JP2005298991A

JP2005298991A - 繊維の熱処理方法およびこれを実施するための装置

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Publication number: JP2005298991A
Application number: JP2004113861A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Oouchi; 秋比古大内
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2004-04-08
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】熱損失及び環境負荷が低く、通電後に所定温度に到達する時間が短く、迅速な温度コントロールが可能であり、しかも従来のように大規模な熱処理室を使用することなく、織物などの繊維を均一に熱処理することができ、品質の安定した繊維製品を得ることができる、工業的に有利な繊維の熱処理方法およびこれを実施するための装置を提供する。
【解決手段】赤外線照射による繊維の熱処理方法において、該赤外線照射手段としてハロゲンヒーターを用いる。赤外線照射手段を具備した繊維の熱処理装置であって、該赤外線照射手段がハロゲンヒーターである繊維の熱処理装置。
【選択図】なし

Description

本発明は、赤外線照射手段を用いた繊維の熱処理方法およびこれを実施するための装置に関する。

繊維産業、及び関連産業では多くの熱処理が行われている。例えば合成繊維の布のヒートセット、漂白プロセス、捺染プロセス等が有り、これら以外にも様々なプロセスにおいて高温熱処理が行われている。この様に、高温熱処理は繊維産業、及び関連産業において広く用いられている重要な工程である。
現在、これらの熱処理は多くの場合、大きなチャンバー内を高温に保ち、そこに繊維や繊維製品等を通すことにより熱処理が行われている。このような大きなチャンバーからは多量の熱エネルギーが継続的に外部に逃げる為、長時間高温に保つ為には絶えず失われた熱エネルギーを供給し続ける必要が有るので大きなエネルギーの損失が生じるという問題がある。

また、この大きなチャンバーが繊維（繊維製品等を含む）の熱処理に必要な所定温度に達する迄に長時間要するという問題、及び所定温度に達するまでのエネルギーが無駄になるという問題も有る。

更に、熱の発生は通常、化石燃料の燃焼により行われている為、燃焼により地球温暖化ガス、酸性ガス、その他に環境負荷を与える物質が発生し、これらが環境中に放出されるという問題も有る。

ところで、繊維産業、及び関連産業における高温熱処理を伴うその他の様々なプロセスでは赤外線の利用は殆ど行われておらず、僅かに、合成繊維の布のヒートセットでは赤外線を用いる方法（例えば、非特許文献１参照）や赤外線レーザーを用いる方法（例えば、特許文献１参照）が報告されているに過ぎない。

しかしながら、前者の合成繊維の布のヒートセットにおいては、従来型の赤外線ランプを多数並べて使用することが試みられているが、織物などの繊維の熱処理の場合、熱処理の均一性が不十分な為、十分な品質の製品が得られないという問題が有る。
また、後者の赤外線レーザーを用いる方法では、同時に小さな面積しか処理できないため、一般的に１２０〜１８０ｃｍの幅を有する実用レベルの布を処理できないといった問題点が残る。

また、熱処理の均一性の問題は、従来型の棒状のセラミックヒーターや石英管ヒーターを用いることにより多少改善されることが予想されるが、これらのヒーターを用いる場合でも通電してから所定温度に達するまでの時間が長く、その間のエネルギーが無駄になるという問題、及び迅速な温度コントロールが難しいという本質的な問題を抱えている。

ＨｕａｄｏｎｇＦａｎｇｚｈｉＧｏｎｇｘｕｅｙｕａｎＸｕｅｂａｏ，１０（１９８１）特開昭５９−１０６５８９号公報

本発明は、従来の技術における上記した実状に鑑みてなされたものであり、熱損失及び環境負荷が低く、通電後に所定温度に到達する時間が短く、迅速な温度コントロールが可能であり、しかも従来のように大規模な熱処理室を使用することなく、織物などの繊維を均一に熱処理することができ、品質の安定した繊維製品を得ることが可能な、工業的に有利な繊維の熱処理方法およびこれを実施するための装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、これらの難点を克服するため鋭意研究を重ねた結果、赤外線照射手段としてハロゲンヒーターを用いると、熱損失及び環境負荷が低く、かつ品質の安定した繊維製品が得られることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
（１）赤外線照射による繊維の熱処理方法において、該赤外線照射手段としてハロゲンヒーターを用いることを特徴とする繊維の熱処理方法。
（２）ハロゲンヒーターが、発光強度を調整する手段を備えたものであることを特徴とする上記（１）に記載の繊維の熱処理方法。
（３）ハロゲンヒーターが、凹面鏡又は凸面鏡を備えたものであることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の繊維の熱処理方法。
（４）熱処理される繊維が、織物であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維の熱処理方法。
（５）熱処理される繊維が、不織布であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の繊維の熱処理方法。
（６）熱処理がヒートセットであることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の繊維の熱処理方法。
（７）上記（１）〜（６）いずれかに記載の繊維の熱処理方法を実施するための赤外線照射手段を具備した繊維の熱処理装置であって、該赤外線照射手段がハロゲンヒーターであることを特徴とする繊維の熱処理装置。

