直接制成非织造布，也可以切成适当的长度并分散在水中后进行抄纸从而制成非织造布。制成的非织造布的多孔质结构和单纤维直径极小，因此可获得吸附性优异的非织造布。

符号说明

1 纺丝喷嘴

2 有孔部

3 排出孔

4 无孔部

w1 有孔部宽

w2 线宽

P1 排出孔间的间距

L1 排出孔外缘间距离

(a) 有孔部群长边的长度

(b) 有孔部群短边的长度

Claims

1.一种纤维集合体，单纤维纤度为0.005dtex以上0.01dtex以下，总纤度为4×10³dtex以上8×10⁵dtex以下。

2.一种纤维集合体，其为丙烯腈纤维，所述纤维集合体的长度为1mm以上200mm以下。

3.根据权利要求1或2所述的纤维集合体，单位纤度换算强度为3.0cN/dtex以上7.0cN/dtex以下。

4.一种纸，基重为3g/m²以上30g/m²以下，并含有单纤维纤度为0.005dtex以上0.01dtex以下的纤维，该纤维之含量为80质量％以上95质量％以下。

5.根据权利要求4所述的纸，纤维集合体的长度为1mm以上10mm以下。

6.根据权利要求4或5所述的纸，在纸宽为15mm时的长度方向的抗拉强度为3.0N/mm²以上13.5N/mm²以下，透气抵抗度为0.1秒以上1.0秒以下。