本発明の繊維の熱処理方法およびその装置は、熱損失及び環境負荷が低く、通電後に所定温度に到達する時間が短く、迅速な温度コントロールが可能であり、しかも均一性の高い赤外線を繊維に照射することができることから、従来のように、大規模な熱処理室を使用することなく、織物などの繊維を均一に熱処理することができ、品質の安定した繊維製品を得ることができ、工業的規模の実施に好適なものである。

本発明の繊維の熱処理方法は、赤外線照射手段としてハロゲンヒーターを用いることを特徴としている。
ここで、ハロゲンヒーターとは電気エネルギーを通常の白熱電球の様に熱エネルギーに変換し、発熱体の温度を上げることによりその温度に相当する光を放射する光源の内、特に赤外線を放射して熱源として用いるものをさす。ハロゲンヒーターは、発光の均一性が高く、通電後に所定温度に到達する時間が短く、迅速な温度コントロールが可能であるという特徴を持っている。

従来の合成繊維の布のヒートセットに見られるような赤外線を用いた繊維の熱処理における不均一性は、赤外線の発光強度の不均一性に起因する。
すなわち、一般的に布は１２０〜１８０ｃｍの幅を有するので、この幅を均一な光強度で赤外線を照射する必要がある。先に述べた従来型の赤外線ランプを多数並べて使用する場合は光強度を均一に保つことは難しく、光強度の強い部分と弱い部分とが交互に配列されるようになる。また、従来型の棒状のセラミックヒーターや石英管ヒーターを使用した場合は、管の中心の光強度が強くなり端になるにつれて光強度が弱くなる。
これに対し、棒状のハロゲンヒーターはフィラメントの配置を変えることにより発光体各部の温度分布の制御を厳密に行うことが可能で、ハロゲンヒーターのどの部分を取っても均一な光強度にすることができる為、繊維の熱処理における不均一性の問題は解決される。

更にハロゲンヒーターは、通電後に所定温度に到達する時間が短く、迅速な温度コントロールが可能であるという特徴を有しているので、所定温度に達するまでのエネルギーの損失が少なく、その結果環境負荷を低くできるという効果も有る。この効果は、繊維産業、及び関連産業において広く用いられている重要な工程である高温熱処理による環境負荷を大きく低減することを意味している。

ハロゲンヒーターとしては、従来公知のものがいずれも使用でき、たとえば近赤外ハロゲンヒーターや遠赤外ハロゲンヒーター等が用いられる。
また、ハロゲンヒーターには赤外線の照射強度を調製するための手段を講じておくことが好ましい。このような手段としては、一本のハロゲンヒーターだけではなく多数本のハロゲンヒーターを用いる方法や、該ハロゲンヒーターに、凹面鏡、凸面鏡等を取り付ける方法、該ハロゲンヒーターに反射コーティング膜を塗布する方法、該ハロゲンヒーターに供給する電流や電圧を調整する装置を取り付けておく態様が挙げられる。

本法が適用される繊維は、特に制約されず、その形態が繊維状、布状、或いはシート状等の繊維およびその繊維製品（半完成品も含む）で有れば良い。繊維状のものとしては、天然繊維、合成繊維、無機繊維、ガラス繊維、及びこれらの混合繊維等が例示され、繊維から形成される繊維製品としては、織物或いは不織布などが含まれ、たとえば天然繊維、合成繊維、無機繊維、ガラス繊維、及びこれらの混紡品から形成されるものが挙げられるが、これらの材質は上記のものに限定されるものではない。

これらの繊維へのハロゲンヒーターの照射は、一方向だけではなく多方向から同時、又は順次行うことができ、また、片面だけではなく両面から同時、又は順次行うこともできる。

また、繊維へのハロゲンヒーターの照射は、繊維とハロゲンヒーターが共に静止している状態、繊維が移動してハロゲンヒーターが静止している状態、繊維が静止してハロゲンヒーターが移動している状態、繊維とハロゲンヒーターが共に移動している状態、のいずれでも行うことができる。

また、ハロゲンヒーターの照射は、空気中、不活性気体中、活性気体中、或いはこれらの混合気体中のいずれの雰囲気下でも行うことができる。また、常圧下だけではなく高圧下、減圧下、或いは真空中で行うこともできる。

また、本法の熱処理は、例えば合成繊維の布のヒートセットにおける熱処理工程に適用されるが、これらのプロセスに限定されるものでなく、漂白プロセス、捺染プロセス、毛焼き、乾燥等の様々なプロセスにも応用することができる。

また、本法の熱処理は、表面等に付着物を有する繊維にもそうでない繊維にも適用することができる。
付着物の形態としては気体、液体、固体（粉体等を含む）及びこれらの混合物が有るがこれらに限定されるものではなく、また、付着物質としては染料、糊剤、化学物質等、及びこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるものでない。

付着物が無い場合の熱処理としては合成繊維等のヒートセット等の処理が有り、付着物を伴う場合の熱処理は、付着物と繊維との反応、付着物或いは付着物に含まれる物質の繊維への移動、繊維に含まれる物質の付着物への移動、付着物の除去等が有るが、これらに限定される物ではなく、付着物の有無に関わらず繊維の物理的変化、及び／又は化学的変化を伴う熱処理全般を含む。

本発明における熱処理温度や処理時間は、特に制限されるものではなく、適用対象となる繊維から期待される性能を引き出せる温度や処理時間で有ればよい。これは、繊維の有する赤外線吸収帯とハロゲンヒーターから発する赤外線の波長とのマッチングにも大きく依存し、該赤外線吸収帯と該赤外線の波長とが一致する場合、該赤外線吸収帯と該赤外線の波長とが僅かにずれている場合、等それぞれの場合に依存する。

また、付着物等が有る場合には付着物の有する赤外線吸収帯とハロゲンヒーターから発する赤外線の波長とのマッチングにも大きく依存し、該赤外線吸収帯と該赤外線の波長とが一致する場合、該赤外線吸収帯と該赤外線の波長とが僅かにずれている場合、等それぞれの場合に依存する。

ハロゲンヒーターの出力には特に制限はないが、ハロゲンヒーター１本当たり０．１Ｗ〜１０ｋＷの出力が適している。複数本のハロゲンヒーターを用いた場合の出力は、用いたハロゲンヒーターの出力の和となる。

本発明方法を実施するための代表的な熱処理装置としては、たとえば、図１〜３に示されるようなものが例示される。
図１は、繊維の両面からハロゲンヒーターを用いて熱処理を行う装置である。
図２は、繊維の両面からハロゲンヒーターと凹面鏡を用いて熱処理を行う装置である。
図３は、円筒形の繊維製品の中心でハロゲンヒーターと凹面鏡を回転させながら熱処理を行う装置である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、あらゆる繊維の熱処理に適用できるものである。

実施例１
未熱処理のポリエステル布（長さ；約３０ｃｍ、幅：約２５ｃｍ）を大気中でハロゲンヒーター（ウシオ電機製）により赤外線照射したところ、布の温度がすぐに上昇した。上昇した布の温度をハロゲンヒーターにかける電圧を調整することにより１９０℃で３０秒間保ったところ、照射した布の表面の平滑性が向上した。
なお、この平滑性の向上は、加熱した空気により熱処理を行う従来のヒートセットと同程度のものであった。
つぎに、このポリエステル布の赤外吸収スペクトルを測定した。その結果を図４に示す。図４から、１３４０ｃｍ^-１（ポリエステルの結晶度を示す吸収）と１７１３ｃｍ^-１（基準の吸収）の吸光度比（高さ）を求めると０．２９（未熱処理のものは０．２６）であった。
この値は従来法の熱処理を用いたヒートセットによる値（０．２９）に匹敵するものであった。なお、この値が大きいことは結晶性が高いこと、即ちヒートセットの効果が高いことを示している。

実施例２
実施例１における熱処理条件を、２１０℃で３０秒間とした以外は実施例１と同様に未熱処理のポリエステル布の熱処理をおこなったところ実施例２と同様な結果が得られた。

以上の結果から、本発明の繊維の熱処理方法によれば、従来のように数多くの熱照射装置や大規模な熱処理室を使用することなく、織物などの繊維を均一に熱処理することができ、その結果、品質の安定した繊維製品を得ることができることが判る。

本発明方法を実施するために使用される代表的な熱処理装置の説明図本発明方法を実施するために使用される他の代表的な熱処理装置の説明図本発明方法を実施するために使用される更に他の代表的な熱処理装置の説明図実施例１の熱処理工程で得られるポリエステル布の赤外吸収スペクトル

Claims

赤外線照射による繊維の熱処理方法において、該赤外線照射手段としてハロゲンヒーターを用いることを特徴とする繊維の熱処理方法。
ハロゲンヒーターが、発光強度を調整する手段を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の繊維の熱処理方法。
ハロゲンヒーターが、凹面鏡又は凸面鏡を備えたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の繊維の熱処理方法。
熱処理される繊維が、織物であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維の熱処理方法。
熱処理される繊維が、不織布であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の繊維の熱処理方法。
熱処理がヒートセットであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の繊維の熱処理方法。
請求項１〜６いずれかに記載の繊維の熱処理方法を実施するための赤外線照射手段を具備した繊維の熱処理装置であって、該赤外線照射手段がハロゲンヒーターであることを特徴とする繊維の熱処理装置。